Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 11 Επανάληψη
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 PresentationTRANSCRIPT
1
Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 11
Επανάληψη
Εμμ. Ανδρεαδάκης
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.
3
Άσκηση
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
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
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
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.
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
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.
• 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
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
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 ..
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)
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.
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
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.
17
8. Καθορισμός του τύπου του νερού – διάγραμμα Piper
100%Mg
100%Na+K100%Ca
100%SO4
100%Cl100%HCO3+CO2
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.
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.