Hidrológiai Közlöny 1954 (34. évfolyam)

9-10. szám - Lovas László: A talaj áteresztőképességi együtthatójára vonatkozó újabb vizsgálati eredmények

396 Hidrológiai Közlöny. 34. évf. 1954. 9—10. sz. Lovas L.: Űjabb fc-tényező vizsgálatok a) A talajvíz vízszintes szintű, kiterjedése végtelen, b) A vízadóréteg homogén, azonos vastagságú, feküje vízszintes, c) A szűrőkút feküig ér le (ú. n. teljes kút) és a szűrőzés a vízadóréteg teljes magasságáig ér, d) A talajvízmedence egyik oldalról sem kap hozzáfolyó vizet és a talajvíz sehol sem szivárog el. Az idők folyamán sokat támadott DARCY törvény érvényességének kérdését G. THIEM 1940-ben újra megvizsgálta. Laboratóriumi kísérleteinek eredményei alapján azt állapította, meg, hogy a DARCY törvény a természetben előforduló esésekre minden korlátozás nélkül érvényes. 5 mm-nél nagyobb átmérőjű, közel egyforma, gömbalakú szűrőmintával azonban azt tapasztalta, hogy az esések az átfolyó vízmennyiségnél gyorsabban növekednek. Ennél a szűrőkiképzésnél tehát a sebesség lassúbb növekedése, így a k érték megváltozása következett be. FORCHHEIMER Augsburgnál végzett helyszíni vizsgálatai azt mutatták, hogy nemcsak a talaj hézagok alakja és nagysága, de maga a sebesség is befolyásolja a k érték kialakulását. Sebességnövekedés esetén szintén az esésnek sebességnél gyorsabb ütemű növekedését, tehát az áteresztőképességi együttható csökkenését tapasztalta. További megfigyelései eredményeként azt állapította meg, hogy a k csak egy meghatározott közepes pórus nagyságnál állandó, nagy hézagokban történő áramlásnál a k érték csökkenő esésnél növekszik, míg igen kis hézagok esetén kisebbedik. Az eddig vázlatosan ismertetett elméletek alapelvét tehát a DARCY törvény képezi akár talaj fizikai állandónak, akár változó értékűnek tekintik a k tényezőt. II. Újabb vizsgálati eredmények és ebből következő elméleti megfontolások MÜLLER—DELITZSCH vizsgálva a DARCY törvényt és az erre támaszkodó egyenleteket, az alábbi megállapításokat teszi: A DARCY által elfogadott HAGEN— POISEUILLE tétel csak a kapillárisokban történő vízmozgásra érvényes. így tehát, amíg a nem kapilláris tartományban is a talaj áteresztőképességi együtthatója ennek a törvénynek alapulvételével kerül meghatározásra, addig a számítási és a tapasztalati eredmények mindig eltéréseket fognak mutatni. A laboratóriumi vizsgálatokban elért minden finomítás ellenére DARCY óta nem sikerült a k érték egybehangzó definitióját megadni. A kutatók a k érték nagyságát vagy a talaj fizikai tulajdonságainak függvényeként (ZUNKER, KOZENY, SLICHTER, stb.) vagy az esés függvényeként (DARCY, SICHARDT, stb.) adják meg, pedig az eddigi vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a k érték nagysága éppúgy függvénye a talaj fizikai tulajdonságoknak (hézagtérfogat, specifikus felszín, szemcsealak, szemcseösszetétel stb.) mint az esésnek. Tapasztalati úton igazolható, hogy különböző mértékű leszívásoknál változik a k érték. Egy meghatározott leszívási mélységnél megállapított k tényező ugyanazon talajban egy másik depresszióra nem alkalmazható. Fenti megállapítások után MÜLLER—DELITZSCH a következőket javasolja: Ki kell küszöbölni a talaj vízmozgás elméletének felállításánál a matematikai bizonytalanságokat. A k tényezőt jelenlegi formájában el kell hagyni. Helyettesíteni kell olyan értékkel, amelynek változása áttekinthető, illetve amelynek függvényszerűsége matematikailag meghatározható. Mivel az eddigi elmélet és gyakorlat nem számol azzal, hogy a valóságban a talajon, mint szűrőtesten kettős komponensből álló folyadék átfolyásáról van szó (gáz és víz keveréke), ezt a továbbiakban figyelembe kell venni. A megoldatlan kérdések áthidalására MÜLLER—DELITZSCH a szabad átfolyási keresztmetszet fogalmának bevezetését látja célszerűnek. A vízadórétegben a hidratációs, a hidroszkopikus, valamint a kapillárisán kötött vízzel csökentett hézagtérfogaton, az ú. n. szabad átfolyási keresztmetszeten át történik a talajvíz áramlása. A szabad átfolyási felület a leszívásnak, a hézagtérfogatnak, a vízadóréteg települési viszonyainak, valamint a talajvíz mélységének függvénye. Vizsgálatainál az adszorpciós nyomással szemcsékhez kötött víztől elválasztja a lentokapilláris víztartományt, amely igen nagy nyomás esetén mozgásba jöhet, ezáltal szabad átfolyási keresztmetszetbővülés következik be. Ezzel szemben a szabad átfolyási keresztmetszetet szűkíti az a körülmény, hogy a kút közelében — mivel a leszívás itt éri el a legnagyobb értékét — növekszik a gázkiválás. Ennek következtében kémiai kiválások is létrejönnek, mindenekelőtt mész és mangán, valamint vaskiválások, amelyek tovább csökkentik a keresztmetszetet. A vízadórétegben az áramlást gátló ellenállások MÜLLER—DELITZSCH szerint külső súrlódásra, belső súrlódásra, és kilépési ellenállásra vezethetők vissza. A külső súrlódás a vízadóréteg szemcseösszetételével áll összefüggésben és egyenesen arányos a hézagfogattal. Ez abból a megfigyelésből is következtethető, hogy emelkedő hézagtérfogat estén (pl. finom homoknál, iszapnál, stb.) a leszivási görbe is meredekebb lesz. továbbá, hogy növekvő hézagtérfogattal, valamint szemcseazonossággal lecsökken a feszültségmentes hézagtérfogat. Belső súrlódás keletkezik, ha a zavartalan állapotban áramló talaj vízszálak útját a kút üzemeltetésekor leszívással eltérítjük. Ennek leküzdéséhez leszívási magasságban jelentkező erő szükséges és ez a súrlódás is a hézagtérfogat függvénye.