Vatten som bubblar upp från marken verkar helt magiskt. Vatten som rinner uppför genom rör tycks motsäga tyngdlagen. Även om dessa kan verka som mirakulösa händelser, inträffar de på grund avpiezometrisk eller hydrauliskt huvud.
Definition av piezometrisk huvud
Dedefinition av piezometrisk huvudfrån ordlistan från American Meteorological Society är "trycket som finns i en begränsad akvifer." De definitionen fortsätter med att det piezometriska huvudet "... är höjden över ett datum plus trycket huvud."
Den piezometriska ytan beskrivs som "en imaginär eller hypotetisk yta av det piezometriska trycket eller det hydrauliska huvudet genom hela eller delar av en begränsad eller halvbegränsad akvifer; analogt med vattentabellen i en obegränsad akvifer. "
Piezometriska huvudsynonymer inkluderar hydrauliskt huvud och hydrauliskt huvudtryck. Den piezometriska ytan kan också kallaspotentiometrisk yta. Piezometriskt huvud är ett mått påpotentiell energi av vatten.
Vad det piezometriska huvudet faktiskt mäter
Piezometriskt huvud mäter indirekt vattnets potentiella energi genom att mäta vattenhöjden vid en given punkt. Piezometriskt huvud mäts med hjälp av vattenytans höjd i en brunn eller vattenhöjden i ett rör som är fäst vid ett rör som innehåller vatten under tryck.
Piezometerhuvudet kombinerar tre faktorer: vattnets potentiella energi på grund av vattenhöjden över a given punkt (vanligtvis genomsnittlig eller genomsnittlig havsnivå), eventuell ytterligare energi som appliceras av tryck och hastighet huvud.
Trycket kan bero på tyngdkraften, som vid flöde genom rören i en vattenkraftsdamm, eller genom inneslutning, som i en begränsad akvifer. Ekvationen för att beräkna huvud kan skrivas som huvudhmotsvarar höjdhuvudetzplus tryckhuvudΨplus hastighetshuvudv.
h = z + \ Psi + v
Hastighetshuvudet, även om det är en viktig faktor i rör- och pumpflödesberäkningar, är försumbar vid beräkningar av grundvattens piezometriska huvud eftersom grundvattnets hastighet är mycket långsam.
Bestämning av piezometriskt huvud i grundvatten
Bestämning av piezometriskt huvud uppnås genom att mäta vattennivån i en brunn. Piezometriska beräkningar av totalt huvud i grundvatten använder formelnh = z + Ψvarhbetyder totalvatten eller höjd av grundvattennivån över utgångspunkten, vanligtvis havsnivå, medanzrepresenterar höjdhuvudet ochΨrepresenterar tryckhuvudet.
Höjdhuvudet,z, är höjden på botten av en brunn ovanför referenspunkten. Tryckhuvudet är lika med höjden på vattenpelaren ovanz. För en sjö eller damm,Ψär lika med noll så att det hydrauliska eller piezometriska huvudet helt enkelt är lika med den potentiella energin för vattenytans höjd över referenspunkten. I en obegränsad vattenlevande vatten kommer vattennivån i brunnen ungefär att vara lika med grundvattennivån.
I trånga vattenlevande vattendrag stiger dock vattennivån i brunnar över nivån för det begränsande bergskiktet. Det totala huvudet mäts direkt vid vattenytan i brunnen. Att subtrahera höjden av källans botten från vattenytans höjd ger tryckhuvudet.
Till exempel ligger vattenytan i en brunn i en höjd av 120 fot över havsnivån. Om höjden längst ner i brunnen ligger 80 meter över havsnivån, är tryckhuvudet lika med 40 fot.
Beräkning av piezometriskt huvud i vattenkraftsdammar
Definitionen av det piezometriska trycket visar att den potentiella energin vid ytan på en reservoar är lika med höjden på sjöns yta över ett datum. I fallet med en vattenkraftsdamm kan den använda referensen vara ytan på vattnet strax nedanför dammen.
Den totala huvudekvationen förenklar skillnaden i höjd från behållarens yta och utflödesytan. Till exempel, om behållarens yta är 200 fot över flodnivån direkt under dammen, är det totala hydrauliska huvudet lika med 200 fot.