Infiltrering: Index och mätning av infiltrering (med diagram)
Läs den här artikeln för att lära dig om index och mätning av infiltration.
Infiltreringsindex:
Olika infiltrationsindex ger infiltrationshastigheter på olika sätt för att hjälpa bedömningen av det förlorade vattnet genom infiltration.
De viktiga bland dem är följande:
(i) Infiltreringskapacitet:
Det är den maximala hastighet vid vilken vatten kan komma in genom jordytan vid en viss tidpunkt under givna förhållanden. Hittills är det uppenbart att den faktiska infiltrationshastigheten kommer att vara mindre än infiltrationskapaciteten, såvida inte nettoförlusthastigheten som når marken efter uppföljning (dvs avlyssning + depression) är lika med eller mer än infiltrationskapaciteten. Infiltrationskapaciteten fortsätter att minska eftersom markprofilen blir mättad. Liksom infiltration beror också infiltrationskapaciteten på jordtyp, fuktinnehåll, organiskt material som finns i marken, växtskydd och säsong.
Horton gav följande matematiska uttryck för att ta reda på värdet av infiltrationskapacitet när som helst:
fp = fc + (f o - f c ) e- kt
Där f p är infiltrationskapacitet.
f o är infiltrationshastighet i början av stormen.
fc är en konstant infiltrationshastighet som uppnås efter att jordprofilen blir mättad.
e är basen av naturliga logaritmer (Napierian bas).
t är tid från början av nederbörd och K är en konstant. Man kan komma ihåg att denna ekvation endast kan tillämpas när näthetsnivån når ytan är mer än infiltrationskapaciteten under stormen.
(ii) ф Index:
Ф-indexet är den delen av medeltal av nederbörd under en storm som går vilse av processerna för avlyssning, depression och infiltrering tillsammans. Det kan därför definieras som den genomsnittliga nederbördsnivån under vilken storm som helst, över vilken volymen av återstående nedgång är lika med volymen av direktytans avrinning. Indexet kan beräknas från stormen på en så kallad hyetograf (tid mot intensitet av regnfall) så att regnvolymen överstiger denna hastighet kommer att motsvara volymen av stormavloppet Fig. 3.2.
Om regnskurintensiteten över stormen förblir lika med eller mer än ф-index, representerar ф-indexet bassinladdning eftersom ф-index representerar summan av infiltrations-, avlyssnings- och deprimeringslagring.
(iii) W-index:
Detta index ger den genomsnittliga infiltrationshastigheten för den tidsperioden då stormen faller under vilken nedbördsintensiteten är större än W. Således kan det sägas vara förfining över ф-index som förutom infiltration också innefattar avlyssnings- och depressionslagring.
W-indexet kan erhållas från följande ekvation:
W = PQS / t
Var
W är genomsnittlig infiltrationshastighet
P är total stormfall som motsvarar t
Q är total stormavbrott.
t är tiden under vilken regnintensitet är mer än W och
S är effektiv ytretention.
W = ф genomsnittlig retentionstid
Där retention innefattar avlyssning och depression lagring.
För alla praktiska ändamål kan ф index användas för att representera genomsnittlig infiltrationshastighet. Eftersom ф och index antar en genomsnittlig infiltrationshastighet som faktiskt är mindre än den ursprungliga infiltrationshastigheten och mer än den ultimata infiltrationshastigheten är deras användbarhet begränsad till stora översvämningsproducerande stormer.
Sådana stormer uppträder i allmänhet på våtmark och stormar är av sådan intensitet och varaktighet att infiltrationshastigheten kan bli mycket nära för att vara konstant för hel storm eller majoritetstiden. Visst för korta isolerade stormer är ф och W-index inte användbara.
Problem:
Ett avrinningsområde har ett avrinningsområde på 0, 5 km 2 .
En fem timmarsstorm har uppstått i bassängen med följande nedbördsintensiteter:
Volymen av direkt ytaavledning observerades som ett resultat av denna storm vid bassängens utlopp var 0, 232 cumec-dag.
Beräkna ф index för bassängen.
Lösning:
Steg 1:
Med hjälp av den data som ges regnet kan hyetografen ritas som visas i figur 3.3.
Linjen XX visar medelvärdet för infiltrering och ytretention tillsammans, dvs ф index.
Vi måste ta reda på värdet av ф.
Steg 2:
Från den givna hyetografen är totalt regnfall i 5 timmars storm 60 mm.
Fig. 3.3
Steg 3:
Total volym av direkt ytflöde = 0, 232 x 60 x 60 x 24 = 20, 045 m 3 .
Steg 4:
Från definitionen av ф-index är det den delen av medeltal av nederbörd över vilken volym återstående nedgång är lika med volymen av avrinning.
Vattenvolymen förlorad = (Total regnvolym) - (Total avrinningsvolym) dvs (infiltration + retention)
= 30.000 - 20.045 = 9955 m 3
Som ett djup av vatten över bassängen = 9955 / (0, 5 × 10 6 ) = 0, 00398 m = 3, 98 mm.
ф index = 3, 98 mm.
Mätning av infiltrering:
Infiltrering kan mätas med två metoder, nämligen:
1. Indirekta metoder:
De innefattar artificiell applicering av vatten över ett provområde. Mekanismen som används för ändamålet kallas infiltrometer. Det finns två typer av infiltrometer viz., Översvämningstyp och regnsimulatorer.
(a) Infiltratmätare av översvämningstyp:
Den består av ca 25 cm diameter 50 till 65 cm lång cylinder. Cylindern sjunker i marken till ett djup av 40 till 50 cm. Vattnet appliceras sedan genom graduerade buretter för att upprätthålla ett konstant vattenhuvud. Avläsningarna på buretten vid ett bestämt tidsintervall ger hastigheten och mängden vatten infiltrerad i jorden. För att eliminera effekten av omgivande torr mark på infiltrometern ibland två koncentriska ringar, en av samma storlek och en annan större diameter säger 35 cm sänktes i marken.
Dessa ringar sänks dock till ett minimum djup som bara behövs för att undvika läckage från ringarna. Utrymmet mellan båda ringarna fylls upp till samma nivå och bibehålls på konstant nivå med två olika buretter. Burettläsningen matar inringen ger hastighet och mängd infiltration. Denna metod ersätts nu av regnsimulatorn.
(b) Regnsimulator:
I denna metod monteras speciella sprinklers på båda sidorna av en 2 m X 4 m experimentell plot. Sprinklarnas munstycke styr sprutan av vatten på ett lutande sätt för att täcka tomten helt och nå en höjd av ca 2 m över marken. Detta arrangemang säkerställer applicering av vatten i form av sannolikt nederbörd.
Intensiteten hos simulerat regn kan ändras genom att stänga och öppna munstyckena. Infiltrometern börjar arbeta med det som kallas en regnkalibreringskörning. För denna körning placeras en plast eller ett metallplåt över tomten så att allt vatten som når marken kan mätas utan vattenförlust. Detta ger den genomsnittliga nederbörden.
Därefter börjar testkörningen. Denna körning får fortsätta tills avrinningen blir konstant. Skillnaden mellan simulerad regnfrekvens och uppmätt avrinningsgrad ger värdet av fc (fc är konstant infiltrationshastighet som har etablerat sig efter att jorden är mättad). För att eliminera gränseffekten om 0, 5 m bred remsa allround sprutas även plottet med vatten separat.
Denna metod lider av följande nackdelar:
(i) Det är svårt att simulera storleken på regnfall.
(ii) Fallhastigheten som uppnås av vattendropparna representerar inte korrekta regnförhållanden.
(iii) Experimentvärdet av infiltrationshastigheten tenderar att vara högre än det som uppnås under naturliga förhållanden.
(iv) Infiltrometervärdena kan användas för att beräkna avrinning från en liten vattendjur endast på grund av det begränsade område där infiltrationshastigheten har beräknats.
2. Direkt metod:
Den består av analys av avrinningshydrograf som härrör från ett naturligt nederbörd över ett bassäng under övervägande.
Mätning av infiltrering genom hydrografanalys:
Den teoretiska analysen av avrinningshydrograf har den fördelen att det tar hänsyn till regnfallsmönster, längd på överlandets flöde, bassängens sluttning, jordtyp, vegetativt skydd, depressionlagring, ythållande som de tenderar att förekomma i själva verket.
På en stor vattendrag är fördelningen av nederbörd dock generellt inte känd i detalj för att garantera laborativa teoretiska metoder för hydrografanalys. För praktisk tillämpning är det lämpligt att separera duschar av varje stormnedgång i en serie av block och överväga resulterande avrinningshydrograf självständigt genom transponering av recessionskurvor eller beräkning av genomsnittlig infiltrationshastighet.
Analysen kan göras är följande steg (se fig 3.4):
jag. Rita ner regnhistograph och hydrograph av avrinning på samma tomt för stormen i bassängen.
ii. Separera varje dusch av stormen.
III. Separera varje avrinningshydrografi från att lyckas genom att transponera recessionskurvor.
iv. Dra av basflödet från totalt flöde.
v. Hämta stormavrinning för varje ökning.
vi. Välj varaktighet av nederbördsöverskott (T e ) genom inspektion av hyetograf och hydrograf.
vii. Plotta masskurvorna för regn och få kumulativa regnvärden (Pw 1, Pw 2, Pw 3 etc.).
viii. Plot masskurvor för direkt stormavrinning och uppnå kumulativa avrinningsvärden (Qs 1, Qs 2, Qs 3 etc.).
ix. Beräkna skillnaden i kumulativt nederbörd och kumulativ avrinning (P w - Q s ) vilket ger total infiltration F.
x. Dela den totala infiltrationen genom varaktighet av regnbortfallet (Te) för att få en genomsnittlig infiltrationshastighet för den duschen eller blocket av stormen.
Lämplighet för metoden för infiltreringsmätning:
De olika metoderna för mätning av infiltration direkt och indirekt kan inte användas i alla storlekar av vattendena med tillräcklig noggrannhet för att bedöma resulterande avrinning.
De allmänt antagna metoderna på olika storlekar av vattendragen är följande:
(i) Små Vattenheter:
På små vattentäthetsinfiltrometervärden och storm hydrograf analysmetod ger tillfredsställande resultat.
ii) stora vattenområden:
Vid stora vattendelar anses det lämpligt att utveckla standardinfiltrationshastighetskurvor genom att studera antal stormar på ett typiskt representativt vattendomen med tanke på olika markanvändningar. En annan metod av praktisk betydelse i båda fallen är antagande av ф-index som ger genomsnittshastighet över stormen. Den är väl lämpad för att uppskatta topplöpning från en stor storm på våta markar.
