Περιεχόμενο
- Ορισμός της πιεζομετρικής κεφαλής
- Ποιο πιεζομετρικό κεφάλι μετρά πραγματικά
- Προσδιορισμός της πιεζομετρικής κεφαλής στα υπόγεια ύδατα
- Υπολογισμός πιεζομετρικής κεφαλής σε υδροηλεκτρικά φράγματα
Το νερό που αναβλύζει από το έδαφος φαίνεται εντελώς μαγικό. Το νερό που ρέει προς τα πάνω μέσω σωλήνων φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με τους νόμους της βαρύτητας. Ενώ αυτά μπορεί να φαίνονται σαν θαυματουργικά γεγονότα, συμβαίνουν λόγω πιεζομετρική ή υδραυλική κεφαλή.
Ορισμός της πιεζομετρικής κεφαλής
ο πιεζομετρικό ορισμό κεφαλής από το γλωσσάριο της αμερικανικής μετεωρολογικής κοινωνίας είναι "η πίεση που υπάρχει σε έναν περιορισμένο υδροφόρο ορίζοντα". Ο ορισμός συνεχίζεται με την ένδειξη ότι η πιεζομετρική κεφαλή "... είναι η ανύψωση πάνω από ένα δεδομένο συν την κεφαλή πίεσης".
Η πιεζομετρική επιφάνεια περιγράφεται ως «μια φανταστική ή υποθετική επιφάνεια της πιεζομετρικής πίεσης ή υδραυλικής κεφαλής σε όλο ή μέρος ενός περιορισμένου ή ημι-περιορισμένου υδροφόρου ορίζοντα, ανάλογη με την επιφάνεια του νερού ενός αδιαχώριστου υδροφόρου ορίζοντα».
Τα συνωνύμια της πιεζομετρικής κεφαλής περιλαμβάνουν την υδραυλική κεφαλή και την υδραυλική πίεση της κεφαλής. Η πιεζομετρική επιφάνεια μπορεί επίσης να ονομάζεται ποτενσιομετρική επιφάνεια. Η πιεζομετρική κεφαλή είναι ένα μέτρο της δυνητική ενέργεια του νερού.
Ποιο πιεζομετρικό κεφάλι μετρά πραγματικά
Η πιεζομετρική κεφαλή μετράει έμμεσα τη δυνητική ενέργεια του νερού μετρώντας το ύψος του νερού σε ένα δεδομένο σημείο. Η πιεζομετρική κεφαλή μετράται χρησιμοποιώντας την ανύψωση της επιφάνειας του νερού σε ένα φρεάτιο ή το ύψος του νερού σε ένα σωλήνα εκροής που συνδέεται με ένα σωλήνα που περιέχει νερό υπό πίεση.
Η κεφαλή του πιεζομέτρου συνδυάζει τρεις παράγοντες: την πιθανή ενέργεια του νερού λόγω του ύψους των υδάτων πάνω από ένα δεδομένο σημείο (συνήθως μέση ή μέση στάθμη της θάλασσας), οποιαδήποτε πρόσθετη ενέργεια εφαρμόζεται από την κεφαλή πίεσης και ταχύτητας.
Η πίεση μπορεί να οφείλεται στη βαρύτητα, όπως με τη ροή μέσω των αγωγών σε ένα υδροηλεκτρικό φράγμα ή με περιορισμό, όπως σε ένα περιορισμένο υδροφόρο ορίζοντα. Η εξίσωση για τον υπολογισμό της κεφαλής μπορεί να γραφεί ως κεφαλή h ισούται με το ύψος της κεφαλής z μαζί με την κεφαλή πίεσης Ψ συν κεφαλή ταχύτητας v.
h = z + Ψ + ν
Το κεφάλι ταχύτητας, ενώ ένας σημαντικός παράγοντας στους υπολογισμούς ροής σωλήνων και αντλιών, είναι αμελητέος στους υπολογισμούς της πιεζομετρικής κεφαλής υπόγειου νερού επειδή η ταχύτητα των υπόγειων υδάτων είναι πολύ αργή.
Προσδιορισμός της πιεζομετρικής κεφαλής στα υπόγεια ύδατα
Ο προσδιορισμός της πιεζομετρικής κεφαλής επιτυγχάνεται με μέτρηση της ανύψωσης της στάθμης του νερού σε ένα φρεάτιο. Οι πιεζομετρικές υπολογισμοί συνολικής κεφαλής στα υπόγεια ύδατα χρησιμοποιούν τον τύπο h = z + Ψ που h νοείται η συνολική κεφαλή ή το ύψος της στάθμης των υπόγειων υδάτων πάνω από την ημερομηνία, συνήθως τη στάθμη της θάλασσας, ενώ z αντιπροσωπεύει το ύψος της κεφαλής και Ψ αντιπροσωπεύει την κεφαλή πίεσης.
Η ανυψωτική κεφαλή, z, είναι το ύψος του πυθμένα ενός φρέατος πάνω από το σημείο αναφοράς. Η κεφαλή πίεσης ισούται με το ύψος της στήλης νερού παραπάνω z. Για μια λίμνη ή μια λίμνη, Ψ ισούται με το μηδέν, ώστε η υδραυλική ή πιεζομετρική κεφαλή απλά να ισούται με την πιθανή ενέργεια του ύψους της επιφάνειας του νερού πάνω από το σημείο αναφοράς. Σε ένα αδιαχώριστο υδροφόρο ορίζοντα, η στάθμη του νερού στο φρεάτιο θα είναι περίπου ίση με την στάθμη των υπόγειων υδάτων.
Σε περιορισμένους υδροφόρους ορίζοντες, ωστόσο, η στάθμη του νερού στα φρεάτια αυξάνεται πάνω από το επίπεδο του περιορισμένου στρώματος βράχου. Η συνολική κεφαλή μετράται απευθείας στην επιφάνεια του νερού στο φρεάτιο. Η αφαίρεση της ανύψωσης του πυθμένα του φρέατος από την ανύψωση της επιφάνειας του νερού αποδίδει την κεφαλή πίεσης.
Για παράδειγμα, η επιφάνεια του νερού σε ένα πηγάδι βρίσκεται σε υψόμετρο 120 ποδιών πάνω από τη μέση στάθμη της θάλασσας. Εάν η ανύψωση στον πυθμένα του φρέατος βρίσκεται σε 80 πόδια πάνω από τη μέση στάθμη της θάλασσας, τότε η κεφαλή πίεσης ισούται με 40 πόδια.
Υπολογισμός πιεζομετρικής κεφαλής σε υδροηλεκτρικά φράγματα
Ο ορισμός της πιεζομετρικής πίεσης δείχνει ότι η πιθανή ενέργεια στην επιφάνεια μιας δεξαμενής ισούται με την ανύψωση της επιφάνειας των λιμνών πάνω από ένα σημείο αναφοράς. Στην περίπτωση υδροηλεκτρικού φράγματος, το σημείο αναφοράς που χρησιμοποιείται μπορεί να είναι η επιφάνεια του νερού ακριβώς κάτω από το φράγμα.
Η ολική εξίσωση κεφαλής απλοποιεί τη διαφορά στην ανύψωση από την επιφάνεια δεξαμενής και την επιφάνεια εκροής. Για παράδειγμα, εάν η επιφάνεια της δεξαμενής είναι 200 πόδια πάνω από το επίπεδο του ποταμού αμέσως κάτω από το φράγμα, η συνολική υδραυλική κεφαλή ισούται με 200 πόδια.