ENY-c2003 Vesi- ja ympäristötekniikka Maa- ja pohjavedet Teemu Kokkonen Email: etunimi.sukunimi@aalto.fi Puh. 050-4073972 Huone: 272 (Tietotie 1 E) Vesi- ja ympäristötekniikka Rakennetun ympäristön laitos Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu

Mistä maaperästä löytyy vettä? Miten ajateltiin ennen? Antiikin käsitys: Maanalainen vesivarasto ‘Tartaurus’

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

Pohjavesi

Pohjavesi osana hydrologista kiertoa

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 Esiintymät Suomessa tyypillisesti pieniä

Pohjaveden käyttö maailmalla Maailmanlaajuisesti Kasteluun valtaosa käytöstä Ainakin 1,5 miljardia ihmistä käyttää pohjavettä juomavetenä UNEP, 1996 Intia, Pakistan ja Kiina vastaavat lähes puolesta maailman vuotuisesta pohjavedenkäytöstä Shah et al, 2001 Käyttöasteet monin paikoin kestämättömiä

Pohjaveden esiintyminen Käyttökelpoisimmat pohjavesivarat lajittuneissa sora- ja hiekkakerrostumissa (esim. harjut) Aikalailla yleisesti tunnettua on, että harjualueet ovat tärkeitä pohjaveden hankinnassa. Miksiköhän näin on?

Maavesi

Maaperä Mitä maaperässä on? Mineraalirakeita Orgaanisesta ainesta Vettä Tyhjiä huokosia (ilmaa)

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

Maaveden pidättyminen maaperään Maaperässä on eri kokoisia huokosia Vrt. kapillaari-ilmiö Vesi tiukemmin kiinni pienissä huokosissa Vettä imettäessä suurimmat huokoset tyhjenevät ensimmäisinä Pohjaveden pinta Maan pinta

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

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

Veden energiatila Gravitaatioenergia Paine-energia Kuinka paljon maassa olevalla vedellä on energiaa? Miten se määräytyy? Gravitaatioenergia Paine-energia Kineettinen energia (voidaan yleensä jättää huomiotta)

Painekorkeus, veden paine vesipatsasmillimetreinä Hydraulinen korkeus Hydraulisella korkeudella H tarkoitetaan veden energiamäärää yksikköpainoa (mg) kohden 𝐻=𝑧+ℎ Gravitaatio-korkeus Painekorkeus, veden paine vesipatsasmillimetreinä

Hydraulinen korkeus Hydraulisen korkeuden jakautuminen paine- ja gravitaatiokorkeuteen hydrostaattisessa astiassa (eli vesiämpärissä…)

Maaperän kosteuden staattinen tasapainotila Anna lukuarvot kysymysmerkeillä merkattuihin kohtiin. 120 -70 50 50

Maaperän kosteuden staattinen tasapainotila Yhteys veden- pidätyskäyrästä Huokoisuus, kyllästynyt vesipitoisuus

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 pohjaveden pinnan yläpuolella painekorkeus on -10 cm) Tällöin maaperän kosteusprofiili voidaan lukea suoraan vedenpidätyskäyrältä 100 Etäisyys pohjavedenpinnasta = imu [cm] Maankosteus, huokoisuus 0,5

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.

Muuttunut tasapainotila

Muuttunut tasapainotila Vettä poistunut merkatulta 10 cm pätkältä: [(0,1+0,06) / 2 – (0,05+0,04)/2] x 10 cm = 0,35 cm