הנדסת מים

15 ד”ר זיו מורנו חוקר בתחום הפיסיקה של הקרקע במחלקה לפיסיקה סביבתית והשקיה, מנהל המחקר החקלאי, מכון וולקני. בוגר תואר ראשון במדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית בירושלים, בעל תואר מוסמך בהנדסת סביבה, הטכניון חיפה, ודוקטורט בהנדסה מכנית, אוניברסיטת תל אביב. תחומי המחקר של זיו כוללים דימוי של זרימת מים והסעת מומסים בתת הקרקע, שימוש בכלים גאו-חשמליים לניטור דינמיקת המים והמומסים בתת הקרקע, שימוש ופיתוח של גישות סטוכסטיות בהידרולוגיה ואפיון זרימה רב-פאזית בטווח נקבובי. zivm@volcani.agri.gov.il : הדגמה של פתרון המודל 2 איור האנליטי. האיור מציג את קונפיגורצית הבאר (רדיוס ועומק), מיקום חזית ההרטבה בקרקע (אופקית ואנכית), ומפלס המים בבאר מודל אנליטי פשוט לתיאור חידור מים דרך בארות החדרה יבשות כאלטרנטיבה לשימוש במודלים נומריים מורכבים. המודל מחשב את מפלס המים בבאר ואת דינמיקת הזרימה של המים בתת הקרקע לתיאור חידור מים דרך בארות החדרה יבשות כאלטרנטיבה לשימוש במודלים נומריים מורכבים. המודל מחשב את מפלס המים בבאר ואת דינמיקת הזרימה של המים בתת הקרקע בזמן ההחדרה. המודל מאפשר הערכות מהירות ופשוטות של תגובת הבאר לאירוע ההחדרה ובכך לאפשר תכנון יעיל של המאפיינים ההנדסיים של הבאר. ההנחה המרכזית של המודל הינה קיומה של חזית הרטבה חדה. בהנחה זו, מים חודרים אל קרקע לא רוויה בעלת ). המים ממלאים θ i רטיבות התחלתית ( ) θ s את נקבובי הקרקע עד להגעה לרוויה ( כך שנוצר גבול חד בין האזור הרטוב לזה ). בנוסף, המודל 1 ההתחלתי (דוגמא (איור מניח שמיקום מי התהום עמוק משמעותית מתחתית הבאר, כך שהשפעתם זניחה. הנחה נוספת הינה שבסיס הבאר אטום ומעבר של מים מהבאר לקרקע מתאפשר רק בהיקפה. המודל התלת ממדי, מתקבל בפתרון במרחב דו ממדי ובהנחת סימטריה מציג תרשים סכמטי של 2 ראדיאלית. איור , לבאר בעלת 2 פתרון המודל. לפי איור מוזרמים מים מלמעלה rw ורדיוס L w עומק . T on ולפרק זמן של Q in בספיקה קבועה של במקביל לחידור המיםמהבאר לקרקע, המים ממלאים את הבאר ומפלסם בבאר מגיע אשר משתנה עם הזמן. מיקום h w עד לגובה בכיוון R חזית ההרטבה בקרקע מסומן על ידי מתחת לבסיס Z הראדיאלי (האופקי) וב- הבאר. המודל האנליטי מגביל את מפלס המים בבאר לעומקה בכך שהוא מגדיר ) כשווה להפרש drainage ספיקת ניקוז ( בין הספיקה הנכנסת לבאר לזו החודרת . h w =L w לקרקע כאשר אימות המודל המודל אומת בשתי דרכים. ראשית, עם סימלציות נומריות המתארות את זרימת המים בקרקע אשר נבנו והושגו בעזרת . במקרה זה ניתן היה Hydrus 2 D /3 D תוכנת לאמת גם את מפלס המים בבאר כפונקציה של הזמן וגם את מיקום חזית ההרטבה בתת הקרקע. שנית, בעזרת מדידות של מפלס המים בבאר שהושגו בניסוי שדה מבוקר. עבור החלק הראשון (אימות מול סימולציות נומריות), נבחנו מגוון רחב של פרמטרים הידראוליים שונים: מוליכות הידראולית, נקבוביות ועקומי התאחיזה של המים בקרקע (פונקציות מצב הקושרות את פוטנציאל היניקה והמוליכות ההידראולית של הקרקע לרטיבותה). לשם המחשה, התוצאות הבאות מובאות עבור מקרה של קרקע חולית. במקרה זה, מים הוחדרו לבאר בספיקה קבועה של קוב לשעה ובמשך זמן החדרה של 50 ס”מ ועומקה 10 שעה. רדיוס הבאר הינו מציג את מפלס המים 3 מטרים. איור 15 בבאר (ביחס לעומק הבאר) כפונקציה של הזמן (יחסי לזמן ההחדרה) עבור שני ) Hydrus הפתרונות השונים – פתרון נומרי ( מצוין בקו כחול רציף, והפתרון האנליטי מצוין בקו אדום מקווקוו. ניתן לראות, שהפתרון האנליטי חוזה בקירוב טוב את מפלסי המים בבאר בעת ההחדרה, כאשר המפלס עולה, וגם לאחר שהחדרת המים לבאר נפסקת, כאשר מפלס המים יורד. מציג את מיקום חזית ההרטבה 4 איור בתת הקרקע בזמנים מייצגים עבור שני הפתרונות השונים. בעוד שמיקום חזית ההרטבה ברור עבור המקרה האנליטי ומסומן בקו אדום מקווקוו, לא כך המקרה מציג 4 עבור הפתרון הנומרי. על כן, איור את מיקום החזית עבור הפתרון הנומרי שמתקבל בהנחת דרגת רוויה של חצי (קו שחור רציף) ומרווח של אי ודאות המאפיין 10%-90% את הטווח שבין דרגת רוויה של ). כפי שניתן לראות 4 (שטח אפור באיור בדוגמה זאת, המודל האנליטי מאפיין את הרטבת תת הקרקע בצורה מעולה תוך כדי תהליך החידור וגם לאחריו. קיימת סטייה בין Well bottom Wetting front Drainage (overflow) Porous media