آب حرکت ندارد
در اشکال فوق اختلاف ارتفاع یا اختلاف فشار، باعث حرکت نمی شود، بلکه برای آنکه آب از یک نقطه به نقطه دیگر حرکت کند، بایستی انرژی کل یا هد کل در دو نقطه با هم متفاوت باشد انرژی کل یا هد کل در یک نقطه تابعیست از: ارتفاع نقطه، فشار آب و سرعت حرکت آب.
برای سیستم نشان داده شده زیر رابطه برنولی زیر بدست می آید
که در فرمول بالا :
H = هدکل U=P=ZγW= فشار در هر نقطه
V = سرعت حرکت آب Z = هد ارتفاع
= هد سرعت = هد فشار
اگر باشد، آب از سمت A به طرف B حرکت می کند. اختلاف هد بین دو نقطه موجب حرکت آب از A به B می شود و برای اینکه آب از A به B حرکت نماید، علاوه بر انتخاب هد بایستی طول مسیر جریان بین دو نقطه نیز کم باشد تا افت هد از اختلاف هد بیشتر نشود و جریان متوقف نگردد.
تذکر 1 ) درفرمول برنولی بعلت اینکه سرعت آب در خاک کم می باشد و به توان 2 هم می رسد ازجمله دوم صرفنظر می شود. بنابراین فرمول برنولی برای مقاصد خاکی بصورت زیر اصلاح می گردد:
فشار در هر نقطه بوسیله لوله هایی بنام پیزومتر معین می شود و ارتفاع آب داخل این لوله، بیانگر فشار آب در این نقاط می باشد. بنابراین در شکل قبل فشار آب در نقطه A برابر است با:
= ارتفاع آب داخل لوله پیزومتر
گرادیان هیدرولیکی: رابطه بین اختلاف هد و افت با کمیت بی بعدی به نام گرادیان هیدرولیکی ( افت بار آبی ) نشان داده می شود که بصورت زیر تعریف می شود:
H A,BΔ= اختلاف هد بین دو نقطه
طول مسیر ( هم جهت با جریان آب ) = LA,B شیب بار آبی ( گرادیان هیدرولیکی ) =i
نکته) گرادیان هیدورلیکی زیاد نشان دهنده بار آبی بیشتر و امکان حرکت بیشتر است
مثال 4-1 ) در شکلهای زیر، مطلوبست تعیین گرادیان هیدرولیکی.
--------------------------------------
رابطه بین سرعت و گرادیان هیدرولیکی را برای جریانات آرام، اولین بار آقای دارسی بوسیله آزمایش روی ماسه تمیز بدست آورد، که بصورت زیر می باشد:
K را ضریب نفوذپذیری گویند (( Cofficent of Permeabilit
چون حرکت آب در خاک آرام می باشد از ضریب نفوذپذیری و رابطه دارسی برای تعیین سرعت حرکت آب می توان استفاده نمود. و رابطه فوق برای جریانات آشفته یا تربولنت برقرار نمی باشد.
با تعیین ضریب نفوذپذیری می توان سرعت حرکت آب را بدست آورد. این ضریب به عواملی چون دانه بندی خاک، زبری و درشتی و دانه های خاک، فضاهای خالی بین دانه های خاک و ویسکوزیته سیال، در خاکهای رسی به ساختار خاک رسی و درجه اشباع بستگی دارد. چنانچه خاکی دارای دانه بندی یکنواخت باشد. بعلت وجود، فضاهای خالی بین دانه ها، ضریب نفوذپذیری افزایش می یابد. همچنین زبری سطح دانه ها و درشت بودن دانه ها موجب کاهش ضریب نفوذپذیری می شود. هر چه فضاهای خالی بزرگتر باشد ضریب نفوذپذیری بیشتر می شود در مورد خاکهای رسی چنانچه خاک دارای بافت موازی باشد نفوذپذیری بیشتر دارد و برای خاکهای اشباع با افزایش درجه اشباع ضریب نفوذپذیری بیشتری شود.
= وزن مخصوص آب = ویسکوزیته سیال
= ضریب نفوذپذیری مطلق که فقط به جنس خاک و فضاهای خالی بستگی دارد.
نکته)فرمول مقایسه ای:
فرمول فوق برای زمانی است که دمای خاک بغیراز باشد، چون فرمولها را برای بدست می آوریم. لذا، در دماهای دیگر، باید طبق رابطه فوق به تبدیل شوند
سرعتی که از رابطه دارسی بدست آمده ، سرعت واقعی نشت نمی باشد و سرعت واقعی نشست از سرعت رابطه دارسی بیشتر است. رابطه بین سرعت نشت و سرعت رابطه دارسی بصورت زیر می باشد:
= سرعت واقعی نشت یا تراوش
V= سرعت رابطه دارسی n= پوکی
از سرعت واقعی نشت برای تعیین میزان شسته شدن ریز دانه های خاک در سدها استفاده می شود و از سرعت رابطه دارسی برای تعیین میزان دبی آب عبوری استفاده می شود.
تعیین ضریب نفوذپذیری:
برای تعیین ضریب نفوذپذیری در آزمایشگاه از دو آزمایش هد ثابت یا هد متغیر یا افتان و در صحرا به کمک آزمایش پمپاژ ضریب نفوذپذیری را تعیین می کنیم.
تعیین ضریب نفوذپذیری با آزمایش هد ثابت:
این آزمایش، برای خاکهای درشت دانه بکار می رود و بدین صورت است که نمونه ای از خاک دست نخورده درشت دانه داخل دستگاه آزمایش قرار داده می شود، پس از اینکه مدتی آب، از داخل نمونه خاک عبور کرد و خاک اشباع شد، میزان دبی آب عبوری در مدت زمان معین بوسیله ظروف مدرج اندازه گیری می شود و با استفاده از روابط زیر، ضریب نفوذپذیری بدست می آید.
H را اختلاف هد بین پایین دست و بالادست گویند و A سطح مقطع نمونه است.
تعیین ضریب نفوذپذیری با آزمایش هد متغیر یا افتان:
نمونه ای دست نخورده از خاک ریزدانه در داخل دستگاه آزمایش قرار داده می شود و ابتدا مانند آزمایش قبلی مدتی آب از آن عبور داده می شود تا خاک اشباع شود. سپس بوسیله لوله ای داخل خاک فرستاده می شود و در مدت زمان معینی قرار آب نوشته می شود و با روابط زیر نفوذپذیری بدست می
آید.