Hydrologia Timo Huttula L8 Pohjavedet Pohjaveden esiintyminen ja käyttö Pohjavettä n. 60 % mannerten vesistä. 50% matalaa (syvyys < 800 m) ja loput yli 800 m syvyydessä Suomessa pohjavesivarat noin 50 m 3 /s. Käyttö vain 5 6 m 3 /s. 50 % Suomen väestöstä käyttää pohjavettä. Tekopohjavettä useilla laitoksilla mm. Jyväskylä ja Kuopio. Tampereen alueelle suunnitellaan. Vesi liikkuu maaperässä painovoiman vaikutuksesta, kun vesipitoisuus on kyllästetyn tilan ja kenttäkapasiteetin välissä = vapaa vesi Esim. seuraavan kuvan mukaan kenttäkapasiteetissa m u (savi) = 35 % ja m u (hiekka) = 4 %. Kyllästetty tila savelle on m u (savi) = 44 % ja hiekalle 46 % vapaa vesi savelle 9 % ja hiekalle 42 % tilavuudesta. 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 2 1
Vedenpidätyskäyräesimerkkejä 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 3 Pohjaveden muodostuminen Huonosti vettä läpäisevän kerroksen päälle karkeampien maalajien muodostamaan kerrokseen: pohjavesivarasto, akviferi rajoittamaton rajoitettu orsivesi 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 4 2
Rajoittamaton, pohjaveden pinta vapaa ja sen paine = ulkoinen paine Rajoitettu kerros. Varastoon johdetussa putkessa vesi nousee varaston pintaa korkeammalle = pietsometrinen pinta Pohjavesivarastot 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 5 Tehoisa huokoisuus Huokoisuus ja tehoisa huokoisuus, n e Virtauksiin osallistuu vain tietty tilavuusosa (U ve ) maaperässä olevasta vedestä. Adsorptiovesi ei. n e saa yleensä arvoja 10 30 % Pohjavedessä veden virtaus on laminaarista viskositeetti vaikuttaa. Se taas on lämpötilariippuvainen. Lämpötilassa 20 0 C makean veden viskositeetti on 1.01 cpoisea kun se lämpötilassa 5 0 C on 1.52 cp. Monimutkaisten maahiukkasia kiertelevien reittien takia pohjavedessä veden ja siihen liuenneiden aineiden sekoittuminen on turbulenttisen sekoittumisen kaltaista 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 6 3
Hydraulisen johtavuuden (K) arvoja K=f(n e, rakeiden muoto, raekokojakautuma) 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 7 Darcyn kaava virtauskenttään Virtauksen suotonopeus V 12 kahden pisteen 1 ja 2 välillä voidaan laskea Darcyn kaavan avulla. Pisteiden etäisyys: s. Kun s 0, voidaan suotonopeudelle s:n suuntaan kirjoittaa diff. yhtälö: 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 8 4
Darcyn kaavan rajoitukset Kaavasta seuraa, että vesi virtaa kohtisuoraan potentiaalipintoja vastaan Pätee laminaarisessa virtauksessa, turbulenttisessa neliöllinen riippuvuus Vettä voimakkaasti pidättävissä maalajeissa (savi, maatunut turve) esiintyy kynnysgradientti. Virtaus lähtee liikkeelle vasta, kun potentiaalin gradientti on em. suurempi Homogeenisen maaperän oletus. Todellisuudessa kerrostumia (ei-isotrooppinen maaperä), joiden suunnassa virtaus tapahtuu 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 9 Virtauslaskennan reunaehdot Vettä läpäisemätön kerros. Virtaus pinnan suuntaisena. H=vakio -pinnat kerroksen suuntaisia Vesistön ja pohjavesivaraston reuna: virtaus kohtisuoraan pinnan läpi. Reuna on yksi saman potentiaalin pinnoista. Sillä potentiaalin arvo = vapaan pinnan korkeus Pohjavesivaraston vapaa pinta: paine vakio = ulkoinen paine. Potentiaalilla sama arvo kuin ko. kohdan korkeus. 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 10 5
Pohjavesiputki Kairataan edustaviin kohtiin akviferia tarpeeksi syvälle Vedenkorkeusmittaus manuaalisesti (sähkönjohtavuusanturi) tai paineanturilla Automaattinen tiedon tallennus esim. piirturille: limnigrafi tai sähköisesti Vieressä GWMS:n automaattinen asema lähteessä: paineanturi, dataloggeri ja GPRS tiedonvälitys Muut luotaukset pohjavesiputkesta Vesinäytteet 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 11 Pohjaveden pumppausta Pohjavesivaraston antoisuuden tutkiminen Hydraulisen johtavuuden selvittäminen Pohjavedenpinnan riskialeneman selvittämien 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 12 6
Pohjavesimittauksia Lähteen virtaaman mittaus mittapadolla Sähköinen vastusluotaus maanpinnalle neljä elektrodia. Uloimpiin syötetään virtaa. Sisempien väliä ja syvyyttä lisättään asteittain vastusjakauma, joka riippuu kosteudesta ja maalajeista 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 13 Pohjavesimittauksia Seisminen luotaus täryaallon eteneminen irtomaakerrosten paksuus ja peruskallion rakenteet VLF-luotaus matalajaksoisten radioaaltojen hyödyntäminen. Kallioperän johteiden (esim. vesi ruhjeessa) ympärille indusoituneen elektromagneettisen kentän mittaus ja johteen paikallistaminen Gravitaatiomittaus Pohjavesitutka 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 14 7
Pohjavesialueiden kartoitus, Ylöjärven pohjavesialueet 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 15 Selänpään pohjavesimalli: tekopohjaveden imeytyspaikka?? 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 16 8
15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 17 9