Hidrológiai Közlöny, 2019 (99. évfolyam)

2019 / 4. szám

37

Nyíri G. és társai: Horizontális és csápos kutak hidraulikai modellezése különböző számítási eljárások segítségével

A telepítési helyet, valamint az utánpótlódási viszonyokat tekintve több csoportba oszthatók a csápos kutak. Anatolevsky és Galperin a következő osztályozást adta meg (4. ábra) (Babac és társai 2009):

1. Folyami csápos kút típus

1.1. A kútakna a folyóban van elhelyezve, és a csápok a folyó kavicsteraszába nyúlnak ki

1.2. A kútakna a parton kerül kialakításra, és a csápok benyúlnak a folyómeder alá

2. Parti csápos kút típus (a csápok nem érnek be a folyómeder alá)

3. Kombinált kúttípus (a csápok egy része benyúlik a folyómeder alá, egy része pedig a háttér felé nyúlik ki)

4. Inter-fluviális típus (a kútakna folyókanyarulatban van elhelyezve, és a csápok benyúlnak a folyómeder alá)

5. Nyitott típus (a csápos kút telepítése nem kötődik folyómederhez).

A fentiek alapján megállapíthatjuk, hogy a parti szűrésű rendszerek rendkívül változatos hidraulikai viszonyokkal jellemezhetők, melyet tovább bonyolít a különböző típusú víztermelő létesítmények alkalmazása. Mindezek alapján látható, hogy ezen bonyolultsághoz megfelelő modellezési eszközökhöz kell nyúlnunk, hogy megfelelően szimulálni tudjuk a kialakuló áramlási viszonyokat.

4. ábra. Különböző kútelrendezési típusok Figure 4. Different types of well layout

ALKALMAZOTT MÓDSZER

Egy adott kút tervezésénél fontos tudnunk azt, hogy a létesítendő kút mekkora hozamot tud termelni, és az adott hozam mellett milyen depresszió alakul ki a kút környezetében. Vertikális kialakítású kutaknál egyszerűbb földtani környezetben analitikus képletekkel is viszonylag könynyen meghatározható a kitermelhető hozam, valamint a

kút környezetében kialakuló vízszintek (Kruseman és De Ridder 1994). Csápos kutak esetében is léteznek ilyen öszszefüggések, amelyek a hozam meghatározásának problémáját visszavezetik a függőleges kutak hozammeghatározásának problémájára. A két kúttípus közötti kapcsolatot az egyenértékű kútsugár (Re) adja meg. Az egyenértékű kútsugár az az elméleti, függőleges kút sugara, ami ugyanannyi vízhozam kitermelésére képes, mint a csápos kút (Babac és társai 2009). Az egyenértékű kútsugár meghatározására több szerző is kísérletet tett, melyeket az 1. táblázat szemléltet. Az 1. táblázatban szereplő összefüggésekből látható, hogy ezek tapasztalati vagy úgynevezett empirikus képletek, melyeket gyakran egy adott földtani környezetre és kútkialakításra használtak. A képletekben használt „L” a csáphosszat jelenti, míg az „n” a csápok számát.

1. táblázat. Az egyenértékű kútsugár számításának módszerei Table 1. Calculation methods of the effective radius

Módszer

Re számítása

Citrini (1951)

Re = l • V0,25

Nering (1952)

3 • n

Wegenstein (1954)

Re = L

Mikels & KJaer (1956)

Re = L- (0,75 - 0,8)

Mc Worther & Sunada (1977)

Re = L ■ 0,61

Manapság a különböző hidrodinamikai vizsgálatok szinte állandósult eszköze a számítógépes modellezés. Munkánk során mi a véges differencia módszert alkalmazó USGS fejlesztésű MODFLOW programot használtuk. A szakirodalom nagyrészt olyan hidraulikai szituációkat vizsgál, ahol a kutak függőleges helyzetben helyezkednek el. Habár a kutak nagyrészt ebben a helyzetben kerülnek kialakításra, a horizontálisan kialakított kutak használata egyre inkább előtérbe kerül (Konikow és társai 2009). Ezen kúttípusok javarészt az olajiparban és a víztermelésben használatosak.

A modellezéshez a Groundwater Modelling System 10.1-es verzióját alkalmaztuk, amelyben a MODFLOW programcsomag megtalálható. A MODFLOW szoftver egyik modulja a Multi Node Well 2 (MNW2), mely egy olyan véges differencia módszert alkalmazó program, amely egyaránt alkalmas több szinten szürőzött kutak, horizontálisan elhelyezett, valamint ferdén fúrt kutak szivárgási viszonyainak szimulálására (Konikow és társai 2009). Munkánkban azt vizsgáljuk, hogy az MNW2 modul milyen modellezési körülmények között alkalmas a csápos kutak komplex hidraulikai, hidrodinamikai vizsgálatára.

MODELLEZÉSI EREDMÉNYEK

Munkánk során két kúttípust használtunk, melyet az 5. ábra szemléltet. Az 5. ábrán láthatjuk, hogy az egyik egy horizontálisan elhelyezett kút, mely felfogható egy kétágú csáposkútnak, a másik kúttípus pedig egy ötágú csáposkút. Ezen kúttípusokat alkalmazta Bakker és szerzőtársai (Bakker és társai 2005), melyek hidraulikai viszonyait analitikus elemek módszerével (AEM) szimulálták és a kapott eredményeket pedig összehasonlították egy rendelkezésre álló többréteges (multilayer) megoldással. Rendelkezésünkre állt egy korábbi modellezési eredmény is, melyben