Sisältö
- Pietsometrinen pään määritelmä
- Mitä pietsometrinen pää oikeastaan mittaa
- Piezometrisen pään määrittäminen pohjavedessä
- Pietsometrisen pään laskeminen vesivoimaloissa
Maasta kupliva vesi näyttää suorasta maagiselta. Vesi, joka virtaa ylämäkeen putkien läpi, näyttää olevan ristiriidassa painovoimalakien kanssa. Vaikka nämä saattavat tuntua ihmeellisiltä tapahtumilta, niitä tapahtuu johtuen pietsometrinen tai hydraulinen pää.
Pietsometrinen pään määritelmä
pietsometrinen pään määritelmä Amerikan meteorologisen seuran sanastosta on "paine, joka on rajoitetussa vesistössä." Määritelmä jatkuu sanomalla, että pietsometrinen pää "... on korkeus nollapisteen yläpuolella plus painepää".
Piezometrinen pinta kuvataan "pietsometrisen paineen tai hydraulisen pään kuvitteelliseksi tai hypoteettiseksi pintaksi koko suljetussa tai osittain suljetussa pohjavesikerroksessa tai osassa sitä; analoginen rajattoman pohjavesikerroksen vesitasoon".
Pietsometriset pään synonyymit sisältävät hydraulisen pään ja hydraulisen päänpaineen. Piezometristä pintaa voidaan kutsua myös potentiometrinen pinta. Pietsometrinen pää on mitta veden potentiaalinen energia.
Mitä pietsometrinen pää oikeastaan mittaa
Piezometrinen pää mittaa epäsuorasti veden potentiaalienergian mittaamalla veden korkeuden tietyssä pisteessä. Pietsometrinen pää mitataan kaivon vedenpinnan korkeuden tai veden korkeuden ollessa putken sisällä, joka on kiinnitetty paineenalaista vettä sisältävään putkeen.
Pietsometrin pää yhdistää kolme tekijää: veden potentiaalienergia, joka johtuu vesipitoisuuden korkeudesta tietyn pisteen yläpuolella (yleensä keskimääräinen tai keskimääräinen merenpinta), mahdollinen lisäenergia, jota paine ja nopeuspää lisäävät.
Paine voi johtua painovoimasta, kuten vesivirtapatoon putkien läpi virtaamalla, tai suljetulla tavalla, kuten suljetussa pohjavesikerroksessa. Yhtälö pään laskemiseksi voidaan kirjoittaa päänä h yhtä suuri kuin korkeuspää z plus painepää Ψ plus nopeuspää v.
h = z + Ψ + v
Vaikka nopeuspää on tärkeä tekijä putkien ja pumppujen virtauslaskelmissa, se on vähäinen pohjaveden pietsometrisen pään laskemisessa, koska pohjaveden nopeus on erittäin hidas.
Piezometrisen pään määrittäminen pohjavedessä
Pietsometrisen pään määrittäminen suoritetaan mittaamalla kaivon vedenkorkeuden. Pohjaveden pietsometriset kokonaispäälaskelmat käyttävät kaavaa h = z + Ψ missä h tarkoittaa pohjaveden kokonaispäätä tai korkeutta nollapisteen yläpuolella, yleensä merenpinnan, kun z edustaa korkeuspäätä ja Ψ edustaa painepäätä.
Korotuspää, z, on kaivon pohjan korkeus peruspisteen yläpuolella. Painepää vastaa yllä olevan vesipylvään korkeutta z. Järvelle tai lampille Ψ on yhtä suuri kuin nolla, joten hydraulinen tai pietsometrinen pää yksinkertaisesti yhtä suuri kuin vedenpinnan korkeuden potentiaalienergia peruspisteen yläpuolella. Rajattomassa pohjavesikerroksessa kaivon vedenkorkeus on suunnilleen sama kuin pohjaveden taso.
Suljetuilla pohjavesikerroksilla kaivojen vedenpinta nousee kuitenkin rajoittavan kalliokerroksen tason yläpuolelle. Kokonaispää mitataan suoraan kaivon veden pinnasta. Kun vähennetään kaivon pohjan korkeus veden pinnan korkeudesta, saadaan painepää.
Esimerkiksi kaivon vedenpinta on 120 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella. Jos kaivon pohjassa oleva korkeus on 80 jalkaa keskimääräisen merenpinnan yläpuolella, niin painepää on 40 jalkaa.
Pietsometrisen pään laskeminen vesivoimaloissa
Pietsometrinen paineen määritelmä osoittaa, että potentiaalienergia säiliön pinnalla on yhtä suuri kuin järvien pinnan korkeus nollapisteen yläpuolella. Vesivoimapaikan tapauksessa käytetty nollapiste voi olla veden pinta juuri padon alapuolella.
Pään kokonaisyhtälö yksinkertaistuu korkeuseroon säiliön pinnasta ja ulosvirtauspinnasta. Esimerkiksi, jos säiliön pinta on 200 jalkaa joen yläpuolella välittömästi padon alapuolella, hydrauliikan kokonaispään arvo on 200 jalkaa.