Grundvandsstrømning og det hydrologiske kredsløb

Få en introduktion til hydrogeologi og grundvandsressourcer i Danmark, og prøv bl.a. kræfter med en øvelse i vores hydrologiske laboratorie. Få evt. også en introduktion til grundvands naturlige vandkemi.

Grundvandsstrømning og transporten af stoffer i grundvandsreservoirer demonstreres for deltagerne i en ’grundvandsrende’, hvor vandet tilsættes farve.

Undervisningen veksler mellem foredrag, demonstrationsøvelse, egen ’dataindsamling’ i form af øvelser i det hydrologiske laboratorium, og deltagerne gives mulighed for at lave beregninger som del af besøget.

Det samlede arrangement varer typisk 3 timer. Forløb på mellem 1½ og 4 timer kan arrangeres ved behov, efter aftale.

Grundvandsgeokemi
To geokemiske reaktioner styrer typisk 70% af grundvands naturlige kemi og saltindhold: opløsning af kuldioxid og kalcit i vand. Efter aftale, kan besøget handle om disse reaktioner, mens de fysisk/matematiske styrende ligninger for grundvandstrømning kan sættes i baggrunden. I stedet kan vi lære kemi fra ’varedeklarationen’ på en typisk mineralvandsflaske, f.eks. Aqua d’Or.

Øvelse i det hydrologiske laboratorie
Laboratorieøvelsen er for Jer som arbejder med grundvand og det hydrologiske kredsløb og ønsker eksperimentelt at få svar på, hvordan geologi og klima sammen styrer grundvandsstrømning og forureningstransport.

I laboratorieøvelsen eftervises Darcys lov eksperimentelt i et kolonneforsøg. Derefter udføres i samme kolonner et sporstofforsøg (med farve), som illustrerer vandets bevægelse og hastighed gennem sandet i kolonnen. Alle parametre, der måles, gør dem i stand til at eftervise de fysiske strømningsprocesser.

Øvelsen varer omtrent 1 time. Deltagerne fordeles ved typisk 4-6 kolonne-opstillinger i laboratoriet.

Tværfaglige temaer i kemi, fysik og matematik
Hele arrangementets overordnede tema geovidenskabeligt: hydrolgeologi, grundvandsstrømning, det hydrologiske kredsløb, stoftransport, og herunder grundvandsforurening med f.eks. nitrat og pesticider. Undervisningen, og særligt laboratorieøvelsen, giver imidlertid adgang til en række tværfaglige temaer:

1) Newtons 2. lov: Sammenhængen mellem et vandspejls beliggenhed over havniveau og det ’hydrauliske trykniveau’ defineres ud fra ’potentialet per masseenhed’ (Newtons 2. lov).
2) Newtons 3. lov: Friktion, og tryk.
3) Empirisk udledning af den hydrauliske ledningsevne i Darcys lov som hældningen i en graf, og herunder brugen af lineær regression.
4) Simpel beskrivelse af grundvands uorganiske vandkemi, og af de styrende geokemiske reaktionsligninger for den almindelige kemi af naturligt grundvand. F.eks. opløsning af kuldioxid og kalcit.
5) Opstilling af reaktionsligninger for nitrat-reduktion (denitrifikation) og eftervisning af deres relevans med data fra grundvandsmagasiner.
6) Statistiske overvejelser i data indsamlingen, og muligheder for statistisk behandling af data.
7) Opbygning af analytisk grundvandsmodel via opstilling og løsning af simpel differentielligning.

Punkterne 1-3 ovenfor er fuldt integrerede elementer i en typisk arrangement.
Punkterne 4-7 kan efter aftale blive centrale/bærende elementer i arrangementet.

Forberedelse
Der kan efter aftale/kontakt til underviser udleveres en note vedr. Darcys lov, artikler vedr. vandkemi, samt diverse hæfter fra Geoviden.

Forudsætninger
Vurderes af elevernes daglige lærer i forhold til ovenstående indholdsbeskrivelse og målet med undervisningsforløbet ’hjemme’, men kunne være: Geovidenskab A, Matematik A eller Fysik B eller Kemi B. Og især: interesse for at kombinere indsamling af data og tolke disse.

Eleverne opfordres til at medbringe egen laptop.

Udbydes
Hele året