Hidrológiai Közlöny 1958 (38. évfolyam)
5. szám - A. Melzer: A talajvízmozgás vizsgálatával kapcsolatos kismintakísérletek problémái
A. Melzer: A talajvízmozgás kismintavizsgálata Hidrológiai Közlöny 1958. 5. sz. 353 porózus anyagban létrejövő vízmozgást, a mozgásnak mindhárom esetben más-más sajátos formája alakul ki. Ezért minden egyes kisminta tervezésekor és építésekor feltétlenül figyelemmel kell lennünk arra, hogy milyen talajvízmozgás modellezése a célunk, ha azt akarjuk, hogy a jelenséget minél pontosabban és a valóságos folyamathoz minél hasonlóbban állítsuk elő kismintánkban. így a vízkivételi berendezések környezetében kialakuló talajvízmozgások tanulmányozása során általában nagykiterjedésű mozgást kell vizsgálnunk. Ilyen esetben a mozgás sugara vagy vízszintes hossza nagy, szemben a vízréteg vastagságával, és az előálló szintkülönbségekkel, amelyek rendszerint csak kisméretűek. Az alapgödrök víztelenítésével kapcsolatos talajvízszintsülylyesztések során viszonylag nagykiterjedésű, de nagy szintkülönbségekkel jellemezhető vízmozgást kell vizsgálnunk. Az árvédelmi töltések, völgyzárógátak, vagy más áramlási akadályok környezetében létrejövő talajvízmozgás vizsgálata során koncentrált, viszonylag kis térre kiterjedő jelenséggel állunk szemben. Az átlagos sebességek értéke, különösen pedig ezek iránya az áramlási térben igen változó. A kisminta-kísérletekkel megoldandó feladatok a fent már említett három különböző tárgykörben általában a következő : 1. A vízkivételi berendezések felé történő vízmozgások vizsgálata során : a) a talajvízből kitermelhető maximális vízhozam, b) a megengedhető maximális vízsebesség, amely a vízkivétel üzemszerű működését még nem veszélyezteti. 2. A munkagödrök víztelenítésével kapcsolatos talajvízszintsüllyesztés vizsgálata során : a) egy kútcsoport által elérhető szintsülylyedések és azok összefüggései, b) az elérhető maximális, illetőleg szükséges szintsüllyesztéshez tartozó kitermelendő vízhozam és vízmennyiség. 3. A völgyzárógátak, szádfalak és más akadályok környezetében létrejövő talajvízmozgás vizsgálata során : a) az átszivárgó vízhozam, b) az áramlásra jellemző sebesség-értékek az áramlási tér különböző pontjaiban, c) a hidrodinamikai nyomás-értékek az áramlási tér különböző pontjaiban. A földgátakban létrejövő áramlásokkal kapcsolatosan elsősorban az áramlási tér szabad felületének kialakulását, tehát a levegővel érintkező felület határfeltételeit kell vizsgálnunk. Valamennyi említett mozgási típussal kapcsolatosan műszaki szempontból közös kérdés a kritikus sebesség meghatározása. Ennél a sebességnél a víztartó réteg finomabb szemcséinek el sodrása következik be. Ez a jelenség veszélyt jelent mind az építmény stabilitására (gát alatti szivárgás), mind pedig az egyes berendezések üzemszerű működésére (víztermelő kutak). Azokon a kismintákon tehát, amelyekben a talajvízmozgások különféle formáit kutatjuk, a jelenségeket mind minőségi, mind mennyiségi szempontból a valósághoz minél hasonlóbban kell előállítanunk, ennek azonban határt szab az, hogy a hasonlóság valamennyi feltételének egyidejű kielégítése lehetetlen. így Froude törvénye szerint a tehetetlenségi és a nehézségi erők hasonlóságát, míg Reynolds törvénye szerint a tehetetlenségi és a súrlódó erők hasonlóságát kellene biztosítanunk. Mint már említettük, ezeknek egyidejű biztosítása lehetetlen, ezért arra kell törekednünk, hogy a megszabott határokon belül az adott feladattal kapcsolatosan kismintánk minél hasonlóbb legyen a vizsgálni kívánt jelenséghez. Mosonyi E. [2] a szivárgó mozgások kismintakísérletezésével kapcsolatosan olyan törvényt javasolt, amely a nehézségi és a súrlódó erőket tekinti főerőknek, olyan erőknek tehát, amelyek a vizsgált jelenség létrehozásában túlsúlyban vannak, és ezeknek az erőknek a hasonlóságát biztosítja. Ez a törvény a következő dimenzió nélküli kifejezés állandóságát követeli meg 1 : v v = const, (1) Pg ahol v —jellemző sebesség, v — kinematikai viszkozitás, I = jellemző geometriai méret, g = gravitációs gyorsulás. Mosonyi E. szerint a fenti törvényt bármely torzítás mellett fel lehet használni, ha a jellemző hosszként a szemcsés anyag átlagos szemátmérőjét helyettesítjük, vagyis ha kielégítjük az alábbi feltételt : ái 2 g dSg Ebből az összefüggésből kiindulva, és alkalmazva Darcy törvényét (v = k I) eljutunk a d x = d 2 torzított modell feltevésével az alábbi összefüggéshez : /, = / 2. v (3) Ez az egyenlőség tulajdonképpen a természetben és a kismintákban kialakult vízfelszín esése közötti geometriai hasonlóságot jelenti. Gh. Cosma a Hidrotechnika című folyóirat egyik cikkében [3] rámutat arra, hogy a d x• = d 2 felvétele esetében is — amelyet kétszeresen torzított modellnek nevez -— elérhető az /, = L, egyenlőség, ha felhasználjuk a k = constans d 2 összefüggést. Ezek az érvelések azonban ellentmondásokat tartalmaznak, amelyek ezeknek a törvényeknek az alkalmazását kétségessé teszik és hibás eredményekre vezetnek minőségileg és mennyiségileg egyaránt. Különösen a talajvíznek a víztermelő berendezések felé történő mozgásával, illetőleg a 1 Az idézett összefüggés meghatározása Mosonyi E. ós Kovács Qy. közös munkája. Az első ismertetés ,,Kisminta törvények a nehézségi és a súrlódó erő együttes figyelembevételére" címen jelent mog a Hidrológiai Közlöny 1952. 7—8. számában. (Mosonyi E. loktor)
