Съдържание
Хидравличната проводимост е лекотата, с която водата се движи през порести пространства и счупвания в почвата или скалата. Той е подложен на хидравличен наклон и се влияе от нивото на насищане и пропускливост на материала. Хидравличната проводимост обикновено се определя или чрез един от двата подхода. Емпиричният подход корелира хидравличната проводимост със свойствата на почвата. Вторият подход изчислява хидравличната проводимост чрез експериментиране.
Емпиричният подход
Изчислете хидравличната проводимост емпирично, като изберете метод, основан на разпределението на размера на зърното през материала. Всеки метод се извлича от общо уравнение. Общото уравнение е:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Където K = хидравлична проводимост; g = ускорение поради гравитацията; v = кинематичен вискозитет; С = коефициент на сортиране; ƒ (n) = функция на порьозност; и d_e = ефективен диаметър на зърното. Кинематичният вискозитет (v) се определя от динамичния вискозитет (µ) и плътността на течността (вода) (ρ) като v = µ ÷ ρ. Стойностите на C, ƒ (n) и d зависят от метода, използван в анализа на размера на зърното. Порьозността (n) е получена от емпиричната връзка n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U), където коефициентът на равномерност на зърното (U) е даден от U = d_60 / d_10. В пробата d_60 представлява диаметърът на зърното (mm), при който 60 процента от пробата е по-фин, а d_10 представлява диаметърът на зърното (mm), за който 10 процента от пробата е по-фин.
Това общо уравнение е основа за различни емпирични формули.
Използвайте уравнението на Козени-Карман за повечето почвени ури. Това е най-широко приетото и използвано емпирично производно на базата на големината на зърното на почвата, но не е подходящо да се използва за почви с ефективен размер на зърното над 3 mm или за глинести почвени:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Използвайте уравнението на Хазен за почвени ури от фин пясък до чакъл, ако почвата има коефициент на равномерност по-малък от пет (U <5) и ефективен размер на зърното между 0,1 мм и 3 мм. Тази формула се основава само на размера на частиците d_10, така че е по-малко точна от формулата на Козени-Карман:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (D_10) ^ 2
Използвайте уравнението на Брейер за материали с хетерогенно разпределение и лошо сортирани зърна с коефициент на равномерност между 1 и 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(D_10) ^ 2
Използвайте уравнението на Бюрото за рекултивация на САЩ (USBR) за среднозърнест пясък с коефициент на равномерност по-малък от пет (U <5). Това се изчислява с помощта на ефективен размер на зърното d_20 и не зависи от порьозността, така че е по-малко точна от другите формули:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(D_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Експериментални методи - лабораторни
Използвайте уравнение, основано на Закона на Дарсис, за да изведете хидравличната проводимост експериментално. В лабораторията поставете почвена проба в малък цилиндричен контейнер, за да създадете едноизмерно напречно сечение на почвата, през което тече течността (обикновено водата). Този метод е или изпитване с постоянна глава или изпитване на падаща глава в зависимост от състоянието на потока на течността. Грубозернистите почви като чисти пясъци и чакъли обикновено използват тестове с постоянна глава. По-фините проби от зърно използват тестове с падаща глава. Основата на тези изчисления е Законът на Дарчис:
U = -K (dh ÷ dz)
Където U = средна скорост на течността през геометрична площ на напречно сечение в почвата; h = хидравлична глава; z = вертикално разстояние в почвата; К = хидравлична проводимост. Размерът на K е дължина за единица време (I / T).
Използвайте периметър, за да проведете тест с постоянна глава - най-често използваният тест за определяне на наситената хидравлична проводимост на грубозърнести почви в лабораторията. Подлагане на цилиндрична проба от почва с площ на напречно сечение A и дължина L е на постоянен поток (H2 - H1). Обемът (V) на тестваната течност, която преминава през системата по време (t), определя наситената хидравлична проводимост K на почвата:
K = VL ÷
За най-добри резултати тествайте няколко пъти, като използвате различни разлики в главата.
Използвайте теста с падаща глава, за да определите K на финозърнестите почви в лабораторията. Свържете цилиндрична колона за проба на почвата с площ на напречно сечение (A) и дължина (L) към стенд на тръба с напречно сечение (a), в която перкулиращата течност постъпва в системата. Измерва се промяната на главата в резервоара (H1 до H2) на интервали от време (t), за да се определи наситената хидравлична проводимост от Закона на Дарси:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)