Comment calculer la conductivité hydraulique

Calculer la conductivité hydraulique de manière empirique par la sélection d`une méthode fondée sur la répartition granulométrique dans le matériau. Chaque méthode est dérivée d`une équation générale. L`équation générale est la suivante:

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

Où K = conductivity- hydraulique g = accélération due à la gravité que v = viscosité cinématique - C = tri coefficient- `(n) = porosité fonctionne- et D_E = diamètre de grain efficace. La viscosité cinématique (v) est déterminée par la viscosité dynamique (µ-) et le fluide (eau) Densité (&Rho) que v =µ /&Rho. Les valeurs de C `(n) et D dépendent de la méthode utilisée dans l`analyse granulométrique. Porosité (n) est dérivé de la relation empirique 0,255 n = (1 + 0,83 ^ U), où le coefficient d`uniformité des grains (U) est donné par U = d_60 / d_10. Dans l`échantillon, d_60 représente le diamètre des grains (mm), dans laquelle 60% si l`échantillon est plus fine et d_10 représentent le diamètre des grains (mm) pour laquelle 10% de l`échantillon est plus fin.

Les différentes formules empiriques sont basées sur cette équation générale.

Utilisez l`équation Kozeny-Carman pour la plupart des textures du sol. Ceci est la dérivée empirique la plus largement acceptée et utilisée en fonction de la taille des grains du sol, mais ne convient pas à utiliser pour les sols avec une taille de grain efficace au-dessus de 3 mm ou pour les sols à texture argileuse:

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

Utilisez l`équation Hazen pour les textures du sol de sable fin à gravier, fournissant le sol a un coefficient d`uniformité inférieur à cinq (Ult; 5) et efficace granulométrie comprise entre 0,1 mm et 3 mm. Comme cette formule est basée uniquement sur la taille d_10 des particules, il est donc moins précis que la formule Kozeny-Carman:

K = (g / v)(610 ^ -4)[1 + 10 (n-0.26)](D_10) ^ 2

Utilisez l`équation Breyer pour les matériaux avec une distribution hétérogène et des grains mal triés avec un coefficient d`uniformité entre 1 et 20 (1

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

Utilisez le Bureau of Reclamation (USBR) équation de sable à grain moyen États-Unis avec un coefficient d`uniformité inférieur à cinq (Ult; 5). Parce qu`il calcule en utilisant une taille de grain efficace de d_20 et ne dépend pas de la porosité, elle est moins précise que les autres formules:

K = (g / v)(4.810 ^ -4)(D_20) ^ 3(D_20) ^ 2

Utilisez une équation basée sur la loi de Darcy pour obtenir la conductivité hydraulique expérimentalement. Au laboratoire, un échantillon de sol est placé dans un petit récipient cylindrique créant une coupe transversale du sol à une dimension à travers laquelle le liquide, généralement de l`eau, circule. Cette méthode est classé comme un test constant tête ou un test tombant la tête en fonction de l`état du liquide d`écoulement. essais Constant-tête sont généralement utilisés sur les sols à grains grossiers tels que les sables propres et graviers. des tests de chute d`une tête sont utilisés sur des échantillons de grains plus fins. La base de ces calculs est la loi de Darcy:

U = -K (dh / dz)

Où U = vitesse moyenne du fluide à travers une surface de section transversale géométrique à l`intérieur de la h = z BANDEAUX sol-= distance verticale hydraulique dans la K = conductivité hydraulique des sols. La dimension de K est la longueur par unité de temps (I / T).

Utilisez un perméamètre pour mener une constante Head-Test. Il est le test le plus couramment utilisé pour la détermination de la conductivité hydraulique saturée du sol à gros grains dans le laboratoire. Un échantillon de sol cylindrique de section transversale zone A et la longueur L est soumis à une pression constante, H2 - H1, débit. Le volume V de fluide d`essai qui circule à travers le système au cours du temps t, détermine la conductivité hydraulique K saturée du sol:

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

Pour de meilleurs résultats, tester plusieurs fois en utilisant différentes différences de tête, H2 - H1.

Utilisez le test de chute d`une tête pour la détermination du K des sols à grains fins dans le laboratoire. Dans le procédé à chute de tête, une colonne d`échantillon de sol cylindrique de surface de section transversale A et une longueur L est reliée à une colonne montante de la surface de section transversale A, dans lequel circule le fluide d`infiltration dans le système. En mesurant le changement de tête dans la colonne montante, H1 à H2, à des intervalles de temps (t), la conductivité hydraulique saturée peut être déterminée par la loi de Darcy:

K = (aL / A) ln (H1 / H2)

Utilisez la procédure de champ Auger-Hole sur un aquifère libre avec les propriétés du sol homogènes et une nappe phréatique peu profonde. Il est le plus couramment utilisé pour la détermination de la conductivité hydraulique saturée des sols. Elle nécessite la préparation d`un trou qui pénètre partiellement l`aquifère, avec une perturbation minimale du sol. Lorsque l`eau dans les égalise avec le niveau de la nappe phréatique, toute l`eau est enlevée du trou et la vitesse de montée du niveau d`eau dans la cavité est mesurée jusqu`à ce que le niveau égalise à nouveau avec la nappe phréatique. Il n`y a pas d`équation simple pour déterminer avec précision la conductivité hydraulique. Un calcul utilisé est:

Kh = F (Ho-Ht) / t

Où Kh = horizontal conductivité hydraulique saturée (m / jour) - H = profondeur du niveau d`eau dans le trou par rapport à la nappe phréatique dans le sol (cm) - Ht = H à l`instant t, Ho = H au temps t = 0 , t = temps (en secondes) depuis la première mesure de H comme Ho, et F est un facteur dérivé de la géométrie du trou:

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

Où r = rayon du trou cylindrique (cm), h `est la profondeur moyenne du niveau d`eau dans le trou par rapport à la nappe phréatique dans le sol (cm), a révélé que:

h `= (Ho + Ht) / 2

Et D est la profondeur du fond du trou par rapport à la nappe phréatique dans le sol (cm).

Utilisez une méthode piézomètre pour les sols dans un aquifère libre avec un niveau de nappe phréatique peu profonde. Conçu pour une application dans les aquifères de sol stratifiés et de détermination des composantes horizontales ou verticales de la conductivité hydraulique saturée. Cette méthode consiste à installer un tube piézomètre ou un tuyau, assez longtemps pour pénétrer partiellement l`aquifère libre, dans un trou de tarière percé à travers le système souterrain sans perturber le sol. Les parois du tube sont complètement fermés, sauf à son extrémité inférieure, où le tube ouvert est tamisée pour former une cavité cylindrique de rayon r et de hauteur hc dans l`aquifère. L`eau dans le tube piézomètre est d`abord retiré pour nettoyer le système et est ensuite autorisé à équilibrer avec le niveau des eaux souterraines avant de retirer l`eau du tuyau, puis en mesurant le taux de la montée de l`eau dans le tuyau. La conductivité hydraulique saturée est une fonction des dimensions du tube piézomètre, les dimensions de l`aquifère, et le taux mesuré de remontée de la nappe d`eau dans le tube. La valeur de la conductivité hydraulique est calculée à l`aide d`un abaque et tables. Le procédé piézomètre est particulièrement utile pour le calcul de la conductivité hydraulique des couches individuelles dans un système d`exploitation souterraine stratifiée.

Utilisez la méthode Slug test bien pour le calcul de la conductivité hydraulique à saturation dans le sol des aquifères non confinés et clos. Ce test nécessite la suppression d`une mesure prédéterminée, ou limace, de l`eau tout à la fois d`un puits, puis en mesurant le taux de récupération de l`eau dans le puits. Ce test fournit une représentation de la conductivité hydraulique du sol en moyenne sur un plus grand volume du sol que soit le piézomètre ou méthodes tarière trous. Les résultats correspondent essentiellement à la valeur K dans la direction horizontale. En utilisant le Bouwer & équation du riz pour calculer K:

K = [(Rc ^ 2ln (R_e / R_W)) / 2L_e](1 / t) * ln (H_0 / h)

Où K = Rc conductivity- hydraulique = rayon de la R_W bien l`emboîtage = rayon du gravier bien compris d`enveloppes R_e = distance radiale sur laquelle la tête est dissipated- L_e = longueur du écran- t = temps écoulé depuis h = H_0 - H_0 = tirer vers le bas à l`instant t = 0- h = prélever au temps t = t.