ENYc 2003 Vesi ja ympristtekniikka Maa ja pohjavedet

ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet Teemu Kokkonen Vesi- ja ympäristötekniikka Rakennetun ympäristön laitos Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu Email: Puh. Huone: etunimi. sukunimi@aalto. fi 050 -4073972 272 (Tietotie 1 E)

Mistä maaperästä löytyy vettä? • Miten ajateltiin ennen? – Antiikin käsitys: Maanalainen vesivarasto ‘Tartaurus’ ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Mistä maaperästä löytyy vettä? • Miten ajatelllaan nykyisin? – Pohjavesi: Maassa olevaa vettä, joka täyttää kokonaan geologisen väliaineen avoimen tilan – Maavesi: Pohjaveden pinnan yläpuolella kyllästymättömässä kerroksessa olevat vedet – Pohjaveden pinta: Taso, jossa vedenpaine on ilmanpaineen suuruinen Kyllästymätön vyöhyke Pohjaveden pinta Kyllästynyt vyöhyke ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Pohjavesi ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Pohjavesi osana hydrologista kiertoa ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Pohjaveden käyttö Suomessa • Pohjavedellä hyvä imago • Pohjavedellä teknisiä etuja pintaveteen verrattuna – Tasalämpöisyys – Pienempi puhdistuksen tarve • n. 60 % jaetusta talousvedestä on pohjavettä SYKE – Pääkaupunkiseudulla pintavettä (Päijännetunneli) • Matalasta (12%) käyttöasteesta huolimatta pohjaveden käytön lisäämien raakavetenä ei aina helppoa Maailmalla • Kasteluun valtaosa käytöstä • Käyttöasteet monin paikoin kestämättömiä – Esiintymät Suomessa tyypillisesti pieniä ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maavesi ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maaperä • Mitä maaperässä on? – – Mineraalirakeita Orgaanisesta ainesta Vettä Tyhjiä huokosia (ilmaa) ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maaveden pidättyminen maaperään • Mitä se maavesi olikaan? – Pohjaveden pinnan yläpuolella kyllästymättömässä kerroksessa olevat vedet • Mikä sen pitää maaperässä? – Pintajännitysvoimat, jotka johtuvat molekyylien toisiinsa kohdistamista vetovoimista Maavesi ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maaveden pidättyminen maaperään • Maaperässä on eri kokoisia huokosia – Vrt. kapillaari-ilmiö – Vesi tiukemmin kiinni pienissä huokosissa – Vettä imettäessä suurimmat huokoset tyhjenevät ensimmäisinä Maan pinta Pohjaveden pinta ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maaveden paine • Pohjavedenpintahan oli määritelty tasoksi, jossa vedessä vallitsee ilmanpaine Jos kauhaset maaperästä palasen ja riiputat sitä kädessä, niin tuleeko maasta kaikki vesi pois? Mitä osaat edellisen perusteella sanoa maaveden paineesta? Kyllästymättömässä vyöhykkeessä maaperässä olevan veden paine on ilmanpainetta pienempi Usein ilmanpainetta pidetään referenssitasona, eli kyllästymättömän vyöhykkeen vedenpaine on negatiivinen ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maaveden paine Mitä suurempi imu (erotus ilmanpaineeseen) maanäytteeseen kohdistetaan, sitä enemmän siitä poistuu vettä • Maaveden paineen ja maaperän kosteuspitoisuuden välistä suhdetta kuvataan vedenpidätyskäyrällä Maaveden paine [vesiptatsas cm] • Vesipitoisuus ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Veden energiatila Kuinka paljon maassa olevalla vedellä on energiaa? Miten se määräytyy? • Gravitaatioenergia • Paine-energia • Kineettinen energia (voidaan yleensä jättää huomiotta) ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Hydraulinen korkeus • Hydraulisella korkeudella H tarkoitetaan veden energiamäärää yksikköpainoa (mg) kohden Gravitaatiokorkeus Painekorkeus, veden paine vesipatsasmillimetreinä ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Hydraulinen korkeus Hydraulisen korkeuden jakautuminen paine- ja gravitaatiokorkeuteen hydrostaattisessa astiassa (eli vesiämpärissä…) ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Laskuharjoituksen laskut ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Darcyn laki • Maapoikkileikkaksen läpi menevän virtaaman laskeminen • Henry Darcy 1856 • Virtaama Q on – Verrannollinen poikkipita-alaan A – Verrannollinen vedenpintojen eroon siään- ja ulosvirtaus säiliöissä DH – Kääntäen verrannollinen hiekkasuodattimen pituuteen L ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maaperän kosteuden staattinen tasapainotila Anna lukuarvot kysymysmerkeillä merkattuihin kohtiin. 120 -70 50 ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maaperän kosteuden staattinen tasapainotila Yhteys vedenpidätyskäyrästä Huokoisuus, kyllästynyt vesipitoisuus ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Maaperän kosteuden staattinen tasapainotila Staattisella tasapainotilalla tarkoitetaan tilannetta, jossa vesi ei liiku – Tällöin hydraulisen korkeuden oltava joka paikassa sama – Tällöin painekorkeuden on oltava vastaluku etäisyydelle pohjavedenpinnasta (esim. 10 cm 100 Etäisyys pohjavedenpinnasta = imu [cm] – pohjaveden pinnan yläpuolella painekorkeus on -10 cm) Tällöin maaperän kosteusprofiili voidaan lukea suoraan vedenpidätyskäyrältä 0 • Maankosteus, huokoisuus 0, 5 ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Muuttunut tasapainotila • Golfkentän kuivatuksen tehostuksen tuloksena pohjavedenpinta laskee 20 senttiä. Paljonko maaprofiilista poistuu vettä? Tarkastellaan tilannetta, jossa ennen ja jälkeen pohjaveden laskun maaperässä on vallinnut staattinen tasapainotila. ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Muuttunut tasapainotila ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet

Muuttunut tasapainotila Vettä poistunut merkatulta 10 cm pätkältä: [(0, 1+0, 06) / 2 – (0, 05+0, 04)/2] x 10 cm = 0, 35 cm ENY-c 2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet