Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 1. szám - SZAKCIKKEK - Farkas-Karay Gyöngyi - Hajnal Géza - Birk, Steffen - Vasvári Vilmos: Nemlineáris áramlás próbaszivattyúzásokban jelentkező hatásának numerikus vizsgálata
48 Hidrológiai Közlöny 2018. 98. évf. 1. sz. egyenleten alapuló MODFLOW NLFP programmal létrehoztunk olyan elméleti próbaszivattyúzási modelleket, melyekben kialakulhatott nemlineáris áramlás. A kapott leszívás-idősorokat az Aqtesolv szoftver segítségével, Theis- és Jacob-módszerekkel elemeztük. A tapasztalatokat felhasználva terepi próbaszivattyúzási eredményeket is elemeztünk, Aqtesolv-val és a MODFLOW NLFP segítségével. Az eredmények alapján ajánlást adtunk próbaszivattyúzás adatokban az esetlegesen jelentkező nemlinearitás kimutatására és hatásának jellemzésére. Eredményeink 3 pontban foglalhatóak össze. 1. A próbaszivattyúzás során nemlineáris áramlás megjelenésére számíthatunk, ha nagy a szivattyúzott vízhozam, illetve kicsi a rétegvastagság, és a vízadó Forchheimer-paraméter hányadosai nagyok (13. egyenlet). Ez utóbbi kavicsok és repedezett, illetve karsztos kőzetek vizsgálata esetén fordulhat elő a leginkább. A kialakuló nemlineáris áramlások távolhatása a (15) egyenlettel adható meg. 2. A leszívás-idő adatsorokból a nemlineáris áramlás megjelenése a hagyományos vizsgálatokkal nem mutatható ki csak akkor, ha együtt elemezzük a termelőkút adatsorát egy vagy több megfigyelőkúttal, ha több megfigyelőkút adatsorát együtt vizsgáljuk, vagy ha egy kútnál több szivattyúzott vízhozam leszívási görbéit együtt elemezzük. Nemlineáris áramlás esetén ezeknél az összetett vizsgálatoknál nem lehet jó eredményt elérni a hagyományos Theis-módszerrel, de előfordulhat, hogy a legjobb illeszkedés nagyságrendileg jó becslést ad a vízadó paramétereire. Többlépcsős próbaszivattyúzás esetén a legkisebb vízhozamú lépcső kiértékelésének paraméterei állnak legközelebb a vízadó valós paramétereihez, hiszen ennél a legkisebb a nemlinearitás hatása. 3. Nemlineáris áramlások jelentkezése esetén a Jacob- módszer akkor is alkalmazható, ha az elméletétől eltérően nem a kúthoz, hanem a vízadóhoz tartoznak a nemlineáris veszteségek. A Jacob-módszer a nemlinearitás kimutatására nem alkalmas, de az ahhoz kapcsolódó paraméterek meghatározhatóak vele, a (4) egyenletet is felhasználva. Továbbá javasolható a MODFLOW NLFP szoftver használata, automatikus vagy kézi kalibrációval is. A közölt kutatási eredmények közelebb vihetnek bennünket a nemlineáris felszín alatti áramlás megértéséhez, hatásuk jobb megismeréséhez. Ez különösen fontos lehet a vízellátás szempontjából, ahol nagy hozammal, jó áteresztőképességű kőzetekből nyerünk vizet. Ezen vízadók pontosabb ismerete, vízkészletének alaposabb feltárása is elérhető lehet a nemlinearitás figyelembe vételével. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönjük az Osztrák-Magyar Akció Alapítvány támogatását, mely lehetővé tette Farkas-Karay Gyöngyi kutatási tartózkodását a Grazi Karl Franzens Egyetem Földtudományok Intézetében Steffen Birk professzor vezetése mellett. IRODALOM JEGYZÉK Ahmed N, Sunada D. K. (1969). Nonlinear flow in porous media. Journal of Hydraulic Division, ASCE 95(6): 1847-1857. Anderson M., Woessner W., Hunt R. (2015). Applied Groundwater Modeling. Simulation of Flow and Advective Transport. 2nd Edition. Academic Press, Elsevier. Doherty J. (2015). Calibration and Uncertainty Analysis for Complex Environmental Models. Watermark Numerical Computing, Brisbane, Australia. Duffield G. M. (2007). AQTESOLV for Windows. User's Guide. Version 4.5 HydroSOLVE, Inc., Reston, Jacob C.E. (1947). Drawdown test to determine effective radius of artesian well, Transactions of the American Society of Civil Engineers, 112, 1047-1064. Forchheimer P. H. (1901). Wasserbewegung durch Boden. Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure., 45, 1782-1788. Horváth I. (1974). A szűrési sebesség és a hidraulikai gradiens kapcsolata. Hidrológiai Közlöny, 54(10): 454- 459. Karay Gy., Szilágyi M, Hajnal G. (2016). Determination of the transmissivity of a karstified aquifer from mine dewatering data. Pollack Periodica, 11(3), 105-118. doi: 10.1556/606.2016.11.3.10 Kovács Gy. (1972). A szivárgás hidraulikája. Akadémiai Kiadó, Budapest. Mathias S. A., Todman L. C. (2010). Step-drawdown tests and the Forchheimer equation, Water Resources Research, 46, W07514, doi: 10.1029/2009WR008635. Mavaud C., Walker P., Hergarten S., Birk S. (2015). Nonlinear Flow Process: A New Package to Compute Nonlinear Flow in MODFLOW. Groundwater, 53: 645- 650. doi: 10.1111 /gwat. 12243 McDonald M. G., Harbaugh A. W. (1984). A modular three-dimensional finite-difference ground-water flow model. U.S. Geological Survey Open-File Report 83-875. Öllős G. (1970). Kúthidraulika. Budapesti Műszaki Egyetem Tankönyvkiadó, Budapest. Sidiropoulou M. G., Moutsopoulos K. N, Tsihrintzis V. A. (2007). Determination of Forchheimer equation coefficients a and b. Hydrological Processes, 21(4), 534-554. Spitzberg S., Ufrecht, W. (2014). Hydraulische Charakterisierung eines urbanen Karstgrundwasserleiters mit Pumpversuchen. Grundwasser, 19, 5-16 doi: 10.1007/s00767-013-0241 -5 Venkataraman P., Rao P. R. M. (1998). Darcian, transitional and turbulent flow through porous media. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 124(8): 840-846. Ward J. C. (1964). Turbulent flow in porous media. Journal of Hydraulic Division, ASCE 90(5): 1-12.
