Como calcular a condutividade hidráulica

Calcular a condutividade hidráulica empiricamente por selecção de um método baseado na distribuição de dimensão de grão através do material. Cada método é derivado a partir de uma equação geral. A equação geral é:

K = (g / v)C`(N) * (d_e) ^ 2

Onde K = hidráulica conductivity- g = devido a gravidade v = viscosidade cinemática aceleração - C = classificação coefficient- `(n) = funciona- porosidade e d_e = diâmetro do grão eficaz. A viscosidade cinemática (v) é determinada pela viscosidade dinâmica (&microbiologia) e o fluido (água densidade) (&rho-) como V =&micro /&rho-. Os valores de C, `(n) e d dependem do método usado na análise de dimensão de grão. Porosidade (N) é derivada da relação empírica N = 0,255 (1 + 0,83 ^ L) em que o coeficiente de uniformidade de grãos (L) é dada por L = d_60 / d_10. Na amostra, d_60 representa o diâmetro de grão (mm) em que 60%, se a amostra é mais fina e d_10 representa o diâmetro de grão (mm) para o qual 10% da amostra é mais fina.

As fórmulas empíricas diferentes são baseados nesta equação geral.

Use a equação Kozeny-Carman para a maioria das texturas de solo. Esta é a derivada empírica mais amplamente aceito e utilizado com base no tamanho dos grãos do solo, mas não é apropriado usar para solos com um tamanho de grão eficaz acima de 3 mm ou em solos argilosos texturizados:

K = (g // v)8.310 ^ -3 [3 N ^ / (1-N) ^ 2] * (d_10) ^ 2

Utilizar a equação Hazen para texturas de solo de areia fina de cascalho, fornecendo o solo tem um coeficiente de uniformidade de menos de cinco (Ult; 5) e eficaz granulometria entre 0,1 mm e 3 mm. Como esta fórmula é baseada apenas no tamanho d_10 partícula, portanto, é menos preciso do que a fórmula Kozeny-Carman:

K = (g / v)(610 ^ -4)[1 + 10 (n-0,26)](D_10) ^ 2

Use a equação Breyer para materiais com uma distribuição heterogênea e grãos mal selecionados, com um coeficiente de uniformidade entre 1 e 20 (1

K = (g / v)(610 ^ -4)log (500 / U)(D_10) ^ 2

Use o Bureau of Reclamation EUA (USBR) equação para areia grão médio com um coeficiente de uniformidade menos de cinco (Ult; 5). Uma vez que se calcula utilizando um tamanho de grão de d_20 eficaz e não depende da porosidade, é menos preciso do que outras fórmulas:

K = (g / v)(4,810 ^ -4)(D_20) ^ 3(D_20) ^ 2

Use uma equação com base na Lei de Darcy para derivar condutividade hidráulica experimentalmente. No laboratório, uma amostra de solo é colocada num recipiente cilíndrico pequeno criando um corte transversal do solo unidimensional através da qual o líquido, usualmente água, flui. Este método é classificado como um teste de cabeça constante ou um teste de-cabeça caindo dependendo do estado do fluxo do líquido. testes Constant-cabeça são normalmente utilizados em solos de grão-grosseiras tais como areias limpas e cascalhos. testes de cabeça de queda são usados ​​em amostras de grãos mais finos. A base para estes cálculos é a Lei de Darcy:

U = K (dh / dz)

Quando L = velocidade média do fluido através de uma área de secção transversal geométrica dentro do solo-h = z = distância vertical cabeça- hidráulico no K = condutividade hidráulica solo-. A dimensão de comprimento K é por unidade de tempo (I / T).

Use um permeameter para realizar um teste de Constant-Head. É o teste mais comumente utilizado para determinar a condutividade hidráulica saturada dos solos de granulação grossa no laboratório. Uma amostra de solo cilíndrica da área da secção transversal A e o comprimento L é submetido a uma carga constante, de H2 - H1, fluxo. O volume V do fluido de teste que flui através do sistema durante o tempo t, determina o K condutividade hidráulica saturada do solo:

K = VL / [A (H2-H1)]

Para melhores resultados, testar várias vezes usando diferenças principais diferentes, H2 - H1.

Use o teste de-cabeça queda para a determinação do K de solos de grão fino no laboratório. No método de-cabeça em queda, uma amostra de solo coluna cilíndrica de área de secção transversal A e o comprimento L está ligado a um tubo vertical de área em corte transversal de um, em que o fluido de percolação flui para o sistema. Ao medir a mudança na cabeça em que o tubo vertical, a H2 H1, em intervalos de tempo (t), a condutividade hidráulica saturada pode ser determinado a partir de Lei de Darcy:

K = (Al / Na) ln (H1 / H2)

Use o procedimento de campo Auger-Hole em um aqüífero livre com propriedades do solo homogéneos e uma mesa de águas rasas. É mais comumente utilizado para a determinação da condutividade hidráulica saturada dos solos. Ele requer a preparação de um orifício que penetra parcialmente no aquífero, com uma perturbação mínima do solo. Quando a água a equalização com o nível do lençol freático, toda a água é removida do buraco e a taxa de aumento do nível de água no interior da cavidade é medida até que o nível de novo equaliza com a tabela de água. Não há equação simples para determinar com precisão a condutividade hidráulica. Um cálculo utilizada é a seguinte:

Kh = F (Ho-HT) / t

Onde Kh = horizontal saturada de condutividade hidráulica (m / dia) - H = profundidade do nível de água no orifício em relação à mesa de água no solo (cm) - Ht = H no tempo t, Ho = H no tempo t = 0 , t = tempo (em segundos) desde a primeira medição de H como Ho, e F é um factor derivado da geometria do orifício:

F = 4000R / h `(20 + D / r) (2`H` / D)

Em que R = raio do furo cilíndrico (cm), h `é a profundidade média do nível de água no orifício em relação à mesa de água no solo (cm), como encontrado:

h `= (Ho + Ht) / 2

E D é a profundidade da parte inferior do orifício em relação à mesa de água no solo (cm).

Use um método Piezômetro para solos em um aqüífero livre com um nível freático superficial. Projetado para aplicação em aquíferos de solo em camadas e de determinação dos componentes horizontal ou vertical da condutividade hidráulica saturada. Este método consiste na instalação de um tubo de piezômetros ou tubo, tempo suficiente para penetrar parcialmente o aqüífero livre, em um trado perfurado através do sistema de subsuperfície sem perturbar o solo. As paredes do tubo são totalmente fechado excepto na sua extremidade inferior, onde o tubo aberto é filtrada para formar uma cavidade cilíndrica de raio r e altura hc dentro do aquífero. A água do tubo de piezômetro é primeiro removido para limpar o sistema e, em seguida, é deixada a equilibrar com o nível da água subterrânea antes da remoção da água do tubo e, em seguida, medindo a taxa do aumento da água no interior do tubo. A condutividade hidráulica saturada é uma função das dimensões do tubo piezômetro, as dimensões do aquífero, e a taxa de medição do aumento do lençol de água no tubo. O valor para a condutividade hidráulica é calculado com a ajuda de um nomograma e tabelas. O método é particularmente útil piezômetro no cálculo da condutividade hidráulica das camadas individuais numa sistemas subsuperficiais estratificadas.

Use o método Slug-teste Bem para calcular a condutividade hidráulica saturada do solo de aqüíferos livres e confinados. Este teste requer a remoção de uma medida pré-determinada, ou bala, de água de uma só vez a partir de um poço e, em seguida, medindo a taxa de recuperação de água de volta para dentro do poço. Este teste fornece uma representação da condutividade hidráulica do solo em média por um maior volume de solo do que quer o piezometer ou métodos trado buracos. Os resultados reflectem principalmente o valor K na direcção horizontal. Usando o Bouwer & equação de arroz para calcular K:

K = [(rc ^ 2ln (R_e / r_w)) / 2L_e](1 / T) * LN (H_0 / h)

Onde K = rc conductivity- hidráulica = raio do r_w bem casing- = raio do poço incluindo cascalho de envelope R_e = distância radial sobre a qual a cabeça é dissipated- L_e = comprimento da triagem t = tempo decorrido desde h = H_0 - H_0 = sacar no tempo t = 0- h = sacar no tempo t = t.