Hidrológiai tájékoztató, 1981
1. szám, április - ÁLTALÁNOS VONATKOZÁSÚ CIKKEK - Dr. Orsovai Imre: A talajvíz áramlási irányának és sebességének meghatározása geoelektromos ellenállásméréssel
A talajvíz áramlási irányának és sebességének meghatározása geoelektromos ellenállásméréssel* DR. ORSOVAI IMRE ELTE TTK Alkalmazott és Műszaki Földtani Tanszék A talaj vízáramlási paraméterek fontos alapadatot jelentenek sok hidrológiai és mérnökgeológiai tervezéshez. A geoelektromos ellenállásmérés módszere a címben megjelölt célra elvében nem új, egyes változatait hazai kutatóintézeteink is alkalmazzák. A cikk célja a méréshez kialakított apró fogások bemutatása. A geoelektromos ellenállásmérés matematikai és fizikai alapjainak felhasználásával, a módszer tapasztalati úton került kidolgozásra. Ennek megfelelően érvényességi köre is szűk, elsősorban a kidolgozás körülményeihez hasonló földtani szituációban, kavicsos, homokos képződményekben, viszonylag jelentős áramlási sebesség mellett alkalmazható. A módszer elvi alapja, hogy a kőzet elektromos vezetőképességét túlnyomórészt a pórusokban levő víz, mint elektrolit vezetőképessége adja. A talajvíz elektromos vezetőképességét sóoldat adagolásával megnöveljük, ami bizonyos korlátozó feltételek között együtt mozog az áramló talajvízzel. A nyomjelző só kiválasztásánál az alábbi szempontok fontosak: a) jól oldódjék hideg vízben is, b) diffúziókoefficiense kicsi legyen, hogy a határ a sózott és az eredeti víztömeg között minél élesebb maradjon, c) elektromos aktivitása híg oldatban is elégséges legyen, d) a víztartóban levő agyagásványok minél kevésbé kössék meg, e) olcsó, könnyen beszerezhető legyen, f) a környezetet, még nagy mennyiségben is, minél kevésbé szennyezze. Az összes szempontnak eleget tevő só nincs, de jól megközelíti az optimálist a NaCl és némely műtrágya: NH4NO3, KNO3. Ivóvíztermelő kutak környezetében a nehézfémsók használata tilos, a műtrágyák használata kerülendő. Komoly nehézséget jelent, hogy az egyébként megfelelő sók diffúzió-koefficiense nagy. A természetes (szivattyúhatástól nem befolyásolt) talajvízáramlás sebessége általában lényegesen kisebb a beöntést követő, nagy koncentráció különbségből adódó diffúziósebességnél, ezért tapasztalataink szerint célszerű az észlelést térben és időben úgy tervezni, hogy a nyomjelző oldat megfelelő mértékű hígulása után, a talajvízáramlás sebessége haladja meg a diffúziósebességet. A nyomjelző só beadagolása történhet bármilyen kútba, de a kizárólagosan talajvízállás észlelésre létesített, alig vagy egyáltalán nem szűrőzött megfigyelőkutaknál gondoskodni kell az elektrolit kiöblítéséről nagyobb mennyiségű víz nyeletésével. Jól szűrőzött megfigyelőkút elméletileg kevesebb ellenállást jelent az áramló talajvíznek, mint a vízvezető közeg, így az áramlás az eredeti irány- és sebesség-paraméterekkel távolítja el a nyomjelző elektrolitot. Kivételesen, ha nagyobb mennyiségű tápvíz is rendelkezésre áll, megfigyelőkúttal nem rendelkező területen is el lehet juttatni a sós vizet a talajvízbe. Ilyen esetben a talaj A + B szintje alá süllyesztett fenekű gödörbe öntjük az elektrolitot és kb. 10-szeres vízmenynyiséggel a gödör nyelőképességének megfelelő ütemben kiöblítjük. Elvi követelmény, hogy a nyomjelző anyag eljuttatása a talajvízbe pontszerű és pillanatszerű legyen. Ezt a követelményt legjobban megközelíti, a jól szűrőzött megfigyelőkút ba juttatott tömény elektrolit. Minden más * Előadásként elhangzott az MHT Hidrogeológiai Szakosztálya 1980. április 15-i előadóülésén. esetben a pontosság csökken, amit az értékelés során figyelembe kell venni. A só mennyiségére vonatkozó _ kísérleteink az alábbi eredményeket adták: 10— 6 Av/osztás érzékenységű észlelő műszer használata esetén, 0,2—2,0 m/nap várható talajvízáramlási sebesség mellett 5—10 kg NaCl, 2,0 m/nap-nál nagyobb spontán áramlási sebesség vagy termelőkutak közelében 2—5 kg NaCl. A fenti mennyiségek teraszkavics víztartóra és minimális agyagásványtartalomra vonatkoznak. Jelentősebb agyagtartalomnál a fenti mennyiségek többszörösére is szükség lehet. A sómennyiség függ az agyagásványok ioncserekapacitásától is. Mindezeket figyelembe véve ismeretlen területen történő első mérés során szükség lehet egy-két előkísérletre az optimális sómennyiség meghatározása céljából. A túladagolás jelentősen ron/tja a nyomjelzés pont- és pillanatszerűségét, a kisebb mennyiség az észlelést teszi bizonytalanná. Az észlelő műszer lehet bármely, a mérnök-geofizikában használatos geoelektromos ellenállásmérő, 5—15 W teljesítményű, legalább 10— 5 Av/osztás érzékenységű. Elektromosan zajlos terepen tapasztalataink szerint előnyösen alkalmazható az árnyékolt mérőkábel, az árnyékolás bekötve a középföldbe („O"). Az elektróda elrendezés általában szimmetrikus Schlumberger, kivételes topográfiai szituációkban (szűk városi környezetben, mélyépítési munkagödörben) ortogonális elrendezés is alkalmazható. A mérés végrehajtásának módjai A talajvízáramlás geoelektromos mérésének számos végrehajtási módja van, attól függően, hogy milyen előzetes ismereteink vannak az áramlás irányáról, hozHomogén víztartó Q közös tápelektróda pont (besózott kút) * % "ÉK,' MÉNy + % "ÉK," NENy • % BÉKjBÉNy Inhomogén víztartó sózás előtt mért ellenállás sozas utan mert ellenállás sózás előtt és után mért ellenállások hányadosa M,N, B,A 2 M 2N 2 B 2A 3 M 3N 3 B 3A 4 M 4.N 4 B 4 ?, % 1. ábra. A sóhullám követése horizontális szelvényezéssel 20
