කැපිලරිත්වය
කේශිකතාවයේ ප්රකාශය
පටු වීදුරු නළයක්, නිශ්චල සහ ප්රවාහනයක් නොමැති ජලය ඇති භාජනයක ගිල්වා දැමූ විට, නළයේ ජලය භාජනයේ N මට්ටමට ඉහළින් hk උසකට නැඟෙයි, සහ නළය තුළ ජල පෘෂ්ඨය මෙනිස්කය m (රූ. 1_a_) සාදයි. නළය තරමටම පටු වන තරමට ජලයේ කපිලරි නැගීමේ උස hk වැඩි වේ.
ජලයේ කෙප්ලරි උත්සාහය meniscus m හි උස්සන බලයට අයත් වන අතර, එය ජලය හා වීදුරුවේ අණු අතර ඇති අන්තරඅණුක ආකර්ෂණ බල සහ පටු නලයේ බිත්ති හා ජල මතුපිට අතර ඇති පෘෂ්ඨීය ආතතීන් මඟින් විස්තර කෙරේ.
වීදුරු නළ බිත්තිය සහ ජල මතුපිට අතර ස්පර්ශයේදී, මෙනිස්කසය m හි මතුපිටට ස්පර්ශක රේඛාවේ දිශාවෙන් කේශනාලිකා බලය R ක්රියා කරයි; එය දිග ඒකකයට බර ඒකකයෙන්, p/cm ලෙස ප්රකාශ කරයි. R බලය බිත්ති මතුපිටට සමාන්තර J කොටසකට සහ බිත්තියට ලම්භ P කොටසකට බිඳ දැමීමෙන්, මෙනිස්කසයේ ඉහළට ඔසවන බලය (රූ. 1_a_): J = R cosα ලබා ගනී.
R බලය බිත්තියේ පෘෂ්ඨය සමඟ සාදන α කෝණය කැපිලරි කෝණය ලෙස හැඳින්වේ සහ එහි අගය 0 සිට 90O දක්වා පරාසයක පවතී. කැපිලරි නළයෙහි ජලය සහ එහි බිත්ති සම්පූර්ණයෙන්ම පිරිසිදු නම්, τότε α=0, මෙනිස්කස් පෘෂ්ඨය අර්ධ වෘත්තාකාර වේ, ඉහළට ඔසවන බලය J = R උපරිම වේ (රූ. 1_b_). ජලයෙහි මේද හෝ කාබනික අම්ල තිබේ නම් හෝ බිත්ති මේදමය නම්, τότε α = 90°, මෙනිස්කස්යක් සෑදෙන්නේ නැත, එබැවින් ජලයේ කැපිලරි නැගීමද නොමැත.
රූප. 1. ජලයේ කැපිලරි උස ගැන්වීම සහ කැපිලරි බලයන්ගේ ක්රියාව
ඉහළට ඔසවන බලය J = R cos α අපට සමතුලිතතා කොන්දේසියෙන් ලැබේ; එයට අනුව මෙනිස්කසයේ මුළු පරිධිය sepanjang ඇති මුළු ඉහළට ඔසවන බලය J, එනම් අරය r ඇති කේශනාලිකා නළය, උස h__ₖ වූ ජල තීරුව නලය තුළ තබා ගනී:
R cos α · 2π_r_ = π_r_² h__ₖ γ__w
එහිදී γ__w ජලයේ පරිමා බරයි.
පෙර සමීකරණයෙන් අපට උස්සන කේෂික බලය ලබාගත හැකිය:
R cos α = (r · h__ₖ · γ__w) / 2
එනම් කේශනාලිකා නැගීමේ උස:
h__ₖ = (2_R_) / (r · γ__w) · cos α [cm].
උණු කැපිලරි ජලය, වැඩි ස්නායුස්ථිතිය නිසා, සීතල ජලයට වඩා කැපිලරි නළය තුළ උසින් වැඩි දුරක් නැඟේ. එබැවින් එකම කැපිලරි උසනයේ උස h__ₖ සඳහා උණු කැපිලරි ජලය වෙනුවෙන් R cos α බලය සීතල ජලයට වඩා කුඩාය. ජලයේ විවිධ උෂ්ණත්ව t සඳහා, සියලුම එකම කොන්දේසි යටතේ සිදු කළ පරීක්ෂණ අනුව, උසස් කිරීමේ බල R cos α හි පහත අගයන් ලබාගැනුණි:
| t = | 0° | 10° | 20° | 40° |
|---|---|---|---|---|
| R cos α = | 0,0756 | 0,0742 | 0,0727 | 0,0695 p/cm |
කැපිලරි නළයේ ජලය ඇදීමේ ආතතියකට ලක්ව ඇත, මන්ද R cos α බලය එය ඉහළට ඔසවයි, ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය එය පහළට ඇද දමන අතර. එහෙත් කැපිලරි බලය R ක්රියාත්මක වීමෙන් කැපිලරි නළයේ බිත්ති පීඩන ආතතියකට ලක්ව ඇත.
පසේ කපිලාරතාව
කැපිලරිත්වය පස තුළද පවතී; එහි කැපිලරි නළ මගින් පෝර සෑදෙයි, ඒවා සියලු දිශාවලම එකිනෙකාට සම්බන්ධව පවතී. පස තරමක් සියුම් දාණුමත් වන තරමට පෝර වඩාත් සියුම් වන අතර කැපිලරි නැගීමේ උස වැඩි වේ. මෙම උස පසෙහි ව්යුහය මතද රඳා පවතී. එහෙත් පසෙහි පෝර විවිධ ප්රමාණවලින් තිබිය හැකි බැවින් කැපිලරි නැගීමේ උසද විවිධ වේ. කැපිලරි ජලය ඉහළට නැගෙමින් “පුළුල් ස්ථාන” වෙත, එනම් ලඟා වූ උසෙහි ඉදි වන බලයට ගැළපෙන පටු පෝර ප්රමාණයට වඩා විශාල පෝරකට ලඟාවුවහොත්, එවිට තවදුරටත් කැපිලරි නැගීම එම විශාල පෝරෙහි ප්රමාණය මත රඳා පවතී. මෙම අවස්ථාවේ අපට ක්රියාකාරී කැපිලරි නැගීමේ උස h__ₖₐ ඇති අතර එය විශාලතම පෝර මත රඳා පවතී. ඊට විරුද්ධව, භූගත ජල මට්ටම පහළ යද්දී කැපිලරි ජලය ඉහළ සිට පහළට බසින අතර “පටු ස්ථාන” හමුවුවහොත්, එය එම ගැඹුරේම රැඳී සිටින අතර තවදුරටත් පහළ නොයයි. එවැනි අවස්ථාවේ අපට නිෂ්ක්රීය කැපිලරි උස h__ₖₚ ඇති අතර එය කුඩාම පෝර මත රඳා පවතී.
මෘදායේ රන්දතාව සහ ව්යුහය අනුව වසා ඇති සහ විවෘත කැපිලරි ජලය වෙන් කරනු ලැබේ.
සමීප කපිලාර ජලය භූගත ජල මට්ටම සමඟ සම්බන්ධ වන අතර, ඉහළට නැගෙද්දී තම ඉදිරියෙන් වාතය පසෙහි ඉහළ කලාපයට තල්ලු කරයි. එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස ඉහළ කලාපයේ වාත ප්රමාණය වැඩි වන අතර, ඒ සමඟම එම කලාපයේ රන්ධ්රවල වායු පීඩනයද වැඩි වේ. එලෙස ඇති වූ වායු පීඩනය කපිලාර නැගීමට විරුද්ධ වන අතර, එබැවින් කපිලාර නැගීමේ උස අඩු වේ. මෙම අවස්ථාව පහළ පස ස්තරවල, භූගත ජල මට්ටමට සෘජුවම ඉහළින්, රන්ධ්ර සිහින් වන අතර කපිලාර නැගීමේදී ජලය සියලු රන්ධ්ර සම්පූර්ණයෙන්ම පුරවන ස්ථානයේ ඇතිවේ.
විවෘත කේශික ජලය ද භූගත ජල මට්ටම සමඟ සම්බන්ධ වේ, නමුත් එය වාතයෙන් පිරුණු රන්දුරු අසල පිහිටයි. මෙම අවස්ථාව පසෙහි ඉහළ කොටසෙහි සිදුවෙයි; එහි රන්දුරු විවිධ ප්රමාණයේ බැවින් ජලය සම්පූර්ණයෙන් පුරවන්නේ කුඩා රන්දුරු පමණි, අසල්වැසි විශාල රන්දුරු තුළ වාතය පවතී. කේශික ඉහළට ගමන් කිරීමේදී, ජලය කුඩා රන්දුරු වලින් වාතය අසල්වැසි විශාල රන්දුරු වෙත තල්ලු කරයි; එබැවින් කේශිකයේ ජල තීරුවට ඉහළින් ඇති උස ප්රදේශයේ වායු පීඩනයක් නොසැලසෙයි, එවිට විවෘත කේශික ජලය වැසුණු කේශික ජලයට වඩා වැඩි උසකට ඉහළ යයි.
වසා ඇති හෝ විවෘත කැපිලරි ජලය පවතින කලාපය තීරණය කරනු ලබන්නේ පසෙහි ජල ප්රමාණය w මත පදනම්වය.
වසා ඇති කැපිලරි ජලයේදී සියලු සිදුරු ජලයෙන් පිරී තිබේ, එයින් අදහස් වන්නේ භූමියේ ජල ප්රමාණය w = wZ වන අතර, එනම් සන්තෘප්ති මට්ටම S__ᵣ = 1,0 බවයි.
විවෘත කැපිලරි ජලයේදී කුඩා රන්ද්ර සම්පූර්ණයෙන්ම ජලයෙන් පිරී ඇති අතර, විශාල රන්ද්ර අර්ධ වශයෙන් ජලයෙන් පිරී থাকে; එය ඝන කණිකා ආවරණය කරන ජල පටලය සහ ඝන කණිකා අතර ස්පර්ශ ස්ථානවල කොණ ජලය (රූපය 2) මගිනි, ඉතිරි කොටස වාතයෙන් පිරී ඇත. එබැවින් මෙම අවස්ථාවේදී w < wZ, එනම් S__ᵣ < 1,0.
එක් එක් පස් වර්ග සඳහා කපිලරි නැඟීමේ උස h__ₖ පරීක්ෂණාගාර පරීක්ෂාවක් මඟින් තීරණය කරනු ලැබේ. එක් එක් පස් වර්ග සඳහා සාමාන්ය h__ₖ උස පහත සීමාවල පවතී:
| භූමියේ වර්ගය | hₖ |
|---|---|
| සිහින් වැලි | hₖ = 0,05 - 0,5 m |
| දූවිලි | hₖ = 0,5 - 5,0 m |
| මැටිමය පස | hₖ = 5,0 - 15,0 m |
| මැටි | hₖ = 15,0 - 50,0 m සහ ඊට වැඩි |
රූ. 2. ජල පටලය සහ කෝණික පෘෂ්ඨීය ජලය
මണ്ണේදී කපිලරි බලය R ඝන අංශු මත පීඩනයෙන් ක්රියා කරමින්, ඒ අතර তথ්යකථිත පෙනුම් සහජතාව සෑදෙයි, එය ඝන අංශු අතර යම් බැඳීමක් ලෙස ක්රියා කරයි. නමුත් පෙනුම් සහජතාව පවතින්නේ මണ്ണයේ රන්ද්රවල ජලයේ කපිලරි උඩයෑම පවතින තෙක් පමණි. මണ്ണය ජලයට ගිල්වීමෙන් රන්ද්ර ජලයෙන් සන්තෘප්ත වී පෙනුම් සහජතාව පවතින්නේ නැති වේ.
පෙනෙන සංයෝජනයෙන් පැහැදිලි කරන්නේ වියළි තත්ත්වයේ ලිහිල්ව පවතින සියුම් වැලි තෙත් තත්ත්වයේදී යම් බන්ධනීයභාවයක් ලබා ගන්නා බවත්, එමගින් වියළි වැල්ලෙන් කළ නොහැකි ලෙස ආකෘතිගත කළ හැකි බවත්ය.
දන්නා පරිදි, මුහුදු වෙරළවල තරංගවලින් තෙත් වන වැලි (මඩ හෝ දූවිලි නොවන තාක්) මෙතරම් හොඳ දරාගැනීමේ හැකියාවක් ඇතැයි කියන්නේ එය මත බයිසිකලයක් හෝ මෝටර් රථයක් පදවා යා හැකි බවයි. එහෙත් තව ටිකක් දුරින්, තරංග නොපැමිණෙන තැන, එම වැලි වියළි තත්ත්වයේ ඇති විට එහි රෝද ගිලී යන බැවින් කිසිදු ගමනක් කළ නොහැක.
පාරගම्यता
පාරගම්ය ද්රව්යයක් හරහා ජල ප්රවාහය
සම්බන්ධිත භාජන A, B, C, D, සහ E (රූ. 3) සලකා බලමු; ඒවායේ a සිට b දක්වා දිග L වූ කොටසක් උදාහරණයක් ලෙස වැලි වැනි පාරගම්ය ද්රව්යයකින් පුරවා ඇත. සම්බන්ධිත භාජනවල එක් අගයකින් N₁ මට්ටම දක්වා ජලය වත් කළහොත්, සම්බන්ධිත භාජනවල ජල මට්ටම වෙනස් වනු ඇත, එනම් ජලය ගමන් කළ දුර දිගට අනුව එය පහළ යනු ඇත.
Sl. 3. ජලය පාරගම්ය ද්රව්ය හරහා ගලා යෑම
පිරිහීමේ h₁ උස ෆිල්ටරයට ඉදිරියෙන් ලැබුණු මොහොතේ, ෆිල්ටරයට පිටුපසින් h₂ පවතිනු ඇත. එවිට N₁ සහ N₂ මට්ටම් අතර වෙනස වනුයේ:
h = h₁ − h₂
අතර වෙනස h යනු පෙරනය හරහා ජලය ගලා යාමේ ප්රතිරෝධය ජයගැනීමට වැය වූ අහිමි වූ ස්ථිතික පීඩනයයි. මෙම ප්රභාවය ප්රංශ විද්යාඥයෙකු වූ Darcy විසින් මීට 1856. වසරේදීම හඳුනා ගන්නා ලදී. එවිට ඔහු පාරගම්ය මාධ්යයක් හරහා ජල ප්රවාහ වේගය ගණනය කිරීමට පහත සූත්රයද ඉදිරිපත් කළේය:
V = k × (dh/dL) = ki
කොහෙද:
- V = ජලය පාරගම්ය ස්කන්ධය හරහා ගලා යන වේගය, [cm/sec],
- k = භූමි ගුණාංග මත රඳා පවතින පාරගම්යතා සංගුණකය [cm/sec],
- dh = උස h සූක්ෂ්ම ස්ථර විශාල සංඛ්යාවකට බෙදූ විට ලැබෙන දිගකි [cm],
- dL = L දිග h උස සමඟ එකම ගණනක දිග කොටස්වලට බෙදූ විට ලැබෙන දිග, [cm].
dh/dL = i යන අනුපාතය, ගිලා බැසීමේදී අහිමි වූ උස සහ ජලය ගමන් කළ මාර්ගය අතර අනුපාතය වන අතර එය හයිඩ්රොලික් ඇදවැටීම, හයිඩ්රොලික් ග්රේඩියන්ට් හෝ තවත් පීසොමීටර් නැඹුරුව ලෙස හැඳින්වේ._ මෙම අවසාන නාමය ආරම්භ වන්නේ B, C සහ D නළවලිනි, ඒවා පීසෝමීටර් නළ ලෙස හැඳින්වේ. ඉදිරි ආකෘතිය ජලය පෙරහනක් හරහා ගමන් කිරීම පිළිබඳ ඩාර්සිගේ නියමය ලෙස හැඳින්වේ.
නිශ්චිත කාලයක් t තුළ පෙරහනේ කපාංශ ප්රදේශය A හරහා ගමන් කරන මුළු ජල ප්රමාණය q යනු
q = kAti,
එතැන් සිට
k = q / (Ati), එසේත් නැත්නම් k = qL / Ath,
එහිදී i = h / L = L දිගෙහි හයිඩ්රෝලික් අඩු වීම (එය සරල රේඛීය නම්) වේ.
k ගුණකය 10°C උෂ්ණත්වයේදී පසෙහි පාරගම්යතාවය ප්රකාශ කරයි.
k = V / i [cm/sec]
ජලය මෙන් තුලින් ගලායන වේගය සූත්රයෙන් ලබාගනු ලැබේ
V = q / A [cm/sec],
මෙහි q = තත්පරයකට cm³ වලින් මണ്ണය හරහා ගලා යන ජල ප්රමාණය, 10°C උෂ්ණත්වයේදී, A = ජලය ගලා යන මണ്ണයේ හරස්කඩ ප්රදේශය, [cm²].
ඩාර්සිගේ නියමය ලැමිනාර් ජල චලන, එනම් වර්ටෙක්ස නොමැති, සන්සුන් චලන සහ කුඩා වේග සඳහා වලංගු වේ.
ෆිල්ටර් වේගය V යනු පස තුළින් ජලය ගමන් කරන සාමාන්ය වේගය වන අතර, එය ඊට වඩා වැඩි වන ජලයේ සැබෑ ප්රවාහ වේගයට සමාන නොවේ. ජලය ෆිල්ටරය හරහා ගමන් කරන විට, ප්රරෝහණයේ සමාන අංග dh බොහෝ විට ජලයේ ගමන් මාර්ගයේ අසමාන දිග dL මත වියදම් වේ, එබැවින් ජලවිද්යාත්මක ප්රාන්තය පසෙහි එක් බින්දුවකින් අනෙක් බින්දුවට වෙනස් වේ.
පසෙහි පාරගම්යතාව රඳා පවතින්නේ එහි ඇති රන්ධ්රවල ප්රමාණය මතය. අපි පසට බරක් යෙදුවහොත් රන්ධ්ර කුඩා වී පාරගම්යතාව අඩුවේ. එබැවින්, එකම පස සඳහා, පාරගම්යතා ගුණකය k හරියටම සෘජුනුපාතික වන්නේ රන්ධ්රතාවයේ ප්රමාණයට, එනම් එහි රන්ධ්රතා ගුණකය e ටය. කෙසේ වෙතත්, විවිධ පස් වර්ග සඳහා, රන්ධ්රතා ගුණකය e මඟින් ප්රකාශිත රන්ධ්රතාව පාරගම්යතාව සඳහා මිනුමක් ලෙස ගත නොහැක, මන්ද මෙම පාරගම්යතාව රඳා පවතින්නේ පසෙහි සමස්ත රන්ධ්රතාව මතට වඩා එහි ඇති රන්ධ්රවල ප්රමාණය මතය. උදාහරණයක් ලෙස, e = 0,25 වන ගල්මුවුරු වැලිට ඉතා විශාල පාරගම්යතාවක් ඇත, k = 2–3 cm/sec, නමුත් මෘදු කාළිය, එහි රන්ධ්රතාව 60% ක් වන අතර, රන්ධ්රතා ගුණකය e = 1,50 වන, පාරගම්යතාව අඩුය, k = 10_⁻⁶ සිට 10⁻_¹¹ cm/sec දක්වා.
පාරගම්යතා ගුණකය k ගණනය කිරීමෙන්, පරීක්ෂණාගාරීය හා ක්ෂේත්ර පරීක්ෂණ මඟින් තීරණය කළ හැක.
ගණනಾತ్మක ක්රමයෙන් සංගුණකය නිර්ණය කිරීම** තීරුමය ලෙස භූමියේ ධාන්ය වින්යාසය මත පදනම් වේ. සංගුණකය k නිර්ණය කිරීම සඳහා, භූමියේ ඝන අංශ ගෝලාකාර බවක් ඇතැයි උපකල්පනය කරනු ලැබේ, එය යථාර්ථයට, විශේෂයෙන් සංගත මැටි සඳහා, ගැළපෙන්නේ නැත. එම නිසා, මේ ආකාරයෙන් නිර්ණය කරන ලද k සංගුණකයේ අගයන් නිවැරදි ලෙස පිළිගනු නොලැබේ.
පරීක්ෂණාගාර පරීක්ෂණ මගින් k ගුණාංකය තීරණය කිරීම වඩාත් පුළුල්ව පැතිරී ඇති අතර එය බාධා නොවූ පස් නියැදීන් මත සිදු කරයි. එහෙත් මෙලෙස තීරණය කරන k ගුණාංකයේ නිරවද්යතාවය රඳා පවතින්නේ, පරීක්ෂණය සිදු කරන නියැදිය පසෙහි පාරගම්ය ස්ථරය කොතරම් දුරට නිරූපණය කරයිද යන්න, පසුව පරීක්ෂණ උපකරණයේ නියැදියේ බාධා නොවූ තත්ත්වය සහ පරීක්ෂණය සිදු කරන ආකාරය මතය. දී ඇති පස නිරූපණය කරන තරම් ප්රමාණවත් නියැදීන් පරීක්ෂා කිරීමෙන්, පරීක්ෂණ උපකරණයේම සිලින්ඩරවල ක්ෂේත්රයෙන් නියැදි ලබා ගැනීමෙන් සහ සුදුසු පරීක්ෂණ ක්රියාමාර්ගයකින්, තරමක් නිවැරදි k ගුණාංක අගයන් ලබා ගත හැකි අතර ඒවා සෑහීමකට පත්විය හැකි ලෙස භාවිත කළ හැක.
ක්ෂේත්ර පරීක්ෂණයෙන් k ගුණකය තීරණය කිරීම ඉතා නිරවද්ය අගයන් ලබා දෙයි, මන්ද එය එය පවතින මണ്ണයේ සංයුතියට සහ ස්තරීකරණයට සම්පූර්ණයෙන්ම ගැළපේ. එහෙත් k ගුණකය තීරණය කිරීමේ මෙම ක්රමයට බොහෝ කාලය සහ විශාල වියදමක් අවශ්ය වන බැවින්, එය දුර්ලභව හා එහි නිරවද්ය අගය අත්යවශ්යව තිබෙන අවස්ථාවලදී පමණක් සිදු කරනු ලැබේ.
අපගේ පදනම් කිරීමේ නියමයන් අනුව, ප්රවේශන ගුණාංකය: ඇති මണ്ണ පහත පරිදි සැලකේ:
- k < 10_⁻_¹¹ cm/sec — බොහෝ දුරට අපාරගම්ය
- k < 10_⁻_⁹ — ඉතා සුළු පාරගම්යතාවක් ඇත
- k < 10_⁻_⁷ — අඩු පාරගම්ය
- k < 10_⁻_⁵ — මධ්යම පාරගම්ය
- k < 10_⁻_³ — වඩාත් පාරගම්ය
- k > 10_⁻_³ — ඉතා පාරගම්ය