Harjoitus 2: Hydrologinen kierto 30.9.2015
Harjoitusten aikataulu Aika Paikka Teema Ke 16.9. klo 12-14 R002/R1 1) Globaalit vesikysymykset Ke 23.9 klo 12-14 R002/R1 1. harjoitus: laskutupa Ke 30.9 klo 12-14 R002/R1 2) Hydrologinen kierto (+ H1 DL klo 12) Ke 7.10. klo 12-14 R002/R1 2. harjoitus laskutupa Ke 14.10. klo 12-14 R002/R1 3) Hydrauliikka + veden laatu (+ H2 DL klo 12) Ke 21.10. klo 12-14 R002/R1 3. harjoitus laskutupa Ke 28.10. klo 12-14 R002/R1 4) Vesihuoltotekniikka (+ H3 DL klo 12) Ke 4.11. klo 12-14 R002/R1 4. harjoitus laskutupa Ke 11.11. klo 12-14 R002/R1 5) Vesihuoltotekniikka & ymp.tekniikka (+ H4 DL klo 12) Ke 18.11. klo 12-14 R002/R1 5. harjoituksen laskutupa Ke 25.11. klo 12-14 R002/R1 6) Ympäristötekniikka (+ H5 DL klo 12) Ke 2.12. klo 12-14 R002/R1 6. Harjoituksen laskutupa Ke 9.12. klo 12 R002/R1 H6 DL klo 12
1. Tehtävä a) Maaperä on hiekkaa. Paljonko on maaperän kosteuspitoisuus tilavuusprosentteinapohjaveden pinnan korkeudella? - Ht = 0, jolloin hiekan vedenpidätyskäyrältä nähdään, että θ = 47 % b) Painepotentiaali on turvemaassa 1000 m. Mikä on maan kosteuspitoisuus? Pystyvätkö kasvit käyttämään kyseistä vettä Eräiden maalajien vedenpidätyskäyrät elintoimintojensa ylläpitämiseen? - h t = -1000 m turpeen vedenpidätyskäyrältä θ = 2 %. Tämä ei ole kasvien käytettävissä, koska kasvi ei pysty aikaansaamaan kuin noin 150 metrin imun.
1. Tehtävä c) Paljonko on maan kosteuspitoisuus tasapainotilassa maan pinnassa, jos pohjavedenpinta on 10 metrin syvyydellä ja maa on savea? Entäs jos maa olisi hietaa? - Jos pohjavesi 10 metrissä ja maa kuivatustasapainotilassa on maan pinnalla h t = -10 m saven vedenpidätyskäyrältä θ = 32 %. Hiedan tapauksessa θ = 4 %. d) a) kohdan alue ojitetaan (ojasyvyys 1,2 m). Paljonko on maaperän kosteuspitoisuus (til. %) kuivatuksen jälkeen 20 cm:n syvyydellä, jos oletetaan, että kuivatustasapainotila on saavutettu? - Hiekka, pohjavesi 1,2 metrissä ja maa kuivatustasapainotilassa. Tällöin 0,2 metriä maan pinnan alla h t = - 1 m. Hiekan vedenpidätyskäyrältä θ = 4 %. e) Kuvassa on erikseen esitetty Kuivatettavissa oleva vesi. Mitä tällä tarkoitetaan? - Jos pohjavedenpintaa lasketaan ojituksella esim. 1,2 metriin, tarkoitetaan Kuivatettavissa olevalla vesimäärällä sitä vettä, joka luonnollisesti maaperästä tällöin poistuu.
2. tehtävä Aurinkolahden taajamaan rakennetaan kellarikerroksella varustettuja omakotitaloja. Perustusten kuivattamiseksi pohjaveden pintaa lasketaan salaojituksen avulla 2 metristä 3 metriin. Kuinka paljon maaprofiilista poistuu vettä kuivatustasapainotilan muuttuessa, kun maalajin painepotentiaalin ja kosteuspitoisuuden (til. %) välinen riippuvuus on seuraavanlainen? Kirjoita välivaiheet selkeästi näkyviin. Painepotentiaali (cm) Maankosteus ( til. %) 0 49 50 44 100 30 150 11 200 6 250 5 300 4 350 4 500 3 1000 3
2. tehtävä, ratkaisu Kuivatustasapainotilassa hydraulinen korkeus, H, on sama kaikkialla. Lisäksi tiedetään, että H = hg + ht. Asetetaan painovoimapotentiaalin taso pohjaveden pinnan korkeudelle, eli pohjaveden pinnalla hg = 0, näin ollen H = 0 kaikilla syvyyksillä Lasketaan kosteuden muutokset 50 cm paksuisissa kerroksissa, ja kosteusprosenttina käytetään keskiarvoa kerroksen ylä- ja alareunan kosteusprosenteista. Syvyys maan pinnasta (cm) Kosteus aluksi (%) Kosteus lopuksi (%) Muutos (%) Muutos (cm) 0 50 8.5 4.5-4 -2 50 100 20.5 5.5-15 -7.5 100 150 37 8.5-28.5-14.25 150 200 46.5 20.5-26 -13 200 250 49 37-12 -6 250 300 49 46.5-2.5-1.25 300 350 49 49 0 0 yhteensä. -44 Neliömetriä kohden vettä poistuu siis: 1 m * 1 m * 0,44 m = 440 litraa vettä
3. Tehtävä a) Huoneen lämpötilaksi on mitattu 21 C ja juomalasin pintaan alkaa muodostua kosteutta, kun lasin lämpötila laskee jäitä lisättäessä 5,6 C asteeseen. Kuinka suuri on ilman suhteellinen kosteus? [T] = C, [es] = mbar Kyllästyskosteus 21 C lämpötilassa: 24,88 mbar Kyllästyskosteus 5,6 C lämpötilassa: 9,10 mbar Huoneilman suhteellinen kosteus on siis 9,10 mbar 100 = 36, 6 % 24,88 mbar
3. Tehtävä b) Kuinka paljon vettä voi haihtua kuukaudessa (mm/kk) 25 o C lämpötilassa, jos siihen käytettävissä oleva energia on 1 W/m 2? Lämpötilassa 25 C veden latenttilämpö: Le= 2,442*10^6 J/kg. Energiaa saatavilla 1 W/m2. Neliömetriä kohti käytettävä energiamäärä on siis: 1 J s 86400 s d 30 d kk = 2 592 000 J kk Tällä energiamäärällä voidaan haihduttaa vettä: 2 592 000 J kk 2.442 10 6 J kg = 1,06 kg Koska veden tiheys on 1000 kg/m3, on haihdunta 1 m2 alueelta 1,06 mm/kk
3. Tehtävä c) Käytössä on seuraavat mittaukset: Nettosäteily R n = 200 W/m 2, maahan siirtyvä lämpö G = 40 W/m 2 ja haihdunta E = 5*10 8 m/s. Arvioi tuntuva lämpö (sensible heat flux) H (W/m 2 ). Haihdunta: 5 10 8 m s = 5 10 8 m s 86400 s d 30 d kk 1000 mm m = 129,6 mm kk b)-kohdan tulosta apua käyttäen. 1 W/m2 energiaa riitti haihduttamaan 1,06 mm vettä, joten 129,6 mm haihtumiseen tarvittava energia (latentti lämpö) on: LE = 129,6 mm 1,06 mm = 122 W m2 Energiatase: Rn = LE + H + G 1 W m2 H = Rn LE G = 200 122 40 W m2 = 38 W m2
Vihjeitä palautettaviin harjoituksiin Laskutehtävissä on käytävä ilmi, miten laskut on tehty 4. Katso demotehtävä 2 Huomaa kuitenkin, että pintakerroksen ja pohjakerroksen vedenpidätysominaisuudet eroavat Kuivatasapainotila sekä alku- että lopputilanteessa 5. Aloita muuntamalla päivittäin haihtuneen veden määrä yksikköön mm/d Lunta ei ole viimeisenä päivänä ollenkaan, kannattaa siis laskea ajassa taaksepäin Huomaa, etumerkit: mikä kasvattaa ja mikä vähentää veden määrää lumessa? 6. Laske muutokset yksikössä mm 7. Katso demotehtävä 3
Kotitehtävien palautus Tehtävät palautetaan erillisille papereille Palautuslaatikko löytyy Rakennus- ja ympäristötekniikan laitoksen (Rakentajanaukio 4) kolmannesta kerroksesta liikennetekniikan käytävältä huoneen 355 oikealta puolelta1. harjoituksen DL on 30.9. Tehtävät voi palauttaa myös harjoituksiin Myöhässä tai sähköisesti palautettujen harjoitusten pistemäärä puolitetaan
Viikkoharjoituksen palautuslaatikko? Rakennus- ja ympäristötekniikan laitos (Rakentajanaukio 4) 3. krs liikennetekniikan käytävällä huoneen 355 oikealla puolella