Model matematyczny fluidyzacji strefy hyporeicznej

• Autorzy: Marciniak M. , Kaczmarek M. , Szczucińska A.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0012.4908

Warianty tytułu

EN

A mathematical model of the hyporheic zone fluidization

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W strefie hyporeicznej dokonuje się wymiana wód powierzchniowych i podziemnych. W warunkach drenażu wód podziemnych, przy wzroście gradientu hydraulicznego, może dojść do fluidyzacji tej strefy. W artykule przedstawiono model matematyczny fluidyzacji strefy hyporeicznej, który wyprowadzono z bilansu sił związanych z filtracją wody przez strefę hyporeiczną. Model matematyczny umożliwia prognozowanie wystąpienia fluidyzacji w zależności od wzrostu położenia zwierciadła wód podziemnych. Przeprowadzono serię testów laboratoryjnych, które potwierdziły prognozę obliczoną z modelu. Przeanalizowano także konsekwencje hydrologiczne i hydrogeologiczne fluidyzacji strefy hyporeicznej takie jak: zanik dobowych fluktuacji zwierciadła wody w strefach źródliskowych oraz zmiana tempa opadania wody w rzece po wezbraniu.

EN

In the hyporheic zone, exchange of surface water and groundwater takes place. During the groundwater drainage and the increase in hydraulic gradient, this zone can be fluidized. The paper presents a mathematical model of hyporheic zone fluidization. It has been obtained from a balance of forces related to the water filtration through the hyporheic zone. The mathematical model makes it possible to predict the occurrence of fluidization depending on the increase in water table position. A series of laboratory tests were carried out, which confirmed the predictions according to the model. The hydrological and hydrogeological influences of hyporheic zone fluidization were also analyzed, namely: the decline of diurnal water level fluctuations in headwaters and the variable rate of decline of water level after rainfall flood.

Słowa kluczowe

PL

strefa hyporeiczna; fluidyzacja; model matematyczny

EN

hyporheic zone; fluidization; mathematical model

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 471, Hydrogeologia, z. 15
• Strony: 89--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Marciniak M.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych, ul. B. Krygowskiego 10, 61-680 Poznań

autor

Kaczmarek M.

• Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki, ul. M. K. Ogińskiego 16, 85-092 Bydgoszcz

autor

Szczucińska A.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych, ul. B. Krygowskiego 10, 61-680 Poznań

Bibliografia

• [1] BRUNKE M., GONSER T., 1997 − The ecological significance of exchange processes between rivers and groundwater. Freshwater Biol., 37: 1−33.
• [2] CALVER A., 2001 − Riverbed permeabilities. Information from pooled data. Ground Water, 39, 4: 546−553.
• [3] Cardenas M.B., Zlotnik V.A., 2003 − Threedimensional model of modern channel bend deposits. Water Resour. Res., 39: 1141. DOI:10.1029/2002WR001383.
• [4] CARDENAS M.B., WILSON J.L., ZLOTNIK V.A., 2004 − Impact of heterogeneity, bed forms, and stream curvature on subchannel hyporheic exchange. Water Resour. Res., 40: 1141−1153.
• [5] COCCO R., KARRI R., KNOWLTON T., 2014 − Introduction to fluidization. Chem. Eng. Prog., 110: 21–29.
• [6] CORRADINI M.L., CHAO Z., LIANG-SHIH F., RONG-HER J. 2016 − Multiphase Flow. W: Handbook of fluid dynamics (red. R.W. Johnson). CRC Press.
• [7] DANIELOPOL D. L., MARMONIER P., 1992 − Aspects of research on groundwater along the Rhone, Rhine and Danube. Regul. Rivers, 7: 5−16.
• [8] DARCY H., 1856 − Les fontaines poublique de la ville de Dijon. Paris.
• [9] HENDRICKS S.P., WHITE D.S., 1995 − Seasonal biogeochemical patterns in surface water, subsurface hyporheic, and riparian ground water in a temperate stream ecosystem. Arch. Hydrobiol., 134: 459−490.
• [10] HINKLE S.R., DUFF J.H., TRISKA F.J., LAENEN A., GATES E.B., BENCALA K.E., WENTZ D.A., SILVA S.R., 2001− Linking hyporheic flow and nitrogen cycling near the Willamette River – a large river in Oregon, USA. J. Hydrol., 244: 157−180.
• [11] JEKATIERYNCZUK-RUDCZYK E., 2006 − Water quality in the hyporheic zone of small lowland rivers. Polish J. Environ. Stud., 15: 53−456.
• [12] JEKATIERYNCZUK-RUDCZYK E., 2007 − Strefa hyporeiczna, jej funkcjonowanie i znaczenie. Kosmos. Problemy Nauk Biologicznych, 56: 181−196.
• [13] JIANZHONG Y., RENKEN A., 2003 − A generalized correlation for equilibrium of forces in liquid-solid fluidized beds. Chemical Engineering Journal, 92: 7−14.
• [14] MARCINIAK M., SZCZUCIŃSKA A., KACZMAREK M., 2017 − Zmienność współczynnika filtracji w strefie hyporeicznej w świetle badań laboratoryjnych. Prz. Geol., 65: 1115−1120.
• [15] OLSEN D.A., TOWNSEND C.R., 2003 − Hyporheic community composition in a gravel-bed stream: influence of vertical hydrological exchange, sediment structure and physicochemistry. Freshwater Biol., 48: 1363−1378.
• [16] STUBBINGTON R., GREENWOOD A.M., WOOD P.J., 2009 − The response of perennial and temporary headwater stream invertebrate communities to hydrological extremes. Hydrobiol., 230: 299−312.
• [17] VALLET H. M., FISHER S. G., STANLEY E. H., 1990 − Physical and chemical characteristics of the hyporheic zone of a Sonoran desert stream. J. North Am. Benthol. Soc., 9: 201−215.
• [18] VARDOULAKIS I., 2004 − Fluidisation in artesian flow conditions: Hydromechanically stable granular media. Geotechnique, 54: 117−130.
• [19] WHITE D.S., 1993 − Perspectives on defining and delineating hyporheic zones. J. North Am. Benthol. Soc., 12: 61−69.
• [20] WIŁUN Z., 2013 − Zarys geotechniki. WKiŁ, Warszawa.
• [21] WONDZELL S.M., 2011 − The role of the hyporheic zone across stream network. Hydrol. Process., 25: 3525−3532.
• [22] ZHOU N., ZHAO S., SHEN X., 2014 − Nitrogen cycle in the hyporheic zone of natural wetlands. Chinese Sci. Bull., 59: 2945.
• [23] ZIJL W., NAWALANY M., 1993 − Natural Groundwater Flow. Lewis Publishers, Boca Raton.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).