Hidrológiai Közlöny 1961 (41. évfolyam)

5. szám - V. Nagy Imre: Öntözőcsatornák hordalékszállítása

364 Hidrológiai Közlöny 1961. 5. sz. V. Nagy I.: Öntözőcsatornák hordalékszállítása energia mennyiségébe bele kell számítani a vízmozgás energiájának azon részét is, amely az energia disszipáció révén hőenergiába megy át a szemcsék mozgásának eredményeként. A szilárd szemcse tetszőleges irányú mozgási sebessége ugyanis mindig különbözik az ugyanolyan irányban mozgó vízrészecskék sebességétől. (Ez a körülmény annál inkább teljesül, minél nagyobb a hordalék szemnagysága.) A szemcsék viszonylagos elmaradásának ténye a szemcsék mögött elemi méretű örvény-nyomok keletkezéséhez vezet, amelyek energiája már közvetlenül hőenergiába megy át. A fenti folyamatokban megemlítendő még a szilárd szemcséknek a pulzáció intenzitását növelő hatása is, ugyanis a lecsökkent helyi sebességgel rendelkező folyadékelemek a fölös energiával rendelkező szilárd szemcséktől is vehetnek át energiát. A szilárd fázis jelenléte a turbulens sebességmérő kiegyenlítődésének irányába hat, ami részben következik a 4. ábrán bemutatott eredményekből is. A szemcsék a nehézségi erő hatására mindig rendelkeznek egy esési sebességgel, illetve a folyékony közeghez viszonyított fölös energiával. Ez az energia részben a pulzáció intenzitásának növelésére, részben annak kiegyenlítődésére fordítódik. Kézenfekvő tehát, hogy a turbulens mozgás dinamikai rendszerére ható erők megállapításánál a szemcsékre gyakorolt nehézségi erőt is figyelembe vesszük. Ily módon az az energia, ami a szemcsék lebegtetésére fordított munka során használódik el, nem tisztán a folyékony közeg energiájából adódik, hanem abban szerepel az az energiamennyiség is, amit a szemcsékre ható nehézségi erő eredményez. Hordalékot tartalmazó víz mozgásánál, különösen nagyobb töménység esetén szerepet kap a hordalékszemcséknek a határfelületeken történő súrlódása, és a szemcsék véletlen összeütközéseinek hatása is. Ez utóbbiak a tiszta vízhez viszonyítva további kiegészítő ellenállásokat eredményeznek. A töménység függvényében változó ellenállási viszonyok módosítják a függőleges mentén való hordalékeloszlás jellegét is, ami a 2. ábrából is látható. Ezek az eredmények igazolni látszanak azt a feltételezést, hogy a hordalék jelenléte a vízfolyásban csökkenti az ellenállásokat. A hatás annál jobban észlelhető, jninél nagyobb az áramlás sebessége. Mivel a szilárd fázis jelenléte a turbulencia jellegét módosítja, a fajlagos hordalékszállítóképesség csökken. A fentiekben ismertetett kísérletek legfontosabb eredménye az, hogy feltárták a lehetőségeket a kétfázisú közeg turbulens mozgási állapotánál érvényesülő törvényszerűségek megállapítására s azoknak fizikai, matematikai leírására. A folyamatban levő kidolgozás részleteredményeit egy későbbi tanulmányban kívánjuk ismertetni. Természetbeni vizsgálatok Vizsgálataink során a VlTUKI-nak a Tiszafüredi Öntözőrendszerben lefolytatott méréssorozatai alapján nyert adatait vettük alapul s felhasználtuk az egyes közép-ázsiai öntözőrendszerek adatait is [3, 4, 5, 6, 7], A rendelkezésre állóanyag ily módon 17 öntözőrendszer adatait tartalmazza. A kiválasztott mérési eredmények a kritikus telítettségi állapotra vonatkoznak. Az ellenőrző mérések igazolták, hogy a megfigyelt csatornaszakaszokon feltöltődés vagy elmosódás nem következett be, a középtöménység értéke a megfigyelési, időszak alatt állandó volt. A kiválasztott öntözőcsatornák a kisebb helyi elváltozások ellenére is szabályos szelvényalakkal rendelkeztek s a vízmozgás jellege is közel egyenletesnek vehető. A szemcseátmérő értéke átlagban 0,018 mm-re adódott. A mérési adatok a hidraulikus sugár, szelvényközépsebesség, a fenékesés s a közepestöménység értékeire vonatkoznak. A fentiek mellett minden esetben meghatároztuk az átlagoshidraulikus szemnagyság értékét is. Miután véleményünk szerint a mérési adatok száma elég nagy ahhoz, hogy a nyilvánvaló szórások ellenére is kísérletet tehessünk a mért tényezők közötti kapcsolatok megvizsgálására, illetve a más úton levezetett összefüggések megbízhatóellenőrzésére, feladatul tűztük ki a kritikus sebesség, illetve kritikus töménység meghatározását. Az irodalomból számos összefüggést ismerünk az öntözőcsatornák számítására. Az egyik legrégibb javaslat az 1894-ben Indiában végzett mérések alapján R. Kennedy-tol származik. v = 0,545 (16) ahol v — középsebesség [m/sec], H — vízmélység [m]. A javaslat nyilván csak tájékoztató értékeket nyújthat, azonban ennek ellenére az USAban ma is használják. A Taskent környéki öntözőrendszerekben az 1930-as években végzett mérések alapján G. Sz. Csekulajev a (16) összefüggést továbbfejlesztve már figyelembe veszi a vízszínesés értékét is [6] : o

k = A VvBT (17) ahol A = 400—450, q

k = középtöménység [gr/m

3]. A következőkben E. A. Zamarin akadémikus ismertetett igen részletes és módszertanilag megalapozott vizsgálatokat az Amu-Darja, Araksz, Colorádo és más folyók öntözőrendszereiben [7, 5]. Feldolgozásaink során felhasználtuk az itt közölt mérési eredményeket is. Zamarin akadémikusa hidraulikus szemnagyság 0,002 — uk — 0,008m/sec értékhatáraira az alábbi összefüggést javasolja : P = 0,022 í JL-VI

2 V~Rll (18) V Uk ) Kisebb szemnagyságok esetére (0,0004— Uh — —0,002 m/sec) o=ll— y~Rh (19) u

k ahol R — hidraulikus sugár [m] Uk — közepes hidraulikus szemnagyság [m/sec].