Πώς να υπολογίσετε την πιεζομετρική κεφαλή

Το νερό που ξεχειλίζει από το έδαφος φαίνεται εντελώς μαγικό. Το νερό που ρέει προς τα πάνω μέσω σωλήνων φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με τους νόμους της βαρύτητας. Ενώ αυτά μπορεί να φαίνονται σαν θαυμαστά γεγονότα, συμβαίνουν λόγωπιεζομετρική ή υδραυλική κεφαλή​.

οpiezometric ορισμός κεφαλήςαπό το γλωσσάριο της Αμερικανικής Μετεωρολογικής Εταιρείας είναι «η πίεση που υπάρχει σε έναν περιορισμένο υδροφορέα». ο Ο ορισμός συνεχίζεται δηλώνοντας ότι η πιεζομετρική κεφαλή "... είναι το υψόμετρο πάνω από ένα δεδομένο συν την πίεση κεφάλι."

Η πιεζομετρική επιφάνεια περιγράφεται ως «μια φανταστική ή υποθετική επιφάνεια της πιεζομετρικής πίεσης ή της υδραυλικής κεφαλής σε όλο ή μέρος ενός περιορισμένου ή ημι-περιορισμένου υδροφορέα. ανάλογο με τον υδροφόρο ορίζοντα ενός περιορισμένου υδροφορέα. "

Τα πιωνομετρικά συνώνυμα κεφαλής περιλαμβάνουν υδραυλική κεφαλή και υδραυλική πίεση κεφαλής. Η πιεζομετρική επιφάνεια μπορεί επίσης να ονομαστείποτενσιομετρική επιφάνεια. Η πιεζομετρική κεφαλή είναι ένα μέτρο τουπιθανή ενέργεια του νερού​.

Η πιεζομετρική κεφαλή μετρά έμμεσα την πιθανή ενέργεια του νερού μετρώντας το ύψος του νερού σε ένα δεδομένο σημείο. Η πιεζομετρική κεφαλή μετριέται χρησιμοποιώντας την ανύψωση της επιφάνειας του νερού σε ένα πηγάδι ή το ύψος του νερού σε ένα σωλήνα στήριξης συνδεδεμένο σε ένα σωλήνα που περιέχει νερό υπό πίεση.

Η κεφαλή πιεζομέτρου συνδυάζει τρεις παράγοντες: την πιθανή ενέργεια του νερού λόγω του ύψους του νερού πάνω από ένα δεδομένο σημείο (συνήθως μέση ή μέση στάθμη της θάλασσας), κάθε επιπλέον ενέργεια που εφαρμόζεται από την πίεση και την ταχύτητα κεφάλι.

Η πίεση μπορεί να οφείλεται στη βαρύτητα, όπως με τη ροή μέσω των σωλήνων σε υδροηλεκτρικό φράγμα, ή με περιορισμό, όπως σε περιορισμένο υδροφορέα. Η εξίσωση για τον υπολογισμό κεφαλής μπορεί να γραφτεί ως κεφαλήηισούται με ύψος κεφαλήςζσυν κεφαλή πίεσηςΨσυν κεφαλή ταχύτηταςβ.​

Η κεφαλή ταχύτητας, ενώ ένας σημαντικός παράγοντας στον υπολογισμό της ροής σωλήνων και αντλιών, είναι αμελητέος στους υπολογισμούς της πιεζομετρικής κεφαλής υπόγειων υδάτων, επειδή η ταχύτητα των υπόγειων υδάτων είναι πολύ αργή.

Ο προσδιορισμός της πιεζομετρικής κεφαλής επιτυγχάνεται μετρώντας την ανύψωση της στάθμης του νερού σε ένα πηγάδι. Οι πιεζομετρικοί συνολικοί υπολογισμοί κεφαλής στα υπόγεια ύδατα χρησιμοποιούν τον τύποh = z + Ψόπουησημαίνει συνολικό κεφάλι ή ύψος της στάθμης των υπόγειων υδάτων πάνω από το δεδομένο, συνήθως της στάθμης της θάλασσας, ενώζαντιπροσωπεύει την κεφαλή ανύψωσης καιΨαντιπροσωπεύει την κεφαλή πίεσης.

Η κεφαλή ανύψωσης,ζ, είναι το ύψος του πυθμένα ενός πηγαδιού πάνω από το δεδομένο. Η κεφαλή πίεσης ισούται με το ύψος της στήλης νερού παραπάνωζ. Για μια λίμνη ή μια λίμνη,Ψισούται με μηδέν, οπότε η υδραυλική ή πιεζομετρική κεφαλή ισούται με την πιθανή ενέργεια του ύψους της επιφάνειας του νερού πάνω από το δεδομένο. Σε έναν περιορισμένο υδροφορέα, η στάθμη του νερού στο πηγάδι θα ισούται περίπου με τη στάθμη των υπόγειων υδάτων.

Ωστόσο, σε περιορισμένους υδροφορείς, η στάθμη του νερού στα πηγάδια αυξάνεται πάνω από το επίπεδο του περιορισμένου στρώματος βράχου. Η συνολική κεφαλή μετριέται άμεσα στην επιφάνεια του νερού στο πηγάδι. Αφαιρώντας την ανύψωση του πυθμένα του φρεατίου από την ανύψωση της επιφάνειας του νερού αποδίδεται η κεφαλή πίεσης.

Για παράδειγμα, η επιφάνεια του νερού σε ένα πηγάδι βρίσκεται σε υψόμετρο 120 πόδια πάνω από τη μέση στάθμη της θάλασσας. Εάν το ύψος στο κάτω μέρος του πηγαδιού βρίσκεται στα 80 πόδια πάνω από το μέσο επίπεδο της θάλασσας, τότε η κεφαλή πίεσης ισούται με 40 πόδια.

Ο ορισμός πιεζομετρικής πίεσης δείχνει ότι η πιθανή ενέργεια στην επιφάνεια μιας δεξαμενής ισούται με την ανύψωση της επιφάνειας της λίμνης πάνω από ένα δεδομένο. Στην περίπτωση υδροηλεκτρικού φράγματος, το δεδομένο που χρησιμοποιείται μπορεί να είναι η επιφάνεια του νερού ακριβώς κάτω από το φράγμα.

Η συνολική εξίσωση κεφαλής απλοποιείται στη διαφορά ανύψωσης από την επιφάνεια του ταμιευτήρα και την επιφάνεια εκροής. Για παράδειγμα, εάν η επιφάνεια του ταμιευτήρα είναι 200 ​​πόδια πάνω από το επίπεδο του ποταμού ακριβώς κάτω από το φράγμα, η συνολική υδραυλική κεφαλή ισούται με 200 πόδια.