Hydrodynamické podmínky ve volné zvodni v období infiltrace atmosferických srážek

Bc. Pavel Pracný, Ph.D.

Master's thesis

Hydrodynamical conditions in unconfined aquifer during infiltration

Abstract:

Dvojí paradox je jev, při kterém se v období po srážkových událostech koncentrace chemických látek v povrchových tocích nemění nebo dokonce stoupají. Mezi navržená vysvětlení patří hypotéza pístového efektu, kterou prověřuje tato diplomová práce. Teoretická část práce se věnuje popisu proudění podzemní vody, dvojího paradoxu a navržených řešení. Dále jsou popsány principy hydrologického a hydrogeologického modelování. Byly provedeny průtokové a stopovací experimenty v laboratorním pískovém modelu (také jako model středního měřítka). Po infiltraci modelových srážek okamžitě vzrostla rychlost proudění v saturované zóně až o 17 % a o 1-2 cm byla stlačena horní část kapilární třásně. Současně ve střední části modelu vzrostl tlak vody a volná zvodeň se dočasně stává napjatou. Byla prošetřena také dlouhodobá, terénní průtoková a geochemická data poskytnutá observatoří Košetice, na kterých byly diskutovány projevy dvojího paradoxu v podmínkách České republiky. Z diskuze laboratorních dat vyplývá, že pístový efekt poměrně dobře vysvětluje první paradox. Mechanismus v pozadí druhého paradoxu je složitější, ale pístový efekt by mohl být jeho součástí.

Abstract:

Double paradox is a phenomenon that describes the fact of non-changing or even increasing concentrations of minerals in surface waters after rainfall. One of proposed explanations is hypothesis of piston flow, which is tested by this thesis. Theoretical part of this thesis concerns description of underground water flow, double paradox and the most important of proposed solutions. Furthermore, principles of hydrological and hydrogeological modelling are discussed. Flow and trace experiments were done in a laboratory sand-box-model (a.k.a. intermediate scale model). Flow velocity in saturated zone rose up to 17 % and upper edge of capillary fringe decreased by 1-2 cm immediately after infiltration of simulated rainfall. Simultaneously the pressure of water in central part of the model rose and the aquifer was temporarily acting as a confined aquifer. Flow and geochemical long-term field datasets from Košetice observatory were searched for signs of double daradox in conditions of the Czech Republic. According to laboratory data, the piston flow could explain the first paradox quite well. The mechanism in background of the second paradox is more complicated, but piston flow could be involved as well.

Keywords

Infiltrace, Fyzikální modelování, Pístový efekt, Dvojí paradox, Košetice, Infiltration, Intermediate scale experiment, Piston flow, Double paradox

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 16. 6. 2011
• Supervisor: Mgr. Tomáš Kuchovský, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Geology / Geology