Υπόγεια Υδραυλική. 5 η Εργαστηριακή Άσκηση Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Υπόγεια Υδραυλική. 5 η Εργαστηριακή Άσκηση Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών"

Πανκρατιος Πολίτης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Υπόγεια Υδραυλική 5 η Εργαστηριακή Άσκηση Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών

2 Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών Η υδροδυναμική ανάλυση των πηγαίων εκφορτίσεων υπόγειου νερού αποτελεί, ασφαλώς, μια βασική μεθοδολογία υδρογεωλογικής (ποιοτικής) και υδραυλικής (ποσοτικής) μελέτης των υδροφόρων συστημάτων, τα οποία εμφανίζουν φυσική επιφανειακή εκφόρτιση (πηγή). Κεφάλαιο «Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών», Σημειώσεις Τεχνικής Γεωλογίας, σελ

(ποσοτικής) μελέτης των υδροφόρων συστημάτων, τα οποία εμφανίζουν φυσική επιφανειακή

3 Πηγαίες εκφορτίσεις Όπως σε όλα τα υδροφόρα συστήματα, έτσι και σ' αυτά που συνδέονται άμεσα με πηγαίες εκφορτίσεις, καθοριστική σημασία έχει η διάκριση ανάμεσα στην ακόρεστη ζώνη και στη κορεσμένη και στις μεταβολές τους. Η σχέση της κορεσμένης ζώνης και του υψομέτρου της πηγαίας εκφόρτισης καθορίζει το μηχανισμό λειτουργίας της πηγής. Έτσι διακρίνονται δύο υδροδυναμικοί τύποι πηγών, που είναι οι εξής: Πηγές επαφής, όταν το σύνολο της κορεσμένης ζώνης και συγκεκριμένα η βάση της βρίσκεται, υψομετρικά, ψηλότερα από το σημείο εκφόρτισης της πηγής. Πηγές υπερπλήρωσης, όταν η κορεσμένη ζώνη, σε σχέση με το υψόμετρο εκφόρτισης της πηγής, βρίσκεται και χαμηλότερα (ψηλότερα θα βρίσκεται, έτσι κι αλλιώς, προκειμένου να δημιουργηθεί η αναγκαία υψομετρική διαφορά και το αναγκαίο υδραυλικό φορτίο, που θα επιτρέψει τη ροή προς το σημείο εκφόρτισης).

Έτσι διακρίνονται δύο υδροδυναμικοί τύποι πηγών, που είναι οι εξής: Πηγές επαφής, όταν το σύνολο της κορεσμένης ζώνης και συγκεκριμένα η βάση της βρίσκεται, υψομετρικά, ψηλότερα από το σημείο

4 Τα υδρογράμματα Υδρόγραμμα μιας πηγής ή ενός υδάτινου ρεύματος, γενικότερα, είναι η γραφική απεικόνιση της μεταβολής της παροχής, σε συνάρτηση με το χρόνο. Είναι το διάγραμμα που παριστά τη συνάρτηση q(t), ή αλλιώς ένα διάγραμμα (q-t). Σ' αυτό διακρίνονται τρία βασικά τμήματα, αυτά που διακρίνονται και σε ένα διάγραμμα εξομάλυνσης, που προκύπτει από την επεξεργασία των ημερήσιων (και γενικά, συχνών) καταγραφών και που είναι: Η καμπύλη αύξησης ή συγκέντρωσης, που αντιπροσωπεύει το χρονικό διάστημα, μέσα στο υδρολογικό έτος, στο οποίο οι παροχές αυξάνουν γενικά, ανεξάρτητα από επί μέρους προσωρινές μειώσεις. Η καμπύλη μείωσης, που αντιπροσωπεύει το αντίστοιχο διάστημα μείωσης των παροχών, ανεξάρτητα από επί μέρους προσωρινές αυξήσεις. Η καμπύλη στείρευσης ή εξάντλησης, που αρχίζει από το τέλος της προηγούμενης και τελειώνει στην αρχή της επόμενης καμπύλης αύξησης.

Σ' αυτό διακρίνονται τρία βασικά τμήματα, αυτά που διακρίνονται και σε ένα διάγραμμα εξομάλυνσης, που προκύπτει από την επεξεργασία των ημερήσιων (και γενικά, συχνών) καταγραφών και που είναι: Η

5 Τα υδρογράμματα Ο καθοδικός κλάδος του υδρογράμματος (καμπύλη μείωσης και καμπύλη στείρευσης) ονομάζεται ενιαία καμπύλη υποχώρησης. Στο υδρόγραμμα, ακόμα, διακρίνονται και οι εξής χαρακτηριστικοί χρόνοι: Ο χρόνος ανταπόκρισης, που είναι το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από το "μέσο" ή "κέντρο βάρους" της βροχόπτωσης μέχρι τη στιγμή της εμφάνισης της μέγιστης παροχής εκφόρτισης. Ο χρόνος ανόδου, που αντιπροσωπεύει τη χρονική διάρκεια της καμπύλης αύξησης. Ο χρόνος καθόδου, που αντιστοιχεί στο χρονικό διάστημα της καμπύλης μείωσης. Ο χρόνος βάσης, που είναι το άθροισμα των δύο προηγούμενων χρόνων.

"μέσο" ή "κέντρο βάρους" της βροχόπτωσης μέχρι τη στιγμή της εμφάνισης της μέγιστης παροχής εκφόρτισης.

6 Καμπύλη στείρευσης Καμπύλη στείρευσης (courbe de tarissement, depletion curve), ονομάζεται το τελευταίο τμήμα του καθοδικού κλάδου του υδρογράμματος μιας πηγής. Στο τμήμα αυτό, η καμπύλη μειώνει κατά πολύ την κλίση της και τείνει ασυμπτωτικά να οριζοντιωθεί, δηλαδή να σταθεροποιηθεί η παροχή με την πάροδο του χρόνου. Γίνεται δεκτό ότι, στο διάστημα αυτό, η παροχή της πηγής δεν επηρεάζεται από νέες αφίξεις νερού. Το νερό που έχει κατεισδύσει, έχει πλήρως ενσωματωθεί στον υδροφόρο ορίζοντα, ο οποίος, ρυθμισμένος πια, εκφορτίζεται από την πηγή με αντίστοιχη μείωση του υδραυλικού του φορτίου.

Στο τμήμα αυτό, η καμπύλη μειώνει κατά πολύ την κλίση της και τείνει ασυμπτωτικά να οριζοντιωθεί, δηλαδή να σταθεροποιηθεί η παροχή με την πάροδο

7 Καμπύλη στείρευσης Η έναρξη της στείρευσης, για κάθε πηγή, μεταβάλλεται κάθε υδρολογικό έτος, ανάλογα με το καθεστώς των κατακρημνισμάτων που έχουν προηγηθεί, το ίδιο και η λήξη της, που σημαδεύεται από την άφιξη νέων ποσοτήτων νερού στον υδροφόρο ορίζοντα, με την έναρξη των κατακρημνισμάτων του νέου υδρολογικού έτους. Αντιλαμβάνεται κανείς, ότι η μορφή της καμπύλης στείρευσης και η θέση της στο διάγραμμα παροχής - χρόνου εξαρτώνται: Από τα χαρακτηριστικά του υδροφορέα Τα χαρακτηριστικά της ροής Το καθεστώς των προηγηθέντων κατακρημνισμάτων.

με την έναρξη των κατακρημνισμάτων του νέου υδρολογικού έτους.

8 Συντελεστής στείρευσης Η έναρξη της καμπύλης στείρευσης σημειώνεται στον χρόνο t 0, που αντιστοιχεί σε μία παροχή Q o. Η καμπύλη, επίσης, χαρακτηρίζεται από το συντελεστή στείρευσης (εξάντλησης), που συμβολίζεται με το Ελληνικό γράμμα α. Ο συντελεστής α, δεν αντιπροσωπεύει την κλίση της καμπύλης στείρευσης, εξαρτάται, όμως, η αριθμητική του τιμή από αυτή.

Η καμπύλη, επίσης, χαρακτηρίζεται από το συντελεστή στείρευσης (εξάντλησης), που

9 Συντελεστής στείρευσης Σε μία υδρογεωλογική λεκάνη, καλά διακεκριμένη, όπου τα υδροφόρα στρώματα τροφοδοτούνται από τα κατακρημνίσματα, χωρίς απώλειες προς γειτονικές λεκάνες και χωρίς πρόσθετες εξωτερικές τροφοδοσίες, ο συντελεστής στείρευσης είναι συνάρτηση των εξής παραγόντων: Του ποσοστού της ενεργού κατείσδυσης Των διαστάσεων του υδροφόρου στρώματος Του ενεργού πορώδους ή του συντελεστή εναποθήκευσης (S) του υδροφορέα Της περατότητας (Κ)

συντελεστής στείρευσης είναι συνάρτηση των εξής παραγόντων: Του ποσοστού της ενεργού κατείσδυσης Των διαστάσεων

10 Του ποσοστού της ενεργού κατείσδυσης. Αν Ι, είναι η ενεργός κατείσδυση στη μοναδιαία επιφάνεια και στο μοναδιαίο χρόνο, σε m 3 /m 2 /s και Η, το ενεργό πάχος του υδροφόρου στρώματος, σε m, τότε ισχύει: α=ι/η. Επομένως, ο συντελεστής κατείσδυσης είναι άμεση συνάρτηση της ενεργού κατείσδυσης. Των διαστάσεων του υδροφόρου στρώματος. Ο συντέλεσης στείρευσης, με σταθερή την ενεργό κατείσδυση Ι, κυμαίνεται αντιστρόφως ανάλογα προς το ενεργό πάχος του υδροφορέα, Η, και του μήκους του, επομένως του όγκου των αποθεμάτων υπόγειου νερού. Η τιμή του συντελεστή είναι τόσο πιο μικρή, όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος του αποθηκευμένου υπόγειου νερού μέσα στον υδροφορέα και όσο μεγαλύτερες είναι οι διαστάσεις του τελευταίου. Για δύο υδροφόρα στρώματα, που εμφανίζουν την ίδια τιμή της Qo, η μικρή τιμή του "α" αντιστοιχεί σε πιο μεγάλο υδατικό απόθεμα, σε σχέση με μία μεγάλη τιμή του συντελεστή αυτού. Του ενεργού πορώδους ή του συντελεστή εναποθήκευσης (S) του υδροφορέα. Η τιμή του "α" είναι αντιστρόφως ανάλογη των παραπάνω υδραυλικών παραμέτρων. Της περατότητας (Κ). Η τιμή του "α" είναι άμεση συνάρτηση της περατότητας του υδροφόρου στρώματος.

Επομένως, ο συντελεστής κατείσδυσης είναι άμεση συνάρτηση της ενεργού κατείσδυσης. Των διαστάσεων του υδροφόρου στρώματος.

11 Επομένως, ο συντελεστής στείρευσης "α", είναι τόσο πιο μεγάλος (επομένως και η εκκένωση του υδροφορέα πιο γρήγορη), όσο ο όγκος του υδροφορέα είναι μικρότερος, η ενεργός κατείσδυσή του μικρότερη και η περατότητα του μεγαλύτερη. Είναι τόσο πιο μικρός (επομένως και η εκκένωση του υδροφορέα πιο αργή), όσο ο όγκος του υδροφορέα είναι μεγαλύτερος, η ενεργός κατείσδυσή του μεγαλύτερη και η περατότητά του μικρότερη.

12 Η μέθοδος του Maillet Ο υπολογισμός του συντελεστή στείρευσης Ο υπολογισμός της μεταβολής του όγκου του αποθηκευμένου νερού Η εξίσωση του Maillet εκφράζεται, για τον όγκο νερού W, σε m, αποθηκευμένου σε χρονική στιγμή t, σαν:

αποθηκευμένου νερού Η εξίσωση του Maillet εκφράζεται,

Σχετικά έγγραφα

Υπόγεια Υδραυλική. 1 η Εργαστηριακή Άσκηση Εφαρμογή Νόμου Darcy

Υπόγεια Υδραυλική. 1 η Εργαστηριακή Άσκηση Εφαρμογή Νόμου Darcy Υπόγεια Υδραυλική 1 η Εργαστηριακή Άσκηση Εφαρμογή Νόμου Darcy Τα υπόγεια υδατικά συστήματα Τα υπόγεια υδατικά συστήματα είναι συγκεντρώσεις υπόγειου νερού, που εμφανίζουν τα χαρακτηριστικά της υπόγειας