Hidrológiai Közlöny 1988 (68. évfolyam)

3. szám - Nagyistók Ferenc: Tranziens nyomásváltozások hatása réztegvizkutak üzemeltetésére

NAGYIST

ÖK F.: Tranziens nyomásváltozások }gy A nyomáshullám az eltérő vezetőképességű határfelületekről visszaverődik. Ilyen jellemző határfelületek lehetnek a kút-vízadó réteg rendszerben a szűrőfelület (ajj), az érintetlen kőzetzóna határa, (a:,,), a radiális szivárgási zóna határa (x

3), valamint a tápterület határa (a;

4). Az x

1 és x

4 egy ismert rendszerben adott, x

2 és x

3 a folyamatos regisztrált visszatöltődési görbéken általában kijelölhető. Megjegyezzük, hogy a radiális zóna távolsága nem mint valós távolság létezik eltérően a többitől, hanem hidraulikai alapon jelölhető ki. Ehhez Székely (1978) értelmezését használhatjuk fel. Vagyis a leszívás, ill. visszatöltődési görbéken az egyes szivárgási szakaszokat különböző meredekségű egyenesek jellemzik. A radiális és a nempermanens függőleges átszivárgási szakasz egyeneseinek metszéspontja az s—

log t koordináta-rendszerben lényegében a radiális szivárgás időtartamát adja meg. Ettől az időponttól a szivárgás hatása formailag úgy tekinthető mintha a réteg vezetőképessége megnövekedett volna. Gondolatmenetünkben ehhez az időtartamhoz, ill. időponthoz rendeljük a piezovezetőképesség ismeretében x

3 értókét. Gömbsugaras áramlás esetén Juhász (1976) szerint c r y/

2 (7

) ahol E

v = a víz és a kőzet eredő rugalmassági modulusa [kg/m

2] és q a víz sűrűsége [kg/m

3]. Az összefüggés R-re kevésbé érzékeny, így nem követünk el jelentős hibát, ha a kút környezetében c értékét állandónak vesszük. Ha E

V — 10

8 [kg -m—

2], .akkor c=10

3 m-s1 nagyságrendű, míg a szivárgási sebesség t; = 10~

3 m-s1 nagyságrendű általában. Ekkor: h

c= 101 [m], A szivárgási nyomás értéke: 3,14 -D

3 v h

v=—i ¥ Ha & = 104 m-s1, D= 1 mm, v^lO"

3 [m-s"

1] akkor 7j„ = 10

_

9 [m] nagyságrendű, vagyis h

c=\Q

8 -h

v [m] Ebből látható, hogy a lengési energia — ha létrejön — a szemcselemozdítás meghatározó energiája. De vajon mekkora energia kell ahhoz, hogy a szemcse elmozduljon? 3. A szemcseelmozdulás kritériumai A tranziens jelenségek hatására a ható erők nagyságától függően a szemcsék (i) a rétegvázon belül elmozdulhatnak; (ii) kiléphetnek a vázszerkezetből a kút belső terébe; és (iii) a váz alkotó elemei is kiléphetnek a kút belső terébe. A szemcsék vázszerkezeten belüli átrendeződése, elmozdulása nem, vagy nem feltétlenül jár homokolással. A belső átrendezés hatására a kút fajlagos vízadóképessége leromlik, ami felszíni mérésekkel állapítható meg. A szemcsék kilépése a vázszerkezetből általában a fajlagos vízadóképességet növeli, míg kísérő jelenségként a homokolás lép fel. Számos esetben előfordul, hogy hosszabb-rövidebb idő után a váz stabilizálódik. A vázszerkezet összeomlása erőteljes állandó vagy tartós homokolással és fajlagos vízadóképesség csökkenéssel jár. Természetesen a vázolt folyamatok nem minden esetben jelentkeznek jól elkülöníthetően. A tönkremenetelt követően általában a rétegváz regenerálható, miközben a kút vízadóképessége a korábbi értékre visszaállítható. Esetenként azonban a regenerálás nem vezet eredményre, a homokolás vagy a még finomabb frakció beáramlása csak a vízhozam, a beáramlási sebesség drasztikus visszafogásával, vagy új támasztó réteg beépítésével állítható meg. A szemcseelmozdulás feltételeinek megadásával számos szerző foglalkozott. A főbb szempontokat Kovács (1972) értékelése alapján vázoljuk. Eszerint a geometriai és energetikai kritériumok együttes megléte szükséges a szemcseelmozdításhoz. A vízvezetőképződmények összetételüket tekintve homogének és inhomogének lehetnek. (Homogénnek tekintjük a vízadóréteget a továbbiakban, ha az bármely helyen ugyanazon szemeloszlás görbével jellemezhető). Homogén vízvezető rétegre a szemeloszlási görbe alapján megadható egy olyan kritikus egyenlőtlenségi tényező, amelynél kisebb értékeknél a rétegvázon belüli szemcseelmozdulás geometriai feltétele nem alakulhat ki. Úgy is fogalmazhatunk, hogy ilyenkor valamennyi szemcse a kőzetváz része, vagyis részt vesz a fölötte levő kőzet nyomásának viselésében. Ha az U>U

K

R akkor a finom frakció, mint mátrix anyag részben vagy teljesen mentesülhet a kőzetnyomás alól. A váz alkotói akkor mozdulhatnak el, ha a megtámasztás (kútszűrő) nem megfelelő. A geometriai feltétel tehát egyrészt U

k

r értékével, másrészt a megtámasztási feltétellel megadható. E/fc

r-ra U

k

r'~lO—20, míg d

s

z-re D

m-d

s

z~

x^ —-1,2 értéket szokás megadni. (Ahol D

m a mértékadónak elfogadott szemátmérő, d

s

Z a szűrő rés vagy rács mérete). Vagyis, ha a kútszűrő jól van megválasztva és U UKR, akkor a szűrő támasztó hatása következtében a energetikai feltételek túllépése esetén sem áramolnak szemcsék a kút belső terébe. Ha U>Uk

T akkor a szemcseelmozdulás geometriai feltétele adott, ekkor az energetikai kritérium fog dönteni. A mátrix szemcsékre az elmozdítás határsebességének megadása a szemcseátmérő alapján lehetséges. A rétegváz alkotóira Kovács (1972) a kőzetnyomás függvényében adja meg a kritikus sebességet. Ennek értékét alapvetően a mélység és a szemátmérő aránya határozza meg. Az összefüggés alapján kiszámítható, hogy a ténylegesen kialakuló szivárgási sebesség energiája gyakorlatilag kis mélységben sem képes a váz alkotó elemeit elmozdítani. Ezzel szemben a lökési energia bármely szóbajöhető mélységben képes erre. Ezt a h

c— 10

8-Ä„ arány is egyértelműen mutatja.