1. Selgitada tänapäevaseid põhjavee dünaamika teaduslikuks uurimiseks kasutavaid teooriaid, meetodeid ja mudeleid;
2. Selgitada tänapäevaseid põhjavee keemilise koostise, keemilise arengu ja vanuse teaduslikuks uurimiseks kasutatavaid teooriaid, meetodeid ja mudeleid;
3. Õpetada õpilasi rakendama tähtsamaid põhjavee dünaamika ja keemilise koostise uurimiseks kasutatavaid välitöö meetodeid.

1. to explain the theories, methods and models used in modern hydrogeology to study groundwater dynamics;
2. to explain the theories, methods and models used in modern hydrogeology to study the chemical composition, chemical evolution and the age of groundwater;
3. to introduce and apply most important methods and techniques used in the field to collect data for studying groundwater dynamics and chemical composition.

Õppeaine läbimisel õpilane:
• iseloomustab põhjavee liikumiseks kasutatavaid võrrandeid ja neil põhinevaid mudeleid;
• tunneb tänapäeval enimkasutatavaid põhjavee dünaamika modelleerimise tehnikaid ja tarkvara;
• rakendab lihtsamaid põhjaveevaru ja bilansi arvutamiseks kasutatavaid tehnikaid;
• rakendab massitoimeseadust põhjavee keemilise koostise uurimiseks ja selle küllastusastme arvutamiseks enamlevinud mineraalide suhtes;
• tunneb tänapäeval enamkasutatavaid põhjavee hüdrokeemilise modelleerimise tehnikaid ja tarkvara;
• selgitab hüdrogeoloogias kasutatavate isotoopmeetodite põhialuseid ja rakendusi;
• iseloomustab põhjavee vanuse hindamiseks ja päritolu selgitamiseks kasutatavaid meetodeid;
• iseloomustab erinevaid põhjavee saastumist põhjustavaid protsesse;
• rakendab peamisi välitöö meetodeid hüdrogeoloogiliste andmete kogumiseks;
• koostab arutlusi kasutades hüdrogeoloogia-alast teaduskirjandust ning tähtsamaid rahvusvaheliselt tunnustatud õpikuid.

Upon completing the course student:
• Describes the main equations used to study groundwater flow and their applications in hydrodynamic models;
• Describes the most widely used modelling techniques used to model groundwater flow;
• Applies the basic techniques to calculate groundwater balance and volumes of groundwater reservoirs;
• Applies the law of mass action to study the chemical composition and saturation state of groundwater with respect to most common minerals;
• Describes the most common hydrochemical modelling techniques;
• Explains the basic theory behind the application of isotope methods in hydrogeology;
• Describes the common methods used to study the chemical evolution and age of groundwater;
• Compares different processes responsible for contamination of groundwater;
• Applies the basic techniques and methods used to collect hydrogeological data in the field;
• Formulates inferences based on scientific literature on hydrogeology and internationally recognized textbooks on groundwater studies.

Põhjavee dünaamika. Darcy seaduse rakendused. Põhjavee dünaamika võrrandid tasakaalulises (steady-state) ja muutuvas (transient-state) seisundis. Proovipumpamised ja põhjaveekihi parameetrite (veejuhtivus ja veemahutavus; filtratsioonimoodul, veeand, elastse veemahutavuse koefitsient) määramine välitöödel. Enamlevinud põhjavee modelleerimise tehnikad (lõplike vahede meetod, lõplike elementide meetod). Põhjavee modelleerimise tarkvarad (MODFLOW, FREEWAT). Põhjaveevaru ja bilansi arvutamine. Põhjavee dünaamika uurimine karstialadel (trasseerimiskatsed, modelleerimine).

Põhjavee keemiline koostis. Tasakaalulised ja kineetilised reaktsioonid. Massitoimeseadus ja põhjavee küllastusastme (saturation index) arvutamine erinevate mineraalide suhtes. Põhjavee geokeemiline modelleerimine (GWB, PHREEQC). Isotoopgeokeemia alused. Vee stabiilsed isotoobid (δ2H, δ18O). Põhjavees lahustunud ainete isotoopkoostis (δ13C, δ34S). Põhjavee vanuse määramine isotoopmeetoditega (triitium, 14C, 4He). Põhjavee päritolu ja geokeemilise arengu uurimine (isotoopmeetodite rakendused, väärisgaasid põhjavees). Lahustunud ainete transpordi modelleerimine.

Põhjavee saastumine. Põhjavee ületarbimisega kaasnev saastumine (vee sooldumine, põhjavesi kaevandustes, püriidi oksüdatsioon). Hajusalt paiknevad reostusallikad (põllumajandusest lähtuv reostus): lämmastiku reostus, pestitsiidid. Asukohapõhised reostusallikad (point sources of pollution). Anorgaanilised saasteained (nt. raskemetallid). Orgaanilised saasteained (nt. NAPL).

Hüdrogeoloogilised välitööd ja andmete interpreteerimine. Näidisproovipumpamine. Hüdrokeemia proovide kogumine (proovid anioonide ja katioonide jaoks – uuritavate komponentide stabiliseerimine välitingimustes; leeliselisuse määramine tiitrimise teel välitingimustes; isotoopuuringuteks vajalike proovide võtmine). Välitööde käigus kogutud andmete interpretatsioon.

Groundwater dynamics. Applications of Darcy’s law. Equations describing groundwater flow in steady-state and transient-state. Pumping tests and parameters describing the hydrogeological properties influencing groundwater flow in an aquifer (transmissivity and storativity; hydraulic conductivity, specific yield, elastic storage co-efficient. Techniques used to model groundwater flow (finite difference method, finite element method). Software used to model groundwater flow (MODFLOW, FREEWAT). Calculating the volumes of groundwater reservoirs and groundwater budgets. Groundwater dynamics in karstified aquifers (tracer tests, modelling).

Chemical composition of groundwater. Equilibrium and kinetic approach to chemical reactions. Law of mass action and calculation of saturation index with respect to different minerals. Geochemical modelling techniques (GWB, PHREEQC). Introduction to isotope methods. Stable isotopes of water (δ2H, δ18O). Isotopic composition of solutes (δ13C, δ34S). Study of groundwater age with the help of isotope methods (tritium, 14C, 4He). Origin and chemical evolution of groundwater (applications of isotope methods, noble gases in groundwater). Modelling of solute transport in groundwater.

Groundwater pollution. Pollution due to overexploitation of groundwater resources (salinization, groundwater in mining, pyrite oxidation). Diffuse pollution sources (e.g. contamination from agriculture): nitrate pollution, pesticides. Point sources of pollution. Inorganic pollutants (nt. heavy metals). Organic pollutants (nt. NAPL).

Hydrogeologic fieldworks and interpretation of data. Example of a pumping test. Groundwater sampling (sampling for anions and cations –fixation methods; determination of alkalinity in the field; sampling for isotopic parameters in groundwater). Interpretation of collected data.

-

-

Praktilised ülesanded välitöödel ja klassis; seminari ettekanne valitud teemal hüdrogeoloogia-alase teaduskirjanduse põhjal;

Practical assignments in fieldworks and in class; oral presentation on a chosen topic in hydrogeology based on textbooks and scientific papers;

Freeze, R.A., Cherry, J.A., (1979) Groundwater. Prentice-Hall, 604 lk.
Appelo, C.A.J., Postma, D., 2005. Geochemistry, groundwater and pollution, 2nd Edn. Balkema, Leiden, The Netherlands.
Clark, I.D., Fritz P., 1997. Environmental Isotopes in Hydrogeology. CRC Press, New York.

-