Hidrológiai Közlöny 1978 (58. évfolyam)

11. szám - Dr. Kovács György: A szivárgással kapcsolatos tudományos kutatás helyzetéről

486 Hidrológiai Közlöny 1978. 11. sz. Dr. Kovács Gy.: A szivárgással kapcsolatos feltételeknek bevonása számításainkba nem okoz különösebb gondot. Magyar kutatók mutattak rá azonban arra, hogy a kézikönyvekben csaknem egyetlen számszerű alkalmazásként leírt állandó intenzitás felvétele a természeti adottságoknak ellentmondó. Akár a gravitációs talaj víztér és a talajnedvesség közötti vízcserét, akár a szomszédos vízvezető rétegből eredő, vagy oda irányuló keresztáramlást kívánjuk így számításba venni, nyilvánvaló, hogy ez a hatás a vizsgált szivárgási térben bekövetkező potenciálváltozással arányos. Ésszerű lenne ezért, ha a megcsapolás, vagy a táplálás intenzitását a víztükör, illetőleg a piezometrikus szint megváltozásának függvényeként fejeznénk ki. Ugyancsak kutatóink tárták fel azonban, hogy ez a megoldás milyen számítási nehézségekkel jár. Azt javasolják ezért, hogy — a feladatot eredetileg feltáró kutatómunka elvét követve — ezeket a hatásokat a kiindulási szelvényektől mért távolsággal monoton csökkenő kapcsolatokkal írjuk le. A szivárgási térnek az áramlási út mentén történő táplálása és megcsapolása számszerűen csak akkor jellemezhető, ha figyelembe vesszük, hogy a vizsgált, korlátozott tér is része a hidrológiai körforgalomnak. Különösen jelentőssé válnak a természeti hatások, ha nagy, regionális áramlási rendszereket vizsgálunk, mert a terület növekedésével ezek összegének aránya is növekszik a rendszerben szivárgó teljes hozamhoz viszonyítva. Hasonlóan a felszín alatti vizek hidrológiai vizsgálata nyújthat segítséget a rétegek közötti vízcsere mértékét jellemző paraméterek meghatározásában. Nem térünk ki most a hidrológiai jellegű kutatási feladatok elemzésére, csupán azt hangsúlyozzuk, ebből a témakörből is sok részletet kell feltárnunk annak érdekében, hogy a szivárgási problémák megoldása során a határfeltételeket megfelelő pontosággal vehessük figyelembe hidraulikai modelljeinkben. A szivárgás kinematikai leírása A telített, homogén és izotróp porózus közegben létrejövő lamináris szivárgás leírására szolgáló kinematikai összefüggések jól ismertek. Permanens mozgás esetében, ahol a mezőt tápláljuk vagy csapoljuk Poisson-típusú, másutt Laplace-típusú differenciálegyenlet jellemzi a változók közötti kapcsolatot, az időben változó áramlást hővezető típusú differenciálegyenlettel írhatjuk le. Az anizotrópia különleges esetében (ún. transzverzális anizotrop rendszerben) egyszerű transzformációval az összefüggéseket az izotróp teret jellemző egyenletekre visszavezetjük. Tulajdonképpen a kinetikai kapcsolatok általános formáját az inhomogén és anizotrop rendszerekre is felírhatjuk, legfeljebb megoldásuk okoz nehézséget, közvetlen analitikai módszerek helyett numerikus eljárásokat kell alkalmaznunk. Lényegesen módosítanunk kell azonban a hagyományos összefüggéseket, ha az áramlás nem lamináris, vagy a réteg telítetlen. A szivárgás lamináris voltának feltételezése a legtöbb gyakorlati esetben elfogadható közelítés. A számítógépek alkalmazása azonban szükség esetén lehetővé teszi ennek a korlátnak feloldását is. Azok a kutatók, akik a numerikus módszereket eddig alkalmazták nem lamináris mozgást leíró kinematikai összefüggések megoldására, vagy a Forchheimer-íé\e vagy a kitevős kapcsolatot használták a sebesség v. s. gradiens összefüggés leírására. Ennek a közelítésnek hibája, hogy mindkét egyenlet állandói függenek a mozgás állapotától, helyettesítésük tehát feltétlezi, hogy a mező minden pontjában azonos jellegű a szivárgás. A valóságban azonban a sebesség a stagnáló pontokat jellemző zérusértéktől a kavitációs pontokban elvileg végtelenig változik, és ezzel együtt a mozgásjelleg is folytonosan változó a téren belül. Javasoltuk, hogy a sebességtartománytól független összefüggéssel jellemezzük a sebesség kapcsolatát a gradienssel, és ezt vonjuk be kinematikai összefüggésekbe. Elvben a probléma megoldódott, bár a kapcsolat bonyolultsága az eljárás gyakorlati alkalmazását még gátolja, további kutatások szükségesek az alkalmazási korlátok elhárítása érdekében. A kinematikai leírás fejlesztésének másik lényeges területe a telítetlen rétegben kialakuló szivárgás elemzése, amely előfeltétele a szivárgási tér nem gravitációs szakaszán kialakuló, és korábban már említett vízszállítás figyelembevételének. Ennek során elsősorban azt kell számításba vennünk, hogy a gradiens a teljes energiamagasság (a geodéziai magasság és a telítettségtől függő szívási magasság különbsége) útmenti megváltozásával egyenlő, tehát mind a gradienst, mind a szivárgási tényezőt a víztartalom (vagy a telítési arány) függvényeként kell kifejeznünk. Ézeknek a kapcsolatoknak alkalmazása tovább fokozza az alapvető paraméterek bizonytalanságát, hiszen a hiszterézis miatt az összefüggések nem egyértelműek. A két összefüggés elvileg helyes jellege az elmúlt néhány év kutatómunkájának eredményeként ismertnek tekinthető, számszerűsítésük további vizsgálatot igényel. A másik alapvető eltérés a telített zóna vizsgálatához viszonyítva a kontinuitási egyenlet értelmezésében adódik. Azt kell kifejezésre juttatnunk, hogy a fluxus hely szerinti változása a víztartalom időbeli változásával egyenlő. Az így kibővített kinematikai egyenletek ismertek és numerikus megoldással számos esetben alkalmazzák is azokat. A paraméterek pontosítása azonban további feladatként jelölhető meg. A már említett szívás v. s. víztartalom illetőleg szivárgási tényező v. s. szívás egyenletek megbízhatóvá tételén kívül a tározási folyamat jellegének a pórusmérettől való függését említhetjük kutatási célként. A mozgásegyenletek megoldása Korábban a kinematikai leírás szabatossága és az összefüggések megoldhatósága közötti kompromisszumként kellett megkeresnünk a két műveletnek azt az optimális kombinációját, amely nem hanyagol el lényeges fizikai tényezőt és nem okoz nehézséget az eredmények meghatározása során. Bár a megoldás korlátai nagyrészt elhárultak a numerikus módszerek és a számítógépek alkalmazásával, feltétlenül indokoltnak tartjuk a gyakran előforduló szivárgási formák és áramlási terek esetében alkalmazható közvetlen, vagy közelítő megoldások egységes szemléletű összefoglalását részben annak érdekében, hogy az egyszerű feladatok esetében az eredmények számítógépek nélkül is meg-