Wasserfluss in gesättigten und ungesättigten Böden
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über den Wasserfluss in gesättigten und ungesättigten Böden.
Wasserfluss in gesättigten Böden:
Wir wissen, dass Grundwasser weitgehend verborgen ist und nicht als Oberflächenwasser gesehen und verstanden werden kann. Grundwasserspeicherung in gesättigten Zonen oder Grundwasserspeicher bildet jedoch einen erheblichen Teil der gesamten Wasserressourcen. Grundwasserspeicher ähneln in gewisser Hinsicht Oberflächenwasserspeichern. Sie haben auch eine bestimmte Kapazität und müssen entladen und wieder aufgeladen werden. Der Wasserstrom in der gesättigten Zone des Bodens wird hauptsächlich durch das Gesetz von Darcy bestimmt, das besagt, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch ein poröses Medium proportional zur ersten Stärke des hydraulischen Gradienten ist.
Es kann ausgedrückt werden als:
V = K i
oder Q = KA i
Wobei Q die im Boden fließende Wassermenge ist.
Wenn es eine Konstante ist, hängt es von der Porosität und Permeabilität des Bodens ab und wird als Permeabilitätskoeffizient oder hydraulische Leitfähigkeit des Materials bezeichnet.
i ist der Kopfverlust pro Längeneinheit oder hydraulischer Steigung,
Mathematisch ist i = h 1 - h 2 / L
V ist die Geschwindigkeit des Wassers im Boden
und A ist eine Querschnittsfläche, durch die das Wasser fließt.
Bei der Ableitung dieser Gleichung nahm Darcy an, dass es eine Anzahl von Kapillarrohren in Böden gibt, durch die Wasser in ähnlicher Weise wie durch Rohre hindurchtritt. Da die Geschwindigkeit in der laminaren Strömung auch proportional zur ersten Stärke des hydraulischen Gradienten ist, ist die Strömung, die Darcys Gesetz befolgt, im Wesentlichen laminar. Nach der gleichen Analogie wie bei Rohrdurchflüssen kann die Reynold-Zahl als Index verwendet werden, um die Anwendbarkeit des Darcy-Gesetzes zu bestimmen.
Die Reynold-Zahl wird als ausgedrückt
R = Vd / γ
wobei V die Strömungsgeschwindigkeit ist
d ist der durchschnittliche Korndurchmesser
γ ist die kinematische Viskosität der Flüssigkeit
γ = μ / ρ = dynamische Viskosität der Flüssigkeit / Dichte der Flüssigkeit
Es wurde gesehen, dass in natürlichem und künstlichem sandigem Medium mit einer einheitlichen Korngröße eine Abweichung der Strömung vom laminaren Zustand in den turbulenten Zustand für Werte von R zwischen 1 und 10 beginnt, abhängig von der Form und dem Bereich der Korngröße. In fast allen Fällen kann der Grundwasserstrom als laminar angesehen werden und daher das Gesetz von Darcy befolgen.
In Röhrenschächten auch, wo die Pumpraten ziemlich hoch sind, gehorcht der Fluss das Gesetz von Darcy bis zum Brunnengesicht. Aber im guten Gesicht. Aufgrund hoher Pumpgeschwindigkeiten kann es zu Turbulenzen kommen. Die Beobachtung des Wasserspiegels kann sehr einfach und ziemlich genau durchgeführt werden, indem die Pegel in Flüssen, Bächen und vorhandenen Brunnen erfasst werden.
Wasserfluss in ungesättigten Böden:
Das Darcysche Gesetz für den Fluss von Wasser durch gesättigte Böden gilt auch für ungesättigte Böden. Wasser fließt immer in Richtung abnehmender Energie. Somit gilt die Gleichung V = ki auch für ungesättigte Böden. Im Gegensatz zu gesättigten Böden nimmt der Strömungsquerschnitt ab, da der Feuchtigkeitsgehalt geringer ist.
Es verringert auch die Permeabilitätsraten. Eine weitere Komplikation des ungesättigten Bodens ist die Messung des Unterdrucks. Bei gesättigten Böden kann die Energie sehr bequem gemessen werden, indem Piezometerrohre in den Boden eingesetzt werden. In der ungesättigten Bodenmasse existiert zusätzlich zum Wasserstrom auch ein Dampfstrom. Es ist sehr schwierig, den Dampfstrom durch den Boden zu messen. Der Dampfstrom nimmt mit abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt des Bodens zu. Daher ist nach wie vor keine perfekte analytische Behandlung des Wasserflusses durch die ungesättigte Bodenzone möglich.
