พฤติกรรมทางชลศาสตร์ของการไหลแบบรัศมีผ่านบ่อน้ำบาดาล ภายใต้การสูบแบบพลวัต

Abstract

การพัฒนาน้ำใต้ดินขึ้นมาใช้ในพื้นที่ที่เป็นเมืองใหญ่ และมีโรงงานอุตสาหกรรมอยู่เป็นจำนวนมาก ทำให้มีการสูบน้ำใต้ดินขึ้นมาใช้มากกว่าสมดุลของธรรมชาติ โดยเฉพาะการสูบน้ำจากชั้นน้ำภายใต้แรงดัน ซึ่งก่อให้เกิดผลกระทบต่างๆ เช่น แผ่นดินทรุด การบรรเทาปัญหาวิธีการหนึ่งคือ การเติมน้ำลงไปชั้นน้ำ แต่ยังขาดความเจ้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับการไหลของน้ำใต้ดินระหว่างการเติมน้ำ การศึกษานี้จึงทดลองในห้องปฏิบัติการเพื่อศึกษาพฤติกรรมการไหลของน้ำ ภายใต้แรงดันเข้าสู่บ่อน้ำบาดาลและออกจากบ่อน้ำบาดาบที่สภาวะการไหลไม่คงตัว เมื่อขนาดอนุภาคทรายชั้นน้ำเปลี่ยนไป การศึกษาได้ทดลองในแบบจำลองบ่อบาดาล-ชั้นน้ำ เพื่อทดลองการไหลภายใต้แรงดัน ประกอบด้วยแบบจำลองการไหลในแนวรัศมี เป็นรูปส่วนหนึ่งของวงกลม มุมที่จุดศูนย์กลาง 30 องศา ยาว 2 เมตร หนา 0.2 เมตร โดยสามารถควบคุมสภาพการไหลแบบพลวัตได้ นอกจากนี้ยังได้ทดลองการไหลแบบมาตรฐาน ในเพอร์เมียมิเตอร์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 นิ้ว สูง 1 เมตร เพื่อหาค่าพารามิเตอร์พื้นฐานที่ใช้อธิบายพฤติกรรมการไหลทางชลศาสตร์ ได้แก่ ค่าเรย์โนลด์วิกฤติ ค่าความนำชลศาสตร์ พารามิเตอร์ดาร์ซี พารามิเตอร์นอนดาร์ซี สัมประสิทธิ์ของการไหลไม่คงตัว สัมประสิทธิ์ของการไหลนำพาความสูญเสียของบ่อน้ำบาดาล ผลการทดลองพบว่า การไหลเข้าและออกจากบ่อน้ำบาดาลในการทดลอง มีเฮดสูญเสียการไหลประกอบด้วยความสูญเสียของบ่อน้ำบาดาล และเฮดสูญเสียของการไหลในชั้นน้ำ ซึ่งเฮดสูญเสียจากการไหลสามารถแบ่งออกเป็น เฮดสูญเสียจากการไหลแบบเชิงเส้นและเฮดสูญเสียจากการไหลแบบไม่เชิงเส้น โดยระยะจากศูนย์กลางบ่อน้ำบาดาลที่มีการเปลี่ยนสภาพการไหลคือ รัศมีวิกฤติบ่อน้ำบาดาล ซึ่งคำนวณจากค่าเรย์โนลด์วิกฤติ ในการเปรียบเทียบผลการทดลองการไหลใกล้บ่อน้ำบาดาล ที่สภาวะคงตัวและที่สภาวะไม่คงตัวให้ค่าเรย์โนลด์วิกฤติ ค่าความนำชลศาสตร์ พารามิเตอร์ซี พารามิเตอร์นอนดาร์ซี และสัมประสิทธิ์ของการไหลนำพามีค่าแตกต่างกันเฉลี่ย 5.57% ส่วนค่าสัมประสิทธิ์การไหลไม่คงตัวของการไหลออกมีค่ามากกว่าของไหลเข้า และมีค่าสูงขึ้นเมื่อค่าเรย์โนลด์มีค่ามากในช่วงการไหลแบบไม่เชิงเส้น