تصور Hyporheic تدفق من خلال Bedforms عن طريق التجارب صبغ والمحاكاة

الهدف العام من هذا الإجراء هو إظهار تدفق نقص EIC بشكل تجريبي باستخدام برنامج النمذجة الذي ينشئ محاكاة تتفق بشدة مع التجربة الفيزيائية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في إظهار المفاهيم الأساسية في مجال الهيدرولوجيا من خلال إظهار كيف يتأثر تدفق المياه عبر الرواسب تحت التيار بالرواسب والتضاريس وخصائص المياه السطحية. بينما يمكن استخدام هذه الطريقة للتحقيق في تدفق IC المفرط ، يمكن استخدامها أيضا في المختبر التعليمي لإظهار تدفق IC المفرط للطلاب من جميع المستويات.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تجمع بين التجارب المختبرية المادية وبرامج الكمبيوتر التفاعلية التي تحاكي نفس الظاهرة. يظهر العرض المرئي أوجه التشابه والتناقضات المكانية بين التجارب الفيزيائية والمحاكاة ، مما يشجع على تطوير فهم أعمق للمبادئ المفرطة. ابدأ بتثبيت البرنامج المطلوب ، وهو شعار صافي ونصين للتشغيل في الشبكة.

الشعار وإسقاط الماوس والواجهة. بعد ذلك، باتباع التعليمات الواردة في البروتوكول النصي، قم بإعداد مسيل المختبر بحيث تقع جميع المعلمات ضمن قيود نطاق معلمات محاكاة إسقاط الماوس. قم بتشغيل المجرى لمدة 12 إلى 24 ساعة لإنشاء شكل سرير بالخصائص المرغوبة.

اضبط منحدر المسيل وعمق المياه لتحقيق تدفق موحد فوق شكل السرير. الهدف هو ألا تبدو حبيبات الرواسب في أشكال الأسرة وكأنها تتحرك ، على الرغم من أن القليل من الحركة قد يكون أمرا لا مفر منه. أولا ، اجعل التدفق موحدا أثناء تشغيل المضخة.

حدد نقطتين في الجزء السفلي من المسيل وسجل المسافة إلى سطح الماء لكل خط. ثم اضبط على منحدر المسيل أو عمق الماء حتى تكون قياسات المسافة الرأسية هذه هي نفسها. ثانيا ، أوقف المضخة وانتظر حتى يتوقف الماء عن الحركة.

ثم في نفس المواقع كما كان من قبل ، قم بقياس المسافات من قاع المسيل إلى سطح الماء وقياس المسافة بين هذه القياسات الرأسية. احسب ميل القناة على أنه الفرق بين هذه القياسات مقسوما على المسافة الأفقية المائلة بينهما. الآن ، أعد تشغيل المضخة وحدد قسم الاختبار.

اختر موقعا بالقرب من منتصف أو نهاية مجرى النهر من المجرى حيث شكلت الكثبان الرملية نمطا منتظما. يجب أن يشمل هذا القسم شكلا واحدا على الأقل من سرير كامل. في قسم الاختبار.

قم بإجراء بعض القياسات باستخدام مسطرة شفافة. أولا ، حدد متوسط عمق الرواسب عن طريق أخذ القياسات عند حوض الكثبان الرملية وعند قمة الكثبان الرملية. الفرق بين هذه القياسات هو ارتفاع شكل السرير.

بعد ذلك ، أوجد متوسط عمق الماء ، وهو متوسط المسافة من سطح الماء إلى سطح قاع الرمل. ثم قم بقياس وتسجيل متوسط الطول الموجي لشكل السرير عن طريق قياس المسافة بين قمم الكثبان الرملية المتتالية. بعد ذلك ، سجل معدل تدفق القناة من مقياس التدفق في حلقة إعادة التدوير واحسب متوسط سرعة التدفق.

الآن ، افتح محاكاة إسقاط الماوس وتحقق من أن كل هذه القياسات ضمن النطاقات المحددة في واجهة المستخدم. إذا كانت المعلمة المقاسة تقع خارج نطاق القيد ، فاضبط نطاق المعلمات بالنقر بزر الماوس الأيمن على شريط التمرير ، وتحديد وتحرير وضبط الحد الأدنى والأقصى للقيم. أولا ، قم بإعداد كاميرا على حامل ثلاثي القوائم موجه بشكل متعامد إلى جدار المجيل.

يجب أن تتمركز الصورة على شكل سرير واحد في قسم الاختبار. إذا كانت الانعكاسات تمثل مشكلة ، فقم بإصلاح موضع الكاميرا وضبط الإضاءة ، بما في ذلك المسطرة في الصورة يمكن أن يساعد في تغيير الحجم. بعد ذلك ، باستخدام حقنة وإبرة ، قم بإجراء حقنتين أو ثلاث حقن صبغة صغيرة بالقرب من جدار المجيل.

يجب أن تشكل هذه الحقن رقعتين بحجم سنتيمترين من الماء الملون الذي يجب وضعه في مجموعة متنوعة من المواقع الرأسية والأفقية. سجل وقت بدء حقن الصبغة والتقط صورة أولية. قد يكون استخدام ورق الشفافية تعليميا لتتبع الجبهات D الأولية والحدود حول الصبغة.

وبالتالي ، من الأسهل مراقبة تحركاتهم في المختبر ، لكن هذه الطريقة لها مقايضاتها. باستخدام الكاميرا ، التقط مواضع D الأمامية في الفترات الزمنية المناسبة. للتصوير الفوتوغرافي بفاصل زمني، استخدم الفواصل الزمنية 32 للحصول على نتائج سلسة.

للمحاكاة. قم أولا بتشغيل قطرة الماوس وقارن النتائج بنقل الصبغة المرصودة. في إسقاط الماوس ، اضبط معلمات النظام المادي لتتناسب مع الظروف التجريبية للمجار.

تأكد من إيلاء اهتمام دقيق للوحدات عند إدخال هذه المعلمات. بعد ذلك ، اضبط أشرطة التمرير للإشارة إلى الأوقات التي سيتغير فيها لون تتبع المحاكاة. اضبط تغييرات الألوان هذه لتتناسب مع الأوقات المرصودة.

إذا تم تعيين معلمات الوقت بالكامل على الصفر، فستعرض المحاكاة لونا واحدا طوال الوقت. بعد تعيين جميع المعلمات ، انقر فوق زر الإعداد. يجب أن يظهر شكل السرير في عرض المحاكاة.

بعد ذلك ، انقر فوق زر إسقاط الماوس للإشارة إلى مواقع البداية لأجهزة التتبع الافتراضية. قد يتم النقر فوق مواقع متعددة في السرير. اضغط مع الاستمرار على الماوس لتحرير المزيد من أداة التتبع الافتراضية.

بمجرد وضع جميع أدوات التتبع الظاهرية ، يمكنك النقر فوق الزر التقدم إلى المرة التالية لتشغيل المحاكاة. حتى الوقت الأول ، لا تقم بإعادة النقر فوق زر الإعداد وإلا سيتعين وضع أدوات التتبع مرة أخرى. يمكنك أيضا النقر فوق زر التوقف لتشغيل المحاكاة.

ستستمر أدوات التتبع في التحرك حتى تغادر جميع أدوات التتبع الافتراضية النظام ما لم تضغط على زر التوقف الذهاب. مرة أخرى ، يمكن استخدام هذا لإيقاف المحاكاة مؤقتا ، بحيث يمكن إجراء مقارنات بين توزيعات الصبغة المحاكاة والمقاسة. بمجرد بدء تشغيل المحاكاة ، يتم حساب السرعة لموقع كل متتبع.

بناء على معلمات المحاكاة ، ينتقل المتتبع إلى موقع جديد باستخدام تلك السرعة ، ثم يتم تكرار الإجراء حتى يغادر المتتبع النظام. بعد ذلك ، قم بتشغيل محاكاة الواجهة بالنقر فوق الإعداد متبوعا ب go. سيؤدي هذا إلى تشغيل المحاكاة بالإعدادات الافتراضية.

تقدم محاكاة الواجهة أدوات التتبع الافتراضية على سطح مجرى النهر بطريقة مرجحة بالتدفق بناء على السرعات المحسوبة تحت السطحية بواسطة الجسيمات الافتراضية التي تترك مسارات توضح مكان وجودها. قم بإيقاف تشغيل زر إظهار المسارات لإزالة هذه المسارات. يؤدي تشغيل مفتاح الإسقاط الأحمر إلى تعطيل مخطط توزيع وقت الإقامة التراكمي وإطلاق جسيم جديد في كل مرة.

يخرج أحدهم من النظام. بعد مراقبة المحاكاة باستخدام المعلمات الافتراضية، انقر فوق إيقاف لإيقاف المحاكاة. ثم قم بتغيير معلمة واحدة أو أكثر ، وأعد تشغيل المحاكاة باستخدام المعلمات الجديدة بالنقر فوق الإعداد ، متبوعا بالتوقف هنا ، وقمنا بتعديل ارتفاع شكل السرير ، وقمنا بتشغيل المحاكاة ثم كررنا العملية ، وضبط عمق السرير لمقارنة المحاكاة بالنتائج التجريبية.

تم استخدام الصورة الأولية لتحديد موضع متتبع D المحاكي في الوقت صفر. ثم تم تشغيل المحاكاة لمدة 34.2 دقيقة ومقارنتها بصورة تم التقاطها في ذلك الوقت. بشكل عام ، قام النموذج بعمل ممتاز.

يتحرك كل كائن ثنائي كبير الحجم D في نفس الاتجاهات العامة مثل النموذج ويتشوه بشكل مشابه للفائن الثنائية كبيرة الحجم D التي تمت محاكاتها. ومع ذلك ، يظهر الفحص الدقيق بعض التناقضات. على سبيل المثال ، تشكل النقطة D الموجودة على اليمين شكل حبة الفاصوليا أكثر من المحاكاة.

ربما يرجع ذلك إلى الانخفاض الملحوظ في تضاريس شكل السرير مباشرة فوق هذه النقطة ، والتي تم إنشاؤها أثناء حقنها في الرواسب. التناقض الشائع الآخر هو التوقيت ، والذي لم يكن مثاليا أيضا. ويرجع ذلك على الأرجح إلى أخطاء طفيفة في قياسات خصائص الرواسب.

تتشكل التناقضات الشائعة من مجموعة من أخطاء القياس والتأثيرات الفيزيائية من الدرجة الثانية بسبب تباين هندسة شكل السرير غير المنتظم وتعبئة الرواسب ، وما إلى ذلك. بمجرد إتقانها ، يمكن القيام بهذه التقنية في غضون 24 ساعة. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم ترك شكل السرير يستقر ، وأن تتحلى بالصبر ، وانتبه إلى الوحدات أثناء إجراء القياسات وإدخالها.

باتباع هذا الإجراء ، يمكن إجراء تجارب أخرى من أجل الإجابة على أسئلة إضافية حول تأثير التضاريس والتوصيل الهيدروليكي وخصائص المياه السطحية على التدفق المفرط. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصور التدفق المفرط تجريبيا وكيفية استخدام محاكاة الكمبيوتر الخاصة بنا.