H ÜDROGEOLOOGIA

1. HÜDROGEOLOOGIA • Vee liikumine pinnases ja selle väärtõlgendused • Hüdrogeoloogilised uuringud ja tulemuste analüüs EEL KOOLITUSPÄEV Tallinnas, 29. okt. 2010 Randall J. Charbeneau Groundwater Hydraulics and Pollutant transport. Prentice-Hall Inc. 2000

2. Loengu I osa Väärtõlgendused ei ole otseselt valed, vaid need seisukohad kehtivad ainult teatud tingimustes Infiltratsioon nõlvadel on väike, kuna vesi voolab pindmiselt ära Vee vertikaalne liikumine toimub veetasemete vahel Pinnase vertikaalne veejuhtivus on oluliselt väiksem kui horisontaalne Vesi liigub sinna, kus on parem veejuhtivus Loengus on kasutatud Kohtla-Järve poolkoksiprügilat näitliku abivahendina, toodud näited on autori interpretatsioon Slaididel toodud teave kehtib ainult koos sõnalise esitlusega TEEMAKÄSITLUS

3. MÕISTED Aeratsioonivöönd • Mullavee vöönd • Vahevöönd • Kapillaartõusuvöönd Küllastusvöönd • Veekiht • Vabapindne • Survepindne • Veepide Küllastusaste Sr = Vee maht Pooride maht Absoluutne veetase (head) Infiltratsioon • Nähtus, mille puhul vesi liigub maapinnalt aeratsioonivööndisse Toitumine • Vesi jõuab aeratsioonivööndist veetasemele

4. _ • Auramine • Transpiratsioon • Pindmine äravool • Külgmine äravool • Põhjavee väljavool HÜDROGEOLOOGILINE TSÜKKEL + • Sademed • Infiltratsioon • Põhjavee toitumine • Põhjavee juurdevool

5. Infiltratsioon nõlvadel on väike, kuna vesi voolab pindmiselt ära

6. Infiltratsioon nõlvadel on väike, kuna vesi voolab pindmiselt ära Infiltratsiooni alguses • Molekulaarjõududega seotud vesi • Kapillaarvesi • Püsib või liigub pinnases kapillaarjõudude toimel Väga väikese veesisalduse juures on vee liikumine väga aeglane, kuna see toimub ainult kõige peenemates poorides ja õhukestel veekiledel • Gravitatsiooniline vesi • Veeküllastuse suurenedes on väikesed poorid veega täitunud ning vesi liigub suuremates poorides gravitatsioonijõu mõjul Pinnase veejuhtivuse aeratsioonivööndis määrab pinnase veesisaldus, mida väiksem veeküllastus, seda väiksem veejuhtivus

7. Infiltratsioon nõlvadel on väike, kuna vesi voolab pindmiselt ära • Infiltratsiooni suurus sõltub mitmetest asjaoludest • Pinnase veejuhtivusest, mis omakorda sõltub otseselt pinnase veesisaldusest (nagu eespool selgitatud) • Kapillaarsusest, pinnaseosakeste absorbtsioonivõimest Pinnase vee vastuvõtu võime • Sademete intensiivsusest • Kui sademete intensiivsus on väiksem või võrdne pinnase vee vastuvõimega, siis kogu sadevesi infiltreerub • Kui sademete intensiivsus on suurem, siis tekib pindmine äravool • Tasasel maal koguneb vesi lompi • Nõlvalt voolab ära Pindmiselt voolab ära see vesi, mida pinnas vastu võtta ei suuda Infiltratsioon toimub tasasel alal ja nõlval põhimõtteliselt samamoodi

8. HÜDROGEOLOOGILINE TSÜKKEL • Külgmine äravool • Auramine (transpiratsioon) • Atmosfääri tingimused • Pinnasetingimused

9. PÕHIPRINTSIIBID • Hüdrogeoloogiline lähenemine • Vee voolamine veekihis toimub horisontaalselt või selle lähedaselt • Vee voolamine läbi veepideme toimub vertikaalselt või selle lähedaselt • Läbi ühikpinna voolav vesi (Darcy kiirus) avaldub q= KI, kus K on filtratsioonikoefitsient, I hüdrauliline gradient Ih=DH/L, kus L on vahemaa Iv=DH/b, kus b on kihi paksus

10. Vee vertikaalne liikumine toimub veetasemete vahel • Vertikaalne veejuhtivus on väiksem kui horisontaalne • Vesi liigub sinna, kus on parem veejuhtivus Vee liikumine küllastusvööndis toimub ruumiliselt läbi veepideme hüdraulilise gradiendi mõjul, mis sisaldab tasemeerinevust ja vahemaad

11. Kui tegemist on homogeense kihiga, siis veejuhtivus nii vertikaal- kui horisontaalsuunas ei erine Väide, et vertikaalne veejuhtivus on väiksem kui horisontaalne, on õige kihilises läbilõikes, kus esinevad erineva veejuhtivusega kihid Horisontaalse voolu korral määravad keskmise (ekvivalentse) veejuhtivuse suurima veejuhtivusega kihid, vertikaalse voolu korral väiksema veejuhtivusega kihid Veekeskkonnas settinud pinnase puhul on enamasti tegu kihilise läbilõikega (viirsavi) Liustikutekkega pinnaste (moreen) kohta see väide ei pruugi kehtida Kui tegemist on inimtegevusel tulemusel paigutatud materjaliga, siis sõltub materjali paiknemine tehnoloogilisest protsessist, erineva veejuhtivusega kihid võivad vahelduda nii horisontaal- kui vertikaalsuunas Pinnase vertikaalne veejuhtivus on väiksem kui horisontaalne • Vool toimub horisontaalsuunas • Khkeskm=(K1b1+K2b2+K3b3)/b • Vool toimub vertikaalsuunas • Kvkeskm=b/(b1/K1+b2/K2+b3/K3) Kihi veejuhtivuse muutlikkuse hindamisel tuleb arvestada kihi geneesiga

12. Vesi liigub sinna, kus on parem veejuhtivus • Väide on õige ainult võrdsete hüdrauliliste gradientide puhul • Lõikel 3 • Vertikaalsuunas läbi savi I=8, K=0.0001 m/ööp, seega läbi 1m2 ristlõike ööpäevas Q=0.0001*8 *1=0.0008 m3 • Horisontaalsuunas poolkoksilasundis I=0.02 K=0.1 m/ööp, seega läbi 1m2 ristlõike ööpäevas Q=0.1*0.02*1=0.002 m3 • Kuigi savi veejuhtivus on antud juhul 1000 korda väiksem kui poolkoksil, on erinevus veekoguses ainult 2.5 kordne • Arvestades seda, et poolkoksilasundi pindala on 200 ha (2 000 000 m2), kuid ümbermõõt ainult 6000 m. Kui veekihi keskmine paksus on 10 m, siis horisontaalse voolu ristlõikepindala vastavalt 60 000 m2 • Järelikult on antud süsteemis vertikaalselt liikuva vee kogus oluliselt suurem kui horisontaalne, vaatamata sellele, et savi veejuhtivus on tuhat korda väiksem Otsuste tegemisel ei saa lähtuda ainult veejuhtivusest, vaidsamavõrd tuleb arvestada gradiente ja pindala

13. JÄRELDUSED • Infiltratsiooni suurus ei sõltu sellest, kas tegemist on nõlva või tasase maaga, see toimub oma seaduste kohasel, mida reguleerivad sademete intensiivsus ja pinnase vee vastuvõtu võime Pindmine äravool toimub ainult ülejääva vee arvelt, mis pinnasesse ei mahu • Vee liikumine veekihindite vahel toimub vertikaalse voolamisena läbi veepideme. Hüdraulilise gradiendi määrab erinevus absoluutsetes veetasemetes ja veepideme paksus • Kihi veejuhtivusparameetrite hindamisel tuleb arvestada kihi geneesiga • Kihi filtratsioonikoefitsient ei ole süsteemis ainumäärav, samavõrd tuleb arvestada gradientide ja pindalaga