Hidrológiai Közlöny 1966 (46. évfolyam)

7. szám - Dr. Lipták Ferenc: Kolmatációval kapcsolatos laboratóriumi vizsgálatok

Hidrológiai Közlöny 1966. 7. sz. 301 Kolmatációval kapcsolatos laboratóriumi vizsgálatok Dr. LIPTAK FERENC* 1. Bevezetés KolmatácÁónak nevezzük azt a jelenséget, amikor a szivárgó vízzel együtt a talajba jutott lebegtetett hordalék vagy mesterségesen előállított szuszpenzió szemcséi a porózus talaj hézagainak egy részét eltömik. A tömítő hatás a szivárgási tényező (k) s vele együtt az átszivárgó vízhozam (Q) csökkenésében jelentkezik. A kolmatáció következtében megváltozik a talaj szemszerkezete, hézagtérfogata s ennek következtében szivárgási tényezője is. Kedvező esetben szinte vízzáró réteg alakul ki. A kolmatációnak tehát kedvező a hatása azokon a helyeken, ahol a víz elszivárgását csökkenteni kell (pl. árvédelmi-, tározó- és öntözőcsatorna-töltéseknél), s kedvezőtlen, ahol állandó szivárgási tényezőt kellene fenntartani (pl. kutaknál). A természetes kolmatáció kialakulását és kedvező hatását mind külföldi, mind hazai megfigyelések igazolják, pl. üzemvízcsatornáknál és egyéb olyan vízi létesítményeknél, amelyek porózus vízáteresztő anyagból épültek és hosszabb időn át hordalékos vízzel érintkeztek. Külföldön mesterséges kolmatációt is sikerrel alkalmaztak több helyen töltések szivárgási veszteségének csökkentésére. 2. A laboratóriumi vizsgálatok jelentősége A hordalékszemcséket a szivárgó víz szállítja magával, így a kolmatáció mértéke elsősorban a vízmennyiséggelarányos. Az átszivárgó vízhozam függ a szivárgási tényezőtől, a hidraulikus gradienstői, a Reynolds számtól. A kolmatációnál jelentős szerepet játszik a talaj és a hordalék szemszerkezete, ásványtani összetétele, a két szemszerkezeti görbe egymáshoz való viszonya, a talaj tömörsége, a hordalék vagy mesterséges tömítőanyag koncentrációja, a víz hőmérséklete stb., továbbá biológiai és fiziko-kémiai hatások is felléphetnek. A kolmatációnál a szivárgás és a hordalékmozgás együttesen jelentkezik, tehát igen bonyolult jelenségről van szó. A permanens és nem permanens szivárgás, valamint a hordalékmozgás tanulmányozása során a fizikai folyamatokat a kutatók jelenleg meglehetősen bonyolult matematikai összefüggésekkel tudják jellemezni [4], A kolmatációra több kutató kísérelt meg elméleti megoldást adni, de ez a bonyolult jelenség matematikai függvényekkel csak számos egyszerűsítő feltételezés segítségével jellemezhető, tehát a kutatás jelenlegi fokán szabatos elméleti megoldás még nincs. Ennek következtében igen nagy a jelentősége a laboratóriumi kísérleteknek. 3. Kísérleti berendezések A kolmatációs folyamat legfontosabb törvényszerűségeinek feltárására a Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet megbízásából az Építőipari és Közlekedési Műszaki Egyetem Vízgazdálkodási Tanszékének nagymarosi és budapesti hidraulikai laboratóriumában kismintakísérleteket végeztünk. Kísérleteinket álló vízzel végeztük (vagyis, amikor a csatorna nem szállított vizet, vízmozgás csak a beszivárgás következtében volt). A nagymarosi laboratóriumban 40 cm belső átmérőjű hengeres tartályokban (permeabiméterekben), kü* Építőipari és Közlekedési Műszaki Egyetem Vízgazdálkodási Tanszék, Budapest. lönböző vastag talajrétegben, különböző hidraulikus gradiens esetében, különböző tei'mészetes hordalékkoncentráció beállításával ós különböző mesterséges kolmatáló anyagok adagolásával vizsgáltuk a függőleges irányú (egydimenziós) szivárgást. Az egyik berendezés elvi rajzát az 1. ábra tünteti fel. Az alsó csődarabra nyomáscsapokat helyeztünk úgy, hogy a legfelső nyomáscsap a beépített talajréteg felszínének magasságában volt. Annak érdekében, hogy a csőfal esetleges vízhozamnövelő hatását elkerüljük, a csőfalat érdesítettük. Fetso vizszmttarm bukó r ^A/sóv/zfzint T tartó bukó [c] 1. ábra. A kísérleti berendezés (permeabiméter) vázlata <t>uzypa 7. CxeMa onumnozo o6opydoeaHu.fi (nepMeaöuMempa) [a]: noflaqa HaHoca ; [6]: BoaocjiHB nnn nonflepwKH ypoBHH BepxHero 6te4>a ; [c]: bohocjihb hjih noflflep>KKH ypoBHfl HH>KHero 6te<t>a ; [d]: CMecHTejib ; [e]: HanopHbie KpaHbi Fig. 1. Diagrammatical representation of experimentál equipment (permeabimeter) [a]: introduction of sediment; [6]: upatream regulation weir ; [c]: donwstream regulating weir; [d]:mixer; [el: piezometer connections A budapesti laboratóriumban 4 m hosszú, 1 m mély, 28 cm széles szivárgási medencébe beépített csatornaszelvény oldalrézsüjén át kialakuló beszivárgás során jelentkező természetes kolmatációt vizsgáltuk. Ez a vizsgálat tehát kétdimenziójú folyamatra terjedt ki. Az üvegfalú medencét az 1. kép mutatja. A medence egyik végén alakítottuk ki a mederszelvényt és a töltéstestet (a szimmetria miatt csak fél mederszelvényt az egyik töltéssel), a másik végén az alsóvízszinttartó bukót helyeztük el. A hordalékadagoló berendezés a medence magasított részén állt. Keverőt is alkalmaztunk. A természetes kolmatáció vizsgálata folyamán a hordalékot száraz por alakjában szórtuk be a vízbe. Bár megfigyeléseink szerint a hordalékadagolóból finom por alakjában vízbe szórt anyag rövid ülepedési hosszon (20—30 cm) teljesen szétázott, annak elkerülésére, hogy az anyag túlnyomó része a beszórási hely függőlegesében ülepedjék le, a vízszint alá kb. 1 m mélységbe keverő berendezést helyeztünk. A mesterséges kolmatáció vizsgálata folyamán alkalmazott szuszpenziót nem folyamatosan, felülről a vízbe szórva, hanem keverőedényből, csappal ellátott gumicsövön és elosztóidomon (locsolórózsán) át, a felső víztérben nyomás alatt, a talajfelszíntől 25 cm távolságból, rövid idő (2—10 perc) alatt adagoltuk be. Keverőberendezést ekkor nem alkalmaztunk.