Boya Deneyler ve Simülasyonu kullanarak yatak oluşumları sayesinde Hyporheic Akışı görselleştirme

Özet

Bu el yazması, bir kanalda düzenli yatak formlarının nasıl oluşturulacağını, yatak formlarından nasıl akışın görselleştirileceğini ve hiporeik akışı simüle etmek için bilgisayar simülasyonlarının nasıl kullanılacağını açıklar. Bilgisayar simülasyonları, deneysel gözlemlerle iyi bir şekilde karşılaştırılır. Bu birleştirilmiş simülasyon ve deney, hem araştırma hem de eğitim amaçları için çok uygundur.

Özet

Akarsu ortamlarında hyporheic değişim denilen sedimanlar gözenek alanı ve örten su sütunu arasındaki Advektif değişimi, nehirler ve birçok önemli biyokimyasal süreçlerde çözünen taşıma sürücüleri. Görsel gösteri ile bu süreçlerin anlaşılmasını artırmak için, multi-ajan bilgisayar modelleme platformu NetLogo bir hyporheic akış simülasyonu oluşturdu. Simülasyon iki boyutlu yatak oluşumları ile kaplanmış bir dere akan sanal izleyici gösterir. Tortu, akış ve sediment özellikleri modeli için girdi değişkenleri olarak kullanılır. Biz bu simülasyonlar ölçülen girdi parametreleri dayalı laboratuvar kanalet deneyler deneysel gözlemlerini maç nasıl göstermektedir. Boya gözenek suyu akışını görselleştirmek için kanalet sedimanlar enjekte edilir. Karşılaştırma için sanal izleyici parçacıkları simülasyon aynı yerlere yerleştirilir. Bu birleştiğinde simülasyon ve laboratuar deneyi lisans ve gradua de başarıyla kullanılmaktadırte laboratuarlar doğrudan nehir gözenek suyu etkileşimleri görselleştirmek ve fiziksel tabanlı akış simülasyonları çevresel fenomenleri üretebileceği nasıl göstermek için. Öğrenciler şeffaf oluklu duvarlarından yatağın fotoğraflarını aldı ve simülasyon aynı zamanlarda boya şekilleri karşılaştırıldı. Bu öğrencilerin daha iyi akış modelleri ve matematiksel model hem de anlamak için izin çok benzer trendler, sonuçlandı. Simülasyonlar da kullanıcının hızlı çoklu simülasyonlar çalıştırarak her giriş parametresi etkisini görselleştirmek için izin verir. Bu işlem, aynı zamanda ara yüzey akışına ve gözenek suyu taşıma ilgili temel işlemleri açıklamaktadır ve sayısal işlem tabanlı modelleme desteklemek için araştırma uygulamalarında kullanılabilir.

Giriş

Yüzey suyu akımında hamle, nehir veya gelgit bölgesi olarak, içine ve sedimanlar ¹ su dışarı götürmek baş gradyanlar oluşturur. Akarsu sistemlerinde bu değişim meydana dere sedimanlar kısmı hyporheic bölge ^2,3 olarak bilinir. Birçok besin ve kirleticiler, saklanan tevdi veya hyporheic bölge ^4-9 içinde dönüşür çünkü bu bölge çok önemlidir. Bir izleyici tortu harcadığı zaman miktarı kalma süresini denir. Hem kalış süreleri ve akış yollarının yerleri dönüşüm süreçlerini etkiler. Sediment akışını etkileyen süreçlerin daha iyi anlaşılması nehirlerde çözünen taşıma tahmin ve besin (örn kıyı hipoksi ^10,11) gibi malzemeler....

Protokol

1. Simülasyon Yazılımı

1. Bu bölümde tarif edilen yazılım kullanın.
   1. (: Mevcut özgür / açık kaynak kodlu multi-ajan modelleme dili ve simülasyon platformu, NetLogo indirin ve yükleyin http://ccl.northwestern.edu/netlogo/, sürüm 5.1 veya üstü).
      Not: Bu yazılım hiçbir ücret ödemeden mevcuttur ve tüm önemli işletim sistemleri (Windows / Mac / Linux) üzerinde çalışır.
   2. Bu laboratuvar prosedürü eşlik iki özel simülasyon komut dosyalarını (mousedrop.nlogo ve interface.nlogo) indirin. (Available: http://modelingcommo....

Sonuçlar

Deneylerde ile birlikte bir simülasyon kullanımı öğrenciler. Benzerlikleri ve idealize matematiksel modeller ve daha karmaşık gerçek sistemleri arasındaki farkları gözlemek 4 Mousedrop simülasyonları ile boya enjeksiyon fotoğraflarını karşılaştıran bir örnek göstermektedir sağlar. İlk fotoğraf sıfır zamanında simüle boya izleyici yerleşimini belirlemek için kullanılır ve daha sonra simülasyon o anda çekilen bir fotoğraf ile karşılaştırıldığında 34.2 dakika çalıştırılır ve. Gene.......

Tartışma

Bağlantılı olarak, flume gösteri ve partikül izleme simülasyonları izleyicileri bir dizi için hyporheic akışına kapsamlı bir giriş sağlar. Her seviyeden katılımcılar yatak oluşumları tarafından uyarılan hyporheic değişim meydana, ve yatak oluşumları altında yeraltı akış yolları güçlü değişkenlik görsel kanıtlar mevcuttur. Bu prosedürler lisans veya K-12 öğrencileri için gözenek suyu akışının basit bir gösteri olarak kullanılabilir, ya da bir daha nehir hidroliği derinlemesine sunumu, sediment taşınması ve hyporheic deği.......

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Flume	Mühendislik Laboratuvarı Tasarımı		24-48 saat boyunca net kenarları olan Özel Laboratuvar kanalı. Alternatif olarak, ek materyallerimizde verilen yönergeleri izleyerek 300 doların altında küçük bir öğretim kanalı inşa edilebilir.
Akış ölçer	Rosemount	8800 girdap	Bu, kanalın devridaim döngüsünün içinde bulunur
Kum	ABD. Silika	F30	Kanal boyunca 10-20 cm derinliğinde bir tabaka oluşturmak için araştırma sınıfı kum
Boya	Gıda şirketlerinden		Sulu bir çözelti haline getirilen suda çözünür gıda sınıfı boya. Kırmızı, mavi ve yeşil gibi koyu renkler en iyi sonucu verir. (Propilen glikoldeki gıda boyalarından kaçının.)
Şırınga	HSW	4100.000V0	5-10 ml, örn. HSW Norm-Ject 2 parçalı tek kullanımlık şırınga
Pipetleme İğnesi	Cadence Science	7942	14 ölçülü, 6 inç künt uçlu,   boyayı kumun derinliklerine enjekte etmek için.
Dijital Fotoğraf Makinesi	herhangi bir		Dijital fotoğraf makinesi. (Hızlandırılmış kameralar, hızlı ve eşit aralıklı veri toplamak için kullanılabilir.) Biz bir Nikon D7000 kullandık.
Cetvel	Herhangi Bir		Şeffaf en iyisidir.
Ölçüm Bandı	Herhangi Bir
	CCL		http://ccl.northwestern.edu/netlogo/
Mousedrop.nlogo	Netlogo Commons	4259	http://modelingcommons.org/browse/one_model/4259
Interface.nlogo	Netlogo Commons	4258	http://modelingcommons.org/browse/one_model/4258

örnekler Sabit tripodlu Netlogo Yazılımı