L'eau qui jaillit du sol semble carrément magique. L'eau qui monte dans les tuyaux semble contredire les lois de la gravité. Bien que ceux-ci puissent sembler être des événements miraculeux, ils se produisent en raison detête piézométrique ou hydraulique.
Définition de la tête piézométrique
ledéfinition de la tête piézométriquedu glossaire de l'American Meteorological Society est « la pression qui existe dans un aquifère captif ». le la définition se poursuit en déclarant que la hauteur piézométrique "...est l'élévation au-dessus d'un point de référence plus la pression diriger."
La surface piézométrique est décrite comme « une surface imaginaire ou hypothétique de la pression piézométrique ou de la charge hydraulique à travers tout ou partie d'un aquifère captif ou semi-confiné; analogue à la nappe phréatique d'un aquifère libre."
Les synonymes de tête piézométrique incluent la tête hydraulique et la pression de tête hydraulique. La surface piézométrique peut aussi être appelée lasurface potentiométrique. La tête piézométrique est une mesure de laénergie potentielle de l'eau.
Ce que la tête piézométrique mesure réellement
La tête piézométrique mesure indirectement l'énergie potentielle de l'eau en mesurant la hauteur d'eau en un point donné. La hauteur piézométrique est mesurée en utilisant l'élévation de la surface de l'eau dans un puits ou la hauteur d'eau dans une colonne montante fixée à un tuyau contenant de l'eau sous pression.
La tête piézométrique combine trois facteurs: l'énergie potentielle de l'eau due à la hauteur de l'eau au-dessus d'un point donné (généralement niveau moyen ou moyen de la mer), toute énergie supplémentaire appliquée par la pression et la vitesse diriger.
La pression peut être due à la gravité, comme dans le cas d'un écoulement dans les canalisations d'un barrage hydroélectrique, ou par confinement, comme dans un aquifère captif. L'équation pour calculer la tête peut être écrite comme têtehéquivaut à la hauteur de la têtezplus tête de pressionΨplus tête dynamiquev.
h=z+\Psi +v
La hauteur manométrique, bien qu'elle soit un facteur important dans les calculs de débit des tuyaux et des pompes, est négligeable dans les calculs de la hauteur manométrique piézométrique des eaux souterraines car la vitesse des eaux souterraines est très lente.
Détermination de la hauteur piézométrique dans les eaux souterraines
La détermination de la hauteur piézométrique s'effectue en mesurant l'élévation du niveau d'eau dans un puits. Les calculs piézométriques de la charge totale dans les eaux souterraines utilisent la formuleh=z+Ψoùhdésigne la hauteur ou la hauteur totale du niveau des eaux souterraines au-dessus du niveau de référence, généralement le niveau de la mer, tandis quezreprésente la hauteur de chute etΨreprésente la hauteur de pression.
La tête d'élévation,z, est la hauteur du fond d'un puits au-dessus de la référence. La hauteur de pression est égale à la hauteur de la colonne d'eau au-dessusz. Pour un lac ou un étang,Ψest égal à zéro, de sorte que la charge hydraulique ou piézométrique est simplement égale à l'énergie potentielle de la hauteur de la surface de l'eau au-dessus du point de référence. Dans un aquifère libre, le niveau d'eau dans le puits sera approximativement égal au niveau de la nappe phréatique.
Dans les aquifères captifs, cependant, le niveau d'eau dans les puits s'élève au-dessus du niveau de la couche rocheuse de confinement. La hauteur de chute totale est mesurée directement à la surface de l'eau dans le puits. En soustrayant l'élévation du fond du puits de l'élévation de la surface de l'eau, on obtient la hauteur manométrique.
Par exemple, la surface de l'eau dans un puits se trouve à une altitude de 120 pieds au-dessus du niveau moyen de la mer. Si l'altitude au fond du puits se situe à 80 pieds au-dessus du niveau moyen de la mer, alors la hauteur de pression est égale à 40 pieds.
Calcul de la hauteur piézométrique dans les barrages hydroélectriques
La définition de la pression piézométrique montre que l'énergie potentielle à la surface d'un réservoir est égale à l'élévation de la surface du lac au-dessus d'une donnée. Dans le cas d'un barrage hydroélectrique, la référence utilisée peut être la surface de l'eau juste en dessous du barrage.
L'équation de la charge totale se simplifie en la différence d'élévation entre la surface du réservoir et la surface de sortie. Par exemple, si la surface du réservoir est à 200 pieds au-dessus du niveau de la rivière immédiatement en dessous du barrage, la charge hydraulique totale est égale à 200 pieds.