المحتوى
الموصلية الهيدروليكية هي السهولة التي يتحرك بها الماء عبر المساحات والكسور المسامية في التربة أو الصخور. إنه يخضع لتدرج هيدروليكي ويتأثر بمستوى التشبع ونفاذية المادة. يتم تحديد الموصلية الهيدروليكية بشكل عام إما من خلال أحد النهجين. يرتبط النهج التجريبي بالتوصيل الهيدروليكي بخصائص التربة. النهج الثاني يحسب التوصيل الهيدروليكي من خلال التجريب.
المنهج التجريبي
حساب التوصيل الهيدروليكي تجريبيا عن طريق اختيار طريقة تعتمد على توزيع حجم الحبوب من خلال المواد. كل طريقة مشتقة من معادلة عامة. المعادلة العامة هي:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
حيث K = التوصيل الهيدروليكي ؛ g = التسارع بسبب الجاذبية ؛ v = اللزوجة الحركية ؛ C = معامل الفرز ؛ ƒ (n) = وظيفة المسامية ؛ و d_e = قطر الحبوب الفعال. يتم تحديد اللزوجة الحركية (v) من خلال اللزوجة الديناميكية (µ) وكثافة السائل (الماء) (ρ) على أنها v = µ ÷ ρ. تعتمد قيم C و ƒ (n) و d على الطريقة المستخدمة في تحليل حجم الحبوب. يتم اشتقاق المسامية (n) من العلاقة التجريبية n = 0.255 x (1 + 0.83 ^ U) حيث يتم إعطاء معامل توحيد الحبوب (U) بواسطة U = d_60 / d_10. في العينة ، يمثل d_60 قطر الحبة (مم) حيث يكون 60 في المائة من العينة أكثر دقة ، ويمثل d_10 قطر الحبوب (مم) الذي يكون 10 في المائة منه أكثر دقة.
هذه المعادلة العامة هي أساس الصيغ التجريبية المختلفة.
استخدم معادلة Kozeny-Carman لمعظم التربة. هذا هو المشتق التجريبي الأكثر قبولًا والأكثر استخدامًا استنادًا إلى حجم حبيبات التربة ، ولكنه ليس مناسبًا للاستخدام في التربة ذات حجم الحبوب الفعال الذي يزيد عن 3 مم أو للتربة المثلجة:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
استخدم معادلة Hazen للتربة من الرمال الناعمة إلى الحصى إذا كانت التربة لديها معامل تناسق أقل من خمسة (U <5) وحجم الحبوب الفعال بين 0.1 مم و 3 مم. تعتمد هذه الصيغة فقط على حجم الجسيمات d_10 بحيث تكون أقل دقة من صيغة Kozeny-Carman:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (d_10) ^ 2
استخدم معادلة براير للمواد ذات التوزيع غير المتجانس والحبوب ذات الفرز السيئ مع معامل التماثل بين 1 و 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(d_10) ^ 2
استخدم معادلة مكتب الاستصلاح بالولايات المتحدة (USBR) للرمل متوسط الحبيبات ذي معامل التوحيد أقل من خمسة (U <5). هذا يحسب باستخدام حجم حبة فعال من d_20 ولا يعتمد على المسامية ، لذلك فهو أقل دقة من الصيغ الأخرى:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
طرق تجريبية - مختبر
استخدم معادلة تعتمد على قانون دارسيس لاشتقاق التوصيل الهيدروليكي بشكل تجريبي. في المختبر ، ضع عينة من التربة في وعاء أسطواني صغير لإنشاء مقطع عرضي أحادي البعد يتدفق عبره السائل (عادةً الماء). هذه الطريقة هي إما اختبار ثابت الرأس أو اختبار سقوط الرأس اعتمادًا على حالة تدفق السائل. عادةً ما تستخدم التربة ذات الحبيبات الخشنة مثل الرمال النظيفة والحصى اختبارات الرأس الثابت. تستخدم عينات الحبوب الدقيقة اختبارات سقوط الرأس. أساس هذه الحسابات هو قانون دارسيس:
U = -K (dh ÷ dz)
حيث U = متوسط سرعة السائل من خلال مساحة مستعرضة هندسية داخل التربة ؛ ع = رأس هيدروليكي ؛ ض = المسافة العمودية في التربة ؛ K = الموصلية الهيدروليكية. البعد K هو طول لكل وحدة من الوقت (I / T).
استخدم مقياس التأرجح لإجراء اختبار ثابت الرأس ، وهو الاختبار الأكثر استخدامًا لتحديد الموصلية الهيدروليكية المشبعة للتربة ذات الحبيبات الخشنة في المختبر. تخضع عينة التربة الأسطوانية من منطقة المقطع العرضي A والطول L إلى تدفق ثابت للرأس (H2 - H1). يحدد حجم (V) لسائل الاختبار الذي يتدفق عبر النظام خلال الوقت (t) ، التوصيل الهيدروليكي المشبع K للتربة:
K = VL ÷
للحصول على أفضل النتائج ، اختبار عدة مرات باستخدام اختلافات الرأس المختلفة.
استخدم اختبار السقوط لتحديد درجة تربة الحبيبات الدقيقة في المختبر. قم بتوصيل عمود عينة من التربة الأسطوانية من منطقة المقطع العرضي (A) والطول (L) بمواسير من مساحة المقطع العرضي (أ) ، حيث يتدفق السائل المتسرب إلى النظام. قم بقياس التغير في الرأس في عمود التثبيت (H1 إلى H2) على فترات زمنية (t) لتحديد التوصيل الهيدروليكي المشبع من قانون Darcys:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)