Вода, поднимающаяся из-под земли, кажется совершенно волшебной. Вода, текущая по трубам, кажется, противоречит законам гравитации. Хотя эти события могут показаться чудесными, они происходят из-запьезометрическая или гидравлическая головка.
Определение пьезометрической головки
Впьезометрическое определение напораиз глоссария Американского метеорологического общества - это «давление, которое существует в замкнутом водоносном горизонте». В определение продолжается, утверждая, что пьезометрический напор "... это высота над точкой отсчета плюс давление глава."
Пьезометрическая поверхность описывается как «воображаемая или гипотетическая поверхность пьезометрического давления или гидравлического напора во всем или части замкнутого или полуограниченного водоносного горизонта»; аналогично уровню грунтовых вод безнапорного водоносного горизонта ".
Синонимы пьезометрического напора включают гидравлический напор и гидравлическое давление напора. Пьезометрическую поверхность можно также назватьпотенциометрическая поверхность. Пьезометрический напор - это мерапотенциальная энергия воды.
Что на самом деле измеряет пьезометрическая головка
Пьезометрическая головка косвенно измеряет потенциальную энергию воды, измеряя высоту воды в данной точке. Пьезометрический напор измеряется по высоте поверхности воды в колодце или высоте воды в стояке, присоединенном к трубе, содержащей воду под давлением.
Головка пьезометра сочетает в себе три фактора: потенциальную энергию воды из-за высоты воды над уровнем моря. заданная точка (обычно средний или средний уровень моря), любая дополнительная энергия, приложенная давлением и скоростью глава.
Давление может быть вызвано силой тяжести, как при потоке по трубам в плотине гидроэлектростанции, или замкнутым пространством, как в замкнутом водоносном горизонте. Уравнение для расчета напора можно записать как напорчасравняется высоте напораzплюс напорΨплюс скоростной напорv.
h = z + \ Psi + v
Напор скорости, хотя и важный фактор в расчетах расхода труб и насосов, пренебрежимо мал при расчетах пьезометрического напора грунтовых вод, поскольку скорость грунтовых вод очень мала.
Определение пьезометрического напора в подземных водах
Определение пьезометрического напора осуществляется путем измерения высоты уровня воды в колодце. Для расчета пьезометрического общего напора грунтовых вод используется формулаh = z + Ψгдечасозначает общий напор или высоту уровня грунтовых вод над точкой отсчета, обычно над уровнем моря, в то время какzпредставляет высоту напора иΨпредставляет напор.
Высота головы,z, - высота дна колодца над датумом. Напор равен высоте водяного столба надz. Для озера или пруда,Ψравен нулю, поэтому гидравлический или пьезометрический напор просто равен потенциальной энергии высоты поверхности воды над точкой отсчета. В безнапорном водоносном горизонте уровень воды в колодце будет примерно равен уровню грунтовых вод.
Однако в замкнутых водоносных горизонтах уровень воды в колодцах поднимается выше уровня ограничивающего слоя породы. Общий напор измеряется непосредственно на поверхности воды в колодце. Вычитание отметки дна скважины из отметки водной поверхности дает напор.
Например, поверхность воды в колодце находится на высоте 120 футов над средним уровнем моря. Если высота на дне скважины составляет 80 футов над средним уровнем моря, то напор равен 40 футам.
Расчет пьезометрического напора в плотинах гидроэлектростанций
Определение пьезометрического давления показывает, что потенциальная энергия на поверхности водоема равна высоте поверхности озера над точкой отсчета. В случае плотины гидроэлектростанции, используемая точка отсчета может быть поверхностью воды чуть ниже плотины.
Уравнение полного напора упрощается до разницы в высоте от поверхности коллектора и поверхности оттока. Например, если поверхность водохранилища находится на 200 футов выше уровня реки непосредственно под плотиной, общий гидравлический напор равен 200 футов.