Hidrológiai tájékoztató, 1992
1. szám, április - ÁLTALÁNOS VONATKOZÁSÚ CIKKEK - Dr. Völgyesi István: A talajvízszint szabályozása szivárgócsatornával
A talajvízszint szabályozása szivárgócsatornával" DR. VÖLGYESI ISTVÁN AQUARIUS Vízbeszerzési és Vízvédelmi Kft. Duzzasztott vízterek mentén gyakran épül szivárgócsatorna, hogy a környezetet a káros talajvízszint-emelkedésektől megvédjeA szivárgócsatorna eléri a fedőképződmények alatti vízvezető réteget, de nem harántolja azt teljes vastagságban, emiatt nem tudja összegyűjteni a duzzasztott térből induló összes szivárgó vizet. Egy bizonyos mennyiség átjut a csatorna alatt a védett területre, majd onnan párolgás révén távozik. Párolgás (evapotranszspiráció) hosszú távon csak úgy maradhat fenn, ha a korábban egyensúlyi helyzetben levő talajvízszint megemelkedik. Természetesen nem a háttér teljes területén, hanem csak egy viszonylag keskeny sávban. Kimutatható, hogy ez az emelkedés a szivárgócsatorna mentett oldalán végighúzódó talajvíz-gerinc formájában jelenik meg. A gerincet létrehozó áramlási mező az 1. ábrán látható. "i i ii ii i iiii' iM »ii i iiiiiititt[ u ii i' nt i'it n it n'tt ii itn it ( inifn'HHt(iff|iiiim»ii 1. ábra. Áramvonalak szivárgócsatorna környezetében Korábban ezzel a jelenséggel alig foglakoztak, sőt sokan ennek a talajvíz-gerincnek a létezését is tagadják arra hivatkozva, hogy a víz mindenképpen egy magasabb potenciálú helyről (ez a háttér eredeti talajvízszintje) az alacsonyabb potenciálú felé (ez a szivárgócsatorna vízszintje) áramlik, és eközben a potenciálesést kifejező talajvízszint csak süllyedhet. A vizsgált esetben azonban három különböző potenciálú hely kölcsönhatásáról van szó. Ezek közül legmagasabb a duzzasztott vízszint. Innen indulva két áramlási rendszer alakul ki két alacsonyabb potenciálú hely (a szivárgócsatorna és a háttér) felé. A szóbanforgó talajvízgerinc legmagasabb pontja éppen ennek a két rendszernek a határát jelöli ki. A hidraulika törvényeinek következetes alkalmazásával ez a vízszintemelkedés és a hozzá tartozó áramlási rendszer jól jellemezhető. Lehetőség nyílik tehát az emelkedés nagyságának meghatározására is, ennek birtokában pedig a gyakorlati következmények előrejelzésére. E célból az alábbiakban két számítási eljárást mutatunk be, mindkét esetben a töltésből és szivárgócsatornából álló védőrendszerre merőleges szelvényben, síkáramlásként vizsgálva a fent leírt jelenséget. 2. ábra. Duzzasztás és megcsapolás eredő nyomásgörbéjének szerkesztése A duzzasztás nyomásvonalának meghatározása a következő közelítések alkalmazásával történhet: - a valóságban görbevonalú szivárgást a fedőrétegben vízszintes, a vízvezetőben pedig függőleges vízmozgással helyettesítjük, így bármilyen útvonalon meghatározhatóvá válik a rétegek szivárgási ellenállása; - a koncentráltan jelentkező be- és kilépési ellenállásokat elhanyagoljuk; - azokon a szakaszokon, ahol a duzzusztás következtében a talajvíz a felszínre jut, a hidraulikai ellenállás mellett a mozgást létrehozó potenciálkülönbség is adott, tehát a mozgásban résztvevő vízmennyiség, illetve bármely pontban a felszínre lépő víz maradék nyomása is számítható; - abban a vonalban, ahol a megengedett talajvízszint éppen csak eléri a felszínt, a potenciális evapotranszpiráció értékének megfelelő mennyiségű víz távozik a talajból; - ettől távolabb egyre csökkenő mértékű párolgás alakul ki, olyan szélességben, hogy végül is a tározóból induló vízmennyiség egésze a felszínre jusson. Ha a nyomásvonalat ezen a szakaszon a zavartalan talajvízszinttől a felszínig emelkedő parabolával helyettesítjük, akkor a párologtató sáv szélessége és az itt távozó vízmennyiség is meghatározható. Az önmagában álló szivárgócsatorna nyomásvonalának számítására csak végtelen féltérben ad megoldást a hidraulikai szakirodalom. A gyakorlat számára viszont a csatorna által befolyásolt teret le kell határolni. Ez úgy történhet, hogy a csatorna felé süllyedő nyomásvonalat csak olyan távolságig vesszük figyelembe, ameddig az esése nagyobb, mint a küszöbgradiens. (A küszöbgradiens az a legkisebb hidraulikus esés, amelynél kisebb esés mellett már nem indul meg, illetve nem tartható fenn szivárgó vízmozgás.) Analitikus számítási módszer Lényege az, hogy előbb meghatátozzuk a duzzasztás nyomásvonalát úgy, mintha nem lenne szivárgócsatorna, majd egy vízszintes talajvízű területen létesített megcsapoló csatorna nyomásvonalát is, végül pedig a két nyomásvonalat összegezzük. Az eljárást vázlatosan a 2. ábra szemlélteti. Előadásként elhagzott az MHT Vlzépftöipari Szakosztályának 1990. szeptember 25-i előadóülésén. Numerikus megoldás Ebben az esetben a Boussinesq egyenletnek azon alakjából kell kiindulnunk, amelyikben a potenciálváltozásokon kívül az evapotranszspirációt képviselő tag is szerepel. Az egyenlet megoldására (a jelzett geometriai helyzetben) a véges differenciák módszere bizonyult célszerűnek. Ehhez a vizsgált szivárgási teret a koordinátairányokkal párhuzamosan vonalhálóval blokkokra kell osztani, a 3. ábra szerint. A modell blokkjai a fedő- és vízvezető rétegeket, a vízvezető rétegbe bevágódó folyómedret és szivárgócsatomát, illetve ezek vízszint30
