Hidrológiai Közlöny 1978 (58. évfolyam)

11. szám - Dr. Kovács György: A szivárgással kapcsolatos tudományos kutatás helyzetéről

Dr. Kovács Gy.: A szivárgással kapcsolatos Hidrológiai Közlöny 1978. 11. sz. 483 termelési kérdésekkel kapcsolatos szivárgási feladatokat említhetjük. Ha egyetlen vízhasználó számára kívánunk kútból vizet termelni, és az igény a hasznosítható készlethez viszonyítva kicsiny, elégséges, ha — a víztartó réteg geometriájának és áramlástani jellemzőinek ismeretében — a határfeltételeket megfelelően figyelembe vevő kúthidraulikai képletek egyikét alkalmazzuk. Amint azonban az igény értéke növekszik, a vízelvonás hatása nagyobb körzetre terjed ki, növekszik a hidrológiai tényezők súlyának aránya. Általában több ponton kell a vizet termelni, hogy a szükséges mennyiséget biztosíthassuk, felmerül ezért a víztermelő helyek egymásra hatásának és a természeti környezettel való kapcsolatuknak kérdése. Végül eljutunk a regionálisan termelhető felszín alatti vízkészlet meghatározásához, mint a víztermeléssel kapcsolatos legnagyobb kiterjedésű területet felölelő feladathoz, amely már az érintett régió hidrológiai vizsgálatának teljeskörű végrehajtását is igényli. A szivárgásvizsgálatokkal, bármelyik előbb felsorolt célt szolgálják is azok, az érintett áramlási téren belül meg kell határoznunk a mozgást jellemző hidraulikai paramétereket: a sebesség, és a nyomás eloszlását valamint a rendszeren átáramló hozamot. A feladat jellegétől függ, hogy vajon minden pontban szükséges-e ezeknek az értékeknek az ismerete, vagy elégséges azok meghatározása néhány szelvény mentén, esetleg meghatározott pontok környezetében. Ezeknek a számításoknak elvégzéséhez kell, hogy módszereket szolgáltassanak a szivárgással kapcsolatos kutatások. Az elméleti vizsgálatoknak csoportosítását annak figyelembevételével végezhetjük el, hogy a kutatások a számítás során alkalmazható modellek melyik elemének feltárására, megalkotására szolgálnak. A célkitűzések a következő paraméterek meghatározására irányulhatnak: — az áramlási tér geometriája (ismerete a szivárgási feladatok megoldásának előfeltétele, meghatározása azonban nem része a szivárgással kapcsolatos kutatásoknak, végrehajtásához a geológia és a geofizika módszereit alkalmazzák); — a porózus közeg áramlástani jellemzése (a szilárd váz között kialakuló csatornák vízvezető és t^rolóképességét kell meghatároznunk, figyelembe véve a pórusok geometriáját, egymáshoz való kapcsolatukat, a járatok méretét és ennek eloszlási valószínűségét, végül kapcsolatot kell találnunk a szivárgási sebesség és a hidraulikai gradiens között, amely a szivárgási törvény alakjában kifejezésre juttatja a mozgást befolyásoló erők dinamikai jellegét, az időben változó mozgás vizsgálata esetében pedig követi a fajlagos vízadóképesség és a porózus közeg deformációja által befolyásolt tározási folyamatot); — az áramlási tér peremén ható határfeltételek szabatos meghatározása (magába foglalja nemcsak a határfeltételek helyes fizikai értelmezését bonyolult határok mentén is, mint a víztükör, vagy a szabad kilépési felület, hanem annak megismerését is, hogy a vizsgált tér milyen kapcsolatban van a teljes hidrológiai körfolyamattal, a talajnedvesség és a talaj víztér közötti vízcsere, valamint a szomszédos víztartók közötti keresztáramlás hogyan befolyásolja a szivárgást; a témakör feltárása igényli tehát a felszín alatti vízterekben kialakuló hidrológiai folyamatok vizsgálatát is); — a szivárgási térben kialakukó mozgás kinematikai leírása (lényege olyan modell megalkotása, amely lehetővé teszi az előbbiekben említett belső dinamikai feltételek és külső határfeltételek egyidejű kielégítését, tehát a peremeken ismert változásokat transzformálja a mező bármely belső pontjára és ezzel ott a hidraulikai paraméterek számíthatóvá válnak); — a mozgásegyenletek megoldása (a hatások teljes körű figyelembe vétele a kinematikai összefüggést bonyolítja, a közvetlen megoldását nehezíti, sokszor kizárja; ezért sokáig a megoldási rendszerek kialakítása olyan kompromisszum keresése volt, amely meghatározta, hogy milyen hatások elhanyagolásával jutunk a mozgás még megoldható leírásához úgy, hogy a számított eredmény egyben a tényleges állapot jó közelítését adja; a számítógép gyors technikai fejlődése a numerikus módszerek széles körű alkalmazásával sok megoldási korlátot elhárított és így törekedhetünk egyre teljesebb kinematikai modell megalkotására). 3. A tudományterület fejlődése, szakmai iskolák kialakulása A szivárgás hidraulikájának, mint önálló tudományterületnek a tanulmányozása több mint százéves múltra tekint vissza, hiszen kiindulópontjául Darcy minden további tudományos kutatást megalapozó megfigyelésének 122 évvel ezelőtti publikálását tekintjük. Ebben a munkájában rögzíti Darcy elsőként, hogy a szemcsés rétegben mozgó víz sebessége lineáris kapcsolatban van a mozgás fenntartására felhasználandó energiával. A közlést követő gyors fejlődés jele az, hogy néhány évvel a könyv kiadása után már megjelennek az alapösszefüggés gyakorlati alkalmazásaként levezetett képletek és eljárások (Dupuit, Thiem). Alig 30 évvel Darcy publikációját követően Forchheimer már a lineáris összefüggés érvényességi határát és a határon kívül eső tartományt jellemző kapcso'at formáját kutatja, és ezzel a Darcy-törvény alkalmazhatóságára vonatkozó viták hosszú sorát nyitja meg, amelynek érdemleges lezárása csak az utolsó évtizedben történhetett meg. A századfordulón Boussinesq nem permanens áramlásokra érvényes összefüggésekkel egészíti ki Dupuit képletét. Ezzel a fejlődés első korszakát, a szivárgás elméleti alapjainak megteremtését lezártnak tekinthetjük. A második korszak fejlődésének üteme a század húszas-harmincas éveiben gyorsult fel és az ötvenes években a szivárgás hirdaulikája a hidromechanikai irodalom legtöbbet tárgyalt témájává vált. Az időszak általános jellemzője, hogy a kutatók a korábban feltárt alapelvek gyakorlati feladatokra történő alkalmazását és a számításokkal elérhető pontosság fokozását tűzték ki célul. Ennek érdekében az áramlási tér viselkedésének