L'acqua che sgorga dal terreno sembra davvero magica. L'acqua che scorre in salita attraverso i tubi sembra contraddire le leggi di gravità. Sebbene questi possano sembrare eventi miracolosi, si verificano a causa ditesta piezometrica o idraulica.
Definizione della testa piezometrica
Ildefinizione della testa piezometricadal glossario dell'American Meteorological Society è "la pressione che esiste in una falda acquifera confinata". Il definizione continua affermando che la testa piezometrica "...è l'elevazione sopra un dato più la pressione testa."
La superficie piezometrica è descritta come "una superficie immaginaria o ipotetica della pressione piezometrica o del carico idraulico in tutta o parte di una falda acquifera confinata o semiconfinata; analogo alla falda freatica di una falda acquifera non confinata."
I sinonimi della testa piezometrica includono la testa idraulica e la pressione della testa idraulica. La superficie piezometrica può anche essere chiamata lasuperficie potenziometrica. La testa piezometrica è una misura dellaenergia potenziale dell'acqua.
Cosa misura effettivamente la testa piezometrica
La testa piezometrica misura indirettamente l'energia potenziale dell'acqua misurando l'altezza dell'acqua in un dato punto. La prevalenza piezometrica viene misurata utilizzando l'elevazione della superficie dell'acqua in un pozzo o l'altezza dell'acqua in un tubo di livello collegato a un tubo contenente acqua in pressione.
La testa del piezometro combina tre fattori: l'energia potenziale dell'acqua dovuta all'altezza dell'acqua sopra a dato punto (di solito medio o livello medio del mare), qualsiasi energia aggiuntiva applicata dalla pressione e dalla velocità testa.
La pressione può essere dovuta alla gravità, come con il flusso attraverso i tubi in una diga idroelettrica, o per confinamento, come in una falda acquifera confinata. L'equazione per calcolare la testa può essere scritta come testahuguale altezza testazpiù prevalenzaΨpiù velocità della testav.
h=z+\Psi +v
La prevalenza, sebbene sia un fattore importante nei calcoli del flusso di tubi e pompe, è trascurabile nei calcoli della prevalenza piezometrica delle acque sotterranee perché la velocità delle acque sotterranee è molto lenta.
Determinazione della prevalenza piezometrica nelle acque sotterranee
La determinazione della prevalenza piezometrica si ottiene misurando l'elevazione del livello dell'acqua in un pozzo. I calcoli piezometrici della prevalenza totale nelle acque sotterranee utilizzano la formulah=z+Ψdovehsignifica prevalenza totale o altezza del livello della falda acquifera al di sopra del dato, solitamente il livello del mare, mentrezrappresenta la testa di elevazione eΨrappresenta la prevalenza.
La testa di elevazione,z, è l'altezza del fondo di un pozzo al di sopra del datum. La prevalenza è uguale all'altezza della colonna d'acqua sopraz. Per un lago o uno stagno,Ψè uguale a zero, quindi la prevalenza idraulica o piezometrica è semplicemente uguale all'energia potenziale dell'altezza della superficie dell'acqua al di sopra del dato. In una falda acquifera non confinata, il livello dell'acqua nel pozzo sarà approssimativamente uguale al livello della falda freatica.
Negli acquiferi confinati, invece, il livello dell'acqua nei pozzi sale al di sopra del livello dello strato roccioso confinante. La prevalenza totale viene misurata direttamente sulla superficie dell'acqua nel pozzo. Sottraendo l'elevazione del fondo del pozzo dall'elevazione della superficie dell'acqua si ottiene la prevalenza.
Ad esempio, la superficie dell'acqua in un pozzo si trova ad un'altezza di 120 piedi sopra il livello medio del mare. Se l'elevazione in fondo al pozzo si trova a 80 piedi sopra il livello medio del mare, allora la prevalenza è pari a 40 piedi.
Calcolo della prevalenza piezometrica nelle dighe idroelettriche
La definizione della pressione piezometrica mostra che l'energia potenziale alla superficie di un serbatoio è uguale all'elevazione della superficie del lago al di sopra di un dato. Nel caso di una diga idroelettrica, il dato utilizzato può essere la superficie dell'acqua appena al di sotto della diga.
L'equazione della prevalenza totale si semplifica per la differenza di elevazione dalla superficie del serbatoio e dalla superficie di deflusso. Ad esempio, se la superficie del serbatoio si trova a 200 piedi sopra il livello del fiume immediatamente sotto la diga, il carico idraulico totale è pari a 200 piedi.