Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)

3. szám - Vasvári Vilmos: A tárolási tényező meghatározása nyomásszint és légnyomás ingadozási adatokból

168 A tárolási tényező meghatározása nyomásszintés légnyomás ingadozási adatokból Vasvári Vilmos Geoteam GmbH. A-8200. Gleisdorf, Weizerstrasse 19. Kivonat: Kulcsszavak: Bevezetés A tárolási tényező a nem-permanens talajvízmozgási folyamatokat befolyásoló fontos hidraulikai paraméter Nyomás alatti vízvezetö rétegek esetében a tárolási tényező a próbaszivattyúzási adatokon túl a nyomásszint és a légnyomás ingadozási adatokból is kiszámítható. A nyomásszintnek a légnyomás ingadozásokra adott válaszát a légnyomás hatékonyság jellemzi A tanulmányban bemutatjuk a Clark által kidolgozott statisztikai módszert, amely lehetőséget nyújt a nyomásszmt és a légnyomás ingadozási adatokból a légnyomás hatékonyság megbízható számítására Mivel a nyomás alatti rétegek tárolási tényezője, valamint légnyomás hatékonyság is a víz és a szemcseváz összenyomhatóságának a függvénye, ezért a légnyomás hatékonyság értékének felhasználásával a tárolási tényező kiszámítható. A légnyomás hatékonyság értékének ismeretében meghatározható továbbá a nyomásszmt változásoknak a légnyomás változás által okozott hányada. A számítási módszer gyakorlati alkalmazását egy stájerországi kút példáján mutatjuk be. nyomás alatti rétegek, tárolási tényező, légnyomás hatékonyság, a víz és a szemcseváz kompresszibilitása. A szabad felszínű talajvíz készletváltozását a talajvízszint változása gyakorlatilag egyértelműen meghatározza. Nyomás alatti talajvíz (rétegvíz) esetében azonban a nyomásszmt ingadozása nem vezethető egyértelműen vissza a teljes vízvezető rétegben végbemenő készletváltozásra, hiszen a vízzel telített réteg vastagsága nem változik. A nyomásszint változása csak a betáplálás helyén fellépő utánpótlódási folyamatok eredménye, amely volumenét tekintve egy nagykiterjedésű réteghez viszonyítva elhanyagolható. Laza üledékes kőzetekből felépülő nyomás alatti vízvezető rétegek készletváltozásában fontos szerepet játszik a víz és a szemcseváz rugalmas tulajdonsága, illetve azok összenyomódása, amely a fedőrétegek súlyából és az azokra ható egyéb terhekből tevődik össze. A nyomáshullám teijedése, valamint a nem-permanens talajvízáramlás potenciálelméleten alapuló számítása szükségessé teszi a transzmisszivitáson túl egy, a vízvezető réteg tárolási képességét jellemző változó ismeretét, amely a tárolási tényezőhek felel meg. Ezt általában egy konstans, a vízvezető réteget jellemző értékként tekintjük, és rendszerint a próbaszivattyúzások adatainak értékelése útján határozzuk meg. Amennyiben a vízkivétel Q(t) és a leszívás s(r,t) adatai rendelkezésre állnak, akkor az ismert Theiss féle kútfuggvényből, ill. annak Jacob által egyszerűsített változatából, analitikus vagy grafikus eljárással határozhaljuk meg a transzmisszivitás mellett a tárolási tényezőt is {Kruseman de Ridder, 1991). Ezek az eljárások a megfigyelő kút nélküli próbaszivattyúzások (single well) esetén gyakran nem teszik lehetővé a tárolási tényező pontos meghatározását, hiszen magában a szivattyúzott kútban mért leszívási adatokat, éppen a tárolási tényező számítása szempontjából fontos kezdeti fázisban a kútra jellemző hatások (pl. szkin, tárolás a kútban) erősen megmásíthatják. Továbbá, a kút tényleges sugara helyett annak hatékony sugarát kellene a számításba bevonni, ami viszont csak a vizsgált réteg hidraulikai paramétereinek ismeretében számítható ki (Strayle, 1983). A következőkben olyan eljárást mutatunk be, amely a kútban mért légnyomás okozta vízszintváltozások és a kút környezetében mért légnyomás ingadozások felhasználásával határozza meg a légnyomás hatékonyságot, vagy légnyomás tényezőt (

barometric efficiency, BE), majd annak segítségével számítjuk ki a nyomás alatti vízvezető réteg tárolási tényezőjét. A nyomás alatti vízvezető réteg tárolási tényezője A tárolási tényező azt a dimenzió nélküli viszonyszámot jelöli, amely a vízvezető réteg 1 m

2 felülete felett 1 m-es nyomásszint változás (csökkenés vagy növekedés) következtében az ebben a térben tárolt vízmennyiségből kiürülő vagy abban tározódó vízmennyiség hányadát adja meg a teljes mennyiséghez képest. A tárolási tényező a fajlagos tárolási tényezőnek a rétegvastagság menti integráljaként írható fel: H s = js

0dh (1) o ahol S

0 (l/m) a fajlagos tárolási tényezőt jelöli. A nyomás alatti vízvezető rétegben a nyomásszint leszívásánál a réteg teljes mértékben vízzel telített marad, tehát a hasznos hézagtér gravitációs úton történő kiürülése nem jön létre. Ha abból indulunk ki, hogy az alsó (fekü) és felső (fedü) határoló rétegek összenyomhatatlanok, azaz a vízvezető rétegen belüli és kívüli nyomásváltozást felvenni nem képesek, akkor a készletváltozást a vízvezető réteg rugalmas tulajdonságának a változása kell, hogy kísérje. A nyomásszmt leszívását a rétegből kivágott képzeletbeli hasábban a nyomás csökkenése jellemzi. Fordított esetben a víz betáplálása a nyomás növekedése és a kútban megfigyelhető víztükör emelkedés révén vehető észre. A víz és a szemcseváz összenyomhatósága a réteg rugalmasságát és ezáltal a tárolási tényezőt határozzák meg A rétegben uralkodó nyomásszint leszívásakor az eltávozó víztömeg a víz csekély mértékű rugalmas tágulásából (dekompresszió) és a szemcseváz egyes szemcséinek alakváltozásából (kompresszió) származik. Ez egyrészt a víz térfogat-növekedéséhez, másrészt a hézagtér kismértékű csökkenéséhez vezet. Ezért a nyílt felszínű vízvezető rétegek tárolási tényezőivel ellentétben, amelyek gyakorlatilag a hasznos hézagtérfogattal egyeznek meg, nyomás alatti rétegek tárolási tényezői lényegesen alacsonyabbak, és általában 10"

5 és 10"

3 között adhatók meg (Ixaigguth & Voigt, 1980). A tárolási tényező és a kompresszibilitás kapcsolata A tárolási tényező hosszúidejű nyomásszint és a kút környezetében mért légnyomás-idősorokból történő meghatározására a Jacob (1940) által levezetett egyenletben,