Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)
3. szám - Csoma Rózsa: Az AEM alkalmazása a talajvízszintet stabilizáló visszatöltés vizsgálatára
41 Az AEM alkalmazása a talajvízszintet stabilizáló visszatöltés vizsgálatára Csorna Rózsa Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízépítési és Vízgazdálkodás i Tanszék, 1111, Budapest, Műegyetem rp. 3. Kivon®': E munka egy sorozat harmadik része, s a talajvíz-áramlás modellezésére korábban ismertetett analitikus elemek módszerének (AEM) alkalmazási körét szemlélteti. Ehhez a korábbiaktól eltérően nem konkrét elemet ismertetünk, hanem egyfajta műszaki megoldással, talajvízszintet stabilizáló visszatöltéssel, annak kialakítási kérdéseivel foglalkozunk. Az AEM rövid ismertetése után tesztfeladat kialakítását részletezzük. A kapott eredmények részletes elemzése alapján megkísérelünk javaslatot tenni a hasonló helyzetekbe alkalmazandó visszatöltés legfontosabb jellemzőire. Kulcsszavak: talajvlz-modell, tavak okozta leszívás, visszatöltés 1. Bevezetés Nagyobb, szabad vízfelületek létesítése során gyakran alapvető fontosságú kérdés a leendő műnek a térség talajvízjárására gyakorolt hatása. Többször előfordul az az eset, amikor az új vízfelület - anyaggödör, tározó, tó, stb. - felszínének párolgása részben vagy teljes egészében a talajvízből pótlódik. Ez a fedett területhez viszonyított többlet a felszín alatti vízmérleg szempontjából veszteség, mely egyrészt a módosuló áramlási viszonyokban, másrészt - különösen a létesítendő mű környezetében - a lecsökkenő talajvízszintben nyilvánul meg. A talajvízszint csökkenése viszont gyakran kellemetlen, esetleg káros egyéb következményekkel járhat. Ezen következmények elkerülésére dolgozott ki megoldást a Méring Kft. (Oplaznik, 2003.) A megoldás alapja valójában talajcsere, mellyel a létesítendő tó környezetére jellemző vízvezető talajt a tópart egy szakaszán - esetleg a teljes kerület mentén - vízzáróbb talajjal helyettesítjük. Ezzel az adott szakaszon egy szivárgáscsökkentő, esetleg -gátló visszatöltés alakul ki. Ebből az irányból tehát megnövekszik az ellenállás, azaz egyrészt lecsökken vízmozgás, másrészt megnő a vízfelszín esése (hidraulikus gradiens). Ez a megemelkedő esés kisebb részben a tószint csökkenéséből és nagyobb részben a tó vízgyűjtőjén a talajvízszint visszatöltés nélküli esethez viszonyított emelkedéséből alakul ki. Bár a tó nélküli állapot szintjei nem minden esetben állíthatók teljesen vissza, azonban olyan mértékben megközelíthetők, hogy valamennyi, a tó létesítésében bármely okból érintett - érdeleit és ellenérdekelt - fél számára elfogadhatók. A fent leírt műszaki megoldás egy adott probléma kapcsán született. A kidolgozás során az akkor elvégzett szivárgáshidraulikai ellenőrzések (Csorna, 2003.) főként a tópartra merőleges, függőleges síkú lokális vizsgálatokra terjedtek ki. Bizonyították, hogy az adott elrendezés megfelelően stabilizálja a talajvízszintet, így kellő védelmet nyújt a az adott tó környezetének. Jelen vizsgálatok célja a korábbi számítások eredményeinek általánosítása. Feladatunk a visszatöltés nagyobb térségre kiterjedő hatásainak vizsgálata. Ehhez a vizsgálatokat az egyedi metszetek függőleges síkú szivárgáshidraulikai elemzése helyett vízszintes síkra célszerű kiterjeszteni. A visszatöltés térségi hatásainak részletes elemzése nyomán célunk támpontot nyújtani a visszatöltés legfontosabb jellemzőinek, azaz a méretének és a vízvezető képességének a meghatározásához. A fenti célok eléréséhez nem egy már meglevő vagy tervezett visszatöltés jellemzőit vizsgáljuk, hanem egy általánosabb, azonban fiktív tesztfeladatot. Maga a feladat igen egyszerű, egy magányos, négyszög alakú tó egy oldalán kialakítandó visszatöltés vizsgálata. Három jellemzőnek, a szivárgási együtthatónak, a visszatöltés szélességének és hoszszának hatását elemezzük. Bár a feladat fiktív, törekszünk arra, hogy a hazai viszonyokat tükröző adatokat alkalmazzunk. Azonban a cél nem az adott tó vizsgálata, hanem az adott műszaki megoldás részletesebb megismerése. így az eredményeket - ahol csak megoldható - általánosítható formában, a vízvezető réteg valamely jellemzőjéhez viszonyítva adjuk meg. Maga a vizsgálat valójában a három fenti jellemzőnek az érzékenység-vizsgálata. Ehhez nagytömegű számítások elvégzése szükséges, melyhez a szuperpozíció elvén nyugvó analitikus elemek módszerét (a továbbiakban AEM) választottuk. Az alábbiakban az AEM rövid bemutatása után a tesztfeladat kialakításával kapcsolatos megfontolásokat adjuk meg. A kapott eredményeket külön elemezzük a térség talajvízszintje, a tószint s a tó környéken kialakuló hozamok szempontjából. Végül összefoglalásként megkíséreljük, hogy javaslatot tegyünk egy hatékonya működő visszatöltés főbb jellemzőire. 2. Az alkalmazott módszer jellemzői 2.1. Alapfogalmak A korábban részletesen ismertetett AEM (Csorna, 2002) az utóbbi időben igen széles körben terjed, főként az Egyesült Államokban. Lényege az, hogy a vízmozgást befolyásoló képződmények, létesítmények, beavatkozások - összefoglalóan elemek - hatását külön-külön, a talajvízmozgás alapegyenletét egyenként kielégítő összefüggésekkel vizsgálja, majd az egyedi hatásokat az alapegyenlet linearitása alapján egymásra halmozza. A vizsgálathoz egyszerűsített alapegyenletet alkalmaz, mely időben állandó talaj vízmozgás esetén, vízszintesen rétegzett, homogén, izotróp talajra, függőleges vízforgalom nélkül az alábbi: rő> + 7,3V =0 (1 ) dx 2 dy 2 Az egyenlet számos korlátja megfelelően kialakított analitikus elemekkel figyelembe vehető. Az egyes elemek a teljes talaj víztér egy-egy jellemzőjét adják, a leíró összefüggést pedig a teljés áramlási tér egy analitikus elemének nevezzük. Ezen elemek közül széles csoportot alkotnak a vízszintes síkban kétdimenziósnak tekinthető szabad vízfelületek, míg egy másik fontos elemtípus a vízvezető réteg egyes jellemzőinek lokális megváltozását leíró inhomogenitás. Jelen feladat során ezen kettő figyelembe vétele szükséges. Az elemek a fenti jellemzőket geometriai és ismert vagy éppen ismeretlen hidraulikai paramétereik függvényében írják le. Az utóbbiak meghatározásához ellenőrző pontok szükségesek, ahol valamely feltétel - határfeltétel - ismert. Ezek segítségével a teljes áramlási teret jellemző összegzett hatás lineáris egyenletrendszere alakul ki. Megoldásával a vizsgált tér bármely pontjában a talajvízszint és így bármely további jellemző meghatározható.
