UNIVERSITETET I OSLO

Transkript

1 UNIVERSITETET I OSLO Side Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i: GEO3020/4020 Mark- og Grunnvann Eksamensdag: Fredag 5 desember 2006 Tid for eksamen: Oppgavesettet er på 5 side(r) Vedlegg: Formelhefte Tillatte hjelpemidler: Lommekalkulator Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgave a) Massetransportmetoden for beregning av fordampning fra en fri vannflate skrives ofte på formen (formel av Daltons type): E = (b 0 + b v a ) (e s e a ) Forklar de variable som inngår i ligningen og beskriv kortfattet ved hjelp av en figur de fysiske prosessene som styrer fordampning og som er representert av ligningen. b) Anta at b 0 = 0 og b =.26 i ligningen i a) (fordampningen er da gitt i mm/dag). Beregn fordampningen fra en fri vannflate med en overflate temperatur på 8 C. Gjennomsnittlig vindhastighet er 5.0 m/s og vanndamptrykket 900 Pa (målt i 2m høyde). c) Beskriv hvordan ulike egenskaper ved vegetasjonen påvirker intersepsjonstapet fra en barskog sammenlignet med et gressdekket område som er lokalisert innen samme klima region og kommenter bruk av ligningen i a) for å beregne intersepsjonstap. d) Tabellen under gir observert nedbør (som regn) og gjennomfall (eng. throughfall) for totalt 3 nedbørhendelser i et forsøksfelt for beregning av intersepsjonstap i skog. Skogen er en 20 år gammel naturlig skogsbestand i nærheten av Oslo, bestående av hovedsakelig gran. Hvor stort er det gjennomsnittlige intersepsjonstapet i prosent for denne granskogen for perioden med observasjoner (3 nedbørhendelser)? Plott nedbør mot intersepsjonstap for hver hendelse (bruk det vedlagte mm papiret) og kommenter resultatet som figuren viser. Gi ut fra plottet et tilnærmet estimat på vegetasjonens magasinkapasitet.

2 Nedbørhendelse Nedbør (mm) Gjennomfall (mm) Oppgave 2 a) Forklar kort følgende begrep: Luftinntrengningstrykket. Feltkapasitet. Permanent visnegrense. b) Ved bruk av en trykkselle, har man oppnådd sammenhengen mellom suget (tensjonen/pressure head) og volumetrisk vanninnhold for to forskjellige jordarter (Jord A og B). Målingen er gjengitt I tabellen under. Mineral densiteten antaes å være 2.65 g/cm 3. Pressure head (cm) Soil A Volumetric water content (%) Soil B Volumetric water content (%) Plott den karakteristiske tensjon-vanninholds-kurven (pf-kurven) for de to jordarter på semilogaritmisk papir (fines på side 5). Bestem porøsitet og bulk densitet for de to jordarter.

3 Bestem luftinntrengingstrykket for de to jordarter. c) Bestem hvor mye vann (i mm) som plantene kan oppnå fra hver av jordartene under feltkapasitetsbetingelser. Anta at feltkapasitet og permanent visnegrense kan estimeres ut fra likningene under. Bruk følgende verdier for parameter b : Jord A: b = 5 Jord B: b = 2 Svares skal gies in mm (vannsøile). Feltkapasitet: Permanent visnegrense: θ θ fc pwp ψ ae = Φ 340 b ψ ae = Φ 5000 b hvor er porøsitet og ae er luftinntrengningstrykket. Oppgave 3 a) Bernoulli likningen Etm = v 2 /2 + gz + P/ρ beskriver total energi pr masseenhet til strømmende grunnvann. Den beskriver at den totale energi av grunnvann langs en strømningslinje er konstant, hvis man antar at vann oppfører seg som en inkompressibel og friksjonsløs væske. Utled et uttrykk for den totale energi pr enhet vekt ( total hydraulic head ), og vis hvordan denne er inkludert i Darcy s lov. b) Hva er forskjellen mellom absolutt permeabilitet What is the difference between absolute permeability ("intrinsic permeability"),k i, og hydraulisk konduktivitet eller permeabilitetskoeffisient, K h? Hvilke enheter er de gitt i? Beskriv hvordan hydraulisk ledningsevne kan bestemmes i laboratoriet. Hvilke faktorer påvirker den hydrauliske koduktiviteten, og hvordan kan man estimere K h for silt, sand og grus- sedimenter? c) Hva er transmissivitet,t, og magasin-koeffisient and (storage coefficient), S, til en akvifer? Diskuter også specific yield (fritt drenerbart vann), S y, og specific retention (spesifikk retensjon), S r, I relasjon til porøsitet. d) Hva er transporthastigheten til vannløselige, ikke reaktive stoffer i et porøst medium? Hva menes med dispersjon og hvordan påvirker dispersjonsen forurensningsspredning? Hva menes med retardasjon? Tegn en skisse (konsentrasjon mot avstand) for et lost stoff som både adsorberes og nedbrytes. Inkludere et ikke reaktivt stoff for sammenlikning. e) Piezometric overflate (grunnvannsspeilet) for en åpen akvifer er inntegnet i figuren under. Gjør et overslag over den gjennomsnittlige linjære grunnvannshastighet fra A til B, basert på følgende data:

4 d0 =0.35 mm, φ = 0.3, ρ b =.8, K(m/s)= (d0 (mm)) 2 /00, AB = 50 m Vann forurenset med lost jetdrivstoff og natriumklorid infiltrerer grunnvannet ved A. Hvis man antar plug flow, hvor long tid tar det før vann med løst NaCl å nå B? Hvor lang tid tar det før lost jetdrivstoff ankommer? Bruk følgende gjennomsnittlige sediment/vann fordelingskoeffisient for den vannløselige delen av jetdrivstoff: Kd = 0.3 ml/g (eller i dimensionsløs form Kd =( ρ b Kd )/φ) A 2.4 B 2.2

5