كيفية حساب الرأس البيزومتري

يبدو الماء المتصاعد من الأرض سحريًا تمامًا. يبدو أن المياه المتدفقة صعودًا عبر الأنابيب تتعارض مع قوانين الجاذبية. في حين أن هذه قد تبدو وكأنها أحداث معجزة ، إلا أنها تحدث بسببرأس قياس الضغط أو الهيدروليكي​.

التعريف الرأس البيزومتريةمن مسرد جمعية الأرصاد الجوية الأمريكية هو "الضغط الموجود في طبقة المياه الجوفية المحصورة". ال يتابع التعريف بالقول إن الرأس البيزومتري "... هو الارتفاع فوق مسند بالإضافة إلى الضغط رأس."

يوصف السطح البيزومتري بأنه "سطح وهمي أو افتراضي للضغط البيزومتري أو رأس هيدروليكي في جميع أو جزء من طبقة المياه الجوفية المحصورة أو شبه المحصورة ؛ يماثل منسوب المياه الجوفية غير المحصورة ".

تشمل مرادفات رأس القياس البيزومتري الرأس الهيدروليكي وضغط الرأس الهيدروليكي. قد يُطلق على السطح البيزومتري أيضًا اسمسطح الجهد. الرأس البيزومتري هو مقياس لـالطاقة الكامنة للمياه​.

يقيس الرأس البيزومتري بشكل غير مباشر الطاقة الكامنة للماء عن طريق قياس ارتفاع الماء عند نقطة معينة. يتم قياس الرأس البيزومتري باستخدام ارتفاع سطح الماء في البئر أو ارتفاع الماء في ماسورة عمودية متصلة بأنبوب يحتوي على ماء تحت الضغط.

يجمع رأس مقياس الضغط بين ثلاثة عوامل: الطاقة الكامنة للماء بسبب ارتفاع الماء فوق أ نقطة معينة (عادة متوسط ​​أو متوسط ​​مستوى سطح البحر) ، أي طاقة إضافية مطبقة بالضغط والسرعة رأس.

قد يكون الضغط ناتجًا عن الجاذبية ، كما هو الحال مع التدفق عبر الأنابيب في السد الكهرومائي ، أو عن طريق الحبس ، كما هو الحال في طبقة المياه الجوفية المحصورة. يمكن كتابة معادلة حساب الرأس بالرأسحيساوي ارتفاع الرأسضبالإضافة إلى رأس الضغطΨبالإضافة إلى رأس السرعةالخامس.​

يعتبر رأس السرعة عاملاً مهمًا في حسابات تدفق الأنابيب والمضخات ، إلا أنه لا يكاد يذكر في حسابات رأس قياس ضغط المياه الجوفية لأن سرعة المياه الجوفية بطيئة جدًا.

يتم تحديد رأس قياس الضغط عن طريق قياس ارتفاع مستوى الماء في البئر. تستخدم حسابات رأس القياس الكلي في المياه الجوفية الصيغةح = ض + Ψأينحيعني الرأس الكلي أو الارتفاع الكلي لمستوى المياه الجوفية فوق المسند ، عادةً مستوى سطح البحر ، بينماضيمثل رأس الارتفاع وΨيمثل رأس الضغط.

رأس الارتفاع ،ض، هو ارتفاع قاع بئر فوق المسند. رأس الضغط يساوي ارتفاع عمود الماء أعلاهض. من أجل بحيرة أو بركة ،Ψيساوي صفرًا ، لذا فإن الرأس الهيدروليكي أو مقياس الضغط يساوي ببساطة الطاقة الكامنة لارتفاع سطح الماء فوق المرجع. في الخزان الجوفي غير المحصور ، فإن مستوى المياه في البئر سوف يساوي تقريبًا مستوى المياه الجوفية.

ومع ذلك ، في طبقات المياه الجوفية المحصورة ، يرتفع منسوب المياه في الآبار فوق مستوى الطبقة الصخرية المحصورة. يتم قياس الرأس الكلي مباشرة على سطح الماء في البئر. ينتج عن طرح ارتفاع قاع البئر من ارتفاع سطح الماء رأس الضغط.

على سبيل المثال ، يقع سطح الماء في البئر على ارتفاع 120 قدمًا فوق متوسط ​​مستوى سطح البحر. إذا كان الارتفاع في قاع البئر يقع على ارتفاع 80 قدمًا فوق متوسط ​​مستوى سطح البحر ، فإن رأس الضغط يساوي 40 قدمًا.

يوضح تعريف الضغط البيزومتري أن الطاقة الكامنة على سطح الخزان تساوي ارتفاع سطح البحيرة فوق مسند. في حالة السد الكهرومائي ، يمكن أن يكون المرجع المستخدم هو سطح الماء أسفل السد مباشرة.

يتم تبسيط معادلة الرأس الكلية للاختلاف في الارتفاع من سطح الخزان وسطح التدفق. على سبيل المثال ، إذا كان سطح الخزان 200 قدم فوق مستوى النهر مباشرة أسفل السد ، فإن إجمالي الرأس الهيدروليكي يساوي 200 قدم.