Laboratorní cvičení č.2 Měření hydraulických charakteristik půd: Koeficient nasycené hydraulické vodivosti K s a retenční čára

Transkript

1 Laboratorní cvčení č.2 Měření hydraulckých charaktertk půd: Koefcent naycené hydraulcké vodvot K a retenční čára Úkoly: na neporušeném vzorku půdy v Kopeckého válečku tanovte retenční čáru v blízkot naycení kombnací měření na podtlakovém aparátu porézní dekou a na píkovém tanku. ykrelete retenční čáru pro naměřené hodnoty a také pro hodnoty které vám budou dodány vyučujícím. Určete hodnotu naycené vlhkot θ. Na retenční čáře vyznačte polní vodní kapactu a bod vadnutí. zjtěte objemovou hmotnot půdy ρ d v Kopeckého válečku, vypočítejte pórovtot p na neporušeném vzorku tanovte koefcent naycené hydraulcké vodvot použtím permeametru kontantním a proměnným pádem potupy měření, výledky vašch měření a výledky měření na jedné další půdě zapracujte do Zprávy o půdních charaktertkách Retenční čára vyjadřuje vztah mez půdní vlhkotí a ací tlakovou výškou v rovnovážném tavu. Je základní hydraulckou charaktertkou, která vyjadřuje chopnot půdy udržet vodu Objemová hmotnot je hutota půdy průměrovaná pře celý objem vzorku tj. pře mnerální zrna protor mez nm (póry Koefcent naycené hydraulcké vodvot K je hydraulckou charaktertkou, která vyjadřuje chopnot vét vodu. Má rozměr rychlot a odpovídá rychlot proudění vody př jednotkovém pádu potencálu. podrobný výklad teore a přehled použtých metod naleznete v přednáškách on-lne: Retenční čára a Hydraulcká vodvot (Hydropedologe nebo Pedologe na webových tránkách K143 Práce budou na cvčení prováděny v pořadí kroků 1 + 2, 3 1. Stanovení retenční čáry v blízkot naycení na porézní dece a píkovém tanku prncp metody: Půdní vzorek plně naycený vodou je uazen na porézní médum (dále uvažujme např. porézní kleněnou ntrovou deku, malým póry a tudíž vyokou vtupní hodnotou vzduchu. Sntrová deka je plně naycena vodou a je přpojena na zdroj podtlaku, ten e vytváří buď vývěvou nebo nejčatěj gravtačně v ytému pojených nádob. Tento zdroj podtlaku rep. negatvní tlakové výšky muí být tablní a regulovatelný. Po uazení půdního vzorku na ntrovou deku e půdní vzorek e začne odvodňovat. Po určté době e tlakové výšky v půdě v ntrové detčce vyrovnají a celý ytém e dotane do rovnovážného tavu. Poté je vážením zjštěna objemová vlhkot vzorku θ a je určena tlaková výška h. Tyto dva údaje předtavují jeden bod retenční čáry. Opakováním potupu pro ér různých tlakových výšek zíkáme retenční čáru θ ( h. Pro různé rozahy tlakových výšek e používá různých porézních médí. našem cvčení budeme retenční čáru měřt nejprve na podtlakovém aparátu dekou ze ntrového kla pro tlakové výšky 0 až cca -20

2 cm a poté určíme jeden bod r.č. pro tlakovou výšku -50 cm na píkovém tanku. ýledek bude tvořt jednu retenční čára. pomůcky: předem naycený půdní vzorek v Kopeckého válečku, trychtýř e ntrovým klem, platová hadčka, třícetný kohout, 10 ml byreta, laboratorní tojan, třčka, Petrho mka, elektroncká váha, kádnka, formulář pracovní potup: Před zahájením měření naplňte podtlakový aparát vodou tak, aby pod dekou ze ntrovaného kla nebyly zachyceny velké bublny a hladna vody v byretě byla ve výšce cca 2 cm pod úrovní povrchu ntrové detčky. Zapšte čtení na tupnc byrety (A v ml do řádky 1 tabulky formuláře yhodnocení retenční čáry. Změřte výšku povrchu ntrové detčky v trychtýř nad rovnávací rovnou z ntr a zaznamenejte j do formuláře. Z mky vodou vyjměte neporušený půdní vzorek v Kopeckého válečku. zorek dentfkujte podle číla vyraženého nebo napaného na válečku. Naycený vzorek zvažte ( m at a naaďte (íťkou dolů na ntrované klo. odu, která případně vytekla do petrho mky na povrch vzorku. Hladna vody v byretě začne toupat a utálí e na nové úrovn. Odečtěte na tupnc byrety hodnotu v ml a zapšte j do loupce B do tabulky. Změřte výšku hladny vody v byretě nad dekou tolu h a zaznamenejte do -tého řádku tabulky. Kohoutem opatrně do kádnky vypuťte cca 2 ml vody z byrety a kohout natavte do mezpolohy ve které jou všechny výtupy uzavřeny. Pozor na polohu kohoutu! Poloha OFF muí př vypouštění měřovat do hadčky vedoucí k trychtýř. Poznamenejte do tabulky čtení na byretě (A v ml. Kohoutem znovu propojte byretu a trychtýř. Po utálení hladny vody zaznamenejte tav vody v byretě (B v ml. Tento bod potupu opakujte až do okamžku kdy hladna v byretě bude zhruba 20 cm pod úrovní povrchu ntrové detčky, zaznamenávejte vždy hodnoty A, B a h pro každý krok 2 až n Po ukončení měření na ntrové detčce vzorek zvažte ( m ntr. Tato hodnota je pouze kontrolní a nepoužívá e pro výpočet retenční čáry. Otevřete víko píkového tanku a naaďte vzorek (okrajem e íťkou dolů. Odečtěte na tupnc převýšení povrchu píkového tanku nad hladnou vody v byretě. Tato hodnota odpovídá hodnotě tlakové výšky v píkovém tanku (h pt. našem případě bude většnou nataveno h pt -50 cm. Nejdříve po 24h přjďte v otevíracích hodnách do laboratoře, přpravte hlníkovou váženku, zvažte j a zapšte její čílo a hmotnot (m váženka do formuláře. yjměte vzorek z píkového tanku, vzorek hora přklopte váženkou, překopte jej íťkou vzhůru a polečně váženkou zvažte ( m pt. Nyní ejměte nylonovou íťku gumovým kroužkem a zvažte je (m íťka. zorek vložte do ušárny natavené na 105 C. Nejdříve po dalších 24h přjďte v otevíracích hodnách do laboratoře, vyjměte váženku e vzorkem ze ušárny (!pomocí chňapky! a zvažte (m uš. yypte půdu z válečku a vyčtěte váleček drátěným kartáčkem. Zvažte prázdný váleček (m váleček. Nyní je možné přepočítat hrubé hmotnot označené čárkou (m at, m ntr, m pt a m uš na čté hodnoty vyjadřující pouze hmotnot půdy.

3 yhodnocení expermentu: vyhodnocení expermentu proveďte do tabulky označené jako yhodnocení měření retenční čáry. Cílem je vypočítat rovnovážné objemové vlhkot θ a jm odpovídající ací tlakové výšky h. ypočtěte objemovou vlhkot nayceného vzorku θ (v retenční čáře odpovídá tato vlhkot ací tlakové výšce h 0, vz tabulka θ mwat mwat mwat ρwvalecek 1. valecek (cm 3.cm -3 valecek kde: je vntřní objem válečku (cm 3 ρ je hutota vody (1 g -1. cm 3 w m je hmotnot vody v plně nayceném vzorku wat m wat m m (g at uš ypočtěte objemovou vlhkot pro každou hodnotu ací tlakové výšky h pro každé -té nížení hladny vody v byretě. Hodnoty h a θ zapujte do tabulky. První řádek tabulky ( 0 obahuje hodnotu naycené vlhkot θ, která odpovídá acímu tlaku h 0. Další hodnoty vlhkotí vypočítáte pomocí vztahu: w θ θ 1 (cm 3.cm -3 valecek kde w je objem vody, který vytekl ze vzorku v -tém kroku. Tlakové výšky h jou vždy dány rozdílem geodetckých výšek tředu vzorku a hladny vody v byretě. Protože e jedná o negatvní (ací tlakové výšky mají hodnoty záporné znaménko. Zbývá vypočítat polední bod retenční čáry měřený na píkovém tanku. Na píkovém tanku je natavena hodnota ací tlakové výšky h pt - 50 cm. ypočtěte vlhkot vzorku po měření na píkovém tanku takto: mpt muš θ pt (cm 3.cm -3 valecek θ pro měřený rozah acích tlakových výšek. Upozornění: tlaková výška e poněkud netandardně vynáší na ou y. Po naměření a vypočtení bodu retenční čáry pro tlakovou výšku natavenou na píkovém ykrelete graf retenční čáry ( h tanku vyžádejte od vyučujícího (emalem, nebo oobně další body r.č. pro tlakové výšky 330 cm, 1 bar, 3 bar, 7 bar a 15 bar. Př vyžádání dat nezapomeňte uvét hodnotu θ pt. 6. Stanovení objemové hmotnot půdy v Kopeckého válečku muš ρ d (g.cm -3 valecek kde m uš je hmotnot uché půdy vzorku (g 7. ýpočet pórovtot

4 Pórovtot zjtíme výpočtem z objemové hmotnot a na základě měrné hmotnot zjštěné př cvčení č. 1 ρd p 1 ρ 8. Měření hydraulcké vodvot prncp metody: neporušeným, plně nayceným vzorkem půdy voda protéká voda utálenou rychlotí a př kontantním pádu hydraulckých výšek. pomocí Darcyho zákona tanovt koefcent naycené hydraulcké vodvot K. Měření př proměnném pádu je založeno na tejném prncpu, ale pád e v průběhu měření mění a výpočet K e provádí pomocí Darcyho zákona ntegrovaného pře hydraulcké výšky. pomůcky: neporušený půdní vzorek o průměru 9 cm v plex válc, tempká cela, byreta upravená na marotteovu lahev, tojan pracovní potup: aparát kontantním pádem etava aparátu kontantním pádem je do značné míry přpravena pro měření. Neporušený půdní vzorek je uazen v tempké cele. Kohout na výtupu z tempké cely je uzavřen a vntřní protor tempké cely je zcela vyplněn vodou. Tempká cela je umítěna na tojanu a propojena flexblní hadcí na výpuť byrety. Pokud e v ytému objeví bublny je nutné vytlačt je pomačkáním flexblní hadce do byrety. Hadčka odvádějící vodu z tempké cely měřuje do trychtýřku a z trychtýřku hadcí do barelu. Nejprve natavíte pád hydraulckých výšek H. Za předpokladu homogenního protředí půdního vzorku je pád: H H kde: L H... rozdíl hydraulckých výšek na vtupu a výtupu z Tempké cely vyútění zavzdušňovací trubčky v byretě a výšky vyútění gumové hadčky odvádějící vodu z Tempké cely L délka válce e vzorkem S výhodou můžete natavt rozdíl výšek vyútění hadček H L, kdy z defnce Darcyho zákona bude změřená rychlot proudění přímo odpovídat koefcentu naycené hydraulcké vodvot K. Jné natavení H je amozřejmě také možné, ale nemělo by být výrazně vyšší než L aby nedocházelo k porušení truktury vzorku v důledku přílš rychlého proudění vody. Pro natavení pádu povolte vorku držáku byrety, pouňte j na novou výškovou úroveň a vorku opět dotáhněte. Natavené převýšení H zapšte. Pro změnu H můžete také změnt polohu vyútění gumové hadčky, ale vyútění nemí nkdy být níže než je horní okraj vzorku. Nyní začněte e amotným expermentem. yjměte gumovou zátku byrety a př zavřeném kohoutu byrety doplníme byretu vodou. Potom otevřete kohout byrety. této fáz voda protéká vyšším pádem a celý ytém e velm nadno odvzdušní. Počkejte dokud voda nezačne vytékat z gumové hadčky, zkontrolujte zda e v ytému neobjevly bublny a poté uzavřete byretu gumovou zátkou. tomto okamžku začněte odečítat tav vody v byretě v ml a zaznamenávejte čtení do přpraveného formuláře. Na počátku zaznamenávejte čtení na byretě v ntervalu 30, po 2-3 mnutách můžete nterval prodloužt podle rychlot proudění. Experment provádějte do utálení rychlot proudění, tj. do doby kdy budu

5 pokley hladny v byretě pro tejný čaový krok kontantní. Po poledním odečtu uzavřete kohout byrety. Aparát proměnným pádem Použjete tejný aparát, pouze vyjmete gumovou zátku platovou trubčkou z byrety. Byreta tedy nyní nebude fungovat jako Marottova láhev. Př zavřeném kohoutu doljte byretu až nad objem 500 ml. Potom otevřete kohout. oda začne proudt vzorkem. okamžku, kdy hladna v byretě poklene na úroveň 500 ml puťte čaomíru a nechte hladnu poklenut např. na 300 ml, a zaznamenejte dobu pokleu hladny t p a objem vody který protekl vzorkem 01 (v našem případě 200 ml. Poté změřte převýšení úrovně značky 500 ml ( H 0, a úroveň, na kterou hladna poklela např. značka 300 ml ( H 1. Spočítejte celkový objem. vyhodnocení: naycenou hydraulckou vodvot vyhodnotíte pomocí Darcyho zákona. Nejprve vynete průběh průtoku Q v čae. Ze záznamu tavu vody v byretě průtok vypočítáte ze vztahu: 1 Q (cm ( t t 1 3.mn -1 kde: 1... je objem vody v byretě v čae t 1 (ml... je objem vody v byretě v čae t (ml t 1, t jou dva po obě jdoucí čay čtení objemu vody v byretě (mn Q a z grafu nebo tabulky odečtěte hodnotu utáleného průtoku Q ut. Pak vypočtěte z Darcyho zákona K : Qut L K (cm.mn -1 Q (pro případ H L pak zjednodušeně K A H ut A vynete graf ( t kde: A je průřezová plocha půdního vzorku (cm 2 Koefcent naycené hydraulcké vodvot z expermentu proměnným pádem vyhodnotíte náledujícím způobem: 01L H 0 K ln H H At H ( 0 1 p 1 kde 01. objem vody proteklý vzorkem (např. 500ml 300ml200ml200cm 3 A je průřezová plocha půdního vzorku (cm 2 t p.. ča za který vzorkem protekl objem