Zawartość
Przewodność hydrauliczna to łatwość, z jaką woda przepływa przez porowate przestrzenie i pęka w glebie lub skale. Podlega gradientowi hydraulicznemu i zależy od poziomu nasycenia i przepuszczalności materiału. Przewodnictwo hydrauliczne określa się ogólnie za pomocą jednego z dwóch podejść. Podejście empiryczne koreluje przewodnictwo hydrauliczne z właściwościami gleby. Drugie podejście oblicza przewodność hydrauliczną poprzez eksperymenty.
Podejście empiryczne
Oblicz empirycznie przewodność hydrauliczną, wybierając metodę opartą na rozkładzie wielkości ziarna w materiale. Każda metoda wywodzi się z ogólnego równania. Ogólne równanie to:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Gdzie K = przewodnictwo hydrauliczne; g = przyspieszenie ziemskie; v = lepkość kinematyczna; C = współczynnik sortowania; ƒ (n) = funkcja porowatości; i d_e = efektywna średnica ziarna. Lepkość kinematyczna (v) jest określana przez lepkość dynamiczną (µ) i gęstość płynu (wody) (ρ) jako v = µ ÷ ρ. Wartości C, ƒ (n) id zależą od metody zastosowanej w analizie wielkości ziaren. Porowatość (n) pochodzi z zależności empirycznej n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U), gdzie współczynnik jednorodności ziarna (U) jest określony przez U = d_60 / d_10. W próbce, d_60 oznacza średnicę ziarna (mm), w której 60 procent próbki jest bardziej drobna, a d_10 reprezentuje średnicę ziarna (mm), dla której 10 procent próbki jest bardziej dokładne.
To ogólne równanie jest podstawą różnych wzorów empirycznych.
Użyj równania Kozeny-Carmana dla większości moczników. Jest to najczęściej akceptowana i stosowana empiryczna pochodna oparta na wielkości ziarna gleby, ale nie jest odpowiednia do stosowania na glebach o efektywnej wielkości ziarna powyżej 3 mm lub na glebach ilastych:
K = (g ÷ v) _8,3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Użyj równania Hazena dla moczu gleby od drobnego piasku do żwiru, jeśli gleba ma współczynnik jednorodności mniejszy niż pięć (U <5) i efektywny rozmiar ziarna między 0,1 mm a 3 mm. Ta formuła jest oparta tylko na wielkości cząstek d_10, więc jest mniej dokładna niż formuła Kozeny-Carmana:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (d_10) ^ 2
Użyj równania Breyera dla materiałów o niejednorodnym rozkładzie i źle posortowanych ziaren o współczynniku jednorodności od 1 do 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(d_10) ^ 2
Użyj równania USR Bureau of Reclamation (USBR) dla piasku średnioziarnistego o współczynniku jednorodności mniejszym niż pięć (U <5). To oblicza przy użyciu efektywnej wielkości ziarna d_20 i nie zależy od porowatości, więc jest mniej dokładne niż w przypadku innych wzorów:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Metody eksperymentalne - laboratorium
Użyj równania opartego na prawie Darcysa, aby eksperymentalnie uzyskać przewodnictwo hydrauliczne. W laboratorium umieść próbkę gleby w małym cylindrycznym pojemniku, aby utworzyć jednowymiarowy przekrój gleby, przez który przepływa ciecz (zwykle woda). Ta metoda jest albo próbą stałej wysokości, albo próbą spadania głowy, w zależności od stanu przepływu cieczy. Gleby gruboziarniste, takie jak czyste piaski i żwiry, zwykle stosują testy stałej wysokości. Próbki drobniejszych ziaren stosują testy spadania. Podstawą tych obliczeń jest prawo Darcysa:
U = -K (dh ÷ dz)
Gdzie U = średnia prędkość płynu przez geometryczne pole przekroju poprzecznego w glebie; h = głowica hydrauliczna; z = odległość pionowa w glebie; K = przewodnictwo hydrauliczne. Wymiar K to długość na jednostkę czasu (I / T).
Użyj permeametru, aby przeprowadzić test stałej głowicy, najczęściej stosowany test w celu określenia nasyconej przewodności hydraulicznej gruboziarnistych gleb w laboratorium. Poddać cylindrycznej próbce gruntu pole przekroju A i długość L działaniu stałego przepływu (H2 - H1). Objętość (V) płynu testowego, który przepływa przez układ w czasie (t), określa nasycone przewodnictwo hydrauliczne K gleby:
K = VL ÷
Aby uzyskać najlepsze wyniki, przetestuj kilka razy, używając różnych różnic wysokości.
Użyj testu opadającej głowy, aby określić K drobnoziarnistych gleb w laboratorium. Podłączyć cylindryczną kolumnę z próbką gleby o polu przekroju (A) i długości (L) do rury pionowej o polu przekroju (a), w której płyn przesiąkający wpływa do układu. Zmierz zmianę wysokości w stojaku (H1 do H2) w odstępach czasu (t), aby określić nasycone przewodnictwo hydrauliczne na podstawie prawa Darcysa:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)