自然地下水系统在达西尺度上可展现混沌混合

尽管定常、各向同性的达西流本质上是层流且不混合的，但众所周知，通过工程抽水方案进行的瞬态强迫可在地下水中诱导出快速的混沌混合。在本研究中，我们探究此类混合在受循环强迫（例如潮汐或季节性影响）的自然地下水系统中出现的可能性。使用受潮汐强迫的常规线性地下水流模型，我们表明在某些条件下，这些流在潮汐边界附近产生拉格朗日输运与混合现象（混沌平流）。我们表明含水层非均质性、储水系数和强迫幅度导致强迫周期内流向的反转，进而产生相干的拉格朗日结构与混沌。这些特征显著增强了流体混合与输运，导致反常的滞留时间分布、流分离以及反应动力学被深刻改变的可能性。我们定义了控制该现象的无量纲参数群，并结合一组特征良好的海岸带系统探讨了这些参数群。在现场研究中必须认识并评估排放边界附近存在拉格朗日混沌的可能性。