Podpovrchová voda schemaPodpovrchová voda - schema
Voda vadózní – vsakováním povrchové vodyjuvenilní – kondenzací vodní páry v půdějuvenilní kondenzací vodní páry v půděfreatická – podzemní voda s volnou hladinouartézská – s napjatou hladinou
Režim podzemních vodRežim podzemních vodvolný kolektor artézský kolektor
1 – rozvodnicový (časové změny infiltrace srážkových vod),2 přiříční (kolísání hladiny ve vodoteči)2 – přiříční (kolísání hladiny ve vodoteči), 3 – přechodový (kombinace vlivů 1 a 2),4 – krasový (intenzivní pronikání povrchových vod do horninového prostředí,5 – umělý (vliv vzdutí nebo snížení hladiny činností člověka)
Infiltrace vody do půdyInfiltrace vody do půdyHorton:
ft = fc + (fo – fc) exp(-k.t)
ft – intenzita infiltrace v čase tfo – počáteční intenzita v závislosti na
vlhkosti půdyfc – infiltrační kapacitat – čask – parametr(f k čitý ůd í t t i(fc a k … pro určitý půdní typ a vegetaci
Philip:
ft = 0,5.A.t -0,5 + B
A B tA, B – parametry
Datování vod: radiouhlíková metoda
V přírodě kromě 12C též izotop 14C: vzniká v atosféře působením kosmického záření na dusík: (14N + n → 14C + p). ( p)
Izotop 12C je stabilní, izotop 14C se rozpadá (poločas okolo 5730 let).
Izotop 14C živé organismy dýchají a ukládají v organických sloučeninách. Poměr 12C a 14C mění s časem (uhlíku 14C ubývá).
Poměr množství 12C a 14C: ze známé doby poločasu rozpadu 14C a ze známého poměru uhlíků 12C a 14C v atmosféře lze spolehlivě odhadnout stáří dané organické látky (s přesností na stovky let).g y ( p y )
Předpokládá se, že v historické době se koncentrace 14C v ovzduší a jeho rovnovážná hodnota v organismech nemění, tím je známa j g , jpočáteční koncentrace. Měřením jeho aktivity (beta záření) se určuje okamžitá koncentrace.
Hydraulická vodivostHydraulická vodivost
Starší hornina – větší konzolidace – nižší koeficient filtrace Kp
– menší obsah vody
• Křídové sedimenty Kp = 30 (m/den)• Pískovce 3• Vápence 1• Dolomity 0,001• Zvětralá žula, rula 1,4• Žula, rula 0,2
Propustnost horninObecně horniny „propustné“ a „nepropustné“.Míra propustnosti není úměrná pórovitosti (jíly s jemnými póry jsou nepropustné, přestože jejich pórovitost je větší než u hrubozrnných písků )přestože jejich pórovitost je větší než u hrubozrnných písků.)Propustnost je dána velikostí průlin a puklin:
• Puklinová - V horninách prostoupených puklinami, trhlinami, zlomy a břidličnatostí.- Síť puklin nestejnoměrná, tudíž puklinová propustnost velmi různá.Síť puklin nestejnoměrná, tudíž puklinová propustnost velmi různá.
• Průlinová - Typická pro pórovité horniny (sedimentární útvary)- Typická pro pórovité horniny (sedimentární útvary).- Větší u nezpevněných sedimentů (písky, štěrky). - U zpevněných sedimentů je důležitý charakter tmele.
• Krasová (kavernózní) - V horninách, kde došlo vyluhováním a rozpouštěním ke vzniku dutin.
di l k l- Vápence a sedimenty s vyplavením písku po rozpuštění tmele.
Stanovení hydraulické vodivostiStanovení hydraulické vodivosti
• Stopováním Q = A.v.P = A.Kp.h/ΔL
(L/T).P = (Kp h)/L
K = P L2/ (T h)
C
Kp = P. L / (T.h)
Q – průtokA – průtočný průřezC A průtočný průřezv – rychlost proudění
P – pórovitostT – časový úsek t2 – t1
Čas tý 2 1
(zpoždění stopovací látky)H – rozdíl hladin h1 – h2 L – vzdálenost měřících sond
Č• Čerpacím pokusem
Q K (h 2 h 2) / l ( / )Q = π.Kp.(h22 – h1
2) / ln(x2/x1)
Kp = Q.ln(x2/x1) / π .(h22 – h1
2)
Q – čerpané množstvíh – výška hladinyx pořadnice vzdálenostix – pořadnice vzdálenostis – sonda
ČSN 736614 Průzkumný čerpací pokus 3 až 21 dnůOrientační 1 až 3 dnyyOvěřovací 1 den
„činnost geologická“
Doplňování zásob podzemních vod v České křídě
P = 663 mmDoplňování cca 145 mmDoplňování cca 145 mm
1 – hydrologické rozvodí, 2 – hydrogeologické rozvodí, 3 – pískovce středního Turonu (50 m, horizontálně zvrstvené, K = 8.10-5 m/s,
voda stáří 6 tis.let), 4 í k ř d íh T ( ikál ě é)4 – pískovce středního Turonu (vertikálně zvrstvené), 5 – Cenomanské pískovce (sklon 0,008, voda stáří 19 tis. let),6 – směr povrchového odtoku, 7 – však do půdy, 8 – však do pískovců (4),9 h i tál í dě í d í d í k í h (3)9 – horizontální proudění podzemní vody v pískovcích (3), 10 – vertikální proudění z (5) do (3)
Geofyzikální průzkum vydatnosti kolektorůGeofyzikální průzkum vydatnosti kolektorů
• Metoda odporová (do hloubky cca 500 m)Resistivita prostředí ρ funkcí kompozice a obsahu vody:
ρ = R A / L (Ω m)R – elektrický odpor (Ω), A – plocha příčného průřezu (m2),L – vzdálenost (m)
• Metoda seismická (do hloubky cca 100 m)Detekce šíření vyvolaných otřesů (zrychlovány konzolidací horniny a obsahem vody):
nekonzolidované sedimenty v = 250 (m/s)krystalinikum 5000
Cíle sledování podzemních vodCíle sledování podzemních vod
• Identifikace významných kolektorů
• Ocenění jejich vydatnosti• Ocenění jejich vydatnosti
• Sledování režimu podzemních vod a pramenů
• Studium doplňování zásob
• Studium vazeb povrchových a podzemních vod• Studium vazeb povrchových a podzemních vod
• Monitoring kvality vody
Pozorovací síť ČHMÚPozorovací síť ČHMÚ
Měř í t ů hl di d í h d t h• Měření stavů hladiny podzemních vod ve vrtech pozorovací sítě.
• Měření vydatnosti pramenů.
• Zabezpečení provozu pozorovací sítě.
• Vyhodnocování množství a kvality podzemních vod.
• Posudková činnost v oblasti množství a kvality vody,případně „bezpečného čerpání“
Pozorování hladin v sondáchPozorování hladin v sondách
• Zdrsnělá tyč
• Rangova (Frankfurtská píšťala)Rangova (Frankfurtská píšťala)
• Elektrický obvod
• Plováková registrace
• Tlakové snímačeTlakové snímače
• Integrovaná čidla
Klasifikace pramenůp
• Teplotní: studené a teplép p
• Původ: sestupné a vzestupnép p
• Výskyt: trvalé a občasné
• Chemické složení
• Litologie• Litologie
• Geologické formace
• Stupeň spolehlivostiQmax/Qmin
Proudění podzemní vodyProudění podzemní vody
H d i h• Hydroizohypsy(místa o stejné výšce hladiny)
• Proudnice
• Darcy:Q = A.v.P = A.Kp.dh/dx
• Numerické řešení:Numerické řešení:Metoda konečných diferencíMetoda konečných prvků
Metoda konečných diferencíMetoda konečných diferencí
QBA + QCA + QDA + QEA = 0
hA = ¼ (hB + hC + hD + hE)
QBA = Kp(BA) (hB – hA) Δy/Δx
QCA = …QDA = …QEA = …
PŮDNÍ VLHKOST
- Gravimetrická: θm = mw/ms (-)
mw - hmotnost vody, ms – hmotnost suché půdy (105 oC) v odebraném vzorku půdyv odebraném vzorku půdy.
- Objemová: θv = Vw/Vs (-)
V bj d V bj k ůdVw – objem vody, Vs – objem vzorku půdy.
- Obsah vody v půdě: SWC = θv d (mm)
d – mocnost půdy (mm).
OBSAH VODY V PŮDĚ
- Při stratifikaci půdních parametrů (pórovitost, objemováh ) bj lhkhmotnost) – vážená objemová vlhkost:
θ = ∑θ ∆d / ∑ ∆dθv = ∑θvi ∆di / ∑ ∆di
θvi – objemová vlhkost (-) v i-té půdní vrstvě mocnosti ∆di (mm).vi j ( ) p i ( )
- Obsah vody: SWC = θv ∑ ∆di (mm)
- Měření: ČHMÚ – Doksany – elektromagnetický snímač(VIRRIS)(VIRRIS)
- ve třech vrstvách do 1 m půdy- propustnost signálu
Odporová metoda (sádrové bloky)
- Elektrody instalovány v porézních sádrovýchbl í hblocích.
- Umístění v různé hloubce půdy. - Měří se elektrický odpor (Ω), který je úměrný
půdnímu potenciálu (Pa).
- Předpoklad: voda v půdě dosáhne rovnováhys obahem vody v sádrových blocích.
- Nevýhody: neměří při nízkých hodnotáchpůdního potenciálu (0 až 100 kPa)půdního potenciálu (0 až -100 kPa).
- Operační interval: -100 kPa až -1500 kPa. - Velké chyby (až 100%) vlivem pomalého
á í b h d i ůd ád ývyrovnání obsahu vody mezi půdou a sádrovýmblokem.
Tenzometrická metoda
- Stupeň nasycení půdy: S = Vw/(Vw + Vg) (-)
Vw – objem vody, Vg – objem vzduchu, (Vw + Vg) – objem pórů.
- Potenciál půdní vody: φp = ρwghw – ρmghmp y φp ρwg w ρmg m
Tenzometr:Tenzometr:
Neutronová metodaNeutronová metoda
- Vysílání neutronů.Vys eu o ů.
- Kolizí s vodíkovými ionty v půdě neutrony ztrácejíenergii a odrážejí se.
- Evidence odráženýchneutronů.
Křivka obsahu vody v půdním profiluv půdním profilu
Elektromagnetická metoda (Time-Domain Reflectometry, TDR)
K ( D /2L)2Ka = (cDt /2L)2
Ka – odrazivost půdního prostředí (diel. kap, F)c rychlost světla (3 x 108 m/s)c – rychlost světla (3 x 108 m/s) L – délka čidla (m)Dt – doba pohybu (s)
Voda – Ka = 80, půda – Ka = 3 - 5 vzduch – Ka = 1 (F)
Empirická závislost průměrné objemové vlhkosti (θv)na kapacitě půdy (Ka):
θv = -5.3x10-2 + 2.92x10-2Ka - 5.5x10-4Ka2 + 4.3x10-6Ka3
Výhody – rychlé měření, lehce opakovatelné, není destruktivní a snadno přenosné.
Kapacitní metoda (Frequency Domain, Capacitance)
C = Ka eo A/s = Ka G
C – kapacita půdního prostředí (F) Ka kapacita půdního prostředí (F)Ka – kapacita půdního prostředí (F)A – plocha elektrod (m2) s – vzdálenost elektrod (m)e – propustnost (1/m)eo propustnost (1/m)
G – geometrická konstanta přístroje (-)
INDEX NASYCENÍ POVODÍIndex předchozích srážek (API):
APIt = Pt + Kt APIt-1
APIt – index API dne ‘t’ (mm), APIt–1 – index API dne ‘t-1’ (mm),Pt – srážkový úhrn dne ‘t’ (mm), Kt – konstanta vyprazdňování
půdního profilupůdního profilu.
Kt = EXP(-PEt/AWCt) t ( t t)
PEt – potenciální evapotranspirace dne ‘t’ (mm), b h d (di ibil li ) ůd d ( )AWCt – obsah vody (disponibilní rostlinám) v půdě dne ‘t’ (mm).
AWCt = SWCt – PWP SWC obsah vody v půdě dne ‘t’ (mm)SWCt – obsah vody v půdě dne t (mm), PWP – obsah půdní vody, odpovídajícím trvalému bodu vadnutí (mm).