火曜日8July2014

油圧導電率とは何ですか？

ブログのこの版は、油圧導電率とは何かという質問に対処していますか？ 額面上では、これはほとんどの水文地質学または地下水の教科書で答えられる質問です。 しかし、練習地下水エンジニアに、より関連性の高い問題は、エンジニアリングプロジェクトの私たちの作業生活の中で油圧導電率が何を意味す それはこのブログが対処するものです。

水伝導率の定義

最初に用語のポイントが必要です。 地質学的言語では、水圧伝導率はしばしば透磁率の係数と呼ばれ、最も一般的には透磁率に短縮されます。 これは、後で説明するように、用語の混乱につながることがあります。

理論的には、水伝導率は、水が土壌や岩を通過することができますどのように簡単にの尺度である：高い値は、水が容易に通過することができます通 油圧伝導率は、典型的には記号kを与えられ、例えばメートル/秒またはメートル/日のような速度の単位を有する。

水理導電率の重要な側面は、天然の土壌や岩石に非常に広い範囲の値が存在することです。 これは巨大な範囲です–10億の要因です！ これはせん断強さまたは圧縮性のような他のほとんどの地質の変数のために期待されるより大いに大きい範囲です。

流体（水など）が土壌や岩石の塊を通過する方法は、土壌/岩石の性質だけでなく、浸透する流体の性質にも依存することを認識することも重要です。

これは、水や炭化水素（油）など、異なる流体によって浸透されている場合、特定の土壌や岩が異なる動作をすることを意味します。 それは用語が水の流れに関連することは明らかであるため、用語の水伝導率を使用することが有用である理由です。 地質工学で広く使用されている「透磁率」という用語の問題は、他の産業（石油・ガス産業など）では、浸透流体とは独立した「固有透磁率」を意味すると解釈されていることである–固有透磁率はDarcys（1Darcy=1×10–12m2）で一般的に記述されているが、M2のSI単位を持ち、水理導電率とは大きく異なるパラメータである。浸透流体として水のみを扱う場合でも、水の性質に影響を与える可能性があります。

水の性質に影響を与える可能性があります。

水の性質に影 水の粘度は温度によって変化するため、水の導電率も温度によって変化します。 しかし、ほとんどの場合、地質学的問題の温度変化の範囲は十分に小さく、結果として生じる水圧伝導率の変化は合理的に無視することができます。

水理導電率とはどういう意味ですか？

多くの地質学的パラメータと同様に、水伝導率は概念が単純ですが、実際には、特に現実的な測定値や特性の推定値を取得しようとすると、いくつかの非常に複雑な側面を持っています。数学的には、水理導電率は実際にはダーシーの法則の係数であり、水の流速を層流条件下での水理勾配に関連付ける。

水理導電率は、水理導電率と水理導電率 これは、教科書に見られるように、多孔質媒体の等方性ブロックを通る流れのために理解するのは簡単ですが、水圧伝導率はすべての点（均一で均質）およもちろん、土壌や岩石を通る水の流れは均質ではなく、ほとんど等方性ではありません。

もちろん、土壌や岩石を通る水の流れは均質ではありません。

土壌では、構造は土壌骨格を形成するために接触している鉱物粒子で構成され、その間の空間に相互接続された細孔のネットワークがある。

土壌粒子（黒）と周囲の細孔空間の理想化されたビュー

水は、粒子間の不規則な細孔に沿ってしばしば曲がりくねった道を ダーシーの法則と水圧伝導率の概念の使用は、”ズームアウト”し、土壌のブロックを比較的均質な多孔質媒体として扱うことによって正当化されるが、土壌中の地下水の流れは小規模では非常に複雑である可能性があることを認識することが重要である。 流れは層になること、積層または風化のような土の構造か生地によって更に複雑にすることができます。水が土壌塊の細孔を通って流れる方法は、「一次透過性」または粒界流と呼ばれることがあります。

水が土壌塊の細孔を通って流れる方法は、「一次透 対照的に、ほとんどの破砕岩石では、地下水が流れる主な方法は、岩石を形成する鉱物粒子の間の空間を通ることではありません（岩石塊自体は非常に低 代わりに、水は岩塊内の亀裂、骨折または不連続に沿って通過しなければならない。 このタイプの流れは時々「二次透磁率」または割れ目の流れと呼ばれます。

岩塊の亀裂または骨折の理想化されたビュー

土壌のように、岩を通る水の流れは、しばしば不規則な亀裂に沿って曲がりくねった道を取らなければならず、再びダーシーの法則と水理導電率の概念の使用は、”ズームアウト”し、土壌のブロックを同等の多孔質媒体として扱うことによって正当化される。 しかし、破砕された岩石の地下水の流れは、特に破壊方向、頻度、開口幅が岩石の構造と応力によって制御される場合、または岩石が水溶性である場合（チョークや石灰岩など）、数千年の自然な地下水の流れによって亀裂が拡大する可能性がある場合、小規模、中規模、大規模では非常に複雑になる可能性があることを覚えておく必要があります。

なぜ油圧導電率はエンジニアにとって重要ですか？

水理導電率は興味深い理論的な問題を提示することができますが、なぜそれは地質工学エンジニアを練習することに懸念されるべきですか？明らかな答えは、それが脱水および地下水管理の必要性を決定する上で重要な要因であるということです。

明らかな答えは、脱水および地下水管理の必要性を決定する上で重要であるということです。 例えば、高い水伝導率の土壌の地下水位以下の掘削は、低い水伝導率の土壌の掘削よりも多くの脱水ポンプを必要とするであろう。 地下水管理に関するほとんどの教科書やガイダンス文書は、異なる脱水技術の適用性を何らかの方法で水伝導率に関連づけています。

あまり明白な答えは、水理導電率が土壌または岩石の排水速度を制御するため、地盤の安定性の問題（擁壁、斜面、堤防、基礎）に大きな影響を与えるとい

土壌が高い水圧伝導率を有する場合、土壌に荷重（総応力）を加えると、荷重によって発生する余分な間隙水圧が迅速に消散する。 土壌力学の用語では、土壌は比較的高い有効応力で”排水された”方法で動作し、土壌または岩石のせん断強度を増加させ、より強くします。 逆に、土が低い水理導電率を有する場合、土に負荷（全応力）を加えると、負荷によって発生する過剰な間隙水圧はすぐに消散することができない。 土壌力学の用語では、土壌は”排水されていない”方法で動作し、加えられた負荷によって生成された過剰な間隙水圧が高く、時間の経過とともにゆっくりと消散する（場合によっては消散に数年または数十年かかる）。 高く余分な気孔の水圧は低く有効な圧力で起因し、土または石の剪断強度を減らし、それをより弱くさせ、そして失敗の不安定の危険を高める。

地盤工学の問題における水理導電率の重要性は、排水率（水理導電率によって制御される）と他の要因を組み合わせることができる圧密cv係数などの別のパラメータの中に”包まれる”ことが多いため、見落とされることがある。

水理導電率の推定

多くの地質学的問題について水理導電率の現実的な推定値を持つことは明らかに重要です。 しかし，水圧伝導率を推定することにはいくつかの合併症がある。

• 地面の油圧特性は、短距離で場所によって異なり、異方性（異なる方向で異なる）であってもよい。
• 土の生地（層になること、薄板になること、風化）および石の構造（割れ目、欠陥、カルストの特徴）は水力電気伝導性に影響を与えるかもしれません。
• ボアホールを掘削したり、サンプルを採取したりする行為は、土壌/岩石を乱し、観測値に影響を与える可能性があります。
• 油圧導電率は直接測定されません。 実際には、物理的パラメータ（水位や流量など）が直接測定され、水理導電率が計算または解釈されます。 これは、生データの測定誤差と、特に試験条件やサンプル条件に適していない分析方法を使用する場合、水理導電率の計算誤差の二つのタイプの潜在的な誤差があることを意味します。

水理導電率を推定する方法

水理導電率の現実的な値を得ることは困難ですが、それでも価値があり、地質調査の重要な部分でなければなりま

いくつかの異なるアプローチは、水伝導率を推定するために取ることができます：

• 視覚的評価–土壌の種類やグレーディングを評価し、経験や公表された値に基づいて、水伝導率のおおよその範囲を推定します。
• 粒度相関–経験的相関を使用して、粒状土壌中の粒度分布を水理伝導率に関連付ける。
• 実験室試験–コアサンプルの透過量計試験。
• ボアホール試験–掘削中または後で井戸を監視する際にボアホールで実施されるその場試験（上昇ヘッド、落下ヘッド、一定のヘッド試験）。
• ポンプテスト–制御され、慎重に観測井戸のドローダウンを記録し、一つ以上の井戸からのポンプを監視し、流量を汲み上げました。

水導電率を推定する方法は、後のブログで説明されます。