Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 11 Επανάληψη Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 11 Επανάληψη Εμμ. Ανδρεαδάκης

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.

Άσκηση

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 Ca+2 20 226 Cl- 35.5 880 Mg+2 12,2 85.4 NO3- 62 74.4 Na+ 23 392 SO4-2 48 282.5 K+ 39 5.3 HCO3- 61 240

Ζητούμενα Να υπολογιστεί ο συντελεστής κατείσδυσης των ασβεστόλιθων και να σχολιάσετε εάν είναι ο πραγματικός ή όχι. Να χαρακτηριστεί η πηγή και να δοθεί σχηματικά σε τομή ο μηχανισμός λειτουργίας της. Να υπολογιστούν τα ρυθμιστικά αποθέματα των προσχώσεων. Ποιος είναι ο συντελεστής κατείσδυσης των προσχώσεων; Να σχεδιαστεί η πιεζομετρία του υδροφόρου ορίζοντα των προσχώσεων. Ποιο το υδραυλικό φορτίο στη θέση της Γ1; Να γίνει έλεγχος αξιοπιστίας της χημικής ανάλυσης. Να καθοριστεί ο τύπος του νερού με το διάγραμμα Piper. 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.

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.

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.

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

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.

3. Ρυθμιστικά αποθέματα προσχώσεων 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. s(m) Δs Δs t2=10t1 t0

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.

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).

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)

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.

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.

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.

8. Καθορισμός του τύπου του νερού – διάγραμμα Piper 100%Mg 100%SO4 100%Cl 100%Ca 100%Na+K 100%HCO3+CO2

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.

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.