velikost textu

Vlhkostní charakteristiky přirozených pískovcových výchozů

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Vlhkostní charakteristiky přirozených pískovcových výchozů
Název v angličtině:
Moisture characteristics of natural sandstone exposures
Typ:
Disertační práce
Autor:
Bc. Martin Slavík
Školitel:
RNDr. Jiří Bruthans, Ph.D.
Oponenti:
Ing. Miroslav Tesař, CSc.
doc. Ing. Michal Sněhota, Ph.D.
Id práce:
155468
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav hydrogeologie, inž. geologie a užité geofyziky (31-450)
Program studia:
Aplikovaná geologie (P1202)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
24. 6. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Klíčová slova:
výpar, vlhkost, sací tlak, pískovec, hydraulické vlastnosti, skalní město, objemová vlhkost
Klíčová slova v angličtině:
evaporation, moisture, suction, sandstone, hydraulic properties, ruiniform relief, volumetric water content
Abstrakt:
ABSTRAKT Vlhkost v pískovci hraje důležitou roli v hydrologických, zvětrávacích, biologických a dalších procesech. Znalosti o výskytu a pohybu vlhkosti v porézním prostředí přirozených pískovcových výchozů jsou však značně strohé. Cílem doktorské práce proto bylo kvantifikovat vybrané vlhkostní charakteristiky několika přirozených pískovcových výchozů v Českém ráji (Česká republika). Podle režimního měření se průměrná roční teplota v pískovcových skalních městech pohybovala od 8,5 °C do 11,5 °C a relativní vlhkost vzduchu od 73 % do 85 %, přičemž odlesněná oblast vykazovala teplejší a sušší mikroklima a větší amplitudu hodnot než zalesněné oblasti. Byly zjištěny hodnoty objemové vlhkosti (více než 400 měření) a sacího tlaku (více než 150 měření) pískovcových výchozů a jejich změny v čase a prostoru. Průměrná objemová vlhkost se v zóně od povrchu pískovce do hloubky 12 cm pohybovala od 3 % do 10 % a sací tlak se v hloubce 2–12 cm pohyboval od 2 kPa až nad 130 kPa. Pro určení prostorového uspořádání vlhkosti u pískovcového povrchu bylo poprvé opakovaně využito metody obarvování práškem uraninu. Podle obarvení se pískovcové prostředí rozdělilo na kapilární (vlhkou) a difuzní (suchou) zónu, na jejichž ostrém rozhraní se nacházela výparová fronta. Pozice výparové fronty se pohybovala od povrchu pískovce až do hloubky 9,5 cm, přičemž platilo, že čím blíže k povrchu v dlouhodobém průměru byla, tím méně kolísala její pozice v čase. Pomocí přímého měření výparovými aparáty a taktéž díky výpočtům podle Fickova zákona byla poprvé určena intenzita výparu z pískovcového prostředí a její proměnlivost v čase a prostoru. Relativní chyba výpočtů byla 9 % až 58 % z měřené hodnoty, což je při vysoké variabilitě intenzity výparu (tři řády) přijatelná nejistota. Průměrná roční intenzita výparu se v jednotlivých oblastech pohybovala od 3 mm.rok-1 do 245 mm.rok-1. O intenzitě výparu nejvíce rozhodovala aktuální hloubka výparové fronty, dále roční období a teprve poté mikroklima dané oblasti. Bylo zjištěno, že biogenní skalní kůra ovlivňuje některé hydraulické vlastnosti pískovce. Saturovaná hydraulická vodivost byla biogenní skalní kůrou statisticky významně snížena (15×–300×), stejně jako rychlost kapilárního nasákávání (2×–33× podle laboratorního měření, 5×–11× podle terénního měření). Díky svým hydrofobním vlastnostem tak biogenní skalní kůra může působit jako významný brzdící mechanismus toku kapilární vody u pískovcového povrchu, a tím ovlivňovat mnoho procesů. Oproti tomu propustnost materiálu pro vodní páru nebyla biogenní skalní kůrou statisticky významně ovlivněna.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Moisture in a sandstone body plays a notable role in hydrological, weathering, biological and other processes. Knowledge about presence and movement of moisture within porous medium of natural sandstone exposures is, however, rather limited. Aim of the doctoral thesis was thus to quantify selected moisture characteristics of several natural sandstone exposures in Český ráj (Czech Republic). According to long-term logging, mean annual temperature at studied areas was between 8.5 °C to 11.5 °C, mean annual relative humidity was between 73 % to 85 %. Deforested area was found warmer and drier and amplitude of the values was higher there than at the forested areas. Values of water content (more than 400 measurements) and suction (more than 150 measurements) of the exposures including their spatial-temporal changes were obtained. Mean volumetric water content in zone from the sandstone’s surface to 12 cm depth was from 3 % to 10 % and mean suction in depth 2–12 cm was from 2 kPa to more than 130 kPa. Using uranine powder coloring, spatial distribution of moisture near the sandstone’s surface was visualized repeatedly for the first time. The coloring divided the surficial area of the sandstone into capillary (wet) and diffusion (dry) zone. The sharp transition between the two zones was represented by vaporization plane. The vaporization plane position varied from very surface to the depth of 9.5 cm, whereas the closer to the sandstone’s surface in long-term average, the lesser the vaporization plane depth varied in time. Based on direct measuring using evaporation apparatuses and on calculations by Fick’s law, the evaporation rate from sandstone and its variability were obtained for the first time. The relative error of the calculations was from 9 % to 58 % of the measured value, which is acceptable error as observed evaporation rate varies over 3 orders of magnitude. Mean annual evaporation rate varied from 3 mm×year-1 to 245 mm×year-1. The most important factor controlling the evaporation rate was the vaporization plane depth below the surface. Then the season followed and the factor which controlled the evaporation rate least was the microclimate given by the location. It was revealed that biologically-initiated rock crust affects some hydraulic properties of the sandstone. Saturated hydraulic conductivity was statistically significantly decreased (15×– 300×) as well as the capillary water absorption (2×–33× according to laboratory measurements, 5×–11× according to field measurements). Thanks to its hydrophobic properties, biologically- initiated rock crust can act as a factor notably decelerating the capillary water flow near the sandstone’s surface and thus affects many processes. On the other hand, water-vapor diffusion was not significantly influenced by the biologically-initiated rock crust.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Bc. Martin Slavík 8.93 MB
Stáhnout Příloha k práci Bc. Martin Slavík 5.24 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Bc. Martin Slavík 90 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Bc. Martin Slavík 94 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Bc. Martin Slavík 730 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Miroslav Tesař, CSc. 107 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. Ing. Michal Sněhota, Ph.D. 98 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 730 kB