지하수 에너지 균형

지하수 에너지 균형은 지하수 유입과 관련된 유입 수압 에너지, 유출과 관련된 에너지, 흐름의 마찰에 의한 열로의 에너지 전환, 그에 따른 에너지 상태 및 지하수 수위 변화 측면에서 지하수 본체의 에너지 균형이다.

이론

지하수의 수평 속도(예를 들어, m2 단면적당 m3/day)와 지하수 전위(m3 물당 치수 에너지 또는 E/m3)를 곱하면, m2 단면적당 E/day에 에너지 흐름(플룩스)을 얻는다.^[1]

고정되지 않은 대수층에서 수표까지의 하부 흐름 경계(불투과 층 또는 기초)에서 단위 폭의 수직 단면(예: 1 m)에서 에너지 유량을 합하거나 통합하면 대수층의 m 폭 당 E/일의 단면을 통한 에너지 흐름 Fe를 제공한다.

흐르는 동안 지하수는 흐름의 마찰로 에너지를 잃는다. 즉, 수압 에너지가 열로 변환된다. 동시에, 물 테이블을 통해 대수층으로 들어오는 물의 재충전과 함께 에너지가 추가될 수 있다. 따라서 가까운 두 교차로 사이에 흙덩어리의 유압 에너지 균형을 맞출 수 있다. 에너지 상태의 변화가 없고 토양 본체에 저장된 물이 축적되거나 고갈되지 않는 안정된 상태에서는 첫 번째 섹션의 에너지 흐름과 두 번째 섹션의 에너지 흐름을 뺀 섹션 사이에 지하수 재충전에 의해 추가된 에너지가 흐름의 마찰로 인한 에너지 손실과 같아야 한다.

수학적 측면에서 이 균형은 물 테이블의 수위가 흐름의 방향으로 변할 수 있다는 점을 고려하여 라이프니츠 규칙을 이용하여 Fe의 단면 적분을 흐름 방향으로 구별함으로써 얻을 수 있다. 수학은 듀푸이트-을 사용하여 단순화된다.Forchheimer 가정.

유압 마찰 손실은 전기에서 Joule의 법칙(Joule의 법칙#유압 등가 참조)과 유사하게 설명할 수 있는데, 여기서 마찰 손실은 전류(흐름)의 제곱값과 전류가 발생하는 재료의 전기 저항성에 비례한다. 지하수 유압학(유체 역학, 유체 역학)에서는 유압 전도성(즉, 물을 위한 토양의 투과성)으로 작용하는 경우가 많은데, 이는 유압 저항성에 반비례한다.

예를 들어, 지하수 흐름의 에너지 균형에 대한 결과 방정식을 사용하여 특정 대수층 조건에서 배수구 사이의 물 테이블의 형상을 계산할 수 있다. 이를 위해 불침투성 베이스를 따라 작은 걸음을 내딛는 숫자 솔루션을 사용할 수 있다. 배수방정식은 시행착오(반복)에 의해 해결되는데, 이는 배수구 사이의 중간에서 수위 테이블의 수위가 분할됨에 따라 취해진 기준 수위에 대해 유압전위를 취하기 때문이다. 물 테이블의 모양을 계산할 때, 물 분할에서의 그것의 수준은 처음에는 알려져 있지 않다. 따라서 이 수준은 물 테이블의 형상에 대한 계산을 시작하기 전에 가정해야 한다. 계산 절차의 결과에 따르면, 초기 가정을 조정하고 분할 시 물 테이블의 수준이 가정된 수준과 유의하게 다르지 않을 때까지 계산을 다시 시작한다.

시행착오 절차는 번거롭고 따라서 컴퓨터 프로그램을 개발하여 계산을 도울 수 있다.

적용

지하수 흐름의 에너지 균형은 지하수가 지표면 아래 배수구로 흘러가는 데 적용할 수 있다.^[2] 컴퓨터 프로그램 EnDrain은 다아시의 법칙에 근거한 전통적인 배수 간격 방정식의 결과를 연속성 방정식(즉 질량 보존)과 에너지 균형에 의해 얻어진 해법과 비교하며, 후자의 경우 배수 스페이싱이 더 넓다는 것을 알 수 있다. 이는 들어오는 재충전에 의해 공급되는 에너지의 도입 때문이다.

참고 항목

• DPHM-RS
• 배수 방정식
• 지하수 방류
• 지하수 흐름 방정식
• 수력 지질학

참조

외부 링크

• 지하수 흐름의 에너지 균형에 관한 기사는 다음 [5]에서 다운로드 할 수 있다.