Współczynnik filtracji » Opis » co to? » Definicja pojęcia
Ekologia.pl Wiedza Encyklopedia współczynnik filtracji
Definicja pojęcia:

współczynnik filtracji

Spis treści

Współczynnik filtracji — Współczynnik filtracji (k), stała Darcy’ego – miara filtracji (przepuszczalności hydraulicznej, wodoprzepuszczalności) gruntów, określająca zdolność przesączania się wody przez system porów i kanalików gruntów porowatych.

Filtracja

Filtracja (ruch wody w gruntach) definiowana jest jako zdolność wody do przesączania się przez ośrodek porowaty pod wpływem różnicy ciśnień. Zależy głównie od właściwości fizycznych filtrującej wody oraz od właściwości fizycznych gruntu – zdolności gruntu do przepuszczania wody przez system połączonych porów (przepuszczalności hydraulicznej, wodoprzepuszczalności).

Wyróżnia się trzy rodzaje filtracji:

  • filtracja laminarna (warstwowa) – ruch polegający na bardzo powolnym przesączaniu się wody przez system porów i kanalików, cząsteczki wody w poszczególnych warstwach poruszają się równolegle względem siebie; nie dochodzi do mieszania się cząsteczek wody pomiędzy różnymi warstwami; filtracja laminarna jest zależna liniowo od spadku hydraulicznego (stosunku różnicy wysokości wody gruntowej do długości jej przepływu);
  • filtracja turbulentna (burzliwa) – ruch wody odbywający się z większą prędkością (przekraczającą prędkość krytyczną); cząsteczki wody poruszają się ruchem postępowym, wstecznym oraz wirowym, w związku z czym często dochodzi do ich zderzania się i mieszania; filtracja turbulentna jest proporcjonalna do spadku hydraulicznego w potędze ½;
  • filtracja mieszana (nieliniowa) – ruch wody odbywający się w niejednorodnych warstwach wodonośnych, charakteryzujący się występowaniem w poszczególnych warstwach ruchów o charakterze filtracji laminarnej i filtracji turbulentnej; filtracja nieliniowa zależy od spadku hydraulicznego o wykładniku potęgowym ½ < n < 1.

Filtracja laminarna i filtracja turbulentna, fpt. shutterstock

Współczynnik filtracji (k)

Współczynnik filtracji (k) (stała Darcy’ego) określa zdolność przesączania się cząsteczek wody poruszających się ruchem laminarnym przez system porów i kanalików gruntów porowatych i stanowi miarę przepuszczalności hydraulicznej (wodoprzepuszczalności) gruntów.


Współczynnik filtracji zależy od:

1) właściwości filtrującej cieczy (wody):

  •    temperatury,
  •    składu chemicznego,
  •    gęstości,
  •    lepkości.

  
2) właściwości fizycznych gruntu:

Henry Philibert Gaspard Darcy, fot. wikimedia.org

Zgodnie z prawem Darcy’ego objętościowe natężenie filtracji, czyli ilość wody przepływającej przez ośrodek porowaty w jednostce czasu, jest proporcjonalne do spadku hydraulicznego, poprzecznego przekroju prowadzącego wodę oraz współczynnika filtracji zgodnie z poniższym wzorem:

Q=k∙J∙F

gdzie:

  • Q – objętość wody przepływającej w jednostce czasu [m³/s],
  • k – współczynnik filtracji [m/s],
  • J – spadek hydrauliczny – różnica wysokości słupów wody bądź różnica ciśnień na drodze przepływu,
  • F – powierzchnia przekroju prowadzącego wodę [m²].


Prędkość przepływu wody (v) w przekroju prowadzącym wodę (F) określa zależność:

v=Q/F

Przekształcając powyższe równanie otrzymujemy wzór na powierzchnię przekroju (F):

F=Q/v

A więc:

Q=k∙J∙Q/v

czyli:

v=k∙J

Współczynnik filtracji (k) wyrażany w jednostkach prędkości – metrach na sekundę [m/s], definiowany jest więc jako liniowa zależność pomiędzy spadkiem hydraulicznym (J) oraz prędkością przepływającej wody (v), zgodnie z zależnością:

k=v/J

gdzie:

  • k – współczynnik filtracji [m/s],
  • v – prędkość wody [m/s],
  • J – spadek hydrauliczny.

Współczynnik filtracji wykorzystywany jest podczas projektowania ujęć wód podziemnych, fot. shutterstock

Wyznaczanie i znaczenie współczynnika filtracji

Współczynnik filtracji (k) można wyznaczyć za pomocą:

  • metod obliczeniowych – z wykorzystaniem wzorów empirycznych (na podstawie krzywej uziarnienia oraz wartości porowatości gruntu); metoda ta umożliwia uzyskanie orientacyjnych wartości współczynnika filtracji;
  • metod laboratoryjnych – z wykorzystaniem aparatów filtracyjnych ze stałym (grunty dobrze przepuszczalne) lub zmiennym spadkiem hydraulicznym (grunty słabo przepuszczalne), z uwzględnieniem temperatury przesączającej się wody (od której wprost proporcjonalnie zależy lepkość wody i szybkość przepływu); współczynnik filtracji oznacza się korzystając ze wzoru Darcy’ego:


Dla pomiaru ze zmiennym spadkiem hydraulicznym prędkość filtracji jest zmienna w czasie i zależy od wysokości poziomu wody w rurce w danym momencie czasu, zgodnie z zależnością:

v=k∙h/l

Współczynnik filtracji (k) można wyrazić zatem z wykorzystaniem następującego wzoru:

k=v∙l/h

gdzie:

  • v – prędkość filtracji [m/s],
  • l – długość pozornej drogi filtracji [m],
  • h – wysokość poziomu wody w rurce w danym momencie czasu [m].

  • metod polowych – z wykorzystaniem próbnego pompowania studni z i bez otworów obserwacyjnych, bezpośredniego pomiaru przepływu i otworu wiertniczego, zalewania szybików poszukiwawczych oraz szczerpywania; metody polowe należą do najbardziej kosztownych i pracochłonnych metod oznaczania współczynnika filtracji, umożliwiają uzyskanie bardzo dokładnych wyników.

Wartość współczynnika filtracji wykorzystywana jest w budownictwie ziemnym (m.in. dla obniżenia poziomu wód gruntowych podczas robót fundamentowych) oraz w budownictwie wodnym (m.in. dla określenia przepuszczalności grobli ziemnych i dna zbiorników wodnych, projektowaniu uszczelnień). 

Technologie inżynierii środowiska wykorzystują znajomość współczynnika filtracji podczas projektowania ujęć wód podziemnych, składowisk odpadów, zbiorników infiltracyjnych, złóż filtracyjnych (oczyszczanie ścieków) oraz określaniu czasu i kierunku rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w glebach i gruntach.

Indeks nazw
Szukaj lub wybierz według alfabetu
A B C D E F G H I J K L Ł M N O P Q R S Ś T U V W X Y Z Ź Ż
Znaki ekologiczne
Znak IHTK
Znak IHTK
4.9/5 - (7 votes)
Default Banner Post Banner
Subscribe
Powiadom o
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments