Určování hydraulických charakteristik program RETC.

Prezentace na téma: "Určování hydraulických charakteristik program RETC."— Transkript prezentace:

1 Určování hydraulických charakteristik program RETC

2 Úvod RETC UNSODA ROSETTA Příklad Simulační modely popisující proudění vody porézním prostředím řeší Richardsovu rovnici. Pro řešení rovnice je nutná znalost popisovaného prostředí půda- voda. Popisujeme pomocí hydraulických charakteristik: - retenční křivka: fce závislosti sacího tlaku na vlhkosti (parametricky – van Genuchten, Brooks a Corey) - křivka hydraulické vodvosti : fce závislosti hydraulické vodivosti na sacím tlaku (resp. vlhkosti) (teorie kapilárních modelů – Mualem, Burdin) Hydraulické charakteristiky lze určit měřením, nebo pomocí pedotransferových funkcí.

3 RETC - měření UNSODA ROSETTA Retenční čára půdní vlhkosti – měření Měříme jednotlivé body retenční křivky (drenážní větev): 1/ drénování vzorku při nastaveném podtlaku 2/ ustálený stav (objem vody v půdě je konstantní) 3/ gravimetrické určení vlhkosti Pro tlaky 0 – 1 m (teoreticky max. 10 m) lze použít pískový (jílový) tank. Pro větší tlaky (cca do 15 bar) přetlakový aparát. zdroj: www.silmoisture.com

4 RETC-proložení UNSODA ROSETTA Retenční čára půdní vlhkosti – proložení

5 RETC-vyjádření UNSODA ROSETTA ANALYTICKÉ VYJÁDŘENÍ RETENČNÍ ČÁRY Prokládání měřených bodů analytickým výrazem Nejužívanější výrazy pro retenční čáru: Brooks a Corey (1964) a H b parametry (  pore size distribution index,  H b – bubling pressure)  e efektivní vlhkost  s nasycená vlhkost  r residuální vlhkost

6 RETC-vyjádření UNSODA ROSETTA van Genuchten (1978) , n a m jsou fitovací parametry Obvykle m je dané jako m = 1-1/n, parametr n musí být > 1 často se užívá výraz efektivní nasycenost, vyjádřená symboly S nebo S e

7 RETC UNSODA ROSETTA van Genuchtenův vztah je vhodný pro matematické modelování, retenční křivka je hladká funkce – derivovatelná ve všech bodech (na rozdíl od Brooks-Corey) fyzikální význam vstupní hodnoty vzduchu je mírně znevýrazněn

8 RETC-program UNSODA ROSETTA program pro analýzu hydraulických charakteristik proměnlivě nasycených půd prokládání retenčních čar měřenými body (parametrické modely Brookse-Coreyho a van Genuchtena) odhad průběhu nenasycené hydraulické vodivosti dle kapilárních modelů (Mualem, Burdin – teoretické rozložení pórů) Van Genuchten, Leij, Yates – USDA, ARS, USSL, Riverside CA http://www.ars.usda.gov/Services/docs.htm?docid=8952 (volně stažitelný program + manuál) http://www.ars.usda.gov/Services/docs.htm?docid=8952

9 thetah [cm] 0.50 0.4946 0.4697 0.42150 0.38204 0.34267 0.3346 0.26458 0.22636 0.18980 0.141990 0.117998 Měřené body Optimalizace parametrů pomocí RETC

10 NIT SSQThetaRThetaSAlphan 0 0.768040.0570.410.1242.28 1 0.277380.0780.42330.03681.6262 2 0.039920.1070.49220.00821.3885 3 0.002370.05640.51550.00721.5746 4 0.001170.06660.51230.00621.6804 5 0.000470.08010.50810.00571.7832 6 0.000330.10230.50020.00491.9695 7 00.10010.50.0051.9994 8 00.10.50.0052 9 00.10.50.0052 Iterační postup

11 thetah [cm] 0.50 0.4946 0.4697 0.42150 0.38204 0.34267 0.3346 0.26458 0.22636 0.18980 0.141990 0.117998 Průběh iterací Měřené body

12 thetah [cm] 0.50 0.4946 0.4697 0.42150 0.38204 0.34267 0.3346 0.26458 0.22636 0.18980 0.141990 0.117998 Průběh iterací Měřené body

13 thetah [cm] 0.50 0.4946 0.4697 0.42150 0.38204 0.34267 0.3346 0.26458 0.22636 0.18980 0.141990 0.117998 Průběh iterací Měřené body

14 thetah [cm] 0.50 0.4946 0.4697 0.42150 0.38204 0.34267 0.3346 0.26458 0.22636 0.18980 0.141990 0.117998 Průběh iterací Měřené body

15 thetah [cm] 0.50 0.4946 0.4697 0.42150 0.38204 0.34267 0.3346 0.26458 0.22636 0.18980 0.141990 0.117998 Průběh iterací Měřené body

16 thetah [cm] 0.50 0.4946 0.4697 0.42150 0.38204 0.34267 0.3346 0.26458 0.22636 0.18980 0.141990 0.117998 Měřené body Průběh iterací

17 Opakování - Hydraulické charakteristiky Retenční křivka charakterizuje pórovité prostředí z hlediska jeho prázdnění a plnění závislost mezi tlakovou výškou h a objemovou hmotností  závisí zejména na struktuře pevné látky, ale i na vlastnostech ostatních fází získává se měřením – body se prokládají funkčním vztahem (van Genuchten 1976, Brooks a Corey 1964) hystereze http://euclid.ucc.ie/appliedmath/soilhyst/node17.htm n>1  ... efektivní vlhkost ... vlhkost  s... nasycená vlhkost  r... reziduální vlhkost h [L] je kapilární tlak,  [L -1 ], n a m jsou optimalizační parametry vlhkost

18 Funkce hydraulické vodivosti závislost nenasycené hydraulické vodivosti na tlakové výšce měření složité, časově náročné – odvozuje se na základě teorie kapilárních modelů z retenční křivky zavedení relativní kapilární vodivosti – předpovědi dle Mualemova nebo Burdinova kapilárního modelu Závěr: znalost hydraulických charakteristik je zásadní pro studie pohybu vody a látek půdou, avšak měření těchto charakteristik je časově (i finančně) náročné Opakování - Hydraulické charakteristiky

19 RETC UNSODA ROSETTA Příklad Popis: Na pískovém tanku a v přetlakovém aparátu byly na neporušených půdních vzorcích změřeny body retenční čáry. Výsledkem po změření vzorků je sada 7 dvojic hodnot (kapilární sací tlak a objemová vlhkost). h (cm)  10,2834 100,2443 300,2199 580,2067 890,1981 5000,1803 60000,1646 Ks = 151 cm/den

20 RETC UNSODA ROSETTA Příklad Úkol: Pomocí programu RETC proveďte proložení měřených bodů matematickou funkcí pro retenční křivku podle van Genuchtena a podle Brooks-Coreyho. Vyneste funkci nenasycené hydraulické vodivosti pro model van Genuchten – Mualem. Výstupy: parametry retenční křivky podle van Genuchtenovy fce ( , n,  r,  s ) parametry retenční křivky podle fce Brooks-Corey (H b,,  r,  s ) vynesené funkční závislosti (EXCEL) 1.Graf s měřenými body proloženými retenčními křivkami dle vG a B-C 2.Graf nenasycené hydraulické vodivosti (vG-Mualem)