أولا: خواص السوائل Properties of Liquids1- الكثافة Density (ρ ) :
كثافة السائل هي كتلة وحدة الحجوم من ذلك السائل
ρ = كتلة حجم معين من السائل/حجم ذلك السائل (الوحدة: وحدة وزن/ وحدة حجم)
gm/cm3
2-الوزن النوعي Specific Weight ( γ ) :
الوزن النوعي لسائل ما هو وزن وحدة الحجوم من ذلك السائل
γ = وزن حجم معين من السائل / حجم ذلك السائل ( الوحدة: وحدة كتلة /وحدة حجم)
gr.wt/cm3
3- انضغاطية السوائل Fluid Compressibility:
ان جميع السوائل الحقيقية لها قابلية للانضغاط بالمقارنة مع الغازات،
ويمكن وصف قابلية انضغاط سائل ما بواسطة معامل المرونة الحجمي K ( Bulk Modulus)
كما يلي:
K=-dp
(dv/v)
حيث dp التغير في ضغط السائل، dv/v الانفعال الحجمي الناتج عن الاجهاد
ان ضغط السائل يسبب انتقالا للاجهاد والزيادة في الضغط تسبب نقص لحجم كتلة معينة من السائل vw وعليه فان انضغاطية الماء β تصبح
β = - dvw/vw
dp
4- الضغط الهيدروستاتيكي Hydrostatic Pressure :
ان أية نقطة في السائل في حالة السكون النسبي تقع تحت تأثير السائل المحيط (جزء من السائل على جزء أخر) وهذا ما يسمى بقوى الضغط الهيدروستاتيكي وهو يؤثر الى الداخل باتجاه عمودي.
وضغط الماء في الظروف الهيدروستاتيكية يعكس وزن عمود الماء الذي يقع فوق وحدة مساحة المقطع العرضي حول تلك النقطة.
وبالتالي فان الضغط الهيدروستاتيكي p عند اية نقطة تحت سطح الماء يساوي:
p = ρgh
حيث g يمثل عجلة الجاذبية الأرضية ، h ارتفاع عمود السائل فوق تلك النقطة
ويكون مجموع الجهود ( الضغوط) H فوق مستوى معين ( سطح البحر مثلا) فنه كما يلي:
total head = pressure head + elevation head
H = p/ ρg + z
حيث أن z ارتفاع النقطة الواقعة داخل السائل وعادة يستعاض عنها في حالة المياه الجوفية بمستوى سطح البحر.
5- المسار Trajectory:
يعرف مسار جزئ ما بانه الطريق الذي يسلكه ذلك الجزئ أثناء حركة السائل خلال فترة زمنية معينة، وشكل المسار لا يتغير مع الزمن في حالة السريان المستقر بعكس السريان غير المستقر حيث تتغير قيمة واتجاه السرعات مع الزمن وبالتالي تتغير مسارات الجزيئات المختلفة.
6- التصريف Discharge ( Q ):
حجم السائل المار عبر مقطع الجريان(A) في وحدة الزمن أو حجم الماء الذي يضخ في وحدة الزمن، ويمكن حسابه كما يلي:
Q = v. A = V/t
حيث v سرعة سريان الماء الجوفي ، V حجم الماء المتصرف ، t الزمن.
- لزوجة السائل Fluid Viscosity (μ ):
هي الخاصية التي تسمح للسائل بمقاومة الأجسام وتشويه القص وتحكمه المعادلة التالية:
τ =μ dv/dy
حيث τ الجهد الذي يقع على السائل ، dv/dy منحنى السرعة، μ معامل اللزوجة المطلقة
8- خط السريان Stream Line
هو منحنى لحظي يمر بمجموعة من النقاط في السائل المتحرك في لحظة معينة بحيث يكون متجه السرعة في اية نقطة عليه وعند تلك اللحظة مماس لذلك المنحنى، أي ان خط السريان يمثل اتجاه حركة الجزيئات الموجودة عليه في لحظة معينة، بينما المسار يمثل الطريق الذي يسلكه جزئ ما في فترة زمنية معينة.
ثانيا خواص التكاوين المائية
1-المسامية Porosity (n ):
النسبة بين حجم الفراغات الموجودة في الصخر الى الحجم الكلي للصخر
n = (Vv/VT) 100 = (VT –Vs/ VT)100
Vv حجم الفراغات، VT الحجم الكلي للصخر، Vs حجم الجزء الصلب.
تعتبر المسامية عالية اذا زادت عن 20% ومتوسطة اذا تراوحت بين 5-20% وصغيرة أقل من 5 %
جدول يمثل مسامية بعض التكاوين الجيولوجية
التكوين الجيولوجي المسامية %
الحصى
الرمل
الغرين
الطين
البازلت المتشقق
الحجر الجيري الكارستي
الحجر الرملي
الصخور المتبلورة المتشققة
الصخور الصلبة 20-25
25-50
35-50
40-70
5-50
5-50
5-30
0-10
0-5
المسامية في الصخور الرسوبية تعتبر الأعلى نظرا لوجود فراغات وفجوات بها خاصة في الصخور الفتاتية، الصخور الرسوبية الكيميائية والصخور النارية تتكون من بلورات متماسكة ومتشابكة لا توجد بينها فجوات.
تعتمد مسامية الصخور الرسوبية الفتاتية على درجة تجانسها وتكورها وشكل وترتيب حبيباتها وكذلك وجود مادة لاحمة بين حبيباتها ومدى انضغاطها.
المسامية نوعان:
أ- اولية: نشأت اثناء تكون الصخر
ب- ثانوية : نشأت في مراحل لاحقة بعد تكون الصخر الأصلي وتعرضه لعوامل خارجية وتشمل الشقوق والفواصل اضافة الى فجوات الاذابة كما في حالة الصخور الجيرية.
المسامية الكلية Total Porosity: جميع الفراغات والفجوات الموجودة في الصخر الأصلي المتصلة
وغير المتصلة.
المسامية الفعالةEffective Porosity : النسبة المئوية لحجم الفراغات المتصلة ببعضها البعض فقط.
طريقة قياس المسامية لعينة:
1- تشبع العينة بالماء
2- يقاس الحجم الكلي للعينة وتوزن
3- تجفف العينة في فرن درجة حرارته 100درجة مئوية مدة طويلة
4- توزن العينة بعد تجفيفها ، حيث يمثل الفرق في الوزن وزن الماء المتبخر
5- بمعرفة كثافة الماء يحسب حجم الماء المتبخر والذي يمثل حجم الفراغات في العينة، وبتطبيق المعادلات السابقة يمكن حساب المسامية
طريقة اخرى لقياس المسامية:
1- يوضع الماء في انبوب مدرج
2- يصب حجم معين ( Vt) من العينة المراد معرفة مساميتها ببطء في ذلك الانبوب
3- يقاس حجم الماء المزاح (Vs) نتيجة لوضع الرمل ويكون مساميا لحجم المادة الصلبة
4- تحسب المسامية من المعادلة
n=1- (Vs / Vt)
2-نسبة الفراغات Void Ratio:
النسبة بين حجم الفراغات Vv وحجم المادة الصلبة Vs ويرمز لها بالرمز e حيث:
e =Vv /Vs
تتراوح قيمة نسبة الفراغات بين 0.7 للرمل والحصى الى 1.3 للطين الغير متماسك.
العلاقة بين المسامية ونسبة الفراغات:
e = n /(n-1) أو
n = e/(e+1)
3- الكثافة الكلية Bulk Density (ρb)
الكثافة لمجموع مادة الصخر أو التربة من فراغات ومادة صلبة بعد التجفيف، حيث
ρb= Wd / VT
حيث Wd الوزن الجاف للعينة، VT الحجم الكلي للعينة.
كثافة الكلية لمعظم أنواع الرمال والترب المعدنية =2.65جم/سم3.
4-المحتوى المائي Water Content:
يعبر عن المحتوى الحجمي المائي (θ ) للتربة أو للمادة المسامية بنسبة حجم الماء في العينة الى الحجم الكلي للعينة،
θ= Vw/ Vt
حيث Vw حجم الماء في عينة الترية، Vt الحجم الكلي للعينة.
بينما يعبر عن المحتوى المائي الوزني Wa بنسبة وزن الماء في العينة الى الوزن الكلي للعينة وتقاس عن طريق وزن العينة وهي رطبة (Ww) ثم توزن بعد تجفيفها في فرن وليكن وزنها (Wd)
Wa= {(Ww-Wd)/Wd}*100
5- العطاء النوعي والاحتفاظ النوعي Specific Yield and Specific Retention
يعرف العطاء النوعي Sy بانه حجم المياه التي يمكن تصريفها بفعل الجاذبية من كل وحدة حجميه من الطبقة المشبعة.
كما يعرف أيضا بانه النسبة المئوية لحجم المياه التي يمكن الحصول عليها من التكوين الحامل للماء مقسوما على الحجم الكلي لذلك التكوين …
Sy =(Va / VT) *100
حيث Sy العطاء النوعي، Va حجم الماء الذي يمكن ضخه من المتكون، VT الحجم الكلي للمتكون.
قيم العطاء النوعي تكون أصغر ما يمكن في حالة الرواسب دقيقة الحجم (مثل الطين) والرواسب الكبيرة جدا ( مثل الحصى)، بينما تبلغ أكبر قيمة لها في حالة الرمال المتوسطة والكبيرة الحجم.
فكرة العطاء النوعي تختلف عن المسامية حيث أن العطاء النوعي يعبر عن كمية المياه التي يمكن استخراجها من المتكون بينما المسامية تعنى بالحجم الكلي المخزون في المتكون الجيولوجي.
جدول : العطاء النوعي لبعض التكاوين الجيولوجية
التكوين الجيولوجي العطاء النوعي %
الطين 5
رمل دقيق 10-20
رمل متوسط 20-25
رمل كبير 15-30
رمل حصوي 16-28
حصى دقيق 15-25
حصى متوسط 14-24
الاحتفاظ النوعي Sr يشير الى حجم المياه المغلفة للحبيبات والتي تبقى في مكانها ولا يمكن الحصول عليها، وتعرف بانها النسبة المئوية لحجم المياه التي يحتفظ بها المتكون ضد الجاذبية مقسوما على الحجم الكلي للمتكون المائي..
Sr = (Vr / VT)*100
حيث Vr حجم المياه المحتفظ بها. وتكون أكبر مايمكن في التكاوين دقيقة الحجم مثل الطين والرمل الدقيق الحجم، بينما تقل في التكاوين متوسطة وكبيرة الحجم مثل الرمل المتوسط والحصى.
بالتالي فان المسامية تشكل مجموع العطاء النوعي والاحتفاظ النوعي:
η = Sy + Sr
زيادة أحد الخاصتين يقابله نقص في الأخرى في حالة ثبوت المسامية.
6- معامل التخزين Storage Coefficient
قدرة المتكون المائي على تخزين الماء الجوفي يعتبر أحد أهم الخواص الهيدروليكية، وهو يساوي حجم الماء الذي تعطيه الطبقة من مخزونها لكل وحدة مساحة سطحيه اذا تغير مستوى الماء الجوفي (أو السطح البيزومتري) بمقدار الوحدة.
ويعبر عنها رياضيا كما يلي:
Vw = dh *A* S
حيث Vwحجم الماء الذي تعطيه الطبقة، dh التغير في السطح البيزومتري فوق مساحة سطحية A، S معامل التخزين.
كما يعرف بانه النسبة المئوية لحجم الماء المستخرج من الطبقة الحاملة للماء بالنسبة للجزء الذي تم تفريغه من الطبقة(Va)،أي
S = (Vw/Va)*100
وتتراوح قيم معامل التخزين للتكاوين المحصورة بين 0.005 و 0.00005 .
وبالنسبة للتكاوين الغير محصورة فتتراوح بين 0.3 و 0.01.وتعتبر قيم معامل التخزين لهذه التكاوين مساوية للعطاء النوعي.
ويتضح من قيم معامل التخزين للطبقات المحصورة أن استخراج كميات وفيرة من الماء يتطلب انخفاضا كبيرا في السطح البيزومتري فوق مساحة سطحية واسعة وذلك مقارنة بالتكاوين الغير محصورة.
التخزين النوعي ( Ss ) لطبقة مائية هو حجم الماء الذي يتحرر من وحدة حجم المتكون المائي عند هبوط السطح البيزومتري بمقدار الوحدة،
وتعرف رياضيا كما يلي:
Ss = ρg ( η β + α )
حيث ρ كثافة السائل، gعجلة الجاذبية، η المسامية، β انضغاطية الطبقة، α انضغاطية الوسط المسامي.
العلاقة بين معامل التخزين والتخزين النوعي تكتب بالصورة التالية:
Ss = S/D
حيث D سمك المتكون المائي.
--------------------------------------------------------
منقول من موقع الدكتور طارق بيومي كلية علوم الارض جامعة الملك عبد العزيز
http://www.kaau.edu.sa/tbayumi/index.htm
عرض المشاركات
