روش تخمین ضرایب هیدرولیکی آبخوان :: بیسین - سایت تخصصی مهندسی آب

ابزار وبمستر

Bootstrap Example

عضويت در خبرنامه ايـميـل پايگاه بيسيــن - عضويت پس از کليک بر روي لينک فعال سازي که براي شما ارسال خواهد شد تکميل مي شود

پشتيباني شده با بيسين

روش تخمین ضرایب هیدرولیکی آبخوان


آزمایش های آبخوان (آزمایش های پمپاژ، آزمایش های اسلاگ و آزمون های سطح-ثابت) برای تخمین مقادیر مشخصه مکان برای خواص هیدرولیک آبخوان ها و آکیتاردها انجام می شود. با این حال، در شرایط خاص، اطلاعات مربوط به ویژگی های هیدرولیکی یک مکان ممکن است در صورت لزوم در دسترس نباشد. به عنوان مثال، مطالعات شناسایی یا محاسبات محدوده ممکن است نیاز به ارزش های هیدرولیکی قبل از تحقیق در محل داشته باشد.

در بخش های زیر ارزش های مقادیر موجود ضرایب هیدرولیکی برای هدایت هیدرولیکی افقی و عمودی، ضریب نگهداری، آبدهی ویژه و تخلخل ارائه شده است. اگر این اطلاعات مربوط به مکان مطالعه شما در دسترس نیست یا برای بررسی نتایج آزمایشات آزمایشگاهی به چنین اطلاعاتی نیازمند هستید، به این مقادیر در جداول زیر مراجعه کنید.


هدایت هیدرولیکی - K

هدایت هیدرولیکی جریان آب زیرزمینی تحت یک گرادیان هیدرولیکی واحد از طریق یک سطح مقطع عرضی آبخوان (حدود باز A) حاصل می شود. قابلیت انتقال، نرخ جریان تحت یک شیب هیدرولیکی واحد از طریق یک عرض واحد آبخوان به ضخامت m (حدود باز B) است. منبع، نمودار از Ferris و همکاران (1962).

هدایت هیدرولیکی اندازه گیری ظرفیت مواد برای انتقال آب است. این به عنوان یک ثابت نسبی، مربوط به تخلیه خاصی از یک محیط متخلخل تحت شیب هیدرولیکی واحد در قانون دارسی تعریف شده است.


ν=−Ki


آنگاه که ν تخلیه ویژه است؛ K هدایت هیدرولیکی است؛ و i شیب هیدرولیکی می باشد. ضریب نفوذپذیری یک اصطلاح دیگر برای هدایت هیدرولیکی است.

توجه داشته باشید که هدایت هیدرولیکی، که عملکرد ویسکوزیته و چگالی آب است، به معنای دقیق عمل کردن دمای آب است. با این حال، با توجه به طیف کوچکی از تغییرات دما در بیشتر سیستم های آب زیرزمینی، وابستگی درجه حرارت هدایت هیدرولیکی اغلب نادیده گرفته می شود.


قابلیت انتقال - T

قابلیت انتقال نرخ جریان تحت یک شیب هیدرولیکی واحد از طریق یک عرض واحد آبخوان با ضخامت اشباع داده شده است. رسانایی یک آبخوان مربوط به هدایت هیدرولیکی آن به شرح زیر است.


T = Kb


آنگاه که T قابلیت انتقال است؛ و b ضخامت آبخوان است.


مقادیر مرتبط با مفاهیم بالا

جداول زیر نشان دهنده مقادیر هدایت هیدرولیکی برای مواد مختلف رسوبی غیر سازه ای، سنگ های رسوبی و سنگ های کریستالی است (از Domenico and Schwartz 1990).


Unconsolidated Sedimentary Materials
Material Hydraulic Conductivity
(m/sec)
Gravel 3×10-4 to 3×10-2
Coarse sand 9×10-7 to 6×10-3
Medium sand 9×10-7 to 5×10-4
Fine sand 2×10-7 to 2×10-4
Silt, loess 1×10-9 to 2×10-5
Till 1×10-12 to 2×10-6
Clay 1×10-11 to 4.7×10-9
Unweathered marine clay 8×10-13 to 2×10-9


Sedimentary Rocks
Rock Type Hydraulic Conductivity
(m/sec)
Karst and reef limestone 1×10-6 to 2×10-2
Limestone, dolomite 1×10-9 to 6×10-6
Sandstone 3×10-10 to 6×10-6
Siltstone 1×10-11 to 1.4×10-8
Salt 1×10-12 to 1×10-10
Anhydrite 4×10-13 to 2×10-8
Shale 1×10-13 to 2×10-9


Crystalline Rocks
Material Hydraulic Conductivity
(m/sec)
Permeable basalt 4×10-7 to 2×10-2
Fractured igneous and metamorphic rock 8×10-9 to 3×10-4
Weathered granite 3.3×10-6 to 5.2×10-5
Weathered gabbro 5.5×10-7 to 3.8×10-6
Basalt 2×10-11 to 4.2×10-7
Unfractured igneous and metamorphic rock 3×10-14 to 2×10-10


To Convert Multiply By To Obtain
m/sec 100 cm/sec
m/sec 2.12×106 gal/day/ft2
m/sec 3.2808 ft/sec



هدایت هیدرولیکی از مواد ژئوشیمیایی محصور شده و غیر متمرکز انتخاب شده  است (از Heath 1983).


نسبت ناهمسانی هدایت هیدرولیکی - Kz/Kr

نسبت ناهمسانگردی مربوط به هدایت هیدرولیکی در جهت های مختلف محاسبه شده است. برای مثال، نسبت ناهمسانگردی هدایت هیدرولیکی عمودی به افقی توسط عبارت Kz/Kr ارائه می شود؛ که Kz رسانایی هیدرولیکی عمودی است و Kr هدایت هیدرولیکی (افقی) است. Anisotropy یا ناهمسانگردی در یک صفحه افقی توسط Kx/Ky که Kx و Ky هدایت هیدرولیکی افقی به ترتیب در جهت x و y هستند، ارائه می شود.

(Todd (1980 مقادیر Kz/Kr را که بین 0.1 و 0.5 برای مواد رسوبی و احتمالا تا 0.01 در مواردی دانسته است که در آن لایه های خاک رس وجود دارد.


مقادیر مرتبط با مفاهیم بالا

جدول زیر نشان دهنده مقادیر هدایت هیدرولیکی افقی و عمودی برای نوع سنگ های انتخاب شده (از Domenico و Schwartz 1990) می باشد.


Material Horizontal Hydraulic Conductivity
(m/sec)
Vertical Hydraulic Conductivity
(m/sec)
Anhydrite 10-14 to 10-12 10-15 to 10-13
Chalk 10-10 to 10-8 5×10-11 to 5×10-9
Limestone,
dolomite
10-9 to 10-7 5×10-10 to 5×10-8
Sandstone 5×10-13 to 10-10 2.5×10-13 to 5×10-11
Shale 10-14 to 10-12 10-15 to 10-13
Salt 10-14 10-14


ضریب ذخیره - S

1- آبخوان محصور


ضریب ذخیره آبخوان محصور (Artesian) (از Ferris و همکاران 1962).


ذخیره سازی یک آبخوان محصور (یا آکیتارد) به عنوان حجم آب آزاد شده از ذخیره سازی در هر واحد سطح آبخوان یا آکیتارد در هر واحد کاهش هیدرولیکی آن تعریف می شود. این مفهوم با ضریب ذخیره و ضریب ذخیره ویژه شناخته می شود.

عملیات پمپ کردن آب یک چاه در یک سفره آب زیرزمینی محصور، از ذخیره آبخوان با دو مکانیسم آزاد می شود: فشرده سازی آبخوان و گسترش آن. در یک آبخوان محصور (یا آکیتارد)، ضریب ذخیره به صورت زیر تعریف شده است.


S = Ssb


آنگاه که S مقدار ذخیره است، Ss ضریب ذخیره سازی خاص و b ضخامت آبخوان محصور است.

ذخیره معمول یک آبخوان محصور، که با ضریب ذخیره ویژه و ضخامت آبخوان متفاوت است، بین 5 × 10-5 تا 5 × 10-3 (Todd 1980) متغیر است. 

ضریب ذخیره ویژه، حجم آبی است که یک واحد حجم آبخوان (یا آکیتارد) از ذخیره خود تحت یک واحد کاهش در سطح آب رها می کند. ضریب ذخیره ویژه مربوط به فشردگی آب و آبخوان (یا آکیتارد) به شرح زیر است.


Ss = ρg(α + neβ)


جایی که ρ چگالی جرمی آب است؛ g شتاب گرانشی (برابر 9.8)، α فشردگی آبخوان (یا آکیتارد) ne تخلخل موثر است؛ و β ضریب فشردگی آب (برابر 4.4 × 10-10 با واحد m sec2 / kg یا Pa-1) است.


2- آبخوان آزاد


ذخیره آبخوان آزاد (سطح آزاد آب) (از Ferris و همکاران 1962).


ذخیره یک آبخوان بدون محدودیت یا همان آزاد، شامل آبدهی ویژه آن یا تخلخل تخلیه می شود.


S = Sy + Ssb


جایی که Sy آبدهی ویژه نام دارد.

کاهش سطح آب در یک آبخوان آزاد منجر به انتشار آب ذخیره شده در دهانه های بینابینی با زهکشی گرانشی می شود.

در مقایسه با زهکشی گرانش، فشردگی آبخوان و گسترش آب در آبخوان دشت، مقدار کمی آب از ذخیره را تولید می کنند؛ از این رو در آبخوان های آزاد، Sy بسیار بزرگتر از Ssb و S ≅ Sy در نظر گرفته می شود.

مقدار ذخیره در آبخوان های آزاد معمولا از 0.1 تا 0.3 (Lohman 1972) متغیر می باشد.


مقادیر مرتبط به مفاهیم بالا

جدول زیر ارزش نمایشی ضریب ذخیره ویژه برای مواد مختلف زمین شناسی را فراهم می کند (Domenico and Mifflin 1965).


Material Ss (ft-1)
Plastic clay 7.8×10-4 to 6.2×10-3
Stiff clay 3.9×10-4 to 7.8×10-4
Medium hard clay 2.8×10-4 to 3.9×10-4
Loose sand 1.5×10-4 to 3.1×10-4
Dense sand 3.9×10-5 to 6.2×10-5
Dense sandy gravel 1.5×10-5 to 3.1×10-5
Rock, fissured 1×10-