ΤΕΧΝΙΚΗ ΥΔΡΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΓΕΙΑ ΝΕΡΑ

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Τομέας Υδατικών Πόρων ΤΕΧΝΙΚΗ ΥΔΡΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΓΕΙΑ ΝΕΡΑ Νίκος Μαμάσης, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ

2 ΑΔΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 ΥΠΟΓΕΙΑ ΝΕΡΑ Εικόνα εξωφύλλου. Άντληση υπόγειου νερού Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων Αθήνα 2011

4 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: ΥΠΟΓΕΙΑ ΝΕΡΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΥΔΡΟΦΟΡΕΙΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΗ ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΗ ΑΝΤΛΗΣΗ 4

5 ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΓΛΥΚΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΗ ΓΗ 10 3 km ΕΤΗΣΙΑ KΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΓΛΥΚΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΗΝ ΞΗΡΑ 10 3 km % Παγετώνες, μόνιμα χιόνια Υπόγεια νερά και εδαφική υγρασία Λίμνες και έλη % 2,12 1,12 12,9 Εξατμισοδιαπ νοή Επ ιφανειακή απ ορροή Υπόγεια απορροή Ατμοσφαιρικό νερό Ποταμοί Βιολογικό νερό 50% των υπογείων νερών βρίσκονται σε βάθος κάτω από 800 μέτρα Εικόνα 1. Μέσοι χρόνοι παραμονής στα ποτάμια και τους υπόγειους ταμιευτήρες Επιφανειακή απορροή 2.12km 3 /44.7 km 3 ανά έτος = 17 ημέρες Υπόγεια απορροή 10546km 3 /2.3 km 3 ανά έτος = 4585 έτη Όμως το 25-50% του επιφανειακού νερού έχει προέλθει από εκροή υπογείων νερών άρα: Υπόγεια απορροή km 3 /25 km 3 ανά έτος = 420 έτη

6 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΙ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΝΕΡΟ ΕΙΔΟΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ Υδροφορέας (aquifer) Μπορεί να αποθηκεύσει μια αξιόλογη ποσότητα νερού και να τη μεταφέρει με υδρολογικά σημαντικό ρυθμό Ηµιπερατός (aquitard) Επιτρέπει την κίνηση νερού µε πολύ χαµηλό ρυθµό (υποδεκαπλάσιο) σε σχέση µε τον υδροφορέα ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Κροκαλοπαγή Αµµώδη (ψαµµίτες) Ασβεστολιθικά και δολοµίτες (ανθρακικά) Μεταµορφωσιγενή(χαλαζίτης, γνεύσιος) Εκρηξιγενή (γρανίτης, βασάλτης) Αδιαπέρατος (aquiclude) Πιθανόν να περιέχει σηµαντικές ποσότητες νερού, όµως σε κανονικές συνθήκες δεν επιτρέπει την κίνηση νερού στο εσωτερικό του Αδιαπέρατος στεγανός (aquifuge) Δεν περιέχει νερό και δεν επιτρέπει την κίνηση νερού στο εσωτερικό του Πηλός Άργιλος Σχιστόλιθοι Εκρηξιγενή 6

7 ΦΡΕΑΤΙΟΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑΣ (1/3) Κορεσμένο την υγρή περίοδο Ποτάμι Βάλτος Ζώνη αερισμού Ζώνη κορεσμού Κορεσμένο όλο το χρόνο Στρώμα εδαφικής υγρασίας Ζώνη αερισμού Φρεάτιος ορίζοντας υγρής περιόδου Ζώνη κορεσμού Φρεάτιος ορίζοντας υγρής περιόδου Φρεάτιος ορίζοντας ξηρής περιόδου Εικόνα 2. Υδρογεωλογία φρεάτιου υδροφορέα 7

8 Περιοχή τροφοδοσίας Other Aquifer Features ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΟΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑΣ Δυνητικός φρεάτιος ορίζοντας Μη αναβλύζον αρτεσιανό πηγάδι Επίπεδο που μπορεί να ανέβει το νερό Αρτεσιανές πηγές Αδιαπέρατα Αρτεσιανό πηγάδι Περιορισμένος υδροφορέας Αδιαπέρατα Ρήγμα Εικόνα 3. Υδρογεωλογία περιορισμένου υδροφορέα 8

9 ΦΡΕΑΤΙΟΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΟΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑΣ Υδροφορέας:Γεωλογική μονάδα η οποία μπορεί να αποθηκεύσει μια αξιόλογη ποσότητα νερού και να τη μεταφέρει με υδρολογικά σημαντικό ρυθμό Φρεάτιος ορίζοντας Περιοχή επαναφόρτισης Πιεζομετρική επιφάνεια Αρτεσιανό πηγάδι Γεώτρηση φρεάτιου υδροφορέα Φρεάτιος ορίζοντας Γεώτρηση περιορισμένου υδροφορέα Αδιαπέρατο στρώμα Αδιαπέρατο στρώμα Περιορισμένος υδροφορέας Φρεάτιος υδροφορέας Εικόνα 4. Κατακόρυφη τομή εδάφους 9

10 ΠΗΓΑΔΙΑ Εικόνα 5. Αρχαίο πηγάδι στο Παλαιόκαστρο Εικόνα 6. Αρχαίο πηγάδι στην Ελευσίνα 10

11 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ ΣΤΗΝ ΑΡΧΑΙΑ ΑΘΗΝΑ (1/2) Ο αρχαίος αθηναϊκός πολιτισμός εκτός από τεχνικά έργα ανέπτυξε ένα πλαίσιο νόμων και θεσμών για τη διαχείριση των υδατικών πόρων. Οι πρώτοι γνωστοί κανόνες εισήχθησαν από τον Σόλωνα που ήρθε στην εξουσία το 594 π.χ. και διαμόρφωσε ένα νομικό σύστημα το οποίο περιγράφεται από τον Πλούταρχό ( μ.χ.) στο έργο του Σόλων. Σχετικά με τα υπόγεια νερά αναφέρεται: Δεδομένου ότι η περιοχή δεν τροφοδοτείται με αρκετό νερό από τα ποτάμια, λίμνες και πηγές, οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν πηγάδια. Ο Σόλων έκανε ένα νόμο όπου: εάν υπήρχε ένα δημόσιο πηγάδι σε απόσταση 4 σταδίων (710 μέτρα) όλοι θα χρησιμοποιούσαν αυτό εάν το πηγάδι ήταν μακρύτερα θα έπρεπε να ανοιχτεί πηγάδι με ιδιωτικά μέσα εάν είχαν σκάψει για 18 μέτρα και δεν είχαν βρει νερό είχαν το δικαίωμα να παίρνουνμιαυδρία(20λίτρα)2φορέςτηνημέρααπότουςγείτονέςτους Έτσι με το νόμο αυτό εξυπηρετούνταν οι ανάγκες χωρίς να επιβραβεύεται η τεμπελιά. 11

12 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ ΣΤΗΝ ΑΡΧΑΙΑ ΑΘΗΝΑ (2/2) Έτσι με το νόμο αυτό εξυπηρετούνταν οι ανάγκες χωρίς να επιβραβεύεται η τεμπελιά. Ένας συγκεκριμένος δημόσιος αξιωματούχος (κρουνών επιμελητής) ήταν υπεύθυνος για την τήρηση των νόμων και των κανονισμών. Το αξίωμα αυτό θεωρείτο τόσο σημαντικό ώστε ήταν ένα από τα λίγα που δινόταν με ψηφοφορία (τα περισσότερα αξιώματα στην αρχαία Αθήνα δίνονταν με κλήρωση). Το αξίωμα αυτό είχε καταλάβει και ο Θεμιστοκλής. Αργότερα όταν τα δημόσια έργα αυξήθηκαν με υδραγωγεία και κρήνες, τα ιδιωτικά έργα (πηγάδια, δεξαμενές άρχισαν να εγκαταλείπονται. Δεδομένης της αναγκαιότητάς τους σε κατάσταση πολέμου οι ιδιοκτήτες τους υποχρεώθηκαν από κανονισμούς να διατηρούν τα πηγάδια σε καλή κατάσταση και έτοιμα προς χρήση. 12

13 QANAT(kareez, foggara)(1/2) Τεχνική αξιοποίησης υπογείων νερών που αναπτύχθηκε σε ημιάνυδρα κλίματα. Τα πρώτα qanat έγιναν στην Περσία και η τεχνική αυτή εξαπλώθηκε με τις Μουσουλμανικές κατακτήσεις στη Βόρειο Αφρική και την Ιβηρική χερσόνησο. Κατακόρυφα ορύγματα πρόσβασης Υπόγειος ορίζοντας Αρδευόμενες εκτάσεις Έξοδος Qanat Κανάλι Qanat Συνήθεις διαστάσεις καναλιού Ύψος: 1.5 m Πλάτος: 0.75 m Μήκος: μέχρι 70 km Εικόνα 7. Σχηματοποίηση της τεχνικής αξιοποίησης υπόγειων νερών - Qanat 13

14 Σημαντικό σημείο στην κατασκευή είναι η σωστή κλίση του καναλιού. Τα κατακόρυφα ορύγματα (ύψους μέχρι και 60 m) χρησιμοποιούνται για παροχή αέρα, καθαρισμό-συντήρηση και την αποφυγή κατασκευής σήραγγας μεγάλου μήκους α QANAT(kareez, foggara)(2/2) Κατακόρυφα ορύγματα πρόσβασης β δ Έξοδος γ Εικόνα 8. Βασικά μέρη των καναλιών Qanat 14

15 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ Δεν είναι απαραίτητη η κατασκευή ταμιευτήρων, αφού οι υδροφορείς πρακτικά συμπεριφέρονται ως ταμιευτήρες υπερετήσιας εξίσωσης Πολλές φορές οι υδροφορείς αναπτύσσονται κάτω από τις εκτάσεις όπου γίνεται η κατανάλωση του νερού, οπότε αποφεύγεται η κατασκευή μεγάλων έργων μεταφοράς Οι γεωτρήσεις εκμετάλλευσης των υπόγειων νερών μπορούν να κατασκευάζονται και να λειτουργούν αυτόνομα και ανεξάρτητα, κάτι που ευνοεί τη σταδιακή ανάπτυξη του συστήματος εκμετάλλευσης Κατά κανόνα η ποιότητα του υπόγειου νερού είναι καλύτερη από αυτήντου επιφανειακού Σημαντικό μειονέκτημα της εκμετάλλευσης των υπόγειων νερών είναι η απαραίτητη άντληση του νερού, συχνά από μεγάλα βάθη, η οποία συνεπάγεται σημαντική ενεργειακή, άρα και οικονομική, επιβάρυνση. Έτσι, για μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη υδατικών πόρων, το συνολικό κόστος κατασκευής και λειτουργίας των έργων εκμετάλλευσης υπόγειου νερού διαμορφώνεται σε πολύ μεγαλύτερα επίπεδα από τα αντίστοιχα των έργων εκμετάλλευσης 15 επιφανειακού νερού.

16 ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΗΣ ΒΡΑΔΕΙΑΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ Η τροφοδοσία των επιφανειακών υδάτινων σωμάτων από τα υπόγεια νερά γίνεται με ομαλούς, σχεδόν ομοιόμορφους ρυθμούς, σε αντίθεση με τους έντονα μεταβαλλόμενους και διαλείποντες ρυθμούς της πλημμυρικής απορροής Από διαχειριστική άποψη, τα υπόγεια υδάτινα σώματα μπορούν να θεωρηθούν ως φυσικοί ταμιευτήρες, πλησιάζοντας ως προς τη συμπεριφορά τους τις φυσικές και τεχνητές επιφανειακές λίμνες Η ρύπανση των υπόγειων νερών εξελίσσεται με ιδιαίτερα βραδείς ρυθμούς με αποτέλεσμα, η κακή διαχείρισή τους να οδηγεί πολλές φορές σε πρακτικώς μη αναστρέψιμα αποτελέσματα 16

17 ΔΥΣΚΟΛΙΕΣ ΣΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ ΛΟΓΩ: έντονης γεωγραφικής μεταβλητότητας (ανομοιομορφία) και ανισοτροπίας των χαρακτηριστικών των υδροφορέων δυσχέρειας ακριβούς γνώσης τόσο της γεωμετρίας, όσο και των χαρακτηριστικών των υδροφορέων ανάπτυξης των υπόγειων ροών σε δύο ή τρεις χωρικές διαστάσεις, σε αντίθεση με την κατά κανόνα μονοδιάστατη εικόνα των επιφανειακών ροών 17

18 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ (1/2) Η άντληση υπόγειου νερού σε νησιωτικές και παράκτιες περιοχές μετακινεί τη διεπιφάνειαπου σχηματίζεται ανάμεσα στο υπόγειο γλυκό νερό και το νερό της θάλασσας. Το τελευταίο προωθείται προς την ξηρά και στη συνέχεια αντλείται ποιοτικά υποβαθμισμένο (υφαλμύριση) ή ακόμη και θαλασσινό νερό. Η επαναφορά στην προϋπάρχουσα κατάσταση μπορεί να διαρκέσει πολλά χρόνια. Ανάλογα φαινόμενα παρατηρούνται σε υδροφορείς που γειτνιάζουν με άλλους υδροφορείς που περιέχουν νερό χαμηλότερης ποιότητας ή μολυσμένο. Η ταπείνωση της στάθμης των φρεάτιων υδροφορέων και η αφαίρεση σημαντικών ποσοτήτων νερού από περιορισμένους υδροφορείς μπορεί να προκαλέσει καθιζήσεις. Η ταπείνωση της στάθμης των φρεάτιων οριζόντων ή της πίεσης των περιορισμένων υδροφορέων αυξάνει το κόστος άντλησης σε γραμμική αναλογία. 18

19 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΝΕΡΩΝ (2/2) Η ταπείνωση ενός φρεάτιουυδροφορέααπό μία γεώτρηση μπορεί να οδηγήσει γειτονικές αβαθέστερες γεωτρήσεις σε αστοχία, δημιουργώντας ουσιαστικά και νομικά προβλήματα. Η μείωση της επιφανειακής ή υπόγειας τροφοδοσίας των λιμνών και των υγροτόπων μπορεί να θέσει σε κίνδυνο τα οικοσυστήματά τους και να περιορίσει τις απολήψεις νερού από αυτά. Η μείωση της εκροής υπόγειου γλυκού νερού προς τη θάλασσα μπορεί να έχει δυσμενείς συνέπειες στα παράκτια οικοσυστήματα. 19

20 ΥΦΑΛΜΥΡΩΣΗ (1/3) Στάθμη θάλασσας Υπόγειος ορίζοντας Αλμυρό νερό Γλυκό νερό Εικόνα 9. Υφαλμύρωση υπόγειου υδροφορέα 20

21 ΥΦΑΛΜΥΡΩΣΗ (2/3) Γεώτρηση-Πηγάδι Γεώτρηση-Πηγάδι Θάλασσα Στάθμη υδροφορέα Υδροφορέας Υφάλμυρο νερό Γλυκό νερό Αδιαπέρατο στρώμα Εικόνα 10. Εισροή αλμυρού νερού από εντατική χρήση γεώτρησης 21

22 ΥΦΑΛΜΥΡΩΣΗ (3/3) Επαναφόρτιση υδροφορέα Στεγανοποιητικό διάφραγμα Πηγάδι επαναφόρτισης Πηγάδια εκμετάλλευσης Στάθμη θάλασσας Αλμυρό νερό Φρεάτιος ορίζοντας Γλυκό νερό Εικόνα 11. Αντιμετώπιση υφαλμύρωσης 22

23 ΓΕΩΤΡΗΣΗ (1/2) Εικόνα 12. Γεώτρηση 23

24 ΓΕΩΤΡΗΣΗ (2/2) Υλοποίηση γεωτρήσεων Οποιαδήποτε οπή που ανοίγεται στο έδαφος με χειροκίνητο η μηχανοκίνητο τρόπο ονομάζεται γεώτρηση. Γεωτρύπανο είναι το μηχάνημα που ανοίγει τη γεώτρηση Οι γεωτρήσεις μπορεί να είναι: εκμετάλλευσης ερευνητικές δειγματοληπτικές (εξαγωγή δειγμάτων πετρωμάτων) και ειδικού σκοπού (π.χ. τσιμεντενέσεις) Μηχανισμοί γεωτρύπανου χειρισμού κοπτικού εργαλείου (το κοπτικό εργαλείο εισέρχεται στο έδαφος με περιστροφή) εξαγωγής των προϊόντων συντριβής (εισέρχεται αφού έχει βγει το κοπτικό εργαλείο και εισάγεται νερό στα προϊόντα της συντριβής για να γίνουν πολτός) τοποθέτησης/αφαίρεσης προσωρινής σωλήνωσης (εισάγεται και αφαιρείται σε τμήματα για στήριξη της γεώτρησης και τελικά αντικαθίσταται από την οριστική σωλήνωση με τα φίλτρα) 24

25 ΓΕΩΤΡΥΠΑΝΟ Εικόνα 13. Φιλτροσωλήνες Εικόνα 14. Γεωτρύπανο με δυνατότητα διάνοιξης γεώτρησης βάθους 915 m Εικόνα 15. Διατρητικά στελέχη από βελτιωμένο χάλυβα (μήκους 7.62 μέτρα) Φωτογραφίες: από πτυχιακή εργασία των Παλιαλέξη Δημήτρη & Κατόπη Δημήτρη Εικόνα 16. Κοπτικό 25

26 ΣΤΑΔΙΑ ΔΙΑΝΟΙΞΗΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ 1. Εγκατάσταση γεωτρύπανου 2. Διάνοιξη της οπής 3. Προσωρινή σωλήνωση 4. Λήψη δειγμάτων πετρωμάτων για την σύνταξη της γεωλογικής τομήςστρωματογραφίας (ώστε να τοποθετηθούν τα φίλτρα της οριστικής σωλήνωσης και να εντοπιστούν τυχόν επικίνδυνα στρώματα) 5. Καθαρισμός γεώτρησης 6. Τοποθέτηση οριστικής σωλήνωσης 7. Χαλίκωση της γεώτρησης 8. Εξαγωγή προσωρινής σωλήνωσης 9. Διενέργεια δοκιμαστικής άντλησης 26

27 ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΤΟΜΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Εικόνα 17. Γεωλογική τομή και χαρακτηριστικά γεωτρήσεων 27

28 ΕΔΑΦΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΝΕΡΟ Μέγεθος κόκκων εδαφών 0-2 μm 2-60μm 60 μm-2mm 2-60 mm > 60 mm Άργιλος Ιλύς Άμμος Χαλίκι Κροκάλα Αµµώδη εδάφη Αποτελούνται από μεγάλα στερεά σωµατίδια. Είναι περατά από το νερό και αποστραγγίζονται εύκολα Δεν διογκώνονται ή συρρικνώνονται κάτω από την επίδραση υγρασίας Δεν παρουσιάζουν σημαντικά τριχοειδή φαινόμενα Αργιλώδη εδάφη Αποτελούνται από µικροσκοπικά στερεά σωµατίδια. Η επιφάνεια των σωµατιδίων είναι σηµαντικά µεγαλύτερη από αυτήν των αµµωδών, με αποτέλεσμα την παρουσία σηµαντικών µοριακών δυνάµεων µεταξύ των αργιλικών στερεών και του νερού Είναι πρακτικώς αδιαπέρατα Διογκώνονται και συρρικνώνονται σηµαντικά κάτω από µεταβολές υγρασίας Παρουσιάζουν σημαντικά τριχοειδή φαινόμενα. 28

29 Πριν τη βροχόπτωση ΜΕΤΩΠΟ ΕΔΑΦΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΛΟΚΑΙΡΙ ΧΕΙΜΩΝΑΣ Επιφάνεια εδάφους Υδροφορέας Κατά τη διάρκεια της βροχόπτωσης Αμέσως μετά τη βροχόπτωση Εξάτμιση Φόρτιση υδροφορέα Ώρες μετά τη βροχόπτωση Εξάτμιση Φόρτιση υδροφορέα Ημέρες μετά τη βροχόπτωση 29

30 ΔΙΑΦΟΡΟΙ ΤΥΠΟΙ ΠΟΡΩΔΩΝ ΜΕΣΩΝ (1/2) Παράγοντες που επηρεάζουν το πορώδες Μέγεθος και διαβάθµισηκόκκων εδάφους ιάταξη κόκκων εδάφους Σχήµα διακενών Υλικό πλήρωσης των κενών Γεωλογική ιστορία του εδάφους 30

31 ΔΙΑΦΟΡΟΙ ΤΥΠΟΙ ΠΟΡΩΔΩΝ ΜΕΣΩΝ (2/2) Καλά διαβαθμισμένη ιζηματογενής απόθεση με μεγάλο πορώδες Παράγοντες που επηρεάζουν το πορώδες Καλά διαβαθμισμένη ιζηματογενής απόθεση που αποτελείται από πορώδεις κόκκους, με υψηλό συνολικό πορώδες Πέτρωμα που απέκτησε πορώδες μετά από χημική διάλυση Ελάχιστα διαβαθμισμένη ιζηματογενής απόθεση με χαμηλό πορώδες Καλά διαβαθμισμένη ιζηματογενής απόθεση με χαμηλό πορώδες λόγω της πλήρωσης των διακένων από ορυκτά υλικά Εικόνα 18. Τύποι πορώδων μέσων Πέτρωμα που απέκτησε πορώδες μετά από ρηγμάτωση 31

32 ΝΟΜΟΣ DARCY (1856)(1/2) Q=K*A*(Δh/L) Q παροχή (m 3 /s) K υδραυλική αγωγιμότητα (m/s) L απόσταση πιεζομέτρων (m) Δh διαφορά πιεζομέτρικού ύψους (m) A εμβαδόν επιφάνειας αναφοράς (m 2 ) Δh L A Q Εικόνα 19. Σχηματική απόδοση του Nόμου Darcy 32

33 ΝΟΜΟΣ DARCY (1856)(2/2) Δίδονται: Υδραυλική αγωγιμότητα K:50 m/day Μέσο ύψος υδροφορέα: 30 m Μέσο πλάτος υδροφορέα: 5 km Εμβαδόν επιφάνειας: 30m *5000 m = m 2 Υδραυλική κλίση: 5/1000 = 5 x 10-3 Παροχή: 50 m/day * m 2 * 5 x 10-3 = m 3 /day Ταχύτητα: m 3 /day/ m 2 = 0.25m/day Τροφοδοσία L=1000 m Δh=5 m 30 m Εικόνα 20. Παράδειγμα εφαρμογής του Nόμου Darcy 33

34 ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΑ ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΜΕΣΑ Εκρηξιγενή και μεταμορφωμένα πετρώ ματα Βασάλτης (διαπερατός) Ρηγματωμένο εκρηξιγενές ή μεταμορφωμένο πέτρωμα Γρανίτης (εξαλλοιωμένος μανδύας) Γάβρος (εξαλλοιωμένος μανδύας) Ιζηματογενή πετρώ ματα Ιλυόλιθος Αργιλικός σχιστόλιθος Ασβεστόλιθος, δολομίτης Ψαμμίτης Καρστικός ασβεστόλιθος Αλλουβιακές αποθέσεις Πηλός Άμμος Χαλίκι Άργιλος K (m/s) 34

35 ΠΙΕΖΟΜΕΤΡΙΑ (1/3) Γεώτρηση Πηγάδι Φρεάτιος υδροφορέας Αδιαπέρατο Περιορισμένος υδροφορέας Αδιαπέρατο Εικόνα 21. Πιεζομετρική επιφάνεια 35

36 ΠΙΕΖΟΜΕΤΡΙΑ (2/3) Δίκτυα Ροής Δισδιάστατη απεικόνιση της κατανομής του υδραυλικού φορτίου και της ροής του υπόγειου νερού σε κατάσταση ισορροπίας Ισοπιεζομετρικές είναι οι καμπύλες ίσου υδραυλικού φορτίου Γραμμές ροήςείναι οι οδοί διέλευσης του νερού και είναι κάθετες στις ισοπιεζομετρικές Γραμμές ροής Περιορισμένος Υδροφορέας Αδιαπέρατο στρώμα Δw Δs Ισοπιεζομετρικές γραμμές Εικόνα 22. Δίκτυα ροής 36

37 ΠΙΕΖΟΜΕΤΡΙΑ (3/3) Εικόνα 23. Πιεζομετρικός χάρτης Οκτώβριος 1988, Λεκάνη Εφέντη, Θεσσαλία Εικόνα 24. Πιεζομετρικός χάρτης Μάρτιος 1988, Λεκάνη Εφέντη, Θεσσαλία 37

38 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΦΡΕΑΤΙΟΥ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑ Επιφάνεια (F) Συνολικός όγκος (Vt) Όγκος διακένων(vv) (Δz) Ταπείνωση φρεάτιου ορίζοντα Όγκος νερού που απελευθερώνεται (ΔV) Όγκος νερού που κατακρατείται αντιστεκόμενο στη βαρύτητα (ΔVr) Πορώδες: n=vv/vt Ειδική απόδοση Sy: ΔV/(F*Δz) Ειδική κατακράτηση Sr: ΔVr/(F*Δz) n=sy+sr 38

39 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΤΟΥ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΑ ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΜΕΣΑ Γεωλογικό μέσο Πορώδες Ειδική απόδοση Ελάχ. Μέσ. Μέγ. Ελάχ. Μέσ. Μέγ. Αλλουβιακές αποθέσεις Άργιλος Πηλός Λεπτόκκοκη άμμος Μέση άμμος Χονδρόκκοκη άμμος Λεπτόκοκκο χαλίκι Μέσο χαλίκι Χονδρόκοκκο χαλίκι Ιζηματογενή πετρώματα Ψαμμίτης Ιλυόλιθος Αργιλικός σχιστόλιθος Ασβεστόλιθος Δολομίτης Εκρηξιγενή πετρώματα Γρανίτης(εξαλλοιωμένος μανδύας) Γάβρος(εξαλλοιωμένος μανδύας) Βασάλτης Ηφαιστειακή τόφα Πηγή: (Dingman, 1994) 39

40 ΦΡΕΑΤΙΟΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑΣ (2/3) Εικόνα 25. Χαρακτηριστικά φρεάτιου υδροφορέα 40

41 ΥΠΟ ΠΙΕΣΗ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑΣ Εικόνα 26. Χαρακτηριστικά περιορισμένου υδροφορέα 41

42 ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΗ ΑΝΤΛΗΣΗ (1/2) Πηγή: Εικόνα 27. Δοκιμαστική άντληση 42

43 ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΗ ΑΝΤΛΗΣΗ (2/2) 1. Εσωτερική διάμετρος της γεώτρησης ή του φρέατος. 2. Βάθος της γεώτρησης 3. Κατώτατη στάθμη του νερού στην γεώτρηση (μέτρηση η οποία γίνεται μετά από 24 ή 48 ώρες συνεχόμενης άντλησης) 4. Παροχή του νερού που θα αντλήσουμε ώστε να σταθεροποιείται το ύψος του νερού (Δυναμική στάθμη) 5. Ανώτερη στάθμη του νερού στην γεώτρηση (Στατική στάθμη) 6. Φίλτρα (Θέση τοποθέτησης στα υδροφόρα στρώματα της γεώτρησης και είδος 7. Με βάση τα προηγούμενα καθορίζονται (α) το βάθος τοποθέτησης (μεταξύ της κατώτατης και της δυναμικής στάθμης) και (β) η παροχή της αντλίας. 8. Ανάλυση νερού από όπου προκύπτει η ποιότητα και το ποσοστό χώματος 9. Κατάρτιση στρωματογραφίας όπου φαίνονται τα υδροφόρα στρώματα 43

44 ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΟΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑΣ-MH ΜΟΝΙΜΗ ΡΟΗ Επιφάνεια εδάφους Εξίσωση Theis: s(r,t)=h 0 -h(r,t)=(q/4πτ)*w[u(r,t)] Q Αρχική πιεζομετρική επιφάνεια 2*r w Καμπύλη πτώσης στάθμης(t 1 ) h 0 Αδιαπέρατο στρώμα Καμπύλη πτώσης στάθμης(t 2 ) r 1 h w r 2 h(r 1,t 2 ) h(r 2,t 2 ) b Περιορισμένος υδροφορέας Σχήμα 1. Περιορισμένος υδροφορέας με μη μόνιμη ροή 44

45 Q s( r, t ) = W ( u ) 4π T ΣΧΕΣΗ THEIS W ( u) = ln( u), 1.03u 0.71e, u u e ( u 1), 2 u u< u u> 9 9 u ( r, t ) = 2 Sr 4 Tt Για μεγάλους χρόνους (t) και μικρές αποστάσεις: W ( u) = ln( u) Q Q 4Tt s( r, t ) = [ln( 1 / u ) + ln e ] = [ln + ln π T 4π T r S ] Εξίσωση Jacob: Q 2. 25Tt s(r,t) ln 2 4π T r S = 45

46 ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΟΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑΣ-ΜΟΝΙΜΗ ΡΟΗ Επιφάνεια εδάφους Q Αρχική πιεζομετρική επιφάνεια 2*r w Καμπύλη πτώσης στάθμης r 1 r 2 Αδιαπέρατο στρώμα h w h 1 h 2 b Περιορισμένος υδροφορέας Q 2. 25Tt Q 2. 25Tt Q r2 2 Q r2 h 2 h1 = s 1(r 1,t) s2(r2,t) = ln ln = ln( ) = ln( ) Εξίσωση Thiem 4πT r 4π T 4π T r1 2πT r 1 S r2 S 1

47 ΦΡΕΑΤΙΟΣ ΥΔΡΟΦΟΡΕΑΣ (3/3) Επιφάνεια εδάφους Q H 2 -h 2 =(Q/πK)*ln(R/r) Αρχική στάθμη υδροφορέα Καμπύλη πτώσης στάθμης Η r h Σχήμα 2. Φρεάτιος υδροφορέας R 47

48 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Q Q Q 25m 25m 0 ΠΤΩΣΗ ΣΤΑΘΜΗΣ s (m) x 25-x x ΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) Σχήμα 3. Συνολική επίδραση γεωτρήσεων 48

49 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ(1/4) Εικόνα εξωφύλλου. Άντληση υπόγειου νερού, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» Εικόνα 2. Υδρογεωλογία φρεάτιουυδροφορέα, Mursk& Skinner, 1999, Geology today : understanding our planet, Wiley, CC:BY-NC-SA Εικόνα 3. Υδρογεωλογία περιορισμένου υδροφορέα, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» Εικόνα 4. Κατακόρυφη τομή εδάφους, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» 49

50 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ(2/4) Εικόνα 7. Σχηματοποίηση της τεχνικής αξιοποίησης υπόγειων νερών - Qanat, 3.svg, CC:BY-NC-SA Εικόνα 8α. Βασικά μέρη των καναλιών Qanat,Digital Globe ( Europa Technologies ( 2007, CC:BY-NC-SA Εικόνα 8β,γ. Βασικά μέρη των καναλιών Qanat, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» Εικόνα 8δ. Βασικά μέρη των καναλιών Qanat, CC:BY-NC-SA Εικόνα 9. Υφαλμύρωσηυπόγειου υδροφορέα, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» 50

51 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ(3/4) Εικόνα 11. Αντιμετώπιση υφαλμύρωσης, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» Εικόνα 12. Γεώτρηση, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» Εικόνα 13. Φιλτροσωλήνες, Εικόνα 14. Γεωτρύπανο με δυνατότητα διάνοιξης γεώτρησης βάθους 915 m, Εικόνα 15. Διατρητικά στελέχη από βελτιωμένο χάλυβα (μήκους 7.62 μέτρα), Εικόνα 16. Κοπτικό, φωτογραφίες: από πτυχιακή εργασία των Παλιαλέξη Δημήτρη & Κατόπη Δημήτρη, CC:BY-NC-SA 51

52 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ(4/4) Εικόνα 17. Γεωλογική τομή και χαρακτηριστικά γεωτρήσεων, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» Εικόνα 18. Τύποι πορώδωνμέσων, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» Εικόνα 27. Δοκιμαστική άντληση, CC:BY-NC-SA 52

53 ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.