Flusso di acqua in terreni saturi e insaturi
Leggi questo articolo per conoscere il flusso dell'acqua nei suoli saturi e insaturi.
Flusso di acqua nei terreni saturi:
Sappiamo che le acque sotterranee sono in gran parte nascoste e non possono essere viste e comprese come acque di superficie. Tuttavia, lo stoccaggio delle acque sotterranee nella zona saturata o nel bacino idrico sotterraneo costituisce una parte significativa delle risorse idriche totali. Sotto certi aspetti, i bacini idrici sotterranei sono simili ai bacini idrici superficiali. Hanno anche una capacità particolare e devono avere scarico e ricarica. Il flusso di acqua nella zona saturata del suolo è principalmente regolato dalla legge di Darcy che afferma che la velocità del flusso attraverso un mezzo poroso è proporzionale alla prima potenza del gradiente idraulico.
Può essere espresso come:
V = K i
o Q = KA i
Dove Q è la quantità di acqua che scorre nel terreno.
se è una costante, dipende dalla porosità e dalla permeabilità del suolo e viene chiamato coefficiente di permeabilità o conducibilità idraulica del materiale.
i è la perdita di testa per unità di lunghezza o gradiente idraulico,
Matematicamente i = h 1 - h 2 / L
V è velocità dell'acqua nel terreno
e A è l'area della sezione trasversale attraverso cui scorre l'acqua.
Nel ricavare questa equazione Darcy ha supposto che ci siano un numero di tubi capillari nei suoli attraverso i quali l'acqua passa in modo simile mentre passa attraverso i tubi. Poiché la velocità nel flusso laminare è anche proporzionale alla prima potenza del gradiente idraulico, il flusso che obbedisce alla legge di Darcy è essenzialmente laminare. Applicando la stessa analogia di quella del flusso attraverso i tubi, il numero di Reynold può essere usato come un indice per determinare il campo di applicazione della legge di Darcy.
Il numero di Reynold è espresso come
R = Vd / γ
dove V è velocità di flusso
d è il diametro medio del grano
γ è la viscosità cinematica del fluido
γ = μ / ρ = Viscosità dinamica del fluido / Densità del fluido
Si è visto che in un mezzo sabbioso naturale e artificiale di deviazione di granulometria uniforme del flusso dallo stato laminare allo stato turbolento inizia per valori di R tra 1 e 10 a seconda della forma e della gamma di granulometria. Quasi in tutti i casi il flusso di acque sotterranee può essere visto come laminare e quindi obbedire alla legge di Darcy.
Nei pozzi del tubo anche dove i tassi di pompaggio sono abbastanza alti ordinariamente il flusso obbedisce alla legge di Darcy fino alla faccia del pozzo. Ma alla faccia giusta. Può tendere a diventare turbolento a causa di alti tassi di pompaggio. L'osservazione della tabella delle acque può essere effettuata molto facilmente e con precisione, osservando i livelli nei fiumi, nei torrenti e nei pozzi esistenti.
Flusso di acqua nei terreni insaturi:
La legge di Darcy per il flusso di acqua attraverso i terreni saturi vale anche per i terreni insaturi. L'acqua scorre sempre nella direzione di energia decrescente. Quindi l'equazione V = ki è anche vera per i terreni insaturi. A differenza del suolo saturo, l'area della sezione trasversale del flusso diminuisce poiché il contenuto di umidità è inferiore.
Abbassa anche i tassi di permeabilità. Un'altra complicazione del suolo insaturo riguarda la misurazione della pressione negativa. Per i terreni saturi l'energia può essere misurata convenientemente inserendo tubi piezometrici nel terreno. Nella massa del suolo insaturo oltre al flusso dell'acqua esiste anche il flusso di vapore. È molto difficile misurare il flusso di vapore attraverso il terreno. Il flusso di vapore aumenta con la diminuzione del contenuto di umidità del suolo. Quindi, non è ancora fattibile un trattamento analitico perfetto del flusso d'acqua attraverso la zona insatura del suolo.
