Specifické skladování - Specific storage

V oblasti hydrogeologie, vlastnosti úložiště jsou fyzikální vlastnosti, které charakterizují kapacitu vodonosná vrstva uvolnit podzemní voda. Tyto vlastnosti jsou skladnost (S), konkrétní úložiště (S._s) a specifický výtěžek (S._y).

Často se určují pomocí nějaké kombinace testů v terénu (např. zvodněné testy ) a laboratorní zkoušky vzorků materiálu zvodnělé vrstvy. V poslední době byly tyto vlastnosti také určovány pomocí dat dálkového průzkumu Země odvozených z Interferometrický radar se syntetickou aperturou^[1][2].

Storativita

Storativita nebo koeficient skladování je hlasitost % vody uvolněné ze skladu na jednotku pokles v hydraulická hlava ve vodonosné vrstvě na jednotku plocha 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 ([L³]);
• ${ displaystyle h}$ 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 ([L²])

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 hlavy. To souvisí jak se stlačitelností zvodnělé vrstvy, tak se stlačitelností samotné vody. Za předpokladu, že aquifer nebo aquitard je homogenní:

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

Neomezený

Pro neomezenou vodonosnou vrstvu se skladovatelnost přibližně rovná specifickému výnosu (${ displaystyle S_ {y}}$) od vydání z konkrétního úložiště (${ displaystyle S_ {s}}$) je obvykle o řádově menší (${ displaystyle S_ {s} b ll ! S_ {y}}$).

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

The konkrétní úložiště je množství vody, které část z vodonosná vrstva úniky ze skladování, na jednotku hmotnosti nebo objemu zvodnělé vrstvy, na jednotku změny v hydraulické hlavě, přičemž zůstávají plně nasycené.

Mass specific storage je množství vody, které vodonosná vrstva úniky ze skladování, na hmotnost vodonosné vrstvy, na jednotku poklesu hydraulické hlavy:

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

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 v hydraulická hlava ([L]).

Objemově specifické skladování (nebo objemově specifické úložiště) je objem vody, který vodonosná vrstva úniky 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 ([L³]);

${ displaystyle dV_ {w}}$ je objem vody uvolněné ze skladování ([L³]);

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

${ displaystyle dh}$ je pokles v hydraulická hlava ([L]) a

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

v hydrogeologie, objemově specifické skladování se vyskytuje mnohem častěji než hromadné skladování. V důsledku toho je termín konkrétní úložiště obecně se odkazuje na objemově specifické skladování.

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

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

kde

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

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

${ displaystyle beta _ {p}}$ je stlačitelnost sypkého zvodněného materiálu (m²N⁻¹ nebo [LM⁻¹T²]), a

${ displaystyle beta _ {w}}$ je stlačitelnost vody (m²N⁻¹ nebo [LM⁻¹T²])

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 stres (N / m² nebo [MLT⁻²/ L.²])

Tyto rovnice souvisejí se změnou celkového nebo vodního objemu (${ displaystyle V_ {t}}$ nebo ${ displaystyle V_ {w}}$) za změnu aplikovaného napětí (efektivní napětí - ${ displaystyle sigma _ {e}}$ nebo tlak pórů - ${ displaystyle p}$) na jednotku objemu. Stlačitelnost (a tedy také S_s) lze odhadnout z laboratorních konsolidačních testů (v zařízení zvaném konsolidometr) pomocí teorie konsolidace z mechanika půdy (vyvinutý společností Karl Terzaghi ).

Specifický výnos

Specifický výnos, také známý jako odvodnitelná pórovitost, je poměr, menší nebo rovný efektivní pórovitost, označující objemový zlomek objemu vodonosná vrstva objem, který daná vodonosná vrstva získá, když z ní bude moci odtékat veškerá voda působením gravitačních sil:

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

kde

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

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

Používá se především pro neomezené vodonosné vrstvy, protože elastická skladovací složka, ${ displaystyle S_ {s}}$, je relativně malý a obvykle má zanedbatelný příspěvek. 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 spojené s nenasyceným tokem jsou simulovány pomocí numerického řešení Richardsova rovnice, což vyžaduje odhad konkrétního výnosu nebo numerické řešení Rovnice rychlosti půdy, což nevyžaduje odhad konkrétního výnosu.

Viz také

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

Reference

• Freeze, R.A. a J.A. Třešeň. 1979. Podzemní voda. Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, NJ. 604 s.
• Johnson, A.I. 1967. Specifický výtěžek - kompilace specifických výtěžků pro různé materiály. Papír pro zásobování vodou pro geologický průzkum USA 1662-D. 74 s.
• Morris, D.A. a A.I. Johnson. 1967. Souhrn hydrologických a fyzikálních vlastností hornin a půdních materiálů analyzovaný Hydrologickou laboratoří amerického geologického průzkumu v letech 1948-1960. Papír pro zásobování vodou geologického průzkumu USA 1839-D. 42 s.
• De Wiest, R. J. (1966). O koeficientu skladování a rovnicích toku podzemní vody. Journal of Geophysical Research, 71 (4), 1117-1122.

Charakteristický