חזותי Hyporheic לזרום דרך Bedforms שימוש ניסויי דיי וסימולציה

המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים זרימת היפו EIC באופן ניסיוני באמצעות תוכנת מידול היוצרת סימולציה המסכימה מאוד עם הניסוי הפיזי. שיטה זו יכולה לעזור להדגים מושגי מפתח בתחום ההידרולוגיה על ידי הצגת כיצד זרימת המים דרך משקעים מתחת לנחל מושפעת ממשקעים, טופוגרפיה ותכונות מים עיליים. בעוד שניתן להשתמש בשיטה זו כדי לחקור זרימת היפר IC, ניתן להשתמש בה גם במעבדה חינוכית כדי להדגים זרימת היפר IC לתלמידים בכל הרמות.

היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא משלבת ניסויי מעבדה פיזיים עם תוכנת מחשב אינטראקטיבית המדמה את אותה תופעה. הדגמה חזותית מראה את הדמיון והפערים המרחביים בין הניסויים הפיזיים לסימולציות, מה שמעודד פיתוח הבנה עמוקה יותר של עקרונות ההיפר. התחל בהתקנת התוכנה הנדרשת, שהיא לוגו רשת ושני סקריפטים להפעלה ברשת.

לוגו, טיפת עכבר וממשק. לאחר מכן, בהתאם להוראות בפרוטוקול הטקסט, הגדר את צינור המעבדה כך שכל הפרמטרים ייכנסו לאילוצי טווח הפרמטרים של סימולציית טיפת העכבר. הפעל את הצינור למשך 12 עד 24 שעות כדי ליצור צורת מיטה עם המאפיינים הרצויים.

התאם את שיפוע הצינור ועומק המים כדי להשיג זרימה אחידה על צורת המיטה. המטרה היא שגרגרי המשקעים בצורות המיטה לא ייראו כאילו הם זזים, אם כי תנועה קטנה עשויה להיות בלתי נמנעת. ראשית, הפוך את הזרימה לאחידה בזמן שהמשאבה פועלת.

בחר שתי נקודות בתחתית הצינור ורשום את המרחק לפני המים עבור כל קו. לאחר מכן התאם לשיפוע הצינור או לעומק המים עד שמדידות המרחק האנכיות הללו יהיו זהות. שנית, עצרו את המשאבה והמתינו עד שהמים יפסיקו לנוע.

לאחר מכן, באותם מיקומים כמו קודם, מדדו את המרחקים מתחתית הצינור לפני המים ומדדו את המרחק בין המדידות האנכיות הללו. חשב את שיפוע הערוץ כהפרש בין מדידות אלו חלקי המרחק האופקי המשופע ביניהן. כעת, הפעל מחדש את המשאבה ובחר קטע בדיקה.

בחר מיקום ליד הקצה האמצעי או במורד הזרם של הזרם שבו הדיונות יצרו דפוס קבוע. סעיף זה חייב לכלול לפחות טופס מיטה מלא אחד. במקטע הבדיקה.

בצע כמה מדידות באמצעות סרגל שקוף. ראשית, קבע את עומק המשקע הממוצע על ידי ביצוע מדידות בשוקת דיונה ובפסגת דיונה. ההבדל בין מדידות אלו הוא גובה צורת המיטה.

לאחר מכן, מצא את עומק המים הממוצע, שהוא המרחק הממוצע מפני המים למשטח מצע החול. לאחר מכן מדוד ורשום את אורך הגל הממוצע של צורת המיטה על ידי מדידת המרחק בין פסגות הדיונות העוקבות. לאחר מכן, רשום את קצב זרימת הערוץ ממד זרימה בלולאת המחזור וחשב את מהירות הזרימה הממוצעת.

כעת, פתח את סימולציית טיפת העכבר ובדוק שכל המדידות הללו נמצאות בטווחים המפורטים בממשק המשתמש. אם פרמטר נמדד נמצא מחוץ לטווח האילוצים, התאם את טווח הפרמטרים על ידי לחיצה ימנית על המחוון, בחירה, עריכה והתאמת ערכי המינימום והמקסימום. ראשית, הצב מצלמה על חצובה המכוונת בצורה אורתוגונלית לקיר הפלום.

יש לרכז את התמונה בטופס מיטת יחיד בפרק הבחינה. אם השתקפויות מהוות בעיה, תקן את מיקום המצלמה והתאם את התאורה, כולל סרגל בתמונה יכול לעזור בקנה מידה. לאחר מכן, בעזרת מזרק ומחט, בצע שתיים או שלוש זריקות צבע קטנות ליד דופן הזרם.

זריקות אלו צריכות ליצור טלאים של שני סנטימטרים של מי שפכים צבעוניים שיש למקם במגוון מקומות אנכיים ואופקיים. רשום את שעת ההתחלה של הזרקות הצבע וצלם תמונה ראשונית. זה יכול להיות חינוכי להשתמש בנייר שקיפות כדי לעקוב אחר חזיתות D הראשוניות והגבולות סביב הצבע.

לכן, קל יותר לצפות בתנועות שלהם במעבדה, אבל לשיטה הזו יש פשרות משלה. באמצעות המצלמה, צלם את מיקומי החזיתות D במרווחי הזמן המתאימים. לצילום דולג זמן, השתמש במרווחי זמן של 32 לקבלת תוצאות חלקות.

לסימולציה. תחילה הפעל את טיפת העכבר והשווה את התוצאות עם הובלת הצבע שנצפתה. בנפילת עכבר, התאם את פרמטרי המערכת הפיזית כך שיתאימו לתנאי הניסוי של הפלומים.

הקפד לשים לב היטב ליחידות בעת הזנת פרמטרים אלה. לאחר מכן, התאם את המחוונים כדי לציין באילו שעות צבע מעקב הסימולציה ישתנה. הגדר שינויי צבע אלה כך שיתאימו לזמנים שנצפו.

אם כל פרמטרי הזמן מוגדרים לאפס, הסימולציה תציג צבע יחיד לכל אורכו. לאחר הגדרת כל הפרמטרים, לחץ על כפתור ההגדרה. צורת המיטה אמורה להופיע בתצוגת הסימולציה.

לאחר מכן, לחץ על כפתור שחרור העכבר כדי לציין את מיקומי ההתחלה של העוקבים הווירטואליים. ניתן ללחוץ על מספר מיקומים במיטה. החזק את העכבר לחוץ כדי לשחרר עוקב וירטואלי נוסף.

לאחר שכל העוקבים הווירטואליים הוצבו, תוכל ללחוץ על כפתור ההתקדמות לפעם הבאה כדי להפעיל את הסימולציה. עד הפעם הראשונה, אל תלחץ שוב על כפתור ההתקנה או שיהיה צורך למקם שוב את העוקבים. אתה יכול גם ללחוץ על כפתור העצירה כדי להפעיל את הסימולציה.

העוקבים ימשיכו לנוע עד שכל העוקבים הווירטואליים יעזבו את המערכת אלא אם כן תלחץ על כפתור העצירה. שוב, ניתן להשתמש בזה כדי להשהות את הסימולציה, כך שניתן לבצע השוואות בין התפלגות הצבע המדומה והנמדדת. ברגע שהסימולציה מתחילה לפעול, המהירות מחושבת עבור המיקום של כל עוקב.

בהתבסס על פרמטרי הסימולציה, העוקב עובר למיקום חדש באמצעות מהירות זו, ואז ההליך חוזר על עצמו עד שהעוקב עוזב את המערכת. לאחר מכן, הפעל את הדמיית הממשק על ידי לחיצה על הגדרה ואחריה עצור. פעולה זו תפעיל את הסימולציה עם הגדרות ברירת המחדל.

סימולציית הממשק מציגה את העוקבים הווירטואליים על פני ערוץ הנחל בצורה משוקללת שטף המבוססת על המהירויות התת-קרקעיות המחושבות כברירת מחדל חלקיקים משאירים נתיבים המראים היכן הם היו. העבר את לחצן הצג נתיבים למצב כבוי כדי לבטל נתיבים אלה. הפעלת מתג הטיפה האדום משביתה את עלילת התפלגות זמן המגורים המצטברת ומשחררת חלקיק חדש בכל פעם.

אחד יוצא מהמערכת. לאחר התבוננות בסימולציה עם פרמטרי ברירת המחדל, לחץ על go stop כדי לעצור את הסימולציה. לאחר מכן שנה פרמטר אחד או יותר, הפעל מחדש את הסימולציה עם הפרמטרים החדשים על ידי לחיצה על הגדרה, ואחריו עצור כאן, התאמנו את גובה צורת המיטה, הרצנו את הסימולציה ואז חזרנו על התהליך, התאמנו את עומק המיטה כדי להשוות את הסימולציה לתוצאות הניסוי.

התצלום הראשוני שימש לקביעת המיקום של עוקב D המדומה בזמן אפס. לאחר מכן הסימולציה הופעלה במשך 34.2 דקות והושוותה לתמונה שצולמה באותה תקופה. בסך הכל, הדגם עשה עבודה מצוינת.

כל כתם D נע באותם כיוונים כלליים כמו המודל ומתעוות באופן דומה לכתמי D המדומים. עם זאת, בדיקה מדוקדקת מראה כמה פערים. לדוגמה, כתם D בצד ימין יוצר יותר צורת שעועית מאשר הסימולציה.

זה כנראה נובע מהירידה הנצפית בטופוגרפיה של צורת המיטה מיד מעל הכתם הזה, שנוצר במהלך הזרקתו למשקע. פער נפוץ נוסף הוא התזמון, שגם הוא לא היה מושלם. סביר להניח שהסיבה לכך היא טעויות קלות במדידות תכונות המשקעים.

פערים נפוצים נוצרים משילוב של שגיאות מדידה והשפעות פיזיקליות מסדר שני עקב שונות לא סדירה בצורת המיטה ואריזה של משקעים, וכן הלאה. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 24 שעות. בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לתת למיטה להתייצב, להיות סבלני ולשים לב ליחידות בזמן ביצוע והזנת מדידות.

בעקבות הליך זה, ניתן לבצע ניסויים נוספים על מנת לענות על שאלות נוספות על השפעת הטופוגרפיה, המוליכות ההידראולית ותכונות המים העיליים על זרימה יתר. לאחר צפייה בסרטון זה, אתם אמורים להבין היטב כיצד לדמיין זרימה יתר באופן ניסיוני וכיצד להשתמש בסימולציות המחשב שלנו.