Yhd-12.3105 Maa- ja pohjavesihydrologia

Yhd-12.3105 Maa- ja pohjavesihydrologia Johdanto & kertausta Teemu Kokkonen Vesitekniikka Ympäristö- ja yhdyskuntatekniikan laitos Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu Email: etunimi.sukunimi@tkk.fi Puh. 09-470 23838 Huone: 272 (Tietotie 1 E)

Kurssinsisältö

Kurssin suorittaminen • Harjoitukset (30 p) • Suunnitteluharjoitus (30 p) • Tentti (40 p)

Harjoitusaikataulu

Suunnitteluharjoitus • Perustuu Tuusulan vesilaitoksen Jänikselinnan tekopohjavesilaitoksen aineistoihin • Kokeellinen ja haastava, mutta toivottavasti mielenkiintoinen • Mallivastausta ei olemassa, katsotaan kuinka pitkälle pääsemme... • Laskennassa käytetään valmista MODFLOW-ohjelmistoa • Työtä on paljon ja se on loogisesti jaettavissa • Suositeltava suoritustapa on ryhmätyö (4-5 henkeä per ryhmä) • Halutessaan yksinkin saa tehdä • Itsenäiseen ryhmänmuodostukseen aikaa perjantaihin 11.11. asti, silloin lyödään ryhmät lukkoon • Loppuseminaari Pe9.12. klo 10.15-12.00

Optima-oppimisympäristö • Kurrssilleperustetaan työtila Optimaan • ”Harjoitukset”-kansio • Kaikki harjoitukset palautetaan Optimaan • Nimeä harjoitukset seuraavasti: Sukunimi_Etunimi_MPV_HNumero.tunniste • Esim. Kokkonen_Teemu_MPV_H1.xlsx, Kokkonen_Teemu_MPV_H1.docx • Jokaiselle löytyy oma palautuskansio ”Harjoitukset”-kansiosta • Omaan palautuskansioon on oletuksena luku- ja kirjoitusoikeus henkilöllä itsellään ja Teemulla • Tänne ladataan harjoituksien palautukset ”Uusi objekti”-toiminnolla • Excel- ja tekstidokumentteja

Optima-oppimisympäristö • ”Suunnitteluharjoitus”-kansio • Suunnitteluharjoitukselle on oma kansio kullekin ryhmälle kansiossa ”Suunnitteluharjoitus” • Kansioon on luku- ja kirjoitusoikeudet oikeudet kaikilla ryhmän jäsenillä ja Teemulla • Suunnitteluharjoitus-kansiosta löytyy valmiiksi kansiot ”Data”, ”Raportit”

Noppa • Noppa-sivu toimii kurssin kotisivuna • Harjoitukset jaetaan Nopan kautta • Luennot löytyvä Nopasta • Kaikkia koskevia viestejä lähetetään Noppa-uutisina • Tulevathan ne kaikille sähköpostilla?

Vertaistuki • Välillä kenties on tarpeen kilpailla, mutta... • Kysyä sopii kenen kanssa? Voisimmeko pyrkiä saamaan aikaan mahdollisimman hyvän oppimistuloksen koko ryhmämme sisällä saavuttaen siten ehkä kilpailuetua niihin verrattuna, jotka eivät kurssia ole suorittaneet? • Voisiko toimivan vertaistuen tuloksena myös yksilönkin oppimistulos parantua? • Henkilö, joka hakee apua epäselvään kohtaaan, saa ohjeita • Henkilö, jolle itselle asia on selvä, sen selittäminen jollekulle toiselle syventää omaa ymmärtämistä • Tunnettuahan on, että opettaja monesti oppii itse kurssilla eniten... • Kahden tai useamman henkilön yhdistäessä ymmärryksensä niin kullekin erikseen epäselväksi jäänyt tehtävä saattaakin avautua • Hyvää fiilistä avun antamisesta ja saamisesta ei sovi aliarvioida... Työelämässä ja laajemminkin yhteiskunnassa pärjäämisen maksimoinnissakaan pelkkä oman ymmärryksen kasvattaminen toisiin nähden ei välttämättä ole paras strategia – yhteistyökykykyisiä ’joukkuepelaajia’ arvostetaan

Muu tuki • Minultakin ilman muuta saa kysellä • Lähiopetustilaisuuksissa ja niiden jälkeen voidaan käydä läpi harjoituksissa ja suunnitteluharjoituksessa esiin nousseita ongelmia • Sähköpostillakin saa lähestyä • Yksinkertaisiin kysymyksiin saatetaan vastatakin :-) • Pidempää selittämistä vaativat tapaukset käsitellään suullisesti lähiopetustilaisuuksien yhteydessä, tai tarpeen vaatiessa sovitaan muu aika tapaamiselle

Jotakin arvostelusta • Harjoitukset (yht. 30 p) • Jokaisessa harjoituksessa on annettu kyseisen harjoituksen maksimipistemäärä • Suunnitteluharjoitus (yht. 30 p) • Yhteisen työn arvostelu + ryhmän sisäinen itsearvostelu • Tentti (yht. 40 p) • Harjoitukset ymmärtämällä selvinnee tentistäkin kunnialla

Kirjallisuutta • Tuomo Karvosen www-kirja • Ei enää verkossa, laitetaan luettavaksi Aalto-koneisiin • Wang, H.F. and Anderson, M.P., Introduction to groundwater modelling, W.H. Freeman and company, 1982 • Bear, J. and Verruijt, A., Modeling groundwater flow and pollution, Reidel, 1994 • Freeze, R.A. and Cherry, J.A., Groundwater, Prentice Hall, 1979 • Kirjastoistajaverkostalöytyypaljonmuutakinkirjallisuuttahakusanoilla “groundwater” tai “groundwater modeling” • Kertokaapa, joslöydättehyvän! Etenkinverkostavapaastiluettavissaolevamateriaalikiinnostaisi

DH = H1 - H2 H1 H2 Darcynkoe (Henry Darcy 1856) z1 H1 = + h1 = h1 • VirtaamaQ on • Verrannollinenpoikkipinta-alaanA • Verrannollinenvedenpintojeneroonsiään- jaulosvirtaussäiliöissäDH • KääntäenverrannollinenhiekkasuodattimenpituuteenL h2=

Hydraulinenkorkeus • Engl. piezometric head, hydraulic head • Energiamääräyksikköpainoakohden • Mistäenergiakomponenteistakoostuuvedenenergiasisältö? • Gravitaatio: • Paine: • Nopeus: Kokoonpuristumaton neste dz / dt = v => dz = vdt Kiihtyvyys

Hydraulinen korkeus • Veden kokonaisenergia E [J]: • Hydraulinen korkeus H [m]: maa- ja pohjavesien liikkeissä nopeudet pieniä, jätetään tämä pois p0 = ilmanpaine, sovitaan että sitä merkitään nollalla Painekorkeus, merkitään h:lla gravitaatiokorkeus

Hydraulinen johtavuus • PalautetaanmieliinDarcynkoe: jossaQ on virtaama [m3/s], A on poikkipinta-ala [m2], DH on erohydraulisessakorkeudessa [m] jaL on pituus [m] • VerrannollisuuskerrointaKkutsutaanhydrauliseksijohtavuudeksijasenyksiköksi saadaan:

Permeabiliteetti • Hydraulinen johtavuus K riippuu sekä väliaineen (permeabiliteetti) että siinä liikkuvan nesteen (viskositeetti) ominaisuuksista k = permeabiliteetti [m2] r = tiheys [kg/m3] g = putoamiskiihtyvyys [m/s2] m = nesteen viskositeetti [Ns/m2 = kg/m/s]

Darcyn laki 1D • Merkitään virtaamaa poikkipinta-alaa kohden (siis Q/A) symbolilla q ja kutsutaan sitä Darcyn nopeudeksi (engl. specificdiscahrge) • Lisäksi kun huomioidaan, että virtauksen suunta on pienenevää hydraulista korkeutta kohti, saadaan: • Annetaan etäisyyden L lähetä nollaa, niin saadaan: dH / dx on hydraulinen gradientti

Darcyn laki 1D • Darcyn nopeuden (q) ja keskimääräisen veden virtausnopeuden (v) välinen suhde (n on huokoisuus):

Darcyn laki 3D • Homogeenisessa, isotrooppisessa tapauksessa Darcyn laki voidaan kirjoittaa kolmessa ulottuvuudessa seuraavasti:

Heterogeenisyys ja anisotropia • Mikäli hydraulinen johtavuus ei riipu sijainnista pohjavesiesiintymässä, esiintymä on homogeeninen – muuten heterogeeninen • Mikäli hydraulinen johtavuus ei riipu suunnasta, esiintymä on isotrooppinen – muuten anisotrooppinen Anisotropia Heterogeenisyys

Heterogeenisyys ja anisotropia

y x Anisotropia y Anisotropian suunta yhtenevä koordinaattiakselien suunnan kanssa: x-suuntainen gradientti saa aikaan vain x-suuntaista virtausta Anisotropian suunta EI yhtenevä koordinaattiakselien suunnan kanssa: x-suuntainen gradientti saa aikaan sekä x- että y-suuntaista virtausta x

y q y’ x’ x Anisotropia Darcyn laki yleisemmässä muodossa (2D): = 0 = 0

Anisotropia • Sekä vektori q (Darcyn nopeus, ks. edellisen kalvon kuva) että gradienttivektori voidaan esittää molemmissa koordinaatistoissa – ja muuntaa koordinaatistosta toiseen lineaarisella muunnoksella

Yhd-12.3105 Maa- ja pohjavesihydrologia