Proef-tentamen Hydrologie Het gebruik van telefoons, boeken, dictaten en tabellen is niet toegestaan.

Transcriptie

1 Proef-tentamen Hydrologie Het gebruik van telefoons, boeken, dictaten en tabellen is niet toegestaan. Normering Vraag totaal Punten Het eindcijfer is het aantal behaalde punten gedeeld door 10; je hoeft dus niet alle 9 vragen te maken. Vraag 1 [ = 15 punten ] (a) Beschrijf in het kort de (natuurlijke) hydrologische kringloop. (b) Wat is evapotranspiratie? Wat is een lysimeter? (c) Wat verstaat men onder isohyeten en isohypsen? Vraag 2 [ 10 punten ] Voor een stroomgebied met een oppervlakte van 2500 km 2 zijn voor een hydrologisch jaar lopend van 1 april t/m 31 maart de volgende gegevens bekend: i gemiddelde neerslag P = 860 mm; ii gemiddelde oppervlakte afvoer Q =35 m 3 /s 442 mm p.j. iii gemiddelde wateronttrekking voor industrie, drinkwater en dergelijke is 2.5*10 8 m 3 /jaar 100 mm p.j. iv gemiddelde waterlozing door industrie, afvalwaterwater en dergelijke is 2.0*10 8 m 3 /jaar 80 mm p.j. Stel de waterbalans op en bereken de ontbrekende term in mm/jaar. 860-E =0 E =398 mm Vraag 3 [ 10 punten ] In onderstaande figuur zijn de pf-curves geschets van drie grondsoorten (a t/m. c). a) Wat stellen de gestreepte horizontale lijnen voor? verwelkingspunt en veldcapaciteit b) Voor welke grondso)ort zouden deze curves representatief kunnen zijn? a) (fijn) zand en/of loss, b) klei, c) klei/veen c) Bereken het bruikbare vochtgehalte van de drie grondsoorten (a t/m. c) mbv. de geschetste pf curves. a) 36-3=33, b) 36-7=19, c) 53-7=46% Proef-tentamen Hydrologie, juni 2014 (W. Leeuwestein) 1

2 Vraag 4 [ = 25 punten ] In een stedelijk gebied bevindt zich een parkeerterrein. Het parkeerterrein heeft een oppervlakte van m 2 en bevat een bergingskelder, waaraan een pomp verbonden is met een capaciteit van Q pomp = 30 m 3 /u. 3 mm/u Bij de berekening mag uitgegaan worden van: - de bergingskelder is leeg als de maatgevende bui begint - de pomp start als de bui begint - de looptijd is nul ~ 26 P [mm] T=5 jaar 1,2 mm ~ 8,6 ~26-8,4~15,6 mm T=1 jaar ~ 8,4 mm [min] Regenduurlijnen volgens methode Reinhold In principe kan door // schuiven met bekende pomplijn ( veranderen nul-bergin = snijpunt y-as) en scharnieren van de pomplijn (om het snijpunt met y-as verandering helling = capaciteit) de neerslag (duurlijn) geheel of gedeeltelijk ( overstorten, tussen de sterretjes) worden verwerkt (a) (b) (c) De vereiste berging (in m 3 en mm) tijdens een bui met een herhalingstijd T = 1 jaar, zodanig dat er geen water overstort. Men wil nu rekening houden met de geconstateerde veranderingen in het klimaat. De laatste paar jaar komen hevige neerslagbuien met grote intensiteit vaker voor. Daarom moet nu de maximale hoeveelheid overstortend water worden bepaald, tijdens een bui met een herhalingstijd T=5 jaar, gegeven de berging uit vraag (a). En op welk tijdstip stopt het overstorten? De vereiste pompcapaciteit gegeven de berging uit vraag (a) en een maximale overstorting van 12 m 3 tijdens een bui met T=5 jaar 12 m3 1,2 mm Pomp cap. ~15,6 mm/60 min 156 m3/u Vraag 5 [ 4 5 = 20 punten ] m.v. laag 1 15 m laag 2 A laag 3 z-richting laag 4 B Hogeschool x-richting Rotterdam, Opleiding Civiele Techniek, Proef-tentamen Hydrologie, juni 2014 (W. Leeuwestein) 2 laag m C D 20 m 2 m 25 m

3 Gegeven is het bovenstaande grondpakket, bestaande uit twee doorlatende lagen (laag 2 en 4), twee slecht doorlatende lagen (laag 1 en 3) en een ondoorlatende onderlaag (laag 5). De grondwaterstand staat 1 m onder het maaiveld. Uit metingen volgen de onderstaande gegevens: stijghoogte in A, B en C t.o.v. NAP: h A= m, h B= m en h C =-1.50 m. laag 2: k x = 1.5 m/dag; laag 3: k z = m/dag; laag 4: k x =0.50 m/dag. (a) (b) (c) (d) Bereken de horizontale filtersnelheid (debiet per oppervlakte eenheid) in laag 2 in m/dag en geef de stroomrichting aan. Bereken de filtersnelheid in laag 3 (bij A B) en geef de stroomrichting aan. Bepaal de stijghoogte in D, als de filtersnelheid van B naar D m/dag is. Bereken de filtersnelheid in laag 3 (bij C D) en geef de stroomrichting aan. LET OP CONSEQUENTE INVULLING H EN X, Z VOLGENS TEKENAFSPRAAK! (IVM. BERKENING RICHTING DEBIET) Vraag 6 [15+10 = 25 punten ] Voor de berekening van de directe afvoer van een stroomgebied is de methode van de eenheidsafvoergolf toepasbaar. De 1-uurs eenheidsafvoergolf is gegeven in de onderstaande figuur en de complexe bui in de figuur ernaast. De eenheidsdiepte is 10 mm. Q in m3/s t in uren netto neerslag in mm/u t in uren (a) (b) Bereken en teken de afvoer tengevolge van bovenstaande complexe nettobui. Bereken de oppervlakte van het stroomgebied. Proef-tentamen Hydrologie, juni 2014 (W. Leeuwestein) 3

4 Opp. Stroomgebied: Totale afvoer Q dt = Q = A * P =676 * 3600 is in m3 = A * ( =52) is in mm A = m2 Vraag 7 [ = 30 punten] Gegeven is een trapeziumvormig kanaal, met bodembreedte 2.00 m, taludhellingen van 1:2 een variabele waterdiepte h, een gladheidsfactor k1 van 25 m 1/3 /s en een bodemhelling van 1:1000, zie tekening. 2 1 h 2.00 m Dwarsdoorsnede kanaal. (a) Bepaal de relatie tussen Q 25(h) en h in formulevorm en bereken Q voor h = 2.00 m. (b) Teken de grafiek van Q 25(h) als functie van h, met k1 = 25 m 1/3 /s. (c) Door slecht onderhoud van het kanaal is de gadheidsfactor k2 nog maar 80% van de oorspronkelijke waarde. Schets de bijbehorende grafiek van Q k2(h) in een figuur met Q 25(h). En bepaal de waterdiepte h, die hoort bij de afvoer van 2.00m in de oude situatie, waarin k1 = 25 m 1/3 /s was, kortweg bepaal h uit Q k2(h) = Q 25(2.00 m). h = 2 m A = 12 m2 = 11 m R = 1,10 m Q = 10 m3/s Stippellijn: gladheid, k = 20 Proef-tentamen Hydrologie, juni 2014 (W. Leeuwestein) 4

5 Vraag 8 [10 punten] Voor toepassing van de wet van Darcy (q = -k D H/x) voor grondwaterstroming door lagen met verschillende doorlatendheden (k) kan een resulterende doorlatendheid (K) worden berekend. Voor stroming // de lagen worden, voor i lagen, de transmittivities (T=K*D) opgeteld: K*D = (k*d) i Bereken het specifieke debiet (q in m 2 /s) door (//) 3 lagen met diktes (d, in m) resp. doorlatendheden (k, in m/s) voor laag1 van: d=1 en k=0,01; laag 2: d=1,5 en k=0,001 en laag 3: d=1en k= 0,0001. Vraag 9 [10 punten] Voor toepassing van de wet van Darcy (q = -k D H/x) voor grondwaterstroming door lagen met verschillende doorlatendheden (k) kan een resulterende doorlatendheid (K) worden berekend. Voor stroming de lagen worden, voor i lagen, de weerstanden (c=d/k) opgeteld: D/K = di/k = (d/k) i Bereken het specifieke debiet (q in m 2 /s) door () 3 lagen met diktes (d, in m) resp. doorlatendheden (k, in m/s) voor laag1 van: d=1 en k=0,01; laag 2: d=1,5 en k=0,001 en laag 3: d=1en k= 0,0001. Proef-tentamen Hydrologie, juni 2014 (W. Leeuwestein) 5

6 FORMULEBLAD Hydrologie. Volumebalans (continuïteitsvergelijking): In = Uit + Berging Indien de Berging = 0 gaat deze betrekking over in: Q1 Q 2 ofwel: A1v1 A 2v 2. Eenparige stromingen in open waterlopen met een willekeurig dwarsprofiel. Formule van Manning-Strickler: v R 3 s 2 n H. v = gemiddelde stroomsnelheid [m/s] n = ruwheidsfactor [s m -1/3 ] s = verhang van de energiehoogtelijn (= bodemverhang) [-] A R H = hydraulische straal P [m] A = oppervlakte van de natte doorsnede [m 2 ] P = perimeter ofwel natte omtrek = omtrek waarover de wandwrijving werkt [m]. Formule van Chézy: v C R H s v = gemiddelde stroomsnelheid [m/s] s = verhang van de energiehoogtelijn (= bodemverhang) [-] R H = hydraulische straal [m] C = (gladheids) coëfficiënt van Chézy [m 1/2 /s] Voor een hydraulisch ruwe wand geldt: 1 C R 12R m 2 H H g log 18 log k k s Grondwaterstroming, wet van Darcy: h Q x A - k x A q x Q x = debiet in de x-richting [m 3 /s] A = doorstroom oppervlakte [m 2 ] k x = doorlatendheidscoëfficiënt in de x-richting [m/s] Δh = verschil in stijghoogte [m] Δx = de beschouwde afstand [m] q = filtersnelheid, debiet per doorstroom oppervlakte eenheid [m/s] Neerslagintensiteit (i): P dp i t dt i = neerslagintensiteit [mm/uur] P = neerslag [mm] Rationele methode: Q C i A,waarin C de reductiecoëfficiënt is. Proef-tentamen Hydrologie, juni 2014 (W. Leeuwestein) 6