تراوش آب (Seepage) یا همان حرکت آب در خاک یکی از مباحث مهم در مکانیک خاک است در این مقاله به تراوش یک بعدی می پردازیم به این معنی که جهت حرکت آب در خاک ثابت بوده و تغییر نمی کند. آب به عنوان یک سیال تراکم ناپذیر در محیط خاک حرکت کرده و سرعت آن با استفاده از قانون دارسی تعیین می شود. در این هنگام حرکت آب در خاک با افت انرژی همراه است و آب خود را از سطح انرژی بیشتر به سطح انرژی کمتر می رساند. در این حالت سرعت حرکت آب در خاک علاوه بر افت انرژی و طول مسیر، به پارامتر دیگری به نام ضریب نفوذپذیری هم بستگی خواهد داشت. نحوه بدست آوردن ضریب نفوذپذیری نیز با استفاده از روابط تجربی و آزمایش، بیان معادله پیوستگی آب در خاک، بررسی های خاک های همسان و ناهمگن و نیز چگونگی تشخیص حرکت آب در خاک می باشد.

تعاریف اولیه و مفاهیم پایه تراوش آب در خاک

یک جسم در حالت کلی می تواند به سه طریق انرژی کسب کند. ساده ترین روش برای کسب انرژی توسط یک جسم، بالارفتن از ارتفاع است که سبب ذخیره شدن انرژی پتانسیل در آن می شود. انرژی جنبشی شکل دیگری از انرژی است که در اثر حرکت جسم ایجاد می شود و بالاخره از نوع سوم انرژی که مخصوص جریان های پرفشار سیال است، انرژی فشاری نامیده می شود. حال اگر بخواهیم انرژی کل در واحد وزن سیال را برای یک نقطه از جریان آب در داخل یک مجرای بسته (که تحت فشار است) بنویسیم رابطه زیر را حاصل می شود که این رابطه شکل کلی معادله برنولی برای جریان ذکر شده می باشد. در معادله زیر H انرژی کل در واحد وزن مایع یا بار آبی کل است. hz انرژی پتانسیل در واحد وزن آب یا بار ارتفاع، hz انرژی فشاری در واحد وزن آب یا بار فشار و v2/2g انرژی جنبشی در واحد وزن آب یا بار سرعت می باشد.

حتما بخوانید  مفاهیم اولیه و طراحی کانال

H=hz+hp+v2/2g

فراموش نکنید، از آنجایی که مجرای بسته (تحت فشار) سطح آزاد آب را مشخص نمی کند، بنابراین با قرار دادن یک لوله قائم مطابق شکل زیر، جریان را به هوای آزاد، باز می کنیم. این لوله پیزومتر نامیده می شود و ارتفاع ستون آب در آن (فاصله سطح آزاد آب تا نقطه مود نظر)، بار فشار آب را مشخص می کند.

تراوش آب

بار ارتفاع، فاصله نقطه مورد نظر تا تراز مبنای دلخواه است که به صورت اختیاری انتخاب می شود. بار آبی کل نیز که شامل بار ارتفاع است، بر همین اساس نسبت به تراز مبنا سنجیده می شود. حالا فرض کنید که داخل مجرای بسته از خاک پر شود. با این کار اولا سرعت جریان آب به شدت کاهش می یابد، ثانیا به علت مواجهه آب با ذرات خاک و سختی عبور از میان حفره های آن، قدرت و انرژی آب تحلیل خواهد رفت. پس در یک جمع بندی و نتیجه گیری کلی می توان گفت:

  1. به هنگام حرکت آب در خاک، از سطح انرژی بیشتر به سمت سطح انرژی کمتر، آب مقداری از انرژی خود را از دست می دهد (تلف می کند).
  2. به هنگام تراوش آب در خاک، از سرعت آب کاسته می شود در نتیجه بار سرعت ناچیز شده و می توان از آن صرفه نظر کرد. بنابراین معادله برنولی در این حالت برای محیط آب و خاک به صورت زیر نوشته می شود.
حتما بخوانید  سیستم های آبیاری قطره ای؛ حذف روش های ستنی آبیاری

ترواش آب در خاک

ارتباط بین بار فشار، بار ارتفاع و بار آبی کل در شکل زیر نشان داده شده است. در این شکل چگونگی افت انرژی بین دو نقطه A و B که به فاصله L از هم قرار گرفته اند نیز مشخص شده است. با توجه به شکل می توان گفت:

  • ارتفاع ستون آب در پیزومتر قرار داده شده در هر نقطه بیانگر بار فشار آب در آن نقطه است. بنابراین برای محاسبه فشار آب در خاک به آن فشار آب حفره ای (u) می گویند. کافی است تا وزن مخصوص آب را در ارتفاع ستون آب در پیزومتر ضرب نماییم.
  • فاصله قائم نقطه مورد نظر تا تراز مبنا، بیانگر بار ارتفاع آن نقطه است.
  • فاصله سطح آب در هر پیزومتر (تراز پیزومتری) تا تراز مبنا، بار آبی کل نقطه ای است که پیزومتر در آن قرار دارد.
  • اختلاف ارتفاع ستون آب در دو پیزومتر نشانگر اختلاف بار فشار بین دو نقطه است که اگر آن را در وزن مخصوص آب ضرب نماییم، اختلاف فشار آب حفره ای بین دو نقطه بدست می آید.
  • اختلاف سطح آب در دو پیزومتر نشانگر اختلاف بار آبی کل بین دو نقطه است که افت انرژی بین دو نقطه را نشان می دهد. اگر بین دو نقطه از خاک اختلاف بار آبی وجود داشته باشد، بی درنگ می توان گفت آب در خاک از بار آبی بیشتر به سمت بار آبی کمتر جریان دارد.
  • اگر اختلاف بار آبی بین دو نقطه (در شکل با h نمایش داده شده است) را به کمترین فاصله آن ها از هم (L) تقسیم کنیم، در آن صورت افت انرژی به صورت بدون بعد در می آید که به آن گرادیان هیدرولیکی یا شیب آبی گفته می شود. شیب آبی که آن را با i نشان می دهند به صورت زیر نوشته می شود.
حتما بخوانید  زهکشی اراضی در کشاورزی

i=h/L

حرکت یک بعدی آب در خاک

مقاله فوق را با تست سراسر سال 86 به پایان می رسانم. سوال: ماسه زنده (Quick Sand) در کدامیک از حالات زیر قابل مشاهده است؟

  1. جریان رو به پایین در ماسه اشباع و گرادیان هیدرولیکی i>1
  2. جریان رو به بالا در ماسه اشباع و گرادیان هیدرولیکی i=1
  3. جریان رو به بالا در ماسه اشباع و گرادیان هیدرولیکی i<1
  4. جریان رو به بالا در ماسه اشباع و گرادیان هیدرولیکی i>1

پاسخ: گزینه دو. ماسه زنده هنگامی قابل مشاهده است که در خاک ماسه ای جوشش رخ دهد. در این حالت ضریب اطمینان خاک ماسه ای در برابر جوشش مساوی یک خواهد بود و گرادیان هیدرولیکی آن گرادیان هیدرولیکی بحرانی اش برابر می شود. گرادیان هیدرولیکی بحرانی نیز برای اکثر خاک ها بین 0.9 تا 1.1 بوده و می توان گفت به طور متوسط در حدود یک است.

مهتاب محمودزاده
در هر چیزی تفکری است
نظر خود را بنویسید:
ثبت دیدگاه
دیدگاه های کاربران
yashar
23:37 - 1399/02/10
پاسخ دهید

با عرض سلام
میشه منابع مطالب را هم اعلام کنید؟

فرجی
12:20 - 1397/03/21
پاسخ دهید

با سلام ی سوال داشتم با افزایش phدر آب مقدار یون بی کربنات هم افزایش یافته؟

لطفا صبر کنید