Hidrológiai Közlöny 1959 (39. évfolyam)

3. szám - Kovács György: A gát alatt átszivárgó vízhozam megoszlása a mentett oldalon

Kovács Gy.: A gát alatt átszivárgó vízhozam Hidrológiai Közlöny 1959. 3. sz. 191 megtervezéséhez a felszínre lépő víznek a gát vagy a töltés tengelyére merőleges sebességeloszlását — vagy ami ezzel teljesen azonos, a fajlagos, egységnyi területen felfakadó víz megoszlását — kell meghatároznunk. A Pavlovszlcij-féle transzformációval elvileg ez a kérdés is megoldható, a gyakorlat azonban, az említett nehézségek miatt, még ma is a Bligh [2] és Lane [8] által kidolgozott eljárást alkalmazza. Az utóbbi időben találunk olyan törekvéseket, amelyek ezeket az eljárásokat a potenciáláramlás elméleti eredményeit figyelembe véve javítani igyekeznek [2, 10, 14]. Azonban ezek a számítási módszerek is éppúgy mint az alapul szolgáló Bligh—Lane eljárás, csak a gát tövében elért biztonság mértékéről adnak felvilágosítást. Ezért választottuk tanulmányunk céljául olyan eljárás kidolgozását, amelynek segítségével a felfakadó víznek a töltés tengelyére merőleges megoszlását számíthatjuk. A tanulmány kidolgozását több elektromos analógia kísérletsorozat alapján végeztük el. A kísérleteket a Vízügyi Tervező Iroda megbízásából részben a Mélyépítési Tervező Vállalat, részben a Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet laboratóriumában végezték. Ezúton is köszönetet mondok a tervező iroda vezetőinek az adatok rendelkezésemre bocsátásáért, a két laboratórium vezetőinek pedig a gondos mérési munka elvégzéséért. Külön kiemelem a kísérlet közvetlen irányítóinak Molnár Lajos és Varrók Endre mérnököknek lelkes és igen odaadó munkáját. Az alapul szolgáló elektromos analógia kísérleteknek megfelelően feltételeztük, hogy a vizsgált szivárgás homogén rétegben létrejövő síkpotenciál mozgás. A térszín mind a felvízi, mind az alvízi oldalon potenciálfelület, tehát fedőréteg nincs és a víz a mentett oldalon is felfakad. Ezeket a közelítéseket feltételezve arra törekedtünk, hogy a vízzáró réteg mélységétől és az alapozási körvonalrajz méreteitől függően meghatározhassuk a felfakadó víznek a gát vagy a töltés tengelyére merőleges megoszlását, tehát a felszínre lépő víznek a megjelölt irányban kialakult sebességeloszlását. A tanulmány 3. fejezetében tárgyaljuk a sík alaplemez alatt kialakuló áramlás jellemzőinek a számítását, a 4. fejezetben pedig az alaplemezhez csatlakozó egysoros szádfal hatását. így a tanulmány végeredményben módot nyújt arra, hogy sík alaplemez és egysoros szádfal tetszőleges kombinációja esetében is meghatározhassuk a keresett sebességeloszlást jellemző kapcsolati vonalat. 2. A gát alatt átszivárgó vízhozam számítása A gát alatt átszivárgó vízhozam számításával kapcsolatosan említett tanulmányban [6] öt eljárást vizsgáltunk meg és hasonlítottunk össze. Ezek közül a Pavlovszkij-féle transzformáció mind áramlástanilag, mind a határfeltételek figyelembevételében szabatos, eredményei elméletileg helyesek, gyakorlati alkalmazása azonban nehézségekbe ütközik. A végtelen mély vízáteresztő réteg feltételezésén alapuló számítás a mozgás fizikai tulajdonságát szabatosan követi. Az egyik geometriai határfeltételt, az áramlási tér alsó vízzáró határolását azonban önkényes közelítéssel veszi figyelembe. Ezért az így számított érték olyan szabályos hibát tartalmaz, amely a biztonságot a megkívánt pontosság mértékén túl rontja. A hidraulikai közelítés a határfeltételeket helyesen veszi figyelembe, de a mozgás jellegének leírásában alkalmaz közelítést. Összetett alapozási körvonalrajz esetében azonban az így adódó összefüggés is igen bonyolulttá válik, és az elérhető pontosság is korlátozott, bár a hiba pozitív jellegű, a biztonságot növeli. A felsorolt elméleti eljárásokat elektromos analógia kísérletek eredményeivel és ilyen mérések alapján levezetett tapasztalati összefüggésekkel is összehasonlítottuk. Ez a két módszer sem volt megfelelő kitűzött célunk eléréséhez, mert a kísérlet minden feladathoz megismétlendő, a tapasztalati összefüggés pedig csak a kísérletekkel igazolt tartományra érvényes, nem terjeszthető ki újabb mérések nélkül a független változóknak az általunk vizsgálni kívánt teljes intervallumára. A további vizsgálatok során felhasználtuk azonban azt az adottságot, hogy a határfeltételek figyelembevétele során alkalmazott geometriai és a mozgás fizikai jellegét megváltoztató hidraulikai közelítéssel hasonló függvénykapcsolatot kaptunk a vízhozam keresett értéke és a független változók között. Ennek a kapcsolatnak általános formáját elfogadva olyan tapasztalati állandókat határoztunk meg, amelyeket alkalmazva a számított vízhozam — az alaplemez és az egysoros szádfal tetszőleges kombinációja esetében — a vizsgált teljes tartományon belül az elméleti értékekkel jól egyezik. A hiba általában pozitív — a biztonságot szolgálja —és nem haladja meg a 10%-ot. Csak az alapozási méreteknek és a vízvezető réteg vastagságának szélsőséges viszonyszáma esetében lépi túl ezeket a határokat és intervalluma —- eltekintve a vízvezető réteget csaknem teljesen lezáró szádfal gyakorlatilag nem számottevő esetétől — csak —4,6% 1-10,5%. Az elvégzett vizsgálatok és számítások alapján tehát a vízzáró, sík alaplemez és az egysoros szádfal tetszőleges kombinációjaként kialakított alaptest alatt véges vastagságú vízvezető rétegen keresztül átszivárgó vízhozam számítására az előző tanulmányok alapján a következő összefüggést javasoljuk : g = — arshl,5-£, (1) 71 p amelyben k a vízvezető réteg szivárgási együtthatója [m/sec], H a szivárgást létrehozó vízszint különbsége [m], ^ értéke pedig az alapozási körvonalrajztól és a vízvezető réteg vastagságától függően a következő (2) egyenletből számítható, ha : b az alaplemez félszélessége [m], l a szádfal hossza [m], x = ^ ^ a szádfal helyzetét jellemző hányados, bi a szádfalnak az alaplemez szélétől mért rövidebb távolsága [m], m pedig a vízvezető réteg vastagsága [m]: