Hidrológiai Közlöny 1989 (69. évfolyam)

1. szám - Székely Ferenc: Víztermelő kutak depressziójának számítása szabálytalan alakú, heterogén, rétegzett hidrogeológiai rendszerekben

39 Víztermelő kutak depressziójának számítása szabálytalan alakú, heterogén, rétegzett hidrogeológiai rendszerekben Székely Ferenc Vízgazdálkodási Tudományos Kutatóközpont 1095 Budapest, Kvassay J. út 1. Kivonat: A tanulmány a víztermelő kutak hatására kialakuló, térben és időben változó depresszió meghatározására mutat be számítási eljárást. A térben változó paraméterű, szabálytalan geometriájú, rétegzett hidrogeológiai rendszer modellje a gyakorlatban előforduló esetek többségében alkalmazható, ezért a kifejlesztett SAN számítógépi program számos kutatási, tervezési és üzemeltetési feladat megoldását segítheti. A javasolt, szintetikus analitikus — numerikus (SAN) eljárás magját a korlátlan kiterjedésű, többszintes, laterálisan homogén tárolóra kidolgozott analitikus kúthidraulikai megoldás képezi. Ezt az idealizált feltételekre vonatkozó depressziófüggvónyt szerző a valóságos réteghatárok ós a heterogenitások figyelembevételével numerikus módszerekkel korrigálja. A bemutatott numerikus tesztek bizonyítják, hogy átlagos vízföldtani paraméterek ós megcsapolási feltételek mellett a depresszió meghatározásának hibája mm nagyságrendű. Kulcsszavak: kutas megcsapolás, többszintes heterogén tároló, analitikus — numerikus megoldás, hibabecslés 1. Bevezetés Felszínalatti vízkészleteink egyre fokozódó igénybevétele növekvő környezeti hatásokkal párosul. Ez utóbbiak ismerete és megbízható előrejelzése nem csak a vizsgált, hanem az érintett hidrogeológiai rendszerre települő többi felhasználó szempontjából is rendkívül fontos. Felszínalatti vizet termelő vízműveink, bányáink túlnyomórészt kutak segítségével csapolják meg a vízadó rétegeket. A kutas vízkivételek hatásterületén várható nyomás- ill. vízszintcsökkenések pontosabb előrejelzését napjainkban több, gyakorlati .szempontból is fontos körülmény indokolja. Egyrészt a vízszintsüllyedés, vagy a vízhozam megengedhető határértékeinek közelében üzemeltetett vízkivételek állapotjellemzői önmagukban is meghatározó jelentőségűek. Ilyen helyzetben az üzemelés biztonsága szempontjából is maximális megbízhatóságra, pontosságra kell törekedni. A másik terület a hidrogeológiai paraméterek meghatározására irányuló kalibráció. A paramóterbecslós a mért ós számított vízszintek eltérésének minimalizálásán alapul, ezért a számítási, vagy a modellhibát célszerű legalább a vízszintmórós hibakorlátjára (1—2 cm) csökkenteni. Ennek a jelentőségét fokozza az a tény is, hogy a paraméterek meghatározásában elkövetett hiba az összes további fázist (tervezés, üzemeltetés, rekonstrukció stb.) terheli. A fokozott pontosságot igénylő vizsgálatok harmadik csoportjába a nyomáseloszlás hibájára rendkívül érzékeny, speciális vízföldtani előrejelzések tartoznak. Ide sorolhatók a szennyezések terjedésével ill. a hidrogeológiai védőidomok meghatározásával kapcsolatos munkálatok. Ezeknél a vizsgálatoknál olyan, a nyomásgradienssel arányos jellemzők (szivárgási sebesség, áramvonalak, tartózkodási idő stb.) számítására van szükség, amelyek fokozottan érzékenyek a heterogén tárolóban mért vagy számított nyomáseloszlás hibáira. A jelenleg ismeretes kúthidraulika számítási módszerek nagy pontosságú és hatékony megoldást szolgáltatnak a kút közvetlen környezetében kialakuló áramlási jellemzőkre (logaritmikusan szinguláris depresszióeloszlás a kút tengelyére merőleges irányban, térbeli áramlás a nem teljes függőleges, valamint a csápos kutak közelében, rövid idejű tranziens nyomásváltozások stb.). Ezzel szemben a tágabb környezet leképzése elnagyolt (laterálisan homogén rétegek, egyszerű mértani alakzatokkal helyettesített réteggeometria, sematizált utánpótlódási viszonyok stb.). Ismeretes, hogy a reális tárolókat jellemző adottságok (szabálytalan geometria, heterogén eloszlású hidrogeológiai paraméterek, térben és időben számottevően változó utónpótlódási viszonyok) igen jó hatásfokkal kezelhetők az utóbbi években nálunk is elterjedt numerikus modellek segítségével. Ezeknek a módszereknek viszont az a hátrányuk, hogy kutak helyett csak az alkalmazott hálóelemek vagy véges elemek területén eloszlatott megcsapolás ill. utánpótlódás modellezésére alkalmasak. A kutak közelében a hálóelemek méreteinek lokális csökkentésével ugyan jobban közelíthetjük a térben diszkrét numerikus megoldást a pontszerű megcsapolás feltételeihez, ez a modellezési stratégia azonban a nagyobb, de végeredményben korlátozott numerikus pontosság érdekében rohamosan növekvő gépidőt igényel. Már korábban felismerték a két modellezési technika kombinált alkalmazásában rejlő előnyöket, ezért számos javaslat született a terület egészére vonatkozó numerikus és a kút környezetére alkalmazott analitikus megoldások összekapcsolására. Ezek a javaslatok lényegében valamilyen numerikus megoldáson alapulnak, amelyhez a kút adott, kör-, négyzet- stb. alakú lokális környezetében hozzáadnak egy, a kúttól mért távolság logaritmusával arányos korrekciós értéket. Ez a módszer csak közelítő megoldást szolgáltat, mivel egyrészt a két egymástól függetlenül meghatározott összetevő szabatos illesztése nem megoldott, másrészt pedig a numerikus megoldás a térben és időben nagymértékű változásokkal jellemezhető