Visualizzare iporreico flusso Attraverso Bedforms Utilizzando Esperimenti Dye e Simulazione

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di dimostrare sperimentalmente il flusso ipo EIC utilizzando un software di modellazione che crea una simulazione che concorda fortemente con l'esperimento fisico. Questo metodo può aiutare a dimostrare i concetti chiave nel campo dell'idrologia mostrando come il flusso dell'acqua attraverso i sedimenti sotto un corso d'acqua sia influenzato dai sedimenti, dalla topografia e dalle proprietà delle acque superficiali. Sebbene questo metodo possa essere utilizzato per studiare il flusso hyper IC, può essere utilizzato anche in laboratorio didattico per dimostrare il flusso hyper IC a studenti di tutti i livelli.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che accoppia esperimenti di laboratorio fisici con software interattivi per computer che simulano lo stesso fenomeno. La dimostrazione visiva mostra le somiglianze spaziali e le discrepanze tra gli esperimenti fisici e le simulazioni, il che incoraggia lo sviluppo di una comprensione più profonda degli iperprincipi. Iniziare con l'installazione del software richiesto, che è il logo net e due script da eseguire in net.

Logo, caduta del mouse e interfaccia. Successivamente, seguendo le istruzioni nel protocollo di testo, impostare il canale del laboratorio in modo che tutti i parametri rientrino nei vincoli dell'intervallo dei parametri di simulazione della caduta del mouse. Far funzionare il canale per 12-24 ore per creare una forma del letto con le caratteristiche desiderate.

Regolare la pendenza del canale e la profondità dell'acqua per ottenere un flusso uniforme sulla forma del letto. L'obiettivo è che i granelli di sedimento nelle forme del letto non sembrino muoversi, anche se un piccolo movimento può essere inevitabile. Innanzitutto, uniformare il flusso mentre la pompa è in funzione.

Seleziona due punti nella parte inferiore del canale e registra la distanza dalla superficie dell'acqua per ogni linea. Quindi regolare la pendenza del canale o la profondità dell'acqua fino a quando queste misurazioni della distanza verticale non sono le stesse. In secondo luogo, arrestare la pompa e attendere che l'acqua smetta di muoversi.

Quindi, nelle stesse posizioni di prima, misurare le distanze dal fondo del canale alla superficie dell'acqua e misurare la distanza tra queste misurazioni verticali. Calcolare la pendenza del canale come la differenza tra queste misurazioni divisa per la distanza orizzontale inclinata tra di esse. A questo punto, riavviate la pompa e selezionate una sezione di prova.

Scegli una posizione vicino all'estremità centrale o a valle del canale dove le dune hanno formato uno schema regolare. Questa sezione deve comprendere almeno un modulo di letto completo. Nella sezione test.

Effettua alcune misurazioni utilizzando un righello trasparente. Innanzitutto, determinare la profondità media dei sedimenti effettuando misurazioni in corrispondenza di una depressione dunale e di una cresta dunale. La differenza tra queste misure è l'altezza del letto per mm.

Successivamente, trova la profondità media dell'acqua, che è la distanza media dalla superficie dell'acqua alla superficie del letto di sabbia. Quindi misurare e registrare la lunghezza d'onda media della forma del letto misurando la distanza tra le creste delle dune successive. Successivamente, registrare la portata del canale da un flussometro nel circuito di ricircolo e calcolare la velocità media del flusso.

Ora, apri la simulazione della caduta del mouse e controlla che tutte queste misurazioni rientrino negli intervalli specificati nell'interfaccia utente. Se un parametro misurato non rientra nell'intervallo di vincolo, regolare l'intervallo di parametri facendo clic con il pulsante destro del mouse sul dispositivo di scorrimento, selezionando, modificando e regolando i valori minimo e massimo. Per prima cosa, installa una fotocamera su un treppiede puntato ortogonalmente alla parete del canale.

L'immagine deve essere centrata su una forma a letto singolo nella sezione del test. Se i riflessi sono un problema, correggi la posizione della fotocamera e regola l'illuminazione, includendo un righello nell'immagine può aiutare con il ridimensionamento. Successivamente, usando una siringa e un ago, fai due o tre piccole iniezioni di colorante vicino alla parete del canale.

Queste iniezioni dovrebbero formare chiazze di due centimetri di acqua colorata che dovrebbero essere posizionate in una varietà di posizioni verticali e orizzontali. Registra l'ora di inizio delle iniezioni di colorante e scatta una foto iniziale. Può essere educativo utilizzare la carta trasparente per tracciare i frontali D iniziali e i confini attorno al colorante.

Pertanto, è più facile osservare i loro movimenti in laboratorio, ma questo metodo ha i suoi compromessi. Utilizzando la fotocamera, acquisire le posizioni dei frontali D agli intervalli di tempo appropriati. Per la fotografia time-lapse, utilizzare i 32 intervalli per ottenere risultati uniformi.

Per una simulazione. Per prima cosa eseguire il rilascio del mouse e confrontare i risultati con il trasporto del colorante osservato. Nella caduta del mouse, regolare i parametri del sistema fisico in modo che corrispondano alle condizioni sperimentali dei canali.

Assicurarsi di prestare molta attenzione alle unità quando si inseriscono questi parametri. Quindi, regola i cursori per indicare in quali momenti cambierà il colore di tracciamento della simulazione. Imposta queste modifiche di colore in modo che corrispondano ai tempi osservati.

Se i parametri temporali sono tutti impostati su zero, la simulazione visualizzerà un unico colore per tutto il tempo. Dopo aver impostato tutti i parametri, fare clic sul pulsante di configurazione. Il letto formm dovrebbe apparire nella vista di simulazione.

Quindi, fare clic sul pulsante a discesa del mouse per indicare le posizioni iniziali dei traccianti virtuali. È possibile fare clic su più posizioni nel letto. Tieni premuto il mouse per rilasciare più tracciante virtuale.

Una volta posizionati tutti i traccianti virtuali, è possibile fare clic sul pulsante Avanza alla prossima volta per eseguire la simulazione. Fino al primo momento, non fare nuovamente clic sul pulsante di configurazione o i traccianti dovranno essere posizionati di nuovo. È inoltre possibile fare clic sul pulsante di arresto per eseguire la simulazione.

I traccianti continueranno a muoversi fino a quando tutti i traccianti virtuali non avranno lasciato il sistema, a meno che non si prema il pulsante di arresto. Anche in questo caso, questo può essere utilizzato per mettere in pausa la simulazione, in modo da poter effettuare confronti tra le distribuzioni di coloranti simulate e misurate. Una volta che la simulazione inizia a funzionare, la velocità viene calcolata per la posizione di ciascun tracciante.

Sulla base dei parametri di simulazione, il tracciante si sposta in una nuova posizione utilizzando quella velocità, quindi la procedura viene ripetuta fino a quando il tracciante non lascia il sistema. Quindi, esegui la simulazione dell'interfaccia facendo clic su configurazione seguito da vai stop. In questo modo la simulazione verrà eseguita con le impostazioni predefinite.

La simulazione dell'interfaccia introduce i traccianti virtuali sulla superficie del letto del torrente in modo ponderato in base alle velocità del sottosuolo calcolate per impostazione predefinita: le particelle lasciano percorsi che mostrano dove sono state. Disattiva il pulsante Mostra percorsi per eliminare questi percorsi. Attivando l'interruttore di rilascio rosso, si disabilita il grafico di distribuzione del tempo di residenza cumulativo e si rilascia ogni volta una nuova particella.

Si esce dal sistema. Dopo aver osservato la simulazione con i parametri predefiniti, fare clic su vai stop per interrompere la simulazione. Quindi modificare uno o più parametri, riavviare la simulazione con i nuovi parametri facendo clic su configurazione, seguito da vai stop qui, abbiamo regolato l'altezza della forma del letto, eseguito la simulazione e quindi ripetuto il processo, regolando la profondità del letto per confrontare la simulazione con i risultati sperimentali.

La fotografia iniziale è stata utilizzata per determinare il posizionamento del tracciante D simulato al tempo zero. Quindi la simulazione è stata eseguita per 34,2 minuti e confrontata con una fotografia scattata in quel momento. Nel complesso, il modello ha fatto un ottimo lavoro.

Ogni blob D si muove nelle stesse direzioni generali del modello e si deforma in modo simile ai blob D simulati. Tuttavia, un'attenta ispezione mostra alcune discrepanze. Ad esempio, il blob D a destra forma più una forma di fagiolo rispetto alla simulazione.

Ciò è probabilmente dovuto all'osservabile avvallamento nella topografia del letto immediatamente sopra questo blob, che si è creato durante la sua iniezione nel sedimento. Un'altra discrepanza comune è la tempistica, che non era perfetta. Ciò è probabilmente dovuto a lievi errori nelle misurazioni delle proprietà dei sedimenti.

Le discrepanze comuni sono formate da una combinazione di errori di misurazione ed effetti fisici del secondo ordine dovuti alla variabilità irregolare della geometria del letto per mm e all'impacchettamento dei sedimenti, e così via. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 24 ore. Durante il tentativo di questa procedura, è importante lasciare che la forma del letto si stabilizzi, essere pazienti e prestare attenzione alle unità durante l'esecuzione e l'inserimento delle misurazioni.

Seguendo questa procedura, possono essere eseguiti altri esperimenti per rispondere a ulteriori domande sull'influenza della topografia, della conducibilità idraulica e delle proprietà dell'acqua superficiale sull'iperflusso. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come visualizzare sperimentalmente l'iperflusso e di come utilizzare le nostre simulazioni al computer.