Hidrológiai Közlöny 1965 (45. évfolyam)

9. szám - Dr. Kovács György: A szabad kilépési felület hatása a függőleges síkokkal határolt földtesten átszivárgó vízhozamra

Hidrológiai Közlöny 1965. 10. sz. 405 HIDRAULIKA A szabad kilépési felület hatása a függőleges síkokkal határolt földtesten átszivárgó vízhozamra Dl. KOVÁCS öYÖlíGY* a műszaki tudományok doktora 1. Hővezető A kúthidraulikának régóta vitatott, elméletileg azonban még máig sem megoldott kérdése a vízszálelszakadás jelensége. Lényege az, hogy a szívott kútban a víz szintje mélyebben helyezkedik el, mint a kútpaláston kívüli depressziósgörbének a kúthoz csatlakozó pontja. A belső vízoszlop fölött a depressziósgörbe végpontjának magasságáig szabad kilépési felület alakul ki, ahol az áramlási teret jellemző határfeltétel az alsó szakasztól eltérő. A vízmozgást fenttartó nyomáskülönbség nem állandó, hanem a vizsgált vízszál magassági helyzetétől függően változik. Teljesen hasonló szabad szivárgási felület alakul ki párhuzamos síkmozgás esetében is, amelynek egyik legjellemzőbb példája a földgátakban kialakuló permanens szivárgás. A töltésen át áramló víz, bár az alvíz magassága zérus, a levegőfelőli rézsűt mégis meghatározott magasságig — a depressziós görbe kimetsződési pontjáig — átnedvesíti. Ugyanígy jelentkezik a vízszálszakadás más párhuzamos síkmozgás esetében is, pl. szivárgókból, galériákból történő víztermeléskor. Magyar kutatók már eddig is jelentős mértékben járultak hozzá a vízszálszakadás jelenségének részletes felderítéséhez. Külföldön is ismertek és idézettek dr. Öllős G. kísérletei, amelyekkel részletesen meghatározható volt a kút belső vízszintje és a depressziós görbe kimetsződési pontja között, tehát a szabad kilépési felületen át a kútba áramló vízhozam. Ezekhez a kísérletekhez kapcsolódó elemzések a vízszálelszakadás mértékének a meghatározásához is támpontot, számítási összefüggéseket adnak a gyakorlati tervezések számára [3, 4], Ugyanezzel a céllal vizsgálta dr. Karádi G. is akadémiai doktori értekezésének egyik fejezetében ezt a jelenséget [1], Arra törekedett, hogy az elméletileg még kellően fel nem derített folyamatot más hasonló mozgás ellenállásával helyettesítse és így lehetővé tegye az elszakadás mértékének számszerű meghatározását. A legújabb törekvés az, hogy a vízszálszakadás különböző okait szétválasztva és az ezek által létrehozott hatásokat külön vizsgálva, megállapítsuk a párhuzamos síkáramlás esetében is kialakuló szabad kilépési felület jelentőségét, a tengelyszimmetrikus áramlás okozta ellenállástöbbletet, valamint esetleg egyéb hatások jelentkezését is. A vízszálszakadás okai között elsőként említett hatásnak, a szabad kilépési felület mentén kialakuló, a korábban levezetett összefüggések* Országos Vízügyi Főigazgatóság, Budapest. ben szereplő, szokásos határfeltételtől eltérő nyomásviszonyoknak a figyelembevételére az első kísérlet a földgátakon keresztül meginduló szivárgás számítására Pavlovszkij által javasolt összefüggés volt [5], Az alkalmazott közelítések miatt ennek pontossága nem érte el a hasonló, többnyire tapasztalati összefüggések pontosságát, rávilágított azonban a szabad kilépési felület jelentőségére. Fejlődést mutat ezen a téren Pásztor D. tanulmánya, amely már a szabad kilépési felület mentén jelentkező határfeltétel helyes felvételének módját is megadja. [6]. Az így adódó matematikai forma azonban még nem vezet a jelenség gyakorlatban is alkalmazható leírására. Az egyébként helyes alapelv alkalmazásához az áramlási folyamat olyan leírását kell tehát megkeresnünk, amely a Dupuit-féle feltevést kiküszöbölve, lehetőséget ad a belső áramlási feltételek szabatosabb meghatározásával együtt arra is, hogy a kilépési határfeltételektől függően a felső szabad felszínként jelentkező határolás jellemzőit is számíthassuk. Erre módot egy nemrég megjelent tanulmányunk nyújt, amelyben a szabadfelszínű szivárgás szabatos áramlástani vizsgálatával éppen a Dupuitféle feltétel érvényességi határának meghatározására törekedtünk [2]. Ebben, mint a dolgozat tulajdonképpeni célján túlmenően adódó következtetéssel, foglalkoztunk a vízszál-elszakadás kérdésével is. Megállapítottuk ugyanis, hogy a Dupuitféle összefüggés csak addig alkalmazható, amíg a leszívott oldalon a depressziós görbe végpontja magasabban van, mint a felvízi vízoszlopmagasság négytizede. Ez alatt a szint alatt a tényleges áramlási adottságok figyelembevételével meghatározott vízhozamgörbe — amely kapcsolatot ad a leszívás és a vízhozam között — maximumhelyet mutat, majd, ha a leszívási görbe a vízzáró síkot eléri, a vízhozam zérussá válik. Ebből arra a következtetésre jutottunk, hogy akár felülről leszívással közelítjük meg a maximumhelyet, akár alulról feltöltődéssel — mint pl. földgátak átázásakor — a depressziósgörbe kilépési pontja a maximumhely magasságát, amelyet a gyakorlati közelítések számára a felvízi vízoszlopmagasság kéttizedében javasoltuk felvenni, át nem lépi. így ebben a tartományban szükségszerűen kialakul a vízszál-elszakadás jelensége. Idézett dolgozatunkban a depressziós görbe kilépési pontját azonosnak tételeztük fel az alvízi vízszint magasságával, tehát kilépési határfeltételként a mozgást létrehozó nyomáskülönbséget minden vízszál mentén azonosnak tételeztük fel.