Hidrológiai Közlöny 1958 (38. évfolyam)

5. szám - Juhász József: A beszivárgás vizsgálata

3J+6 Hidrológiai Közlöny 1958. 5. sz. Juhász J.: A beszivárgás vizsgálata vízkapacitásig feltöltik magukat. Ezért, ha az eső első perceiben nem is, de néhány óra múlva már feltétlenül a talajhézagok döntő többsége a vízkapacitásig megtelik. Helyesebben járunk el tehát, ha a talaj beázási sebességének számításánál nem a lento kapilláris, hanem a vízkapacitásnyi vizet vesszük a talaj hézagokban visszatartottnak. A nagy hézagokban fellépő beszivárgási sebességek jelentősen lecsökkennek, tekintve, hogy a gravitációs hézagokba bejutó víz nagy része oldalirányban szivárog el. Eleinte tehát nincs meg a beszivárgás egyenletessége sem. A legnagyobb gravitációs — hézagokban lefelé „rohanó" víz messze előretör, amikor a környezetben levő apró hézagok még nem kapták meg a megfelelő mennyiségű vizet. Ilyenformán helyi nedvesítési gócok képződnek, ahonnan kapilláris úton szállítják a vizet szét a kisebb pórusok. A beázás tehát nem egységes, vagyis a beszivárgásnak ebben a fázisában nem beszélhetünk „beázási mélységről", mert egyes részeken nagyobb, más részeken kisebb ez a mélység aszerint, hogy vannak-e a közelben nagy gravitációs hézagok, vagy nincsenek. A beszivárgási kapacitásnál kisebb intenzitású esők psetén a beszivárgási viszonyok — éppen a sok levegő jelenléte miatt — tulajdonképpen három-fázisúak. Egy-egy hézagsorozaton belül azonban ebben az esetben vagy döntő többségében víz, vagy pedig levegő található. A beszivárgás tehát az első szakaszban nem egyenletes, hanem döntően a gravitációs hézagok elrendeződése szerint átázott gócok jönnek létre, amelyekből kapilláris úton telítődik a környező kisebb hézagok sora. Nem beszélhetünk tehát beázási mélységről. A légellenállás kismértékű, ami növeli a tényleges beszivárgási sebességet, az oldalirányú kapilláris elnyelés viszont a vízoszlop előrehaladási sebességét — a nedvesítési sebességet — csökkenti. A beszivárgás fizikájának tárgyalása közben már megemlékeztünk arról, hogy a talaj a beszivárgó vizet csak akkor engedi tovább, ha a pórusok legalább a lento kapilláris pontig, ill. a minimális vízkapacitásig telítődtek. Ez a jelenség a most tárgyalt szakaszos felületi beszivárgás során nem jut érvényre. A beszivárgó víz döntő többségét szállító gravitációs hézagok vízkapacitása kicsiny. Sokkal jelentősebb vízmennyiséget tart vissza ennél, kapilláris úton a talaj. Nyilvánvaló tehát, hogy a később és nehezebben telítődő kapilláris hézagok felülről lefelé vett értelemben lassabban telítődnek fel a lento kapilláris vízmennyiségig, majd a teljes vízkapacitásig, mint ahogy a gravitációs hézagokba bejut a víz. Állapítsuk meg azt a kritikus mélységet, ameddig a beszivárgásnak ez a rendszertelen volta érvényesül. Mint láttuk a gravitációs hézagok homokos, homoklisztes talajoknál tízszer, sőt százszor gyorsabban vezetik a vizet, mint a kapilláris hézagok. Ebből pedig az következik hogy csak akkor egyezik meg a beázási sebesség az elméleti úton számítottal, ha a gravitációs cső adott (l) hosszán annak keresztmetszetéről tízszeres, ill. százszoros felületű kapilláris pórustömeg indul ki. Ez 50%-os hézagtérfogatot felvéve egyszerű számítással l = = 100 r

0-ra adódik, ha feltételeztük, hogy a gravitációs cső oldalfalán minden hézag kapilláris méretű. Ha nem így

r volna, az / hosszúságot még a kapilláris és gravitációs pórusok arányával |—— } is osztani kell : l 71 g ) 1=100 —r„ (21) n„ A fenti, természetesen csak durva közelítést adó 7b Jc képlettel, az — értékét kavics esetében 0,4-re, 71 g homokban 0,5-re, iszap esetében, agyagban pedig 1,0-ra felvéve fenti sorrendben 5, 2, 0,4 cm értéket kapunk Z-re. A példákból jól látható, hogy a vízszintes értelemben nem egyenletes beszivárgás során a tényleges nedvesítési sebesség és a számított közötti eltérés csak a beszivárgás elején mutatkozik, amikor a gravitációs hézagok vize „előreszalad". Ez a helyi jelenség azonban néhány cm mélységben megszűnik és a nedvesítési sebesség fokozatosan megegyezik a számítottal. A kritikus mélység annál kisebb, minél kisebb a gravitációs pórusok átmérője. A beszivárgási viszonyokat tehát egy bizonyos, sokszor jelentéktelen mélységen kívül az elméleti úton meghatározott képletekkel valóban számíthatjuk. Igaz ez minden esetben, tehát a beszivárgási kapacitásnál kisebb erők esetén is. Egészen kis esők azonban, amelyek a kritikus mélységnél kisebb mélységig, csak néhány cm-ig nedvesítik át a felületet, nem követik az előzőekben ismertetett fizikai jelenséget. Ezeknél a felületre hulló csapadék, ha a beszivárgás első fázisán túl jutna, részben a felszíni kapillárisok legfelső szakaszába jut be, főként pedig a gravitációs hézagokba hatol, ahonnan a kapillárisok oldalirányban néhány cm után felveszik. Világos tehát, hogy az előző fejezetekben leírt beszivárgási számítási móddal — természetesen a kerületi feltételeknek és a fizikai jelenségeknek helyes értelmezésével —- a kritikus mélység alatti mélységekben helyesen és jól számíthatjuk a beszivárgási viszonyokat. A 13. ábrában különböző áteresztőképességű talajok beszivárgási sebességét és a beszivárgási időt ábrázoltuk különböző mélységekben, n = = 35%-os hézagtérfogat feltételezésével. Az adatokat a 7. táblázatban is összefoglaltuk. A grafikon célja, hogy közelítő számításokban gyors segítséget adjon. Az összeállítás során az egyes szemátmérők mellett a figyelembe vett áteresztőképességeket és a kapilláris emelőmagasságokat is feltüntettük. A grafikon és a táblázat alapján az egy-egy pontban uralkodó tényleges sebességeket kapjuk meg eredetileg légszáraz talaj feltételezése esetén — azaz a teljes kapilláris szívás kialakulásával —• a légellenállást figyelmen kívül hagyva. A gyakorlat számára sokkal hasznosabb adatot kapunk, ha a beázási sebességet, ill. annak eredményeként az egyes talaj féleségeken a különböző magasságú csapadékok által okozott beázási mélységet tüntetjük fel. Ilyen összeállítást mutat a 14. ábra,