Jak obliczyć głowicę piezometryczną

Woda bulgocząca z ziemi wydaje się wręcz magiczna. Woda płynąca w górę rurami wydaje się przeczyć prawom grawitacji. Chociaż może się to wydawać cudownymi wydarzeniami, dzieje się tak z powodu:głowica piezometryczna lub hydrauliczna​.

definicja głowicy piezometrycznejze glosariusza Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego to „ciśnienie, które istnieje w ograniczonej warstwie wodonośnej”. definicja kontynuuje, stwierdzając, że głowica piezometryczna „...jest wzniesieniem powyżej punktu odniesienia plus ciśnienie głowa."

Powierzchnia piezometryczna jest opisana jako „wyimaginowana lub hipotetyczna powierzchnia ciśnienia piezometrycznego lub ciśnienia hydraulicznego w całej lub części ograniczonej lub półzamkniętej warstwy wodonośnej; analogicznie do zwierciadła wody nieskrępowanej warstwy wodonośnej."

Synonimy głowicy piezometrycznej obejmują głowicę hydrauliczną i ciśnienie głowicy hydraulicznej. Powierzchnię piezometryczną można również nazwaćpowierzchnia potencjometryczna. Głowica piezometryczna jest miarąenergia potencjalna wody​.

Głowica piezometryczna pośrednio mierzy energię potencjalną wody poprzez pomiar wysokości wody w danym punkcie. Wysokość piezometryczną mierzy się na podstawie wysokości lustra wody w studni lub wysokości wody w pionie przymocowanym do rury zawierającej wodę pod ciśnieniem.

Głowica piezometru łączy trzy czynniki: energię potencjalną wody ze względu na wysokość wody powyżej a dany punkt (zwykle średni lub średni poziom morza), dowolna dodatkowa energia przyłożona przez ciśnienie i prędkość głowa.

Ciśnienie może wynikać z grawitacji, jak w przypadku przepływu przez rury w zaporze hydroelektrycznej, lub przez zamknięcie, jak w zamkniętej warstwie wodonośnej. Równanie do obliczania głowy można zapisać jako głowęhrówna się wysokości głowyzplus głowica ciśnieniowaΨplus głowica prędkościv.​

Wysokość podnoszenia, będąc ważnym czynnikiem w obliczeniach przepływu rur i pomp, jest pomijalna w obliczeniach wysokości piezometrycznej wody gruntowej, ponieważ prędkość wody gruntowej jest bardzo mała.

Wyznaczenie wysokości piezometrycznej odbywa się poprzez pomiar wysokości poziomu wody w studni. Do obliczeń piezometrycznych sumarycznej wysokości wody w wodach podziemnych wykorzystano wzórh=z+Ψgdziehoznacza całkowitą wysokość lub wysokość zwierciadła wód gruntowych nad układem odniesienia, zwykle poziom morza, natomiastzreprezentuje głowę elewacji iΨreprezentuje głowicę ciśnieniową.

Głowica elewacyjna,z, to wysokość dna studni nad punktem odniesienia. Głowica ciśnieniowa jest równa wysokości słupa wody powyżejz. Na jezioro lub staw,Ψrówna się zero, więc głowica hydrauliczna lub piezometryczna jest po prostu równa energii potencjalnej wysokości powierzchni wody nad punktem odniesienia. W nieograniczonym poziomie wodonośnym poziom wody w studni będzie w przybliżeniu równy poziomowi wód gruntowych.

Natomiast w zamkniętych warstwach wodonośnych poziom wody w studniach przekracza poziom ograniczającej warstwy skalnej. Całkowitą wysokość podnoszenia mierzy się bezpośrednio na powierzchni wody w studni. Odjęcie wysokości dna studni od wysokości powierzchni wody daje wysokość ciśnienia.

Na przykład, powierzchnia wody w studni znajduje się na wysokości 120 stóp nad poziomem morza. Jeśli wzniesienie na dnie odwiertu leży na wysokości 80 stóp nad poziomem morza, wówczas wysokość ciśnienia wynosi 40 stóp.

Z definicji ciśnienia piezometrycznego wynika, że ​​energia potencjalna na powierzchni zbiornika równa się wysokości powierzchni jeziora nad punktem odniesienia. W przypadku tamy hydroelektrycznej, wykorzystanym punktem odniesienia może być powierzchnia wody tuż pod tamą.

Równanie sumaryczne uproszczone do różnicy wzniesień od powierzchni zbiornika i powierzchni odpływu. Na przykład, jeśli powierzchnia zbiornika znajduje się 200 stóp nad poziomem rzeki bezpośrednio pod tamą, całkowita wysokość podnoszenia wynosi 200 stóp.