هيدروجيولوجيا

المادة الرئيسية: رأس هيدروليكي

الاختلافات في الرأس الهيدروليكي (ح) تسبب الماء للانتقال من مكان إلى آخر. وتتدفق المياه من مواقع ارتفاع ح إلى مواقع منخفضة h. يتكون الرأس الهيدروليكي من رأس الضغط (ψ) ورئيس الارتفاع (ض). تدرج الرأس هو التغيير في الرأس الهيدروليكي في طول مسار التدفق، ويظهر في قانون دارسي بأنه يتناسب مع التفريغ.

الرأس الهيدروليكي هو خاصية قابلة للقياس مباشرة يمكن أن تأخذ على أي قيمة (بسبب المسند التعسفي تشارك في مصطلح z). ψ يمكن قياسها بمحول الضغط (يمكن أن تكون هذه القيمة سالبة، على سبيل المثال، شفط، ولكنها إيجابية في طبقات المياه الجوفية المشبعة)، ويمكن قياس z بالنسبة إلى مسند مسح (عادة أعلى غلاف البئر). عادة، في الآبار التنصت المياه الجوفية غير مقسمة يتم استخدام مستوى المياه في بئر كبديل للرئيس الهيدروليكي، على افتراض عدم وجود التدرج الرأسي للضغط. في كثير من الأحيان فقط التغييرات في الرأس الهيدروليكي من خلال الوقت هناك حاجة، لذلك يمكن استبعاد مصطلح رئيس الارتفاع ثابت (Δh = Δψ).

سجل الهيدروليكي من خلال الوقت في البئر هو هيدروغراف أو، وتسمى التغييرات في الرأس الهيدروليكي سجلت خلال ضخ بئر في اختبار السحب.

المادة الرئيسية: المسامية

المسامية (n) هي خاصية طبقة المياه الجوفية القابلة للقياس مباشرة؛ فهو جزء بين 0 و 1 يشير إلى مقدار المسام بين جزيئات التربة غير المجمعة أو داخل صخور مكسورة. وعادة ما تتحرك غالبية المياه الجوفية (وأي شيء يذوب فيها) من خلال المسامية المتاحة للتدفق (وتسمى أحيانا المسامية الفعالة). النفاذية هو تعبير عن الترابط من المسام. على سبيل المثال، قد تكون وحدة الصخور غير المجهزة مسامية عالية (لديها الكثير من الثقوب بين الحبوب المكونة لها)، ولكن نفاذية منخفضة (لا ترتبط أي من المسام). ومن الأمثلة على هذه الظاهرة الخفاف الذي يمكن أن يجعل طبقة المياه الجوفية الفقيرة، عندما تكون في حالتها غير المستقرة.

ولا تؤثر المسامية تأثيرا مباشرا على توزيع الرأس الهيدروليكي في طبقة المياه الجوفية، ولكن لها تأثير قوي جدا على هجرة الملوثات الذائبة، لأنها تؤثر على سرعات تدفق المياه الجوفية من خلال علاقة متناسبة عكسيا.

المادة الرئيسية: محتوى الماء

محتوى الماء (θ) هو أيضا خاصية قابلة للقياس مباشرة؛ هو جزء من مجموع الصخور التي مليئة الماء السائل. هذا هو أيضا جزء بين 0 و 1، ولكن يجب أيضا أن يكون أقل من أو يساوي المسامية الكلية.

محتوى الماء مهم جدا في الهيدرولوجيا منطقة فادوس، حيث التوصيل الهيدروليكي هو وظيفة غير الخطية بقوة من محتوى الماء. وهذا يعقد حل معادلة تدفق المياه الجوفية غير المشبعة.

المادة الرئيسية: الموصلية الهيدروليكية

الموصلية الهيدروليكية (K) وترانزميسيفيتي (T) هي خصائص طبقة المياه الجوفية غير المباشرة (لا يمكن قياسها مباشرة). T هو K المتكامل على السماكة العمودية (b) من الطبقة الجوفية (T = كب عندما يكون K ثابتا على السماكة بأكملها). وهذه الخصائص هي مقاييس لقدرة طبقة المياه الجوفية على نقل المياه. النفاذية الذاتية (κ) هي خاصية متوسطة ثانوية لا تعتمد على اللزوجة وكثافة السائل (K و T خاصة بالماء). فإنه يستخدم أكثر في صناعة النفط.

المقالة الرئيسية: تخزين محدد

التخزين الخاص (سس) ومكافئته المتكاملة العميقة، ستوراتيفيتي (S = سب)، هي خصائص طبقة المياه الجوفية غير المباشرة (لا يمكن قياسها مباشرة). فإنها تشير إلى كمية المياه الجوفية الصادرة من التخزين بسبب وحدة خفض درجة حرارة طبقة المياه الجوفية المحصورة. وهي كسور بين 0 و 1.

المحصول النوعي (سي) هو أيضا نسبة بين 0 و 1 (سي ≤ المسامية) ويشير إلى كمية المياه الصادرة بسبب الصرف من خفض الجدول المائي في طبقة المياه الجوفية غير محصورة. قيمة العائد المحدد أقل من قيمة المسامية لأن بعض الماء سيبقى في الوسط حتى بعد الصرف بسبب القوى بين الجزيئات. غالبا ما يتم استخدام المسامية أو المسامية الفعالة كحد أعلى إلى العائد المحدد. عادة ما تكون أوامر سي أكبر من سس.

في كثير من الأحيان نحن مهتمون في كيفية نقل المياه الجوفية نقل الملوثات الذائبة حول (المجال الفرعي من الهيدروجيولوجيا الملوثة). ويمكن أن تكون الملوثات من صنع الإنسان (مثل المنتجات البترولية أو النترات أو الكروم أو النويدات المشعة) أو تحدث طبيعيا (مثل الزرنيخ والملوحة). وإلى جانب الحاجة إلى فهم أين تتدفق المياه الجوفية، استنادا إلى الخصائص الهيدرولوجية الأخرى التي نوقشت أعلاه، هناك خصائص إضافية للمياه الجوفية تؤثر على كيفية انتقال الملوثات المذابة بالماء الجوف.

ويعتبر التشتت الهيدروديناميكي (αL، αT) عاملا تجريبيا يحدد كم من الملوثات بعيدا عن مسار المياه الجوفية التي تحمله. بعض الملوثات سوف تكون «خلف» أو «أمام» متوسط المياه الجوفية، مما يؤدي إلى تشتت طولية (αL)، وبعضها سيكون «إلى جانبي» تدفق المياه الجوفية أدفكتيف النقي، مما يؤدي إلى تشتت عرضية (αT). وينشأ التشتت في المياه الجوفية لأن كل «جسيم» مائي يتجاوز جسيم التربة، يجب أن يختار أين يذهب، سواء كان اليسار أو اليمين أو صعودا أو هبوطا، بحيث تنتشر تدريجيا جزيئات الماء (ومذيباتها) في جميع الاتجاهات حول المسار المتوسط. هذه هي الآلية «المجهرية»، على نطاق جزيئات التربة. الأهم من ذلك، على مسافات طويلة، يمكن أن يكون التجانس العيانية من طبقة المياه الجوفية، والتي يمكن أن يكون مناطق من أكبر أو أصغر نفاذية، بحيث بعض المياه يمكن أن تجد مسار تفضيلي في اتجاه واحد، وبعضها الآخر في اتجاه مختلف، بحيث الملوثات يمكن أن تنتشر بطريقة غير منتظمة تماما، كما هو الحال في دلتا (ثلاثي الأبعاد) من النهر.

التشتت هو في الواقع عاملا يمثل نقصنا في المعلومات حول النظام الذي نحاكيه. هناك العديد من التفاصيل الصغيرة حول طبقة المياه الجوفية التي يتم حسابها في المتوسط عند استخدام نهج ماكروسكوبي (على سبيل المثال، أسرة صغيرة من الحصى والطين في طبقات المياه الجوفية الرملية)، فإنها تظهر نفسها على أنها تشتت واضح. وبسبب هذا، غالبا ما يزعم أن α تعتمد على نطاق طول المشكلة - فإن التشتت الذي تم العثور عليه للنقل من خلال 1 م 3 من طبقة المياه الجوفية يختلف عن ذلك بالنسبة للنقل من خلال 1 سم 3 من نفس طبقة المياه الجوفية. [3]

الانتشار هو ظاهرة فيزيائية أساسية، والتي وصفها أينشتاين بأنها حركة براونية، التي تصف الحركة الحرارية العشوائية للجزيئات والجسيمات الصغيرة في الغازات والسوائل. وهي ظاهرة هامة لمسافات صغيرة (وهو أمر ضروري لتحقيق التوازن الحراري الديناميكي)، ولكن، حيث أن الوقت اللازم لتغطية مسافة عن طريق الانتشار يتناسب مع مربع المسافة نفسها، فإنه غير فعال لنشر المذاب على المسافات المجهرية. وعادة ما يكون معامل الانتشار، D، صغيرا جدا، ويمكن اعتبار تأثيره ضئيلا (ما لم تكن سرعات تدفق المياه الجوفية منخفضة للغاية، كما هي في أحواض المياه الطينية).

من المهم عدم الخلط بين الانتشار مع التشتت، حيث أن الأول هو ظاهرة مادية، وهذا الأخير هو عامل تجريبي يلقي في شكل مماثل للنشر، لأننا نعرف بالفعل كيفية حل هذه المشكلة.

عامل التخلف هو سمة أخرى هامة جدا تجعل حركة الملوث تحيد عن متوسط حركة المياه الجوفية. وهو مماثل لعامل التخلف اللوني. وخلافا للانتشار والتشتت، والتي تنتشر ببساطة الملوث، عامل التخلف يغير سرعة المتوسط العالمي، بحيث يمكن أن يكون أبطأ بكثير من الماء. ويرجع ذلك إلى التأثير الكيميائي الفيزيائي: الامتزاز للتربة، الذي يحمل الملوثات مرة أخرى ولا يسمح لها بالتقدم حتى يتم تكثيف الكمية المقابلة لتوازن الامتزاز الكيميائي. هذا التأثير مهم بشكل خاص للملوثات أقل قابلية للذوبان، وبالتالي يمكن أن تتحرك حتى مئات أو آلاف مرات أبطأ من المياه. تأثير هذه الظاهرة هو أن الأنواع القابلة للذوبان فقط يمكن أن تغطي مسافات طويلة. ويعتمد عامل التخلف على الطبيعة الكيميائية لكل من الملوثات والأحواض الجوفية.