Sådan beregnes hydraulisk ledningsevne

Hydraulisk ledningsevne er den lethed, hvormed vand bevæger sig gennem porøse rum og brud i jord eller sten. Det udsættes for en hydraulisk gradient og påvirkes af materialets mætningsniveau og permeabilitet. Hydraulisk ledningsevne bestemmes generelt enten gennem en af to fremgangsmåder. En empirisk tilgang korrelerer hydraulisk ledningsevne med jordegenskaber. En anden fremgangsmåde beregner hydraulisk ledningsevne gennem eksperimentering.
Den empiriske tilgang -

1. Beregn konduktivitet
   
   

   Beregn hydraulisk ledningsevne empirisk ved at vælge en metode baseret på kornstørrelsesfordeling materialet. Hver metode er afledt af en generel ligning. Den generelle ligning er:
   

   K \u003d (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
   

   Hvor K \u003d hydraulisk ledningsevne; g \u003d acceleration på grund af tyngdekraften; ƒ (n) \u003d porøsitetsfunktion; og d_e \u003d effektiv korndiameter. Den kinematiske viskositet (v) bestemmes af den dynamiske viskositet (µ) og væskedensiteten (vand) (ρ) som v \u003d µ ÷ ρ. Værdierne for C, ƒ (n) og d afhænger af den metode, der blev anvendt i kornstørrelsesanalysen. Porøsitet (n) er afledt af det empiriske forhold n \u003d 0,255 x (1 + 0,83 ^ U), hvor koefficienten for kornuniformitet (U) er givet ved U \u003d d_60 /d_10. I prøven repræsenterer d_60 korndiameteren (mm), hvor 60 procent af prøven er mere fin, og d_10 repræsenterer korndiameteren (mm), for hvilken 10 procent af prøven er mere fin.
   

   Denne generelle ligning er grundlaget for forskellige empiriske formler.
   

2. Anvend Kozeny-Carman ligning
   
   

   Brug Kozeny-Carman ligningen til de fleste jordstrukturer. Dette er det mest accepterede og anvendte empiriske derivat baseret på jordkornstørrelse, men er ikke passende at bruge til jord med en effektiv kornstørrelse over 3 mm eller til leret tekstureret jord:
   

   K \u003d (g ÷ v ) _8.3_10 ^ -3 [n ^ 3 /(1-n) ^ 2] x (d_10) ^ 2
   

3. Anvend Hazen-ligning
   
   

   Brug Hazen-ligningen til jord teksturer fra fint sand til grus, hvis jorden har en ensartethedskoefficient på mindre end fem (U <5) og effektiv kornstørrelse mellem 0,1 mm og 3 mm. Denne formel er kun baseret på d_10-partikelstørrelsen, så den er mindre nøjagtig end Kozeny-Carman-formlen:
   

   K \u003d (g ÷ v) (6_10 ^ -4)
   [1+ 10 (n-0.26)] _ (d_10) ^ 2
   

4. Anvend Breyer ligning
   
   

   Brug Breyer ligningen til materialer med en heterogen fordeling og dårligt sorterede korn med en ensartethedskoefficient mellem 1 og 20 (1

   K \u003d (g ÷ v) (6_10 ^ -4) _log (500
   ÷ U)
   (d_10) ^ 2
   

5. Anvend USBR-ligning
   
   

   Brug det amerikanske Bureau of Reclamation (USBR) ligning til sand med mellemlang korn med en ensartethed koefficient mindre end fem (U <5). Dette beregnes ved hjælp af en effektiv kornstørrelse på d_20 og er ikke afhængig af porøsitet, så det er mindre nøjagtigt end andre formler:
   

   K \u003d (g ÷ v) (4.8_10 ^ -4)
   (d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
   
   Eksperimentelle metoder - Laboratorium
   

   1. Anvend Darcy's lov
      
      

      Brug en ligning baseret på Darcy's Law til afled eksperimentelt hydraulisk ledningsevne. I laboratoriet skal du placere en jordprøve i en lille cylindrisk beholder for at skabe et endimensionelt jordtværsnit, gennem hvilket væsken (normalt vand) strømmer. Denne metode er enten en konstant hovedtest eller en faldhovedtest afhængig af væskens strømningstilstand. Grove kornede jordarter såsom rene sand og grusarter bruger typisk tests med konstant hoved. Prøve med finere korn bruger faldhovedtest. Grundlaget for disse beregninger er Darcy's Law:
      

      U \u003d -K (dh ÷ dz)
      

      Hvor U \u003d gennemsnitshastighed for væske gennem et geometrisk tværsnitsareal i jorden; h \u003d hydraulisk hoved; z \u003d lodret afstand i jorden; K \u003d hydraulisk ledningsevne. Dimensionen af K er længde pr. Tidsenhed (I /T).
      

   2. Udfør konstanthovedtest
      
      

      Brug en permeameter til at udføre en konstanthovedtest, den mest almindeligt anvendt test til bestemmelse af den mættede hydrauliske ledningsevne af grovkornede jordarter i laboratoriet. Underlægges en cylindrisk jordprøve med tværsnitsareal A og længde L til en konstant hoved (H2 - H1) strøm. Volumenet (V) af testvæsken, der strømmer gennem systemet i løbet af tiden (t), bestemmer den mættede hydrauliske ledningsevne K i jorden:
      

      K \u003d VL ÷ [At (H2-H1)]
      

      For at få de bedste resultater, test flere gange ved hjælp af forskellige hovedforskelle.
      

   3. Brug test med faldhoved
      
      

      Brug faldhovedtesten til at bestemme K for finkornet jord i laboratoriet. Forbind en cylindrisk jordprøvesøjle med tværsnitsareal (A) og længde (L) til en standpipe af tværsnitsareal (a), hvor perkoleringsvæsken strømmer ind i systemet. Mål ændringen i hovedet i standpipe (H1 til H2) med tidsintervaller (t) for at bestemme den mættede hydrauliske ledningsevne fra Darcy's Law:
      

      K \u003d (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)
      
      
      

      Tips
      

   4. Vælg din metode baseret på dine mål.
      

      De små størrelser af jordprøverne, der håndteres i laboratoriet, er et punktudtryk af jordens egenskaber. Hvis prøver, der er brugt i laboratorieundersøgelser, virkelig forstyrres, repræsenterer den beregnede værdi af K imidlertid den mættede hydrauliske ledningsevne på det bestemte prøveudtagningspunkt. og resulterer i en forkert vurdering af faktiske feltegenskaber.
      

      En upassende testvæske kan tilstoppe testprøven med fanget luft eller bakterier. Brug en standardopløsning af afluftet 0,005 mol calciumsulfat (CaSO4) opløsning mættet med thymol (eller formaldehyd) i permeameteren.
      
      
      
      
      

      Advarsler
      < li>

      Skruehullemetoden er ikke altid pålidelig, når der findes artesiske forhold, vandtabellen er over jordoverfladen, jordstrukturen er i vid udstrækning lagdelt, eller der forekommer meget permeable små lag.