Hidrogeologie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Hidrogeologia (din grecescul hidro „apă” și geo-logo-ul „studiul Pământului”) este o parte a hidrologiei care se ocupă cu distribuția și mișcarea apelor subterane, direct legate de apele meteorice din soluri și roci ale pământului . scoarță (în general în pânza freatică subterană, denumită în mod obișnuit acvifer ). Termenul geohidrologie este adesea folosit ca sinonim. Hidrogeologul este însărcinat cu studierea, analiza, evaluarea și monitorizarea solului și subsolului într-un mediu apei și hidrogeologice.

Descriere

Hidrogeologia (la fel ca majoritatea științelor pământului ) este un subiect interdisciplinar; poate fi dificil să se ia în considerare pe deplin interacțiunile chimice , fizice , biologice și chiar legale care au loc între pământ , apă , natură și om . Deși conceptele de bază ale hidrogeologiei sunt foarte intuitive (de exemplu, „apa curge în jos”), studiul interacțiunilor poate fi destul de complex. Luarea în considerare a acțiunilor și reacțiilor reciproce între diferitele aspecte ale unui sistem multi-component necesită adesea cunoștințe în diferite domenii de studiu, atât teoretic , cât și experimental . Acestea sunt spuse, ceea ce urmează este o introducere în metodele și nomenclatura hidrologiei sub suprafețe saturate sau mai simplu hidrogeologie.

Relația cu alte domenii

Hidrogeologia, așa cum am scris mai sus, este o ramură a științei pământului care se ocupă cu studiul fluxului de apă prin acvifere și prin roci permeabile (de obicei până la 450 m sau 1.500 de picioare sub suprafață).

Debitul de apă în solurile puțin adânci (până la 3 m sau 10 picioare) este relevant pentru domeniile pedologiei , agriculturii și hidrologiei, precum și hidrogeologiei în sens strict. Fluxul de fluide în general (apă, hidrocarburi , fluide geotermale etc.) în formațiunile mai profunde este, de asemenea, studiat de geologi , geofizicieni , geologi ai petrolului și [inginerie de mediu | ingineri de mediu]. Apa subterană este un fluid real, prin urmare, cu vâscozitate și densitate variabilă în funcție de temperatură și conținutul de substanțe în soluție și suspensie, iar multe dintre legile empirice pentru apele subterane sunt derivate din mecanica fluidelor .

Relațiile matematice utilizate pentru a descrie mișcarea apei prin medii poroase sunt difuzia și ecuația Laplace , care au aplicații în diferite domenii. Debitele constante de apă subterană (ecuația Laplace) au fost simulate folosind analogii electrice , elastice și de conducere a căldurii . Fluxurile tranzitorii de apă subterană sunt similare cu propagarea căldurii într-un solid, astfel încât unele soluții la problemele de hidrogeologie au fost adaptate din teoria termodinamicii .

În mod tradițional, studiul apelor subterane a fost efectuat separat de apele de suprafață , climatologie și chiar de aspectele chimice și microbiologice ale hidrogeologiei (procesele erau separate). Pe măsură ce domeniul hidrogeologiei se dezvoltă, interacțiunile puternice dintre apa subterană , apa de suprafață , chimia apei , gradele de saturație a solului și, bineînțeles, cu clima devin mai clare.

Definiții și proprietăți ale materialelor

Element principal: Acvifer

Acvifer

Pentru a explica termenii acviferelor și acquitardi și acquicludi , mai jos introduce câteva concepte de bază. Acviferele sunt corpuri geologice (formate din soluri cu permeabilitate intergranulară, cum ar fi pietrișuri și nisipuri, sau roci străbătute de sisteme de goluri intercomunicante) care conțin apă liberă de mișcare gravitațională și sunt în general clasificate ca fiind limitate sau libere și ca fiind saturate sau nesaturate. Tipul acviferului influențează proprietățile și modalitățile fluxului de apă în mediu (de exemplu, eliberarea apei dintr-un acvifer limitat depinde de coeficientul de stocare , care la rândul său este legat de porozitatea efectivă (sau randamentul specific ) în acvifere). Determinarea caracteristicilor hidrogeologice ale acviferelor are loc prin executarea testelor hidrogeologice, cum ar fi testele de curgere sau trasarea. Aquitards sunt corpuri geologice cu permeabilitate redusă (aproximativ între o sută și o zecime de miimi de mm / s. Prin urmare, acestea sunt numite semipermeabile, în timp ce aquicludi, care au o permeabilitate mai mică, sunt considerate impermeabile.

Sarcină hidraulică

Element principal: Sarcină hidraulică

Gradientul de sarcină hidraulică ( h ) este forța motrice care împinge apa să se deplaseze dintr-un punct în altul din spațiu. Ecuația Bernoulli arată că, în anumite ipoteze (debit incompresibil, nevâscos în stare de echilibru), suma termenilor de presiune, viteză și înălțime geodezică rămâne constantă de-a lungul unei linii de curgere. Această sumă este identificabilă cu sarcina hidraulică. În mod normal, în mișcarea de filtrare, energia cinetică a fluidului este cu un ordin de mărime mai mică decât termenii de presiune și înălțime geodezică și, prin urmare, poate fi neglijată. Sarcina hidraulică este astfel compusă în mod normal din termeni de presiune ( psi ) și înălțime geodezică ( z ). Gradientul hidraulic al capului este definit ca variația capului hidraulic pe unitate de lungime și, în conformitate cu legea lui Darcy , și este proporțional cu debitul printr-o secțiune unitară a acviferului normal cu gradientul.

Sarcina hidraulică este o proprietate direct măsurabilă a fluidului care poate asuma orice valoare (datorită valorii arbitrare a termenului geodezic z ); psi poate fi măsurat printr-un traductor de presiune; această valoare poate fi negativă, ca în cazul solurilor nesaturate (potențial de aspirație), dar este de obicei pozitivă pentru mediile poroase saturate, în timp ce z poate fi măsurat în raport cu o origine cunoscută (de obicei gura puțului ). De obicei, în puțurile care captează acvifere libere, nivelul apei din puț este utilizat ca măsură a sarcinii hidraulice, presupunând presiunea egală cu presiunea atmosferică. Măsurătorile variației sarcinii hidraulice în timp într-o sondă pot fi efectuate printr-un hidrograf , de exemplu în cazul unui test de pompare în care metodele de coborâre a suprafeței piezometrice sunt de interes.

Porozitate

Porozitate

Element principal: Porozitate .

Porozitatea ( n ) a acviferului poate fi evaluată în timpul testelor pe teren sau pe probe de laborator, după cum este necesar. Evident, în primul caz, valoarea obținută reprezintă cea care trebuie utilizată în calcule care implică suprafețe mari (de exemplu, bilanțurile de apă), în al doilea pentru teste de laborator. Este o fracție între 0 și 1 care indică procentul din volumul solului considerat care este ocupat de goluri, de exemplu, o porozitate de 20% corespunde, dacă solul are un volum de un metru cub, la 200 de litri. La acvifere o parte a apei este liberă să se deplaseze prin gravitație, curgând în funcție de gradient, de exemplu spre bazinele hidrografice, și este definită ca porozitate eficientă. Procentul care este în schimb reținut de sol indică capacitatea de reținere a acestuia.

Porozitatea nu influențează direct distribuția sarcinii hidraulice într-un acvifer, ci acționează asupra vitezei fluidelor din subsol cu ​​o relație de proporționalitate inversă; prin urmare, își asumă o semnificație foarte importantă în studiul migrației poluanților în acvifer.

Continut de apa

Element principal: conținutul de apă

Conținutul de apă ( θ ) este o altă proprietate direct măsurabilă; este procentul din volumul de sol din totalul care este umplut cu apă lichidă. Aceasta este, de asemenea, o fracțiune între 0 și 1 și este în mod natural mai mică sau egală cu porozitatea totală.

Conținutul de apă este deosebit de important în zona nesaturată , unde conductivitatea hidraulică este o funcție neliniară a conținutului de apă; acest lucru face căutarea soluțiilor analitice la ecuația fluxului considerabil mai complicată.

Conductivitatea hidraulică

Element principal: Conductivitate hidraulică .

Conductivitatea hidraulică ( K ) și transmisivitatea ( T ) sunt caracteristici specifice sistemelor acvifere care nu pot fi măsurate direct. T reprezintă integralul lui K pe grosimea saturată ( b ) a acviferului ( T = Kb unde K este constant pe grosime). Acești parametri sunt fundamentali pentru analiza capacității acviferului de a se permite să fie traversată de apă . Conductivitatea hidraulică K are dimensiunile unei viteze (m / s) și este adesea denumită permeabilitate , deși nu trebuie confundată cu permeabilitatea intrinsecă , care depinde numai de mărimea și dispunerea porilor solului. De fapt, conductivitatea hidraulică depinde și de vâscozitatea și densitatea fluidului din subsol; în majoritatea cazurilor de hidrogeologie clasică, valorile K raportate se referă la apa la temperatura camerei. Pe de altă parte, permeabilitatea intrinsecă își asumă importanța în studiul fluidelor deosebit de dense și, prin urmare, este utilizată pe scară largă în sectorul petrolier.

Bibliografie

Hidrogeologie generală

  • Castany, G., 1982. Hidrogeologie. Principii și metode Ed. 2003 Dario Flaccovio Editore.
  • Domenico, PA & Schwartz, W., 1998. Hidrogeologie fizică și chimică Ediția a doua, Wiley. - Carte bună pentru consultanți, are multe exemple din lumea reală și acoperă subiecte suplimentare (de exemplu, fluxul de căldură, fluxul multifazic și nesaturat). ISBN 0-471-59762-7
  • Driscoll, Fletcher, 1986. Apă subterană și puțuri , Filtre americane / Ecrane Johnson. - Carte practică care ilustrează procesul real de forare, dezvoltare și utilizare a puțurilor de apă, dar este o carte comercială, astfel încât o parte din material este orientată spre produsele fabricate de Johnson Well Screen. ISBN 0-9616456-0-1
  • Freeze, RA & Cherry, JA, 1979. Apele subterane , Prentice-Hall. - Un text clasic; ca o versiune mai veche a lui Domenico și Schwartz. ISBN 0-13-365312-9
  • Porges, Robert E. & Hammer, Matthew J., 2001. Compendium of Hydrogeology , National Ground Water Association, ISBN 1-56034-100-9 . Scris de hidrogeologi practicanți, acest manual inclusiv oferă o referință concisă, ușor de utilizat, pentru termeni hidrologici, ecuații, parametri fizici pertinenți și acronime.
  • Todd, David Kieth, 1980. Hidrologia apelor subterane Ediția a doua, John Wiley & Sons. - Studii de caz și probleme din lumea reală cu exemple. ISBN 0-471-87616-X

Modelarea numerică a apelor subterane

  • Anderson, Mary P. și Woessner, William W., 1992 Modelarea aplicată a apelor subterane , Academic Press. - O introducere în modelarea apelor subterane, puțin cam veche, dar metodele sunt încă foarte aplicabile. ISBN 0-12-059485-4
  • Zheng, C. și Bennett, GD, 2002, Applied Contaminant Transport Modeling Ediția a doua, John Wiley & Sons - Un tratament foarte bun și modern al fluxului apei subterane și al modelării transportului, de către autorul MT3D. ISBN 0-471-38477-1
  • Anderson, Woessner, 2002. Modelarea aplicată a apelor subterane, Academic Press Inc.
  • Bear J., 1979. Hidraulica apelor subterane Seria McGraw-Hill în resursele de apă și ingineria mediului, McGraw Hill, 569 pp
  • Bear J., Verruijt A., 1987. Modelarea debitului și poluării apelor subterane, Editura D. Reidel, 414 pp.
  • Pinder G., 2002, Modelarea apelor subterane folosind GIS, John Wiley & Sons Inc
  • Wang H., Anderson M., 1982. Introducere în modelarea apelor subterane: metodele diferențelor finite și elementelor finite, Academic Press Inc.

Modelarea analitică a apelor subterane

  • Haitjema, Henk M., 1995. Modelarea elementelor analitice ale fluxului apei subterane , Academic Press. - O introducere în metodele de soluție analitică, în special metoda Elementelor analitice (AEM). ISBN 0-12-316550-4
  • Harr, Milton E., 1962. Apele subterane și scurgerile , Dover. - o viziune mai inginerească civilă asupra apelor subterane; include multe despre flowets . ISBN 0-486-66881-9
  • Lee, Tien-Chang, 1999. Matematica aplicată în hidrogeologie , CRC Press. - Explicație excelentă a metodelor matematice utilizate în derivarea soluțiilor la problemele de hidrogeologie (transportul solutului, elementul finit și problemele inverse). ISBN 1-56670-375-1
  • Liggett, James A. și Liu, Phillip.LF., 1983. Metoda de ecuație integrală a limitelor pentru fluxul media poros , George Allen și Unwin, Londra. - Carte pe BIEM (uneori numită BEM) cu exemple, face o bună introducere a metodei. ISBN 0-04-620011-8

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 12254 · LCCN (EN) sh85063439 · GND (DE) 4026307-1 · BNF (FR) cb11932063v (dată) · NDL (EN, JA) 00.57157 milioane
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Idrogeologia&oldid=120894092 ”