כיצד לחשב את הראש הפיזומטרי

מים שמבעבעים מהאדמה נראים קסומים בעליל. נראה כי מים שזורמים במעלה הגבעה בצינורות סותרים את חוקי הכבידה. אמנם אלה עשויים להיראות כמו אירועים מופלאים, אך הם מתרחשים עקבראש פיזואומטרי או הידראולי​.

ההגדרת ראש פיזומטריתמתוך מילון המונחים של האגודה המטאורולוגית האמריקאית הוא "הלחץ הקיים באקוויפר סגור". ה ההגדרה ממשיכה בקביעה שראש פיזואומטרי "... הוא הגובה מעל נתון פלוס הלחץ רֹאשׁ."

המשטח הפיזומטרי מתואר כ"משטח דמיוני או היפותטי של הלחץ הפיזומטרי או הראש ההידראולי בכל אקוויפר מוגבל או מוגבל למחצה; מקביל לשולחן המים של אקוויפר לא מוגבל. "

מילים נרדפות לפיזומטריות כוללות ראש הידראולי ולחץ ראש הידראולי. המשטח הפיזומטרי יכול להיקרא גםמשטח פוטנציומטרי. ראש פיזומטרי הוא מדד לאנרגיה פוטנציאלית של מים​.

ראש פיזואומטרי מודד בעקיפין את האנרגיה הפוטנציאלית של מים על ידי מדידת גובה המים בנקודה נתונה. ראש פיזואומטרי נמדד באמצעות גובה פני המים בבאר או בגובה המים בצינור עומד המחובר לצינור המכיל מים בלחץ.

ראש פייזומטר משלב שלושה גורמים: האנרגיה הפוטנציאלית של המים הנובעת מגובה המים מעל א נקודה נתונה (בדרך כלל גובה פני הים הממוצע או הממוצע), כל אנרגיה נוספת המופעלת על ידי לחץ ומהירות רֹאשׁ.

הלחץ יכול להיות בגלל כוח המשיכה, כמו עם זרימה דרך הצינורות בסכר הידרואלקטרי, או על ידי כליאה, כמו באקוויפר סגור. ניתן לכתוב את המשוואה לחישוב הראש כראשחשווה לראש גובהzבתוספת ראש לחץΨבתוספת ראש מהירותv.​

ראש המהירות, אף שהוא גורם חשוב בחישובי זרימת הצינור והמשאבה, זניח בחישובי ראש הפיזומטרי של מי התהום מכיוון שמהירות מי התהום איטית מאוד.

קביעת הראש הפיזומטרי מושגת על ידי מדידת גובה מפלס המים בבאר. חישובי הראש הפיזומטריים בסה"כ במי התהום משתמשים בנוסחהh = z + Ψאיפהחפירושו ראש או גובה כולל של מפלס מי התהום מעל הנתון, בדרך כלל לפני הים, בעודzמייצג את ראש הגובה וΨמייצג את ראש הלחץ.

ראש הגובה,z, הוא גובה קרקעית הבאר מעל לנתון. ראש הלחץ שווה לגובה עמוד המים שלמעלהz. עבור אגם או בריכה,Ψשווה לאפס כך שהראש ההידראולי או הפיזומטרי פשוט שווה לאנרגיה הפוטנציאלית של גובה פני המים מעל הנתון. באקוויפר לא מוגבל, מפלס המים בבאר יהיה שווה בערך למפלס מי התהום.

אולם באקוויפרים מוגבלים מפלס המים בבארות עולה מעל מפלס שכבת הסלע המצומצמת. הראש הכולל נמדד ישירות על פני המים בבאר. הפחתת גובה תחתית הבאר מגובה פני המים מניבה את ראש הלחץ.

לדוגמא, פני המים בבאר שוכנים בגובה 120 מטר מעל פני הים הממוצעים. אם הגובה בתחתית הבאר נמצא בגובה 80 מטר מעל פני הים הממוצע, ראש הלחץ שווה 40 מטר.

הגדרת הלחץ הפיזומטרית מראה כי האנרגיה הפוטנציאלית על פני המאגר שווה לגובה פני האגם מעל לנתון. במקרה של סכר הידרו-אלקטרי, הנתון המשמש יכול להיות פני המים ממש מתחת לסכר.

משוואת הראש הכוללת מפשטת להבדל בגובה משטח המאגר ומשטח היציאה. לדוגמא, אם משטח המאגר נמצא 200 מטר מעל מפלס הנהר ממש מתחת לסכר, הראש ההידראולי הכולל שווה 200 מטר.