Podpovrchová voda
Podpovrchová voda - schema Voda vadózní vsakováním povrchové vody juvenilní kondenzací vodní páry v půdě freatická podzemní voda s volnou hladinou artézská s napjatou hladinou
Režim podzemních vod volný kolektor artézský kolektor 1 rozvodnicový (časové změny infiltrace srážkových vod), 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 půdy Horton: f t = f c + (f o f c ) exp(-k.t) f t intenzita infiltrace v čase t f o počáteční intenzita v závislosti na vlhkosti půdy f c infiltrační kapacita t čas k parametr (f c a k pro určitý půdní typ a vegetaci Philip: f t = 0,5.A.t -0,5 + B A, 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). 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). Předpokládá se, že v historické době se koncentrace 14C v ovzduší a jeho rovnovážná hodnota v organismech nemění, tím je známa počáteční koncentrace. Měřením jeho aktivity (beta záření) se určuje okamžitá koncentrace.
Hydraulická vodivost Starší hornina větší konzolidace nižší koeficient filtrace K p menší obsah vody Křídové sedimenty K p = 30 (m/den) Pískovce 3 Vápence 1 Dolomity 0,001 Zvětralá žula, rula 1,4 Žula, rula 0,2
Propustnost hornin Obecně horniny propustné a nepropustné. Míra propustnosti není úměrná pórovitosti (jíly s jemnými póry jsou nepropustné, přestože jejich pórovitost je větší než u hrubozrnných písků.) Propustnost je dána velikostí průlin a puklin: Puklinová -Vhorninách prostoupených puklinami, trhlinami, zlomy a břidličnatostí. - Síť puklin nestejnoměrná, tudíž puklinová propustnost velmi různá. Průlinová - Typická pro pórovité horniny (sedimentární útvary). -Větší u nezpevněných sedimentů (písky, štěrky). - U zpevněných sedimentů je důležitý charakter tmele. Krasová (kavernózní) -Vhorninách, kde došlo vyluhováním a rozpouštěním ke vzniku dutin. - Vápence a sedimenty s vyplavením písku po rozpuštění tmele.
Stanovení hydraulické vodivosti Stopováním Q = A.v.P = A.K p.h/δl (L/T).P = (K p h)/l K 2 p = P. L /(Th) (T.h) C Q průtok A průtočný průřez v rychlost proudění P pórovitost Čas t ý 2 1 T časový úsek t 2 t 1 (zpoždění stopovací látky) H rozdíl hladin h 1 h 2 L vzdálenost měřících sond
Čerpacím pokusem Q = π.kk 2 2 p.(h 22 h 12 )/l ln(x 2 /x 1 ) K p = Q.ln(x 2 /x 1 ) / π.(h 2 2 h 12 ) Q čerpané množství h výška hladiny x pořadnice vzdálenosti s sonda ČSN 736614 Průzkumný čerpací pokus 3 až 21 dnů Orientační 1 až 3 dny Ověřovací 1 den činnost geologická
Průsakoměrem
Doplňování zásob podzemních vod v České křídě P = 663 mm Doplňování 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 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 horizontální proudění podzemní vody v pískovcích ík íh(3) (3), 10 vertikální proudění z (5) do (3)
Geofyzikální 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 (m 2 ), 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 vod Identifikace významných kolektorů Ocenění jejich vydatnosti Sledování režimu podzemních vod a pramenů Studium doplňování zásob Studium vazeb povrchových a podzemních vod Monitoring kvality vody
Pozorovací síť ČHMÚ Měření stavů ů 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 sondách Zdrsnělá tyč Rangova (Frankfurtská píšťala) Elektrický obvod Plováková registrace Tlakové snímače Integrovaná čidla
Klasifikace pramenů Teplotní: studené a teplé Původ: sestupné a vzestupné Výskyt: trvalé a občasné Chemické složení Litologie Geologické formace Stupeň spolehlivosti Q max /Q min
Proudění podzemní vody Hydroizohypsy (místa o stejné výšce hladiny) Proudnice Darcy: Q = A.v.P = A.K p.dh/dx Numerické řešení: Metoda konečných diferencí Metoda konečných prvků
Metoda konečných diferencí Q BA + Q CA + Q DA + Q EA = 0 h A = ¼ (h B + h C + h D + h E ) Q BA = K p(ba) (h B h A ) Δy/Δx Q CA = Q DA = Q EA =
PŮDNÍ VLHKOST - Gravimetrická: θ m = m w /m s (-) m w - hmotnost vody, m s hmotnost suché půdy (105 o C) v odebraném vzorku půdy. - Objemová: θ v = V w /V s (-) V w objem vody, V s objem vzorku půdy. - Obsah vody v půdě: SWC = θ v d (mm) d mocnost půdy (mm).
OBSAH VODY V PŮDĚ - Při stratifikaci půdních parametrů (pórovitost, objemová hmotnost) vážená objemová vlhkost: θ v = θ vi d i / d i θ vi objemová vlhkost (-) v i-té půdní vrstvě mocnosti d i (mm). ) - Obsah vody: SWC = θ v d i (mm) - Měření: ČHMÚ Doksany elektromagnetický snímač (VIRRIS) -ve třech vrstvách do 1 m půdy - propustnost signálu
Odporová metoda (sádrové bloky) - Elektrody instalovány v porézních sádrových blocích. - Umístění v různé hloubce půdy. - Měří se elektrický odpor (Ω), který je úměrný půdnímu potenciálu (Pa). - Předpoklad: voda v půdě dosáhne rovnováhy s obahem vody v sádrových blocích. - Nevýhody: neměří při nízkých hodnotách půdního potenciálu (0 až -100 kpa). - Operační interval: -100 kpa až -1500 kpa. - Velké chyby (až 100%) vlivem pomalého vyrovnání obsahu vody mezi půdou a sádrovým blokem.
Tenzometrická metoda - Stupeň nasycení půdy: S = V w /(V w + V g ) (-) V w objem vody, V g objem vzduchu, (V w + V g ) objem pórů. - Potenciál půdní vody: φ p = ρ w gh w ρ m gh m Tenzometr:
Napětí vody v půdních pórech
Neutronová metoda - Vysílání neutronů. - Kolizí s vodíkovými ionty v půdě neutrony ztrácejí energii a odrážejí se. - Evidence odrážených neutronů. Křivka obsahu vody vpůdním profilu
Elektromagnetická metoda (Time-Domain Reflectometry, TDR) Ka = (cdt /2L) 2 Ka odrazivost půdního prostředí (diel. kap, F) c rychlost světla(3x10 8 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 (θ v )na kapacitě půdy (Ka): θ v = -5.3x10-2 + 2.92x10-2 Ka - 5.5x10-4 Ka 2 + 4.3x10-6 Ka 3 Výhody rychlé měření, lehce opakovatelné, není destruktivní a snadno přenosné.
Kapacitní metoda (Frequency Domain, Capacitance) C = Ka e o A/s = Ka G C kapacita půdního prostředí (F) Ka kapacita půdního prostředí (F) A plocha elektrod (m 2 ) s vzdálenost elektrod (m) e propustnost (1/m) e o G geometrická konstanta přístroje (-)
INDEX NASYCENÍ POVODÍ Index předchozích srážek (API): API t = P t + K t API t-1 API t index API dne t (mm), API t 1 index API dne t-1 (mm), P t srážkový úhrn dne t (mm), K t konstanta vyprazdňování půdního profilu. K t = EXP(-PE t/awc t ) PE t potenciální evapotranspirace dne t (mm), AWC t obsah vody (disponibilní rostlinám) v půdě dne t (mm). AWC t = SWC t PWP SWC t obsah vody v půdě dne t (mm), PWP obsah půdní vody, odpovídajícím trvalému bodu vadnutí (mm).