توازن طاقة المياه الجوفية

إن توازن الطاقة في المياه الجوفية هو توازن الطاقة لجسم المياه الجوفية من حيث الطاقة الهيدروليكية الواردة المرتبطة بتدفق المياه الجوفية إلى الجسم، والطاقة المرتبطة بالتدفق الخارجي، وتحويل الطاقة إلى حرارة بسبب احتكاك التدفق، والتغير الناتج في حالة الطاقة ومستوى المياه الجوفية.

عند ضرب السرعة الأفقية للمياه الجوفية (البعد، على سبيل المثال،${\displaystyle m^{3}/{\text{day}}}$لكل${\displaystyle m^{2}}$مساحة المقطع العرضي) مع طاقة المياه الجوفية (البعد) لكل وحدة حجم من الماء، أو${\displaystyle E/m^{3}}$) يحصل المرء على تدفق طاقة (تدفق) في${\displaystyle E/{\text{day}}}$بالنسبة للتدفق ومساحة المقطع العرضي المحددة. ^{[ 1 ]}

يُعطي مجموع أو تكامل تدفق الطاقة في مقطع عرضي رأسي بعرض وحدة واحدة (مثلاً 1 متر) من الحد السفلي للتدفق (الطبقة غير المنفذة أو القاعدة) وصولاً إلى مستوى المياه الجوفية في طبقة مياه جوفية غير محصورة تدفق الطاقة${\displaystyle f_{E}}$من خلال المقطع العرضي في${\displaystyle E/{\text{day}}}$لكل متر من عرض طبقة المياه الجوفية.

أثناء جريانها، تفقد المياه الجوفية جزءًا من طاقتها نتيجة احتكاك الجريان، أي تتحول الطاقة الهيدروليكية إلى حرارة. في الوقت نفسه، قد تُضاف طاقة مع تغذية المياه الجوفية المتدفقة إلى الخزان الجوفي عبر منسوب المياه الجوفية. بالتالي، يمكن إجراء موازنة للطاقة الهيدروليكية لكتلة من التربة بين مقطعين عرضيين متجاورين. في حالة الاستقرار، أي دون تغيير في حالة الطاقة ودون تراكم أو استنزاف للمياه المخزنة في كتلة التربة، يجب أن يساوي مجموع الطاقة المتدفقة في المقطع الأول، مضافًا إليها الطاقة المضافة من تغذية المياه الجوفية بين المقطعين، مطروحًا منها الطاقة المتدفقة في المقطع الثاني، الطاقة المفقودة نتيجة احتكاك الجريان.

رياضياً، يمكن تحقيق هذا التوازن عن طريق اشتقاق التكامل المقطعي لـ Fe في اتجاه التدفق باستخدام قاعدة لايبنتز، مع الأخذ في الاعتبار أن مستوى المياه الجوفية قد يتغير في اتجاه التدفق. ويتم تبسيط العمليات الحسابية باستخدام فرضية دوبوي-فورشايمر .

يمكن وصف فقدان الاحتكاك الهيدروليكي قياسًا على قانون جول في الكهرباء (انظر قانون جول#المكافئ الهيدروليكي )، حيث يتناسب فقدان الاحتكاك طرديًا مع مربع شدة التيار (التدفق) والمقاومة الكهربائية للمادة التي يمر عبرها التيار. في هيدروليكا المياه الجوفية ( ديناميكا الموائع ، الهيدروديناميكا )، غالبًا ما يتم التعامل مع الموصلية الهيدروليكية (أي نفاذية التربة للماء)، والتي تتناسب عكسيًا مع المقاومة الهيدروليكية.

يمكن استخدام معادلة توازن الطاقة الناتجة عن تدفق المياه الجوفية، على سبيل المثال، لحساب شكل منسوب المياه الجوفية بين المصارف في ظل ظروف محددة للخزان الجوفي . ولتحقيق ذلك، يمكن استخدام حل عددي ، مع اتخاذ خطوات صغيرة على طول القاعدة غير المنفذة. تُحل معادلة التصريف بالتجربة والخطأ ( التكرارات )، لأن الجهد الهيدروليكي يُحسب بالنسبة إلى مستوى مرجعي يُحدد على أنه منسوب المياه الجوفية عند خط تقسيم المياه في منتصف المسافة بين المصارف. عند حساب شكل منسوب المياه الجوفية، يكون منسوبها عند خط تقسيم المياه غير معروف مبدئيًا. لذلك، يُفترض هذا المستوى قبل البدء في حسابات شكل منسوب المياه الجوفية. وفقًا لنتائج إجراء الحساب، يُعدل الافتراض الأولي وتُعاد الحسابات حتى لا يختلف منسوب المياه الجوفية عند خط تقسيم المياه اختلافًا كبيرًا عن المستوى المفترض.

إن إجراء التجربة والخطأ مرهق، ولذلك يمكن تطوير برامج حاسوبية للمساعدة في الحسابات.

يمكن تطبيق موازنة الطاقة لتدفق المياه الجوفية على تدفقها إلى المصارف تحت السطحية. ^{[ 2 ]} يقارن برنامج EnDrain [ 3 ^{] نتائج معادلة} تباعد المصارف التقليدية ، القائمة على قانون دارسي ومعادلة الاستمرارية (أي حفظ الكتلة )، مع الحل المُستخلص من موازنة الطاقة، ويتضح أن تباعد المصارف أوسع في الحالة الأخيرة. ويعود ذلك إلى إدخال الطاقة المُستمدة من التغذية الجوفية.

• DPHM-RS
• معادلة التصريف
• تصريف المياه الجوفية
• معادلة تدفق المياه الجوفية
• الهيدروجيولوجيا

• يمكن تحميل المقالات المتعلقة بتوازن الطاقة في تدفق المياه الجوفية من  :تحت الرقمين 3 و 4.