9.3 A légnyomásváltozás fedett víztartóra gyakorolt hatása

Mint már utaltunk rá, az atmoszférikus nyomás megváltozása fedett víztartóba mélyített potenciométerekben, vízszintváltozást idéz elő.

A 9.3. ábra (a) részén figyeljük meg a fedett víztartóban a légnyomás megváltozása előtti erőviszonyokat. A kút környékén (X) egy tetszőlegesen kiválasztott felületre (pl. a víztartó és a fedőréteg közötti határfelületen) felülről a teljes feszültség (σT) és atmoszférikus nyomás (pAtm) hat, mely egyensúlyt tart az effektív feszültséggel (σe) és a pórusnyomással (pW), vagyis a σT + pAtm = σe + pW egyensúly írható fel.

.A kútban (Y) ugyanekkor a (ψ) vízoszlop nyomása és az atmoszférikus nyomás (pAtm) hat, amely egyensúlyt tart a pórusnyomással, vagyis pAtm + ρgΨ= pW.

Erőmérleg fedett víztartóra és a víztartóba mélyült kútra (a) és a légnyomásváltozás hatására átalakuló erőviszonyok

9.3. ábra: Erőmérleg fedett víztartóra és a víztartóba mélyült kútra (a) és a légnyomásváltozás hatására átalakuló erőviszonyok (Freeze&Cherry, 1979)

A légköri nyomás megváltozását (dpAtm) követően a kút környezetében (X) az erőviszonyokat a σT + pAtm + dpAtm = σe + pW + dσe + dpW egyenlettel írhatjuk le. Láthatjuk, hogy az atmoszférikus nyomás változása effektív feszültség és pórusnyomás változást indukál, vagyis dpAtm=dσe+dpW. A kútban (Y) az erőviszonyok ekkor a pAtm + dpAtm + ρgΨ‘ = pW + dpW egyenlet szerint alakulnak (9.3. ábra: b).

Ideálisan merev víztartó esetében a pórusnyomás megváltozása zérus (dpW = 0), így az atmoszférikus nyomás megváltozásával az effektív feszültség változás tart egyensúlyt, azaz dpAtm = dσe.

Teljesen képlékeny víztartó esetében az effektív feszültség változása elhanyagolható (dσe = 0), így a légköri nyomásváltozása a pórusnyomás változásban manifesztálódik, tehát dpAtm=dpW.

A fentiekből következik, hogy a pórusnyomás változása nem haladhatja meg az atmoszférikus nyomás változását, hiszen 0 ≤dpW ≤ dpAtm. A kútban a légnyomás emelkedés közvetlenül a víz felszínére közvetítődik, és a vizet a kútból a víztartóba szorítja. A nyomásnövekedés miatt természetesen a fedett víztartóban nő a pórusnyomás, bár a víztartó kőzetváza viseli a nyomás nagy részét, míg a kútban vízszintcsökkenést tapasztalunk (Ψ’< Ψ) (9.3. ábra).

Azt, hogy a víztartó nyugalmi vízszintje milyen mértékben változik a légnyomás változás hatására, a barometrikus hatásfok adja meg. A barometrikus hatásfok definíció szerint az egységnyi légnyomásváltozásra eső, kútban mért vízszintváltozást jelenti, vagyis a

(9.1)

képlettel írhatjuk le, ahol dpAtm az atmoszférikus nyomás változása, dpW a pórusnyomás változása, dh a kútban mért vízszintváltozás, ρ a víz sűrűsége, g pedig a gravitációs gyorsulást jelöli.

A vízszintváltozás hatása a víztató mechaniakai állapotától függően a kőzetváz (dσe) és a pórusnyomás (dpW)között oszlik el.

A képlet alapján belátható, hogy ideálisan merev víztartó esetében a pórusnyomás zérus (dpW = 0), tehát ekkor a barometrikus hatásfok B=1 lesz; míg teljesen képlékeny víztartó esetében, amikor az atmoszférikus nyomásváltozást a pórusnyomás változása egyensúlyozza, akkor dp= dpAtm, tehát a barometrikus hatásfok B=0 lesz. A valós víztartók barometrikus hatásfoka általában 0,25 és 0,75 közé esik.

A baromertikus hatásfok a fedett víztartó kompresszibilitásának mértékadója. Todd (1959) határozta meg a fedett víztartók barometrikus hatásfoka és a tározási tényezője között fennálló összefüggést. A barometrikus hatásfok (B) kifejezhető egy adott vastagságú (b) kőzetváz porozitása (n) és kompresszibilitása (α), illetve a víz kompresszibilitása (β) függvényében, melyet a

(9.2)

képlet fejez ki. A tározás (S) matematikailag a már ismert összefüggés alapján leírható a

(9.3)

egyenlet segítségével. A fenti két összefüggés alapján a tározás és barometrikus hatásfok kapcsolatát a következő egyenlet írja le.

(9.4)

A barometrikus hatásfok révén kiszűrhetjük a fedett víztartókban a légnyomás által keltett vízszintváltozásokat. Igy a fedett víztartóból történő vízkivétel során mért vízszintgörbék korrigálhatók, ezáltal pontosabban tudjuk kiértékelni azokat. Az adatrögzítő szondák a kútban az abszolút (nem-légkábeles) ill. a relatív (légkábeles szonda esetén) nyomást mérik. A nem-légkábeles szondák esetében mindenképp szükség van a légköri nyomás mérésére azért, hogy relatív nyomást tudjunk számolni. A légkábeles szondák esetében viszont nincs szükség a légköri nyomás mérésére.