Wasser, das aus dem Boden sprudelt, scheint geradezu magisch. Wasser, das durch Rohre bergauf fließt, scheint den Gesetzen der Schwerkraft zu widersprechen. Obwohl dies wie wundersame Ereignisse erscheinen mag, geschehen sie aufgrund vonpiezometrische oder hydraulische Förderhöhe.
Piezometrischer Kopf Definition
Daspiezometrische Kopfdefinitionaus dem Glossar der American Meteorological Society ist "der Druck, der in einem begrenzten Grundwasserleiter existiert". Das Definition fährt fort, dass piezometrischer Kopf "... die Höhe über einem Bezugspunkt plus der Druck ist" Kopf."
Die piezometrische Oberfläche wird beschrieben als "eine imaginäre oder hypothetische Oberfläche des piezometrischen Drucks oder der hydraulischen Förderhöhe im gesamten oder einem Teil eines begrenzten oder halbbegrenzten Grundwasserleiters; analog zum Grundwasserspiegel eines unbeschränkten Grundwasserleiters."
Piezometrische Kopfsynonyme umfassen hydraulische Förderhöhe und hydraulischen Förderhöhendruck. Die piezometrische Fläche kann auch als bezeichnet werden
Was piezometrischer Kopf tatsächlich misst
Der piezometrische Kopf misst indirekt die potentielle Energie von Wasser, indem er die Höhe des Wassers an einem bestimmten Punkt misst. Die piezometrische Fallhöhe wird anhand der Höhe der Wasseroberfläche in einem Brunnen oder der Wasserhöhe in einem Steigrohr gemessen, das an einem unter Druck stehenden Wasser enthaltenden Rohr befestigt ist.
Piezometerkopf vereint drei Faktoren: die potentielle Energie des Wassers aufgrund der Wasserhöhe über a gegebener Punkt (normalerweise mittlerer oder mittlerer Meeresspiegel), jede zusätzliche Energie, die durch Druck und Geschwindigkeit aufgebracht wird Kopf.
Der Druck kann auf die Schwerkraft zurückzuführen sein, wie bei der Strömung durch die Rohre in einem Wasserkraftwerk, oder durch Einschluss, wie in einem begrenzten Grundwasserleiter. Die Gleichung zur Berechnung des Kopfes kann geschrieben werden als Kopfhagleich Höhe Kopfzplus DruckhöheΨplus Velocity-KopfV.
h=z+\Psi+v
Die Förderhöhe ist zwar ein wichtiger Faktor bei Berechnungen des Rohr- und Pumpendurchflusses, ist jedoch bei Berechnungen der piezometrischen Grundwasserhöhe vernachlässigbar, da die Geschwindigkeit des Grundwassers sehr langsam ist.
Bestimmung der piezometrischen Höhe im Grundwasser
Die Bestimmung der piezometrischen Fallhöhe erfolgt durch Messen der Höhe des Wasserspiegels in einem Brunnen. Piezometrische Gesamthöhenberechnungen im Grundwasser verwenden die Formelh=z+Ψwohabedeutet die Gesamthöhe oder Höhe des Grundwasserspiegels über dem Bezugspunkt, normalerweise Meeresspiegel, währendzstellt den Höhenkopf dar undΨstellt die Druckhöhe dar.
Der Elevationskopf,z, ist die Höhe des Bodens eines Brunnens über dem Bezugspunkt. Die Druckhöhe entspricht der Höhe der Wassersäule darüberz. Für einen See oder Teich,Ψgleich Null ist, so dass die hydraulische oder piezometrische Förderhöhe einfach der potentiellen Energie der Wasseroberflächenhöhe über dem Bezugspunkt entspricht. In einem unbeschränkten Grundwasserleiter entspricht der Wasserstand im Brunnen ungefähr dem Grundwasserspiegel.
In geschlossenen Grundwasserleitern hingegen steigt der Wasserspiegel in Brunnen über das Niveau der einschließenden Gesteinsschicht. Die Gesamtfallhöhe wird direkt an der Wasseroberfläche im Brunnen gemessen. Subtrahiert man die Höhe des Brunnenbodens von der Höhe der Wasseroberfläche, erhält man die Druckhöhe.
Zum Beispiel liegt die Wasseroberfläche in einem Brunnen auf einer Höhe von 120 Fuß über dem mittleren Meeresspiegel. Wenn die Höhe am Boden des Bohrlochs 80 Fuß über dem mittleren Meeresspiegel liegt, beträgt die Druckhöhe 40 Fuß.
Berechnung der piezometrischen Fallhöhe in Wasserkraftwerken
Die piezometrische Druckdefinition zeigt, dass die potentielle Energie an der Oberfläche eines Reservoirs der Höhe der Seeoberfläche über einem Datum entspricht. Im Fall eines Wasserkraftwerks kann als Bezugspunkt die Wasseroberfläche direkt unter dem Damm verwendet werden.
Die Gesamthöhengleichung vereinfacht sich auf den Höhenunterschied von der Lagerstättenoberfläche und der Abflussoberfläche. Befindet sich die Reservoiroberfläche beispielsweise 60 m über dem Flussspiegel direkt unter dem Damm, beträgt die gesamte hydraulische Fallhöhe 200 Fuß.