Postup práce při polním měření kompaktním výtopovým infiltrometrem a dataloggerem

Transkript

1 Strana 1 Manuál INFILTROMETR Postup práce při polním měření kompaktním výtopovým infiltrometrem a dataloggerem OMEGA OM-PL420 (verze z 25.července 2006, revize , revize , revize ) Princip zkoušky. K povrchu půdy je přiváděna voda právě takovou rychlostí, jakou se vsakuje. Zjišťujeme okamžité maximální hodnoty rychlosti infiltrace (intenzity vsaku) vody na zvoleném rozhraní půdního profilu. Současně se zjišťuje kumulativní infiltrace za daný časový interval od začátku zkoušky. Intenzita infiltrace je v čase proměnlivá a závisí vedle půdních vlastností (mj. vlhkost půdy před zahájením zkoušky) na výšce vodního sloupce, působícího na povrch půdy. Kumulativní infiltrace se zjišťuje v intervalech, například odpovídajících době trvání návrhových dešťů (15min, 30min, 1hod apod.). Přístroj je vhodný pro měření na půdách s propustností pro vodu velmi nízkou až vysokou (klasifikováno podle Němce, 1973) tj. do hodnot nasycené hydraulické vodivosti 230 cm.den -1 (26, m.s -1 ) případně pro propustnosti vyšší v opodstatněných případech. Horní limit je dán praktickým požadavkem srovnatelnosti objemu zásobní nádoby na vodu a objemu vody infiltrované do půdy v průběhu zkoušky. Přístroj je zejména vhodný pro měření velmi malých rychlostí infiltrace, neboť uzavřená konstrukce eliminuje vliv výparu a automatizace měření umožňuje libovolně dlouhou dobu měření. Pracovní postup. 1. Před začátkem měření provést montáž zásobní nádrže: - do válce zašroubovat kovové kapacitní čidlo (vzduchotěsně!, použít mazací tuk) - na horní kontakty čidla nasunout konektor a přišroubovat propojovací kabel - do horní průchodky zasunout zavzdušňovací trubičku, zkontrolovat stav pryžového těsnění a pohyblivost převlečné matice. Pryžový O-kroužek a část trubičky ošetřit mazacím tukem (zajistit vzduchotěsnost spoje při utažení převlečné matice). - zkontrolovat kompletnost přístroje včetně funkčnosti jednotlivých dílů (pohyblivost dolního ventilu, pohyblivost uzávěru nalévacího otvoru, těsnost horní kovové příruby, nastavení úchytů zarážecího prstence atd.) - zkontrolovat stav pryžových těsnění, případně je vyměnit a doplnit servisní sadu 2. Na místě měření provést přípravu přístroje: - povolit případně vymontovat uzávěr nalévacího otvoru - uzavřít dolní ventil Pozn.: Poloha otočné páčky: svisle (v ose válce) = otevřeno, vodorovně = uzavřeno 3. Konektor propojovacího kabelu čidla zapojit do dataloggeru, modrý a červený kontakt konektoru připojit k baterii 12 V (modrý = záporný pól baterie, červený = kladný pól baterie ten je na baterii vyznačen červenou zalévací hmotou vývodu baterie. Dodržet POLARITU!). Pozn.: Doporučuje se den předem zkontrolovat zda je baterie nabitá, v případě, že není, je třeba baterii PŘED MĚŘENÍM NABÍT trvá až 1 den) 4. Zkontrolovat v dataloggeru baterii 9V proměřit napětí voltmetrem, případně otestovat: pokud je v pořádku, LED dioda 5x zeleně problikne Pozn.: Testování funkce dataloggeru předpokládá provést poté novou inicializaci po opětovném otevření dvířek konektoru (viz dále: příprava daltaloggeru OM-PL420) 5. Válec naplnit vodou - maximálně do úrovně cca 2cm pod dolní okraj horní kovové příruby (víka zásobní nádrže). Nad touto úrovní není výška hladiny čidlem registrována a tudíž zkreslí výsledky měření!!! Doporučujeme naznačit na plexisklovém válci rysku maximální

2 Strana 2 Manuál INFILTROMETR hladiny, pokud není provedeno výrobcem. Zašroubovat a utáhnout záslepku v nalévacím otvoru (doporučujeme použít mazací tuk). 6. Smontovanou, vodou naplněnou a elektrickými kabely k dataloggeru připojenou zásobní nádrž odložit na odstavnou podložku poblíž místa měření (přibližně svisle), neznečistit přitom zeminou dolní stranu přístroje. Zkontrolovat těsnost a kompletnost. 7. Upravit místo měření a zatlouci ocelový zarážecí kroužek infiltrometru do půdy. (Rozlišovat dva přístupy: A zatlouci co nejméně (1-3cm), B zatlouci tak, aby horní okraj byl cca 1-2cm nad povrchem půdy, případně také až zároveň s povrchem půdy. Zvolená varianta souvisí zejména s metodou početního zpracování, zvolenou minimální požadovanou výškou vodního sloupce nad povrchem půdy atd. V neposlední řadě souvisí také se schopností půdy fixovat přístroj po smontování ve svislé poloze.). Doporučeno zatlouci dle postupu B, tj. vrch prstence cca 1-2cm nad povrchem půdy. 8. Vyplnit protokol o měření: provést popis instalace prstence v terénu, doplnit náčrtkem. Měřeným parametrem je výška prostoru mezi horním okrajem válečku a povrchem půdy /C/ (zapsat jako aritmetický průměr 3-4 měření na diagonálách). Ze stejného horizontu poblíž místa měření je třeba odebrat neporušené vzorky na laboratorní stanovení počáteční objemové vlhkosti půdy, objemovou hmotnost redukovanou a pórovitost (specifickou hmotnost je možné stanovit odhadem). 9. Na ocelový válec opatrně nasadit a upevnit zásobní nádrž infiltrometru. Dbát na zachování těsnosti zaraženého válce do měřené půdy!!! Vyvarovat se pohnutí zeminy v zarážecím prstenci. 10. Podle předpokládané hydraulické vodivosti půdy a dle účelu využití dat (a také metody výpočtu) zvolit úroveň zasunutí zavzdušňovací trubičky do válce (umožňuje využití funkce Mariottovy láhve tedy nastavuje konstantní hydrostatický tlak na povrch infiltrované půdy). Utáhnout převlečnou matici a tím jednak vzduchově utěsnit průchod trubičky z láhve, jednak zafixovat nastavenou výšku. Diferenci výšky vysunutí trubičky nad úrovní dolního dorazu trubičky na dno zásobní nádrže poznamenat jako hodnotu DA resp. A (viz obrázek dole). Nastavený hydrostatický tlak na povrch půdy se vypočte jako součet: H = A + B + C [mm] Pozn.: Hodnotu B uvádí pro konkrétní verzi přístroje výrobce a lze ji také stanovit jako vzdálenost vnitřní úrovně dna zásobní nádrže a horní hrany zarážecího válce (při zanedbání mezery mezi válcem a konstrukcí těla infiltrometru = cca 0,1-0,3 mm způsobené stlačeným pryžovým těsněním, lze měřit k dolnímu okraji tělesa zásobní nádrže). 11. Zapnout datalogger cca 1-3 min. před začátkem měření. Přístroj je již instalován na místě měření a tato doba umožní identifikovat výšku počáteční hladiny. (ZAVŘENO = MĚŘÍ, viz návod na použití dataloggeru a jeho nastavení). Pokud jsou dvířka konektoru na dataloggeru otevřená, data se NEUKLÁDAJÍ (toto je přepravní poloha před zahájením měření, případně po skončení měření). Zapnutí dataloggeru se tedy provede ZAVŘENÍM DVÍŘEK konektoru. Pozn.: Délka pauzy by měla korespondovat s nastaveným intervalem archivace dat tak, aby datalogger uložil 5-10 měření této konstantní úrovně hladiny. To umožní při početním vyhodnocení výsledků měření identifikovat čas otevření ventilu (čas není v rámci intervalu ukládání dat kritický) a především úroveň počáteční hladiny. Pozn.: Vždy po znovuotevření dvířek je potřeba data stáhnout a vymazat paměť, jinak se nová data nenačítají!!! V manuálu OMEGA OM-PL420 je psáno, že pokud se dvířka jen krátce otevřou, maximálně na dobu do 10sec., měření se nepřeruší a dál pokračuje.

3 Strana 3 Manuál INFILTROMETR 12. Po této pauze otevřít ventil do polohy OTEVŘENO = START měření (otočit ventil o 90 ). Během několika vteřin dojde k zaplnění prostou V 1 +V 2 (viz obrázek níže) nad povrchem půdy. To se projevuje výronem bublin z otvoru ventilu. Bouřlivé bublání ze středového otvoru po několika vteřinách ustane a bublinky se začnou objevovat na dolním konci zavzdušňovací trubičky. To signalizuje začátek funkce Mariottovy láhve a intenzita bublání bude odpovídat rychlosti infiltrace. 13. Proces VLASTNÍHO MĚŘENÍ (mělo by trvat minimálně dvě hodiny - viz dále). Vodu nechat odtékat až do úrovně cca 1cm nad horním okrajem výpustného ventilu resp. do úrovně cca 1cm nad dolní okraj zavzdušňovací trubičky (při nižší hladině vody hrozí riziko vyrušení funkce Mariottovy láhve začala by infiltrace s proměnným hydraulickým spádem, případně zastavení infiltrace, pokud by voda ventilem neodtékala!!). Pokud má měření dále pokračovat a hladina se přibližuje k této limitní úrovni, je třeba provést v rychlém sledu uzavření dolního ventilu, otevření nalévacího otvoru a dolití vody znovu až po horní rysku (cca 2cm pod okraj horní příruby zásobní nádrže). Poté zátku nalévacího otvoru opět vzduchotěsně uzavřít, ventil otevřít a pokračovat v měření. Tento použitý postup s přerušením měření však způsobí potřebu následné výpočtové korekce měřených dat. Je však nutný u půd s vyšší propustností, která hraničí s podmínkami použití přístroje (vysoká propustnost; tj. nad cca 2-5 m.den -1 ). 14. Měření lze ukončit tehdy, jestliže je po dostatečně dlouhou dobu infiltrace ustálená (toto kritérium nelze v terénu vyhodnotit jinak než prováděním pomocných vizuálních sledování např. počtem vytvořených bublin na dolním konci zavzdušovací trubice za konstatntní časový interval, tedy např. počet bublin za minutu, za pět minut. Je možné také měřit diference poklesu hladiny v zásobní nádrži s použitím odměrného měřítka a stopek). Z praxe lze pro běžné případy doporučit, aby měření trvalo minimálně 2 hodiny, optimálně 3-4 hodiny (u velmi málo propustných půd i několik hodin, příp. desítek hodin). U propustných půd by to mohlo znamenat potřebu častého otevírání nádoby a dolévání. V tom případě je vhodné vizuálně evidovat režim poklesu hladiny. Pokud se ve zvoleném časovém intervalu opakuje 3x stejná výška poklesu (diference), lze měření považovat za ustálené. Podnětem pro ukončení zkoušky může být také porucha (zvodnění vzorku, nestabilita soupravy v půdě, vytékání vody podél zaraženého válečku či výrazné zapojení preferenčních cest např. puklin, myší díry, cesty po žížalách apod.). Měření je ukončeno otočením ventilu uzávěru do polohy ZAVŘENO. 15. Měla by následovat opět pauza 1-3 min. během níž je hladina na konstantní úrovni a to je registrováno dataloggerem. Tato operace může u propustnějších půd lépe identifikovat konec měření při výpočtovém zpracování. Délka pauzy viz poznámky k bodu Po skončení měření : a) vypnout datalogger, tzn. otevřít dvířka a stáhnout naměřená data do PC (v terénu nebo následně v kanceláři). Bez stažení dat a s tím souvisejícího vymazání z paměti dataloggeru nelze pokračovat v dalším měření se stejným dataloggerem, pokud byla dvířka otevřena!! Pozn.: Je možné použít pro další měření jiný čistý datalogger s vymazanou, prázdnou pamětí nebo zvolit jinou variantu nastavení dataloggeru podle návodu výrobce. b) nevypínat datalogger, tzn. nechat dvířka zavřená a pokračovat v měření na jiné soupravě infiltrometru nebo na jiném místě s tímtéž přístrojem bez stažení doposud naměřených dat. Pozn.: kapacita paměti je cca zaznamenaných hodnot. Při standardně nastaveném intervalu 10sec. může trvat měření 2dny, 11hodin, 43min, 20sec od

4 Strana 4 Manuál INFILTROMETR prvního spuštění dataloggeru, nebo např. při nastavení intervalu 1min bude trvat funkce zápisu dat po dobu 14dní, 22hodin, 20minut (viz. SW výrobce dataloggeru: Setting Up The Logger To Record Data Logger/Setup...). 17. Uvolnit spojky a odpojit zásobní nádrž od ocelového zarážecího kroužku, vylít vodu. Popsat vlhkostní profil pod horizontem infiltrace a popsat podmínky zkoušky makroskopickým popisem půdního profilu. Součástí dodávky přístroje jsou následující podklady: - kalibrační křivka / rovnice čtení dataloggeru (ma) a výšky hladiny vody v zásobní nádrži (mm) resp. objem vody v nádrži (ml) [Pozn.: Může být vyjádřena rovnicí s vyjádřením oboru platnosti takové rovnice.] - objem prostoru V 1 v (ml) [Pozn.: Objem prostoru V=V 1 +V 2 se odečte z dat počátku měření hladin v zásobní nádrži. Vnitřní světlost zarážecího prstence je D=100mm. Na základě poznámek z terénu a náčrtku /viz hodnota C/ se provede kontrolní výpočet objemu válcového prostoru /např. C=15mm/]. Tento měřený objem/výška se odečítá z hodnoty měřené kumulativní infiltrace. - konstrukční hodnotu B pro výrobní sérii přístroje - doporučené pracovní postupy na zpracování výsledků - tento manuál pro použití přístroje

5 Strana 5 Manuál INFILTROMETR DA DA stanoveno jako diference od dorazu trubičky na dně Tato diference reprezentuje hodnotu A H hydrostatický tlak na povrch půdy H = A + B + C [mm] Minimálně dosažitelné H = 1,0-1,5 cm podle konstrukční verze přístroje a způsobu instalace v terénu. H V 1 V 2 A B C A volí a nastavuje uživatel [mm] B dle verze přístroje [mm] (uvádí výrobce v dokumentaci) C změřeno v terénu [mm] V = V 1 + V 2 [ml, cm 3 ] Objem V 1 uvádí výrobce. Objem V se stanoví analýzou záznamu dataloggeru po identifikaci otevření ventilu.