Écoulement d'eau dans les sols saturés et non saturés

Lisez cet article pour en savoir plus sur le débit d'eau dans les sols saturés et non saturés.

Débit d'eau dans les sols saturés:

Nous savons que les eaux souterraines sont en grande partie cachées et ne peuvent pas être vues et comprises comme des eaux de surface. Cependant, le stockage des eaux souterraines dans une zone saturée ou un réservoir d'eaux souterraines constitue une part importante des ressources en eau totales. À certains égards, les réservoirs d'eaux souterraines ressemblent aux réservoirs d'eaux de surface. Ils ont aussi une capacité particulière et doivent avoir une décharge et une recharge. L'écoulement de l'eau dans une zone saturée de sol est principalement régi par la loi de Darcy selon laquelle la vitesse d'écoulement à travers un milieu poreux est proportionnelle à la première puissance du gradient hydraulique.

Il peut être exprimé comme:

V = K i

ou Q = KA i

Où Q est la quantité d'eau qui coule dans le sol.

Si elle est constante, elle dépend de la porosité et de la perméabilité du sol et est appelée coefficient de perméabilité ou conductivité hydraulique du matériau.

i est la perte de charge par unité de longueur ou de gradient hydraulique,

Mathématiquement, i = h ₁ - h ₂ / L

V est la vitesse de l'eau dans le sol

et A est l'aire de la section transversale à travers laquelle l'eau s'écoule.

En déduisant cette équation, Darcy a supposé qu'il y avait un certain nombre de tubes capillaires dans les sols à travers lesquels l'eau passe de la même manière qu'elle passe dans des tuyaux. Comme la vitesse dans l'écoulement laminaire est également proportionnelle à la première puissance du gradient hydraulique, l'écoulement obéissant à la loi de Darcy est essentiellement laminaire. En appliquant la même analogie que celle des tuyaux à circulation continue, le nombre de Reynold peut servir d'indice pour déterminer le champ d'application de la loi de Darcy.

Le nombre de Reynold est exprimé par

R = Vd / γ

où V est la vitesse d'écoulement

d est le diamètre moyen des grains

γ est la viscosité cinématique du fluide

γ = μ / ρ = Viscosité dynamique du fluide / Densité du fluide

Il a été constaté que, dans les milieux sableux naturels et artificiels, la déviation uniforme de la taille des grains d'écoulement de l'état laminaire à l'état turbulent commence pour des valeurs de R comprises entre 1 et 10, en fonction de la forme et de la plage de tailles de grains. Dans presque tous les cas, l’écoulement des eaux souterraines peut être considéré comme laminaire et obéit donc à la loi de Darcy.

Dans les puits tubulaires, où le débit de pompage est assez élevé, le débit obéit généralement à la loi de Darcy. Mais à la face du puits. Il peut avoir tendance à devenir turbulent en raison de taux de pompage élevés. L’observation de la nappe phréatique peut être réalisée très facilement et avec une grande précision en notant les niveaux dans les rivières, les ruisseaux et les puits existants.

Écoulement d'eau dans les sols non saturés:

La loi de Darcy sur l'écoulement de l'eau à travers des sols saturés est également valable pour les sols non saturés. L'eau coule toujours dans le sens d'une diminution de l'énergie. Ainsi, l'équation V = ki est également vraie pour les sols non saturés. Contrairement aux sols saturés, la section transversale de l'écoulement est réduite car la teneur en humidité est moindre.

Cela réduit également les taux de perméabilité. Une autre complication du sol non saturé concerne la mesure de la pression négative. Pour les sols saturés, l’énergie peut être très facilement mesurée en insérant des tubes piézométriques dans le sol. Dans la masse de sol non saturée, en plus du débit d'eau, il existe également un débit de vapeur. Il est très difficile de mesurer le débit de vapeur dans le sol. Le débit de vapeur augmente avec la diminution de la teneur en humidité du sol. Par conséquent, aucun traitement analytique parfait de l'écoulement de l'eau à travers la zone non saturée du sol n'est toujours possible.