Hidrológiai Közlöny 1979 (59. évfolyam)
3. szám - Aujeszky Géza–dr. Karácsonyi Sándor: A partiszűrésű vízszerzés egyszerűsített eseteinek hidraulikai jellemzése
120 Hidrológiai Közlöny 1979. 3. sz. A partiszűrésű vízszerzés egyszerűsített eseteinek hidraulikai jellemzése AUJESZKY GÉZ A—D R. KARÁCSONYI SÁNDOR* 1. Bevezetés Hazai ivóvízellátásunk jelentős hányada partiszűrésű vízszerzésen alapszik. Budapest vízellátása csaknem teljes egészében partiszűrésű vízből történik, de számos regionális központ, megyeszékhely, jelentős iparral rendelkező város, közigazgatásilag fontos település, illetve egyedi létesítmény vízellátásának forrása ez a vízkészlet. Ugyanakkor az ivóvízellátásra hasznosítható vízkészleteink között a jövőre nézve az egyik legnagyobb tartalékot éppen a partiszűrésű víznyerés képezi. A Duna magyarországi szakaszának É-i része, továbbá Budapesttől D-re eső szakasza, a Rába mente, a Mura és a Dráva folyók melléke, továbbá a Tisza felső vízfolyása említendő elsősorban, de megfelelő vízhozamú és adottságú kisebb vízfolyások partjai is szóbajöhetnek. A jövőben várható f ökozottabb igénybevétel indokolja a partiszűrésű vízszerzés folyamatainak beható vizsgálatát. A felszíni és felszínalatti vizek szennyeződésének fokozódásával a partiszűrésű víztermelésben — a vízmennyiségi vonatkozásokon túlmenően — egyre inkább a vízminőségi kérdések kerülnek előtérbe. Éppen ezért az újabban létesülő vízműveknél már — a jobb vízminőség elérése érdekében — a hatékonyabb szűrési feltétel, nagyobb tartózkodási idő és a megfelelőbb szűrési sebességek révén elérhető kedvezőbb vízminőség biztosítására törekszenek még a termelt vízmennyiség csökkenése árán is. A legoptimálisabb megoldások nyerése érdekében a partmenti szűrőközegben lejátszódó — a vízminőséget döntően befolyásoló — szűrési folyamatok részletes és szabatos vizsgálata szükséges. A lejátszódó bonyolult és összetett fizikai, kémiai, valamint biológiai folyamatok tárgyalásának azonban elengedhetetlen kiindulási alapja a fellépő hidraulikai jelenségek beható elemzése. A hidraulikai tárgyalás az egyes partszakaszok, vízművek adottságai alapján igen sokféle lehet és ennek megfelelően a nyerhető eredmények is sokrétűek. Mégis fellelhetők azonban bizonyos jellegzetes alapvető tendenciák az egyes befolyásoló tényezőknek a különféle hidraulikai jellemzőkre gyakorolt hatásai tekintetében. Ezeket viszont célszerű viszonylag egyszerű alapadottságú esetekben vizsgálni, mert az alapvetően jellemző irányzatok így mutathatók ki a maguk mivoltában a legtisztábban és a legegyszerűbben. A bonyolultabb adottságú esetek vizsgálata azután — hasonló gondolatmenettel — az egyszerűbb esetekben alkalmazott eljárásokra épülve végezhető el. Földmérő ós Talajvizsgáló Vállalat, Budapest 2, A számítási módszer és az alkalmazott modell ismertetése Partiszűrésű víztermelés esetén a vízfolyás és a vízkitermelő létesítményrendszer közötti térben kialakuló áramlás (a vízadó réteget csak részben harántoló, továbbá ferde partfalú vízfolyásmeder esetén a vízfolyást közvetlenül kísérő keskeny parti sávtól eltekintve) közelítőleg síkáramlásnak tekinthető és — amennyiben felszíni hatásoktól (csapadékbeszivárgás, párolgás) el lehet tekinteni — az alábbi differenciálegyenlettel jellemezhető faárH, Á k y — dx A + 9 y 9 x B dx A I dx A 9 x B -D XB = 9 V. = H~-dx A dx b + Q ot (1) A differenciálegyenletben XA a vízfolyás partélére merőleges, x B pedig a vele párhuzamos vízszintes koordináta, y a vízszint vízzáró fekü feletti magassága, & = k (x A, XB, t) a szivárgási tényező, [i= n (x A, x B, t) a vízadó réteg tárolási tényezője (szabad tükrű réteg esetén fi = n 0-nal, a gravitációs hézagtérfogattal), t az idő és Q = Q (XA,X b, t) a dxA •dx B felületelemre eső kútból kivett vízhozam. Amennyiben galériajellegű vízkivételről van szó, úgy egydimenziós síkáramlás alakul ki. Közelítőleg egydimenziós síkáramlással számolhatunk hosszú, sűrűn telepített kutakból álló kútsor esetén is — eltekintve természetesen a kutak közvetlen környékén kialakuló áramlástól. Egydimenziós síkáramlás esetén — ez esetben 3 yjdx B = 0, dx B= 1 —• az (1) jelű egyenlet a következő egyszerűbb alakban írható (ezúttal x A-t x-szel jelölve): dx fi ÍJ dx = n dx -f- q 91 (2) ahol q = q (x, t) a folyóval párhuzamos irányban egységnyi szélességű, arra merőleges irányba pedig dx szélességű felületelemre eső víztermelő létesítményből (galéria, kútsor) kivett (hosszegységre jutó) vízhozam. A szivárgási adottságok és folyamatok térbeli, valamint időbeli változásának figyelembe vételére az (1), ill. (2) jelű differenciálegyenletek véges differenciák módszerével történő közelítő megoldása nyújt lehetőséget. Ezesetben a differenciálegyenletek által kifejezett összefüggéseket dx végtelenül kicsiny szélességű elemek helyett véges Ax szélességű elemekre alkalmazzuk. Ilymódon a víz útját lépésről-lépésre követő — elektronikus számítógéppel számítható — célszerű módszer adódik az idő-
