Inhalt
- Piezometrische Kopfdefinition
- Was misst der piezometrische Kopf tatsächlich?
- Bestimmung der Piezometrie im Grundwasser
- Berechnung der Piezometrie in Staudämmen
Aus dem Boden sprudelndes Wasser wirkt geradezu magisch. Wasser, das bergauf durch Rohre fließt, scheint den Gesetzen der Schwerkraft zu widersprechen. Während diese wie wundersame Ereignisse scheinen, treten sie wegen auf piezometrischer oder hydraulischer Kopf.
Piezometrische Kopfdefinition
Das piezometrische Kopfdefinition Aus dem Glossar der American Meteorological Society geht "der Druck hervor, der in einem begrenzten Grundwasserleiter herrscht". Die Definition setzt sich fort mit der Aussage, dass der piezometrische Kopf "... die Höhe über einem Bezugspunkt plus dem Druckkopf ist."
Die piezometrische Oberfläche wird als "imaginäre oder hypothetische Oberfläche des piezometrischen Drucks oder des Hydraulikkopfs in einem begrenzten oder halbbegrenzten Grundwasserleiter oder in Teilen davon; analog zum Grundwassergrund eines nicht begrenzten Grundwasserleiters" beschrieben.
Piezometrische Kopfsynonyme schließen hydraulischen Kopf und hydraulischen Kopfdruck ein. Die piezometrische Fläche kann auch als bezeichnet werden potentiometrische Oberfläche. Piezometrischer Kopf ist ein Maß für die potentielle Energie des Wassers.
Was misst der piezometrische Kopf tatsächlich?
Der piezometrische Kopf misst indirekt die potentielle Energie des Wassers, indem er die Höhe des Wassers an einem bestimmten Punkt misst. Piezometrische Förderhöhe wird anhand der Höhe der Wasseroberfläche in einem Brunnen oder der Höhe des Wassers in einem Standrohr gemessen, das an einem Rohr befestigt ist, das Wasser unter Druck enthält.
Der Piezometerkopf kombiniert drei Faktoren: die potentielle Energie des Wassers aufgrund der Wasserhöhe über einem bestimmten Punkt (normalerweise durchschnittlicher oder mittlerer Meeresspiegel), jede zusätzliche Energie, die durch den Druck- und Geschwindigkeitskopf aufgebracht wird.
Der Druck kann auf die Schwerkraft zurückzuführen sein, wie beim Durchströmen der Rohre in einem Wasserkraftwerk, oder auf einen begrenzten Grundwasserleiter. Die Gleichung zur Berechnung des Kopfes kann als Kopf geschrieben werden h gleich Elevationskopf z plus Druckkopf Ψ plus Geschwindigkeitskopf v.
h = z + Ψ + v
Die Förderhöhe ist zwar ein wichtiger Faktor bei der Berechnung der Rohr- und Pumpenströmung, bei der Berechnung der Grundwasser-Förderhöhe jedoch unerheblich, da die Geschwindigkeit des Grundwassers sehr gering ist.
Bestimmung der Piezometrie im Grundwasser
Die Bestimmung der piezometrischen Förderhöhe erfolgt durch Messung der Höhe des Wasserspiegels in einem Brunnen. Piezometrische Gesamthöhenberechnungen im Grundwasser verwenden die Formel h = z + Ψ wo h bedeutet die Gesamthöhe des Grundwasserspiegels über dem Bezugspunkt, normalerweise der Meeresspiegel, während z stellt den Elevationskopf dar und Ψ repräsentiert den Druckkopf.
Der Elevationskopf, zist die Höhe des Bodens eines Feldes über dem Bezugspunkt. Die Druckhöhe entspricht der Höhe der darüber liegenden Wassersäule z. Für einen See oder Teich, Ψ gleich Null, so dass der hydraulische oder piezometrische Kopf einfach der potentiellen Energie der Wasseroberflächenhöhe über dem Bezugspunkt entspricht. In einem nicht begrenzten Grundwasserleiter entspricht der Wasserstand im Brunnen in etwa dem Grundwasserstand.
Bei begrenzten Grundwasserleitern steigt der Wasserspiegel in Brunnen jedoch über das Niveau der begrenzenden Gesteinsschicht. Die Gesamtförderhöhe wird direkt an der Wasseroberfläche des Brunnens gemessen. Das Subtrahieren der Höhe des Bohrlochbodens von der Höhe der Wasseroberfläche ergibt die Druckhöhe.
Beispielsweise liegt die Wasseroberfläche in einem Brunnen auf einer Höhe von 120 Fuß über dem mittleren Meeresspiegel. Liegt die Höhe am Boden des Brunnens 80 Fuß über dem mittleren Meeresspiegel, entspricht die Druckhöhe 40 Fuß.
Berechnung der Piezometrie in Staudämmen
Die piezometrische Druckdefinition zeigt, dass die potenzielle Energie an der Oberfläche eines Reservoirs der Höhe der Seeoberfläche über einem Bezugspunkt entspricht. Bei einem Wasserkraftwerk kann als Bezugspunkt die Wasseroberfläche direkt unter dem Damm verwendet werden.
Die Gesamtkopfgleichung vereinfacht den Höhenunterschied von der Reservoiroberfläche und der Ausflussoberfläche. Befindet sich die Oberfläche des Reservoirs beispielsweise 200 Fuß über dem Flussniveau direkt unter dem Damm, entspricht der gesamte Hydraulikdruck 200 Fuß.