น้ำที่ผุดขึ้นมาจากพื้นดินดูเหมือนมีมนต์ขลังอย่างยิ่ง น้ำที่ไหลขึ้นเนินผ่านท่อดูเหมือนจะขัดกับกฎแรงโน้มถ่วง แม้ว่าสิ่งเหล่านี้อาจดูเหมือนเป็นเหตุการณ์อัศจรรย์ แต่ก็เกิดขึ้นเนื่องจากpiezometric หรือหัวไฮดรอลิก.
Piezometric Head Definition
ดินิยามหัวเพียโซเมตริกจากอภิธานศัพท์สมาคมอุตุนิยมวิทยาอเมริกันคือ "ความกดดันที่มีอยู่ในชั้นหินอุ้มน้ำที่คับแคบ" คำจำกัดความดำเนินต่อไปโดยระบุว่าหัว piezometric "...คือระดับความสูงเหนือจุดอ้างบวกกับความดัน ศีรษะ."
พื้นผิวเพียโซเมตริกถูกอธิบายว่าเป็น "พื้นผิวในจินตนาการหรือสมมุติของความดันพายโซเมตริกหรือหัวไฮดรอลิกตลอดทั้งหมดหรือบางส่วนของชั้นหินอุ้มน้ำที่จำกัดหรือกึ่งจำกัด เปรียบได้กับระดับน้ำในชั้นหินอุ้มน้ำที่ไม่กักขัง”
คำพ้องความหมายของหัวแบบเพียโซเมตริก ได้แก่ หัวไฮดรอลิกและแรงดันหัวไฮดรอลิก พื้นผิวเพียโซเมตริกอาจเรียกอีกอย่างว่าพื้นผิวโพเทนชิโอเมตริก. หัว Piezometric เป็นหน่วยวัดของพลังงานศักย์ของน้ำ.
หัววัด Piezometric อะไรวัดได้จริง
หัววัดแบบเพียโซเมตริกทางอ้อมวัดพลังงานศักย์ของน้ำโดยการวัดความสูงของน้ำ ณ จุดที่กำหนด วัดหัววัดโดยใช้ระดับความสูงของผิวน้ำในบ่อน้ำหรือความสูงของน้ำในท่อส่งน้ำที่ติดกับท่อที่มีน้ำอยู่ภายใต้แรงดัน
หัว Piezometer รวมสามปัจจัย: พลังงานศักย์ของน้ำเนื่องจากความสูงของน้ำเหนือ a จุดที่กำหนด (โดยปกติคือระดับน้ำทะเลปานกลางหรือเฉลี่ย) พลังงานเพิ่มเติมใดๆ ที่ใช้โดยความดันและความเร็ว ศีรษะ.
ความดันอาจเกิดจากแรงโน้มถ่วง เช่นเดียวกับการไหลผ่านท่อในเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำ หรือโดยการกักขัง เช่นเดียวกับในชั้นหินอุ้มน้ำที่จำกัด สมการการคำนวณหัวเขียนได้เป็น headห่าเท่ากับหัวสูงzแถมหัวกด pressureΨบวกหัวความเร็ววี
h=z+\Psi +v
หัวความเร็ว ในขณะที่ปัจจัยสำคัญในการคำนวณการไหลของท่อและปั๊ม มีความสำคัญในการคำนวณของหัว piezometric ของน้ำใต้ดินเล็กน้อย เนื่องจากความเร็วของน้ำใต้ดินช้ามาก
การกำหนดหัววัด Piezometric ในน้ำบาดาล
การกำหนดหัวพายโซเมตริกทำได้โดยการวัดระดับความสูงของระดับน้ำในบ่อน้ำ การคำนวณหัวรวมแบบเพียโซเมตริกในน้ำใต้ดินใช้สูตรh=z+Ψที่ไหนห่าหมายถึง หัวหรือส่วนสูงรวมของระดับน้ำใต้ดินเหนือจุดอ้างอิง โดยปกติระดับน้ำทะเล ในขณะที่zแทนหัวระดับความสูงและΨหมายถึงหัวกด
หัวสูง,zคือความสูงของก้นหลุมเหนือจุดอ้าง หัวแรงดันเท่ากับความสูงของเสาน้ำด้านบนz. สำหรับทะเลสาบหรือสระน้ำΨเท่ากับศูนย์ ดังนั้นหัวไฮดรอลิกหรือเพียโซเมตริกจะเท่ากับพลังงานศักย์ของความสูงผิวน้ำเหนือจุดอ้าง ในชั้นหินอุ้มน้ำที่ไม่มีการควบคุม ระดับน้ำในบ่อน้ำจะเท่ากับระดับน้ำใต้ดินโดยประมาณ
อย่างไรก็ตาม ในชั้นหินอุ้มน้ำที่กักขัง ระดับน้ำในบ่อน้ำจะสูงกว่าระดับชั้นหินที่กักขัง วัดหัวทั้งหมดโดยตรงที่ผิวน้ำในบ่อ การลบระดับความสูงของก้นบ่อออกจากระดับความสูงของผิวน้ำจะทำให้หัวแรงดัน
ตัวอย่างเช่น ผิวน้ำในบ่อน้ำอยู่ที่ระดับความสูง 120 ฟุตเหนือระดับน้ำทะเลปานกลาง หากระดับความสูงที่ด้านล่างของบ่อน้ำอยู่ที่ 80 ฟุตเหนือระดับน้ำทะเลปานกลาง หัวแรงดันจะเท่ากับ 40 ฟุต
การคำนวณ Piezometric Head ในเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำ
คำจำกัดความความดันแบบพายโซเมตริกแสดงให้เห็นว่าพลังงานศักย์ที่พื้นผิวอ่างเก็บน้ำเท่ากับระดับความสูงของพื้นผิวทะเลสาบเหนือจุดอ้าง ในกรณีของเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำ Datum ที่ใช้อาจเป็นผิวน้ำที่อยู่ด้านล่างของเขื่อน
สมการของหัวทั้งหมดลดความซับซ้อนให้กับความแตกต่างของระดับความสูงจากพื้นผิวอ่างเก็บน้ำและพื้นผิวที่ไหลออก ตัวอย่างเช่น หากพื้นผิวอ่างเก็บน้ำอยู่เหนือระดับแม่น้ำ 200 ฟุตทันทีที่อยู่ด้านล่างเขื่อน หัวไฮดรอลิกทั้งหมดจะเท่ากับ 200 ฟุต