Transcript Work Implementation Monitoring and Control

Pille Sedman/29.10.2010
HÜDROGEOLOOGIA
• Vee liikumine pinnases ja selle väärtõlgendused
• Hüdrogeoloogilised uuringud ja tulemuste analüüs
EEL KOOLITUSPÄEV
Tallinnas, 29. okt. 2010
Randall J. Charbeneau Groundwater Hydraulics and Pollutant transport.
Prentice-Hall Inc. 2000
1
2010
TEEMAKÄSITLUS
Pille Sedman/29.10.2010
Loengu I osa
•
Väärtõlgendused ei ole otseselt valed, vaid need
seisukohad kehtivad ainult teatud tingimustes
1.
2.
3.
4.
2
Infiltratsioon nõlvadel on väike, kuna vesi voolab pindmiselt ära
Vee vertikaalne liikumine toimub veetasemete vahel
Pinnase vertikaalne veejuhtivus on oluliselt väiksem kui
horisontaalne
Vesi liigub sinna, kus on parem veejuhtivus
•
Loengus on kasutatud Kohtla-Järve poolkoksiprügilat
näitliku abivahendina, toodud näited on autori
interpretatsioon
•
Slaididel toodud teave kehtib ainult koos sõnalise
esitlusega
2010
MÕISTED
Pille Sedman/29.10.2010
Aeratsioonivöönd
• Mullavee vöönd
• Vahevöönd
• Kapillaartõusuvöönd
Küllastusvöönd
• Veekiht
–Vabapindne
–Survepindne
• Veepide
Vee maht
Küllastusaste Sr =
Pooride maht
Absoluutne veetase (head)
Infiltratsioon
• Nähtus, mille puhul vesi liigub
maapinnalt aeratsioonivööndisse
Toitumine
• Vesi jõuab aeratsioonivööndist
veetasemele
3
2010
HÜDROGEOLOOGILINE TSÜKKEL
+
• Sademed
•
– Infiltratsioon
•
– Põhjavee
•
toitumine
• Põhjavee juurdevool •
•
4
Pille Sedman/29.10.2010
_
Auramine
Transpiratsioon
Pindmine äravool
Külgmine äravool
Põhjavee
väljavool
2010
Infiltratsioon nõlvadel on väike,
kuna vesi voolab pindmiselt ära
5
Pille Sedman/29.10.2010
2010
Infiltratsioon nõlvadel on väike,
kuna vesi voolab pindmiselt ära
Pille Sedman/29.10.2010
Infiltratsiooni alguses
• Molekulaarjõududega seotud vesi
• Kapillaarvesi
– Püsib või liigub pinnases kapillaarjõudude
toimel
Väga väikese veesisalduse juures on vee
liikumine väga aeglane, kuna see toimub
ainult kõige peenemates poorides ja
õhukestel veekiledel
• Gravitatsiooniline vesi
– Veeküllastuse suurenedes on väikesed
poorid veega täitunud ning vesi liigub
suuremates poorides gravitatsioonijõu
mõjul
Pinnase veejuhtivuse aeratsioonivööndis
määrab pinnase veesisaldus, mida väiksem
veeküllastus, seda väiksem veejuhtivus
6
2010
Infiltratsioon nõlvadel on väike,
kuna vesi voolab pindmiselt ära
•
Pille Sedman/29.10.2010
Infiltratsiooni suurus sõltub mitmetest asjaoludest
– Pinnase veejuhtivusest, mis omakorda sõltub otseselt pinnase
veesisaldusest (nagu eespool selgitatud)
– Kapillaarsusest, pinnaseosakeste absorbtsioonivõimest
Pinnase vee vastuvõtu võime
– Sademete intensiivsusest
•
•
Kui sademete intensiivsus on väiksem või võrdne pinnase vee
vastuvõimega, siis kogu sadevesi infiltreerub
Kui sademete intensiivsus on suurem, siis tekib pindmine äravool
– Tasasel maal koguneb vesi lompi
– Nõlvalt voolab ära
Pindmiselt voolab ära see vesi, mida pinnas vastu võtta ei suuda
Infiltratsioon toimub tasasel alal ja nõlval põhimõtteliselt samamoodi
7
2010
HÜDROGEOLOOGILINE TSÜKKEL
Pille Sedman/29.10.2010
• Külgmine äravool
• Auramine (transpiratsioon)
– Atmosfääri tingimused
– Pinnasetingimused
8
2010
PÕHIPRINTSIIBID
Pille Sedman/29.10.2010
• Hüdrogeoloogiline lähenemine
– Vee voolamine veekihis toimub horisontaalselt või selle
lähedaselt
– Vee voolamine läbi veepideme toimub vertikaalselt või selle
lähedaselt
• Läbi ühikpinna voolav vesi (Darcy kiirus) avaldub
q= KI, kus K on filtratsioonikoefitsient, I hüdrauliline gradient
Ih=DH/L, kus L on vahemaa
Iv=DH/b, kus b on kihi paksus
9
2010
Pille Sedman/29.10.2010
•
•
•
Vee vertikaalne liikumine toimub veetasemete vahel
Vertikaalne veejuhtivus on väiksem kui horisontaalne
Vesi liigub sinna, kus on parem veejuhtivus
Vee liikumine küllastusvööndis toimub ruumiliselt läbi veepideme hüdraulilise gradiendi
mõjul, mis sisaldab tasemeerinevust ja vahemaad
10
2010
Pinnase vertikaalne veejuhtivus on
väiksem kui horisontaalne
•
•
Pille Sedman/29.10.2010
Kui tegemist on homogeense kihiga, siis
veejuhtivus nii vertikaal- kui
horisontaalsuunas ei erine
Väide, et vertikaalne veejuhtivus on väiksem
kui horisontaalne, on õige kihilises läbilõikes,
kus esinevad erineva veejuhtivusega kihid
– Horisontaalse voolu korral määravad
keskmise (ekvivalentse) veejuhtivuse suurima
veejuhtivusega kihid, vertikaalse voolu korral
väiksema veejuhtivusega kihid
•
•
•
11
Vool toimub horisontaalsuunas
Veekeskkonnas settinud pinnase puhul on
Khkeskm=(K1b1+K2b2+K3b3)/b
enamasti tegu kihilise läbilõikega (viirsavi)
Vool toimub vertikaalsuunas
Liustikutekkega pinnaste (moreen) kohta
Kvkeskm=b/(b1/K1+b2/K2+b3/K3)
see väide ei pruugi kehtida
Kui tegemist on inimtegevusel tulemusel
paigutatud materjaliga, siis sõltub materjali
paiknemine tehnoloogilisest protsessist,
Kihi veejuhtivuse muutlikkuse
erineva veejuhtivusega kihid võivad
hindamisel tuleb arvestada
vahelduda nii horisontaal- kui
kihi geneesiga
vertikaalsuunas
2010
Vesi liigub sinna,
kus on parem veejuhtivus
•
•
Pille Sedman/29.10.2010
Väide on õige ainult võrdsete hüdrauliliste gradientide puhul
Lõikel 3
– Vertikaalsuunas läbi savi I=8, K=0.0001 m/ööp,
seega läbi 1m2 ristlõike ööpäevas Q=0.0001*8 *1=0.0008 m3
– Horisontaalsuunas poolkoksilasundis I=0.02 K=0.1 m/ööp,
seega läbi 1m2 ristlõike ööpäevas Q=0.1*0.02*1=0.002 m3
•
•
•
Kuigi savi veejuhtivus on antud juhul 1000 korda väiksem kui poolkoksil, on
erinevus veekoguses ainult 2.5 kordne
Arvestades seda, et poolkoksilasundi pindala on 200 ha (2 000 000 m2),
kuid ümbermõõt ainult 6000 m. Kui veekihi keskmine paksus on 10 m, siis
horisontaalse voolu ristlõikepindala vastavalt 60 000 m2
Järelikult on antud süsteemis vertikaalselt liikuva vee kogus oluliselt suurem kui
horisontaalne, vaatamata sellele, et savi veejuhtivus on tuhat korda väiksem
Otsuste tegemisel ei saa lähtuda ainult veejuhtivusest, vaid samavõrd tuleb
arvestada gradiente ja pindala
12
2010
Pille Sedman/29.10.2010
JÄRELDUSED
• Infiltratsiooni suurus ei sõltu sellest, kas tegemist on nõlva või tasase
maaga, see toimub oma seaduste kohasel, mida reguleerivad
sademete intensiivsus ja pinnase vee vastuvõtu võime
Pindmine äravool toimub ainult ülejääva vee arvelt, mis pinnasesse
ei mahu
• Vee liikumine veekihindite vahel toimub vertikaalse voolamisena läbi
veepideme. Hüdraulilise gradiendi määrab erinevus absoluutsetes
veetasemetes ja veepideme paksus
• Kihi veejuhtivusparameetrite hindamisel tuleb arvestada kihi
geneesiga
• Kihi filtratsioonikoefitsient ei ole süsteemis ainumäärav, samavõrd
tuleb arvestada gradientide ja pindalaga
13
2010