Υπόγεια Υδραυλική. 1 η Εργαστηριακή Άσκηση Εφαρμογή Νόμου Darcy

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Υπόγεια Υδραυλική. 1 η Εργαστηριακή Άσκηση Εφαρμογή Νόμου Darcy"

Γιάννη Θεοδοσίου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Υπόγεια Υδραυλική 1 η Εργαστηριακή Άσκηση Εφαρμογή Νόμου Darcy

2 Τα υπόγεια υδατικά συστήματα Τα υπόγεια υδατικά συστήματα είναι συγκεντρώσεις υπόγειου νερού, που εμφανίζουν τα χαρακτηριστικά της υπόγειας ροής και είναι συνδεδεμένα με τη στερεή φάση του περιβάλλοντος (εδάφη, πετρώματα), στην οποία περιέχονται. Το νερό εισέρχεται, διακινείται και εξέρχεται του υδροφορέα χρησιμοποιώντας τα κενά της στερεής φάσης, αποτέλεσμα των συνθηκών γένεσης του πετρώματος ή/και της μετέπειτα γεωλογικής, τεκτονικής και υδρογεωλογικής του ιστορίας, που είναι: Οι πόροι του πετρώματος (κενά μεταξύ των κόκκων), οι οποίοι συνιστούν το πρωτογενές ή πορώδες μέσο. Οι ασυνέχειες στη μάζα των βραχώδων σχηματισμών, οι οποίες αντιπροσωπεύουν το δευτερογενές πορώδες ή το μέσο ασυνεχειών.

3 Πορώδες μέσο Μέσο ασυνεχειών Στην Υπόγεια Υδραυλική, το μέσο ασυνεχειών αναφέρεται σε αντιδιαστολή με το πορώδες μέσο. «Πορώδες μέσο ή συνεχές θεωρείται εκείνο που, στη σύλληψή του ή στην επεξεργασία του, δεν εμφανίζει εκλεκτικές διαδρομές νερού μέσα στη μάζα του. Σε αντίθεση, το μέσο ασυνεχειών ή ασυνεχές μέσο είναι εκείνο που εμφανίζει διαδρομές κίνησης νερού εντελώς διακεκριμένες και συγκεκριμένες, τις ασυνέχειες κάθε μορφής και προελεύσεως.» Η διάκριση μεταξύ πορώδους μέσου και μέσου ασυνεχειών δεν είναι πάντα εύκολη ή προφανής και εξαρτάται άμεσα από την κλίμακα μελέτης.

4 Ροή του νερού στο πορώδες μέσο Οι μαθηματικές θεωρήσεις της κινήσεως του υπόγειου νερού προς το επίπεδο βάσης, προς τα υδροληπτικά έργα ή προς πηγαίες εκφορτίσεις, υποθέτουν ότι το πορώδες μέσο είναι ομογενές και ισότροπο. Στην πραγματικότητα, ένα φυσικό μέσο δεν είναι ποτέ ομογενές και ισότροπο, θεωρείται όμως τέτοιο, σε συνδυασμό με την κλίμακα θεωρήσεως. Σε πορώδη μέσα, ο νόμος του Darcy αποτελεί τη βασική σχέση κινήσεως του υπόγειου νερού.

5 Ο νόμος του Darcy Ο νόμος του Darcy, όπως είναι γνωστή η βασική σχέση κινήσεως του υπόγειου νερού σε πορώδες μέσο, διατυπώθηκε με βάση την ανάλογη πειραματική διάταξη.

6 Ο νόμος του Darcy Η παροχή Q που περνάει ανά μονάδα χρόνου μέσα από μια διατομή A, εξαρτάται από την υδραυλική κλίση i και από τον συντελεστή περατότητας k. Επομένως, η παροχή Q δίνεται από τον τύπο: Q = k i A Q = η ποσότητα νερού, η οποία διέρχεται δια μέσου μιας συγκεκριμένης διατομής. Α = το εμβαδόν μιας συγκεκριμένης διατομής k = ο συντελεστής περατότητας ή υδραυλικής αγωγιμότητας (σε μέσο ασυνεχειών) i = η υδραυλική κλίση (μεταβολή του υδραυλικού φορτίου ανά μονάδα μεταβολής του μήκους διαδρομής του νερού στο πορώδες μέσο)

7 Προϋποθέσεις ισχύος Νόμου Darcy Ροή γραμμική (ανυπαρξία ασυνεχειών της ταχύτητας) Μέσο ισότροπο (αφορά σημαντικές ιδιότητες του μέσου και μέσα στα πλαίσια της ισοτροπίας κάποια τέτοια ιδιότητα διατηρεί σταθερή τιμή προς όλες τις διευθύνσεις) Ομοιογενές μέσο (αφορά τη σταθερότητα της τιμής κάποιας ιδιότητάς του σε παράλληλες διευθύνσεις μέσα στη μάζα του)

8 Υδραυλικές Παράμετροι Συντελεστής περατότητας (k) Υδαταγωγιμότητα (Τ) Συντελεστής Εναποθήκευσης (S) Παράμετρος Διαστραγγίσεως Παράγοντας Διαστραγγίσεως Παράγοντας Διασταλάξεως

9 Συντελεστής Περατότητας (k) Συντελεστής Περατότητας k (Coefficient of Permeability) Κατά το νόμο του Darcy, ο συντελεστής περατότητας k, προσδιορίζεται ως ο όγκος του νερού που ρέει στη μονάδα του χρόνου, διασχίζοντας μοναδιαία επιφάνεια μιας διατομής του υπεδάφους, λόγω μοναδιαίας υδραυλικής κλίσης. Οι μονάδες μέτρησης είναι m/sec και μπορεί να μεταβάλλεται αναλόγως της θεωρούμενης διευθύνσεως ροής. Κάθε ρύπος εμφανίζει συγκεκριμένη ευκολία ή δυσκολία διελεύσεως από το μέσο, με βάση την περατότητα του μέσου ως προς το συγκεκριμένο ρύπο.

10 Συντελεστής Υδαταγωγιμότητας (Τ) Υδαταγωγιμότητα (Τ) Υδροαγωγιμότητα, Διαβιβαστικότητα, Μεταβιβαστικότητα (Transmissivity Transmissibility) Ορίζεται ως το γινόμενο της Περατότητας επί το κορεσμένο πάχος, πραγματικό (ελεύθεροι ορίζοντες) ή πιεζομετρικό (υπό πίεση ορίζοντες), και χαρακτηρίζει την επάρκεια του υδροφόρου ορίζοντα στη διαβίβαση του νερού. Επομένως, Υδαταγωγιμότητα είναι η ποσότητα ροής σε μοναδιαία υδραυλική κλίση, διαμέσου μοναδιαίας διατομής, ανηγμένης σε ολόκληρο το πάχος του υδροφορέα. Οι μονάδες μέτρησης είναι m 2 /sec. T = k b

11 Στοιχεία του προβλήματος Κατασκευάστηκε μια τάφρος μήκους 12 m προκειμένου να γίνουν δοκιμές κατείσδυσης. Μετά από σκάψιμο σε βάθος 6,10 m η τάφρος γέμισε με νερό μέχρι βάθος 2,00 m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Κατά την εκσκαφή έγινε δυνατόν να μετρηθεί το πάχος του υδροφόρου. Ο υδροφόρος τροφοδοτείται από το ποτάμι, το οποίο απέχει 80 m από την τάφρο. Η τάφρος αντλήθηκε με παροχή 3 l/sec και η στάθμη έπεσε σ' αυτή κατά 0,70 m.

12 Ζητούμενα Ο συντελεστής υδαταγωγιμότητας του υδροφόρου. Αν η επιτρεπόμενη πτώση στάθμης είναι 1,6 m, να υπολογιστεί η πιθανή απόδοση της τάφρου ανά μέτρο μήκους της. Το ποτάμι στην περίπτωση αυτή εξασφαλίζει την τροφοδοσία της τάφρου με παροχή όση και η αντλούμενη.

13 Γεωμετρικά στοιχεία του προβλήματος

14 T = k b Q = k i A Υπολογισμός Συντελεστή Υδαταγωγιμότητας Πάχος υδροφόρου = 2,5 m +1,6 m = 4,1 m i= dh/dl = 0,7 m/80 m = 0,00875 Q= 3 lt/sec = m 3 /sec A= 12 m 2 m = 24 m 2 Επίλυση συστήματος δύο εξισώσεων με έναν άγνωστο k = 1, m/sec

15 Υπολογισμός απόδοσης τάφρου ανά m Q = k i A μήκους της k = 1, m/sec i= dh/dl = 1,6 m/80 m = 0,02 A= 12 m 2 m = 24 m 2 Επίλυση ως προς Q Q = 6,85 lt/sec Απόδοση τάφρου ανά m μήκους α=q/12 m=0,57 lt/sec m

Σχετικά έγγραφα

Υπόγεια Υδραυλική. 5 η Εργαστηριακή Άσκηση Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών

Υπόγεια Υδραυλική. 5 η Εργαστηριακή Άσκηση Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών Υπόγεια Υδραυλική 5 η Εργαστηριακή Άσκηση Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών Υδροδυναμική Ανάλυση Πηγών Η υδροδυναμική ανάλυση των πηγαίων εκφορτίσεων υπόγειου νερού αποτελεί, ασφαλώς, μια βασική μεθοδολογία υδρογεωλογικής