Hidrológiai Közlöny 1959 (39. évfolyam)

3. szám - Kovács György: A gát alatt átszivárgó vízhozam megoszlása a mentett oldalon

190 Hidrológiai Közlöny 1959. 3. sz. HIDRAULIKA A gát alatt átszivárgó vízhozam megoszlása a mentett oldalon KOVÁCS GYÖRGY, a műszaki tudományok kandidátusa 1. Bevezetés A vízépítési műtárgyakkal kapcsolatosan felmerülő szivárgási kérdések közül talán legtöbbrétű, és egyben legfontosabb feladat a laza szemcsés rétegen épülő gátak alatt meginduló vízmozgás műszaki jellemzőinek meghatározása. A kérdés völgyzárógátak és duzzasztóművek tervezése során éppúgy felmerül, mint az olyan árvédelmi töltések esetében, amelyeknek anyaga lényegesen vízzáróbb, mint az alatta elhelyezkedő rétegek, szivárgási tényezője pedig több nagyságrenddel kisebb, mint azoké. Ha a gát vagy töltéstest alatt lévő vízáteresztő réteg szádfallal vagy őrfallal teljesen nem zárható le, a tervezőknek arra kell törekedniök, hogy kellő biztonságot érjenek el a szivárgás miatt bekövetkezhető veszélyekkel szemben. A gát, a duzzasztómű vagy a töltés állékonyságát a szivárgás egyrészt azzal veszélyezteti, hogy a víz mozgása által befolyásolt dinamikus felhajtóerő, különbözve a tervezés során feltételezett erőjátéktól, megbontja a műtárgy egyensúlyát vagy — karcsú szerkezet esetében — a számított igénybevételtől eltérő feszültséget hoz létre. Másrészt, ha a szivárgó víz kilépési sebessége az alvízi oldalon meghaladja a rétegre megengedett határértéket, a víz magával ragadja a szemcséket, sőt a réteg egyensúlyát megbontja, hidraulikus talajtörést idéz elő. A szivárgás veszélyeztetheti a gát által létrehozott tározótér rendeltetésszerű használatát, mert túlzottan sok tározott vizet vezet el. Végül — különösen árvédelmi töltések mögött — jelentős lehet a mentett oldalra szivárogva jutó fakadó víz mennyisége is, amelynek elvezetéséről kell gondoskodni a tervezés során. Mindezeknek a feladatoknak a számszerű megoldásához a tervezőknek ismerniök kell az áramlási tér belsejében, vagy legalább kiválasztott különleges szelvényekben a nyomás- és a sebességeloszlást, továbbá az időegységben átáramló víz mennyiségét. A kísérleti technika fejlődése, különösen pedig a Pavlovszkij-féle elektromos analógia kísérletek bevezetése nagymértékben megkönnyítette a feladatoknak kismintán való megoldását. Mint ismeretes, homogén réteg esetén a Darcytörvény érvényességi tartományába tartozó szivárgó vízmozgás jellemzői —ennek megfelelő potenciálos síkáramlást tételezve fel — végtelen mély áteresztő réteg esetében számíthatók, ha a gát vagy töltés alapozási körvonalrajzát sík alaplemez és egy sor szádfal tetszőleges kombinációjaként alakítjuk ki, és feltételezzük, hogy az átszivárgó víz az alvízi oldalon a felszínre lép, tehát a térszint potenciálfelület. Az említett közelítések közül elsősorban a végtelen mély áteresztő réteg feltételezése vált tarthatatlanná, főleg azokban a feladatokban, amelyekben a vízhozam és a sebességeloszlás meghatározása is szükséges volt. Ezért az újabb eljárásokban a kutatók elsősorban arra törekszenek, hogy a síkpotenciál mozgás feltételét megtartva, olyan számítási eljárásokat dolgozzanak ki, amelyekkel a véges vastagságú áteresztő rétegben létre jövő szivárgás jellemzői meghatározhatók. Ilyen megoldások — sőt a vázoltakon túlmenően olyanok is, amelyek több sor szádfal és tört alaplemez kombinációjának az esetében is jó közelítő eredményt adnak — elsősorban az alaplemez körvonalrajza mentén fellépő hidrodinamikus felhajtóerő meghatározására születtek meg [15, 3, 11]. Ennek magyarázata az, hogy ebben az értékben a végtelen féltérre kiterjedő áramlási tér feltételezése nem ad olyan eltérést a véges áteresztő réteg figyelembevételével számított mennyiségtől, ami a gyakorlat által megkívánt pontosságot érintené [9, 12]. A Pavlovszkij-transzformáció alapján olyan görbeseregek állnak rendelkezésünkre, amelyeknek a segítségével ezek az eltérések adott vastagságú áteresztő réteg esetében meghatározhatók, és így a végtelen mély áramlási térben számított jellemzők javíthatók [13, 9]. A gát, vagy a töltés alatt az időegységben átszivárgó vízmennyiség számításakor a végtelen mély áteresztő réteg feltételezése végtelen vízhozamot ad. A Pavlovszkij-féle transzformációval [12] figyelembe vehetjük ugyan a véges mélységben lévő záróréteget mint határfeltételt, ez a számítási eljárás azonban mégsem terjedt el. Ennek oka egyrészt az, hogy a tervező mérnökök idegenkednek az öszefüggésekben szereplő elliptikus integráloktól, másrészt pedig az, hogy a gyakorlatban gyakran előforduló feladatok esetében az általában alkalmazott három tizedes pontosság mellett a számítás nagyon megbízhatatlan. Ezért már több tanulmányban foglalkoztunk a vízhozam gyors számítására alkalmas, közelítő összefüggés meghatározásával [4, 5]. A legutóbbi elektromos analógia kísérletek eredményeit, a Pavlovszkij féle transzformációval számított értékeket, továbbá hidraulikai és geometriai közelítések alkalmazásával levezetett összefüggéseket összevetve, olyan számítási eljárást javasoltunk, amellyel — az előzőekben felsorolt feltételeket figyelembe véve — a véges vastagságú áteresztő rétegben átszivárgó vízhozam számítható, ha az alapozási körvonalrajzot sík alaplemez és egysoros szádfal tetszőleges kombinációjaként alakítjuk ki [6]. Minthogy ennek a tanulmánynak eddig még csak rövid összefoglalója került közlésre [7], továbbá azért, mert ebben a tanulmányunkban is felhasználjuk majd az említett kutatás eredményeit, dolgozatunk 2. fejezetében röviden ismertetjük az átszivárgó vízhozam számítására javasolt eljárást. Mind a hidraulikus talaj törés elleni biztonság meghatározásához, mind az átszivárgó víz összegyűjtésére szolgáló csatornahálózat gazdaságos