Infiltracija: infiltracijos rodikliai ir matavimas (su diagrama)
Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie infiltracijos rodiklius ir matavimus.
Infiltracijos indeksai:
Įvairūs infiltracijos rodikliai suteikia infiltracijos normos skirtingais būdais, kad padėtų įvertinti prarastą vandenį.
Tarp jų yra svarbūs:
(i) Infiltracijos pajėgumai:
Tai maksimalus greitis, kuriuo vanduo gali patekti į dirvožemio paviršių tam tikru laiko momentu pagal tam tikrą sąlygų rinkinį. Iki šiol aišku, kad tikrasis infiltracijos greitis bus mažesnis už infiltracijos pajėgumą, nebent grynasis kritulių kiekis, pasiekęs žemę po to, kai bus išlaikytas sulaikymas (ty perėmimas + depresija), yra lygus arba didesnis už infiltracijos pajėgumą. Įsiurbimo pajėgumas mažėja, nes dirvožemio profilis tampa prisotintas. Kaip infiltracija, infiltracija taip pat priklauso nuo dirvožemio tipo, drėgmės, dirvožemyje esančių organinių medžiagų, augalinės dangos ir sezono.
„Horton“ suteikė tokią matematinę išraišką, kad sužinotų įsiskverbimo pajėgumo vertę bet kuriuo metu:
f p = f c + (f o - f c ) e- Kt
Kur f p yra infiltracijos pajėgumas.
f o yra infiltracijos greitis audros pradžioje.
f c yra pastovus infiltracijos greitis, kuris pasiekiamas po dirvožemio profilio prisotinimo.
e yra natūralių logaritmų bazė (Napierio bazė).
t yra laikas nuo lietaus pradžios ir K yra pastovus. Galima prisiminti, kad šią lygtį galima taikyti tik tada, kai grynasis kritulių kiekis, pasiekiantis paviršių, yra didesnis nei įsiskverbimo pajėgumas per visą audros kritulių kiekį.
(ii) ф Indeksas:
Ф indeksas - tai dalis vidutinio kritulių kiekio per bet kokią audrą, kuri prarandama perėmimo, depresijos ir infiltracijos procesų metu. Todėl jis gali būti apibrėžiamas kaip vidutinis kritulių kiekis bet kurio audros metu, po kurio likęs kritulių kiekis atitinka tiesioginio paviršiaus nuotėkio tūrį. Indeksą galima apskaičiuoti nuo audros hetografo (lietaus grafiko intensyvumo ir laiko intensyvumo) taip, kad kritulių kiekis, viršijantis šį greitį, būtų lygus audros nuotėkio kiekiui. 3.2 pav.
Jei lietaus intensyvumas per visą audrą išlieka lygus arba didesnis už ф indeksą, ф indeksas reiškia baseino įkrovimą, nes ф indeksas reiškia infiltracijos, perėmimo ir depresijos saugojimo sumą.
(iii) W indeksas:
Šis indeksas suteikia vidutinį infiltracijos greitį tiems audros kritulių laikotarpiams, per kuriuos kritulių intensyvumas yra didesnis nei W. Taigi galima teigti, kad jis yra patobulinimas per ф indeksą, kuris, be infiltracijos, apima ir perėmimą ir depresiją.
W indeksą galima gauti iš šios lygties:
W = PQS / t
Kur
W yra vidutinis infiltracijos greitis
P yra bendras lietaus kritulių kiekis, atitinkantis t
Q yra bendras audros nuotėkis.
t yra laikas, per kurį kritulių intensyvumas yra didesnis nei W ir
S yra efektyvus paviršiaus sulaikymas.
W = vidutinis išlaikymo greitis
Kai saugojimas apima laikymo ir depresijos saugojimą.
Visais praktiniais tikslais ф indeksas gali būti laikomas vidutiniu infiltracijos greičiu. Kadangi ф ir indeksai numato vidutinį infiltracijos greitį, kuris iš tikrųjų yra mažesnis už pradinį infiltracijos greitį ir daugiau nei galutinis infiltracijos greitis, jų naudingumas apsiriboja dideliais potvyniais.
Tokios audros dažniausiai būna drėgnoje dirvoje, o audros yra tokio intensyvumo ir trukmės, kad infiltracijos greitis gali būti beveik pastovus visai audrui ar daugumai audros. Akivaizdu, kad trumpų izoliuotų audrų metu ф ir W rodikliai nėra naudingi.
Problema:
Kanalizacijos baseino baseinas yra 0, 5 km 2 .
Vandens baseine įvyko penkių valandų audra, kurios intensyvumas yra toks:
Tiesioginio paviršiaus nuotėkio tūris, pastebėtas dėl šios audros baseino išleidimo angos, buvo 0, 232 kubinių dienų.
Apskaičiuokite baseino indeksą.
Sprendimas:
1 žingsnis:
Duomenų, gautų dėl kritulių, naudojimą galima piešti, kaip parodyta 3.3 pav.
XX eilutėje rodomas vidutinis infiltracijos ir paviršiaus sulaikymo greitis, ty ф indeksas.
Turime išsiaiškinti ф vertę.
2 žingsnis:
Iš nurodyto hipotografo bendras kritulių kiekis per 5 val. Yra 60 mm.
3.3 pav
3 žingsnis:
Bendras tiesioginio paviršiaus nuotėkio tūris = 0, 232 x 60 x 60 x 24 = 20, 045 m 3 .
4 veiksmas:
Apibrėžiant ф indeksą, tai yra vidutinė kritulių norma, kurią viršijus likęs kritulių kiekis atitinka nuotėkio tūrį.
Prarastų vandens tūris = (bendras kritulių kiekis) - (bendras nuotėkio tūris), ty (infiltracija + sulaikymas)
= 30 000 - 20 045 = 9955 m 3
Kaip vandens gylis virš baseino = 9955 / (0, 5 × 106) = 0, 00398 m = 3, 98 mm.
ф indeksas = 3, 98 mm.
Infiltracijos matavimas:
Infiltracija gali būti matuojama dviem būdais:
1. Netiesioginiai metodai:
Jie apima dirbtinį vandens naudojimą mėginio zonoje. Šiam tikslui naudojamas mechanizmas vadinamas infiltrometru. Yra dviejų tipų infiltrometras: potvynių tipas ir lietaus imitatoriai.
a) Potvynių tipo infiltrometras:
Jį sudaro apie 25 cm skersmens 50–65 cm ilgio cilindras. Cilindras yra nuleistas į žemę iki 40–50 cm gylio. Tada vanduo paduodamas per graduotas buretes, kad būtų išlaikytas pastovus vandens galva. Biuretės rodmenys fiksuotu intervalu nurodo į dirvožemį įsiskverbto vandens greitį ir kiekį. Kad būtų išvengta aplinkinių sausų dirvožemių poveikio infiltrometrui, kartais du žiedai, vienodo dydžio ir dar didesnio skersmens, yra 35 cm.
Tačiau šie žiedai nuskendo iki minimalaus gylio, būtino, kad būtų išvengta nuotėkio iš žiedų. Tarpas tarp abiejų žiedų yra užpildytas iki to paties lygio ir išlaikomas pastoviu lygiu dviem skirtingais buretais. Buretės skaitymas, maitinantis vidinį žiedą, suteikia infiltracijos greitį ir kiekį. Dabar šį metodą pakeičia lietaus simuliatorius.
b) lietaus simuliatorius:
Šiuo metodu specialūs purkštuvai sumontuoti abiejose 2 m x 4 m eksperimentinio sklypo pusėse. Šių purkštuvų antgalis nukreipia vandens purškimą įstrižai, kad padengtų sklypą visiškai ir pasiektų apie 2 m aukštį virš žemės. Šis susitarimas užtikrina, kad vanduo patektų į galimą kritulių kiekį.
Modeliuojamų kritulių intensyvumą galima pakeisti uždarant ir atidarant purkštukus. Infiltrometras pradeda dirbti su vadinamuoju kritulių kalibravimu. Šiuo atveju ant sklypo dedamas plastikas arba metalo lakštas, kad visas vanduo, pasiekiantis žemę, būtų matuojamas be vandens praradimo. Tai duoda vidutinį kritulių kiekį.
Po to prasideda bandymas. Šis važiavimas leidžiamas tol, kol nuotėkis tampa pastovus. Skirtumas tarp modeliuojamo kritulių kiekio ir išmatuoto nuotėkio greičio suteikia fc reikšmę (fc yra pastovus infiltracijos greitis, kuris išsiskyrė po dirvožemio prisotinimo). Siekiant panaikinti sienos poveikį, apie 0, 5 m pločio juostos visame plote taip pat purškiamas vanduo atskirai.
Šis metodas kenčia nuo šių trūkumų:
i) Sunku imituoti lietaus lašų dydį.
ii) Vandens lašų pasiektas kritimo greitis nėra tinkamas kritulių kiekis.
(iii) Infiltracijos greičio eksperimento reikšmė yra didesnė nei pasiekiama gamtinėmis sąlygomis.
(iv) Infiltrometro reikšmes galima naudoti nuotėkiui iš mažo baseino apskaičiuoti tik dėl riboto ploto, kuriame buvo apskaičiuotas infiltracijos greitis.
2. Tiesioginis metodas:
Jį sudaro nuotėkio hidrografų, susidariusių dėl natūralaus kritulių per nagrinėjamą baseiną, analizė.
Infiltracijos matavimas hidrografine analize:
Teorinė nuotėkio hidrografo analizė turi pranašumą, nes jame atsižvelgiama į kritulių kiekį, sausumos srauto ilgį, baseino nuolydį, dirvožemio tipą, vegetatyvinį dangą, depresijos saugojimą, paviršiaus sulaikymą, nes jie dažniausiai būna.
Tačiau, esant dideliam vandentakio pasiskirstymui, paprastai nėra išsamiai žinomas kritulių kiekis, kad būtų pateisinami sunkūs teoriniai hidrografo analizės metodai. Praktiniam naudojimui patogu atskirti kiekvieno lietaus lietaus dušą į blokų seriją ir apsvarstyti, ar nulemtas hidrografas yra nepriklausomas, perkeliant nuosmukio kreives arba apskaičiuojant vidutinį infiltracijos greitį.
Galima atlikti šiuos tyrimus (žr. 3.4 pav.):
i. Nupieškite lietaus hyetografą ir nuotėkio hidrografą tame pačiame sklype už audros baseine.
ii. Atskirkite kiekvieną audros dušą.
iii. Kiekvieną nuotėkio hidrografą atskirti nuo sekančiojo, perkeliant nuosmukio kreives.
iv. Sumažinti bazės srautą iš viso srauto.
v. Gauti lietaus nuotėkį kiekvienam kilimui.
vi. Pasirenkant kritulių perteklių (T e ), patikrinkite hipotografą ir hidrografą.
vii. Skaičiuokite kritulių masės kreives ir gaukite kaupiamuosius kritulių kiekius (Pw 1, Pw 2, Pw 3 ir tt).
viii. Skaičiuokite tiesioginės audros nuotėkio masės kreives ir gaukite kumuliacines nuotėkio vertes (Qs 1, Qs 2, Qs 3 ir tt).
ix. Apskaičiuokite kumuliacinio kritulių ir kaupiamojo nuotėkio skirtumą (P w - Q s ), kuris suteikia bendrą infiltraciją F.
x. Paskirstykite visą infiltraciją pagal kritulių perteklio trukmę (Te), kad gautumėte vidutinį šio dušo ar audros bloko infiltracijos greitį.
Infiltracijos matavimo metodo tinkamumas:
Įvairūs tiesioginio ir netiesioginio infiltracijos matavimo metodai negali būti naudojami visuose vandens telkinių dydžiuose pakankamai tiksliai, kad būtų galima įvertinti susidariusį nuotėkį.
Dažniausiai taikomi įvairaus dydžio vandens telkinių metodai yra šie:
i) Smulkūs vandenys:
Dėl nedidelių vandens telkinių infiltrometro vertės ir audros hidrografo analizės metodo gaunami patenkinami rezultatai.
ii) dideli vandens telkiniai:
Didelių vandens telkinių atveju manoma, kad patogu sukurti standartines infiltracijos spartos kreives, tiriant audrų skaičių tipiškame reprezentatyviame vandenyne, atsižvelgiant į skirtingus žemės naudojimo būdus. Kitas praktinės svarbos metodas abiem atvejais yra ф indekso priėmimas, kuris suteikia vidutinę normą per visą audrą. Jis puikiai tinka įvertinti didžiausią audros nuotėkį drėgnose dirvose.
