Hidrológiai Közlöny 1962 (42. évfolyam)

2. szám - Juhász József: Beszivárgás levegő jelenlétében

Juhász J.: Beszivárgás levegő jelenlétében Hidrológiai Közlöny 1962. 2. sz. 117 A táblázat adatai szerint tehát a beszivárgás sebessége durvább talajoknál tulajdonképpen megegyezik a buborék felemelkedési sebességével. Eszerint a bezárt légbuborék egyhelyben marad — sem nem emelkedik, sem nem süllyed —, ha a buborék nem zavarná egyébként a beszivárgási sebességet. Az előzőekben azonban láttuk, hogy a beszivárgás sebessége az elnyelt buborék következtében csökken. Nyilvánvaló, hogy az egyes pórusokba bejuttatott levegő ilyenformán lassan felfelé áramlik, miközben a beszivárgás sebességét csökkenti. A csökkent áteresztőképességet a víz-levegő arány ismererében Leibenzon képletével számíthatjuk. A beszivárgásnál jelentkező levegőellenállás Mind ez ideig csak azzal a levegővel foglalkoztunk, amely bejutott valamilyen módon a lefelé szivárgó vízoszlopba. Lényeges kérdés azonban annak a légpárnának a viselkedése, amely szemben áll a beszivárgó vízzel. Kapilláris erő csak akkor tud kifejlődni, ha a talajban a víz mellett levegő is van jelen. Ilyenformán a kapilláris meniszkusz maga előtt tolja a levegőt — s a jelentéktelen oldáson kívül nem veszi fel azt. — Még a nem túlságosan nagyméretű gravitációs talaj csőnél is jórészt ez a helyzet. A lefelé szivárgó víz tehát az el nem nyelt levegőből visszamaradt légpárnát összenyomja. Az összenyomás még elég durva talajokban is — tekintve a lassú beszivárgást — feltétlenül izotermikus, vagyis nem jár a levegő hőmérsékletemelkedésével. Ebben az esetben a bekövetkező összenyomódást a Boyle—Mariotte törvénnyel határozhatjuk meg : v = JVPo (9

) p ahol V

0 az eredeti, p

0 légköri nyomásnál elfoglalt levegőtérfogat ; Fa p nyomáshoz tartozó térfogat. Először a további fizikai jelenségek figyelmen kívül hagyásával nézzük meg, hogy milyen (d) vastagságúra nyomódik össze az eredetileg egységnyi vastag levegőréteg, ha oldalirányú kitérésre nincsen mód és felette h vízoszlopmagasság van. A (9) képlet alapján kapott értékeket az alábbi 3. táblázatban foglaltuk össze. 4 3. táblázat Az egységnyi magasságú levegőréteg összenyomódott értéke (<5) és az összenyomódás! %-a különböző (A) vízoszlopmagasság hatására TaöA. 3. BeAunuybt c^camoeo eucomHoeo eo3dyuiHoao CAOH (Ö) U % CMcamun nod deücmeueM pa3Hbix eodRHbix cmo/iöos (h) Table 3. Compressed thickness (ó) of the originally unit thick air layer and the compression percentage under water columns of different height (h) h 6 Az összenyomódás [m] [%] %-ban 0,5 0.953 4,7 1,0 0,910 9,0 1,5 0,870 13,0 2,0 0,837 16,6 3,0 0,780 22,0 Amennyiben gravitációs vízről van szó, a fenti adatok megfelelnek a valóságnak. Ez tehát azt jelenti, hogy aránylag nagy magasságú beszivárgó vízoszlopot is vissza tud tartani a talajban rekedt levegőréteg 10—20%-os összenyomódása. Feltételezve tehát, hogy oldalirányú kitérés nem lehetséges, és a talajvíz nem nyel el jelentős levegőmennyiséget — ami a valóságnak megfelel, — akkor a talajba szoruló légpárna néhány %-os összenyomódása meg tudná állítani a beszivárgást. A gyakorlatból tudjuk, hogy ez nem így van. A talaj levegő legnagyobb része ugyanis beszivárgáskor távozik a talajból a pórusok egy részén, a ,,talajkéményeken" keresztül. Nagy talajpórusok esetén, amelyekben a víz döntően a gravitációs erő hatására mozog („gravitációs" hézagok), a nyomás lineárisan nő a mélységgel. Tételezzük fel, hogy a vízoszlop a levegőt összenyomta. Ekkor, ha valamelyik gravitációs oszlopba a már említett módon buburékzárványok jutnak, tehát a talajpórus vízoszlopának térfogatsúlya csökken, a talajba zárt levegő felnyomja a vízoszlopot és „kifúj". Csak „gravitációs" hézagokból álló durva talajok esetén tehát a levegőbuborékokat a legnagyobb mértékben tartalmazó pórusoszlop — vagyis a legkeskenyebb talaj pórus — lesz a „talaj kémény", amelyen keresztül a levegő távozik. Természetesen az egyszer már víztől nagyrészt kitisztított járat, egy beszivárgási fázisban, legtöbbször végig megmarad a talaj kémény szerepénél. Ha feltételezzük, hogy a talajkémények 50 százalékig vízzel telítettek, akkor a beszivárgási sebességet kb, 20%-kal csökkentik, amiatt a szükséges túlnyomás miatt, amellyel a vízen keresztül a levegőt átnyomjuk. Ha a talaj kémények csak 20% vizet tartalmaznak — a fázisáteresztőképességgel végzett vizsgálatok szerint — a levegő már akadálytalanul jut a felszínre anélkül, hogy a szivárgásban különösebb zavart idézne elő. Vegyes szemnagyságú talaj esetén azok a kisméretű kapilláris hézagok lesznek a talajkémények, amelyekben a víz előnyomulása a leglassúbb, s így bennük gyűlhet össze a legmagasabb légoszlop. A talaj levegő kiszorításának ezen módja miatt látszólag csökken a kapilláris erő. Ez a tapasztalat vezetett egyes kutatókat arra a gondolatra, hogy a beszivárgásnál ne az egész kapilláris szívást vegyék fel, hanem annak csak bizonyos hányadát, ilyen módon véve figyelembe a talajlevegő kiszorításához szükséges többlet ellenállást. Végeredményben tehát a különböző talajokból különbözőképpen távozó levegőt a beszivárgó víz egy részének össze kell nyomnia annyira, hogy a legkisebb nyomású vízoszlopot — vagyis a levegőbuborékokkal legjobban telitűzdelt kapilláris póruscsatorna vizét — a felszínre nyomva a talajlevegőt azon keresztül eltávolíthassa. A fentiekben vázolt talaj kémény kiválasztása már a szivárgás megindulása után rövid idővel megkezdődik. Azért nem rögtön a beszivárgás kezdetén, mert akkor a különböző mértékben áteresztő hézagok még nagyon eltérően viselkednek,