พฤติกรรมทางชลศาสตร์ของการไหลเข้าและออกจากบ่อน้ำบาดาล

Abstract

การสูบน้ำใต้ดินขึ้นมาใช้มากกว่าสมดุลของธรรมชาติทำให้เกิดผลกระทบต่างๆ เช่น แผ่นดินทรุด การบรรเทาปัญหาวิธีการหนึ่งคือการเติมน้ำลงไปในชั้นน้ำ แต่ยังขาดความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับการไหลของน้ำใต้ดินระหว่างการเติมน้ำ การศึกษานี้จึงทำการทดลองในห้องปฏิบัติการเพื่อศึกษาพฤติกรรมการไหลของน้ำภายใต้แรงดันเข้าสู่บ่อน้ำบาดาลขณะทำการสูบน้ำและการไหลของน้ำออกจากบ่อน้ำบาดาลขณะทำการเติมน้ำ เมื่อขนาดอนุภาคทรายชั้นน้ำเปลี่ยนไป การศึกษาได้จัดทำแบบจำลองบ่อบาดาล-ชั้นน้ำขึ้น 2 แบบ เพื่อทำการทดลองการไหลภายใต้แรงดันประกอบด้วยแบบจำลองการไหลในแนวรัศมี เป็นรูปส่วนหนึ่งของวงกลม มุมที่จุดศูนย์กลาง 30 องศา ยาว 2 เมตร หนา 0.2 เมตร และแบบจำลองการไหลในทิศทางเดียว ความกว้าง 0.1 เมตร ยาว 3 เมตร หนา 0.2 เมตร โดยบ่อบาดาลเป็นรูปส่วนหนึ่งของวงกลม มุมที่จุดศูนย์กลาง 30 องศา รัศมี 0.2 เมตร นอกจากนี้ยังได้ทดลองการไหลแบบมาตรฐานในเพอร์เมียมิเตอร์ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 8 นิ้ว สูง 1 เมตร เพื่อหาค่าพารามิเตอร์พื้นฐานที่ใช้อธิบายพฤติกรรมทางชลศาสตร์ ได้แก่ ค่าเรย์โนลด์วิกฤติ ค่าความนำชลศาสตร์ พารามิเตอร์ดาร์ซี พารามิเตอร์นอนดาร์ซี สัมประสิทธิ์ของการไหลนำพา และความสูญเสียของบ่อน้ำบาดาล ผลการทดลองพบว่า การไหลเข้าและออกจากบ่อน้ำบาดาลในการทดลอง มีเฮดสูญเสียจากการไหลประกอบด้วยความสูญเสียของบ่อน้ำบาดาลและเฮดสูญเสียจากการไหลในชั้นน้ำ ซึ่งเฮดสูญเสียจากการไหลสามารถแบ่งออกเป็นเฮดสูญเสียจากการไหลแบบเชิงเส้นและเฮดสูญเสียจากการไหลแบบไม่เชิงเส้น โดยระยะจากศูนย์กลางบ่อน้ำบาดาลที่มีการเปลี่ยนสภาพการไหล คือ รัศมีวิกฤติบ่อน้ำบาดาล ซึ่งคำนวณจากค่าเรย์โนลด์วิกฤต ในการเปรียบเทียบผลการทดลองการไหลเข้าและออกจากบ่อน้ำบาดาล ให้ค่าเรย์โนลด์วิกฤติใกล้เคียงกัน ค่าความนำชลศาสตร์ของการไหลเข้าสูงกว่าการไหลออก พารามิเตอร์ดาร์ซี พารามิเตอร์นอนดาร์ซีและสัมประสิทธิ์ของการไหลนำพาของการไหลของสูงกว่าการไหลเข้า ทำให้เฮดสูญเสียจากการไหลแบบไม่เชิงเส้นและแบบเชิงเส้นออกจากบ่อน้ำบาดาลมีค่าเฉลี่ยประมาณ 1.06 และ 1.02 เท่าของการไหลเข้า ตามลำดับขณะที่ความสูญเสียบ่อน้ำบาดาลจากการไหลเข้ามีค่าเฉลี่ยประมาณ 1.49 เท่าของการไหลออก และเฮดสูญเสียในทุกเรื่องลดลงเมื่อขนาดทรายใหญ่ขึ้น