Specifické skladování - Specific storage

V oblasti hydrogeologie jsou skladovacími vlastnostmi fyzikální vlastnosti, které charakterizují schopnost zvodnělé vrstvy uvolňovat podzemní vodu . Těmito vlastnostmi jsou skladovatelnost (S) , specifické úložiště (S _s ) a specifický výtěžek (S _y ) .

Často se stanoví pomocí nějaké kombinace polních testů (např. Testy vodonosných vrstev ) a laboratorních testů na vzorcích vodonosných vrstev. V poslední době byly tyto vlastnosti také určovány pomocí dat dálkového průzkumu Země získaných z interferometrického radaru se syntetickou aperturou .

Storativita

Storativita nebo koeficient skladování je objem vody uvolněné ze skladování na jednotku poklesu hydraulické hlavy ve zvodnělé vrstvě na jednotku plochy zvodnělé vrstvy. Storativita je bezrozměrná veličina a je vždy větší než 0.

${\ displaystyle S = {\ frac {dV_ {w}} {dh}} {\ frac {1} {A}} = S_ {s} b + S_ {y} \,}$

• ${\ displaystyle V_ {w}}$je objem vody uvolněné ze skladování ([L ³ ]);
• ${\ displaystyle h}$je hydraulická hlava ([L])
• ${\ displaystyle S_ {s}}$je konkrétní úložiště
• ${\ displaystyle S_ {y}}$je specifický výnos
• ${\ displaystyle b}$ je tloušťka vodonosné vrstvy
• ${\ displaystyle A}$je oblast ([L ² ])

Stísněný

Pro uzavřenou vodonosnou vrstvu nebo aquitard je skladovatelnost vertikálně integrovaná specifická hodnota skladování. Specifické skladování je objem vody uvolněný z jednoho jednotkového objemu zvodnělé vrstvy pod jedním jednotkovým poklesem v hlavě. To souvisí jak se stlačitelností vodonosné vrstvy, tak se stlačitelností samotné vody. Za předpokladu, že aquifer nebo aquitard je homogenní :

${\ displaystyle S = S_ {s} b \,}$

Neomezený

Pro neomezenou vodonosnou vrstvu je storativita přibližně stejná jako specifický výnos ( ), protože uvolnění ze specifického úložiště ( ) je obvykle o řádově menší ( ). ${\ displaystyle S_ {y}}$${\ displaystyle S_ {s}}$${\ displaystyle S_ {s} b \ ll \! \ S_ {y}}$

${\ displaystyle S = S_ {y} \,}$

Skladování specifická je množství vody, která se na část vodní nádrží, úniků z úložiště, na jednotku hmotnosti nebo objemu podzemní vody, na jednotku změny v tlaku vodního sloupce, zatímco zůstane zcela nasycené.

Mass specific storage is a mass of water that a aquifer relits from storage, per mass of aquifer, per unit pokles v hydraulické hlavě:

${\ displaystyle (S_ {s}) _ {m} = {\ frac {1} {m_ {a}}} {\ frac {dm_ {w}} {dh}}}$

kde

${\ displaystyle (S_ {s}) _ {m}}$je hromadně specifické úložiště ([L ⁻¹ ]);

${\ displaystyle m_ {a}}$ je hmotnost té části zvodnělé vrstvy, ze které se voda uvolňuje ([M]);

${\ displaystyle dm_ {w}}$je množství vody uvolněné ze skladování ([M]); a

${\ displaystyle dh}$je pokles hydraulické hlavy ([L]).

Objemově specifické skladování (nebo objemově specifické skladování ) je objem vody, který vodonosná vrstva uvolní ze skladování, na objem vodonosné vrstvy, na jednotku poklesu hydraulické hlavy (Freeze and Cherry, 1979):

${\ displaystyle S_ {s} = {\ frac {1} {V_ {a}}} {\ frac {dV_ {w}} {dh}} = {\ frac {1} {V_ {a}}} {\ frac {dV_ {w}} {dp}} {\ frac {dp} {dh}} = {\ frac {1} {V_ {a}}} {\ frac {dV_ {w}} {dp}} \ gamma _ {w}}$

kde

${\ displaystyle S_ {s}}$je objemově specifické úložiště ([L ⁻¹ ]);

${\ displaystyle V_ {a}}$je objemový objem té části zvodnělé vrstvy, ze které se voda uvolňuje ([L ³ ]);

${\ displaystyle dV_ {w}}$je objem vody uvolněné ze skladování ([L ³ ]);

${\ displaystyle dp}$je pokles tlaku ( N • m ⁻² nebo [ML ⁻¹ T ⁻² ]);

${\ displaystyle dh}$je pokles hydraulické hlavy ([L]) a

${\ displaystyle \ gamma _ {w}}$je měrná hmotnost vody ( N • m ⁻³ nebo [ML ⁻² T ⁻² ]).

V hydrogeologii se s objemovým specifickým ukládáním setkáváme mnohem častěji než s hromadným specifickým ukládáním . V důsledku toho se termín specifické skladování obecně vztahuje na objemové specifické skladování .

Pokud jde o měřitelné fyzikální vlastnosti, lze specifické úložiště vyjádřit jako

${\ displaystyle S_ {s} = \ gamma _ {w} (\ beta _ {p} + n \ cdot \ beta _ {w})}$

kde

${\ displaystyle \ gamma _ {w}}$je měrná hmotnost vody ( N • m ⁻³ nebo [ML ⁻² T ⁻² ])

${\ displaystyle n}$je pórovitost materiálu (bezrozměrný poměr mezi 0 a 1)

${\ displaystyle \ beta _ {p}}$je stlačitelnost sypkého vodonosného materiálu (m ² N ⁻¹ nebo [LM ⁻¹ T ² ]) a

${\ displaystyle \ beta _ {w}}$je stlačitelnost vody (m ² N ⁻¹ nebo [LM ⁻¹ T ² ])

Termíny stlačitelnosti souvisejí s danou změnou napětí se změnou objemu (přetvoření). Tyto dva pojmy lze definovat jako:

${\ displaystyle \ beta _ {p} = - {\ frac {dV_ {t}} {d \ sigma _ {e}}} {\ frac {1} {V_ {t}}}}$

${\ displaystyle \ beta _ {w} = - {\ frac {dV_ {w}} {dp}} {\ frac {1} {V_ {w}}}}$

kde

${\ displaystyle \ sigma _ {e}}$je efektivní napětí (N / m ² nebo [MLT ⁻² / L ² ])

Tyto rovnice se týkají změny celkového nebo vodního objemu ( nebo ) na změnu aplikovaného napětí (efektivní napětí - nebo tlak pórů - ) na jednotku objemu. Tyto compressibilities (a tedy i S _y ), může být odhadnuta z laboratorních testů konsolidace (v zařízení nazývá consolidometer), použitím teorie konsolidace mechaniky zemin (vyvinutý Karl Terzaghi ). ${\ displaystyle V_ {t}}$${\ displaystyle V_ {w}}$${\ displaystyle \ sigma _ {e}}$${\ displaystyle p}$

Specifický výnos

Hodnoty konkrétního výnosu

Materiál	Specifický výnos (%)
	min	prům	max
Nekonsolidované vklady
Jíl	0	2	5
Písčitá hlína (bahno)	3	7	12
Silt	3	8	19
Jemný písek	10	21	28
Střední písek	15	26	32
Hrubý písek	20	27	35
Štěrkovitý písek	20	25	35
Jemný štěrk	21	25	35
Střední štěrk	13	23	26
Hrubý štěrk	12	22	26
Konsolidované vklady
Jemnozrnný pískovec		21
Středně zrnitý pískovec		27
Vápenec		14
Břidlice		26
Siltstone		12
Tuff		21
Ostatní vklady
Dunový písek		38
Spraše		18
Rašelina		44
Do, převážně bahno		6
Do, převážně písek		16
Do, převážně štěrk		16

Specifický výtěžek , známý také jako odvodnitelná pórovitost, je poměr, který je menší nebo roven efektivní pórovitosti , což naznačuje objemový podíl objemového objemu vodonosné vrstvy, který daná vodonosná vrstva získá, když z ní bude moci odtékat veškerá voda gravitační síly:

${\ displaystyle S_ {y} = {\ frac {V_ {wd}} {V_ {T}}}}$

kde

${\ displaystyle V_ {wd}}$ je objem vypuštěné vody a

${\ displaystyle V_ {T}}$ je celkový objem horniny nebo materiálu

Používá se primárně pro neomezené zvodnělé vrstvy, protože je elastická skladovací složka , je relativně malá a obvykle má zanedbatelný přínos. Specifický výtěžek se může blížit efektivní pórovitosti, ale existuje několik jemných věcí, díky nimž je tato hodnota komplikovanější, než se zdá. Nějaká voda vždy zůstává ve formaci, a to i po odtoku; lpí na zrnkách písku a jílu ve formaci. Také hodnota specifického výtěžku nemusí být plně realizována po velmi dlouhou dobu, kvůli komplikacím způsobeným nenasyceným tokem. Problémy související s nenasyceným tokem jsou simulovány pomocí numerického řešení Richardsovy rovnice , která vyžaduje odhad specifického výtěžku, nebo numerického řešení rovnice rychlosti půdní vlhkosti , která nevyžaduje odhad specifického výtěžku. ${\ displaystyle S_ {s}}$

Viz také

• Aquiferův test
• Mechanika půdy
• Rovnice toku podzemní vody popisuje, jak se tyto termíny používají v kontextu řešení problémů s tokem podzemní vody

Reference

• Freeze, RA a JA Cherry. 1979. Podzemní voda . Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, NJ. 604 s.
• Morris, DA a AI Johnson. 1967. Souhrn hydrologických a fyzikálních vlastností hornin a půdních materiálů analyzovaný Hydrologickou laboratoří US Geological Survey 1948-1960 . US Geological Survey Water Supply Paper 1839-D. 42 s.
• De Wiest, RJ (1966). O koeficientu skladování a rovnicích toku podzemní vody. Journal of Geophysical Research, 71 (4), 1117-1122.

Charakteristický