MV0192. Deltentamen i markfysik

Transkript

1 MV0192. Deltentamen i markfysik Skrivningen ger maximalt 21 poäng. För godkänt fordras 10.5 poäng. Skrivtid kl Varje lärare rättar sin del av skrivningen. Besvara uppgift 6 på ett separat papper. Efter att skrivningen påbörjats får du inte lämna salen förrän efter kl Du får inte lämna salen utan att registrera dig. Detta gäller även om tentamen är helt blank. Samtliga svar måste motiveras. Endast svar ger noll poäng. Glöm inte att skriva ditt kodnummer på samtliga papper som du lämnar in. Lycka till!

2 Uppgift 1 En cylinderformad kruka fylld med homogen jord sänks ner i ett vattenbad (se figur nedan) för att vattnas. Krukan har hål i botten där vatten kan rinna in och ut. Innan krukan sänks ner i vattnet är jordens vattenhalt nära vissningsgränsen. Jorden i krukan väger då 43.6 kg. Förhållandet mellan vattenhalt och tryckpotential för jorden är givna med två olika skalor på den vertikala axeln i diagrammen nedan. a) Hur mycket vatten har runnit in genom hålen i botten på krukan när jämvikt inställt sig? (2 p) b) Beräkna jorden torra skrymdensitet. (1 p)

3 Uppgift 2 En 50 cm lång kolonn var fylld med homogen jord. Mättat vattenflöde genom kolonnen skapades genom två konstanta vattenytor under atmosfärstryck på olika höjd anslutna vid toppen och botten på kolonnen. Detta flöde mättes till 22.3 mm h -1. Mitt på kolonnen sitter ett vattenståndsrör som är öppet till atmosfären. Alla mått finns angivna i figuren nedan. a) Beräkna jordens mättade hydrauliska konduktivitet (1.5 p) b) Vid vilken höjd befinner sig vattenytan i vattenståndsröret? (1.5 p)

4 Uppgift 3 Uppgiften är baserad på modellen för vattenflöde i mark som ni arbetade med i Powersimövningarna tidigare under kursen. Modellen löser Richards ekvation numeriskt för olika initial- och randvillkor. Modellen kördes med följande specifikationer: Övre randvillkor: Konstant regn = 2.5 mm h -1 Konstant potentiell evapotranspiration, ET p Ingen markyteavdunstning Nedre randvillkor: Konstant grundvattenyta vid 1 m djup Rotdjup: Rotupptag: Antal numeriska skikt: 10 Skikttjocklek: 10 cm 50 cm U = r(z) * ET p där r(z) är rotdensiteten Graferna ovan visar inflödena till skikten och den omättade hydrauliska konduktiviteten i skikten efter lång tid när stationära förhållanden uppnåtts. Skikt 1 är närmast markytan. a) Hur stort var det totala rotupptaget (1 p) b) Hur såg rotdensiteten ut i de översta 50 cm av profilen? Notera att funktionen för rotdensitet skiljer sig från funktionen som användes under övningen. (1 p) c) Vid vilket av djupen 60 cm och 90 cm är den totala hydrauliska gradienten störst under stationära förhållanden (1 p)

5 Uppgift 4 I figuren nedan visas genombrottskurvor från kolonnförsök (50 cm längd) genomförda under mättade förhållanden och konstant vattenflöde q = 0.6 cm h -1. Vid tiden t = 0 ändrades koncentrationen vid kolonnens inflöde från 0 till C in. Koncentrationen hölls sedan konstant vid C in tills försöket avslutades. Tre olika ämnen användes, i) bentazon (mycket svagt adsorberad herbicid med en halveringstid på 120 h) ii) bromid (icke reaktivt ämne) iii) rhodamine WT (starkt adsorberande icke nedbrytbart färgämne). a) Para ihop ämnena med rätt genombrottskurva och motivera varför. (3 p) b) Beräkna materialets porositet. (1 p) Uppgift 5 Nämn två faktorer som påverkar markluftens diffusionshastighet. Förklara kortfattat varför. (2 p)

6 Byt papper! Uppgift 6 En trädgårdsodlare bevattnade under en försommar en normalt ganska torr sandjord och en lerjord tills de båda hade en vattenhalt på 40 %. a) Vilken av de två jordarna kunde förväntas ha den högsta värmeledningsförmågan efter bevattningen och vilka faktorer är det som gör att förmågan att leda värme hos de två jordarna skiljer sig åt? (2 p) b) Om båda jordarna efter bevattningen hade samma värmekapacitet, C, vilken av jordarna borde då kunna värmas upp snabbast vid ytan och vilken av dem borde kunna värmas upp snabbast på djupet? Motivera! (2 p) c) Under vintern bildades tjäle i de två jordarna. Beskriv hur tjäldjup och tjälstruktur i de två jordarna skiljer sig åt och förklara vad skillnaderna beror på. (2 p)

7 Formelsamling markfysik Grundläggande definitioner: V = V partiklar + Vvatten + Vluft, θ = V vatten V ε = 1 V partiklar V, ρ torr, skrym = m partiklar V Darcys lag: dh Q = AK, dx dh q = K dx H = h + z, q = vθ Effektiv mättad hydraulisk konduktivitet i en skiktad jord: Stighöjd i ett kapillärrör (cm): K eff n i= 1 = n i= 1 L L K i i i z c = r Konvektions-dispersionsekvationen: t A = t ( θ C + ρs) l = θd sh C 2 l 2 z Cl q z D = D + D, = λv sh s h D h Linjär jämviktsadsorption: Första ordningens nedbrytning: s = K C da A d l = µ, dt ln(2) µ = τ halv Värmeflöde: q h = k h dt dx