Hidrológiai Közlöny 1984 (64. évfolyam)
1. szám - Dr. Völgyesi István: Vízvezető rétegek anizotrópiája
Hidrológiai Közlöny 1984. 1. sz. 8 Vízvezető rétegek anizotrópiája DK. VÖLGYE Sí ISTVÁN' 1. Bevezetés A földkéreg vízvezető rétegei mindig anizotrop tulajdonságúak, a víz viselkedését leíró összefüggéseket viszont izotróp közeg feltételezésével vezették le. A gyakorlatban ez az ellentmondás legtöbbször nem okoz problémát, mert elsősorban vízszintes irányú szivárgásokkal foglalkozunk és ennek megfelelően vízszintes irányú szivárgási tényezők állnak rendelkezésünkre. Ha azonban a szivárgási tér összetettebb, tehát a sebesség függőleges komponensei is jelentősek, akkor az anizotrópia létezését már figyelembe kell venni. Jelen dolgozat bemutatja, hogy a koordináták transzformálásával miként alakíthatjuk át az anizotrop szivárgási teret izotróppá, illetve hogyan alakíthatók át a megfelelő hidraulikai összefüggések, hogy anizotrop körülmények között is alkalmazhatók legyenek. A tényleges számítások elvégzéséhez természetesen az anizotrópia mértékét az ún. anizotrópia tényezőt is ismerni kell. Mérésére ez ideig nem alakult ki megfelelő módszer. A dolgozat ismertet és értékel néhány egyszerű eljárást, köztük olyant, 'amely lehetővé teszi azon próbaszivattyúzások kiértékelését is anizotrópia szempontjából, amelyeket eredetileg csak a szivárgási tényező meghatározása céljából telepítettek. 2. Az anizotrópia eredete, anizotrop talajok tulajdonságai Gyakorlati szempontból főleg a szemcsés vízvezető rétegek vizsgálata szükséges. Ezeknél az anizotrópia a réteg képződése — elsősorban áramló vízből való kiülepedése — során alakul ki. A. valódi anizotrópia oka az, hogy a szemcsék — mivel többnyire palás, réteges kőzetekből származnak — legtöbbször elnyúlt korongalakúak és ülepedés után lapjukra feküdve, sőt a vízszintes síkban is rendezetten, hosszirányukkal az áramlás irányával párhuzamosan helyezkednek el. így a a réteg a szemcsék lapjára merőleges — tehát függőleges — irányban jelent a legnagyobb ellenállást a víz számára, a vízszintes síkban pedig a valamikori folyásiránnyal esik egybe a legkisebb ellenállás iránya. A látszólagos anizotrópia az előbbi hatáson kívül a mikrorétegezettség hatását is magába foglalja. Az ülepedési viszonyok változásai miatt a réteget függőleges irányban hol finomabb, hol durvább szemösszetételű csíkok építik fel. Az ilyen réteg olymódon mutatkozik anizotropnak, hogy vízszintes irányban főleg a durvább, jobban vezető csíkokon keresztül történik az áramlás, függőleges irányban viszont a rosszabbul vezető rétegecskék ellenállása is szükségszerűen bekapcsolódik. Nagyobb vastagságú összletben látszólagos anizotrópiaként jelentkezik az a tényleges rétegezettség is, amelyet nem veszünk figyelembe a rétegsornak a számításokhoz szükséges sematizálása során, vagyis ha egy réteggé vonunk össze nem egészen azonos tulajdonságú szinteket. Tehát minél vastagabb rétegről van szó, várhatóan annál nagyobb anizotrópia tényező figyelembevételével lehet azt még egy rétegnek tekinteni. Meg kell jegyezni, hogy a leírt jelenségek a valóságban kissé bonyolultabban alakulnak, emiatt szemcsés rétegekben sem feltétlenül vízszintes a legnagyobb vízvezetőképességű sík, vagy az anizotrópia mértéke nem azonos minden pontban. Ezek hatása azonban a gyakorlatban jelentéktelen. Ugyancsak nincs jelentősége néhány más, elméleti jellegű tényező szabatos tárgyalásának sem. Ezért a dolgozat a továbbiakban csak a vízépítési műtárgyak szempontjából szükséges mélységig, bizonyos elhanyagolásokkal foglalkozik az anizotrópiával, illetve a vele kapcsolatos hidraulikai folyamatokkal. 3. Koordinátatransztorniáció az izotróp helyettesítő rendszer előállítására A hidraulikai összefüggések közül a folytonossági egyenlet (amely az anyagmegmaradás törvényét fejezi ki) anizotrop közegben is érvényes. Valamely sebességvektor három összetevőjére tehát most is áll: dv x dv v dv. -= 0 dx dy dz Ugyanezeket a sebességkomponenseket a hidraulikus gradiens segítségével is felírhatjuk. Általában a sebesség és a hidraulikus gradiens vektora nem párhuzamosak egymással az anizotrop térben, de igazolható, hogy mindig létezik három egymásra merőleges irány,- az ún. szivárgási főirányok, amelyekben a két mennyiség megfelelő vetületei egymással arányosak. Az arányossági 1. ábra. Koordinátatransz formáció z vagy x irányban Puc. 1. TpancipopMaifUH KOopduHam e nanpaenenue Vízügyi Tervező Vállalat, Budapest. Fig. 1. Transformation of the coordinates in the z or y directions
