ﻣﻘﺪﻣﻪ‬ ‏

‎‫‎ﺧﺎك ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ اي از ذرات ﺟﺎﻣﺪ و ﺣﻔﺮات ﺑﻴﻦ آﻧﻬﺎﺳﺖ. درﻧﺘﻴﺠﻪ آب ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ از ﻳﻚ ﻧﻘﻄﻪ ﭘﺮ اﻧﺮژي ﺑﻪ ﻧﻘﻄﻪ ﻛﻢ اﻧﺮژي ﺗﺮ‬ ﺟﺮﻳﺎن ﭘﻴﺪا ﻛﻨﺪ. اﻳﻦ ﻣﺴﺌﻠﻪ از ‏ﻧﻘﻄﻪ ﻧﻈﺮ ﺗﺨﻤﻴﻦ ﻣﻴﺰان ﺟﺮﻳﺎن ﻫﺎي زﻳﺮزﻣﻴﻨﻲ ﺗﺤﺖ ﺷﺮاﻳﻂ ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ ﻣﺨﺘﻠﻒ، زﻫﻜﺸﻲ در‬ ﺣﻴﻦ اﺟﺮاي ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﻫﺎ در داﺧﻞ ﺳﻔﺮه ﻫﺎي آب زﻳﺮزﻣﻴﻨﻲ، ‏ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﭘﺎﻳﺪاري ﺳﺪﻫﺎي ﺧﺎﻛﻲ و ﺳﺎزه ﻫﺎي ﺣﺎﺋﻞ ﺧﺎك ﺗﺤﺖ‬ ‏‎‫‎ﻧﻴﺮوﻫﺎي ﻧﺸﺖ، و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺗﺤﻜﻴﻢ ﺧﺎك ﻫﺎي رﺳﻲ، ﺣﺎﺋﺰ اﻫﻤﻴﺖ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ.‬‏

ﮔﺮادﻳﺎن (ﺷﻴﺐ ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ) ‏

ﻃﺒﻖ راﺑﻄﻪ ﺑﺮﻧﻮﻟﻲ، ﺑﺎر آﺑﻲ ﻛﻞ ﻳﻚ ﻧﻘﻄﻪ آب در ﺣﺎل ﺟﺮﻳﺎن ﻣﺠﻤﻮع ﺑﺎر ﻓﺸﺎر، ﺑﺎر ﺳﺮﻋﺖ و ﺑﺎر ارﺗﻔﺎﻋﻲ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. ﻳﻌﻨﻲ:‬‏

‎‫‎ﻛﻪ در آن:‬‏
‎= h‎‏ ‏‎‫‪ ‎ﺑﺎر آﺑﻲ ﻛﻞ‬‏
‎= p‎‏ ‏‎‫‪ ‬‎ﻓﺸﺎر‬‏
‎= v‎‏ ‏‎‫‪ ‬‎ﺳﺮﻋﺖ‬‏
‎= g‎‏ ‏‎‫‪ ‬‎ﺷﺘﺎب ﺛﻘﻞ‬‏
‎= γ_w‏ ‏‎‫‪ ‬‎وزن ﻣﺨﺼﻮص آب‬‏

‎‫‎اﮔﺮ راﺑﻄﻪ ﺑﺮﻧﻮﻟﻲ ﺑﺮاي ﺣﺎﻟﺖ ﺟﺮﻳﺎن آب از داﺧﻞ ﻣﺤﻴﻂ ﻣﺘﺨﻠﺨﻞ ﺧﺎك در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد، ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺳﺮﻋﺖ ﻛﻢ ﺟﺮﻳﺎن، از ﺑﺎر‬ ‏‎‫‎ﺳﺮﻋﺖ ﻣﻲ ﺗﻮان ‏ﺻﺮﻓﻨﻈﺮ ﻛﺮد و ﺑﺎر آﺑﻲ ﻛﻞ را ﺑﻪ ﺻﻮرت زﻳﺮ ﻧﻮﺷﺖ:

‬‏

‏‫ﺷﻜﻞ 4-1 ارﺗﺒﺎط ﺑﻴﻦ ﻓﺸﺎر، ارﺗﻔﺎع و ﺑﺎر ﻛﻞ ﺟﺮﻳﺎن در داﺧﻞ ﺧﺎك را ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ. ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎ در ﻧﻘﺎط‬ ‏A‏ و ‏B‏ نصب ﺷﺪه اﻧﺪ. ﺗﺮاز ﺻﻌﻮد آب در ‏داﺧﻞ ﻟﻮﻟﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮي ﻧﺼﺐ ﺷﺪه در ﻧﻘﺎط‎ ‎‏ ‏A‏ و ‏B‏ ﺑﻪ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺗﺮاز ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮي ‏A‏ و ‏B‏ ﺧﻮاﻧﺪه ﻣﻲ‬‏‎‫‎ﺷﻮد. ﺑﺎر ﻓﺸﺎر در ﻫﺮ ﻧﻘﻄﻪ، ارﺗﻔﺎع ﺳﺘﻮن آب در ‏ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﻧﺼﺐ ﺷﺪه در آن ﻧﻘﻄﻪ اﺳﺖ. ﺑﺎر ارﺗﻔﺎﻋﻲ ﻫﺮ ﻧﻘﻄﻪ، ﻓﺎﺻﻠﻪ ﻗﺎﺋﻢ آن ﻧﻘﻄﻪ‬ ‏‎‫‎ﺗﺎ ﻳﻚ ﺗﺮاز ﻣﺒﻨﺎ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ.‬‏

‎‫‎اﻓﺖ (اﺗﻼف) ﺑﺎر ﺑﻴﻦ دو ﻧﻘﻄﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت زﻳﺮ ﻧﻮﺷﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد:‬‏

ﺷﻜﻞ 4-1 ﻓﺸﺎر، ارﺗﻔﺎع و ﺑﺎر آﺑﻲ ﻛﻞ ﺑﺮاي ﺟﺮﻳﺎن در داﺧﻞ ﺧﺎك

اﻓﺖ ﺑﺎر ‏‎‫‎را ﻣﻲ ﺗﻮان در ﺷﻜﻞ ﺑﻲ ﺑﻌﺪ ﺑﻪ ﺻﻮرت زﻳﺮ ﻧﻮﺷﺖ:‏

‎‫‎ﻛﻪ در آن:‬‏
‎=i‬‬‎‏ ‏‎‫‎ﮔﺮادﻳﺎن (ﺷﻴﺐ) ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ‬‏
‎‫‪=L‬‬‎‏ ﻓﺎﺻﻠﻪ ﺑﻴﻦ ﻧﻘﺎط ‏A‏ و ‏B‏.‏‎ ‬‎ﺑﻪ ﻋﺒﺎرت دﻳﮕﺮ ﻃﻮﻟﻲ از ﺟﺮﻳﺎن ﻛﻪ اﻓﺖ ﺑﺎر در آن رخ ﻣﻲ دﻫﺪ. در ﺣﺎﻟﺖ ﻛﻠﻲ، ﺗﻐﻴﻴﺮات ﺳﺮﻋﺖ ‏v‏ ‏‎‫‎ﺑﺮ ﺣﺴﺐ ﺗﻐﻴﻴﺮات ‏ﮔﺮادﻳﺎن ‪‏i، ‏‎‬‎ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﻜﻞ 4-2 ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. اﻳﻦ ﺷﻜﻞ ﺑﻪ ﺳﻪ ﻧﺎﺣﻴﻪ زﻳﺮ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﻣﻲ ﺷﻮد.‏

‎‫‎اﻟﻒ– ﻧﺎﺣﻴﻪ ﺟﺮﻳﺎن ﻻﻳﻪ اي (ﻧﺎﺣﻴﻪ ‪‏Ι‬‬‎‏)‏
‎‫‎ب – ﻧﺎﺣﻴﻪ اﻧﺘﻘﺎل (ﻧﺎﺣﻴﻪ ‪‏ΙΙ‬‬‎‏)‏
‎‫‎پ – ﻧﺎﺣﻴﻪ ﺟﺮﻳﺎن در ﻫﻢ (آﺷﻔﺘﻪ) (ﻧﺎﺣﻴﻪ ‏ΙΙΙ‬‬‎‏)‏

‏‫وﻗﺘﻲ ﻛﻪ ﺷﻴﺐ ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ ﺑﻪ ﺗﺪرﻳﺞ اﻓﺰاﻳﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ، ﺟﺮﻳﺎن در ﻧﻮاﺣﻲ‬ ‏I‏ و ‏II‏ به صورت لایه ای باقی مانده و سرعت ‏v‏ ‏‎‫‎راﺑﻄﻪ ﺧﻄﻲ ﺑﺎ ﺷﻴﺐ ‏ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ ﺧﻮاﻫﺪ داﺷﺖ. در ﺷﻴﺐ ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ زﻳﺎد، ﺟﺮﻳﺎن آﺷﻔﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد. وﻗﺘﻲ ﻛﻪ ﺷﻴﺐ ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ‬ ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ، ﺟﺮﻳﺎن ﻻﻳﻪ اي ﻓﻘﻂ در ﻧﺎﺣﻴﻪ ‏I‏ ‏‎‫‎وﺟﻮد ﺧﻮاﻫﺪ داﺷﺖ. در ﺧﻴﻠﻲ از ﺧﺎك ﻫﺎ، ﺟﺮﻳﺎن آب از ﻓﻀﺎل ﺣﻔﺮات ﺑﻴﻦ ‏‎‫‎داﻧﻪ ﻫﺎي ﺧﺎك را ﻣﻲ ﺗﻮان ﻻﻳﻪ اي ﻓﺮض ﻧﻤﻮد ﻛﻪ ﺑﺮاي آن:‬‏

در ﺳﻨﮓ ﻫﺎ، ﺷﻦ و ﻣﺎﺳﻪ درﺷﺖ ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ ﺟﺮﻳﺎن آﺷﻔﺘﻪ وﺟﻮد داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ ﺑﺮاي اﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ راﺑﻄﻪ ﻓﻮق اﻋﺘﺒﺎر ﺧﻮد را از‬ ‏‎‫‎دﺳﺖ ﻣﻲ دﻫﺪ.‬‏‎‫‎

ﺷﻜﻞ 4-2 ﺗﻐﻴﻴﺮات ﺳﺮﻋﺖ ‪ ‏v‬‎ﺑﺎ ﮔﺮادﻳﺎن ﻫﻴﺪروﻟﻴﻜﻲ ‪‏i‬‬