8. fejezet - A tranziens állapot megnyilvánulásai a felszín alatti vízrendszerben

Tartalom

8.1 A stacioner és a tranziens áramlás kialakulásának feltételei
8.2 A felszín alatti vízszintváltozások típusai
8.3 A vízszintváltozások megjelenítése
8.3.1 Talajvízszint- és potenciometrikus kontúrtérképek (h(x,y,t) t:t1,t2)
8.3.2 Vízszintkülönbség-térképek (Δh(x, y, Δt) Δt: t1, t2)
8.3.3 Vízszintmélység térképek d(x, y, t)
8.3.4 Hidraulikus keresztszelvények h(s, z, t)
8.3.5 Hidrográfok vagy kútidősorok h(t); d(t)
8.4 A felszín alatti vízszint-változások okai
8.4.1 Változások a tározott vízkészletben
8.4.2 Zavarok a kutakban
8.5 Ellenőrző kérdések:
8.6 A fejezetben felhasznált irodalmak

8.1 A stacioner és a tranziens áramlás kialakulásának feltételei

A 6.1 fejezetben már foglalkoztunk a stacioner és a tranziens állapottal az áramlási egyenletek kapcsán. E fejezetben a tranziens, tehát az időben változó folyamatokkal fogunk megismerkedni.  Ennek előkészítéseképpen elsőként definiáljuk, hogy a modern hidrogeológia elvei szerint, mikor beszélhetünk medencemértékben stacioner áramlásról (8.1. ábra). Azaz mikor tekinthetünk el a tranziens folyamatoktól:

(1) Ha az árammező minden pontjában a fluxus nagysága és az áramlás iránya időben állandó, vagyis a hidraulikus emelkedési magasság konstans.

(2) Ha az adott hidrogeológiai probléma megengedi, hogy átlagértékekkel számoljunk, akkor a periodikus hidraulikus emelkedési magasság változások ellenére is az áramteret stacionernek tekinthetjük.

(3) Ha egy meghatározott dt idő alatt bekövetkező hidraulikus emelkedési magasság-változás belefér a vizsgált probléma hibahatárába.

A stacioner áramlás fennállásának lehetőségei

8.1. ábra: A stacioner áramlás fennállásának lehetőségei

Lássunk néhány példát!

Ez utóbbi helyzetet (3) a legnehezebb megérteni. Elképzelhető, hogy egy áramtér geológiai értelemben tranziens, azaz pl. zajlik egy hegység kiemelkedése. Látjuk, hogy az ábrán szereplő példában T3=107 év alatt a teljes vízszintváltozás jelentős, H3. Ugyanakkor, amennyiben a problémánk pl. e területen egy veszélyes hulladéklerakóhely telepítése és Δt3=104 év alatt a vízszintváltozás e geológiai folyamat következtében Δh3=10-2 m nagyságrendű, akkor ezt a geológiai értelemben tranziens áramteret, a megoldandó problémánk, a veszélyes hulladék elhelyezés szempontjából, stacionerként kezelhetjük.

A folyók és a felszín alatti vizek közötti kapcsolat többnyire tranziens állapottal jellemezhető. A folyóknál szembetűnőek a vízszintváltozások, melyek gyakran különböző peridódusú vízszintváltozásokban nyilvánulnak meg (2). A folyók és a felszín alatti vizek közötti kölcsönhatás révén egymás vízszintjeire is hatással vannak.

A 8.2. ábra a) részén egy gát alatt alluviális üledékben kialakult stacioner áramlást láthatunk, aminek a bal oldalán, az AB vonal mentén, a hidraulikus emelkedési magasság hAB=1000 m. Míg a jobb oldalán kialakult vízszint a CD vonal fölött hCD=900 m hidraulikus emelkedési magassággal jellemezhető, vagyis a hidraulikus emelkedési magasságok különbsége dh=100 m a gát két oldala között. Ha a hidraulikus emelkedési magasság a gát két oldalán időben nem változik, akkor a gát alatti vízáramlás is időben állandó. Ami azt jelenti, hogy a felszín alatt egy tetszőlegesen kiválasztott pontban állandó lesz a hidraulikus emelkedési magasság értéke. (Tekintsük például a gát alatti E pontban jellemző hidraulikus emelkedési magasságot, melynek értéke h=950 m). Az áramlás intenzitása az áramtér különböző pontjaiban ugyan változik, de az áramlási rendszer egy adott pontjában. az idő függvényében értéke konstans (Freeze et al., 1979). Ez a stacioner helyzet, azaz, hogy a vízszint konstansnak tekinthető egy adott rövid időtartamra fennálhat (1).

Mint utaltunk rá, a folyóvíz és a gát túloldalán kialakuló vízszint közötti kapcsolat alapvetően tranziens jellegű. Emlékeztetőül, tranziens állapotról akkor beszélünk, ha a hidraulikus emelkedési magasság és így a hidraulikus gradiens is időben változik, ami az árammező egy pontjában a fluxus nagyságának és/vagy irányának időbeli változásában nyilvánul meg. Ezt szemlélteti a 8.2. ábra b) részén a diagram: t0 időpontban az áramtér még megegyezik a 8.2. ábra. a) részén látottakkal. Azonban a folyóban a t0 időpontban mért h=1000 m hidraulikus emelkedési magasság értéke t1 időpontban lecsökken h=900 m-re, amely megegyezik a gát jobb oldalán lévő h értékkel. Ekkor az E pontban a kezdeti h=950 m-ről a hidraulikus emelkedési magasság h=900 m-re csökken. A diagram azt is tükrözi, hogy az E pontban némi időkéséssel (a t1 időpont beállta után) éri el a  hidraulikus emelkedési magasság a h=900 m értéket, azaz a tranziens állapot egy idő után stabilizálódik és stacionerre vált (Freeze et al., 1979).

Gáton keresztüli stacioner áramlás és következményei. Szaggatottal jelölve az ekvipotenciál vonalak, folytonos vonallal az áramvonalak (a) stacioner áramtér; (b) tranziens áramtér, amely idővel ismét stacioner lesz

8.2. ábra: Gáton keresztüli stacioner áramlás és következményei. Szaggatott vonallal jelölve az ekvipotenciál vonalak, folytonos vonallal az áramvonalak (a) stacioner áramtér; (b) tranziens áramtér, amely idővel ismét stacioner lesz (Freeze et al., 1979)