Visualisierung wortlich Übermittlung über bedforms Mit Dye Experimente und Simulation

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, hypo EIC-Fluss experimentell mithilfe einer Modellierungssoftware nachzuweisen, die eine Simulation erzeugt, welche stark mit dem physikalischen Experiment übereinstimmt. Diese Methode kann helfen, zentrale Konzepte auf dem Gebiet der Hydrologie zu veranschaulichen, indem gezeigt wird, wie die Wasserströmung durch Sedimente unter einem Bach von Sediment, Topographie und Oberflächenwassereigenschaften beeinflusst wird. Während dieses Verfahren verwendet werden kann, um hyper IC-Fluss zu untersuchen, eignet es sich auch für den Einsatz in Lehr-Laboren, um hyper IC-Fluss Schülern und Studenten aller Niveaus zu demonstrieren.

Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie physikalische Laborversuche mit interaktiver Computersoftware kombiniert, die dasselbe Phänomen simuliert. Die visuelle Demonstration zeigt räumliche Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den physikalischen Experimenten und den Simulationen auf, was die Entwicklung eines tieferen Verständnisses hyperprinzipieller Zusammenhänge fördert. Beginnen Sie mit der Installation der erforderlichen Software, nämlich NetLogo und zwei Skripten, die in Net ausgeführt werden sollen.

Logo, Mausabwurf und Schnittstelle. Richten Sie als Nächstes gemäß den Anweisungen im Textprotokoll die Laborrutsche so ein, dass alle Parameter innerhalb der Parametergrenzen der Mausabwurfsimulation liegen. Betreiben Sie die Rutsche 12 bis 24 Stunden lang, um eine Bettform mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen.

Stellen Sie die Neigung der Rinne und die Wassertiefe so ein, dass eine gleichmäßige Strömung über die Bettform entsteht. Ziel ist es, dass die Sedimentkörner in den Bettformen nicht sichtbar bewegt werden, obwohl eine geringe Bewegung möglicherweise nicht vermeidbar ist. Stellen Sie zunächst bei laufender Pumpe eine gleichmäßige Strömung ein.

Wählen Sie zwei Punkte am Boden der Rinne aus und notieren Sie für jede Linie den Abstand zur Wasseroberfläche. Anschließend stellen Sie die Neigung der Rinne oder die Wassertiefe so ein, dass diese vertikalen Abstandsmessungen gleich sind. Zweitens stoppen Sie die Pumpe und warten Sie, bis sich das Wasser nicht mehr bewegt.

Dann an denselben Stellen wie zuvor die Abstände vom Boden des Gerinnes bis zur Wasseroberfläche messen und den Abstand zwischen diesen vertikalen Messungen bestimmen. Berechnen Sie die Gefälle der Rinne als Differenz zwischen diesen Messwerten, dividiert durch den geneigten horizontalen Abstand zwischen ihnen. Starten Sie nun die Pumpe erneut und wählen Sie einen Prüfabschnitt aus.

Wählen Sie einen Ort in der Nähe der Mitte oder des unteren Endes der Rinne, an dem sich Dünen zu einem regelmäßigen Muster gebildet haben. Dieser Bereich muss mindestens eine vollständige Bettform umfassen. Im Prüfabschnitt.

Nehmen Sie einige Messungen mit einem durchsichtigen Lineal vor. Bestimmen Sie zunächst die durchschnittliche Sedimenttiefe, indem Sie Messungen in einer Dünenmulde und auf einem Dünenkamm durchführen. Die Differenz zwischen diesen Messungen entspricht der Bettformhöhe.

Danach ermitteln Sie die durchschnittliche Wassertiefe, also den durchschnittlichen Abstand zwischen Wasseroberfläche und Oberfläche des Sandbetts. Anschließend messen und notieren Sie die durchschnittliche Wellenlänge der Bettformen, indem Sie den Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Dünenkämmen bestimmen. Danach notieren Sie die Kanalströmungsrate aus einem Durchflussmesser in der Umlaufschleife und berechnen die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit.

Öffnen Sie nun die Mäusedrop-Simulation und überprüfen Sie, ob alle diese Messwerte innerhalb der im Benutzeroberfläche angegebenen Bereiche liegen. Wenn ein gemessener Parameter außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, passen Sie den Parameterbereich an, indem Sie mit der rechten Maustaste auf den Schieberegler klicken, „Bearbeiten“ auswählen und die Minimal- und Maximalwerte anpassen. Richten Sie zunächst eine Kamera auf einem Stativ senkrecht zur Rinnenwand aus.

Das Bild sollte auf eine einzelne Bettform im Prüfabschnitt zentriert sein. Falls Reflexionen ein Problem darstellen, fixieren Sie die Position der Kamera und passen Sie die Beleuchtung an; das Einbeziehen eines Lineals auf dem Bild kann bei der Skalierung helfen. Anschließend geben Sie mithilfe einer Spritze und einer Nadel zwei oder drei kleine Farbinjektionen in der Nähe der Flumwand ab.

Diese Injektionen sollten zwei Zentimeter große Flecken gefärbten Gießwassers erzeugen, die an verschiedenen vertikalen und horizontalen Positionen platziert werden sollten. Notieren Sie die Startzeit der Farbstoffinjektionen und machen Sie ein erstes Bild. Es kann lehrreich sein, Transparentpapier zu verwenden, um die anfänglichen D-Fronten und die Grenzen um den Farbstoff nachzuzeichnen.

Daher ist es einfacher, ihre Bewegungen im Labor zu beobachten, doch diese Methode hat ihre Nachteile. Erfassen Sie mit der Kamera die Positionen der D-Fronten in geeigneten Zeitabständen. Verwenden Sie für Zeitrafferaufnahmen 32stel-Intervalle, um ein gleichmäßiges Ergebnis zu erzielen.

Für eine Simulation. Führen Sie zunächst den Maustropfenversuch durch und vergleichen Sie die Ergebnisse mit dem beobachteten Farbstofftransport. Passen Sie bei dem Maustropfenversuch die Parameter des physikalischen Systems an die experimentellen Bedingungen der Gerinneversuche an.

Beachten Sie unbedingt die Einheiten, wenn Sie diese Parameter eingeben. Passen Sie anschließend die Schieberegler an, um anzugeben, zu welchen Zeitpunkten sich die Farbe der Simulationserfassung ändert. Legen Sie diese Farbwechsel so fest, dass sie den beobachteten Zeiten entsprechen.

Wenn alle Zeitparameter auf null gesetzt sind, zeigt die Simulation eine einzige Farbe durchgängig an. Nachdem alle Parameter festgelegt wurden, klicken Sie auf die Schaltfläche „Einrichten“. Die Bettform sollte in der Simulationssicht erscheinen.

Klicken Sie anschließend auf die Maus-Abwurf-Taste, um die Startpositionen der virtuellen Tracer anzugeben. Es können mehrere Positionen im Bett angeklickt werden. Halten Sie die Maustaste gedrückt, um weitere virtuelle Tracer freizugeben.

Nachdem alle virtuellen Tracer platziert wurden, können Sie auf die Schaltfläche „Weiter zur nächsten Zeit“ klicken, um die Simulation auszuführen. Bis zum Zeitpunkt eins sollten Sie die Schaltfläche „Einrichten“ nicht erneut anklicken, da andernfalls die Tracer erneut platziert werden müssten. Sie können auch auf die Schaltfläche „Start/Stopp“ klicken, um die Simulation auszuführen.

Die Tracer bewegen sich weiter, bis alle virtuellen Tracer das System verlassen haben, es sei denn, Sie drücken die Start-Stopp-Taste. Auch dies kann verwendet werden, um die Simulation zu pausieren, sodass Vergleiche zwischen den simulierten und gemessenen Farbstoffverteilungen angestellt werden können. Sobald die Simulation beginnt, wird die Geschwindigkeit für den Ort jedes Tracers berechnet.

Ausgehend von den Simulationsparametern bewegt sich der Tracer mit dieser Geschwindigkeit zu einer neuen Position, danach wird das Verfahren wiederholt, bis der Tracer das System verlässt. Führen Sie als Nächstes die Interfacesimulation aus, indem Sie nacheinander auf „setup“ und „go stop“ klicken. Dadurch wird die Simulation mit den Standardeinstellungen ausgeführt.

Die Interfacesimulation führt die virtuellen Tracer standardmäßig auf der Sohle in einer flussgewichteten Weise ein, basierend auf den berechneten Untergrundgeschwindigkeiten; dabei hinterlassen die Teilchen Spuren, die anzeigen, wo sie gewesen sind. Schalten Sie die Schaltfläche „Spuren anzeigen“ auf aus, um diese Spuren zu entfernen. Wenn der rote Tropfenschalter auf ein gestellt wird, wird das kumulative Aufenthaltszeitverteilungsdiagramm deaktiviert und jedes Mal ein neues Teilchen freigesetzt.

Eine verlässt das System. Nachdem die Simulation mit den Standardparametern beobachtet wurde, klicken Sie auf „go stop“, um die Simulation zu beenden. Danach ändern Sie einen oder mehrere Parameter und starten die Simulation mit den neuen Parametern erneut, indem Sie auf „setup“ und anschließend auf „go stop“ klicken. Hier haben wir die Höhe der Bettform angepasst, die Simulation durchgeführt und den Vorgang wiederholt, wobei wir die Betttiefe variierten, um die Simulation mit den experimentellen Ergebnissen zu vergleichen.

Das anfängliche Foto wurde verwendet, um die Position des simulierten D-Tracers zum Zeitpunkt null zu bestimmen. Anschließend wurde die Simulation 34,2 Minuten lang durchgeführt und mit einem zu diesem Zeitpunkt aufgenommenen Foto verglichen. Insgesamt leistete das Modell eine hervorragende Arbeit.

Jeder D-Blob bewegt sich in dieselben allgemeinen Richtungen wie das Modell und verformt sich ähnlich wie die simulierten D-Blobs. Bei genauerer Betrachtung zeigen sich jedoch einige Abweichungen. Beispielsweise bildet der rechte D-Blob stärker eine bohnenförmige Struktur als die Simulation.

Dies liegt wahrscheinlich auf dem beobachtbaren Einbruch in der Oberflächentopografie der Bettform direkt über diesem Tröpfchen, der während dessen Injektion in das Sediment entstand. Eine weitere häufige Abweichung betrifft die zeitliche Abstimmung, die ebenfalls nicht perfekt war. Dies ist vermutlich auf geringfügige Fehler bei der Messung der Sedimenteigenschaften zurückzuführen.

Übliche Abweichungen entstehen durch eine Kombination von Messfehlern und physikalischen Effekten zweiter Ordnung aufgrund unregelmäßiger Geometrievariationen der Bettform und Sedimentverdichtung sowie anderer Faktoren. Sobald die Methode beherrscht ist, kann sie innerhalb von 24 Stunden durchgeführt werden. Bei der Durchführung des Verfahrens ist es wichtig, die Bettform stabilisieren zu lassen, Geduld zu zeigen und beim Durchführen und Eingeben von Messungen auf die Einheiten zu achten.

Nach Durchführung dieses Verfahrens können weitere Experimente durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen bezüglich des Einflusses von Topographie, hydraulischer Leitfähigkeit und Oberflächenwassereigenschaften auf Hyperströmung zu beantworten. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Hyperströmung experimentell visualisiert werden kann und wie unsere Computersimulationen verwendet werden können.