Hydrologia. Maanpinnan alaisten vesien jako



Samankaltaiset tiedostot
Hydrologia. Pohjaveden esiintyminen ja käyttö

Hydrologia. Routa routiminen

Harjoitus 3: Hydrauliikka + veden laatu

HIIDENVESI-ILTA Peltomaan rakenne ja ravinnekuormitus

Harjoitus 2: Hydrologinen kierto

Metsämaan kantavuus ja kulkukelpoisuus: Maan fysikaaliset ominaisuudet

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

Luvun 12 laskuesimerkit

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

Viikkoharjoitus 2: Hydrologinen kierto

Hydrologian perusteet ja maan vesitalous

PELTOMAAN RAKENNE JA FOSFORIN KÄYTTÖKELPOISUUS

Hydrologia. Säteilyn jako aallonpituuden avulla

3. Bernoullin yhtälön käyttö. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

METSÄMAAN HIILEN VIRRAT VEDEN MUKANA

Ojaväli ja ympärysaine

Maaperätutkimukset. Maaperätutkimusten tarkoituksena on varmistaa, että suunniteltava järjestelmä soveltuu kohteeseen Koekuoppa

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson

Työ nro RAKENNETTAVUUSSELVITYS MULTISILLAN PÄIVÄKOTI TERÄVÄNKATU MULTISILTA, TAMPERE

Esim: Mikä on tarvittava sylinterin halkaisija, jolla voidaan kannattaa 10 KN kuorma (F), kun käytettävissä on 100 bar paine (p).

Hydrauliikka: kooste teoriasta ja käsitteistä

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

NESTEIDEN ja ja KAASUJEN MEKANIIKKA

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

Kosteusmittausten haasteet

Kuva 1. Virtauksen nopeus muuttuu poikkileikkauksen muuttuessa

2.1 Yhdenmuotoiset suorakulmaiset kolmiot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

KEVYTSORAN MATERIAALIOMINAISUUDET 06/05/2019

Ilman suhteellinen kosteus saadaan, kun ilmassa olevan vesihöyryn osapaine jaetaan samaa lämpötilaa vastaavalla kylläisen vesihöyryn paineella:

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

Vesiensuojelu metsätaloudessa Biotalous tänään ja huomenna Saarijärvi Juha Jämsén Suomen metsäkeskus

Liike ja voima. Kappaleiden välisiä vuorovaikutuksia ja niistä aiheutuvia liikeilmiöitä

9. Kitkaton virtaus ja potentiaaliteoria. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

U P O N O R Y H D Y S K U N TA - J A Y M P Ä R I S T Ö T E K N I I K K A m i t o i t u s ta u l u k o t 04 I

Laskuharjoitustehtävät

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, pe :00-17:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

Termiikin ennustaminen radioluotauksista. Heikki Pohjola ja Kristian Roine

Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Sovellutuksia Pinta-alan ja tilavuuden laskeminen Keskiö ja hitausmomentti

Ohje Tässä luvussa käsitellään pohjavedenpinnan yläpuolella olevan kaivannon kuivanapitoa.

1. Vuotomaa (massaliikunto)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitukseen 3 /

RATU rankkasateet ja taajamatulvat TKK:n vesitalouden ja vesirakennuksen hankeosien tilanne ja välitulokset T. Karvonen ja T.

KIRKKORANTA KERIMÄKI ALUEEN MAAPERÄKUVAUS JA RAKENNETTAVUUS

PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

S-Market Epilä HULEVESISELVITYS. Tampere. Projektinumero

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, perjantai :00-12:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

Sovelletun fysiikan pääsykoe

SENAATTI-KIINTEISTÖT LAHDEN VARIKKO RAKENNETTAVUUSSEL- VITYS

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

Valomylly. (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta.

Testimenetelmät: SFS-EN ja

Jännite, virran voimakkuus ja teho

Hydrologia. L6 Haihdunta. Määritelmiä

Mikä on kationinvaihtokapasiteetti? Iina Haikarainen ProAgria Etelä-Savo Ravinnepiian Kevätinfo

[MATEMATIIKKA, KURSSI 9]

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Jarru- ja kytkinnesteen vaihtajat, paineilmakäyttöinen Kevyt ja helppokäyttöinen, soveltuu ajoneuvojen hydraulisten jarrujen ja kytkimien ilmaukseen

MAANVARAISTEN ALAPOHJARAKENTEIDEN KOSTEUSKÄYTTÄYTYMINEN

Funktion derivoituvuus pisteessä

Liite F: laskuesimerkkejä

13. Savisideaineet. Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto

Radan kuivatuksen toimivuuden arviointi ja parantaminen olemassa olevilla radoilla

KOSTEUS. Visamäentie 35 B HML

Kosteusmittausyksiköt

Differentiaali- ja integraalilaskenta

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.

LIFE HASCO. Task PID Know-how, ympäristövaikutusten seuranta HASCO. Peltorivi FISKARS FINLAND

Asennusohje Sadevesienkeräilysäiliö 3 m 3

3.a. Helposti rakennettavaa aluetta -Sr, Hk, Mr, Si. Vaikeasti rakennettava pehmeikkö lyhyehkö paalutus 2-5m

Laskun vaiheet ja matemaattiset mallit

Mökkipaketti 2. Asennus-, käyttö- ja huolto-ohjeet. Ohjeversio 08/11

Mikrobien kulkeutuminen pohjavedessä, Tuloksia Polaris-hankkeesta

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

HOLLOLAN KUNTA, KUNTOTIE, RAKENNETTAVUUSSELVITYS

Kertaus 3 Putkisto ja häviöt, pyörivät koneet. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

Kappaleiden tilavuus. Suorakulmainensärmiö.

DEE Kryogeniikka

Pumppaamon sijainti. Pietilä Sari 2010, kuvat: Grundfos, Lining, WSP Finland

17. Pyörivät virtauskoneet. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

FYSIIKKA. Mekaniikan perusteita pintakäsittelijöille. Copyright Isto Jokinen; Käyttöoikeus opetuksessa tekijän luvalla. - Laskutehtävien ratkaiseminen

Integrointi ja sovellukset

MATEMATIIKKA PAOJ2 Harjoitustehtävät

GEO. Niemenkatu 73 Puhelin LAHTI

Mitä on huomioitava kaasupäästöjen virtausmittauksissa

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

Transkriptio:

Hydrologia L7 Maavedet Maanpinnan alaisten vesien jako Maavesi, vedellä kyllästymätön vyöhyke juurivesi välivyöhyke kapillaarivesi Pohjavesi, vedellä kyllästetty vyöhyke 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 2 1

Maaperä Koostumus Kiinteät osat (orgaaniset ja epäorgaaniset maapartikkelit) Nestemäistä vettä (sis. liuenneita aineita) Kaasuja (ilmaa, jonka koostumus erilainen kuin ilmakehässä) Biologinen toiminta Tekstuuri (partikkeleiden kokojakauma) Struktuuri (rakenne, partikkelien kerrostumis- ja liittymisrakenne) Hiukkeinen: karkearakeisia yksittäisiä partikkeleja Mururakenne: savimaissa, yhteen sitoutuneita partikkeleja Makro- ja mikrostruktuurit 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 3 Veden sitoutuminen maaperään 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 4 2

Maan rakenteeseen vaikuttavat tekijät Kuivumiskutistuminen. Se riippuu: maalajeista, humupitoisuudesta ja savipitoisuudesta Ulkoinen tehopinta A kasvaa hiukkaskoon pienentyessä. Esim. 1 g:ssa pallon muotoisia hiukkasia, joiden tiheys=2.7 kg/dm 3 A saa arvoja: d=2 mm A=0.001 m 2 ; d=0.002 mm A=1.1 m 2 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 5 Maarakeiden sidosvoimat Vesimolekyyli on dipoli. Se pystyy sitoutumaan erityisesti negatiivisesti varautuneiden maan hiukkasten kanssa (adsorptio) Ohuita kerroksia. Mitä enemmän hiukkaspintoja sitä enemmän vettä voi sitoutua Sidosvoimien suuruus: esim. etäisyydellä <0.0005 mm hiukkasen pinnasta ne ovat noin 70000*painovoima 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 6 3

Maaperän vesipitoisuuden määrittelyt Huokoisuus huokosten tilavuus suhteessa kokonaistilavuuteen Kosteus so. veden tilavuus (U w ) suhteessa kokonaistilavuuteen (U) = m u. Kosteus so. veden massa (M w ) suhteessa kiinteään aineen massaan (M s ) = m s Kosteus so. veden massa (M w ) suhteessa kokonaismassaan (M) = m M Irtotiheys = märkä tilavuuspaino, M Kiintotiheys = maa-aineksen tiheys, s Kuiva tilavuuspaino, D 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 7 Kosteussuureiden riippuvuuksia Irtotiheys = märkä tilavuuspaino, M Kiintotiheys = maaaineksen tiheys, s Kuiva tilavuuspaino, D 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 8 4

Kapillaarinen nousu eri maalajeilla Nousukorkeudessa erittäin suuria eroja 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 9 Kapillaarinen nousu ja huokoskoko Nostava voima johtuu pintajännityksestä Mitä ohuempi putki sitä korkeammalle vesi nousee Nousukorkeus likimain kaavalla: h=15/r, missä h=kapillaarinen nousukorkeus (m), r =huokosputken säde ( m) 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 10 5

Bernoullin yhtälö Energiakorkeus= nopeuskorkeus+painekorkeus +painovoimapotentiaali Maavesivirtaukset hitaita < 1 cm/s nopeuskorkeus voidaan jättää pois Kokonaispotentiaali tai hydraulinen korkeus = paine- eli matrikkelipotentiaali + painovoimapotentiaali. Juurivyöhykkeeessä huomoidaan myös osmoottinen potentiaali 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 11 Maaperässä alaspäin suunnatun vesipatsaan paino = maaperän hiukkasten imu Maaperässä veden suhteen alipaine: maan vetovoima vaikuttaa alaspäin, hiukkasten sidosvoimat pitävät vettä ylhäällä Kuvassa tensiometri, voidaan käyttää kun imu < 1 at 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 12 6

Veden pidätyskyky Käytännössä painepotentiaali-termi Bernoullin yhtälössä ajatellaan olevan kapillaaristen voimien määräämä Muita (toisarvoisia) kokonaispotentiaaliin vaikuttavia tekijöitä ovat: osmoosi ja lämpötilaerot, jotka vaikuttavat vesihöyryn liikkeisiin Kapillaaripotentiaali = energia/paino, tarvitaan vesiosasen irrottamiseen maahiukkasesta 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 13 Painepotentiaalin tasapainotila Kapillaarivyöhykkeessä ja välivyöhykkeessä vallitseva paine < kuin ulkoinen paine Pohjavesivyöhykkeessä vallitseva paine > kuin ulkoinen paine 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 14 7

Vedenpidätyskäyrä Perustuu kyllästetyllä maanäytteellä tehtyyn imukokeisiin X-akseli: vesipitoisuus, y- painepotentiaali (=imu) metreinä vesipatsasta Toinen y-akseli tavallisesti: pf-luku = lg(painepotentaali cm:nä ilmoitettuna) Joskus y-akselilla myös sen huokosputken halkaisija (d v ), jossa kapillaarivoimat tasapainossa maan vetovoiman kanssa vedenpidätyskäyrä kuvaa myös maan huokosjakaumaa 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 15 Vedenpidätyskäyriä 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 16 8

Maalajiluokitukset A,B=savilajeja C=hiekka D=sora Geologinen ja geotekninen luokitus http://geokartta.gtk.fi/ savi: d< 0.002 mm siltti: 0.002<d<0.6 mm hiekka: 0.6<d<2 mm Tämän jälkeen erot: Sora/geologinen 2<d<60 mm Sora/geotekninen 2<d<20 mm, Kivet/geologinen 60<d<600 mm Kivet/geotekninen 20<d<200 mm Lohkareet/geologinen 600 mm<d Lohkareet/geotekninen 200 mm<d 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 17 Maankosteusmittaukset Maanäyte: punnitus märkänä ja kuivana Sähköisen vastuksen ja kapasitanssin muutoksiin p.m. Tensiometri (hyvin kostea maa) Radioaktiiviset menetelmät Neutronimittari, neutronit hidastuvat vetyatomeista, vety maaperässä on maaveden vetyä Gammasäteilyn imeytymiseen p.m. Maaperän dielektrisyyden mittaus tutkalla TKK_Karvonen_Maavedet.p df 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 18 9

Veden liikkeet: Darcyn kaava Vesi virtaa pienemmän potentiaalin suuntaan Kaavaa sovellettiin alun perin (1856) pohjavesivirtaukselle, 1930-luvulta sovellettu myös maavesivirtaukseen q= virtausnopeus (cm/s) K= hydraulinen johtavuus (cm/s) H/L= paineviivan kaltevuus H=paineviivan korkeusero matkalla L Hiekka: K=10-4 kaltevuus I=H/L=1/20 q=10-4 *0.05 m/s=43 cm/vrk Hieta: K=10-7 kaltevuus I=H/L=1/20 q=10-7 *0.05 m/s=0.43 mm/vrk 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 19 Johtavuuden määrittäminen laboratoriossa Vakiopainekork euteen perustuva menetelmä, soveltuu karkearakeisen maan johtavuuden määrittämiseen Muuttuvaan painekorkeuteen perustuva menetelmä, soveltuu hienorakenteisel le maalle 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 20 10

Hydraulisen johtavuuden määrittäminen kentällä Kenttämenetelmät kairanreikämenetelmä eli ns. auger hole, mitataan vedenpinnan nousunopeus pohjavesiputkessa käänteinen auger hole = pohjavesiputkeen lisätyn vedenpinnan laskunopeus infiltrometri = veden poistumisnopeus astiasta pohjavesipumppaus: seurataan pohjavesipinnan laskua pohjavesiputken ympärillä, kun vettä pumpataan putkesta 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 21 Veden imeytyminen maahan Imeytyminen suuri sadetapahtuman alussa Sateen jatkuessa vakioituu tietylle tasolle = imeyntäkyky, joka riippuu maan rakeisuudesta (karkeassa suuri) rakenteesta kosteusoloista (vaikuttaa imeyntään sateen alussa) kasvipeitteestä (suojaa kovettumiselta ts. parantaa imeytymistä toisaalta interseptio vähentää imeytyvää osuutta) Kaltevuudesta Sateen intensiteetti määräävä tekijä imeytymisessä. Jos intensiteetti > imeyntäkyky alkaa pintavalunta 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 22 11

Imeytymiskaavoja Horton (1940), Philip (1957) ja Kostiakov (1932) Kaikissa imeytyminen on ajan funktio ja erilaisia maaperän laatua kuvaavia parametreja Alla Hortonin kaava, jossa f c = lopullinen imeyntä mm/d, f 0 =imeyntä sateen alussa mm/d, k=maalajista ja peitteestä riippuva vakio, t=aika..\luennot2006\hortonin_kaava.xls 15/01/2013 WETA150 Hydrologia T.Huttula 23 12