szivárgási vizsgálatok oszlopmodell kísérletekkel...

Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar

Hidrogeológiai – Mérnökgeológiai Intézeti Tanszék

Szivárgási vizsgálatok oszlopmodell kísérletekkel

Szakdolgozat

A dolgozatot készítette: Bernát Mária

Geokörnyezetmérnöki szakirány

Tanszéki konzulensek: Kompár László, tudományos segédmunkatárs

Dr. Kovács Balázs, egyetemi docens

Beadás dátuma: 2013. május 6.

Miskolc, 2013.

Eredetiségi Nyilatkozat

"Alulírott Bernát Mária, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója

büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom,

hogy ezt a szakdolgozatot meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem,

és a szakdolgozatban csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokat használtam fel.

Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más

forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem."

Miskolc, 2013. május 6.

...................................................

a hallgató aláírása

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés ...................................................................................................................... 1

2. Célkitűzés ...................................................................................................................... 2

3. Hidrológiai és hidrogeológiai viszonyok .......................................................................... 2

3.1. A vízkörforgás ........................................................................................................ 3

3.2. A vízháztartási egyenlet ......................................................................................... 4

3.3. Magyarország vízkészlete ...................................................................................... 5

3.3.1. Felszíni vizeink ............................................................................................... 6

3.3.2. Felszín alatti vizeink ........................................................................................ 6

4. Beszivárgás ................................................................................................................... 8

4.1. Beszivárgás fogalma és a beszivárgási kapacitás .................................................. 8

4.2. A beszivárgás fázisai .............................................................................................. 9

4.3. A beszivárgás és a csapadék kapcsolata ............................................................. 10

4.4. A beszivárgás meghatározása ............................................................................. 12

5. Szivárgáshidraulikai alapok .......................................................................................... 15

5.1. A felszín alatti vizek osztályozása a tározó réteg jellege és helyzete szerint ........ 15

5.2. A talajnedvesség és a beszivárgási folyamat jellemzése ...................................... 16

5.3. A felszín alatti vizek szivárgási tartományai .......................................................... 17

5.4. Darcy-féle szivárgás ............................................................................................. 20

6. Kifejlesztett laboratóriumi módszerek és eredményeik ................................................. 22

6.1. Talajvízmozgások bizonyítása talajoszlopokkal .................................................... 22

6.2. A csapadék hatása a beszivárgásra ..................................................................... 24

7. A vizsgálati anyagok kőzetfizikai paraméterei .............................................................. 26

7.1. Szemcseméret-eloszlás ....................................................................................... 26

7.1.1. Mérés menete ............................................................................................... 26

7.1.2. Eredmények értékelése és ábrázolása ......................................................... 27

7.2. Szivárgási tényező ............................................................................................... 30

7.2.1. Szivárgási tényező meghatározása .............................................................. 30

7.2.2. Laboratóriumi mérés menete és eredményei ................................................ 31

7.2.3. Szivárgási tényező meghatározása számítással és azok eredményei .......... 35

7.3. Kapilláris emelkedési magasság .......................................................................... 38

7.3.1. Mérés menete ............................................................................................... 40

7.3.2. Mérések eredményei .................................................................................... 41

7.4. Vízfelvevő képesség............................................................................................. 43

7.4.1. Mérés menete és eredménye ....................................................................... 43

7.5. Összegzés ........................................................................................................... 44

8. Az oszlopmodell és a mérőeszközök bemutatása ........................................................ 45

8.1. Az oszlopmodell leírása ........................................................................................ 45

8.2. A mérőeszközök működése .................................................................................. 46

9. Eredmények és következtetések .................................................................................. 48

9.1. Az 1. számú minta alulról telítése ......................................................................... 48

9.2. A 2. számú minta alulról telítése ........................................................................... 51

9.3. Az 1. számú minta felülről telítése ........................................................................ 54

9.4. A 2. számú minta felülről telítése .......................................................................... 57

9.5. Összegzés ........................................................................................................... 59

10. Javaslattétel ................................................................................................................. 60

11. Összefoglalás .............................................................................................................. 61

12. Summary ..................................................................................................................... 62

13. Köszönetnyilvánítás ..................................................................................................... 64

14. Irodalomjegyzék ........................................................................................................... 65

15. Ábra- és táblázatjegyzék .............................................................................................. 67

1

Szivárgási vizsgálatok oszlopmodell kísérletekkel

1. Bevezetés

Napjaink egyik legjelentősebb problémája a globális felmelegedés következményeként

jelentkező éghajlatváltozás. Számos tudós és kutató foglalkozott már a felmelegedést

kiváltó okokkal, miszerint okozhatja a Nap erőteljes mágneses sugárzása, a bolygók

állása, a kontinensek helyzete, mégis a kutatások legelfogadottabb és köztudott

eredménye, hogy az emberiség idézte elő. Az ipari forradalom óta a légkörbe kibocsátott

káros gázok mennyisége erőteljesen felgyorsította a felmelegedési folyamatot, így az

éghajlatváltozás olyan sebességgel zajlik, amire az elmúlt 120 ezer évben nem volt példa.

Az éghajlatváltozás következményeként megváltozik a jellemző időjárás. Évről évre

megdőlnek a hőmérsékleti rekordok, emellett egyre gyakrabban pusztítanak heves

viharok, a hurrikánok tartósabbakká, intenzívebbekké válnak. Erős olvadásnak indult az

északi és a déli sarkvidék, valamint a magashegységek gleccserei. Ez által az óceánok

vízszintje megemelkedik, valamint az ottani élővilág visszafordíthatatlanul károsodik vagy

elpusztul. Megváltozik a környezet, eltolódnak az éghajlati övek, mely szintén komoly

hatással van az élővilágra.

Azonban az éghajlatváltozás nem csak a hőmérséklet változását jelenti. A csapadék

eloszlása és intenzitása átalakul. Egyes területeken csökken a mennyisége, melynek

következményeként a sivatagos területek tovább nőnek és növekszik az ivóvízhiány, míg

máshol nagymértékben nő a csapadékmennyiség, ahol a kialakuló árvizek miatt emberek

élete kerül veszélybe, a víz szántóföldeket áraszt el, ezzel tönkretéve a termőterületeket.

[1]

Magyarországon is nő az évi földfelszíni átlaghőmérséklet és a csapadék kismértékű

csökkenését is megfigyelték. Ez tavasszal nagyobb, télen kisebb mértékű csökkenést

jelent. A csapadék időbeli eloszlása egyenetlenné vált, így jelentősen megnövekedett a

szélsőséges időjárási jelenségek gyakorisága, intenzitása. Az éghajlat változása

alapvetően befolyásolja a vízrajzi viszonyok alakulását. Az egyenetlen időbeli

csapadékeloszlás hatására változik vízkészleteink utánpótlódása is, így hazánk

legveszélyeztetettebb tényezőivé váltak a mezőgazdasági területek és a hidrológiai

rendszerek. [2]

2

2012-ben egy pályázati program során a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi

Karának Környezetgazdálkodási Intézete elnyerte a Társadalmi Megújulás Operatív

Program támogatását. Ennek keretein belül jött létre a Kútfő Projekt (TÁMOP-4.2.2.A-

11/1/KONV-2012-0049), amely a felszín alatti vizekhez kapcsolódó kutatási és fejlesztési

modulsorozat. A projekt 5 modulból áll, az utolsó modul a szélsőséges időjárási viszonyok

felszín alatti vizeink utánpótlódására és a vízkörforgalomra gyakorolt hatásával

foglalkozik. A 3 évre tervezett Kútfő Projektbe 2012-ben kapcsolódtam be. Feladatom a

beszivárgás vizsgálata laboratóriumban végzett oszlopmodell kísérletek segítségével,

valamint az eredmények feldolgozása és értelmezése. A kutatómunka során végzett

vizsgálatok Kompár László tudományos segédmunkatárs vezetésével történnek.

2. Célkitűzés

Szakdolgozatom elkészítése azt a célt szolgálja, hogy bebizonyítsam az oszlopmodell

kísérletek alkalmasak-e a szélsőséges időjárási viszonyok szimulálására, valamint a

közben kialakuló szivárgási folyamatok vizsgálatára. A szivárgási vizsgálatokat két ismert

paraméterű mintán végzem el. A kísérlet során homogén, porózus rendszert állítok fel,

majd alulról, illetve felülről történő telítés folyamatát vizsgálom, miként alakul a

nedvességfront előrehaladása a két különböző telítési eljárás alatt. Munkám során

összehasonlítom a két különböző szemcseméretű minta tulajdonságait, valamint

összegzésül szemléltető ábrákat készítek a szivárgás alakulásáról. A jövőben szeretném

a laboratóriumi kísérletek során kapott eredményeket számítógépes szimulációkkal

összehasonlítani, valamint kidolgozni, miként alkalmazhatnánk a mérőműszereket egy

esetleges terepi méréssorozat esetén.

3. Hidrológiai és hidrogeológiai viszonyok

Hazánkban speciális hidrológiai és hidrogeológiai viszonyok uralkodnak. Jelenleg a

kontinentális éghajlat az uralkodó, de a Dunántúl nyugati területein a nyugati óceáni, a

Dél-Dunántúlon a déli mediterráni, az Alföld középső és keleti részein a keleti száraz

kontinentális hatások is érződnek. Ugyanazon naptári évben, ugyanazon területen árvíz,

belvíz és aszály is előfordulhat. Ezen időszakok váltakozása az éghajlatunk miatt

jelentkezik, a csapadék, a párolgás és a hőmérséklet a legfontosabb befolyásoló tényezői.

[3]

3

3.1. A vízkörforgás

A vízkörforgás a víz halmazállapotának és helyének változásával együtt járó

mozgássorozat, mely egy adott megjelenési formából indul ki és e formába tér vissza. A

víz a Nap sugárzási energiájának hatására állandó mozgásban van. A folyamat során a

Föld légköre és felszíne, illetve a felszíni és a felszín alatti vizek kapcsolatba kerülnek

egymással, összekötve a változatos formában megjelenő vizeket, így alkotva egységes,

zárt hidroszférát. A hidrológiai körforgás lehetővé teszi, hogy Földünk édesvízkészletének

mintegy 1%-a folyamatosan megújuljon. [4]

1. ábra: Vízkörforgás

Forrás: Waterfacts alapján a szerző saját szerkesztése

A felhőképződés után a csapadék eső vagy hó formájában lehull. Egy része el sem jut a

felszínig, mert út közben elpárolog vagy felfogja a növényzet (intercepció), mely később

szintén a légkörbe párolog. A felszínig eljutó csapadék egy része összegyűlik a

mélyedésekben, majd elpárolog, a felszín alá szivárog vagy a felszín lejtését követve

lefolyik. Esőzés után szinte azonnal megindul a beszivárgás és a lefolyás, viszont a hó

csak az olvadás után kapcsolódik be a vízmozgásba. A lefolyó vizek folyók medrében

folytatják útjukat, majd tavakba, tengerekbe, óceánokba jutnak, ahol újrakezdődik a

párolgás. A beszivárgó víz egy részét a talaj felső rétege visszatartja, ez közvetlenül a

4

talajból elpárolog (evaporáció) vagy a növényzet párologtatja el (transzspiráció). A felszín

és a növényzet párologtatását együttesen evapotranszspirációnak nevezzük. A talajba

beszivárgó csapadék másik része – mikor a felszín közeli talajréteg telítődik – leszivárog

a mélyebb rétegekbe, majd eléri a talajvíz szintjét. A talajvízig elért beszivárgás egy része

a kapilláris emelkedés révén visszajut a talaj felsőbb rétegeibe, ahonnan párolgás által

képes ismét visszatérni a légkörbe. Más része a talajvízzel együtt mozog, majd források

formájában kilép a felszínre vagy állóvizek, vízfolyások medrébe szivárog, majd szintén

párolgásnak indul. [5]

3.2. A vízháztartási egyenlet

Az előzőek és az 1. ábra szerint a víz folyamatos körforgásban van. Folyamatát a

legegyszerűbb módon a vízháztartási egyenlettel tudjuk leírni:

CS=B+P+L±∆T

ahol: CS: csapadék [mm/év]

B: beszivárgás [mm/év]

P: párolgás [mm/év]

L: lefolyás [mm/év]

∆T: a telítetlen zóna víztartalmának változása

Az egyenlet legfőbb elemei a csapadék, a beszivárgás, a párolgás, a lefolyás, valamint a

telítetlen zóna víztartalmának változása. [4]

Csapadék:

A csapadékvíz a levegő páratartalmából egyes fizikai állapothatározók változásának

hatására keletkezik. A páradús levegő felemelkedése és lehűlése az alapvető oka a

csapadékképződésnek. A felemelkedést erős felmelegedés (főként trópusi területeken), a

magashegységekben a morfológiai hatások, a mérsékelt égövben és a síkvidéki

területeken az időjárási frontok, ciklonok idézhetik elő. A lehűlést viszont az adiabatikus

állapotváltozás váltja ki. A csapadék az egyik legfontosabb időjárási tényező, mely

alapvető meghatározója egy terület éghajlatának. A csapadékokat 2 nagy csoportba

sorolhatjuk, miszerint léteznek mikrocsapadékok (harmat, dér, zúzmara) és

makrocsapadékok (jég, hó, eső, havaseső), valamint a cseppátmérő szerint is

osztályozhatjuk. Ha a cseppátmérő kisebb, mint 0,5 mm, akkor permetező esőről,

ködszitálásról beszélünk, amennyiben a cseppátmérő 0,5 és 1,0 mm közötti csendes

esőzésnek nevezzük. Esőről akkor beszélünk, ha a cseppátmérő 1,0 és 5,0 mm közötti.

5

Párolgás (evaporáció) és a párologtatás (transzspiráció):

A víz a napsugárzás hatására, forráspont alatti hőmérsékleten gőz, pára formájában a

légkörbe távozik. A evaporáció a Föld felszínéről, a talajból, a felszíni vizek és a

növényzet felületéről történő passzív párolgást foglalja magába. A transzspiráció az

élőlények, elsősorban a növényzet aktív vízleadását jelenti, amely sztómákon, kutikulán,

rügyeken és egyéb reproduktív struktúrákon keresztül történik.

Evapotranszspiráció:

A passzív párolgás és az aktív párologtatás együttes megfogalmazása. Tehát az

evapotranszspiráció megadja a növényzet aktív vízleadásának és a felszín, a talaj, a

felszíni vizek és a növénytakaró felületéről történő passzív párolgás együttes értékét.

Lefolyás:

A lefolyás abban az esetben alakul ki, mikor a csapadék intenzitása meghaladja a

szivárgás sebességét és a talaj bizonyos mértékű beszivárgás után már nem képes több

vizet befogadni, így az a terepszint lejtését követve lefolyik a felszínen. Eredménye az

összegyülekezés, amely során a csapadék lefolyó hányada egy folyómederbe kerül,

jellegét a domborzat határozza meg. [6]

Beszivárgás (Infiltráció):

A beszivárgás folyamata során a felszínre hullott csapadék a felszín alá szivárog. A

beszivárgás a vízháztartási egyenlet térben és időben legjobban változó, valamint

legnehezebben meghatározható tagja. (4. fejezet)

3.3. Magyarország vízkészlete

A Föld vízkészletének 97%-a tengervíz, 3%-a édesvíz. Az édesvíz 78%-a sarki

jégsapkákban tározódik, így a hozzáférhető édesvízkészlet mindössze 0,66%-a a Föld

vízkészletének. Magyarország vízkészlete a felszínre hulló csapadék, a felszíni

vízfolyásokon keresztül az országba belépő vízmennyiség, valamint a felszín alatt

rendelkezésre álló készletek összege. Hazánk területére hulló csapadék sok éves átlag

alapján 600 mm, ami kb. 58 km3 vizet jelent. Ennek nagy része, azaz 52 km3 elpárolog.

Az országba belépő vízfolyásaink vízszállítása évente kb. 114 km3, az országot elhagyó

vízfolyások pedig 120 km3 vizet foglalnak magukba. [3]

6

2. ábra: Hazánk térszíni vízforgalma

Forrás: Bodnár L. – Fodor I. – Lechmann A. (2006.): A természet- és környezetvédelem

alapja (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2006.) 225. o.

3.3.1. Felszíni vizeink

A felszíni vizek források, patakok, folyók és tavak formájában jelenik meg hazánkban. A

felszíni vizet legfőképpen a csapadék táplálja, de növeli a mennyiségét a források és a

földalatti vizek hozzááramlása is. Alvízi ország lévén vízfolyásaink 96%-a külföldről

érkezik (kivéve: Zala, Zagyva-Tarna, Kapos), de csak 3 folyó útján, a Duna, a Tisza és a

Dráva által távoznak. Felszíni vizeink összesen közel 120 km3 méretűek, ezekből

mindössze 17%-ot tudunk hasznosítani. [7]

3.3.2. Felszín alatti vizeink

A felszín alatti vizek a földkéreg kőzeteinek pórusaiban, hasadékaiban, üregeiben és

járataiban található víz. Egy része természetes állapotában is mozgásban van és csak

időszakosan tározódik a felszín alatt, ezt aktív felszín alatti vízkészletnek nevezzük. Másik

része rétegekbe zárt, természetes állapotában nem áramlik, csak mesterséges

beavatkozás hatására jut a felszínre, ez a passzív felszín alatti vízkészlet. A két típus

között nincs éles határ, mert a tározódott víz is bekapcsolódhat a mozgásba, míg a

mozgó víz egy része is tározódhat. [15]

Magyarország medencejellege és földtani felépítése következtében felszín alatti vizekben

különösen gazdag és ezen víztestek 43%-át hasznosítjuk is. A felszín alatti vízkészleteink

7

adják az ivóvízellátás 96%-át. Ezen víztestek kb. 3000 km3 méretűek. Összesen 185 db

felszín alatti víztest található hazánkban, bár ebből 96 db határral osztott, melyből 40 db

hivatalosan is elismert, ezért nagyon fontos, hogy vízkészleteink vízminőségéért

szomszédos országainkkal közösen kell felelnünk. [8]

A felszín alatti vizeket többféle szempontból csoportosíthatjuk. A magyar szakirodalomban

kialakult szóhasználat szerint megkülönböztethetünk talajvizeket, rétegvizeket,

karsztvizeket és parti szűrésű vizeket.

Talajvíz:

A felszín alatti vízkészletnek az a része, amely az első vízzáró réteg fölött helyezkedik el.

Eredetét tekintve származhat a felszínről beszivárgott csapadékvízből vagy a felszíni

vizek vízáteresztő rétegében tovahaladó részéből, amely a gravitáció miatt mindaddig

halad lefelé, amíg vízzáró réteghez nem ér. A talajvíz a legérzékenyebb felszín alatti

vízbázis, mind az időjárási viszonyok tekintetében és a szennyezőanyagok szempontjából

is. Vízminőségi okok miatt számos talajvízbázis nem hasznosítható ivóvízként.

Rétegvíz:

A két vízzáró réteg között elhelyezkedő vizeket rétegvíznek nevezzük. 20 m-től akár több

kilométerig terjedő mélységben is előfordulhatnak. A rétegvíz többnyire teljesen kitölti a

víztartó kőzet pórusait. A szennyezőanyagokra és az időjárás hatásaira legkevésbé

érzékeny vízbázis, ennek ellenére a rétegvíz minősége szennyezés nélkül sem minden

esetben felel meg az ivóvízellátás feltételeinek. A legjellemzőbb vízminőség rontó

összetevők a metán, a mangán, a vas, az arzén és az ammónia.

A rétegvizeket több szempont alapján csoportosíthatjuk. Hőfok szerint lehetnek hideg és

termális vizek, azaz hévizek. A kettő közötti határ a felszínen 30°C körüli érték. Összetétel

szerint lehet egyszerű víz, ásványvíz és gyógyvíz. A rétegvíz nyomásának a terepszinthez

viszonyított helyzete alapján megkülönböztethetünk negatív és pozitív (artézi)

rétegvizeket. A vízkészlet megújulása szerint lehetnek utánpótlódással rendelkező,

kismértékű és korlátozott utánpótlódással rendelkező rétegvizek.

Karsztvíz:

A talaj karsztosodott kőzet rétegei között helyezkedik el a karsztvíz. Két fő típusát

különböztethetjük meg. Mikor a csapadék és a felszíni vizek közvetlen kapcsolatban

állnak a karsztvízzel, nyílt karsztvízről beszélünk. Ebben az esetben a fedő kőzet nem

vízzáró, így lehetővé teszi a beszivárgást. Fedett karsztvíz esetében a fedő kőzetek

vízzáróak, így meggátolják a csapadék és a felszíni vizek karsztvízbázisba történő

8

bejutását. A nyílt karsztos területeken a felszíni szennyezések szinte akadálytalanul

juthatnak a karsztvízbe, ezért rendkívül érzékeny vízbázisnak tekinthetjük. A karsztvíz

vas, mangán és ammónium értékei egy nagyságrenddel kisebbek, mint más

víztípusoknál, azonban néhány helyen kiugróan magas a nitrát koncentráció, ami a

felszíni eredetű szennyezésre utal. A hideg karsztvizek minősége megfelel az

ivóvízellátásra, viszont a magas kalciumhidrogén-karbonát miatt nagy keménységűek. A

mélykarsztok vizének kémiai összetétele állandó, ellenben a leszálló karszt vizével,

melynek minősége jelentős eltéréseket mutathat.

Parti szűrésű víz:

A parti szűrésű vízbázisok, olyan vízkivételi rendszer kiépítését teszik lehetővé, mely

felszíni vízfolyás vagy állóvíz közelében (10-30 m) települt és a kitermelt víz több mint

50%-a a felszíni vízből származik. Hazánk legjelentősebb parti szűrésű vízkészletei a

Duna, az Ipoly, a Sajó, a Hernád, a Dráva és a Rába mellett találhatóak. Minőségét a

felszíni víz minősége, a szűrőrétegben lejátszódó folyamatok és a háttér irányából érkező

víz minősége határozza meg. Általában ezeket a vizeket magas vas- és mangántartalom

jellemzi. [9]

Természetes állapotban a felszín alatti vízkészleteink utánpótlódása történhet a felszíni

vízfolyásból, állóvízből és a csapadékból történő beszivárgással, valamint más rétegekből

történő hozzáfolyással. Mesterséges úton történhet öntözéssel, csatornából történő

hozzáfolyással, valamint visszatáplálással.

4. Beszivárgás (Infiltráció)

4.1. Beszivárgás fogalma és a beszivárgási kapacitás

Beszivárgásnak nevezzük azt a folyamatot, miszerint a víz a felszínről a felszín alatti

rétegekbe mozog. A beszivárgás a vízháztartási egyenlet térben és időben legjobban

változó és egyben legnehezebben meghatározható tagja. Mértékegysége: mm/év. [10]

9

A beszivárgást több tényező is befolyásolja:

a csapadék intenzitása

a csapadék időtartama

az évszakok: hőmérséklet, párolgás, nyomás

a talaj tulajdonságai: áteresztőképessége, víztartalma, hőmérséklete, párolgása

a növényborítottság

a területhasználat

A beszivárgás mértékét a beszivárgási kapacitással (R. E. Horton, 1945.) határozzuk

meg. Horton így fogalmazta meg a beszivárgási kapacitást: „A beszivárgási kapacitás a

nedvességnek az a maximális összege, amelyet az adott állapotban a kőzet el tud nyelni

a lehulló csapadékból.” Más néven beszivárgási intenzitásnak vagy beszivárgási

sebességnek is nevezhetjük. A beszivárgás intenzitása egységnyi idő alatt beszivárgott

csapadék mennyiségét jelenti. Értéke egy kezdeti maximális értékről exponenciálisan

csökken az idővel egy konstans értékig. A tényleges beszivárgási sebesség mindig

kisebb, mint a beszivárgási kapacitás, kivéve mikor a csapadékintenzitás meghaladja a

beszivárgási kapacitást. Mértékegysége: mm/s. [10]

4.2. A beszivárgás fázisai

A beszivárgás folyamatát 3 fázisra oszthatjuk:

1. fázis: Felületi beázás

A víz összegyülekezik a felszíni egyenlőtlenségekben és a növényzet felületén, levelein.

Ez a felületi akkumuláció. Az esőzés intenzitásától függően ez a szakasz akár 30 percig

vagy tovább is eltarthat. Hazánk csapadékviszonyai alapján megállapították, hogy nagy

csapadékok esetén a legjobb vízvezető képességű homokokon is létrejöhetnek felületi

vizek és elfolyás. Így az első fázisban összegyűlt csapadékvíz a 2. fázisban pár cm-es

nyomás alatt préseli a vizet a rétegbe. Ezen fázisban lejátszódó folyamatok mérésére

még nincs analitikai módszer.

2. fázis: Gravitációs beszivárgás és beszivárgás a kapilláris járatokba

A gravitációs beszivárgás során a csapadékvíz bejut a nagy pórusokba, repedésekbe és

gyökérjáratokba, majd ezután beszivárog a kapilláris járatokba. Eleinte a víz

folyamatosan, állandó sebességgel szivárog alább a pórusokban, majd ebből indul meg a

10

finomabb pórusok felé az oldalirányú kapilláris szivárgás. A gravitációs vizet addig

csapolják a kapillárisok, míg teljesen nem telítődnek vízzel.

3. fázis: Beszivárgás a réteg teljes telítődése esetén

A réteg teljesen telítődik, majd a beszivárgás minimumra csökken, lassan megállapodik

és gyakorlatilag egy állandó értéket vesz fel. [11]

4.3. A beszivárgás és a csapadék kapcsolata

A beszivárgás első akkumulációs fázisa után, mikor minden leeső csapadékot elnyel a

terület, az eső első perceiben igen nagy intenzitású a beszivárgás a nagyobb pórusokba

és a vízmentes kapillárisokba. K. G. Reinchardt és R. E. Taylor (1940) kísérletekkel

megállapították, hogy a beszivárgás néhány percig egyenletes, tehát a réteg minden

felszínre érkező csapadékot elnyel, majd megindul az elfolyás és így a beszivárgás

mértéke csökken. A beszivárgási görbe nedves és száraz rétegben ugyanúgy alakul, csak

az elfolyás kezdetében tér el. [12]

3. ábra: A beszivárgás alakulása az évszak függvényében

Forrás: Juhász J. (2002.): Hidrogeológia (Akadémiai Kiadó, Budapest, 2002.) 460. o.

A 3. ábrán látható, hogy télen, a nedves rétegek esetében hamarabb elkezdődik az

elfolyás, mert a nedves talajba kevesebb víz tud beszivárogni. A pórusok telítődése és a

pórusokba zárt levegő ellenállása miatt gyorsan és nagymértékben csökkenni kezd a

beszivárgási intenzitás. A csökkenő intenzitású beszivárgás egy állandó, fc értékhez

közelít, amit a 4. ábra szemléltet. [12]

11

4. ábra: Intenzitásgörbe


R. E. Horton (1945) megállapítása szerint ez az állandó fc érték akkor sem változik, ha

növeljük az eső időtartamát. [12]

Az alábbi 5. ábrán látható, hogy amíg az (1) csapadékgörbe a (2) beszivárgási görbe alatt

halad, addig minden csapadékot képes elnyelni a kőzet. A két görbe metszéspontjától

jobbra megindul az elfolyás és addig tart, amíg a két görbe újra metszi egymást. Ettől a

ponttól kezdve az esőzés végéig ismét minden csapadékot elnyel a felszín. [12]

5. ábra: A csapadék (1) és a beszivárgás (2) időbeli kapcsolata


12

Az azonos mennyiségű, de különböző intenzitású csapadékok máshogyan jelentkeznek a

felszín alatti vízkészletek utánpótlódásában. Azonos körülmények között a nagyobb

intenzitású csapadékok kisebb utánpótlódási mennyiséget eredményeznek a

vízkészletnek, mint a kis intenzitású csapadékok. Ezt szemlélteti a 6. ábra. [12]

6. ábra: Különböző intenzitású csapadékok hatása a beszivárgásra

1 – intenzív csapadék, 2 – csendes eső, 3 – beszivárgási görbe


4.4. A beszivárgás meghatározása

A beszivárgás bonyolult folyamatának meghatározására terepen már rengeteg kísérletet

végeztek, valamint a kísérleti eredmények alapján megannyi összefüggést állapítottak

meg. Ezeket számos kutató dolgozta fel és alkotott egyenleteket a vizsgálatok alapján.

A beszivárgás terepi meghatározását több módon is elvégezhetjük. Az egyik

legelterjedtebb a parcellamódszer. Ebben az esetben fém- vagy fakerettel körülhatárolt

parcellára vizet öntenek, majd a vízszint csökkenéséből határozzák meg az időegység

alatt beszivárgó vízmennyiséget. A megfigyelés történhet úgy is, hogy bizonyos

vízmagasságot tartanak a parcellán és a vízmagasság fenntartásához szükséges

vízmennyiséget regisztrálják. A módszer hátránya, hogy oldalirányú elszivárgás is

jelentkezik, ami miatt magasabb beszivárgási értéket mérünk a ténylegesnél. További

hibája, hogy a beszivárgás nem természetes viszonyok között történik. Utóbbi

kiküszöbölésére az árasztás helyett mesterséges esőztetést alkalmaznak, viszont itt is

fenn áll az oldalirányú elszivárgás lehetősége. [12]

13

7. ábra: Árasztott parcella


A természetes csapadék alapján történő vizsgálatot elkülönített vízgyűjtőn végzik. Ez a

módszer számos hibát kiküszöböl, viszont újabbakat rejt magában. A legnagyobb

probléma, hogy csak átlagos viszonyokat lehet vizsgálni, a vízgyűjtő helyi

egyenetlenségei nem mutatkoznak meg. [12]

Beszivárgást mérhetünk a terepen liziméterek segítségével is. Eredetileg a növényzet

párologtatásának meghatározására tervezték. A liziméterek henger alakú edények,

melyekben a környezővel megegyező talajt helyeznek el és felületét különböző

növényzettel vetik be, majd a földbe süllyesztik. A párolgási veszteséget meghatározása

súlymérésen alapszik. Egy helyen általában 10 vagy több lizimétert helyeznek el, melyek

közül egyet a csupasz felszín párolgásának tartanak fent. A kompenzációs lizimétert -

amely képes egy előre beállított állandó talajvízszintet tartani a mérőedény belsejében,

ezáltal biztosítva a növényzet vízellátásának korlátlan utánpótlódását -, hazánkban

fejlesztették ki, ami nem csak a párologtatás, de a beszivárgás mérésére is alkalmas

berendezés. [13]

14

8. ábra: Kompenzációs liziméter

1 – beépített nukleáris cső talajnedvességméréshez, 2 – liziméter tartály,

3 – homogén talaj, 4 – szűrőkavics, 5 – összekötő cső, 6 – vízszinttartó és mérő tartály,

7 – párolgásmérő, 8 – állandó talajvízállás ellenőrzése, 9 – beszivárgás mérése

Forrás: Almássy E. (1977.): Hidrológia – hidrográfia (Tankönyvkiadó, Budapest, 1977.) 77. o.

A beszivárgás mérését terepen infiltrométerekkel is végezhetjük. Ezek egy vagy két

gyűrűből álló berendezések, melyekhez egy mérőeszköz kapcsolódik, amivel

meghatározzák a talajba szivárgó víz mennyiségét, miközben az eltelt időt is regisztrálják.

[12]

9. ábra: Kettős falú infiltrométer


A beszivárgás értékét meghatározhatjuk a 3.2. fejezetben bemutatott vízháztartási

egyenlet alapján - amennyiben ismerjük a csapadék mennyiségét, a párolgás és az

elfolyás mértékét -, továbbá tapasztalati összefüggések és számítógépes szimulációk

15

segítségével is. A számítógépes modellezések során számos gyakorlatban megjelenő

hibát ki tudunk küszöbölni.

Laboratóriumi vizsgálatokat már a 19. sz. végén is végeztek a beszivárgás

meghatározására. Legtöbb esetben a talajnedvességet és a nedvességtartalmat

határozzák meg és figyelik ezek változását. A módszerek fejlesztése és új módszerek

kifejlesztése még ma is folyamatban van, hogy a különböző feltételeknek és

követelményeknek eleget tegyenek, valamint olcsóbb és pontosabb módok szülessenek.

Laboratóriumban történő beszivárgás meghatározására leginkább oszlopmodelleken

végzett kísérletek terjedtek el. A Darcy-törvény mind közül a legismertebb és egyben az

egyik legrégebbi oszlopkísérletet írja le, mely a felszín alatti vizek szivárgásának

sebességével foglalkozik. [14]

5. Szivárgáshidraulikai alapok

5.1. A felszín alatti vizek osztályozása a tározó réteg jellege és helyzete szerint

A felszín alatti vizeket többféle szempont alapján csoportosíthatjuk. A magyar

szakirodalomban kialakult rendszerezés (3.3.2. fejezet) mellett az alapvető osztályozási

módszer egy olyan kettős rendszer, amely a tározó réteg jellegét és a helyzetét veszi

figyelembe. A réteg jellege szerint megkülönböztethetünk laza üledékes és szilárd

kőzetekben tározódó vizeket. Előbbit szemcsés (homok, kavics, lösz) és kötött (agyag,

iszap, tőzeg) rétegek vizére, utóbbit pedig karsztosodó (mészkő, dolomit, márga) és nem

karsztosodó (eruptív) kőzetek vizére oszthatjuk. A tározó rétegek fajtája elsősorban a

kialakuló vízmozgás jellegét befolyásolja. A réteg helyzete szerint megkülönböztethetünk

felszín közeli felszín alatti vizeket, melyek közvetlen kapcsolatba kerülhetnek a felszíni

hidrológiai jelenségekkel, valamint mélységi vizeket. Fontos megemlíteni a kétfázisú zóna

(szilárd fázis és pórusteret, hasadékokat, járatokat teljesen kitöltő víztér alkotja) felett

elhelyezkedő vízkészletet, amelyben a szilárd fázis által ki nem töltött térrészben levegő

és tapadóerővel kötött víz található. Ezt a háromfázisú zónát másképpen

talajnedvességnek, illetve szilárd kőzetekben kőzetnedvességnek nevezzük. [15]

16

1. táblázat: A felszín alatti vízfajták osztályozása a víztartó rétegek jellege és helyzete

szerint

A víztartó réteg Laza üledékes kőzet Szilárd kőzet

jellege helyzete

Szemcsés üledék Kötött üledék Karsztosodó

kőzet Egyéb kőzet

A felszín alatti víz összefüggő felszíne feletti

rétegek

talajnedvesség kőzetnedvesség

Felszín közeli rétegek

talajvíz

nyílt karszt

gravitációs víz nagyrészt kötött

víz

hasadékvíz Mélységi

rétegek

rétegvíz

mélykarszt

vízvezető, csak

kismértékben

összenyomódó

rétegben

víztároló, csak

korlátozottan

vízvezető, erősen

összenyomódó

rétegben

Forrás: Kovács Gy. (1972.): A szivárgás hidraulikája (Akadémiai Kiadó, Budapest, 1972.) 21. o.

5.2. A talajnedvesség és a beszivárgási folyamat jellemzése

A talajnedvességet általában csak a laza üledékek esetében vizsgáljuk. A

talajnedvességet a szemcse és a folyadék határfelületén kialakuló tapadóerő tartja meg,

amely a molekulák közötti vonzás hatására jön létre. Ezen erő hatására alakul ki a

szemcséket körülvevő hidrátburok, melyet két rétegre oszthatunk. A belső az erősen

kötött higroszkópos víz vagy más néven adszorbeált burok. Ezt a réteget még a növények

gyökerének szívóereje sem képes felvenni. A külső réteg lazán kötött hártyavíz vagy

vízfilm, ugyanis a szemcsétől távolodva csökken a tapadóerő. Ahol a két szemcse

hidrátburka találkozik, a tapadóerők összegződnek és a lazán kötött rétegen kívül is

fenntartják a vizet a gravitációs erővel szemben, ezt nevezzük pórusszöglet víznek.

Kapilláris hézagokról beszélünk, ha az összegződő tapadóerők hatása a teljes térre

kiterjed. A hézagtérnek azt a részét, amelyben a tapadóerők már nem képesek megtartani

a vizet a gravitációs erővel szemben, gravitációs térnek nevezzük. Kapilláris hártya

alakulhat ki a hézagokban, amely visszatarthatja a felülről lefelé szivárgó vizet, ez a függő

kapilláris víz. [15]

17

10. ábra: Talajnedvesség formái háromfázisú rétegben

Forrás: Kovács Gy. (1972.): A szivárgás hidraulikája (Akadémiai Kiadó, Budapest, 1972.) 22. o.

Ez alatt a talaj gyakran háromfázisú, azaz nincs teljesen vízzel telítve, ezért a

feszültségkülönbségek miatt a labilis állapotból egyensúlyra törekszik, így lassú lefelé

áramlás alakul ki. Az erősen kötött talajok nem tartalmaznak gravitációs hézagokat, ezért

ezekben a talajokban a lassú beszivárgási folyamat a jellemző. Durvaszemcsés

rétegekben nem alakul ki kapilláris hártya, így ebben az esetben a beszivárgás

lényegesen gyorsabb. A függő kapilláris zónák ellentettje a kapilláris tartomány, amely a

talajvíz felszínéhez csatlakozik és vízutánpótlását a talajvízből nyeri. [15]

5.3. A felszín alatti vizek szivárgási tartományai

A szivárgó vízmozgást a mozgást létrehozó erők szerint osztályozzuk, melynek alapja,

hogy a szivárgási tartományokat a domináns és elhanyagolható fékező erők szerint

határozzuk meg. Ezek alapján a felszín alatti vizeket a víz áramlása szerint 5 szivárgási

tartományba sorolhatjuk. Abban az esetben, ha a fékező erők közül csak a

tehetetlenséget vesszük figyelembe, turbulens áramlásról beszélünk. Amennyiben a

tehetetlenség mellett a súrlódással is számolni kell, akkor átmeneti szivárgási

tartományról beszélhetünk. Lamináris - Darcy-féle - szivárgás esetén csak a súrlódást

tekintjük fékezőerőnek, míg a mikroszivárgás esetén emellett szerepet kapnak a

molekuláris erőhatások is. [12] [15]

18

1. Tiszta turbulens szivárgási tartomány

A vízrétegek áramlási sebessége (kinematikus energiája) meghaladja a vízrétegek közötti

súrlódási ellenállást, azaz a rétegek egymáshoz képest kavargó, örvénylő áramlást

végeznek. Jellemzően a karsztos kőzetek nagyobb repedésrendszerében és jelentős

esésgradiens esetében beszélhetünk turbulens áramlásról.

2. Átmeneti szivárgási tartomány

A gravitációs erők és a tehetetlenség mellett egyre fontosabb szerepet kap a súrlódási

erő. Főként talajvizek, karsztvizek esetében, kiváló vagy jó vízvezető kőzetek esetében

alakul ki ez a szivárgási forma.

3. Lamináris szivárgási tartomány

A vízrétegek áramlási sebessége (kinematikus energiája) kisebb, mint a vízrétegek közötti

súrlódási ellenállás, azaz a rétegek egymáshoz képest párhuzamosan áramlanak.

Elsősorban a talajvizek és parti szűrésű vizek esetén beszélünk lamináris áramlásról.

4. Mikroszivárgási tartomány

A mikroszivárgási tartomány ott határolható el, ahol az aktív keresztmetszet állandóvá

válik. Ebben az esetben az aktív keresztmetszet a szabad hézagtérfogat összessége egy

szelvényben, melyben a víz közlekedik. Mikroszivárgási tartomány leginkább a

rétegvizekre jellemző.

5. Szivárgás nélküli tartomány

Gyakorlatilag vízzáró kőzetek esetében beszélhetünk szivárgás nélküli tartományról.

[8] [12] [15]

A különböző szivárgási tartományokat dimenzió nélküli számokkal jellemezhetjük. A

turbulens áramlás esetén a Froude-féle számot alkalmazzuk, melyet a fellépő gyorsító és

fékezőerő hányadosaként kapunk. Az átmeneti tartomány határait a tehetetlenség és

súrlódás hányadosával állapíthatjuk meg, ez a Reynolds-szám. Szivárgási számításokhoz

a Reynolds-szám meghatározására mértékadó hossznak a hatékony szemcseátmérőt,

míg sebességnek a szivárgási, látszólagos sebességet alkalmazzuk. A lamináris

szivárgási sebesség meghatározására már a XIX. század elején születtek képletek. Ezek

közül nagy jelentőségű Poiseuille 1842-ben közölt összefüggése, melyet csőben mozgó

vízre állapított meg. Azzal a feltételezéssel élt, hogy a víz abszolút gördülékeny. Stokes

1845-ben közölte a szivárgási sebesség meghatározására szolgáló képletét. [12]

19

A szivárgási tartományok határait a Reynolds-számmal fejezhetjük ki, melyre az alábbi

képlet használandó:

𝑅𝑒 = 𝜌 ∗ 𝑣𝑑

𝜇 [−]

ahol:

𝜌: sűrűség [kg/m3]

𝑣: szivárgási sebesség [m/s]

𝑑: mértékadó szemcseátmérő [mm]

𝜇: dinamikai viszkozitás [kg/ms]

11. ábra: Szivárgási tartományok


A tartomány határok megállapítására számos kísérletet végeztek, melyek eredményei

közül a porózus kőzetekre általánosan alkalmazott értékeket ismertetjük.

A tiszta turbulens (Froude-féle) tartományban:

Re > 1000

Az átmeneti tartományt, amelynek létét először Veronese kísérletei érzékeltették, két

részre lehet osztani:

Második átmeneti tartomány, ahol a tehetetlenségi erő jelentősebb a súrlódásnál:

200 < Re < 1000

20

Első átmeneti tartomány (Lindquist-féle), ahol lassabb az áramlás, a súrlódási erő

jelentősebb:

4 < Re < 200

A lamináris (Darcy-féle), lineáris szivárgási tartomány felső határa:

Re = 4

A mikroszivárgás és a lamináris tartomány határa nem fejezhető ki adott Reynolds-

számmal, ugyanis ez a határ függ a kőzet vízraktározási képességétől. [12] [15]

5.4. Darcy-féle szivárgás

A francia származású Henry Darcy-t Dijon város vízellátásának megtervezésével bízták

meg, melynek keretein belül nagyszabású kísérlet sorozatot hajtott végre. Ennek

eredményeit 1856-ban publikálta és tiszteletére Darcy-törvénynek nevezték el, mely a

hidrogeológia egyik alapvető és legszélesebb körben alkalmazott egyenletévé vált. [16]

Darcy kísérlet sorozatában olyan henger alakú testeket töltött meg homokkal, melyeknek

mindkét vége nyitott volt. Ezután folyamatosan vizet áramoltatott keresztül a mintákon

egészen addig, amíg a két vízszintészlelő csőben állandósult a vízszint. Azt tapasztalta,

hogy a kiáramló vízmennyiség arányos a cső két végén mért vízoszlop

magasságkülönbségével és fordítottan arányos az áramlás során megtett úttal. [16]

12. ábra: Darcy kísérletének sematikus ábrája

Forrás: Egyetemi előadásanyag, 2011.02.21.

21

Darcy a különböző homoktölteteken átfolyó víz hozamára az előbbi általánosan

alkalmazható összefüggést egyenlet formájában is megfogalmazta: [16]

𝑄 = 𝑘 ∗ 𝐴 ∗ 𝑑𝑕

𝑑𝐿= 𝑘 ∗ 𝐴 ∗

𝑕𝐴 − 𝑕𝐵

𝐿= 𝑘 ∗ 𝐴 ∗ 𝐼 [

𝑚3

𝑠]

ahol:

𝑄: egységnyi idő alatt átáramló vízmennyiség [m3/s]

𝑕𝐴 − 𝑕𝐵: vízoszlop magasságkülönbsége A és B pontban [m]

𝐿: A és B pontok távolsága [m]

𝐴: felületi keresztmetszet [m2]

𝑘: szivárgási tényező [m/s]

𝐼: hidraulikus gradiens [m/m]

A Darcy-törvény leírja a szivárgás sebességét a felszín alatti vizekben. A törvény szerint a

szivárgás sebessége arányos a szivárgási tényezővel és a hidraulikus gradienssel. [15]

𝑣𝐷 = 𝑘 ∗ 𝐼 =𝑄

𝐴 [

𝑚

𝑠]

Mivel a Darcy-féle sebesség a teljes vizsgált térfogatra vonatkozik, ezzel szemben a

szivárgás csak a szabad hézagtérfogattal arányos kisebb részében következik be, ezért a

pórusbeli átlagos szivárgási sebességet a Darcy-sebesség és a szabad hézagtérfogat

hányadosaként kapjuk. [12]

𝑣 = 𝑣𝐷

𝑛0 [

𝑚

𝑠]

ahol:

𝑣: pórusbeli átlagos szivárgás [m/s]

𝑣𝐷: Darcy-féle sebesség [m/s]

𝑛0: szabad hézagtérfogat [-]

A hézegtérfogat, azaz a porozitás (n) a kőzet hézagtérfogatának és a teljes térfogatnak a

hányadosa. A szabad hézagtérfogat, más néven effektív porozitás (n0) a víz mozgásában

részt vevő pórusok térfogatának és a teljes térfogatnak az arányát fejezi ki. A

hézagtényező (e) a pórustérfogatnak a szemcsék térfogatához viszonyított arányát adja

meg. A porozitás és a hézagtényező közötti kapcsolat: [17]

𝑒 =𝑛

1 − 𝑛 − é𝑠 𝑛 =

𝑒

1 + 𝑒 [%]

22

6. Kifejlesztett laboratóriumi módszerek és eredményeik

Laboratóriumi körülmények között a felszín alatti függőleges szivárgások megismerésére

leginkább oszlopmodelleken végzett kísérletek terjedtek el. Számos tanulmány és cikk

született a kifejlesztett módszerekről és berendezésekről, melyek fejlesztése és

finomítása napjainkban is fontos kutatási terület. Ebben a fejezetben ezek közül szeretnék

néhányat bemutatni.

A tanulmányok szerint általában hasonló felépítésű berendezések segítségével vizsgálják

a szivárgási folyamatokat. Alapját egy PVC vagy akril csőből készült oszlop képezi, mely

egy hengerből vagy több kisebb idom egymásra rögzítéséből áll. A szivárgási

jelenségeket - attól függően, hogy mely talajparamétert kívánják mérni -, erre a célra

kifejlesztett eszközökkel vizsgálják. Továbbá a berendezés szerves részét képezi egy

állandó víznyomást biztosító tartály, amely a mintával telt oszlop telítését szolgálja.

6.1. Talajvízmozgások bizonyítása talajoszlopokkal

Ebben a tanulmányban a Pennsylvaniai Egyetem által kifejlesztett módszert mutatom be,

amely a talajvízmozgások bizonyítását szolgálja. A berendezés megalkotásának célja

nem a számszerű adatok kinyerése volt. Elsődlegesen arra tervezték, hogy az egyetemi

oktatók látványosan szemléltethessék, hogyan alakul a vízmozgás a felszín alatt. Ez a

modell elősegíti, hogy a hallgatók megértsék a komplex kapcsolatokat a talajváltozók

között, valamint megtanítja őket, hogy kulcsfontosságú időben mérni a változókat. Az

oszlopmodellel több fizikai folyamatot is tudtak szemléltetni, mint a szabad vízelvezetést,

a kapilláris vízmozgást, a párolgást és a hiszterézist. [18]

A berendezésről:

Az oszlop átlátszó, akril lamellákból épült fel, hogy jól szemléltesse a nedvességfront

előrehaladását a telítés során. A lamellák 2,5 - 5,0 - 10,0 cm magasságúak, közöttük

lapos gumigyűrű tömítés található, melyet a vízzáróság érdekében helyeztek el, majd

ugyanezen okból kívülről szilikon tömítéssel akadályozták meg az esetleges oldalirányú

elszivárgást. Továbbá a stabilitás érdekében az oszlopot 4 db 70 cm-es függőleges

menetes szár tartja össze, melyet szárnyas csavarral rögzítettek. A konstrukciót alulról

történő telítésre tervezték, így az alsó részén található egy bemeneti/kimeneti nyílás, amin

keresztül lehet a vízszintet növelni, illetve csökkenteni. Az oszlop belsejében e nyílás

felett perforált fémlemez és szűrőkő került elhelyezésre, hogy elkerüljék a szemcsék

23

kimosódását és egyben segíti a víz egyenletes eloszlását is. A bemeneti nyíláshoz

kívülről egy Y elosztó csatlakozik, melynek ágait mágnesszelepek segítségével nyitják

vagy zárják, attól függően, hogy telítés vagy leeresztés történik. A vizet egy állandó

vízszinttel rendelkező fedett, műanyag hengeres (d=20 cm) tartály szolgáltatja, amely az

oszlop fölött 50 cm-rel került elhelyezésre. A víztartály túlfolyóval van ellátva,

vízutánpótlódását egy változtatható sebességű perisztaltikus szivattyú biztosítja. [18]

13. ábra: Pennsylvaniai Egyetem berendezésének elvi vázlata

Forrás: Crile D. – James M. H. – Cristopher J. D. (1998.): Soil Column to Demonstrate Soil-Water

Movement (J. Nat. Resour. Life Sci. Educ., Vol. 27, 1998.)

A vízszint növekedését, illetve csökkenését az oszlop mellett egy manométerrel is

nyomon követik, továbbá az oszlop tetején elhelyezésre került egy tenziométer és egy

TDR. Mindkét eszköz a víztartalom meghatározását szolgálja. A tenziométer egy porózus

lemez segítségével méri a víztartalmat, míg a TDR (Time Domain Reflectometry)

radiofrekvenciás elektromágneses hullám terjedési sebességének alapján határozza meg

azt. A TDR mérési elve, hogy precíziós elektronikus berendezéssel meghatározható, hogy

az elektromágneses hullám az adott talajminta ismert hosszán mennyi idő alatt

reflektálódik, ez által megadható a terjedési sebesség. A kapott értéket össze kell

hasonlítani a vákuumban történő terjedéssel, ugyanis a terjedési sebesség a víz

dielektromos állandójától függ, azaz a talajban lévő vízmennyiségtől. A méréshez ismert

nedvességtartalmú talajokon végzett mérések eredményeiből származó kalibrációs görbe

24

is szükséges. Ez a mérési módszer nagyon ígéretesnek tűnik, viszont maga a műszer

nagyon drága. A vezérlési és adatgyűjtési feladatokat egy egyszerű adatgyűjtő végzi. [18]

Az oszlop hasznosnak és tanulságosnak bizonyult, valamint hiba nélkül működött. A

jövőben tervezik több érzékelő elhelyezését, valamint folytatni a vizsgálatokat a tanórákon

kívül is, bízva abban, hogy ez egy kiváló terület lehet fiatal kutatók számára. [18]

6.2. A csapadék hatása a beszivárgásra

Szingapurban, a Nanyangi Műszaki Egyetemen is végeztek hasonló kísérleteket. Ebben

az esetben a különböző intenzitású szimulált csapadékok hatására létrejövő függőleges

beszivárgást vizsgálták. A vizsgálat során olyan körülményeket alakítottak ki, miszerint

nincs felszíni víz és az oszlop aljzatát állandó szinten tartották. Az oszlop beépítése során

alulra egy durvább szemcséjű, majd erre egy finomabb szemcséjű réteg került. A mérés

során telítetlen közegben vizsgálták a csapadék intenzitásának változtatására történő

pórusvíznyomás változást, víztartalom változást és a vízelvezetés változását. Továbbá

megfigyelték, miként változik a már telített állapotban lévő minta áteresztőképessége a kis

változtatások hatására. [19]

14. ábra: A Nanyangi Műszaki Egyetem berendezésének elvi vázlata

Forrás: H. Jang – H. Rahardjo – E.-C- Leong (2006.): Behavior of Unsaturated Layered Soil

Columns during Infiltration (Journal of Hydrogeologic Engineering, July/August, 2006.)

25

A berendezésről:

A vizsgálatokhoz egy átlátszó akril hengerből készült oszlopot készítettek, mely 1 m

magas és 190 mm átmérőjű. A csapadékot csepegő víz szimulálja, melyet egy állandó

vízszinttel rendelkező tartály biztosít. A csapadék egyenletes eloszlását szűrőpapír segíti.

Az oszlop felülről is zárt a párolgás megakadályozása végett. A víztartalom értékeket

ebben az esetben is TDR érzékeli, amely az adatokat egy számítógépre továbbítja. [19]

A mérés során megállapították, hogy a csapadék intenzitása meghatározóbb szerepet

kap a beszivárgás alakulásában, mint az időtartama. A finomabb szemcséjű rétegben a

rövidebb időtartamú csapadék késleltetett választ idézett elő a víztartalom és a

pórusvíznyomás növekedésében. A csapadék megszüntetése után a pórusvíznyomás és

a víztartalom tovább növekedett. A hosszú időtartamú csapadék nem eredményezett

késleltetett választ. A pórusvíznyomás és a víztartalom azonnal csökkenni kezdett a

csapadék megszüntetése után, amíg a hidrosztatikai egyensúly beállt. Az erősebb

intenzitású és hosszabb időtartamú csapadék jobban növelte a pórusvíznyomást, mint a

kisebb intenzitású és rövidebb időtartamú, mielőtt az állandó beszivárgási sebességet

elérte volna. A kezdeti szakaszban a beszivárgás mértéke nagyobb volt. A csapadékok

intenzitásának kisebb változtatása a telített talajok áteresztőképességét minimálisan

befolyásolta.

Amennyiben a csapadék intenzitása nagyobb a réteg szivárgási tényezőjétől, a

pórusvíznyomás a beszivárgás sebességétől függ. Viszont ha a csapadék intenzitása

kisebb, mint a réteg szivárgási tényezője, a pórusvíznyomás az intenzitástól függ. [19]

Az oszlopkísérletekkel nem csak a csapadék hatása és a beszivárgás vizsgálható, hanem

a kapilláris jelenségek megfigyelését is lehetővé teszik. A folyadékok kapilláris mozgására

vonatkozóan a kőolajföldtani kutatásokból származnak a legkorábbi adataink. Cary et al.

(1989) a Soltrol és a kőolaj beszivárgásának és kapilláris emelkedésének

törvényszerűségeit vizsgálta oszlopmodellek segítségével. Ezen elv alapján már

hazánkban, a Pannon Egyetemen is végeztek hasonló kutatásokat. [20]

A melbourni Monash Egyetem kutatásai alapján az oszlopmodellek alkalmasak lehetnek a

széleskörben elterjedt geotextíliák és geomembránok hatékonyságának vizsgálatára is.

[21]

26

7. A vizsgálati anyagok kőzetfizikai paraméterei

A laboratóriumi méréseket 2 különböző szemcsés talajmintán végeztem el. Ebben a

fejezetben szeretném ismertetni, hogy a kísérletek során milyen paraméterű anyagokat

alkalmaztam és ezeket milyen vizsgálatokkal határoztam meg.

Mindkét mintán elvégeztem a szemcseméret-eloszlási vizsgálatokat és a kapilláris

emelkedési magasság vizsgálatát. A szivárgási tényezők meghatározását merevfalú

permeabiméterrel végeztem, továbbá a szemcseméret-eloszlás alapján mindkét mintára

kiszámítottam. A vízfelvevő-képesség mérését csak a 2. számú (0,2-0,6 mm) mintára

tudtam meghatározni, ugyanis az 1. számú mintának (2,0-3,5 mm) nem volt 0,125 mm

alatti frakciója.

7.1. Szemcseméret-eloszlás

Mind a laza és kötött talajok viselkedését alapvetően meghatározza az alkotó szemcsék

mérete és a szemcseméret eloszlása. A talajok szemcseeloszlása megadja, hogy a

különböző nagyságú szemcsék milyen tömegszázalékot képviselnek a teljes

szemcsehalmazban. Gyakorlatban a talajosztályozásnál alkalmazzuk, és fontos szerepet

kap a tömöríthetőség, a vízáteresztő képesség, fagy-veszélyesség és a talajok

stabilizálhatóságának, illetve stabilitásának meghatározásánál. A szemcseméret-eloszlást

laboratóriumi körülmények között határozzuk meg. A vizsgálatok célja a szemcsék

nagyságának és a kiválasztott szemcsehatárok közé eső szemcsék tömegszázalékának

meghatározása a teljes szitált tömegre. [16]

A szemcseméret-eloszlás jellemzésére bevezették az úgynevezett U egyenlőtlenségi

együtthatót, amely a görbe átlagos meredekségét jellemzi. Értékét a 60 %-nál leolvasott

szemcsék átmérőjének és a 10 %-nál leolvasott szemcsék átmérőjének hányadosa adja.

𝑈 =𝑑60

𝑑10 [−]

Továbbá szokás megadni egy halmaz mm-ben kifejezett mértékadó szemcseátmérőjét

(d50), amelyet az 50 %-nál leolvasott szemcseátmérő fejezi ki.

7.1.1. Mérés menete

Lemértem a reprezentatív minta össztömegét, majd összeállítottam a szitasort. Egy

szitasor összeállításánál lehetőleg törekedjünk arra, hogy az egymás fölött elhelyezett

27

sziták lyukbősége maximum kétszerese legyen az alatta lévőnek. A mintát a szitasor

legfelső tagjára helyeztem, majd a tetőt rázárva leszitáltam. A művelet után minden egyes

szitán fennmaradt anyag tömegét lemértem. A tömegeket egy táblázatban feljegyeztem a

megfelelő szemcseméret határok közé, majd kiszámoltam, hogy az össztömeg hány

százalékát adják, majd ez alapján kiszámítottam az összes fennmaradt anyagot, melyet

szintén százalékban adunk meg. Ezután meghatároztam az összes átesett anyagot, ami

lényegében a 100 %-ból levont fennmaradt anyag. [17]

7.1.2. Eredmények értékelése és ábrázolása

A kapott értékeket szemilogaritmusos görbén ábrázoltam. Az x tengelyen szerepel a

szemcseátmérő (d) mm-ben megadott értéke, az y tengelyen pedig a súlyszázalék %-ban

kifejezve. A görbe meredek, közel egyenes lefutású szakaszai azokat a tartományokat

jelzik, amelyek a legnagyobb gyakorisággal fordulnak elő a mintában. Ellenben a

vízszintes szakaszokkal, amelyek az érintett mérettartomány hiányát jelentik. Ha a görbe

lefutása lankás, akkor várhatóan kevésbé vízvezető a képződmény, de jobban

tömöríthető, illetve tömörödő. Viszont azok az anyagok, melyek görbéjének lefutása

meredek, sok azonos méretű szemcséből állnak, ami általában magasabb vízvezető

képességre utal, emellett rossz tömöríthetőséget jelent.

2. táblázat: 1. minta szemcseméret-eloszlás vizsgálata

Szitasor

lyukátmérő Fennmaradt Összes fennmaradt Összes átesett

(mm) (g) (%) (%) (%)

4 2,18 0,45 0,45 99,55

3 272,48 56,18 56,63 43,37

2,5 42,67 8,80 65,43 34,57

2 142,86 29,46 94,89 5,11

1 24,55 5,06 99,95 0,05

0 0,23 0,05 100,00 0,00

Összesen: 484,97 100,00

(szerző saját szerkesztése)

28

15. ábra: 1. minta szemcseméret-eloszlás görbéje


A görbe alapján az 1. minta egyenlőtlenségi együtthatója és a mértékadó

szemcseátmérője:

𝑈 =𝑑60

𝑑10=

3,3 𝑚𝑚

2,2 𝑚𝑚= 1,5

𝑑𝑚 = 3,1 𝑚𝑚

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00010,0010,010,1110100

Sú

lysz

ázal

ék [

%]

Szemcseátmérő d [mm]

Szemcseméret-eloszlás

kavics homok homokliszt iszap agyag

Minta jele: 1. minta

Minta szemcsetartománya: 2,0-3,5 mm

29


Szitasor

lyukátmérő Fennmaradt Összes fennmaradt Összes átesett

(mm) (g) (%) (%) (%)

0,8 0 0,00 0,00 100,00

0,63 0 0,00 0,00 100,00

0,5 5,76 1,11 1,11 98,89

0,4 133,85 25,70 26,80 73,20

0,315 161,19 30,95 57,75 42,25

0,25 158,32 30,39 88,14 11,86

0,2 29,11 5,59 93,73 6,27

0,1 9,96 1,91 95,64 4,36

0 22,7 4,36 100,00 0,00

Összesen: 520,89 100,00




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00010,0010,010,1110100

Sú

lysz

ázal

ék [

%]

Szemcseátmérő d [mm]

Szemcseméret-eloszlás

kavics homok homokliszt iszap agyag

Minta jele: 2. minta

Minta szemcsetartománya: 0,2-0,6 mm

30

A görbe alapján a 2. minta egyenlőtlenségi együtthatója és a mértékadó

szemcseátmérője:

𝑈 =𝑑60

𝑑10=

0,38 𝑚𝑚

0,25 𝑚𝑚= 1,52

𝑑𝑚 = 0,34 𝑚𝑚

7.2. Szivárgási tényező

A szivárgási tényező a kőzetek vízszállítási képességével arányos tényező. Jellemzi a

fluidumot és a közeget, amelyben a folyadék áramlik. Értéke függ az áramló közeg

jellemzőitől, annak fajsúlyától, sűrűségétől és nehézségi gyorsulásától, valamint

befolyásolja a folyadék hőmérséklete és viszkozitása. Továbbá erősen függ az áramlási

közeg jellemzőitől, a szemcsék alakjától és méretétől, illetve a szemcsék között kialakuló

pórustér méretétől. Sebesség dimenziójú tényező, értékét leggyakrabban cm/s-ban vagy

m/s-ban adják meg. Az irodalom 𝑘 betűvel jelöli. [17]

A szivárgási tényező és az áramló folyadék paramétereinek ismeretében kiszámíthatjuk a

kőzet áteresztőképességét, más néven a permeabilitást, amely a kőzetek

fluidumáteresztő-képességét jelenti. A pórusok összeköttetésének minőségét, méretét és

megoszlását jellemzi. Csak a kőzet tulajdonságaitól függ.

A két tényező közötti kapcsolat:

𝑘 = 𝐾

𝜇∗ 𝜌 ∗ 𝑔

𝑚

𝑠

ahol:

𝑘: a kőzet szivárgási tényezője [m/s]

𝐾: a kőzet áteresztőképessége [m2]

𝜇: az áramló folyadék dinamikai viszkozitása [Pas]

𝜌: az áramló folyadék sűrűsége [kg/m3]

𝑔: gravitációs gyorsulás [m/s2]

7.2.1. Szivárgási tényező meghatározása

A szivárgási tényezőt többféle módszerrel is meghatározhatjuk. Terepen elterjedt

vizsgálatok a vízfeltöltéses vizsgálat, a próbaszivattyúzás, a bemerítéses és kiemeléses

vizsgálatok, stb. Értékét meghatározhatjuk a halmaz szemcseméret-eloszlásának

ismeretében is közelítő képletek alkalmazásával. Utóbbi gyors és olcsó módszer, viszont

31

ez számít a legpontatlanabb módszernek. Laboratóriumban meghatározhatjuk állandó és

változó víznyomás mellett. [17]

Az állandó nyomáskülönbségű eljárást általában a jó áteresztőképességű anyagok

vizsgálatánál alkalmazzuk. Ebben az esetben a mérés pontosságát növelhetjük, ha a fal

menti hatás és a minta hossza mentén jelentkező inhomogenitást csökkentjük, vagy

növeljük a minta méretét, ugyanis a kis vastagságú és keresztmetszetű minta

vizsgálatánál sok tényező ronthat a pontosságon. [12]

A változó nyomáson végzett eljárást kis áteresztőképességű anyagok esetén

alkalmazzuk. Hátránya, hogy a kísérlet jellegéből következik, hogy nagyobb

nyomáskülönbség-változás esetén több tartományt is érinthet a vizsgálat, ezért nem

adnak olyan pontos eredményt. Két típusa ismert: merevfalú permeabiméterrel végzett és

flexibilis falú permeabiméterrel végzett vizsgálat. A merev falút szemcsés anyagok esetén

használjuk, feltételezve, hogy teljesen kitölti a teret. A flexibilis falút pedig főként kötött,

agyagos talajok esetén alkalmazzuk, hogy kiküszöböljük a minta és a fal között kialakuló

apróbb, mikronos nagyságrendű hézagokat. [12]

7.2.2. Laboratóriumi mérés menete és eredményei

A mérés megkezdése előtt fontos feljegyeznünk pár információt a berendezésről: a

permeabiméter szűrőlapja és a belső fém perem közötti távolságot, a fém perem

átmérőjét, az üvegcső 0 beosztása és az asztallap közötti távolságot, az üvegcső belső

átmérőjét, valamint ismernünk kell az anyag száraz sűrűségét. Első lépésként a

permeabiméterben lévő fémhenger pereméig töltöm az anyagot, majd meghatározom a

betöltött minta tömegét. Ezután 1-2 cm magasságból finoman tömörítem, majd a

permeabiméter tetejét teljesen betekerem. Ezután egy gumicső segítségével

összekapcsolom az üvegcsővel. A permeabiméterből kivezető cső alá egy felfogó tálat

helyezek, majd az üvegcsövet mindaddig töltöm vízzel, amíg a permeabiméter tetején

meg nem jelenik. Ezután egy előre meghatározott osztásig töltöm vízzel, majd adott

időközönként leolvasom az egyre csökkenő vízszintet a skálázott üvegcsőről. Az adatokat

táblázatban rögzítem.

A 2 minta szivárgási tényezőjét változó nyomáson, merevfalú permeabiméterrel végzett

vizsgálattal határoztam meg. A leolvasások feldolgozására 2 féle módszer ismeretes.

32

1. módszer:

Ebben az esetben minden egyes leolvasáshoz kapunk egy 𝑘 értéket, amely a következő

képlettel számolunk ki:

𝑘1 =𝑓 ∗ 𝑙

𝐹∗

1

Δ𝑡∗ 𝑙𝑔

𝑕0

𝑕𝑖 [

𝑚

𝑠]

ahol:

𝑘: szivárgási tényező [cm/s]

𝑓: az üvegcső felülete [cm2]

𝑙: a szűrő és a fém perem legfelső része közötti magasság [cm]

𝐹: a minta keresztmetszeti felülete [cm2]

Δ𝑡: két mérés között eltelt idő [s]

𝑕0: kezdő vízszint az üvegcsőben [cm]

𝑕𝑖 : a leolvasott vízszint, valamint az asztallap és a 0 osztás közötti magasság

(H) összege [cm]

Ezután ábrázoljuk a szivárgási tényezőket az idő függvényében. Az x tengelyen a Δ𝑡 [s]

kerül ábrázolásra, az y tengelyen pedig a k [m/s] értékek. Ezután a kapott pontokra egy

görbét fektetünk, amely egy bizonyos értékhez konvergál, abban a pontban párhuzamost

húzunk az x tengellyel, majd leolvassuk az y tengelyen e ponthoz tartozó szivárgási

tényező értékét.

2. módszer:

Az x tengelyen a táblázatban kiszámolt 𝑕0

𝑕𝑖 értékeknek a 10-es alapú logaritmusa kerül

ábrázolásra az y tengelyen ábrázolt Δ𝑡 [s] függvényében. A kapott pontokra egy egyenest

fektetünk, majd megmérjük az x tengellyel bezárt szögét, melynek segítségével az alábbi

képlet alapján kiszámítható a szivárgási tényező:

𝑘2 = 2,3 ∗𝑓 ∗ 𝑙

𝐹∗ 𝑐𝑡𝑔𝛼 [

𝑚

𝑠]

ahol:

𝑘: szivárgási tényező [cm/s]

𝑙: a szűrő és a fém perem legfelső része közötti magasság [cm]

𝐹: a minta keresztmetszeti felülete [cm2]

𝛼: a kapott egyenes x tengellyel bezárt szöge [°]

33

Mérés előtt feljegyzett adatok:

Szűrő és a fém perem legfelső része közötti távolság: 𝑙 = 12,9 𝑐𝑚

Fém perem átmérője: 𝐷 = 4,8 𝑐𝑚

A minta keresztmetszeti felülete: 𝐹 = 18,09 𝑐𝑚2

A betöltött minta térfogata: 𝑉 = 233,361 𝑐𝑚3

Az üvegcső 0 osztása és az asztallap közötti távolság: 𝐻 = 12,9 𝑐𝑚

Az üvegcső felülete: 𝑓 = 0,6 𝑐𝑚2

A betöltött minta tömege: 𝐺 = 405,21 𝑔

17. ábra: Merevfalú permeabiméter elvi vázlata


A második módszer alapján az 1. számú minta szivárgási tényezője:

𝑘 = 6 ∗ 10−1 𝑚

𝑠

Az első módszer alapján a 2. számú minta szivárgási tényezője:

𝑘 = 1,5 ∗ 10−4 𝑚

𝑠

A második módszer alapján a 2. számú minta szivárgási tényezője:

𝑘 = 1,9 ∗ 10−4𝑚

𝑠

34

4. táblázat: 2. minta szivárgási tényezőjének meghatározása

Eltelt idő [t] Vízszintek Nyomásszintek

[h] h0/hi log(h0/hi) Sziv.tény. [k]

Sziv.tény. [k]

(s) (cm) (cm) (-) (-) (cm/s) (m/s)

0 60 72,9 1 0 - -

3 44 56,9 1,281195 0,107615 0,035308 0,000353

6 33 45,9 1,588235 0,200915 0,032959 0,000330

9 25 37,9 1,923483 0,284088 0,031069 0,000311

12 19 31,9 2,285266 0,358937 0,029441 0,000294

15 14 26,9 2,710037 0,432975 0,028411 0,000284

18 12,5 25,4 2,870079 0,457894 0,025039 0,000250

21 10,5 23,4 3,115385 0,493512 0,023131 0,000231

24 8,5 21,4 3,406542 0,532314 0,021831 0,000218

27 7,5 20,4 3,573529 0,553097 0,020163 0,000202

30 7 19,9 3,663317 0,563874 0,018500 0,000185

33 6,75 19,65 3,709924 0,569365 0,016982 0,000170

36 6,5 19,4 3,757732 0,574926 0,015719 0,000157

39 6 18,9 3,857143 0,586266 0,014796 0,000148

42 6 18,9 3,857143 0,586266 0,013739 0,000137


18. ábra: 2. minta szivárgási tényezőjének meghatározása az 1. módszer alapján


0,000100

0,000150

0,000200

0,000250

0,000300

0,000350

0,000400

0 10 20 30 40 50

Sziv

árgá

si t

énye

ző (

m/s

)

Eltelt idő (s)

35

19. ábra: 2. minta szivárgási tényezőjének meghatározása a 2. módszer alapján


7.2.3. Szivárgási tényező meghatározása számítással és azok eredményei

A szivárgási tényező számítással történő meghatározására többféle közelítő képlet és

módszer terjedt el. Közülük a legismeretesebbek a Hazen-, a Beyer-, valamint a Zamarin-

módszer. Az 1. minta ezen paraméterének meghatározásához a Zamarin-módszert

alkalmaztam. Ez egy többpontos módszer, mivel az egész szemeloszlási tartományt

figyelembe veszi. Az eljárás során az integrál szemcseméret-eloszlási görbét több

egyenlő szakaszra osztottam, majd meghatároztam a mértékadó szemcseátmérőt az

alábbi képlet alapján: [16]

𝑑𝑚 =1

(∆𝐺𝑖 ∗ 𝐴𝑖) 𝑚

ahol:

𝑑𝑚 : mértékadó szemcseátmérő [m]

𝐺𝑖 : az a hányados, amelyet a felosztás során képezünk

𝐴𝑖 : Slichter-szám

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Elte

lt id

ő (

s)

logh0/hi

36

A szemeloszlási görbe y tengelyét egyenlő részekre osztottam, az osztásokat a görbére

vetítettem, majd leolvastam az x tengelyen a szemcseátmérők értékeit. Két leolvasott pont

között (d1 és d2) meghatároztam a tőlük egyenlő távolságra lévő pontokat. Ezekhez a

pontokhoz egy görbe alapján meghatároztam a hozzátartozó Slichter-számukat. A

Slichter-szám jellemzi a póruscsatornák és a kőzetszemcsék nagyságának kapcsolatát. A

mértékadó szemátmérő meghatározása után kiszámoltam az áteresztőképességet: [12]

𝐾 = 3500 ∗𝑛3

1 − 𝑛∗ 𝑎2 ∗ 𝑑𝑚

2 𝑚2

ahol:

𝐾: áteresztőképesség [m2]

𝑛: porozitás [%]

𝑎: 1,275-1,5*n

𝑑𝑚 : mértékadó szemátmérő [m]

Ezután meghatározható a szivárgási tényező értéke:

𝑘 =𝐾

𝜇∗ 𝜌 ∗ 𝑔 [

𝑚

𝑠]

ahol:

𝑘: szivárgási tényező [m/s]

𝐾: átersztőképesség [m2]

𝜇: a víz dinamikai viszkozitása [kg/ms]

𝜌: víz sűrűsége [kg/m3]

𝑔: nehézségi gyorsulás [m/s2]

Az 1. számú minta (2,0-3,5 mm) szivárgási tényezője számítás alapján:

𝑘 = 9,2 ∗ 10−1𝑚

𝑠

37

5. táblázat: Szivárgási tényező meghatározása számítással az 1. mintára

d1 d2 (d1+d2)/2 A

(mm) (mm) (mm) (-)

4 3,8 3,9 0,26

3,8 3,6 3,7 0,28

3,6 3,5 3,55 0,3

3,5 3,3 3,4 0,31

3,3 3,1 3,2 0,32

3,1 2,9 3 0,35

2,9 2,4 2,65 0,4

2,4 2,3 2,35 0,45

2,3 2,1 2,2 0,5

2,1 1 1,55 0,8


A 2. számú minta szivárgási tényezőjét Hazen által kifejlesztett képlet alapján határoztam

meg:

𝑘 = 116 ∗ 𝑑102 [

𝑚

𝑠]

ahol:

𝑘: szivárgási tényező (m/s)

𝑑10: hatékony szemátmérő (cm), (m)

Ezt a módszert egypontos módszernek is nevezzük, mert a hatékony szemcseátmérőt

egy adott gyakoriságú szemcséhez rendeli. Ez a képlet egészen laza településű tiszta

szűrőhomok esetén alkalmazható. Hátránya, hogy nem veszi figyelembe a homok

hézagtérfogatát és a különböző méretű frakciókat.

A 2. számú minta (0,2-0,6 mm) szivárgási tényezője számítás alapján:

𝑘 = 7,25 ∗ 10−4𝑚

𝑠

38

7.3. Kapilláris emelkedési magasság

A víz a felületi feszültsége miatt a vékony hajszálcsövekben a nyugalmi vízszint fölé

emelkedik és ott tartósan megmarad. A kőzetben fellépő kapilláris erő elsősorban 3

tényező: a víz, a levegő és a kőzet tulajdonságaitól függ. A víz, a kőzet és a levegő

tulajdonságainak változása megváltoztatja a felületi feszültséget. A felületi feszültség

rohamosan csökken a kőzetnedvesség fokozódásával. A talajban a szemcsék közötti

hézagok sora alkot kapilláris csövet. A talajokban lévő hézagok hálózata a sima falú

kapilláris üvegcsövektől nagymértékben eltér. A hézagok különböző méretei miatt egyes

helyeken kisebb, máshol nagyobb lesz az emelkedés magassága. Azaz a kapilláris cső

minél kisebb átmérőjű, annál magasabbra emelkedik a vízszint. [22]

20. ábra: A hajszálcsövek átmérője és a kapilláris emelkedési magasság közötti

összefüggés


A kapilláris emelkedés magassága nagyon sok tényezőtől függ:

- a pórusok nagyságától (alakjától, a tömörségtől)

- szemcseösszetételtől (a mérettől, az alaktól, a felület tulajdonságaitól)

- a vízfilm tulajdonságaitól

- a kapilláris egyensúly kialakulás feltételeitől

- a víz tulajdonságaitól (hőmérséklettől, összetételtől).

A különböző emelkedési magasságok miatt a talaj gyakran háromfázisúvá válhat. A

fázisos összetételt az egyensúlyi állapot létrejötte határozza meg. Az eredetileg száraz

talajban a talajvízszint emelkedése révén kapilláris vízmozgás indul meg, és a fázisos

állapot megváltozása ennek lesz az eredménye (kapilláris vízfelszívás). Az eredetileg

39

vízzel telt talajban a talajvízszint jelentősen lesüllyed, a gravitációs és kapilláris erők

hatására egy új, megváltozott fázisos állapot alakul ki. [22]

Telítettség változása a kapilláris erők hatására:

- kapilláris vízfelszívás (baloldali ábra) és

- nehézségi erő hatására bekövetkező víztelenítés (jobboldali ábra).

21. ábra: Telítettség változása a kapilláris erők hatására

Forrás: Talajmechanika (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,

Egyetemi jegyzet, 2004.)

ahol:

1 és 1’ pontok: a maximális telítettség tartományai

hkmin: a minimális kapilláris emelkedés magassága

hk0: a zárt kapilláris víz tartománya (Sr=1)

hk : a kapilláris emelkedés magassága (2)

hkmax: a maximális kapilláris emelkedés magassága (2')

A (2') pont azt a magasságot mutatja, ameddig víztelenítés után folytonos vízszálak

maradhatnak fenn.

A négy különböző magasság a kapilláris emelkedés határértékeit adja meg vízfelszívás

és víztelenítés esetére,

ahol:

hkmin<hk0<hk<hkmax

40

A hk és hk0 értékét egyszerű kísérleti módszerekkel határozhatjuk meg. [22]

Elsősorban a szemcsés talajok kapilláris tulajdonságait vizsgáljuk, mert kötött talajok

esetében a vízfelvétel és a víztelenítés csak térfogatváltozás mellett mehet végbe. [22]

A kapilláris emelkedési magasság értékét meghatározhatjuk számítással és különböző

laborkísérletek alapján. A kísérleti módszer egyik legelterjedtebb megoldás az

üvegcsövekbe épített és egy vízzel telt edénybe állított kőzetoszlop megfigyelése.

7.3.1. Mérés menete

Az üvegcső alját vattával elzártam, oly módon, hogy alul egy kis része kilógjon. A csövet

feltöltöttem a mintával. A csövet egy főzőpohárba állítottam, majd egy állványhoz

rögzítettem az üvegcsőfogóval. A poharat vízzel töltöttem az üvegcső 0 cm-es osztása

alatt 0,5 cm-rel. Ha az emelkedő vízszint elérte a 0 cm-es osztást, meghatározott

időközönként leolvastam (1;3;5;10;30 percnél; 1;2;4;6;24 óránál) a magasságot. Ezeket

az adatokat táblázatban rögzítettem, majd grafikonon ábrázoljuk.

A kapilláris emelkedés számítása az alábbi képlet alapján történik:

𝑕 = log 𝑎 ∗ 𝑡log 𝑏 [𝑚𝑚]

ahol:

𝑕: kapilláris emelkedési magasság [mm]

𝑎: 1 órához tartozó magasság [mm]

𝑡: mérés kezdetétől eltelt idő [óra]

𝑏: 10 órához és az 1 órához tartozó magasság különbsége [mm]

41

7.3.2. Mérések eredményei

6. táblázat: 1. minta kapilláris emelkedése

idő kapilláris emelkedési

magasság

(perc) (cm)

1 0,5

3 0,8

5 0,9

10 1,0

30 1,2

60 1,5

120 2,2

240 4,0

480 4,0

1440 4,0


22. ábra: Az 1. minta kapilláris emelkedési magassága


A számítás alapján az 1. minta kapilláris emelkedési magassága 99,98 mm, kb. 0,1 m.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Kap

illár

is e

mel

ked

ési m

agas

ság

*cm

+

Idő *perc+

1. minta kapilláris emelkedése

1. minta

42


idő kapilláris emelkedési

magasság

(perc) (cm)

1 2,5

3 6,0

5 7,8

10 10,5

30 15,0

60 17,2

120 19,6

240 21,8

480 22,5

1440 28,0


23. ábra: A 2. minta kapilláris emelkedési magassága


A számítás alapján a 2. minta kapilláris emelkedési magassága 607,1 mm, kb. 0,6 m.

0

5

10

15

20

25

30

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Kap

illár

is e

mel

ked

ési m

agas

ság

*cm

+

Idő *perc+

2. minta kapilláris emelkedése

2. minta

43

7.4. Vízfelvevő képesség

A vízfelvevő képességet a 2. számú mintán Enslin- féle, Neff által javított berendezéssel

határoztam meg, ami egy tartályból, szűrőlapból és egy mérőpipettából álló készülék.

Ezzel a módszerrel gyorsan tudjuk meghatározni a finom szemcsék hatékonyságát. Ez a

paraméter elsősorban nem a szemcsék nagyságától függ, hanem inkább az ásványok

kémiai összetételétől. Minél nagyobb egy talaj agyagtartalma, annál nagyobb az a

vízmennyiség, amelyet képes felszívni és a szemcsék között tárolni.

A mérés során adott idő alatt felvett vízmennyiséget mérünk. Fontos, hogy a minta 0,125

mm alatti szemcseméretű legyen, valamint teljesen legyen kiszárítva. [17]

24. ábra: Enslin- féle, Neff által javított készülék


7.4.1. Mérés menete és eredménye

A 2. mintából néhány grammnyi anyagot 0,125 mm lyukbőségű szitán átszitáltam, majd

szárítószekrényben kiszárítottam. Ezután ezred pontossággal kimértem 1,000 g anyagot.

A mintát a készülék tartályában lévő ragasztott homok szűrőlapra helyeztem. Ilyenkor arra

kell törekedni, hogy az anyag lehetőleg egyszerre érkezzen a szűrőlapra, mivel a

kapilláris szívócső hatására a víz rögtön bejut a mintába és megkezdődik a felszívás. A

felszívás mennyiségét meghatározott időközönként leolvastam a pipettáról mindaddig,

míg csökkeni nem kezdett, majd a kapott értékeket táblázatban rögzítettem. Egy anyag

vízfelvevő képességének meghatározásához legalább háromszor kell megismételni a

mérést, majd a végleges eredményt a maximumok átlaga adja %-ban kifejezve. A 2.

számú minta vízfelvevő képessége: 31,3 %.

44

8. táblázat: 2. minta vízfelvevő képességének vizsgálata

1. mérés 2. mérés 3. mérés

Idő (s)

Vízfelvétel (ml) Idő (s)

Vízfelvétel (ml) Idő (s)

Vízfelvétel (ml)

15 0,31 15 0,322 15 0,308

30 0,28 30 0,283 30 0,278

max 0,31 max 0,322 max 0,308


7.5. Összegzés

A megállapított paramétereket a következő táblázatban foglalom össze:

9. táblázat: Minták paramétereinek összegzése

Paraméterek 1. minta 2. minta

Szemcseméret tartomány 2,0-3,5 mm 0,2-0,6 mm

Egyenlőtlenségi együttható (U) 1,5 1,52

Mértékadó szemátmérő (d50) 3,1 mm 0,34 mm

Szivárgási tényező (k)

laboratóriumi vizsgálattal

1. módszer - 1,5*10-4 m/s

2. módszer 6*10-1 m/s 1,9*10-4 m/s

számítással 9,2*10-1 m/s 7,25*10-4 m/s

Kapilláris emelkedési magasság 0,1 m 0,6 m

Vízfelvevő képesség - 31,30%


25. ábra: Az 1. minta (baloldali kép) és a 2. minta (jobboldali kép)


45

8. Az oszlopmodell és a mérőeszközök bemutatása

A Miskolci Egyetem, Környezetgazdálkodási Intézetének Vízkémiai laboratóriumában

került összeállításra a méréseim alapját képező oszlopmodell.

8.1. Az oszlopmodell leírása

Maga az oszlop, melybe a vizsgálandó anyag kerül, egy 0,5 cm falvastagságú PVC-ből

készült műanyag cső, melyet főként csatornázásnál alkalmaznak. Fontos volt, hogy a cső

anyaga erős, ellenálló legyen, mert a nagy mennyiségű szemcsés anyagok beépítése és

eltávolítása esetén egy gyengébb falú cső felületén és szerkezetében könnyen lehet,

hogy sérülés keletkezett volna. A cső belső átmérője 15 cm, külső átmérője 16 cm és 140

cm magas. Alsó részét egy tokelzáró zárja, melynek vízszigetelését belső gumigyűrű és

külső szilikonozás biztosítja.

A cső alsó részétől 7 cm-es magasságban található egy golyóscsap, melyen keresztül a

későbbiekben az alulról történő telítés, valamint a víz leürítése történik majd. 130 cm-es

magasságban szintén található egy golyóscsap, mely a felülről történő telítést szolgálja,

valamint az alulról történő telítés esetén túlfolyóként funkcionál. Az oszlop vízellátása

flexibilis csövön keresztül történik egy állandó víznyomást biztosító tartályból.

26. ábra: Az oszlopmodell elvi vázlata


46

Beépítéskor alulra egy 10-12 cm-es kavicsréteg kerül, amely lehetővé teszi a víz

egyenletes eloszlását az oszlop teljes keresztmetszeti felületén, valamint megóvja az alsó

golyóscsapot az ellen, hogy a víz leengedésekor az apróbb szemcsék eltömítsék.

Ugyanezen okokból a kavicsrétegre egy geotextília is elhelyezésre kerül, ami azt is

megakadályozza, hogy a finomabb szemcsék a kavicsrétegbe jussanak. Ezután kerül

beépítésre a vizsgálni kívánt szemcsés anyag. A beépített anyag tömegét és a beépítés

magasságát is feljegyzem. Erre a rétegre ismét egy geotextília, majd kavicsréteg kerül,

melyek ugyanazt a célt szolgálják, mint az alulra beépítettek.

A 6 db mérőeszköz előre meghatározott magasságban kerül elhelyezésre. Alulról az első

szenzor 25 cm magasságban kap helyet, majd a következő 5 db 15 centiméterenként, 40;

55; 70; 85 és 100 cm-nél kerül beépítésre. Minden mérőeszköznek saját helye van, így

nem szabad a beépítésük sorrendjét felcserélni. Ezután a mérőeszközök és az oszlop

találkozásánál maradt réseket szilikonnal töltöm ki a vízzáróság érdekében. Minimum 24

órát állni hagyom, hogy a szilikontömítés megszilárduljon.

8.2. A mérőeszközök működése

A mérőeszközök 3 talajparaméter változását képesek érzékelni: hőmérsékletet,

vezetőképességet és víztartalmat. Sajnos a műszerek kalibrációja nem volt sikeres, ezért

csak relatív értékeket tudunk mérni. A mérés 3 különböző hosszúságú elektród

segítségével történik, melyek egy alaplapra vannak rákötve. Az alaplap egy 5*8*2

(sz*h*m) cm-es műanyag házban kap helyet, ahol egy 14 bites analóg digitális konverter a

mért fizikai jellemzőket digitális jelekké alakítja, majd USB porton keresztül egy

számítógépbe juttatja, ahol a beérkező jelekből a számítást egy célszoftver végzi, tárolja

és megjeleníti az adatokat.

27. ábra: Mérőeszköz elvi vázlata


47

Vezetőképesség mérése

Az első elektród 11,1 cm hosszúságú, rézből készült villa. A két szigeteletlen elektród

között a váltakozó feszültség hatására kialakuló váltakozó áram erősségét a Wheatstone-

híd működési elvén méri az eszköz.

Hőmérséklet mérése

A hőmérséklet mérését egy 12 cm hosszúságú platinaötvözetű hőmérő (pt100) végzi,

mely a középső elektródban kapott helyett. A mérés ellenállásmérésen alapul, ugyanis a

fémek és a félvezetők elektromos ellenállása függ a hőmérséklettől.

Víztartalom mérése

A víztartalom mérése a 12,1 cm-es szigetelt elektród és a középső szigeteletlen elektród

közötti nagy frekvenciájú feszültség hatására létrejött eltolási áramerősség mérésén

alapul.

28. ábra: Mérőeszköz


A beépített anyagok és a felhasznált víz minden vizsgálat előtt minimum 24 órával

elhelyezésre kerültek a laboratóriumban, hogy azonos hőmérsékletűekké váljanak, melyet

a mérések előtt hőmérővel ellenőriztem. Így jelenlegi kutatásaim során a hőmérsékletet és

a vezetőképességet mérő elektród által érzékelt adatok nem kerülnek feldolgozásra. Ezen

talajparaméterek vizsgálata a későbbi kutatások részét képezik majd.

48

9. Eredmények és következtetések

Laboratóriumi kísérleteimet a 7. fejezetben részletezett paraméterű mintákon végeztem

el. A rendszert homogén, szemcsés anyagok alkotják, melyeken alulról és felülről történő

telítési folyamatokat vizsgáltam. A beépítés során a vizsgált mintaanyag alá és felé

minden esetben 10-12 cm vastagságú kavicsréteg és egy-egy elhanyagolható szivárgási

tényezőjű geotextília került elhelyezésre.

A beépítés adatait táblázatokban rögzítettem. A vizsgálatokhoz az oszlopmodell minimum

24 órával a mérés előtt beépítésre került. A kísérletek előtt mértem a léghőmérsékletet,

valamint a vízhőmérsékletet, melyek minden esetben megegyező értéket mutattak, így

ezzel a tényezővel nem számolunk.

A telítés során a szenzorok folyamatosan mérték a víztartalom változását, melyeket

grafikonon ábrázoltam.

9.1. Az 1. számú minta alulról telítése

10. táblázat: Az 1. minta beépítési paraméterei (alulról telítés)

Adatok: alsó kavicsréteg 1. minta felső kavicsréteg

vastagság (cm) 10 96 14

tömeg (kg) 2,957 28,13 4,277

hézagtényező (-) 0,58 0,6 0,54

porozitás (%) 36,7 37,5 35

beáramló vízhozam (ml/perc) 40

felhasznált víz mennyisége (l) 6

kifolyó víz mennyisége (l) 4,6


Mivel a kísérletek során csak a mintaanyagban történő szivárgási folyamatokra vagyunk

kíváncsiak, ezért a teljes mérési időtartamból levonásra került az a tartomány, amíg az

alsó kavicsréteg vízzel telítődött, melyet a beáramló vízhozam és a kavicsréteg

paraméterei alapján számítottam ki. A víztartalom változásának ábrázolása így a

tényleges vizsgált réteg telítődési folyamatait mutatja. Továbbá az a vízmennyiség, amely

a kavicsrétegben gyűlt össze szintén levonásra kerül a későbbi számítások során.

49

29. ábra: A víztartalom változása az 1. számú mintában alulról telítés esetén


A 29. ábrán látható az 1. számú minta telítődése alulról történő víztáplálás esetén. Ezen

mérés során a felső kavicsréteget már nem telítettem, így nincs szükség további

korrekcióra az idő és felhasznált víz tekintetében.

A vizsgált minta 5,5 óra alatt telítődött. Látható, hogy kezdetben a telítődési folyamatok

gyorsabban végbementek, de ahogyan a víztartalom növekedett az alsóbb részeken, ez a

folyamat egyre lassult. Feltételezhetjük, hogy ez a jelenség azért alakul ki, mert egyre

növekvő víztömegnek kell megmozdulni a pórusokban a gravitációval szemben. Azt is

észrevehetjük, hogy kezdetben csekély kapilláris vízmozgás alakult ki, ellenben ahogyan

csökkent a víztartalom növekedésének sebessége, a kapilláris vízmozgás jelentősebbé

vált. Ezt a 2. és az 1. (legfelső) szenzor görbéje szemlélteti a leglátványosabban, mivel a

legfelső szenzor magasságában már növekedni kezdett a víztartalom, mielőtt a 2.

szenzornál a minta telítődött volna.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

09

11

19

00

27

00

35

56

45

00

55

00

63

00

73

00

81

73

91

00

10

10

01

11

00

12

00

01

30

00

14

00

01

50

00

16

00

01

69

00

17

90

01

89

00

19

80

0

Víz

tart

alo

m [%

]

A víztartalom változása az 1. számú mintában alulról telítés esetén

6. szenzor (legalsó)

5. szenzor

4. szenzor

3. szenzor

2. szenzor

1. szenzor (legfelső)

Eltelt idő [mp]

50

30. ábra: Az 1. minta telítődési sebessége (alulról)


Az érzékelők elhelyezkedése alapján meg tudjuk határozni, hogy mennyi időtartam alatt

milyen magasságig telítődött a minta. Ezt ábrázoltam a 30. ábrán. Látható, hogy a 96 cm

hosszan beépített minta 330 perc alatt teljesen telítődött. Ez az ábra is igazolja, hogy a

kezdeti telítődési folyamatok sebessége gyorsabb, majd kissé lecsökken.

A vizsgálat során feljegyeztem, hogy mennyi vizet fogadott be a minta. Ez esetben 6 liter

a felhasznált víz mennyisége, amelyből 0,65 liter a kavicsrétegben tározódott, így a

mintába ténylegesen bejutó mennyiség 5,35 liter volt. A telítés után az alsó golyóscsapon

keresztül engedtem le a vizet. Mivel az oszlopmodell alján a golyóscsap 7 cm

magasságban helyezkedik el, ezért az alatta lévő vízmennyiség nem tud távozni, így a

kavicsrétegből csak 0,2 liter távozott. Az összes távozott víz 4,6 liter. Tehát

megállapíthatjuk, hogy ténylegesen a mintából 4,4 liter vizet sikerült eltávolítani, a

maradék 0,95 liter a pórustérben maradt.

A kifolyó víz hozama az idő függvényében folyamatosan csökkent, melyet 15 mp-ként

regisztráltam. Ez látható a 31. ábrán.

0

15

30

45

60

75

90

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

Te

lítő

dö

tt m

inta

ma

ga

sság

a [cm

]

Eltelt idő [perc]

1. minta telítődési sebessége (alulról)

100% víztartalom

51

31. ábra: A kifolyó víz hozama az 1. minta esetén (alulról)


9.2. A 2. számú minta alulról telítése

11. táblázat: A 2. minta beépítési paraméterei (alulról telítés)



tömeg (kg) 3,656 27,96 2,366

hézagtényező (-) 0,54 0,67 0,58

porozitás (%) 35 40 37





A 2. számú mintán alulról történő telítési folyamat is hasonló eredményeket mutat, mint az

1. számú esetében. A telítődés kezdetben gyors, majd ahogy a víz egyre feljebb szivárog,

lelassul és egyre inkább kirajzolódik a kapilláris vízmozgások megjelenése. Ezen minta 1

óra alatt teljes hosszában telítődött. Az 1. minta esetében ez lényegesen hosszabb

folyamat volt, melynek oka, hogy ez esetben a beáramló vízhozam 380 ml/perc volt.

02468

10121416182022242628

15

30

45

60

75

90

10

5

12

0

13

5

15

0

16

5

18

0

19

5

21

0

22

5

24

0

25

5

27

0

28

5

30

0

31

5

33

0

34

5

36

0

37

5

Ho

za

m (

ΔV

/t)

[m

l/s]

Eltelt idő [s]

Kifolyó víz hozama az 1. minta esetén (alulról)

52

32. ábra: A víztartalom változása a 2. számú mintában alulról telítés esetén


33. ábra: A 2. minta telítődési sebessége (alulról)


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

02

00

40

06

00

80

01

00

01

20

01

40

01

60

01

80

02

00

02

10

02

20

02

30

02

40

02

50

02

60

02

70

02

80

02

90

03

00

03

10

03

20

03

30

03

40

03

50

03

60

0

Víz

tart

alo

m [%

]

A víztartalom változása a 2. számú mintában alulról telítés esetén


5. szenzor

4. szenzor

3. szenzor

2. szenzor


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60

Te

lítő

dö

tt m

inta

ma

ga

sság

a [cm

]

Eltelt idő [perc]

2. minta telítődési sebessége (alulról)

100% víztartalom

Eltelt idő [mp]

53

A telítődés időtartama és a telítődés magassága között nem állapíthatunk meg egyenes

arányosságot. Ebben az esetben a 33. ábra szemlélteti, hogy egyszer lassabb, egyszer

gyorsabb a telítődési folyamat. Ennek oka az lehet, hogy a beépítés során a

tömörödöttség nem mindenhol azonos értékű. A jobban betömörödött részeken a

szivárgási folyamatok lelassulnak, csak kapilláris vízmozgás által halad előre a

nedvességfront. A kapillárisokban előrejutó folyadékot a mérőeszközök szintén érzékelik,

viszont így a víztartalom növekedése lassabb folyamatot eredményez.

34. ábra: A kifolyó víz hozama a 2. minta esetén (alulról)


Ezen kísérlet során a felhasznált víz mennyisége 6 liter, amelyből kb. 0,7 liter a

kavicsréteg pórusterét tölti ki, így a vizsgálandó mintába 5,3 liter került. Leengedéskor 2,2

liter távozott, amelyből 0,3 liter már a kavicsrétegből származik. Így megállapítható, hogy

a finomabb szemcséjű 2. számú minta 3,4 litert vizet tartott magában, amely lényegesen

több, mint az 1. számú minta esetében. Ennek oka, hogy a finomabb szemcséjű összletek

több vizet képesek abszorbeálni, mint a durvább szemcséjűek.

A finomszemcsés összletekben kialakuló kis átmérőjű kapilláris járatok megakadályozzák

a víz gyors távozását és könnyebben visszatartják a gravitációval szemben. Ezért

választottam hosszabb időtartamot a távozó víz hozamának meghatározására. Az ábrán

0102030405060708090

100110120130140150160170180190200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 45

Ho

za

m (

ΔV

/t)

[m

l/p

erc

]

Eltelt idő [perc]

Kifolyó víz hozama a 2. minta esetén (alulról)

54

látszik, hogy kezdetben viszonylag nagy hozammal távozik a víz, majd 45 perc alatt

teljesen leürül az a vízmennyiség, mely gravitációsan távozni képes.

9.3. Az 1. számú minta felülről telítése

12. táblázat: Az 1. minta beépítési paraméterei (felülről telítés)



tömeg (kg) 3,114 28,13 2,968

hézagtényező (-) 0,5 0,67 0,58



felhasznált víz mennyisége (l) 7,8



A legérdekesebb görbéket az 1. számú minta felülről történő telítése eredményezte. A

mintát nem sikerült teljes hosszában telíteni és 4. számú szenzor a mérés során nem

érzékelte a víztartalom változását.

A minta felső részén 10 cm kavicsréteg került elhelyezésre, amely lényegesen nem

befolyásolta a beszivárgási folyamatok vizsgálatát, ugyanis a víz gyorsan végighaladt

ezen a rétegen. A mérés kezdetétől eltelt 3. percben a víztartalom csekély növekedését

jelezte az 1. számú, legfelső szenzor, majd a 7. percben a legalsó szenzort is elérte a

beszivárgó víz. Ebben az esetben nehéz meghatározni, hogy mennyi időt vesz igénybe az

alsó részen elhelyezett 10 cm vastagságú kavicsréteg. Kezdetben minden szenzor jelezte

a víztartalom növekedését, melynek alakulására semmilyen törvényszerűséget nem

sikerült megállapítani. Az 35. ábrán látható, hogy elsőként az 5., a 6., majd a 3. szenzor

magasságában közelítette meg a víztartalom a 100%-ot, de teljesen nem telítődött a

beépített minta. Kiemelendő, hogy az 5. szenzor magasabb víztartalmat érzékelt az első

másfél órában, mint a 6. szenzor, pedig feltételezhetnénk, hogy ilyen szivárgási

tényezővel rendelkező minta esetében a víz felülről történő telítés esetén gyorsan az

oszlopmodell aljára szivárog, majd alulról kezdi telíteni a vizsgált térrészt. Az 5. szenzor

által érzékelt magasabb víztartalom valószínűsíthető oka, hogy az 5. és 6. szenzor között

egy tömörebb réteg alakulhatott ki, ami visszaduzzasztotta a beszivárgó vizet. A 6.

szenzor által érzékelt jelentős víztartalom növekedés, akkor következett be, mikor az 5.

55

szenzor által érzékelt víztartalom csökkenni kezdett. Valószínűleg a felgyülemlett

víztömeg a gravitáció hatására hirtelen továbbszivárgott az alsóbb rétegbe. Később a 3.,

a 2. és az 1. szenzor magasságában is megnövekedett a víztartalom, de a 100%-ot a

mérés során nem érték el.

35. ábra: A víztartalom változása az 1. számú mintában felülről telítés esetén


Az 36. ábrán megfigyelhető, hogy mennyi idő telt el, amíg a beszivárgó víz elérte az

egyes mélységeket az oszlopban.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

25

1

35

4

70

0

11

00

15

00

19

00

23

00

27

00

35

00

55

00

75

00

95

00

11

50

0

13

50

0

15

00

0

19

00

0

Víz

tart

alo

m [%

]

A víztartalom változása az 1. számú mintában felülről telítés esetén

1. (legfelső) szenzor

2. szenzor

3. szenzor

4. szenzor

5. szenzor

6. (legalsó) szenzor

Eltelt idő [mp]

56

36. ábra: A beszivárgás mélysége az idő függvényében az 1. mintában (felülről)


37. ábra: A kifolyó víz hozama az 1. minta esetén (felülről)


A mérés során felhasznált víz mennyisége 7,8 liter volt, melyből kb. 0,6 liter került az alsó

kavicsrétegbe, azt feltételezve, hogy az teljesen telítődött. A leeresztés által 6,1 liter víz

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 141 251 284 323 354

Be

sziv

árg

ás m

ély

sé

ge

[cm

]

Eltelt idő [mp]

Beszivárgás mélysége az idő függvényében az 1. mintában (felülről)

0369

12151821242730333639

15

30

45

60

75

90

10

51

20

13

51

50

16

51

80

19

52

10

22

52

40

25

52

70

28

53

00

31

53

30

34

53

60

37

53

90

Ho

za

m (

ΔV

/t)

[m

l/s]

Eltelt idő [s]

Kifolyó víz hozama az 1. minta esetén (felülről)

57

távozott, amelyből kb. 0,2 liter az alsó kavicsrétegből származik. Így megállapíthatjuk,

hogy a vizsgált mintába kerülő 7,2 liter vízből 5,9 liter távozott, majd a maradék 1,3 litert a

szemcsék visszatartották.

A kifolyó víz mennyiségét 15 mp-ként regisztráltam és a 37. ábrán szemléltettem, mely

jellegében hasonló az előző mérések során tapasztaltakhoz.

9.4. A 2. számú minta felülről telítése

13. táblázat: A 2. minta beépítési paraméterei (felülről telítés)



tömeg (kg) 3,018 28,83 3,713

hézagtényező (-) 0,55 0,67 0,51






Ebben a mintában történő beszivárgás közel egyenletes sebességgel történik, melyet a

38. ábra szemléltet. Ahogyan a nedvességfront lefelé halad, a szenzorok közel azonos

időközönként érzékelik a víztartalom növekedését. A 6. szenzor esetében ez az

intervallum kissé nagyobb, mint a többi esetében. Érdemes kiemelni, hogy a 4. és az 5.

szenzor által érzékelt esetben a víztartalom bizonyos ideig csak csekély mértékben

növekszik, ami az ábrán lépcsők formájában rajzolódik ki. Ennek oka feltehetőleg az

előzőekben is említett jobban tömörödött rétegek jelenléte lehet.

Látható, hogy a mérés során a minta nem telítődött teljes mértékben.

58

38. ábra: A víztartalom változása a 2. számú mintában felülről telítés esetén


39. ábra: A beszivárgás mélysége az idő függvényében a 2. mintában (felülről)


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

01

00

20

03

00

40

05

00

60

07

00

80

09

00

10

00

11

00

12

00

13

00

14

00

15

00

16

00

17

00

18

00

19

00

20

00

21

00

22

00

23

00

Víz

tart

alo

m [

%]

A víztartalom változása a 2. számú mintában felülről telítés esetén


2. szenzor

3. szenzor

4. szenzor

5. szenzor


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

92 214 336 457 579 701 822 944 1066 1187

Be

sziv

árg

ás m

ély

sé

ge

[cm

]

Eltelt idő [mp]

Beszivárgás mélysége az idő függvényében a 2. mintában (felülről)

Eltelt idő [mp]

59

A kezdeti gyors beszivárgás viszonylag hamar egyenletessé vált, melyet a 39. ábra

szemléltet.

Ebben az esetben a kifolyó víz hozamát nem lehetett megállapítani, mert a víz

leendegése során mintaanyag is mosódott ki a vízzel együtt. Feltehetően az okozta e

jelenséget, hogy a kavicsréteg és a mintaanyag közé helyezett geotextília a beépítés

során elmozdulhatott, így az apróbb szemcsék a kavicsrétegbe jutottak. Annyit azonban

sikerült megállapítani, hogy a betáplált 8 liter vízből 4,6 liter sikeresen távozott. Ha azt

feltételezzük, hogy az alsó 10 cm vastagságú kavicsréteg teljesen telítődött, akkor ebben

a rétegben 0,6 liter víz gyűlhetett össze, így a vizsgált mintába bejutó vízmennyiség 7,4

liter. A 4,6 liter távozó vízmennyiségből 0,2 liter a kavicsrétegből származik, azaz

megállapíthatjuk, hogy a leeresztést követően a vizsgált minta 3 liter vizet tartott meg a

pórusterében, hasonlóan, mint alulról történő telítés esetén.

9.5. Összegzés

Összegzésként elmondható, hogy az oszlopmodell kísérletek alkalmasak a telítődési

folyamatok és a felszín alatti szivárgások vizsgálatára, azonban jelen eredményekből

csak közelítő megállapításokat vonhatunk le. A jövőben szeretném eredményeimet

pontosítani és számszerűen megfogalmazni, melyhez ezen kutatások kiváló alapot

adhatnak. A későbbiekben szeretnék heterogén rendszereket is létrehozni, ahol

vizsgálható lenne a különböző rétegek hatása a beszivárgási folyamatokra.

40. ábra: Beépített oszlop a mérőeszközökkel


60

10. Javaslattétel

Kutatásom során számos problémába ütköztem, melyeket ebben a fejezetben szeretnék

bemutatni.

A legfontosabb és legnagyobb gondot okozó probléma a vízzáróság biztosítása volt a

műszerek háza és az oszlop találkozása mentén. A vízzáróságot szilikontömítéssel

oldottam meg, mely nem bizonyult a leghatékonyabb módszernek, ugyanis rengeteg

esetben szabad szemmel nem látható lyukak maradtak a tömítésben, ahol a víz a telítés

során oldalirányban is szivárogni kezdett. Ezt a hibát csak a mérések közben lehetett

felfedezni, így gyorsan kellett cselekedni. A legtöbb esetben sikerült a problémát

kiküszöbölni, valamint azokat a méréseket, melyekben jelentős elszivárgás jelentkezett,

megismételtem.

Hatékonyabb megoldásnak gondolom, ha egy új oszlop készítése esetén, nem a

műanyagházaknak készítünk csatlakozási helyet, hanem az érzékelő elektródoknak,

melyekre apró gumitömítést helyezünk, és úgy csatlakoztatjuk a nekik megfelelő

nyílásokba. Hátránya az lehet, hogy ebben az esetben is minden mérőműszernek saját,

meghatározott helye lesz, de úgy gondolom, a helyes beépítési sorrend csak egy kis

figyelmet igényel.

További probléma a kavicsrétegben összegyűlő vízmennyiség meghatározásánál adódott.

A porozitás meghatározása után kiszámíthatunk egy közelítő értéket, mely abban az

esetben válik valóssá, amennyiben a réteg teljesen telítődik. Emiatt hasznosnak találnám,

ha a kavicsrétegeket szűrőkővel helyettesítenénk. Esetleg az alsó golyós csap bemeneti

nyílása felett az oszlop belsejében fix telepítésű, perforált lemez és geotextília, vagy

kisebb lyukméretű háló kerülne elhelyezésre. Így a golyóscsap alatti térrészt tisztán víz

töltené ki, melynek mennyisége a térfogat ismeretében egyszerűen kiszámítható lenne.

A nedvességfront előrehaladásának könnyebb követése érdekében érdemes lenne

átlátszó, akril hengert alkalmazni. Ezt számos korábbi kutatás is igazolja.

Amennyiben az oszlop nem átlátszó anyagból készül, mindenképpen hasznosnak

találnám egy manométer csatlakozását a rendszerhez, melyen könnyen leolvasható

lenne, hogy meddig telítődött ténylegesen az oszlopmodell.

61

11. Összefoglalás

Szakdolgozatomban a felszín alatt kialakuló szivárgási és telítődési folyamatokat

vizsgáltam. Kutatásaimat laboratóriumi körülmények között, oszlopmodellek segítségével

végeztem. Munkám során teljesítettem a kiírásban megfogalmazott feladatokat.

A bevezetésben említést teszek arról, hogy a globális felmelegedés következményeként

jelentkező éghajlatváltozás napjaink egyik legfontosabb környezeti problémája. Emiatt

kialakuló szélsőséges időjárási viszonyok hatása a felszín alatti vizek utánpótlódására és

a vízkörforgalomra még nem ismert. Kutatásom azt a célt szolgálja, hogy bebizonyítsam

az oszlopmodell kísérletek alkalmasak lehetnek-e ezen szélsőséges viszonyok

szimulálására, valamint a közben kialakuló szivárgási folyamatok vizsgálatára.

Ezt követően röviden bemutatom hazánk hidrológiai és hidrogeológiai viszonyait, majd a

következő fejezetben ismertetem a beszivárgás fogalmát és fázisait, valamint részletesen

tárgyalom a legelterjedtebb meghatározási módszereit.

A következő fejezetben a szivárgás hidraulikájával foglalkozom. Elsőként a felszín alatti

vizek osztályozását mutatom be a víztartó réteg jellege és helyzete szerint. Ezután

jellemzem a talajnedvességet és a beszivárgási folyamatokat, majd említést teszek a

felszín alatti vizek szivárgási tartományairól. Bővebben foglalkozok a Darcy-féle

szivárgással, mely leírja a szivárgás sebességét a felszín alatti vizekben.

A 6. fejezetben mutatom be az eddig kifejlesztett laboratóriumi módszereket és azok

eredményességét, melyekből további ötleteket meríthetünk a berendezések

fejlesztéséhez.

A továbbiakban ismertetem, hogy a kísérletek során milyen paraméterű anyagokat

alkalmaztam és ezeket milyen vizsgálatokkal határoztam meg. A laboratóriumi méréseket

2 különböző szemcsés talajmintán végeztem el. Mindkét mintán elvégeztem a

szemcseméret-eloszlási vizsgálatokat és a kapilláris emelkedési magasság vizsgálatát. A

szivárgási tényezők meghatározását merevfalú permeabiméterrel végeztem, továbbá a

szemcseméret-eloszlás alapján mindkét mintára kiszámítottam. A vízfelvevő-képesség

mérését csak a 2. számú (0,2-0,6 mm) mintára tudtam meghatározni, ugyanis az 1.

számú mintának (2,0-3,5 mm) nem volt 0,125 mm alatti frakciója.

62

Ezt követően röviden bemutatom az oszlopmodellt és a mérőeszközöket, majd a 9.

fejezetben részletezem a mérési eredményeket, s végül javaslatot teszek a mérés közben

felmerülő problémák megoldására.

Összegzésként elmondhatom, hogy az oszlopmodell kísérletek alkalmasak a telítődési

folyamatok és a felszín alatti szivárgások vizsgálatára, azonban jelen eredményekből

csak közelítő megállapításokat vonhatunk le. A jövőben szeretném eredményeimet

pontosítani és számszerűen megfogalmazni, melyhez ezen kutatások kiváló alapot

adhatnak. A későbbiekben szeretnék heterogén rendszereket is létrehozni, ahol

vizsgálható lenne a különböző rétegek hatása a szivárgási folyamatokra.

12. Summary

In my thesis I examined infiltration and saturation processes which under surface. I did my

searchings with assist of column-models under laboratory circumstances. In the course of

my work I completed the tasks which were written in the transcript.

In the Introduction I mention, that clime changing subsequent upon global warming is one

of our most important environmental problem nowadays. The effects of evolving extreme

weather to the refilling of undersurface waters and water cycling are not known yet. My

research serves the purpose to demonstrate that the column-model searchings are useful

to simulate extreme sessions or not, as well as to examine infiltration processes evolving

nearby.

After that I introduced shortly hydrologic and hydrogeologic sessions of our home country,

then in the next chapter I reviewed the conception and phases of infiltration, as well as I

anatomize briefly it’s most prevailing determination methods.

In the next chapter I took upon the question of the hydraulics of infiltration. First I introduce

the taxonomy of undersurface waters on the score of aspect and situation of reservoir

layers. After that, I characterize the soil wetness and infiltration processes, then I mention

about the leaking territory of undersurface waters. I deal briefly with Darcy-leaking, which

unfolds the velocity of leaking in undersurface waters.

63

In the sixth chapter I introduce laboratory methods researched till now, and efficiency of

them, which we can get more ideas to improve our machinery.

Henceforward I review, that in the course of the experiments what kind of materials did I

use, and what kind of monitoring did I determine them with. I made my laboratory

measurements in two different granulous soil sample. I made partical size distribution and

capillary upheaval height examations on both samples. On the samples, I determined the

hydraulic conductivity with a hard-wall permeabimeter, furthermore I figured out to both

samples in virtue partical size distribution. I also used the sample No. 2 (0,2-0,6 mm) the

measure water-absorb ability, because the sample No.1 (2,0-3,5 mm) didn’t have any

fractions under 0,125 mm.

After that, I introduce in a few words the column-model, and the measuring tools, and in

the 9. chapter I specify the measurement results and finally I make a proposal to solve the

problems which came up during the measurements.

As summation, I can tell that column models are suspectible for examining imregnation

processes and undersurface leakings, but from curret results, we can subtract only

approximate statements. In the future I would like to specify my results and conceive

numerically, which this researches can be expert basics for. Further on, I would like to

create heterogeneous systems, where the effects of various layers to leaking processes

can be analysed.

64

13. Köszönetnyilvánítás

Ezúton szeretném köszönetemet kifejezni mindazoknak, akik segítségemre voltak a

szakdolgozatom elkészítésében és szakmai tanácsaikkal segítették a kutatómunkám

eredményességét.

Köszönettel tartozom konzulenseimnek, Kompár Lászlónak, a Miskolci Egyetem

Környezetgazdálkodási Intézet tudományos segédmunkatársának és Dr. Kovács

Balázsnak, Intézetigazgató Úrnak kutató munkám irányításáért, szakmai és emberi

támogatásukért.

Köszönet illeti Dr. Czinkota Imrét és Czinkota Györgyöt, akik rendelkezésemre

bocsátották a mérőműszereket, amelyek nélkül szakdolgozatom nem valósulhatott volna

meg.

Továbbá hálával tartozom szüleimnek, akik egyetemi éveim alatt mindvégig mellettem

álltak, támogattak és szakdolgozatom készítése alatt is bátorítottak.

A kutatómunka a Miskolci Egyetemen működő Fenntartható Természeti Erőforrás

Gazdálkodás Kiválósági Központ TÁMOP-4.2.2/A-11/1-KONV-2012-0049 jelű „KÚTFŐ”

projektjének részeként – az Új Széchenyi Terv keretében – az Európai Unió

támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

…………………………………………….

Bernát Mária

Környezetmérnöki alapszak

Miskolc, 2013. 05.06.

65

14. Irodalomjegyzék

[1] Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium – Éghajlatváltozás

http://www.egymozdulat.hu/pages.php?aid=5&pID=2 (2013. 02. 05.)

[2] Országos Meteorológiai Szolgálat – Éghajlatváltozás

http://www.met.hu/eghajlat/eghajlatvaltozas/megfigyelt_valtozasok/Magyarorszag/

(2013. 02. 05.)

[3] Bodnár L. – Fodor I. – Lehmann A. (2006.): A természet- és környezetvédelem

földrajzi alapjai ( Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2006.)

[4] Akadémiai Lexikon – Környezetvédelem (a-k) I. kötet és (l-z) II. kötet (Akadémiai

Kiadó, Budapest, 2007.)

[5] Fejezetek a környezetföldtanból: Nováky B. (2008.): Felszíni vizek (Miskolci

Egyetemi Kiadó, Miskolc, 2008.)

[6] Szabó Sz. (2002.) Talajvédelmi praktikum

http://geo.science.unideb.hu/ (2013. 02. 09.)

[7] Moser M. – Pálmai Gy. (2006.): A környezetvédelem alapjai (Nemzeti

Tankönyvkiadó, Budapest, 2006.)

[8] Dr. Cserny T. (2008.) Víz- és környezetföldtan (Nyugat-Magyarországi Egyetem,

Sopron, 2008.) Oktatási segédanyag

[9] Léczfalvy S. (2004.): Felszín alatti vizeink I-II. kötet (ELTE Eötvös Kiadó, Budapest

2004.)

[10] Marton L. (2009.): Alkalmazott hidrogeológia (ELTE Eötvös Kiadó, Budapest 2009.)

[11] Dr. Gribovszki Z. (2010.): Mezőgazdasági infrastruktúra alapjai 7., A vízrendezés,

mint a komplex vízgazdálkodás része (Nyugat-Magyarországi Egyetem, Sopron,

2010.)

http://www.egymozdulat.hu/pages.php?aid=5&pID=2

http://www.met.hu/eghajlat/eghajlatvaltozas/megfigyelt_valtozasok/Magyarorszag/

http://geo.science.unideb.hu/

66

[12] Juhász J. (2002.): Hidrogeológia (Akadémiai Kiadó, Budapest 2002.)

[13] Almássy E. (1977.): Hidrológia – hidrográfia (Tankönyvkiadó, Budapest, 1977.)

[14] Jeffrey L. (2010.):Optimizing the experimental design of unsaturated soil columns

(19th World Congress of Soil Science, Soil Solutions for a Changing World, 2010.)

[15] Kovács Gy. (1972.): A szivárgás hidraulikája (Akadémiai Kiadó, Budapest, 1972.)

[16] Fejezetek a környezetföldtanból: Dr. Szűcs P. – Dr. Szabó Imre (2008.): Felszín

alatti hidraulika (Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 2008.)

[17] Kézdi Á. (1964.): Talajmechanikai praktikum (Tankönyvkiadó, Budapest, 1964.)

[18] Crile D. – James M. H. – Cristopher J. D. (1998.): Soil Column to Demonstrate Soil-

Water Movement (J. Nat. Resour. Life Sci. Educ., Vol. 27, 1998.)

[19] H. Jang – H. Rahardjo – E.-C- Leong (2006.): Behavior of Unsaturated Layered Soil

Columns during Infiltration (Journal of Hydrogeologic Engineering, July/August,

2006.)

[20] Makó A. – Szabó M. – Martelli G.: A kapilláris folyadékmozgások modellezése

talajokban, I. Az alkalmazott módszerek bemutatása; II. Az eredmények

kiértékelése (Pate Keszthely, Talajtani Tanszék; Udinei Egyetem, Földtudományi

Intézet) http://www.georgikon.hu/tanszekek/ppss/document/mako/publikaciok/

(2012. 09. 11.)

[21] Hani N. – Abdelmalek B. – Jayantha K.: Surface water infiltration in a 1-dimensional

soil-geotextile column (Department of Civil Engineering, Monash University,

Melbourne, Australia) http://www.ictinternational.com.au/ (2012. 09.11.)

[22] Talajmechanika (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Egyetemi

jegyzet, 2004.) http://www.gtt.bme.hu/ (2013. 03. 14.)

http://www.georgikon.hu/tanszekek/ppss/document/mako/publikaciok/

http://www.ictinternational.com.au/

http://www.gtt.bme.hu/

67

15. Ábra- és táblázatjegyzék

1. ábra: Vízkörforgás

Forrás: Waterfacts alapján a szerző saját szerkesztése ............................................................ 3

2. ábra: Hazánk térszíni vízforgalma

Forrás: Bodnár L. – Fodor I. – Lechmann A. (2006.): A természet- és környezetvédelem alapja

(Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2006.) 225. o. ................................................................. 6

3. ábra: A beszivárgás alakulása az évszak függvényében

Forrás: Juhász J. (2002.): Hidrogeológia (Akadémiai Kiadó, Budapest, 2002.) 460. o. ................... 10

4. ábra: Intenzitásgörbe


5. ábra: A csapadék (1) és a beszivárgás (2) időbeli kapcsolata


6. ábra: Különböző intenzitású csapadékok hatása a beszivárgásra


7. ábra: Árasztott parcella


8. ábra: Kompenzációs liziméter

Forrás: Almássy E. (1977.): Hidrológia – hidrográfia (Tankönyvkiadó, Budapest, 1977.) 77. o. ........ 14

9. ábra: Kettős falú infiltrométer


10. ábra: Talajnedvesség formái háromfázisú rétegben

Forrás: Kovács Gy. (1972.): A szivárgás hidraulikája (Akadémiai Kiadó, Budapest, 1972.) 22. o. ..... 17

68

11. ábra: Szivárgási tartományok


12. ábra: Darcy kísérletének sematikus ábrája

Forrás: Egyetemi előadásanyag, 2011.02.21. ....................................................................... 20

13. ábra: Pennsylvaniai Egyetem berendezésének elvi vázlata

Forrás: Crile D. – James M. H. – Cristopher J. D. (1998.): Soil Column to Demonstrate Soil-Water

Movement (J. Nat. Resour. Life Sci. Educ., Vol. 27, 1998.) ...................................................... 23

14. ábra: A Nanyangi Műszaki Egyetem berendezésének elvi vázlata

Forrás: H. Jang – H. Rahardjo – E.-C- Leong (2006.): Behavior of Unsaturated Layered Soil

Columns during Infiltration (Journal of Hydrogeologic Engineering, July/August, 2006.) ................. 24


(szerző saját szerkesztése) .............................................................................................. 28



17. ábra: Merevfalú permeabiméter elvi vázlata


18. ábra: 2. minta szivárgási tényezőjének meghatározása az 1. módszer alapján


19. ábra: 2. minta szivárgási tényezőjének meghatározása a 2. módszer alapján


20. ábra: A hajszálcsövek átmérője és a kapilláris emelkedési magasság közötti

összefüggés


21. ábra: Telítettség változása a kapilláris erők hatására

Forrás: Talajmechanika (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,

Egyetemi jegyzet, 2004.) ................................................................................................. 39

69

22. ábra: Az 1. minta kapilláris emelkedési magassága


23. ábra: A 2. minta kapilláris emelkedési magassága


24. ábra: Enslin- féle, Neff által javított készülék


25. ábra: Az 1. minta (baloldali kép) és a 2. minta (jobboldali kép)


26. ábra: Az oszlopmodell elvi vázlata


27. ábra: Mérőeszköz elvi vázlata


28. ábra: Mérőeszköz


29. ábra: A víztartalom változása az 1. számú mintában alulról telítés esetén


30. ábra: Az 1. minta telítődési sebessége (alulról)


31. ábra: A kifolyó víz hozama az 1. minta esetén (alulról)


32. ábra: A víztartalom változása a 2. számú mintában alulról telítés esetén


33. ábra: A 2. minta telítődési sebessége (alulról)


70

34. ábra: A kifolyó víz hozama a 2. minta esetén (alulról)


35. ábra: A víztartalom változása az 1. számú mintában felülről telítés esetén


36. ábra: A beszivárgás mélysége az idő függvényében az 1. mintában (felülről)


37. ábra: A kifolyó víz hozama az 1. minta esetén (felülről)


38. ábra: A víztartalom változása a 2. számú mintában felülről telítés esetén


39. ábra: A beszivárgás mélysége az idő függvényében a 2. mintában (felülről)


40. ábra: Beépített oszlop a mérőeszközökkel

(szerző saját szerkesztése) ............................................................................................. 59

1. táblázat: A felszín alatti vízfajták osztályozása a víztartó rétegek jellege és helyzete

szerint

Forrás: Kovács Gy. (1972.): A szivárgás hidraulikája (Akadémiai Kiadó, Budapest, 1972.) 21. o. ..... 16


(szerző saját szerkesztése) .......................................................................................................... 27



4. táblázat: 2. minta szivárgási tényezőjének meghatározása


71

5. táblázat: Szivárgási tényező meghatározása számítással az 1. mintára






8. táblázat: 2. minta vízfelvevő képességének vizsgálata


9. táblázat: Minták paramétereinek összegzése


10. táblázat: Az 1. minta beépítési paraméterei (alulról telítés)


11. táblázat: A 2. minta beépítési paraméterei (alulról telítés)


12. táblázat: Az 1. minta beépítési paraméterei (felülről telítés)


13. táblázat: A 2. minta beépítési paraméterei (felülről telítés)


szivárgási vizsgálatok oszlopmodell kísérletekkel...

Documents