19
1 Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 11 Επανάληψη Εμμ. Ανδρεαδάκης

Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 11 Επανάληψη

  • Upload
    herne

  • View
    62

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 11 Επανάληψη. Εμμ. Ανδρεαδάκης. Άσκηση. Δίνεται γεωλογικός χάρτης μιας περιοχής, κλίμακας 1:50.000. Στην περιοχή εμφανίζονται: φλύσχης, ασβεστόλιθοι και προσχώσεις. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

1

Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 11

Επανάληψη

Εμμ. Ανδρεαδάκης

Page 2: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

2

Άσκηση

• Δίνεται γεωλογικός χάρτης μιας περιοχής, κλίμακας 1:50.000. Στην περιοχή εμφανίζονται: φλύσχης, ασβεστόλιθοι και προσχώσεις.

• Στη βάση του καλύμματος των ασβεστόλιθων εκδηλώνεται η πηγή Π της οποίας η ετήσια παροχή είναι 390.000m3. Το νερό της πηγής απάγεται με κλειστό αγωγό εκτός της περιοχής του χάρτη.

• Οι ασβεστόλιθοι βρίσκονται σε μέσο υψόμετρο 280m και η έκτασή τους είναι 1.500.000m2.

• Η βροχοβαθμίδα στην περιοχή είναι 0.20mm/m, ενώ η βροχόπτωση σε υψόμετρο 0m είναι 444mm.

• Οι προσχώσεις βρίσκονται σε μέσο υψόμετρο 30m και η έκτασή τους είναι 5.000.000m2.

• Στις προσχώσεις αναπτύσσεται ένας υδροφόρος ορίζοντας. Η μεταβολή της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα ανέρχεται, σε ετήσια βάση, σε 2m. Σ’ αυτόν έγινε δοκιμαστική άντληση και η μεταβολή της στάθμης s σε συναρτήσει του logt δίνεται στο επισυναπτόμενο διάγραμμα. Η άντληση έγινε στη γεώτρηση Γ1 και η μεταβολή της στάθμης μετριόταν στο πιεζόμετρο Π1 που βρισκόταν σε απόσταση 10cm από την αντλούμενη γεώτρηση (βλέπε γεωλογικό χάρτη). Η παροχή άντλησης ήταν 19m3/h. Η θέση της γεώτρησης βρίσκεται σε υψόμετρο 25m και η στάθμη ηρεμίας της βρέθηκε σε βάθος 15m.

Page 3: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

3

Άσκηση

Page 4: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

4

Άσκηση

• Η μέση παροχή του ποταμού είναι ανά θέση μέτρησης:

• Στη γεώτρηση Γ1 έγινε χημική ανάλυση* του νερού, με τα παρακάτω αποτελέσματα:

Θέση 1: 35.45 m3/h

Θέση 2: 41.35 m3/h

Θέση 3: 40.28 m3/h

Θέση 4: 60 m3/h.

EC (μS/cm) 3640  

Κατιόντα Ισοδύναμο βάρος

Συγκέντρωση (mg/l)

Ανιόντα Ισοδύναμο βάρος

Συγκέντρωση (mg/l)

Ca+2 20 226 Cl- 35.5 880Mg+2 12,2 85.4 NO3

- 62 74.4

Na+ 23 392 SO4-2 48 282.5

K+ 39 5.3 HCO3- 61 240

Page 5: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

5

Ζητούμενα

1. Να υπολογιστεί ο συντελεστής κατείσδυσης των ασβεστόλιθων και να σχολιάσετε εάν είναι ο πραγματικός ή όχι.

2. Να χαρακτηριστεί η πηγή και να δοθεί σχηματικά σε τομή ο μηχανισμός λειτουργίας της.

3. Να υπολογιστούν τα ρυθμιστικά αποθέματα των προσχώσεων.

4. Ποιος είναι ο συντελεστής κατείσδυσης των προσχώσεων;

5. Να σχεδιαστεί η πιεζομετρία του υδροφόρου ορίζοντα των προσχώσεων.

6. Ποιο το υδραυλικό φορτίο στη θέση της Γ1;

7. Να γίνει έλεγχος αξιοπιστίας της χημικής ανάλυσης.

8. Να καθοριστεί ο τύπος του νερού με το διάγραμμα Piper.

9. Ποιο ή ποια προβλήματα ποιότητας παρουσιάζονται, και πού μπορεί να οφείλονται;

* Για τις προσχώσεις ισχύει η προσέγγιση των Cooper-Jacob σύμφωνα με την οποία:

** Επιτρεπόμενο όριο συγκέντρωσης (για πόσιμο νερό) για τα Cl-: 250mg/l, για τα SO42-: 250mg/l και για τα NO3

-: 50mg/l. Επιτρεπόμενη αγωγιμότητα: 2500μS/cm.

Sr

Tt

T

Qs

2

25.2log*

4

3.2

2025.2

r

TtS

Page 6: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

6

1. Συντελεστής κατείσδυσης ασβεστόλιθων

• Ο συντελεστής κατείσδυσης είναι το ποσοστό της βροχόπτωσης που κατεισδύει στους ασβεστόλιθους, δηλαδή:

• Ο ασβεστόλιθος (από ό,τι φαίνεται στο χάρτη) δεν έρχεται σε επαφή με άλλον σχηματισμό, εκτός από τον φλύσχη, του οποίου υπέρκειται τεκτονικά.

• Ο φλύσχης είναι σχετικά αδιαπέρατος.

• Συνεπώς, όλο το νερό που κατεισδύει στον ασβεστόλιθο εκφορτίζεται από την πηγή. Άρα:

• Ο όγκος της βροχόπτωσης δίνεται από το γινόμενο του ύψους βροχής επί την έκταση των ασβεστόλιθων.

.

.

ό

ί

V

VI

.όV

VI

Page 7: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

7

1. Συντελεστής κατείσδυσης ασβεστόλιθων

• Τα δεδομένα δεν μας δίνουν απευθείας ύψος βροχής στους ασβεστόλιθους.

• Μας δίνουν όμως:

– το μέσο υψόμετρο των ασβεστόλιθων,

– τη βροχοβαθμίδα στην περιοχή και

– το ύψος βροχής σε υψόμετρο μηδέν.

• Χρησιμοποιούμε τη μέθοδο του μέσου υψομέτρου για τον υπολογισμό του ύψους βροχής.

• Στην εξίσωση y=ax+b, παίρνουμε

– ως a τη βροχοβαθμίδα

– ως b το ύψος βροχής σε υψόμετρο 0 και

– ως x το μέσο υψόμετρο των ασβεστόλιθων.

• To y είναι το ύψος βροχής που μας χρειάζεται για τον υπολογισμό του όγκου της βροχόπτωσης στους ασβεστόλιθους, ώστε να υπολογιστεί ο συντελεστής κατείσδυσης.

Page 8: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

8

2. Μηχανισμός πηγής

• Πηγή επαφής (κατιούσα): ονομάζεται η πηγή στην οποία το νερό κινείται υπό την επίδραση της βαρύτητας.

• Σχηματίζονται στο σημείο που συναντώνται:

– Η τοπογραφική επιφάνεια

– Η πιεζομετρική επιφάνεια

– Η επαφή του υπερκείμενου υδροπερατού στρώματος με το υποκείμενο αδιαπέρατο (ή σχετικά αδιαπέρατο).

• Στο χάρτη, η πηγή βρίσκεται στο χαμηλότερο τοπογραφικά σημείο της επαφής περατού – αδιαπέρατου.

• Σε τομή, η πηγή βρίσκεται στο χαμηλότερο σημείο της επαφής περατού - αδιαπέρατου

Page 9: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

9

3. Ρυθμιστικά αποθέματα προσχώσεων

• Τα ρυθμιστικά αποθέματα των προσχώσεων μπορούμε να τα υπολογίσουμε

– είτε αθροίζοντας το σύνολο των τροφοδοσιών ή των απωλειών του υ.ο. εφόσον θεωρήσουμε ότι δεν υπάρχει μεταβολή των μόνιμων αποθεμάτων

– είτε από το συντελεστή εναποθήκευσης που για τους ελεύθερους υ.ο. ταυτίζεται με το ενεργό πορώδες.

• όπου Α είναι η έκταση των προσχώσεων και

• Δh η ετήσια πτώση στάθμης (ετήσια διακύμανση της στάθμης)

– Χρησιμοποιούμε το δεύτερο τρόπο, εφόσον έχουμε δεδομένα δοκιμαστικής άντλησης και μπορούμε να υπολογίσουμε το συντελεστή εναποθήκευσης S.

ρυθμ.V0ΔV

V

AT

hASVhA

VS ρυθμ.

ρυθμ.

Page 10: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

• Εφαρμόζουμε τη μέθοδο Cooper-Jacob

• Μετρώντας στο γράφημα το Δs (για δύο χρονικές στιγμές που απέχουν ένα λογαριθμικό κύκλο) υπολογίζουμε πρώτα το Τ.

• Στη συνέχεια προεκτείνουμε την ευθεία μέχρι να τμήσει τον άξονα των χρόνων και μετράμε το t0, για να υπολογίσουμε το S.

10

3. Ρυθμιστικά αποθέματα προσχώσεων

s4

3.2

Q

T

20

r

t25.2 S

ΔsΔs

t0

s(m

)

t2=10t1

Page 11: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

11

4. Συντελεστής κατείσδυσης προσχώσεων

• Ο συντελεστής κατείσδυσης είναι το ποσοστό της βροχόπτωσης που κατεισδύει στις προσχώσεις, δηλαδή:

• Υπολογίζουμε τον όγκο της βροχόπτωσης στις προσχώσεις όπως κάναμε και για τους ασβεστόλιθους

– με δεδομένο το μέσο υψόμετρο των προσχώσεων, τη βροχοβαθμίδα και το ύψος βροχής σε υψόμετρο μηδέν, υπολογίζουμε το ύψος βροχής των προσχώσεων

– πολλαπλασιάζουμε το ύψος βροχής με την έκταση των προσχώσεων.

• Πρέπει να γνωρίζουμε και τον όγκο της κατείσδυσης στις προσχώσεις.

• Αυτό το δεδομένο θα προκύψει εφαρμόζοντας για τις προσχώσεις την εξίσωση υδρογεωλογικού ισοζυγίου.

.

.

ό

ί

V

VI

Page 12: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

12

4. Συντελεστής κατείσδυσης προσχώσεων

• Η κατείσδυση είναι μια από τις τροφοδοσίες των προσχώσεων (Vκατ.=Τκατ)

• Έχουμε υπολογίσει από πριν τα ρυθμιστικά αποθέματα των προσχώσεων, που ισούνται με το σύνολο των τροφοδοσιών (και των απωλειών, υποθέτοντας ότι δεν μεταβάλλονται τα μόνιμα αποθέματα).

• Αν υπολογίσουμε τις υπόλοιπες τροφοδοσίες, μπορούμε να βρούμε την τροφοδοσία μέσω κατείσδυσης, δηλαδή τον όγκο νερού που χρειάζεται να γνωρίζουμε για να υπολογιστεί ο συντελεστής κατείσδυσης.

• Οι τροφοδοσίες στις προσχώσεις προέρχονται:

– από τη βροχόπτωση μέσω της κατείσδυσης (Τκατ)

– από το ποτάμι (Τκατ), διότι Q1+Q2+Q3>Q4.

• Άρα:

– Υπολογίζουμε το Τποτ από τη διαφορά Q1+Q2+Q3-Q4, μετατρέποντάς τη σε ετήσια ποσότητα (m3/h x 24h/d x 365d/y).

TVTVTT ..

Page 13: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

13

5. Πιεζομετρία των προσχώσεων

• Οι πιεζομετρικές γραμμές κάθετα στο όριο προσχώσεων-φλύσχη (δεν υπάρχει επικοινωνία)

• Οι γραμμές ροής αποκλίνουν από το ποτάμι (το ποτάμι τροφοδοτεί τις προσχώσεις)

Page 14: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

14

6. Υδραυλικό φορτίο στη θέση της γεώτρησης

• Το υδραυλικό φορτίο στη θέση της γεώτρησης είναι η ενέργεια ανά μονάδα βάρους του νερού.

• Είναι το άθροισμα του φορτίου λόγω θέσης (z) και του φορτίου λόγω πίεσης (hP).

• Το συνολικό υδραυλικό φορτίο δίνεται από το υψόμετρο της στάθμης ηρεμίας της γεώτρησης.

Page 15: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

15

7. Έλεγχος αξιοπιστίας της χημικής ανάλυσης

• Ο έλεγχος αξιοπιστίας της χημικής ανάλυσης γίνεται με τον υπολογισμό της ηλεκτρικής ουδετερότητας ΕΝ:

• Μετατρέπουμε τις συγκεντρώσεις των ιόντων σε χιλιοστοϊσοδύναμα ανά λίτρο (meq/l), διαιρώντας όλες τις συγκεντρώσεις με το αντίστοιχο ισοδύναμο βάρος.

• Εισάγουμε τις συγκεντρώσεις στον τύπο της ηλεκτροουδετερότητας μαζί με το πρόσημο που δείχνει το σθένος των ιόντων (+ για τα κατιόντα, - για τα ανιόντα).

– Στην πραγματικότητα το άθροισμα του αριθμητή γίνεται διαφορά και η διαφορά στον παρονομαστή γίνεται άθροισμα.

– Το αποτέλεσμα θα είναι κάποιο μικρό νούμερο % (π.χ. +2,5% ή -3%).

• Αν η απόλυτη τιμή της ΕΝ είναι μεγαλύτερη από 2 ως 5%, τότε η χημική ανάλυση δεν είναι αξιόπιστη.

%100

EN

Page 16: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

16

8. Καθορισμός του τύπου του νερού – διάγραμμα Piper

• Μετατρέπουμε τις συγκεντρώσεις των ιόντων σε χιλιοστοϊσοδύναμα ανά λίτρο (χρειάστηκε ήδη να γίνει στο προηγούμενο ερώτημα).

• Για κάθε κατηγορία ιόντων (κατιόντα και ανιόντα ξεχωριστά):

– Μετατρέπουμε τις συγκεντρώσεις από meq/l σε ποσοστό επί του συνόλου (διαιρώντας τη συγκέντρωση του κάθε ιόντος με το σύνολο των συγκεντρώσεων των κατιόντων ή των ανιόντων αντίστοιχα και εκφράζοντας το αποτέλεσμα επί τοις 100).

– Παίρνουμε τα αποτελέσματα

• Για τα κατιόντα: Ca, Mg και Na+K

• Για τα ανιόντα: HCO3, Cl, SO4.

– Προβάλλουμε τα αποτελέσματα στα τριγωνικά διαγράμματα (τα κατιόντα στο αριστερό τμήμα, τα ανιόντα στο δεξιό.

• Φέρνουμε για κάθε ιόν, την παράλληλη στην πλευρά απέναντι από την κορυφή που εκφράζει το 100% της συγκέντρωσης για αυτό το ιόν, ανάλογα με τη συγκέντρωση που έχουμε.

• Οι τρεις γραμμές τέμνονται σε ένα μοναδικό σημείο, το οποίο βρίσκεται σε ένα από τα τέσσερα πεδία που χωρίζεται το διάγραμμα από τις γραμμές του 50% κάθε ιόντος.

• Χαρακτηρίζουμε το νερό ανάλογα με το πεδίο στα κατιόντα και στα ανιόντα.

Page 17: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

17

8. Καθορισμός του τύπου του νερού – διάγραμμα Piper

100%Mg

100%Na+K100%Ca

100%SO4

100%Cl100%HCO3+CO2

Page 18: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

18

8. Καθορισμός του τύπου του νερού – διάγραμμα Piper

• Στη συνέχεια από κάθε τριγωνικό διάγραμμα φέρνουμε από το σημείο προβολής του δείγματος, παράλληλη προς την αντίστοιχη άνω εξωτερική πλευρά του ρόμβου.

• Στο σημείο που τέμνονται οι δυο παράλληλες έχουμε το συνοπτικό τύπο του νερού που δίνεται από την περιγραφή κάθε πεδίου του ρόμβου.

Page 19: Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ  11 Επανάληψη

19

9. Προβλήματα ποιότητας

• Συγκρίνουμε τα δεδομένα της χημικής ανάλυσης με τα όρια των σταθερότυπων ποιότητας για κάθε κριτήριο.

– Cl-: 250mg/l.

• H συγκέντρωση που έχουμε είναι μεγαλύτερη (880mg/l), άρα το νερό δεν είναι πόσιμο όσον αφορά το χλώριο. Πιθανό πρόβλημα υφαλμύρινσης. Αν είμαστε κοντά σε θάλασσα, ή ρύπανση από άλλο αίτιο.

– SO42-: 250mg/l.

• Η συγκέντρωση που έχουμε είναι μεγαλύτερη (282mg/l) από το όριο άρα και πάλι το νερό είναι ακατάλληλο για ανθρώπινη χρήση. Πιθανή υφαλμύρινση ή ρύπανση από άλλο αίτιο.

– NO3-: 50mg/l.

• Η συγκέντρωση (74.4mg/l) είναι υψηλότερη από το όριο ανθρώπινης κατανάλωσης. Ρύπανση, πιθανώς από χρήση λιπασμάτων σε καλλέργειες.

– Επιτρεπόμενη αγωγιμότητα EC: 2500μS/cm.

• Η αγωγιμότητα του νερού μας είναι μεγαλύτερη (3640) άρα και με βάση αυτό το κριτήριο το νερό είναι ακατάλληλο για πόσιμο.

– Αρκεί ένα μόνο ποιοτικό κριτήριο να είναι εκτός των ορίων για να είναι το νερό ακατάλληλο.