4. fejezet - A porózus közeg hidraulikai tulajdonságai, rétegzett rendszer, anizotrópia

Tartalom

4.1  Porozitás (n), hézagtérfogati tényező (e)
4.2 Áramlási intenzitás (q), vonalmenti sebesség (v)
4.3 Hidraulikus vezetőképesség (K), permeabilitás (k)
4.4 Permeabilitás lépték-, mélység- és időfüggősége
4.5 Hidrosztratigráfia
4.6 Heterogenitás, anizotrópia
4.7 Rétegzett heterogén közeg transzformációja
4.8 Hidraulikus vezetőképességi ellipszoid
4.9 A Darcy-törvény általános alakja
4.10 Ellenőrző kérdések
4.11 A fejezetben felhasznált irodalmak

4.1  Porozitás (n), hézagtérfogati tényező (e)

Hosszú időn át a hidrogeológia legfontosabb feladata, a geológiai rétegek, víztartók, vízadó képességének mennyiségi meghatározása volt. Annak érdekében, hogy ezt megállapíthassuk, meg kell érteni a kőzetekben található víz szállítódásának, tározódásának, és kitermelésének mechanizmusát. Mindezekhez szükségünk van a kőzet és a folyadék azon tulajdonságainak megértésére, amelyek meghatározzák a kőzetben tározódó és szivattyúzással kitermelhető víz mennyiségét.

Hidrogeológiai szempontból osztályozva a kőzeteket elsődlegesen a pórusok típusa, mennyisége és kapcsolata érdekes.

A kőzetszemcsék közt lévő hézagok, pórusok mennyiségének legáltalánosabb mérőszáma a porozitás, n, melyet a pórustérfogat és a teljes kőzettérfogat hányadosaként (arányaként) definiálunk ( ábra):

(4.1)

  

ahol Vv a pórusok térfogata, míg Vt a teljes kőzettérfogat.

A teljes térfogat (Vt), a kőzetváz térfogat (Vs) és a pórustérfogat (Vv) közti összefüggés

4.1. ábra: A teljes térfogat (Vt), a kőzetváz térfogat (Vs) és a pórustérfogat (Vv) közti összefüggés

Azokon a területeken, ahol a kőzetek folytonossági hiányai teljes egészében telítettek vízzel, a kőzetekben tárolt víz térfogata megegyezik a pórustérfogattal. Ezért az átlagos specifikus víztérfogat numerikusan egyenlő a kőzet átlagos porozitásával.

A porozitás kifejezhető tizedes tört vagy százalék formájában is, míg értéke elméletileg 0 és 1 (avagy 0 és 100%) között változik. A természetben azonban leggyakrabban 1 és 30% közötti értéket vesz fel. Pala, só- és kristályos kőzetekben 1%-nál alacsonyabb is lehet; ugyanakkor konszolidálatlan agyagokban elérheti a 70%-ot is.

Genetikailag megkülönböztetünk a kőzet keletkezésével egy időben képződött úgynevezett elsődleges és a konszolidációt követő másodlagos porozitást. Ez utóbbi létrejöhet tektonikus hatásra (pl. gránit), ill. az oldódás (pl. mészkő) és cementáció folyamatainak köszönhetően.

A pórustérfogat egy másik mérőszáma a hézagtényező, e. A hézagtényezőt a pórustérfogat (Vv) és a kőzetváz térfogat (Vs) hányadosaként definiáljuk:

(4.2)

ahol Vs a szilárd térfogat (a szemcsék térfogata) (Vs = Vt - Vv). A porozitás és a hézagtényező a következő egyenletekkel számítható át egymásba:

(4.3)

  

Mérnöki gyakorlatban jobbára nem a porozitást, hanem a hézagtényezőt használják, mivel a feszültség és a deformáció (pl. konszolidáció) a szilárd anyag és a pórusok mennyiségének arányával függ össze. Ezzel szemben, a geológiai, hidrogeológiai gyakorlatban általában a porozitással dolgoznak, mivel elsődlegesen a teljes kőzettérfogatban található víz mennyisége érdekes számukra.