Infiltrering: Indikatorer og måling av infiltrasjon (med diagram)
Les denne artikkelen for å lære om indeksene og måling av infiltrasjon.
Infiltreringsindekser:
Ulike infiltrasjonsindekser gir infiltreringshastigheter på forskjellige måter for å hjelpe vurderingen av vannet tapt ved infiltrering.
De viktigste blant dem er følgende:
(i) Infiltreringskapasitet:
Det er den maksimale hastigheten der vann kan komme inn gjennom jordoverflaten på et bestemt tidspunkt under det givne settet av forhold. Det er nå klart at den faktiske infiltreringshastigheten vil være mindre enn infiltrasjonskapasiteten, med mindre nettofrekvensen som når bakken etter å ha fullført oppbevaring (dvs. avskjerming + depresjonslagring), er lik eller mer enn infiltrasjonskapasiteten. Infiltrasjonskapasiteten fortsetter å redusere ettersom jordprofilen blir mettet. På samme måte som infiltrasjonen, er infiltrasjonskapasiteten også avhengig av jordtype, fuktighetsinnhold, organisk materiale som er tilstede i jorda, plantedeksel og sesong.
Horton ga følgende matematiske uttrykk for å finne ut verdien av infiltrasjonskapasiteten når som helst:
f p = f c + (f o - f c ) e- kt
Hvor f p er infiltrasjonskapasitet.
F o er infiltrasjonshastighet i begynnelsen av stormen.
fc er konstant infiltrasjonshastighet som oppnås etter at jordprofilen blir mettet.
e er basis for naturlige logaritmer (Napierian base).
t er tid fra begynnelsen av nedbør og K er en konstant. Det kan bli husket at denne ligningen kun kan brukes når nettofrekvensen når overflaten, er mer enn infiltrasjonskapasiteten i hele regnværet.
(ii) ф Indeks:
Ф-indeksen er den delen av gjennomsnittlig nedbør i en storm som går tapt av prosessene for avskjæring, depresjon og infiltrering sammen. Det kan derfor defineres som den hastigheten på gjennomsnittlig nedbør i en hvilken som helst storm utover hvilken volumet av gjenværende nedbør er lik volumet av direkte overflate avstrømning. Indeksen kan beregnes ut fra en hyttograf (tid mot intensitet av nedbørskurven) på stormen slik at nedbørsmengden som overstiger denne hastigheten vil svare til volumet av stormafstrømningen Fig. 3.2.
Hvis nedbørsintensiteten i stormen forblir lik eller mer enn ф-indeks, representerer ф-indeksen oppladning av bassenget fordi ф-indeks representerer summen av infiltrasjon, avskjæring og depresjon.
(iii) W Indeks:
Denne indeksen gir den gjennomsnittlige infiltrasjonen for den perioden av stormenes nedbør under hvilken nedbørintensiteten er større enn W. Således kan det sies å være raffinement over ф-indeksen, som bortsett fra infiltrering også inkluderer avdekning og depresjon.
W-indeksen kan fås fra følgende ligning:
W = PQS / t
Hvor
W er gjennomsnittsfrekvensen for infiltrasjon
P er total storm nedbør tilsvarende t
Q er total storm-avgang.
t er tiden i hvilken nedbør intensiteten er mer enn W og
S er effektiv overflateoppbevaring.
W = ф gjennomsnittlig retensjon
Hvor oppbevaring inkluderer avskjerming og depresjon lagring.
For alle praktiske formål kan ф-indeksen tas for å representere gjennomsnittsfrekvensen for infiltrasjon. Siden ф og indekser antar gjennomsnittlig infiltrasjon, som faktisk er mindre enn den første infiltrasjonshastigheten og mer enn den ultimate infiltreringshastigheten, er deres bruk begrenset til store flomproducerende stormer.
Slike stormer opptrer vanligvis på våt jord, og stormer er av så intensitet og varighet at infiltrasjonsgraden kunne bli nesten tatt for å være konstant for hel storm eller majoritetsperiode. Åpenbart for korte isolerte stormer er ф og W-indekser ikke nyttige.
Problem:
Et dreneringsbasseng har en avstand på 0, 5 km 2 .
Det har oppstått en fem timers storm på bassenget med følgende nedbørsintensiteter:
Volumet av direkte overflateavledning observert som følge av denne storm ved utløpet av bassenget var 0, 232 cumec-dag.
Beregn ф-indeksen for bassenget.
Løsning:
Trinn 1:
Ved bruk av data gitt nedbør kan hyetografen tegnes som vist på figur 3.3.
Linjen XX viser gjennomsnittsfrekvensen for infiltrasjon og overflateoppbevaring sammen, dvs. ф-indeksen.
Vi må finne ut av verdien av ф.
Steg 2:
Fra den gitte hyetografen er totalt nedbør i 5 timers storm 60 mm.
Fig. 3.3
Trinn 3:
Totalt volum direkte overflate avløp = 0, 232 x 60 x 60 x 24 = 20, 045 m 3 .
Trinn 4:
Fra definisjon av ф indeks er det den delen av gjennomsnittet av nedbør over hvilket volum av gjenværende nedbør som tilsvarer volumet av avrenning.
Vannvolum tapt = (Total nedbørsmengde) - (Total avgangsvolum) dvs. (infiltrasjon + oppbevaring)
= 30.000 - 20.045 = 9955 m 3
Som vanndybde over bassenget = 9955 / (0, 5 × 10 6 ) = 0, 00398 m = 3, 98 mm.
ф indeks = 3, 98 mm.
Måling av infiltrasjon:
Infiltrering kan måles med to metoder, nemlig:
1. Indirekte metoder:
De innebærer kunstig påføring av vann over et prøveområde. Mekanismen som brukes til formålet kalles infiltrometer. Det finnes to typer infiltratorer, flomtype og regnsimulatorer.
(a) Infiltratmåler for floodtype:
Den består av ca. 25 cm diameter 50 til 65 cm lang sylinder. Sylinderen sank ned i bakken til en dybde på 40 til 50 cm. Vannet påføres deretter gjennom graderte buretter for å opprettholde et konstant vannhode. Lesingene på burett på fast tidsintervall gir hastigheten og mengden vann infiltrert i jorda. For å eliminere effekten av omgivende tørr jord på infiltrometeret noen ganger to konsentriske ringer, en av samme størrelse og en annen større diameter sier 35 cm er sunket i bakken.
Disse ringene er imidlertid senket til en minimumsdybde som bare er nødvendig for å unngå lekkasje fra ringene. Plassen mellom begge ringene er fylt opp til samme nivå og opprettholdt på konstant nivå ved to forskjellige buretter. Den burette lesing fôring den indre ringen gir hastighet og mengde infiltrering. Denne metoden er nå erstattet av regn simulator.
(b) Regnsimulator:
I denne metoden er spesielle sprinklere montert på begge sider av en 2 m X 4 m eksperimentell tomt. Sprinklerens dyse dirigerer sprøyten med vann på en skrå måte for å dekke plottet fullt og for å nå en høyde på ca 2 m over bakken. Denne ordningen sikrer anvendelse av vann i form av sannsynlig nedbør.
Intensiteten av simulert nedbør kan endres ved å lukke og åpne dysene. Infiltrometeret begynner å fungere med det som kalles nedbørskalibrering. For denne kjøringen plasseres en plast eller et metallplate over plottet, slik at alt vannet som kommer til bakken kan måles uten tap av vann. Dette gir gjennomsnittlig nedbørsmengde.
Etter dette begynner testkjøringen. Denne løp kan fortsette til avløpet blir konstant. Forskjellen mellom simulert nedbørsmengde og målt avløpshastighet gir verdien av fc (fc er konstant infiltrasjonshastighet som har opprettet seg selv etter at jorda er mettet). For å eliminere grenseffekten rundt 0, 5 m bred stripe rundt, blir plottet også sprayet med vann separat.
Denne metoden lider av følgende ulemper:
(i) Det er vanskelig å simulere størrelsen på regnfall.
(ii) Hastigheten av høsten oppnådd av vanndråpene representerer ikke riktige nedbørsforhold.
(iii) Eksperimentverdien av infiltrasjonshastigheten har en tendens til å være høyere enn det som oppnås under naturlige forhold.
(iv) Infiltrometerverdiene kan brukes til å beregne avløp fra et lite vannområde bare på grunn av det begrensede området som infiltreringshastigheten er beregnet på.
2. Direkte metode:
Den består av analyse av avløpsvann som følge av en naturlig nedbør over et basseng under vurdering.
Måling av infiltrasjon ved hydrografanalyse:
Den teoretiske analysen av avløpshydrafi har den fordelen at det tar hensyn til nedbørsmønster, lengde overlandsflyt, bakken av bassenget, jordtype, vegetativ dekning, depresjonslagring, overflatefjernelse som de pleier å forekomme i faktisk.
Imidlertid er det på en stor vannstandsfordeling av nedbør generelt ikke kjent i detalj for å garantere arbeidskrevende teoretiske metoder for hydrografisk analyse. For praktisk bruk er det hensiktsmessig å skille dusjer av hver storm nedbør i en serie blokker og vurdere resulterende avstrømningshydrograf uavhengig av transponering av tilbakeslagskurver eller beregning av gjennomsnittlig infiltreringshastighet.
Analysen kan gjøres, er følgende trinn (se figur 3.4):
Jeg. Tegn ned regnhytograf og hydrograph av avrenning på samme tomt for stormen i bassenget.
ii. Separat hver dusj av stormen.
iii. Separat hver avløpshydrograf fra å lykkes ved å transponere lavkonjunkturkurver.
iv. Drukk basisstrømmen fra totalstrømmen.
v. Hent storm avstrømning for hver stigning.
vi. Velg varighet av nedbørsmengde (T e ) ved inspeksjon av hyetograf og hydrograf.
vii. Plott masse kurver av nedbør og oppnå kumulative nedbør verdier (Pw 1, Pw 2, Pw 3 etc.).
viii. Plot massekurver for direkte stormavstrømning og oppnå kumulative avstrømningsverdier (Qs 1, Qs 2, Qs 3 etc.).
ix. Beregn forskjellen mellom kumulativ nedbør og kumulativ avstrømning (P w - Q s ) som gir total infiltrering F.
x. Del total infiltrering ved varighet av nedbørsmengde (Te) for å få gjennomsnittlig infiltreringshastighet for den dusjen eller blokk av stormen.
Egnethet for metoden for infiltrasjonsmåling:
De forskjellige målemetodene for infiltrasjon direkte og indirekte kan ikke brukes i alle størrelser av vannkilder med tilstrekkelig nøyaktighet for å vurdere den resulterende avløpet.
De vanligst adopterte metodene på ulike størrelser av vannkilder er følgende:
(i) Små vannkilder:
På små farvannsinfiltrometerverdier og stormhydrograf analysemetode gir tilfredsstillende resultater.
(ii) Store vannområder:
Ved store vannkilder anses det å være hensiktsmessig å utvikle standard infiltrasjonshastighetskurver ved å studere antall stormer på et typisk representativt farvann med tanke på ulike arealanvendelser. En annen metode av praktisk betydning i begge tilfeller er vedtak av ф indeks som gir gjennomsnittlig hastighet gjennom stormen. Den er velegnet til å estimere toppløp fra en stor storm på våt jord.
