Come calcolare conducibilità idraulica

conducibilità idraulica è la facilità con cui l'acqua può muoversi attraverso gli spazi porosi e fratture nel suolo o nella roccia , soggetti ad un gradiente idraulico e condizionati dal livello di saturazione e permeabilità del materiale . Conduttività idraulica è generalmente determinata tramite un approccio empirico con cui la conduttività idraulica è correlata alla proprietà del suolo o attraverso un approccio sperimentale con cui la conduttività idraulica è calcolato sperimentazione . Metodi di ciascun approccio sono qui presentati . Istruzioni
L'approccio empirico
1 formule empiriche sono derivati ​​dalla distribuzione granulometrica attraverso il medium del suolo .

Calcolare la conducibilità idraulica empiricamente selezionando un metodo basato sulla distribuzione granulometrica attraverso il materiale . Ogni metodo è derivato da una equazione generale . L'equazione generale è :

K = ( g /v ) * C * ' ( n ) * ( D_e ) ^ 2

Dove K = conducibilità idraulica ; g = accelerazione di gravità ; v = viscosità cinematica ; C = coefficiente di cernita ; ' ( n) = funzione porosità ; e D_e = diametro del grano efficace . La viscosità cinematica ( v ) è determinato dalla viscosità dinamica ( & micro ;) e il fluido ( acqua ) densità ( & rho ;) come v = & micro ; /& rho ;. I valori di C ' ( n) e d , dipendono dal metodo usato per l'analisi granulometrica . Porosità ( n) è derivato dalla relazione empirica n = 0,255 ( 1 + 0.83 ^ U ) se il coefficiente di uniformità grano ( U ) è data da U = d_60 /d_10 . Nel campione , d_60 rappresenta il diametro del grano ( mm ), in cui il 60 % se il campione è più fine e d_10 rappresenta il diametro del grano ( mm) per cui il 10 % del campione è più soddisfacente.

La diversa formule empiriche si basano su questa equazione generale .
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usare l'equazione Kozeny - Carman per la maggior parte le texture del terreno . Questa è la derivata empirica più ampiamente accettata e utilizzata in base a granulometria del suolo , ma non è opportuno utilizzare per i suoli con una granulometria effettiva superiore a 3 mm o argillosi strutturato terreni :

K = ( g //v ) * 8.3 * 10 ^ -3 [ n ​​^ 3 /( 1 - n ) ^ 2 ] * ( d_10 ) ^ 2
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Utilizzare l'equazione di Hazen per le texture del terreno di multa sabbia alla ghiaia , fornendo il terreno ha un coefficiente di uniformità inferiore a cinque ( U & lt ; 5 ) ed efficace granulometria compresa tra 0,1 mm e 3 mm. Poiché questa formula si basa solo sulla dimensione delle particelle d_10 , è quindi meno accurato rispetto alla formula Kozeny - Carman :

K = ( g /v ) * ( 6 * 10 ^ -4 ) * [ 1+ 10 ( n - 0.26 ) ] * ( d_10 ) ^ 2
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Utilizzare l'equazione Breyer per i materiali con una distribuzione eterogenea e cereali mal ordinati con un coefficiente di uniformità tra 1 e 20 ( 1 & lt ; U & lt ; 20 ) e una dimensione effettiva di grano tra 0,06 millimetri e 0,6 mm:

K = ( g /v ) * ( 6 * 10 ^ -4 ) * log ( 500 /U ) * ( d_10 ) ^ 2

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Utilizzare l' US Bureau of Reclamation ( USBR ) equazione per media granello di sabbia con un coefficiente di uniformità inferiore a cinque ( U & lt; 5 ) . Poiché si calcola utilizzando una granulometria effettiva di d_20 e non dipende dalla porosità , è meno precisa rispetto ad altre formule :

K = ( g /v ) * ( 4,8 * 10 ^ -4 ) * ( d_20 ) ^ 3 * ( d_20 ) ^ 2
Experimental Metodi - Laboratorio
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Utilizzare una equazione basata sulla legge di Darcy per ricavare la conducibilità idraulica sperimentalmente . In laboratorio , un campione di terreno è posto in un piccolo contenitore cilindrico creando un terreno unidimensionale sezione trasversale attraverso il quale il liquido , solitamente acqua , scorre . Questo metodo è classificato come una prova costante testa o una prova di caduta di testa a seconda dello stato del flusso del liquido . Test Constant - testa sono di solito utilizzati su terreni a grana grossa , come sabbie e ghiaie pulite . Test di caduta a testa sono utilizzati su campioni di grana più fine . La base di questi calcoli è la legge di Darcy :

U = -K ( dh /dz )

Dove U = velocità media del fluido attraverso una sezione trasversale geometrica all'interno del suolo ; h = testa idraulica ; z = distanza verticale nel terreno ; K = conducibilità idraulica . La dimensione di K è la lunghezza per unità di tempo ( I /T ) .
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Utilizzare un permeametro di condurre una costante -Head test . È il test più comunemente usato per determinare la conduttività idraulica satura di terreni a grana grossa in laboratorio . Un campione di terreno cilindrico di sezione trasversale A e lunghezza L è sottoposto ad una pressione costante , H2 - H1 , flusso . Il volume V del fluido di prova che scorre attraverso il sistema durante il tempo t , determina la conduttività idraulica K satura del suolo :

K = VL /[ A ( H2 - H1 ) ]

per ottenere i migliori risultati, prova più volte utilizzando diversi differenze testa , H2 - . H1
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Utilizzare il test di caduta a testa per la determinazione del K di terreni a grana fine in laboratorio . Nel metodo di caduta di testa , una colonna cilindrica campione di terreno di sezione trasversale A e lunghezza L è collegato ad un tubo di sezione trasversale una , in cui il fluido scorre percolazione nel sistema . Misurando la variazione in testa nel tubo di livello , H1 a H2 , ad intervalli di tempo ( t ) , la conducibilità idraulica satura può essere determinata dalla legge di Darcy :

K = ( Al /Al ) ln ( H1 /H2 )
Sperimentale Metodi - campo
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Utilizzare la procedura campo Auger -Hole su un acquifero non confinato con le proprietà del suolo omogenee e una falda superficiale . E 'più comunemente usato per determinare la conducibilità idraulica satura dei suoli . Si richiede la preparazione di un foro che penetra parzialmente la falda acquifera , con un minimo disturbo del suolo . Quando l'acqua nei equalizza con il livello di falda , tutta l'acqua viene rimossa dal foro e la velocità di aumento del livello dell'acqua all'interno della cavità è misurata fino a che il livello equalizza nuovo con la falda . Non esiste una semplice equazione per determinare con precisione la conduttività idraulica . Uno di calcolo utilizzato è :

Kh = F ( Ho- Ht ) /t

Dove Kh = conducibilità idraulica orizzontale satura ( m /giorno ) ; H = altezza del livello dell'acqua nel foro rispetto alla tavola di acqua nel suolo ( cm ) ; Ht = H al tempo t , Ho = H al tempo t = 0 , t = tempo ( in secondi ) in quanto la prima misurazione di H come Ho, e F è un fattore derivato dalla geometria del foro :

F = 4000R /h ' ( 20 + D /R ) ( 2'h ' /D )

Dove r = raggio del foro cilindrico ( cm ) , h ' è la profondità media del livello dell'acqua nel foro relativo alla tavola di acqua nel suolo ( cm ) , trovato come :

h ' = ( Ho + Ht ) /2

E D è la profondità del fondo del foro rispetto alla tabella di acqua nel suolo ( cm ) .
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Utilizzare un metodo Piezometro per i suoli in un acquifero non confinato , con un livello di falda superficiale . Progettato per applicazioni in strati acquiferi del terreno e per la determinazione dei componenti orizzontali o verticali della conducibilità idraulica satura . Questo metodo consiste nell'installazione di un tubo o tubo piezometro , abbastanza a lungo per penetrare parzialmente l'acquifero non confinato , in un foro praticato coclea attraverso il sistema sottosuolo senza disturbare il suolo . Le pareti del tubo sono completamente chiusi tranne alla sua estremità inferiore , dove il tubo aperto è schermato per formare una cavità cilindrica di raggio r ed altezza hc all'interno della falda acquifera . L'acqua nel tubo piezometro viene rimosso prima di pulire il sistema e viene poi lasciato equilibrare il livello delle acque sotterranee prima di rimuovere l' acqua dal tubo e poi misurando la velocità di aumento dell'acqua all'interno del tubo . La conducibilità idraulica satura è funzione delle dimensioni del tubo piezometro , le dimensioni della falda acquifera , e il tasso misurato di aumento della falda nel tubo . Il valore della conducibilità idraulica viene calcolata con l'ausilio di un nomogramma e tabelle . Il metodo piezometro è particolarmente utile nel calcolo della conducibilità idraulica dei singoli strati in un stratificati sistemi sottosuolo .
11 < ​​p > Utilizzare il metodo Well Slug -test per calcolare la conducibilità idraulica satura nel terreno di unconfined e confinato acquiferi . Questo test richiede la rimozione di una misura predeterminata , o lumaca , di acqua tutto in una volta da un pozzo e poi misurando il tasso di recupero acqua nel pozzo . Questo test fornisce una rappresentazione della conducibilità idraulica del suolo media su un volume maggiore di terreno rispetto sia al piezometro o metodi coclea buche. I risultati riflettono principalmente il valore di K in direzione orizzontale . Utilizzando il Bouwer & amp ; Equazione Rice per calcolare K :

K = [ ( R_C ^ 2 * ln ( R_e /r_w ) ) /2L_e ] * ( 1 /t ) * ln ( H_0 /h )

Dove K = conducibilità idraulica ; R_C = raggio del bene telaio ; r_w = raggio del pozzo compreso busta di ghiaia ; R_e = distanza radiale su cui la testa viene dissipata ; L_e = lunghezza dello schermo ; t = tempo trascorso da quando h = H_0 ; H_0 = draw down al tempo t = 0 ; h = disegnare giù al tempo t = t .