Hidrológiai Közlöny 1978 (58. évfolyam)

10. szám - Dr. Kovács György: A rétegvizek energiakészletét jellemző piezometrikus szintek ingadozásának vizsgálata (Hozzászólás Rónai András: Az alföldi mélységi vízfigyelés eredményeinek elemzése c. cikkéhez)

456 Hidrológiai Közlöny 1978. 10. sz. Dr. Kovács Gy.: A rétegvizek energiakészlete kelése érdekében azonban szükséges, hogy elemezzük azokat|az egyéb folyamatokat, amelyek — a vízszállításon kívül — a rétegvizek nyomásviszonyait szabályozhatják. Közismert, hogy egy víztest belsejében a nyomásváltozás bármely pontban arányos a vízszint helyzetének változásával (5a. ábra). Ez az egyenes arányosság érvényes abban az esetben is, ha annak a térnek, ahol a vízfelszín ingadozik, egy részét szilárd szemcsék töltik ki (5b. ábra), hiszen a víztest belsejében a nyomás nem a vizsgált pont fölött elhelyezkedő víz súlyától függ, hanem csak a felszínnek a pont fölötti magasságától (hidrosztatikai paradoxon). A kapcsolat azonban alapvetően megváltozik, ha a vizsgált vízteret vízzáró de rugalmas membránnal két részre osztjuk és a zárt alsó térben észleljük azt a nyomásingadozást, amit a felső részben levő vízszint helyzetének változtatásával idézünk elő. A nyomás ebben az esetben azzal a fajlagos terheléssel arányos, amely a membrán egységnyi felületén adódik át a vízre. Egy hengeres tartályban a fajlagos terhelés (az egységnyi alapú vízoszlop súlya) egyenlő az oszlop magasságának és a víz fajsúlyának szorzatával, a nyomásváltozás tehát ebben a rendszerben is arányos a vízfelszín helyzetének megváltozásával (5c. ábra). Másképpen alakul azonban a kapcsolat, ha a felső térrészt szilárd szemcsékkel töltjük ki és ezek pórusát foglalja el a víz. A nyomást létrehozó terhelés a két anyag együttes súlyából adódik. A vízfelszín helyzetének változásával együtt jár a terhelés és így az alsó térben kialakuló nyomás változása, ezt azonban a membrán fölötti víz súlyának változásával mérhetjük, hiszen a szemcsés közeg teljes súlya változatlan. A vízfelszín emelkedésének következtében a terhelést okozó víz súlyának növekedését — egységnyi alapú oszlopot vizsgálva — a vízszintváltozás és a porozitás szorzataként közelíthetjük, hiszen megfelelő dimenziót használva a víz fajsúlya egységnyi (természetesen a vízfelszín süllyedése arányos nyomáscsökkenést okoz) (5d. ábra). Ez a kapcsolat tovább bonyolódik, ha a vizsgált rendszer alsó terét is porózus, szemcsés közeg tölti ki. Ilyen esetben a terhelés egy részét időlegesen a szilárd mátrix veszi át, és ennek deformációja lassítja a nyomásátadódás folyamatát, ezért a terhelés hatásának időpontjához viszonyítva meghatározott késéssel alakul csak ki a megfelelő nyomásérték. Rögzíthetjük tehát, mint ennek az elemzésnek végeredményét, hogy a rétegvízben uralkodó nyomás — illetőleg nyomómagasság.— változása azonos és egyidejű a vízfelszín helyzetének változásával, ha a pórusokat kitöltő víz összefüggő rendszert, folytonos víztestet alkot. Létezik néhány bővebb csatorna amelyben a nyomás átadódását nem akadályozzák fékező erők. A nyomómagasság évszakos ingadozása amplitúdójának a talaj vízfelszín azonos paraméteréhez viszonyított értéke egységnyi (csak jelentéktelen eltérés adódik ettől az értéktől, amit a rétegek deformációja, a megfigyelési hely környezetének helyi változékonysága, a mérési módok és eszközök eltérése okozhat) mindaddig a mélységig, amely felett a tárolt víznek ez a közvetlen kapcsolata jellemzi a rétegsort. Az is valószínű, hogy a változást időben leíró grafikonok futása azonos ebben a zónában, az egymásnak megfelelő pontok egyidőben, egymáshoz viszonyítva jelentős késés nélkül alakulnak ki. A mélyebb rétegekben is befolyásolja a talajvíztükör ingadozása a nyomásviszonyok alakulását, itt azonban a hatás már terhelés formájában adódik tovább a vízzáró, de elasztikus rétegeken keresztül. Itt a mélyebb víztartók nyomásmagasságát észlelő kutak vízszint-leolvasásaiból szerkesztett hidrográf évi amplitúdója kisebb mint a talajvíz felszínének évszakos ingadozása. Az amplitúdóarány elvileg a talaj vízfelszín környezetében levő rétegek porozitásával egyenlő, az előbb felsorolt helyi hatások miatt azonban a paraméter szórása ebben a tartományban még nagyobb, mint a felső rétegekben. Ezért általánosságban azt fogadhatjuk el jellemzőként, hogy az ilyen nyomásátadódás esetében az arányszám általában 0,5-nél kisebb. A grafikonok elnyújtottak, a nyomó magasság őszi minimuma később alakul ki, mint a víztükör legmélyebb helyzete, akkor tehát, amikor a talajvíz felhalmozódási időszaka már megkezdődött. A 4. ábrán bemutatott példákat úgy választottuk, hogy a különböző mélységben megfigyelt nyomásvaltozsok jellegét három olyan szelvényben hasonlíthassuk össze, amelyeknek hidrogeológiai adottságai egymástól lényegesen különbözők. Kecskeméten (4a. ábra) a teljes energia-magasság (a közös hasonlító sík fölött mért geodéziai magasság és a nyomómagasság összege) fokozatosan csökken, amikor a vizsgált víztartó szint mélysége növekszik. 180 m mélységben a nyomásváltozás jellege a talaj vízfelszín ingadozásához hasonló és a két amplitúdó is csaknem azonos. Ez alatt a szint alatt az amplitúdóarány mintegy 0,3—0,4 és úgy tűnik, hogy a mélységtől csaknem független, kismértékben csökken. A talajvízszint őszi mélypontjához viszonyítva a nyomás minimuma csaknem 3 hónapos késéssel alakul ki. Szarvason (4b. ábra) a gradiens a szelvényben mindenütt felfelé irányul (az energiamagasság a talajvíztérben a legkisebb). A rétegvíz megfigyelt évszakos változásának amplitúdója minden mélységben kisebb mint a talajvíz felszínének ingadozása (még akkor is ha az utóbbinak 1977 áprilisában bekövetkezett hirtelen emelkedését — ami feltehetően a helyi tényezők hatását mutatja — elhanyagoljuk és a szaggatott vonallal jelölt javított görbét vesszük figyelembe). A különböző rétegvíz horizonton észlelt adatok, az amplitúdóaránynak a mélységgel való kismértékű növekedését mutatják. Megjegyzendő, hogy a szelvényben a legfelső megfigyelt rétegvíz-tartó mintegy 200 m mélyen helyezkedik el a felszín alatt. Lehet, hogy magasabban települt homokrétegben észlelhetnénk a víztükör helyzetének ingadozásával csaknem azonos nyomás-változást, mint például a hasonló hidrogeológiai adottságú Öcsödi szelvényben 60 m környezetében, bár van más felfelé irányuló gradienssel jellemzett megfigyelő hely — Kengyel — ahol a 60 m mély kútban sem volt észlelhető a talajvízzel azonos változás. Másik megjegyzésre érdemes adottság, hogy a mélyebb szintekben — nemcsak a szarvasi, hanem a kecskeméti szelvényben is — az energiaszint trendje süllyedő, ami talán a vízművek termelésének hatását jelzi.