Вода, що булькає з землі, здається відверто чарівною. Вода, що тече вгору по трубах, суперечить законам гравітації. Хоча це може здаватися дивовижними подіями, вони відбуваються завдякип'єзометрична або гідравлічна головка.
Визначення п’єзометричної голови
визначення п’єзометричної головкиз глосарію Американського метеорологічного товариства - це "тиск, який існує в обмеженому водоносному шарі". визначення продовжується, вказуючи, що п'єзометрична головка "... - це висота над базовою точкою плюс тиск голова."
П'єзометрична поверхня описується як "уявна або гіпотетична поверхня п'єзометричного тиску або гідравлічної головки на всьому або частковому місці обмеженого або напівзакритого водоносного шару; аналогічно водному рівню необмеженого водоносного шару ".
П’єзометричні синоніми головки включають гідравлічну головку та тиск гідравлічної головки. П'єзометричну поверхню також можна назватипотенціометрична поверхня. П'єзометрична головка є міроюпотенційна енергія води.
Що насправді вимірює п’єзометрична голова
П’єзометрична головка опосередковано вимірює потенційну енергію води, вимірюючи висоту води в даній точці. П’єзометрична головка вимірюється за допомогою підняття поверхні води у свердловині або висоти води у стовпі, прикріпленій до труби, що містить воду під тиском.
П'єзометрична головка поєднує три фактори: потенційну енергію води, обумовлену висотою води над a задана точка (зазвичай середній або середній рівень моря), будь-яка додаткова енергія, що застосовується тиском і швидкістю голова.
Тиск може бути обумовлений силою тяжіння, як при потоці через труби в гідроелектростанції, або обмеженням, як у обмеженому водоносному шарі. Рівняння для обчислення напору можна записати як головкуhдорівнює висоті головиzплюс напорний напірΨплюс швидкість рухуv.
h = z + \ Psi + v
Напір швидкості, хоча і є важливим фактором при розрахунках витрат труби та насоса, є незначним при розрахунках п'єзометричного напору підземних вод, оскільки швидкість підземних вод дуже повільна.
Визначення п’єзометричної головки у підземних водах
Визначення п’єзометричного напору здійснюється шляхом вимірювання висоти рівня води в свердловині. П’єзометричні розрахунки загального напору в підземних водах використовують формулуh = z + Ψдеhозначає загальну висоту або висоту рівня ґрунтових вод над базовою точкою, як правило, рівень моряzявляє собою висоту головки іΨявляє собою напорний напір.
Висота голови,z, - висота дна свердловини над базовою точкою. Напірний напір дорівнює висоті товщі води вищеz. Для озера чи ставка,Ψдорівнює нулю, тому гідравлічна або п'єзометрична головка просто дорівнює потенційній енергії висоти поверхні води над базовою точкою. У необмеженому водоносному шарі рівень води в свердловині приблизно дорівнюватиме рівню підземних вод.
Однак у обмежених водоносних шарах рівень води в свердловинах піднімається вище рівня утримуючого шару гірських порід. Загальний напор безпосередньо вимірюється на поверхні води в свердловині. Віднімання висоти дна свердловини від висоти поверхні води дає тиск.
Наприклад, поверхня води у криниці лежить на висоті 120 футів над середнім рівнем моря. Якщо висота на дні свердловини лежить на 80 футів над середнім рівнем моря, тоді напорний напір дорівнює 40 футам.
Розрахунок п’єзометричної головки в гідроелектростанціях
Визначення п’єзометричного тиску показує, що потенційна енергія на поверхні водойми дорівнює висоті поверхні озера над базовою точкою. У випадку гідроелектричної дамби використовуваною точкою може бути поверхня води трохи нижче дамби.
Рівняння загального напору спрощує різницю висот з поверхні водойми та поверхні витоку. Наприклад, якщо поверхня водосховища знаходиться на висоті 200 футів над рівнем ріки безпосередньо під дамбою, загальний напор гідравліки дорівнює 200 футам.