VIZELLÁTÁS - VÍZSZERZÉS

Eötvös József Főiskola (Baja) Műszaki fakultás Vízellátás - csatornázás tanszék

VIZELLÁTÁS - VÍZSZERZÉS Gyakorlati útmutató Összeállították

Dr. Karácsonyi Sándor c. egyetemi docens

Dr. Mészáros Gábor főiskolai tanár

1998

1

TARTALOMJEGYZÉK Előszó Bevezetés I. VIZSZERZÉS FELSZINALATTI VIZBŐL 1.1 Vízszerzésre alkalmas képződmények 1.2 A vízszerzési lehetőségek és jellemzésük

2.5 2.6

2. VÍZSZERZÉS FELSZÍNKÖZELI VÍZBŐL Előfordulás, általános jellemzők A vízutánpótlódás, vízkészlet vizsgálatok 2.21 Vízkivétel csapadékvíz hozamnál 2.22 Víztermelés a csapadék beszivárgás vesztesége terhére 2.23 Vízutánpótlódás felszíni vízből 2.24 Víztermelés készletfogyasztásból A természetes védelem, kiegészítése A vízszerzés gyakorlati megoldásai 2.41 Akna kutak 2.42 Csőkút A vízhozam és befolyásoló tényezői Kútrendszer, egymásra hatások

3. 3.1 3.2 3.3 3.4

VÍZSZERZÉS MÉLYSÉGI VÍZBŐL Területi előfordulás, szerepe a vízellátásban A mélységi víz jellemzői Vízkészlet számítás A vízszerzés gyakorlati megoldása

4. 4.1

4.3

AZ ÁTMENETI JELLEGŰ VÍZSZERZÉS A partiszűrés 4.11 Meghatározó tényezők 4.12 A szűrési folyamat 4.13 A természetes védettség 4.14 Víztermelési megoldások 4.15 Vízhozam számítása A talajvízdúsítás 4.21 Szerepe, elvi megoldások 4.22 A dúsítás gyakorlata A partiszűrés és talajvízdúsítás kombinációja

5. 5.1 5.2

VÍZNYERÉS KARSZTVÍZBŐL Előfordulás, vízkészlet, vízminőség A víztermelés gyakorlati megoldásai

6. 6.1 6.2

VÍZTERMELÉS ÉS VÍZTOVÁBBÍTÁS Kútfej, kútakna, kútház Gyűjtővezetékek

2.1 2.2

2.3 2.4

4.2

2

II. VIZSZERZÉS FELSZINI VIZBŐL 7.1

7.2

A vízszerzést befolyásoló körülmények 7.11 Vízkivétel folyóvízből 7.12 Vízkivétel tóból 7.13 Vízkivétel tározóból A vízkivételi művek kialakítása III. MINTAPÉLDÁK, MINTAFELADATOK

3

ELŐSZÓ A magyarországi felsőfokú műszaki képzésen belül hagyományosan az építőmérnöki szakokon kapnak a hallgatók átfogó ismereteket a közműves vízellátásról. A BME és az Eötvös József Főiskola (Baja) Műszaki Fakultásán korábban is, és ma is a képzés egyik hangsúlyos részeként szerepel az építés mellett a vízszerzés, a víz és szennyvíztisztítás, az alkalmazott technológiák és az üzemeltetés Napjainkban az okszerű üzemeltetés nem képzelhető el a rendszer egészének átfogó ismerete, és ezen belül a vízszerzés, a vízszerzés és a vízbázisok védelme, továbbá a vízszerzési létesítmények ismerete nélkül. Az oktatáson belül egyre növekszik a hallgatók önálló munkájának aránya, csökken az előadások, és különösen a tantermi gyakorlatok óraszáma. Gyakorlati útmutatónk elsősorban a főiskolai építőmérnök hallgatók vízszerzési feladataihoz, és elméleti felkészüléséhez kíván segítséget adni azzal, hogy egyrészt áttekinti a vízszerzéssel kapcsolatos legfontosabb elvi alapokat, másrészt mintaszámításokat, példákat mutat be. A felsőoktatásban kialakult gyakorlatnak megfelelően azokat a vonatkozásokat, amelyeket a hallgatók más tantárgyak (pl. geológia, hidrogeológia, építéskivitelezés, hidraulika, stb.) keretében tanulnak, csak ott érintjük, ahol az anyag megértése ezt feltétlenül szükségessé teszi. Az útmutató Karácsonyi Sándor VIZSZERZÉS c. BME kiadványára (Tankönyvkiadó, 1976) épült, amely az érintett témák részletesebb kifejtése mellett a szakirodalmi hivatkozásokat is tartalmazza. Így tételes irodalmi hivatkozásunk csak az említett jegyzetben nem szereplő, és tényszerű ismereteket tartalmazó legfontosabb hazai eredményekre terjed ki.

Budapest, 1998. május

A szerzők

4

BEVEZETÉS A vízszerzés a vízellátási folyamat szerves része és annak első fázisa. Az előkészítés során a víznyerőhelyek felkutatását és a vízellátás igénye szerinti értékelését, a foglalási műtárgy(ak) és rendszerének kialakítását, a természetes védettség kiegészítését, megvalósult műveknél a vízbázissal és annak védelemével kapcsolatos feladatokat foglalja magában. A vízszerzési megoldás lényeges meghatározója a kialakítható vízellátási rendszernek és ennek függvénye a víztisztítás szükségessége és annak mértéke. Vízellátás céljára számításba vehetők a felszínalatti és a felszíni vízkészletek. Ezen belül a felszínközeli vizek (talajvizek), a mélységi vizek, az átmeneti (partiszűrésű, talajvízdúsítás), a karszt- és forrásvizek, a folyóvizek, a tavak vize, a mesterséges tározók felszíni vize lehetnek vízbázisok.

1. VIZSZERZÉS FELSZINALATTI VIZBŐL 1.1 Vízszerzésre alkalmas képződmények A felszínalatti vízszerzés lehetősége a felszínihez hasonló feltételek függvénye. Így gyakorlati hasznosításra alkalmas gyűjtő illetve tározótér kialakulása és abban megfelelő minőségű és mennyiségű illetve utánpótlódó vízkészlet felhalmozódása. A felszínalatti vízfelhalmozódás a kőzetek folytonossági hiánya (hézagok, repedések, üregek, stb.) esetén, ezek vízzel való kitöltődése által jöhet létre. A "gyakorlati" megkülönböztetés szűkítő értelmű, a hozzáférhetőséget, hasznosításra alkalmas minőségű és kitermelésre érdemes előfordulású lehetőséget jelent. A víz felszínalatti felhalmozódására alkalmas képződmény leginkább két kőzetféleségben alakulhat ki, mégpedig • a laza, szemcsés üledékes kőzetek (görgeteg, kavics, homok) pórusterében, és • a szilárd kőzetek (töréseiben, repedéseiben és egyéb) üregeiben. A víztározásra alkalmas szemcsés-üledékes kőzetekben főleg a földtörténeti események alatt az akkori vizek által szállított durvább szemű üledékek hézagterének szabad része a kitermelhető víz befogadásának legkedvezőbb lehetősége. A szemcsés rétegek az üledékképződési folyamat következtében igen változatosak, de vízszintes településű rétegzettségük így is felderíthető. Általában megállapítható, minél durvább szemű az üledék anyaga, annál kedvezőbb a pórustér gravitációs hányada, amelyben a víz nyomáscsökkentéssel elmozdítható és egy kitermelési hely irányába mozgásba hozható. A porózus rétegeket magába foglaló medenceüledék a földtörténeti harmad- és negyedidőszakban a "Pannon-tenger" fokozatos feltöltődésével alakult ki. Ezt a felhalmozódást több lényeges körülmény befolyásolta, amelyen belül meghatározó volt a medencealjzat részekre tagolódása és azok eltérő sebességű süllyedése. Az üledékképződési folyamat - a Pannon-tenger aljzatának süllyedése és feltöltése - adja a magyarázatát a rétegvizek túlnyomásának, a nyugalmi vízszint tározóréteg fedője fölé való emelkedésének. A vízben ülepedő szemcsés rétegben a felhalmozódás időszakában kialakult feszültségi viszonyok a réteg lezáródásával és mélyebbre süllyedésével konzerválódtak. Az újabb rétegek felhalmozódásával megnövekedett feszültség viselője a bezáródott víz, amely önmagában magyarázza a rétegvizek "nyomásalatti" állapotát. A rétegekben tehát az eredeti feszültségi állapot maradt vissza, ez konzerválódott, mivel a tényleges telepnyomás növekedéssel együtt járó konszolidációs folyamat a zártság, a víz távozásának akadályozottsága miatt nem jöhetett létre. A fedő képződmények okozta

5

geológiai nyomás mellett további belső feszültséget eredményezhet a kőzetrészekkel együtt a rétegekbe ülepedett szerves anyagok bomlása (gázok keletkezése) és a megnövekedett hőmérséklet is. A zárt rétegek megnyitásával az elmaradt konszolidáció a víz egyidejű kiszorulása mellett lassan megindul. Ez a folyamat egy látszólagos utánpótlódást eredményez és kitermelhető vízkészletet szabadít fel. A medence üledékek változatos kifejlődését jelzik a részekre tagolódást bemutató szerkezeti-, a különböző földtörténeti időszakokban bekövetkezett felhalmozódás mértékét ábrázoló vastagságitérképek és az egyes területrészek fúrási eredményei alapján szerkesztett szelvényvonalak (1., 2. ,3. ábra).

6

1. ábra A Pannon medence tektonikai térképe

7

2. ábra A felsőpannon üledékes medence mélységtérképe

8

3. ábra Jellegzetes vízföldtani szelvény a Duna - Tisza közén

9

A vízadó rétegek sok szempontból osztályozhatók. A vízellátás igényei szerint két körülmény érdemel kiemelést: • a folyamatos vízkivételt biztosító vízutánpótlódás alapján a külső természeti tényezőkkel felismerhető kapcsolatban lévő vízadó rétegek külön csoportot képeznek. Ezeknél a kitermelhető vízmennyiség vagy annak egy része közvetlen számszerű kapcsolatba hozható az utánpótlást biztosító külső feltételekkel, amelyek hosszú távon rendelkezésre állnak. Emellett figyelembe kell venni azokat az együtt járó egyéb adottságokat (pl. vízszintingadozás, szennyeződésveszély), amelyek a vízellátást befolyásolhatják. A külső hatótényezőkkel kapcsolatban lévő vízadó rétegek a felszínközeli, míg az ezektől elzártak a zárt, - vagy mélységi- rétegek csoportját képezik. • a szemcsés üledéken belül a képződés folyamatában a víztermelésre legkedvezőbb kifejlődésű rétegek anyagát a földtörténeti negyedkor végén kialakult - nagyjából a jelenlegi - vízfolyások szállították. ezek halmozták fel a durvaszemű összetevőt is tartalmazó "teraszok", "törmelékkúpok" anyagát, amelyek felszíni kapcsolatuk mellett rendszerint a létrehozó vízfolyásokkal is kapcsolatban maradtak. Ezek partmenti szakaszai a partiszűrés lehetőségét jelentik. A felszínalatti (felszínközeli és mélységi) vízadó rétegek vízellátásra való alkalmassága igen változatos, de általában megfelelően ismertek a vízbázis kialakítás előkészítéséhez szükséges döntések és mérlegelések megalapozásához. Vizet tározó részek (repedések, üregek) kialakulása azokban a szilárd kőzetekben jelentősebb, amelyeknél a töréseket okozó földmozgások mellett egyéb, a kőzet felszínét megbontó hatások is érvényesültek. Ilyenek az un. karbonátos kőzetek (mészkő, dolomit) amelyekben a felszín pusztulását fizikai (mállás, stb.), kémiai (oldódási), sőt biológiai hatások is segítették. Ezeket gyűjtőnéven karsztos kőzeteknek, a bennük tárolt vizet karsztvíznek nevezzük. A tározó kőzet térbeli helyzete, a felhalmozódás, tározódás alapján több karsztvíz típust különítünk el (nyitott, zárt, mély, stb.). Az elnevezések igazodnak a rétegvizeknél tett megkülönbözésekhez.

1.2 A vízszerzési lehetőségek és jellemzésük a) A felszínközeli vizek kapcsolata igen szoros a külső hatótényezőkkel (beszivárgás, párolgás). Közvetlen utánpótlódási adottságokkal rendelkeznek, a víztermelést érintő adottságaik a külső körülmények behatásától függően időben változnak. Ugyancsak változó a kinyerhető víz fizikai-kémiai tulajdonsága is. Kedvező feltételek esetén (rétegkifejlődés, utánpótlódás) nagyobb vízmennyiség gazdaságos kitermelésére is igen alkalmasak. Kitermelés ásott kúttal (0,5-5 m3/d), aknakúttal (20-1000 m3/d), vagy csőkúttal (100-600 m3/d) történhet. b) A zárt rétegvíz a külső behatásokkal szemben gyakorlatilag védett. Ha külszíni utánpótlódással rendelkezik, az rendszerint távolabbi területeken van. A víztermelés feltételei, a kitermelhető víz kémiai és fizikai jellemzői kiegyenlítettek és alig változóak. Az igénybevétel tekintetében korlátokat szabhat az a körülmény, hogy az utánpótlódás feltételei kedvezőtlenebbek, továbbá a vízadó réteg kifejlődése is általában finomabb szemcsézetű. A mélyebben lévő rétegvizek, az un. mélységi vizek hazai adottságaink között igen jelentősek, kitermelésük mélyfúrású kúttal történhet, amelyek vízadóképessége rendkívül tág határok között (50-1000 m3/d) változhat. c) A felszínközeli vízadó rétegekhez kapcsolódó partiszűrés lényegében átmenet a felszíni és felszínalatti víznyerés között. A felszíni víz tulajdonsága - különösen pedig az átvezető réteg tisztítóképessége erősen befolyásolja a kinyerhető víz minőségét. Hazánkban a partiszűrésből nyerhető víz ma még inkább felszínalatti jellegűnek tekinthető. Kitermelése régebben aknakúttal, ma inkább csőkúttal vagy igen gyakran csáposkúttal (5000 -10000 m3/d) történik. A kitermelt víz mennyisége az igénybevehető partszakasz hosszától is függ (5-20000 m3/d.km ). Az átmeneti jellegű vízszerzés - amikor egy közeli felszíni vízből felszínalatti képződményen keresztül és felszínalatti módszerrel termelünk vizet - másik formája a talajvízdúsítás. Alkalmazható önállóan, és partiszűréssel kapcsolva, kombinációban. A víz mennyisége és minősége talajvízdúsítással kiegyenlítetté tehető.

10

d) A karsztvíz egyes hegységi területek legkedvezőbb vízszerzési lehetősége. A terület jellege szerint egyaránt lehet felszínközeli és zárt, a külső szennyeződés veszélyétől mentes. Távolabbi területről történő utánpótlódás kiegyenlítettebb hozamot és minőséget eredményez. Ahol a karsztos szerkezet közvetlenül a felszínen van és összefüggő fedőréteg nem védi, a szennyeződés iránti érzékenysége igen nagyfokú lehet. A kitermelésre való alkalmassága regionális értelemben ismert, de a helyi adottságok a vízszállító járatok haránttolásától függenek. (A megcsapolás környezetében közelítésként sem tételezhető fel homogén vízvezető réteg.)

2. Víznyerés felszínközeli rétegből 2.1 Előfordulás, általános jellemzők Korábban a vízellátás általánosan elterjedt megoldása volt. Közműves vízellátásra csak korlátozottan felel meg, mivel: • jelentősebb víztermelésre alkalmas kifejlődésben kisebb a területi elterjedése (4. ábra), és • fokozott a szennyeződés érzékenysége miatt kiterjedt védelemre szorul. Egyes előfordulások - ennek ellenére - a vízadó rétegek kedvező kifejlődése, valamint biztos vízutánpótlódásuk miatt nem nélkülözhetők a közműves vízellátásban. Felszínközeli víz általános jellemzői • közvetett kapcsolat a természeti tényezőkkel és általában a külső beavatkozásokkal, • a természetes védettség részleges hiánya, a fedő képződmény nem kielégítő hatékonysága az egyes szennyezők visszatartásában, • a víz mennyiségét és minőségét befolyásoló kedvező és kedvezőtlen körülmények késleltetés és kiegyenlítődés melletti érvényesülése, • a periodikus jelenségek elmosódott és késleltetett jelentkezése, • általában a mechanikai szennyezettség hiánya, de fizikai, kémiai és biológiai hatások érvényesülése • a szerves szennyeződés fokozódására a szervetlen szennyeződést jelző komponensek (Fe, Mn) egyidejű növekedése. Egyéb jellemző tulajdonságok • a víz hőmérsékletének ingadozása, • meglévő v. lehetséges szerves szennyezettség, • közepes v. magasabb össz-sótartalom és keménység, • a víz általában tapasztalható agresszív tulajdonsága. • közműves csatornázás nélküli településeken, ill. azok közelében gyakori a határértéket meghaladó nitrát koncentráció. A vízellátás előkészítésének feladata: • az adott vízigény kielégítésére számításba vehető, víznyerőhely alkalmasságának vizsgálata (vízkészlet, utánpótlódás), • a kiegyenlítettebb, de felismerhető periodikus hatásokkal összefüggő vízminőség változás felderítése, • a természetes védettség hiányosságából eredő folyamatos v. szakaszos vízminőség-változás felderítése, • a védettség kiegészítésére lehetséges intézkedések vízminőség javító hatásának felderítése, • a vízszerzés okozta új egyensúlyi feltételek és ezzel összefüggésben a külső hatótényezők befolyásának módosulása, ennek számításbavétele, • a víztermelés szerkezeteinek esetleges vízminőséget rontó hatásának felismerése, általában a körülmények mértékadó feltételekkel és technológiai céllal és megbízhatósággal történő vizsgálata.

11

4. ábra A felszínközeli rétegek elterjedése

12

2.2 A vízutánpótlódás, a vízkészlet vizsgálata A felszínközeli víznyerőhelyek a külső természeti tényezőkkel való kapcsolatukban - mennyiségi oldalon a beszivárgás és a párolgás a meghatározó. Egyes teraszoknál, törmelékkúpoknál jelentős lehet emellett az oldalirányú szivárgás (hozzáfolyás és az elszivárgás), sőt a kialakulásukban közreműködő vízfolyással is hidrogeológiai kapcsolatban lehetnek. A kiszemelt víznyerőhelyek alkalmasságának megítéléséhez minden esetben vizsgálni kell a vízkészletet ill. az utánpótlódást. E vizsgálatok elsősorban hidrológiai és hidrogeológiai adatokra épülnek, és a víznyerésre kiszemelt körzetet lényegesen meghaladó területre kell, hogy kiterjedjenek. Valamely vízadórétegre víznyerési célból kutat, kútcsoportot vagy egyéb vízkivételi létesítményt telepítve előre meg kell becsülni, hogy a tartós víztermelés feltételei adottak-e. A víztermelés kezdetén a vízkivételi létesítmény a közelében lévő - a vízadó rétegben tárolt - vízkészletből táplálkozik. Ennek elfogyasztásával és a kút körüli depressziós tér kialakulásával nyomásesés lép fel a kút és környezete között. E nyomásesés hatására vízáramlás indul meg a távolabbi környezetből is a kút felé, és így a víztermelés a távolabbi vízkészletből is történik. A víztermelés kezdeti szakaszában a kitermelt vízhozam elsősorban a vízadó rétegben tárolt vízkészlet fogyasztásából táplálkozik. A víztermelés idejének múlásával egyre távolabb terjed ki a depressziós tér. Ennek során - ha a hidrogeológiai adottságok lehetővé teszik - egyre nagyobb lesz a depressziós tölcsér felületére jutó csapadék beszivárgásából származó víz, és így ez a vízmennyiség is fokozódó szerepet kap. Idővel - a depressziós tér megfelelő kiterjedése után - a csapadék beszivárgásból származó víz egyensúlyba is kerülhet a kivett vízzel. Ekkor a készletfogyasztás megszűnik, és a kút teljes egészében a csapadék beszivárgásból történő vízutánpótlásból táplálkozik. Ha a hidrogeológiai adottságok olyanok, hogy a kút környezetében helyszíni csapadék beszivárgásra nincs mód, akkor is előfordulhat, hogy a depressziós tér a vízkészlet fogyasztással párosuló fokozatos kiterjedés során elér olyan területeket, ahol már adottak a csapadékból való beszivárgás feltételei. Ilyen esetekben közbenső vízvezető réteg közvetítésével is történhet a víz utánpótlódás. Ekkor megszűnik a depressziós tér további kiterjedése, és a kútbeli vízkivétel egyensúlyba kerül a távolabbi tápterületen csapadék beszivárgásból származó vízzel. A depressziós tér vízkészlet fogyasztásból eredő fokozatos kiterjedése során elérhet valamilyen felszíni vízfolyást, vagy állóvizet is. Ilyenkor a felszíni víz is biztosíthatja az utánpótlódás, és kialakulhat az egyensúly, melyet a készlet fogyasztás megszűnése, és a depressziós tér növekedésének megállása is jelez. Lehetséges olyan hidrogeológiai adottság is, amely mellett a depressziós tér vízkészlet fogyasztást kísérő fokozatos kiterjedése egy olyan szomszédos vízvezető réteget ér el, amelynek vízutánpótlódása a vázolt módok valamelyike folytán biztosított. Ebben az esetben a szomszédos vízvezető rétegből átadott víz biztosítja az egyensúly kialakulását a kivett vízhozammal. Ha a hidrogeológiai adottságok alapján a rétegnek vízutánpótlódási lehetősége nincs, a depressziós tér vízkészlet fogyasztást kísérő fokozatos terjeszkedése eléri a vízadó réteg határait és egyre mélyülő kútbeli üzemi vízszintekkel párosulva a réteg előbb - utóbb kiürül. Ez esetben a fentiekből következően csökkentett igénybevétellel ill. csak korlátozottan tartható fenn a víztermelés. E vizsgálatok kiinduló alapja a Darcy féle

v = k ⋅ I (m/s) szivárgási alaptörvény, és az abból levezetett, a kitermelő hely vízhozamára vonatkozó Dupuit - Thiem féle összefüggések.

13

Szabadfelszínű síksugaras szivárgásra a Q = π ⋅ k ⋅

nyomásalattira a

Q = 2π ⋅ k ⋅ m ⋅

H −h R ln r

H 2 − h2 , R ln r

összefüggések érvényesek ( 5. ábrát).

5. ábra Szabadfelszínű és nyomásalatti teljes kutak vízhozamának számítása Az alaptörvény és az abból levezetett összefüggések homogén környezeti feltételből, azaz elméleti közelítésből születtek. Megfelelő kiterjesztéssel és tovább bővítésekkel alkalmasak a különböző víznyerőhelyek vízkészletének és utánpótlódásának vizsgálatára. Technikai jellegű értékeléshez azonban esetenként kiegészítésre, korrekcióra szorulnak. Felszínközeli vízadórétegek alkalmassági vizsgálatánál a csapadékból, a párolgás csökkentéséből, a felszíni vízből is táplálkozó utánpótlódást, és a vízutánpótlódás mértékét meghaladó, készletcsökkenéssel történő víztermelés esetét vizsgáljuk.

14

2.2.1 Vízkivétel csapadék hozamnál Felszínközeli szabadtükrű vízvezető rétegre telepített víztermelésnél a vízadó réteg igénybevétele mellett a csapadék beszivárgó és a vízszintig lejutó hányadából is nyerhető vízutánpótlódás jó áteresztőképességű fedőréteg és viszonylag nem mély vízszint esetén. A q beszivárgó csapadékhányad a helyszínen a depressziós tölcsér felületére hulló csapadékon túl a hozzá csatlakozó területekről a felszínen odafolyó csapadék vizekből is származhat. A q meghatározása a beszivárgás - párolgás különbségére vonatkozó módszer alkalmazásával, ill. helyszíni közvetlen mérések és talajnedvesség profilok felvételével történhet. A beszivárgó csapadék hányad (q) figyelembevételével a vízadó rétegből (Qr) és a csapadékhányadból (Qcs) összegződő Qo = Qr + Qcs vízhozam meghatározása a

Qo = π ⋅ k ⋅

H 2 − h2 R + π⋅q ⋅ R R ln 2 ⋅ ln r r

összefüggés felhasználásával történhet .

2.2.2 Víztermelés a csapadék beszivárgás vesztesége terhére A helyszíni csapadék beszivárgásból a talajvízig lejutó víz természetes körülmények között hidrogeológiai adottságoktól függően: • a fedőrétegen keresztül a helyszínen visszapárolog a légkörbe, • oldalirányban elszivárog távolabbi vízfolyásba, állóvízbe, avagy olyan területre, ahol a talajvízpárolgás nagyobb, • a helyszíni talajvízpárolgás és az oldalirányú elszivárgás együttesen is felléphet. A talajvízpárolgás a terepszint alatti mélységgel csökken, így a vízszintet mesterségesen lesüllyesztve a beszivárgott csapadékvízből korábban elpárolgott vízmennyiség részben, vagy egészben kitermelhetővé válik. A vízmű által létrehozott depresszió a csapadék beszivárgásból származó és korábban oldalirányban másfelé elszivárgó vizeket is részben vagy egészben a vízmű felé tereli. Tehát a vízszint lesüllyesztésével, a párolgás és az oldalirányú elszivárgás csökkentése révén a beszivárgó csapadékvíz egy része kitermelhető. A kinyerhető vízmennyiség becslésszerű meghatározása a beszivárgás és a párolgás mélység szerinti - egymástól eltérő - változásának vizsgálatán alapszik. A csapadék beszivárgásból egyre kevesebb víz jut el a talajvízig, ha egyre mélyebben van a terepszint alatt a víztükör. Ez annak a következménye, hogy a beszivárgó csapadékvíz először pótolja a talajvíz feletti fedőrétegben a beszivárgást megelőző száraz időszakban kipárolgott talajnedvességet, és csak ezután kerülhet sor a talajvízig történő leszivárgására. Minél vastagabb a talajvíz feletti kiszáradt fedőréteg, vagyis minél mélyebben van a terepszint alatt a talajvíztükör, annál több víz szükséges a fedőréteg átnedvesítéséhez és így annál kevesebb csapadékvíz táplálja a talajvizet. Kutatások alapján az egyes mélységekbe lejutó csapadékvíz a visszatartott vízmennyiség alapján számítható. Ehhez az 1. táblázat tartalmaz adatokat. 1. sz. táblázat Talajok vízvisszatartó képessége Talajfajta homok homokos iszap iszap agyagos iszap agyag

Vízvisszatartás (térf %) első méteren második méteren 11.0 4.5 12.2 4.3 13.3 4.2 14.5 4.0 13.8 4.0

Az adatoknak - 1 m vastag talajréteg esetén - tízszerese adja meg a víztartalom, ill. a tározódás mm-ben kifejezett értékét. A talajminőségtől függően tehát meghatározható az első és a második méteren a csapadékból visszatartott víz mennyisége. Ezt levonva a terepfelszínen érvényes beszivárgási értékből a 2 m mélyen lévő talajvíz felszínhez lejutó csapadék évi átlagos mennyisége becsülhető.

15

Kutatási eredmények alapján összefüggés áll fenn az átlagos talajvízszint terep alatti mélysége és a talajvíz párolgásának évi átlaga között (2. táblázat). A 2. táblázat adatai is jelzik, hogy a felszínen igen jelentős párolgási veszteség a talajvíz terep alatti mélységének növekedésével rohamosan csökken. Igy elsősorban terepszint közeli átlagos talajvízszint esetén számíthatunk a párolgási veszteség csökkenéséből adódóan többlet víz termelésére. 2. sz. táblázat A talajvíz párolgása Az átlagos talajvízszint terep alatti mélysége, (m)

A talajvíz párolgásának évi átlaga, (mm/év)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 2.8 3.4 4.2

1000 500 200 100 60 43 34 19 8

Természetesen mind a beszivárgás, mind a párolgás erősen függ a terep felszínétől, azaz a növényzettől, az esetleges mezőgazdasági műveléstől, és nem utolsó sorban a talaj fajtájától (homok, iszap, stb). Ezért a közölt adatok is átlagos értékeket képviselnek. A beszivárgás és a párolgás mélység szerinti változása kifejezhető különbségük (B - P) változásával 6. ábra.

6 . ábra A talajvízpárolgás, a beszivárgás és különbségük mélység szerinti változása

16

A párolgás mélység szerinti gyorsabb csökkenéséből következően a korábbi természetes talajvízálláshoz és a lesüllyesztett alacsonyabb vízszinthez tartozó értékek különbsége adja meg a párolgás csökkentéséből származó kitermelhető vízmennyiséget, mm/év - ben. A csapadék beszivárgásból biztosítható vízutánpótlódás előzőekben vázolt számítási módszere a párolgás csökkentésével hasznosítható vízmennyiség meghatározásának kiinduló feltételét adja. Megbízható eredményekhez az érintett területen a talajvízjárást időben és térben részekre bontva kell értékelni. Minél nagyobb a talajvízszint ingadozása, annál jobban szakaszolandó a vizsgálat, mivel a hasznosítható természetes vízkészlet alakulását a részhatások összessége nem egyszerű átlagképzéssel adja. 2.2.3 Vízutánpótlódás felszíni vízből A vízutánpótlódás gyakran előforduló esete, hogy az utánpótlódást vífolyásból, vagy állóvízből kiszivárgó víz szolgáltatja. A kialakuló helyzet elméleti megoldását nyújtja a "tükörkutas" eljárás abban az esetben, ha a vízfolyás vagy tó a vízvezető réteget teljes egészében átszeli (7.a. ábra). A módszer tengelyszimmetrikus nyelő kutat tételez fel és a valóságos kútból szivattyúzott vízmennyiség és a két kút hatására kialakult szuperponált áramkép megegyező a vízfolyásból utánpótlódó kútnál a valóságban kialakulóval. A depressziós hatásterület elsődleges (x,y) koordinátákkal jellemzett pontjában kialakuló leszívás és vízhozam közötti összefüggés a 7.b. ábra jelölései szerint:

H−z=

(x − x 1) 2 + y 2 Q ⋅ ln 4⋅π⋅k⋅H (x + x 1) 2 + y 2

7. ábra A vízfolyásból történő utánpótlódás számítása fiktív nyelőkuttal

17

A vázolt megoldást a gyakorlatban a helyi adottságoktól függően különböző tényezők módosítják. Így pl. eltérő áramkép alakul ki, ha a vízfolyás medre nem vágódik be a vízvezető réteg feküjéig. Ilyenkor az áramvonalak görbültsége miatt jelentős helyi ellenállások lépnek fel, melyek elhanyagolása károsan befolyásolná a vízfolyásból kiszivárgó, azaz a vízvezető réteget tápláló vízhozam számítását (8. ábra).

8. ábra A talajvizet tápláló vízfolyás mentén kialakuló áramkép Az áramvonalak görbültségéből adódó helyi ellenállás, a vízhozam és az egyéb befolyásoló tényezők között fennálló összefüggés:

dH (2 ⋅ dh/H)−1 Q 3 (S/H) 2 +1 ⋅ = ⋅ ⋅ H ln(1 − dh/H) k ⋅ H 4 S/H ahol

h a helyi ellenállás nagysága H a vízszint magassága a vízfolyásban a vízzáró fekü felett S a víztükör szélessége a vízfolyásban Q a vízfolyásból kiszivárgó vízhozam

18

A bonyolult módszer használhatóságát grafoanalitikus módszer könnyíti (9. ábra) Az ábra alsó részén az A jelű görbe jellemzi a talajvizet tápláló vízfolyás környezetében kialakuló helyi veszteséget. Az áramképből adódó helyi veszteségeken kívül más természetű ellenállásokat is le kell győznie a felszíni víz medréből kiszivárgó víznek, a mederfenék eltömődése (kolmatálódása, stb.) melyek hatásának számításba vételéhez helyszíni vizsgálatok szükségesek.

9. ábra A vízfolyásmenti szivárgási ellenállás meghatározása 2.2.4 Víztermelés készletfogyasztásból Ha vízutánpótlódás nélküli kiterjedt rétegben állandó vízhozammal szivattyúzunk, akkor a vízkivétel távolhatása az idő előrehaladtával egyre növekszik. Az időegységre jutó vízszintsüllyedés és a tárolási tényező szorzata összegezve a teljes hatásterületre egyenlő a vízhozammal. Mivel a víz a rétegben tárolt vízkészlet csökkenéséből származik, a vízszín folyamatosan csökken a vízkivétel során. Eközben a vízszintsüllyedés sebessége is folyamatosan csökken, ahogy a kút körüli hatásterület folyamatosan kiterjed. A jelen esetre vonatkozó jelölések: ahol s

a réteg tárolási tényezője,

T

a réteg transzmisszibilitási tényezője

u

=

Q

x2 ⋅ s 4⋅T⋅t

a szivattyúzott állandó vízhozam

A leszívás és a vízhozam közötti összefüggés sorba fejtve:

H−Z=

Q 4 ⋅ π ⋅ T ⋅(− 0.5772 − ln u + u −

alakban írható.

u2 u3 u4 + + ) 2 ⋅ 2! 3 ⋅ 3! 4 ⋅ 4!

19

Az egyensúlyhiány egyenlet segítségével számítható a valamely adott vízhozamhoz tartozó leszívás, ha előzőleg próbaszivattyúzással meghatározzuk (ugyanezen képlet révén) a helyi adottságoknak megfelelő S és T tényezőket. Az S és T értékének meghatározásához a szivattyúzott kútból Q = const vízkivétel, és a figyelőkútban ennek hatására bekövetkező vízszintváltozás időbeli lefolyásának ismerete szükséges. Mivel az egyensúlyhiány egyenlete bonyolult, különféle közelítő számítások terjedtek el, amelyek a gyakorlat számára elegendő pontosságúak. Egy szivattyúzott kúttól x távolságban lévő figyelőkútban a szivattyúzás kezdetétől számított különböző időpontokban észlelt vízszintsüllyedések féllogaritmikus koordinátarendszerben közelítőleg egyenes mentén sorakoznak (10. ábra).

10. ábra Grafoanalitikus módszer a készletfogyasztás számítására Ezen összefüggés alapján egy észlelési eredmény grafoanalitikus módszerrel értékelhető. A

H−Z = F(u) dH alapján W(u), ill. u értéke a 11. ábra szerint határozható meg.

11. ábra F(u) és u összefüggése

20

H−z=

W(u) ismeretében

Q ⋅ W(u) 4⋅π⋅T

Ezután határozható meg T, a

T = m⋅ k összefüggésből, amelyben k a szivárgási tényező, és m az aktív rétegvastagság. Továbbá u ismeretében

u=

x2 ⋅ s 4⋅T⋅t

számítható a réteg S tárolási tényezője.

2.3 A természetes védelem kiegészítése A felszínközeli, vagy - jellege szerint és természeti behatások alapján - ezzel azonos helyzetben lévő egyéb vízféleségek minőségét a vízkivétel helyéig számos körülmény: • a talajba jutó víz minősége a beszivárgás helyén, • a beszivárgási terület szennyezettsége, • az átvezető (fedő) réteg tisztítóképessége, • a tározó réteg tulajdonságai, • a vízkivételi hely és környezetének védettsége, • a vízkivétel jellege, nagysága, • a vízkivétel hatása a természetes vízháztartásra és azok együtthatása determinálja. A talajba szivárgó víz a beszivárgás helyére esetenként jelentősebb felszíni lefolyás után juthat és a csapadékvíz minősége a szokásos légköri szennyezésen túl a felszíni áramlás során tovább változik. A víz minősége a légkörben felvett anyagok, a felszíni képződmények összetétele és felszínen lévő szennyezések, valamint a lefolyási idő függvényében alakul. A beszivárgási területen a vízmozgás rendszerint lelassul, a víz átmenetileg tárózódik, eközben felveheti a felszíni szennyező anyagokat. A vízminőség védelem egyik hatékony módja a beszivárgási terület elszennyeződésének megakadályozása, vagy a már adott, de a víz minőségét még nem veszélyeztető állapot tartása. A beszivárgási terület szennyezettségét vizsgálni kell, fel kell tárni a lehetséges káros, ill. kedvező hatásokat. Az átvezető, vagy fedőréteg rendkívül jelentős a felszínközeli víz minőségének alakulására. A fedőréteg tisztítóképessége sok körülménytől függ, amelyek közül vastagsága, vízzáró vagy szűrőképessége, térbeli kiterjedése, a beszivárgási és a kitermelési hely közötti kifejlődése a leglényegesebbek. A fedőréteg tisztítóképességét befolyásolja anyagának homogenitása, a szerves, ill. könnyen bomló anyagok jelenléte, továbbá a víz által kioldható részek, vagy közbetelepülések aránya. Ezek alapján a fedőréteg minősíthető (12. ábra).

21

12. ábra A fedőréteg redukáló képessége humusz szintje alapján A fedőréteg tulajdonsága (vastagság, szemeloszlás, áteresztőképesség, finomszemcse tartalom, struktúra, ásványos összetétel, biológiai oxidáció feltételei) és azok térbeli változása - döntő jelentőségű a vízminőség védelem szempontjából és kiinduló feltétele a természetes védelem megítélésének. A tározó és vízvezető réteg tulajdonsága különösen akkor érdemel fokozott figyelmet, ha a beszivárgási terület és a víztermelési hely között számottevő áramlási út és idő áll rendelkezésre. Ebben az esetben a tározó réteg egyben közvetítő is a beszivárgási és kitermelési hely között, amelynek során a víz minősége rétegtisztító (pl. adszorbeáló) képessége szerint nagymértékben módosulhat. A vízvezető réteg vastagsága érinti a víz tartózkodási idejét. A rétegben való vízkeveredés aránya ugyancsak döntően befolyásolhatja a vízminőség alakulását. A tározó és a közvetítő réteg anyagának fizikai-kémiai és hidraulikai tulajdonságai ugyancsak jelentősek a vízminőség alakulására. A vízkivételi helyen és közvetlen környezetében a víz áramlása felgyorsul és növekvő sebességgel jut a kitermelési helyhez. Így ebben a zónában - a víztermeléstől függően - aránylag kevés idő áll rendelkezésre az esetlegesen bejutó szennyezés lebomlásához, átalakulásához (13. ábra).

13. ábra Természetes és vízkivétel általbefolyásolt vízáramlás

22

A vízkivétel jellege és nagysága is jelentős szempontja a vízminőség védelmének. A vízkivétel nagysága önmagában is meghatározó lehet, mégis a terület vízháztartásával kell összevetni és annak függvényében értékelendő. Igy egy viszonylag nagyobb vízmennyiség kitermelése a kitermelésnél nagyságrenddel nagyobb vízforgalmú területen más meg-ítélést kap, mint a vízigénnyel közel megegyező vízforgalom. Nyilvánvaló, hogy ez utóbbinál a kiegyenlítődés, tározódás, és emellett a víz-minőség változás feltételei is lényegesen kedvezőtlenebbek. Ugyancsak jelentős a vízkivétel helyének és módjának hatása a vízáramlás és vízminőség alakulására. Az egy, vagy egy - egy pontra koncentrálódó, valamint a vízadóréteg teljes aktív felületét egyenletesebben igénybevevő vízkivétel között sok esetben nem csak az áramlási feltételekben, de ehhez kapcsolódva a vízminőség alakulásában is eltérések lehetnek. A vízminőségvédelem szempontjából a vízszerzési - hidrogeológiai adottságokat meghatározó körülmények között gyakorlati szempontból a legjelentősebbek: • a fedőréteg, amelyet vastagsága, vízzáró képessége, biológiai aktivitása, valamint területi kifejlődése szerint lehet értékelni, • a

vízvezető

réteg

szűrőképessége,

vastagsága,

kiterjedése,

és

ezekből

következő

tározóképessége, • a víztermelés nagysága, amely önmagában, esetenként pedig a víznyerő terület természetes vízforgalmához viszonyítva vizsgálandó. E változó feltételek között célszerű kiindulási egyszerűsítések alapján értékelni a természetes védettséget. A felszínalatti víz minőségének és védelmének alakulását befolyásoló, ill. biztosító körülmények sokrétű elemzése arra a következtetésre vezetett, hogy az alapesetek nagy száma, a vízminőséget érintő behatások és az ezt követően fellépő folyamatok változatossága következtében a vízminőségvédelem olyan irányait kell előtérbe helyezni, amelynek a természetes védettségből, ill. annak kiegészítéséből vezetik le a gyakorlati megoldást. Az egyes vízkivételek környezetében védelmi rendszert kell kialakítani. A védőterület tagolási rendszerét a fokozatosság elve szerint kell felépíteni, és a védettség állapotának értékeléséből célszerű kiindulni. A gyakorlatban hármas tagolású rendszer kialakítása terjedt el. A természetes védettség mértékétől és a hidrogeológiai adottságoktól, valamint a megvalósítandó víztermeléstől függően a védelmi rendszerek differenciált kialakításúak. A védelmi rendszer: • belső védőterület (B), • külső védőövezet (K), • hidrogeológiai védőkörzet (H) egységekből áll. A belső védőterület (B) víznyerőhely körül 10 - 100 m határtávolsággal alakítandó ki. Feladata elsősorban a közvetlen szennyezések megbízható kizárása. Nagyságát kizárólag a víznyerőhely környezetében lévő természetes védettség alapján kell meghatározni. A természetes védettséget két körülmény jellemzi, mégpedig: • a vízadó réteget fedő fedőréteg esetén a fedő minősége (Z1), • fedőréteg hiányában az átlagos vízszint terep alatti mélysége (Z2), Vízminőség védelmet nyújtó - a vízadó rétegnél legalább nagyságrenddel rosszabb vízvezető-képességű - fedő esetén az 5 m vastagságú fedőréteg minősíthető teljes védettséget biztosítónak. Ezzel szemben az 1 m vastagságú vízzáró réteg jelent még természetes védelmet. A fedőréteg kifejlődése (vastagsága) szerint a belső védőterület határtávolsága a víznyerő hely körül 10 - 80 m között változhat. Fedőréteg hiányában, ill. 1 m-nél vékonyabb fedő esetén az átlagos talajvízszint terep alatti mélységét célszerű alapul venni a belső védőterület nagyságának kijelölésénél. A talajvízháztartás vizsgálatok szerint a beszivárgásból eredő talajvíz - táplálás a talajvíz felszín alatti mélységével fordítottan változik. Gyakorlatilag érzékelhető utánpótlódás a terep alatt 5 m mélységben belül lévő vízszint esetében van, a 8

23

m mélység alatti vízszintnél pedig már közvetlen behatás nem mutatható ki. Ennek megfelelően 8 m-ben, ill. ez alatt elhelyezkedő vízszint védettnek tekinthető, míg a vízszint emelkedésével a a védettség is természetszerűen fokozatosan csökken. A belső védőterület nagyságát nyilvánvalóan ezzel összhangban növelni kell. Szélső értékben a víznyerő hely körül 100 m határtávolsággal célszerű a belső védőterületet

kialakítani (14. ábra). 14. ábra A belső védőterület egyszerűsített meghatározása A belső védőterület síksugaras vízáramlás esetén jelez arányos, a víznyerőhely körül minden irányban azonos távolságban lehatárolt területet. Egyirányú vízáramlás esetén a belső védőterület kijelölt nagysága az utánpótlódás irányában érvényes, míg az utánpótlódásból kieső un. mögöttes területen a természetes adottságoktól függően a védőterület határvonalát 0.25 - 0.5 Br távolságban célszerű felvenni. A külső védőövezet (K) a vízutánpótlódás irányában övezetszerűen kapcsolódik a belső védőterülethez. Kialakulása akkor szükséges, ha a vízadó réteg részleges védettségű. Méretének meghatározásánál több körülmény figyelembevétele kívánatos: • a víztermelés nagysága és a vízadó réteg vastagsága (M) a víztermelés szempontjából aktív kiterjedése (R) egy mutatóban - a tartózkodási idő fogalmában - összegezve, • a fedőréteg kifejlődése és a vízadó réteg szűrőképességét közvetve kifejező szemcse-összetétele, ill. vízáteresztő képessége alapján megválasztandó tartózkodási idő nagyságával.

24

A kitermelendő víz védett térségű tartózkodási idejében 30, 50, ill. 75 napos megkülönböztetés tehető, mégpedig: T = 30 nap jó fedő és középszemű homok, vagy annál finomabb vízadó réteg, T = 50 nap jó fedő és középszemű homoknál durvább, ill. rossz fedő és középszemű homok, vagy annál finomabb vízadó rétegben és T = 75 nap rossz fedő és durvaszemű vízadó réteg esetén A külső védőövezet mérete általában 500 m-ig határozható meg. Ha a tartózkodási idő számításba vételével 500 m.-nél nagyobb távolságú külső védőövezetre volna szükség, úgy a hidrogeológiai védőkörzet kialakításával összhangban kell a vízminőségvédelem célszerű megoldásáról intézkedni. Hasonlóan, ha a tartózkodási idő alapján a belső védőterület nagyságához közel eső, esetleg annál kisebb védőövezetet kellene kijelölni, az alsó határértéket Kr = 1.5 Br értékben kell figyelembe venni. A külső védőövezet értelemszerűen a vízutánpótlóds, ill. a vízminőség védelem alapján kijelölhető területekre kell, hogy kiterjedjen. A külső védőövezet nagyságának meghatározására nomogrammok (15. ábra) nyújtanak segítséget, egyben áttekintés nyerhető a vízkivétel függvényében szükséges külső védőövezet nagyságának összehasonlító megítélésére.

15. ábra Segédlet a külső védőövezet meghatározásához A külső védőövezet arányos védettség biztosításával csatlakozik a belső védőterülethez. A belső védőterületnél esetenként, a külső védőövezetnél általában sokszög vonallal határolt terület kijelölése célszerű.

25

A belső védőterület és a külső védőövezet differenciált meghatározását és a gyakorlati kialakítás szempontjait példa mutatja (16. ábra).

16. ábra A belső védőterület és a külső védőövezet egyszerűsített együttes meghatározása A fenti védőövezetek a talajbeli aerob, esetleg anaerob biológiai lebontás és adszorpció hallgatólagos feltételezésével elsősorban a beszivárgó vízzel érkező biológiailag bontható szerves, valamint bakteriológiai szennyezés elleni tartós védelmet biztosítják. Védelmet jelentenek továbbá - a vízvezető rétegtől függően - egyes adszorbeálódó szennyezések ellen is, de ez a védelem már nem tekinthető "örök" időkre szólónak, mert jelentősebb szennyező forrás esetén a talaj véges adszorpciós kapacitása miatt a szennyezés idővel "áttörhet" a vízvezető rétegen. A vízvezető rétegbeli tartózkodási idő nem jelent védelmet a biológiailag nem bontható toxikus, ill. a nem, vagy csak kevéssé adszorbeálódó szennyezésekkel szemben. Ilyen esetekben csupán a szennyezés megjelenésének késleltetését érhetjük el, ha az utánpótlódási területen belül van a szennyező forrás.

2.4 A vízszerzés gyakorlati megoldásai 2.4.1 Aknakutak A felszínközeli vízkészletek kitermelésének hagyományos berendezése. A vasbeton vagy idomacél vágóélre nehezedő beton-gyűrűkből álló vagy monolit vasbeton szerkezet fokozatosan süllyeszthető, miközben a kút belsejéből a talajt kiemelik. A víz beáramlása gyűrűs kútnál (17. ábra) a talp kavics töltésén át, aknakútnál (18. ábra) az oldalsó szűrőbetéteken és/ vagy a talpon történik. A kutak tározótérfogata átme-netileg az utánpótlódást meghaladó vízmennyiség kitermelését is lehetővé teheti.

26

17. ábra Ásott kút Felszínközeli réteg igény-bevételénél alkalmazható kúttípust más egyéb fel-tételek mellett (vízigény, vízadóképesség) lényegesen érinti: • a vízadóréteg mélységi helyzete, kifejlődése és • a nyugalmi vízszint ingadozása. Mélyen fekvő (10 m alatti) vízadóréteg elérése ásott v. aknakúttal csak komoly technikai felszereltséggel biztosítható. Emellett a vízszint nagyobb terep alatti mélysége esetén a kút kihasználatlan (3) és mindenkor hasznos terének (1) valamint a részben és időszakosan hasznosuló (2) terének aránya kedvezőtlen lehet. Ilyen esetben mérlegelendő, hogy aknakút, vagy csőkutak létesítése a kedvezőbb megoldás.

27

18. ábra Fenékbeömlésű aknakút és jellemző szakaszai A tározós kutak vízadó képességének becslése összetett feladat, mivel • az utánpótlódó vízmennyiség mellett a tározott készlet fogyasztását is figyelembe kell venni (19. ábra) és • a kút változó vízállása mellett a vízadó képesség eseti érvényű. A folyamatosan kitermelhető vízmennyiség meghatározására Porchet módszere terjedt el, amelynél a kút vélt teljesítményeit meghaladó mértékű vízkiemelés hatására a vízszint lassuló tendenciával, de végig változásban van. Kezdetben a vízkiemelés gyakorlatilag a tározótérből történik, aránylag gyors vízszint süllyedés mellett. A vízszint süllyedésével az utánpótlódás fokozatosan bekapcsolódik, és a vízszint süllyedés lassulásával a kitermelés és az utánpótlódás egyensúlyához köze-ledünk. A vizsgálat kiterjesztendő a víztermelés leállása után a vízszint emelkedésére a kút és környezete visszatöltődésére. Ekkor a vízszint emelkedés fordított jellegét találjuk. A vízszint változás két kapcsolódó szakasza a kút vízadó képességére jellemző, az alkalmazott víztermelés függvényében.

28

19. ábra Szakaszos üzemű kút vízhozam számítása és tápterületének jellemzése (1 a közvetlenül kiürülő, 2 a fokozatosan bekapcsolódó, F a folyamatos termelésnél belépő terek) A vizsgált kút vízhozama: vízhozam.

q=Q

ab ab = Q , ahol q a kútra jellemző, és Q a vizsgálatnál elért ab + bc ac

Gyakori eset, hogy a vastag vízadó réteg a technikai korlátok miatt a kúttal csak részben harántolható (un. nem teljes kút). Ilyenkor a vízbeáramlás a palást felületén és a talpon keresztül történik. Az utánpótlódás aránya a vízadóréteg anyagától, vastagságától, a palásttal harántolt mértékétől, de a kút kiképzésétől és a mindenkori vízállástól is függ. E sokféle befolyásoló körülményre tekintettel a talpi utánpótlódást a biztonság javára figyelmen kívül hagyjuk. 2.4.2 Csőkút A fúrt kutakon belül általában a 30 m-nél nem mélyebb kutak mélyítésének és kiképzésének változatosabb lehetőségét jelenti. A viszonylag kisebb mélység lehetővé teszi a fúrólyuk hagyományos (száraz furással történő) mélyítését és a felfúrt kőzetanyag szakaszos kiemelését, amelyek együttesen a harántolt rétegek viszonylag pontos megismerését és értékelését eredményezik. A rétegadottságok ismeretében a természetes feltételekhez jól igazodó kút létesíthető, amelyhez még a technikai feltételek választéka is nagyobb.

29

A csőkút kiképzésénél rendszerint két csőrakat - irány- és szűrőcső - végleges beépítése szükséges. Az iránycső akadályozza meg a talajvíz, valamint a felszíni vizek közvetlen kútbajutását. Az iránycső feladata még a külső hatásokkal szembeni védelem. Iránycsőként szilárd, korrózióálló acélcsövek használhatók. Az egyszerű csőkút kialakításának fázisait a 20. ábra mutatja.

20. ábra Csőkút kialakításának fázisai (1 iránycső elhelyezése, 2 béléscsövezés, 3 szűrőelhelyezés) A felszínközeli víznyerés érdekében létesülő csőkút és a mélységi rétegeket bekapcsoló mélyfúrású kút a kialakítás módszerében jelentősen eltér, de a kiképzésnél felhasznált anyagokban, a termelésbe állítás feltételeiben, valamint a működés elvében lényegében azonosak. A hasonlóságokat a következőkben összegezzük. Az alkalmazható csőanyag: acél, azbesztcement vagy műanyag, az egyes csőrakatok, béléscsövek illeszkedését lehetővé tevő méretválasztékban (pl. PVC és acélcsövekre lásd a 21. ábrát). Csőkutak esetén külön szilárdsági méretezés felesleges, a várható korróziós hatásokra azonban figyelemmel kell lenni. (Mélyfúrású kútnál a cső önsúlyából adódó igénybevételt is számítani kell.) A szűrő a kút legfontosabb szerkezete, célja a kútba áramló víz befogadásához optimális feltétel biztosítása. Ezen felül anyagát tekintve megkívánjuk, hogy a szűrő • a kőzetnyomással és a beépítésnél fellépő igénybevétellel szemben kellő szilárdságú legyen, • a külső-belső korrózió iránt közömbös legyen, • a réteg vízével ne lépjen kémiai reakcióba, a víz minőségét ne rontsa és ne korrodáljon.

30

A szűrőcső célszerű átmérője gyakorlati összefüggés felhasználásával: ahol

D sz =

q v meg

Dsz a szűrőátmérő /m/, vmeg a megengedett legnagyobb belépő vízsebesség (m/sec), q az 1 m szűrőhosszra jutó vízhozam

Az egyik közelítő összefüggés szerint

v meg =

k , ahol k és vmeg m/s - ban helyettesítendők. 15

21. ábra Acél, műanyag és műgyanta csövek méretei A szűrő nyílásméretének a rétegvázat alkotó legkisebb szemcsék megtartására alkalmasnak kell lenni. Ez a legkisebb méretű szemcse a vízadó réteg hatékony szemnagysága (Dh). A hatékony szemnagyság megválasztása (22. ábra ) a kút működését alapvetően befolyásolhatja. A célszerűnél nagyobb szűrőnyílás esetén (1) kezdetben a kúthozam általában magasabb, a víz azonban sok homokot hoz magával, és a kút körüli rétegállapot nem tud állandósulni. Aláméretezett szűrőnyílás esetén (2) a szűrőváz kialakulása akadályozott, a helyükből kimozdult finom szemcsék a szűrő körül halmozódnak fel. A víz homokmentes, de a kút hozama általában nem éri el a vízadórétegből kitermelhető vízmennyiséget és a finom szemcsék nagyobb mérvű felhalmozódása a szűrő külső eltömődését eredményezheti.

31

Az alkalmazható szűrők különböző típusa ismeretes. A célszerű megoldást az igények és az adottságok széleskörű mérlegelése adja.

22. ábra A hatékony szemcsenagyság megválasztásának tapasztalati elve Perforált-hasított szűrők: a nyílások nagyobb mérete miatt akkor alkalmazhatók, ha a szűrőcsövet durvaszemű (kavicsgörgeteg) réteg veszi körül (23.a. ábra). A szűrőcső a csőpalást 15-30 %-ban történő megnyitásával alakítható ki, a cső átmérőjétől és anyagától függően 5-20 mm átmérőjű furatokkal, vagy 2-10 mm szélességű és legfeljebb 250 mm hosszúságú hasításokkal. A cső szilárdságát a megnyitás mértéke és módja befolyásolja, ezért a megnyitást váltott elrendezéssel kell végezni. Műanyag vagy azbesztcement szűrőcsőnél a szabad keresztmetszet nem haladhatja meg a teljes csőfelület 18. ill.15 %-át (23.b. ábra).

32

23. ábra Perforált szűrő kialakítása a = 20 - 40 mm, b = 50 - 250 mm, c = 4 - 4 d között, de min. 10 mm, d = 12 - 15 mm

33

A sodronyszövetes szűrők finomabb szemcsézetű vízadó rétegben a perforált vagy hasított szűrőfelület huzalszövet borításával alakíthatók ki. A huzalszövetet a beáramlási felület növelésére drót-spirál alátétre helyezik. A szövet lyukbősége 15-20 %-kal kisebb a hatékony szemcse méretnél (3. táblázat), anyaga bronz, sárgaréz vagy műanyag /perlon/. A színesfém sodronyszövet és az acél szűrőcső különböző elektrokémiai folyamatok megindulását segítheti, a következmény korrózió, kéreg-képződés lehet. A fémszövet felerősítése forrasztással, a mű-anyag szövet rögzítése a szűrő-csövön több módon, pl. varrással, hegesztéssel, ragasztással történhet (24. ábra).

24. ábra Sodronyszövetes szűrő kialakítása 3. táblázat Szűrőcsövet burkoló huzalszövetek jellemző adatai A homok szemcsézete dm mm

megnevezése

Sodronyszövet szitaszáma lyukbősége mm

Egészen finom dm = 0,1

keresztszövésű, rendkívül erős

50

0,28

0,25

Finom dm = 0,1 - 0,2

sima, különleges erős

34

0,47

0,31

Közepes dm = 0,2 - 0,5

keresztszövésű rendkívül erős

26

0,60

0,40

Közepes dm = 0,3 - 0,6

sima, különleges erős

26

0,65

0,35

Durva dm = 0,8

sima, különleges erős

20 16 10

0,85 1,09 1,60

0,45 0,55 1,00

szálvastagsága mm

34

A szűrő alaptípusain kívül számos más megoldást is kialakítottak, elsősorban a beáramlási felület növelése és az áramlási viszonyok javítása érdekében. A pálcavázas szűrők (25. ábra) anyagtakarékosak, nagyobb szabad beömlő felületűek és megfelelő szilárdságúak. Hidas szűrőnél a szabad nyílás képzése párhuzamos bevágásokkal és a bevágott lemez boltíves kiemelésével történhet. Így a cső átmérője névlegesen növekszik. újszerű és terjedő a kavicsbetétes, illetve ragasztott kavicsszűrő. A perforált csőre rögzített kavicsszűrő nagy előnye szilárdsága és a szűrő kiképzés egyszerű megoldása. Hátránya viszont, hogy a nagyobb vastagságú szűrőtestnek növekszik az ellenállása.

25. ábra Különleges pálcavázas szűrő Csőkútnál a vízadó réteg szűrő körüli állékonysága kavicsövezet kialakításával fokozható. A jól kialakított kavicsövezet átmenetet képez a természetes réteg és a szűrőcső között. A kavicsövezet kialakításával a vízáramlás legnagyobb sebességű zónájában a könnyen kimozduló finom szemcsék helyett szilárd váz alakítható ki. Kavicsövezet alkalmazásával így finomszemcsés rétegben is stabil rétegváz létesíthető és kisebb ellenállású szűrő építhető be, mivel a szűrő nyílásmérete a kavicsövezet anyagához igazodhat. Végeredményben tehát a kavicsolás a kút vízadóképességét és élettartamát egyaránt növeli. Alkalmazása azonban bizonyos költségtöbbletet, és az átlagosnál magasabb színvonalú kivitelezést igényel.

26. ábra Csőkút irányterve egyfokozatú kavicsolással

35

A kavics-zóna szemcseméretére vonatkozóan a helyes arány:

D 50 =4÷5 d 50

ahol

D50 = a szűrőkavics, és d50 = a vízadóréteg szemszerkezeti görbéjének 50 %-ához tartozó szemcseátmérő. Több fokozatú kavics-zóna kialakítása esetén a szűrőszabály értelemszerűen érvényes. A kavics-zónát gyakorlati tapasztalat szerint minimálisan 70 mm-t meghaladó gyűrűkben kell kialakítani. A kavics lehelyezése köpenycső védelme mellett történik (26. ábra). A csőkút létesítésénél alkalmazott száraz fúrás a furat felületén minimális roncsolást és eltömődést okoz. A vízadó réteg szemcseösszetételének meghatározására alkalmas, a körülményekhez jól igazodó szűrő választék áll rendelkezésre. Kavicszóna viszonylag könnyen helyezhető el több fokozatban is. Mindenfajta kiképzésű kútnál (akár van kavics zóna, akár nincs) szükséges a kút körüli szűrőváz kialakítása. Ez a kút üzembeállítását megelőző tisztító szivattyúzással ("kompresszorozással") végezhető. Ennek alapján határozható meg a kútból tartósan termelhető üzemi vízmennyiség (27. ábra)

36

27. ábra A tisztítószivattyúzás jellemző eredményei

2.5 A vízhozam és befolyásoló tényezői A kutak vízhozamának becslése a már idézett Dupuit-Thiem összefüggés értelmében, a 28. ábra jelöléseivel:

28. ábra A kút vízhozamának számítása szabadfelszínű ( a ) és nyomás alatti ( b ) vízadó rétegnél

Q = π⋅k⋅

szabad víztükrű vízadóréteg esetén

H 2 − h2 R ln r

Q = 2⋅ π ⋅ k ⋅ m⋅

nyomás alatti vízadóréteg esetén

H−h R ln r

Nyomás alatti vízadó rétegnél a kúthozam a leszívással lineáris kapcsolatban van. Igy adott kút esetén az állandó jellegű tagok összevonásával:

Q = q⋅s összefüggéssel fejezhető ki a kúthozam, ahol q az adott kút s = 1 méter leszíváshoz tartozó fajlagos vízhozama. Szabadtükrű vízadó réteg igénybevételénél a leszívás növelésével a kúthoz vizet szállító aktív vízadó réteg vastagsága csökken, így a leszívás és a vízhozam kapcsolata degresszív jellegű. A kúthozam becsléséhez a k szivárgási tényező ( m/s ) és az R leszívási hatósugár ( m ) ismerete szükséges. A k tényező vizsgálatokkal vagy próbaszivattyúzással, az R közelítő empirikus összefüggésekkel becsülhető. Pl.

R = 3000 ⋅ s ⋅ k A hatósugár egyben a kút tápterüetét jelenti és azt a feltételezést foglalja magában, hogy erről a területről utánpótlódó vízmennyiség a kitermeléssel egyensúlyban van. Különösen szabad felszínű változó nyugalmi vízszint mellett - pl. intenzív beszivárgás vagy párolgás időszakában - a tápterület is változik. 37

Szabad felszín és változó vízszint esetén a kút vízhozam változása a 29. ábra alapján értékelhető.

29. ábra A kút hozamváltozása szabadfelszínű vízadó rétegnél A kút körüli szemcsés közeg hidraulikai ellenállásán kívül - különösen nagyobb leszívásnál - a szűrő ellenállását is számításba kell vennünk. Ez a kútellenállás a természetes rétegadottságok megbontásából a víznek a kút felé és a belső terébe történő beáramlása során fellépő veszteségek összegéből adódik és a 30. ábrán dh értékkel jelölt vízszál-elszakadást eredményezi.

38

30. ábra Vízszál elszakadás a kút palástján

39

A vízszál-elszakadás ténye azt jelenti, hogy a kútbeli leszívás nem azonos a kútpaláston megjelenővel. Nagyobb kútellenállásnál az elszakadás növekvő értékű. Számítása: ∆h =

h k − h b = 0.228 ⋅ s

A szűrők körüli kavicszóna a kút működőképességét több módon is befolyásolja, így • kedvező átmenetet képez a természetes vízadóréteg és a kút szerkezete között, • a kút ily módon megnövelt átmérője mellett a belépő víz sebessége módosul, • jelentősen növekedhet a kút vízhozama. A kavicszóna kúthozamra gyakorolt hatását illetve az így elérhető többlethozamot a következők világítják meg: a) A kút vízhozamát kifejező összefüggés alapján a kút (r) és a kavicszóna (z) mérete és a szivárgási tényező mellet a vízhozam számításánál a kavicszóna hatását is figyelembe kell venni. Nyomás alatti vízadóréteg és különböző szivárgási tényezőjű ( k1 és k ) zóna esetén, az így nyerhető q1 és a kavicsolás nélküli kút q vízhozamának q1/q aránya a

q1 = q

R r R k z ln + ⋅ ln z k1 r ln

összefüggésből számítható. A kavicszónával illetve a különböző szivárgási övezettel rendelkező kút vízhozama a

Q1 =

2⋅π ⋅ m⋅s 1 z R ⋅ ln + ln k r z

összefüggésből számítható. A különböző szivárgási tulajdonságú zóna alapján a kátl bevezetése után k1 / kátl = a figyelembevételével a kialakuló zóna pozitív illetve negatív hatása a értékének függvénye. A kavicszóna vízhozamnövelő hatása a kavicsolás nélküli kút vízhozamához viszonyított eltéréséből érzékelhető. A vízhozam változás a kavicsolás nélküli ( r = 0,0625 m ) kútsugárra vonatkoztatva r (m) ρ

0.05 0.93

0.0625 1.0

0.075 1.03

0.09 1.07

0.1 1.09

0.125 1.15

0.25 1.23

0.5 1.34

nem számottevő, mivel a vízhozam növekedés a közel nagyságrendben megnövelt kútsugár mellett is csak 34 % . A vízhozamváltozás fenti számítása azonban figyelmen kívül hagyta a szűrőellenállást. Kedvező vízadó képességű rétegbe helyezett, és különböző arányban perforált szűrő ( η, %) fajlagos vízhozamára ( q11 ) kapott gyakorlati összefüggés

q 11 =

(1.2 ⋅ d n − 0.01)⋅255 ⋅ η η + 4 .7

ahol q11 = 1 m depressziójú szűrő vízhozama ( l/min ) η a szűrővé kialakított béléscső felületi megnyitásának aránya (%).

40

Ugyancsak kísérletek alapján a szitaszövettel is borított szűrő fajlagos vízhozama:

q 11 =

(1.2 ⋅ d n − 0.01)⋅255 ⋅ η (η + 4.7)⋅ς

ahol ζ a szitaszövet ellenállási tényezője. A sodronyszövet nélküli szűrőnél ζ = 1 és a különböző szöveteknél kisebb mértékben a szövet szabad felületi arányától, jelentősebben a nyílások méretétől függ. 0,1 mm átmérőjű nyílásnál ζ = 10 1,0 mm átmérőjű nyílásnál ζ = 4,3 A kavicszónával megnövelt szűrő nagyobb nyílásméretű szitával borítható. A kúthozam változást a ρ / η viszony fejezi ki. A már korábban is figyelembe vett r = 0,0625 m sugarú és 0,1 mm szitanyílásnál ρ = 1, ζ = 10 és a ρ / η viszonyszám 0,1. z = 0,25 m kavicszóna és 1,0 mm szitanyílásnál ρ = 1,23 és a ρ / η viszonyszám 0,286, azaz a tényleges vízhozam közel háromszorosára növelhető. Kavicszóna alkalmazásánál tehát nemcsak lehetséges, de indokolt is a kisebb ellenállású szűrők kialakítása. Szabadfelszínű vízadó rétegben a leszívás növelése a kút vízhozammal degresszív kapcsolatban van és a nagyobb leszívással fokozatosan csökken a vizet szállító aktív réteg vastagsága. Ezt az ellentmondást Sichardt oldotta fel a maximális belépő vízsebesség fogalmának bevezetésével. Eszerint a kút befogadóképessége a

Q o = 2 ⋅ r ⋅ π ⋅ h o ⋅ v kr összefüggésből számítható. Gyakorlatban a Dupuit-Thiem és Sichardt számítási módszerének közös pontja tekinthető a kút mértékadó üzemi vízhozamának ( 31. ábra ).

31. ábra Szabadfelszínű kút üzemi kúthozama

41

A kút befogadóképessége számításához szükséges a homokolódását előidéző kritikus sebesség (vkr) ismerete, amely a megengedett legnagyobb belépő vízsebesség (vmeg) értékéből számítható: vmeg = 0.75 vkr A különböző összefüggésekből számított kritikus szivárgási sebességek a jobb vízáteresztő képességű rétegek tartományában alig térnek el (32. ábra).

32. ábra A kritikus szivárgási sebesség a hatékony szemcsenagyság alapján 1 - VITUKI, 2 - FTI, 3 - MSZ 5199

2.6 Kútrendszerek, egymásrahatás A vízellátás érdekében a vízigény szerinti vízmennyiség biztosításához még kis vízművek (Q = 1000 m3/d) esetén is több, közepes vagy nagyobb (5 - 10000 m3/d) vízigények kielégítéséhez pedig rendszerint számos kút létesítése szükséges. Több egymás alatti vízadó réteg esetében kútcsoportok létesítésével az igénybevételt megoszthatjuk a rétegek között, ha a kútcsoport tagjai más - más rétegre települnek. A kútcsoportos megoldás különösen előnyös, ha • a vízadó rétegek kifejlődése közel azonos, és • a különböző szintekből nyerhető vizek minőségében nincs jelentős eltérés. Ha az adott területen egyetlen igénybevehető vízadó réteg áll rendelkezésre, a kutak elhelyezése gondos mérlegelést igényel. Ezen belül mérlegelendő • az elrendezés alakzata (vonalas, osztott soros, stb.), és • a kutak egymás közti távolsága. Az elrendezési forma megválasztásánál • a rendelkezésre álló terület jellege, legkedvezőbb kihasználhatósága, • a megközelítési lehetőségek, • a víz összegyűjtés megoldási lehetőségei a legfontosabb szempontok.

42

A kutak közötti távolság megválasztásánál két ellentétes szempont ütközik. A távolság növelése zavartalan kútüzemet, és az utánpótlódási viszonyok javulását eredményezi, azonban a vízbázis kialakításának és üzemének költségét növeli. Csökkenő kúttávolságnál szűkül az egyes kutak tápterülete, a kutak között zavaró egymásrahatás léphet fel, de ezek ellenére is kedvezőbbek lehetnek a vízbázis kiépítésének és üzemeltetésének feltételei. A különböző megoldások közötti megalapozott választáshoz az egymásrahatás következményeinek elemzése segítségével juthatunk el. A kutak egymásrahatásának (interferenciájának) jelensége abban áll, hogy az egyik kút üzeme, vagy üzemen kívül helyezése, illetőleg működési rendszerében bekövetkező változásnak hatására megváltozik az ugyanazon réteget megnyitó másik kút(-ak) víz-hozama és/vagy vízszintje (33. ábra).

33. ábra Két kút állandósult dinamikai szint (a) és víztermelés (b) mellett Kutak folyamatos zavartalan egyensúlyi víztermelésének előfeltétele az érintetlen tápterület (R). Meghatározása még felszínközeli rétegnél is csak közelítő lehet, mélyebben fekvő rétegnél pedig csak becsülhető. Ugyanakkor a termeléssel, utánpótlódással kapcsolatos feltételek is változóak lehetnek. E szempont figyelembevételéhez lényeges annak ismerete, hogy egymásba metsző tápterület esetén milyen hatása lehet a kutak egyenkénti ill. összegezett hozamára.

43

A kutak interferenciája különböző elrendezések (kútsor-kútrendszer) mellett jelentkezhet. A részleteikben itt nem ismertetett, de a 33. ábrán vázolt elvek és jelölések szerint a legfontosabb általánosítható esetekre vonatkozóan a konkrét számításokhoz rendelkezésre állnak a legfontosabb jellemzőket figyelembevevő összefüggések. Néhány jellemző esetre a számítási képleteket a következőkben adjuk meg. Egymástól B távolságra lévő két kút vízhozama szabad víztükrű vízvezetőréteg esetén. Érvényességi feltétel: R > B

Q1 = Q 2 ⋅

π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 ) R2 ln r⋅B

Egymástól B távolságra lévő két kút vízhozama nyomás alatti vízvezetőréteg esetén:

Q1 = Q 2 ⋅

2 ⋅ π ⋅ k ⋅ m ⋅(H − h) R2 ln r⋅B

Háromtagú kútsor vízhozama szabad víztükrű vízadóréteg esetén: A kutak egymástól való távolsága B, és R > B.

Q1 = Q 3 ⋅

π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 )⋅ ln

2 ⋅ ln

B r

R B B R ⋅ ln + ln ⋅ ln B 2r r r

A középső kút vízhozama:

Q2 =

π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 )⋅ ln

2 ⋅ ln

B 2r

B R R B ⋅ ln + ln ⋅ ln 2r r r B

Háromtagú kútsor vízhozama nyomás alatti vízadóréteg esetén: A szélső kutak vízhozama:

B r Q1 = Q 3 ⋅ B R R B 2 ⋅ ln ⋅ ln + ln ⋅ ln r r 2r B 2 ⋅ π ⋅ k ⋅ m ⋅(H − h)⋅ ln

A középső kút vízhozama:

B 2r Q2 = R B B R 2 ⋅ ln ⋅ ln + ln ⋅ ln 2r B r r 2 ⋅ π ⋅ k ⋅ m ⋅(H − h)⋅ ln

44

Háromszögben elhelyezkedő kutak vízhozama szabad tükrű vízadóréteg esetén: A kutak B oldalhosszúságú egyenlő oldalú háromszög csúcsaiban helyezkednek el, és R > B.

Q1 = Q 2 = Q 3 ⋅

π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 ) R3 ln r ⋅ B2

Háromszögben elhelyezkedő kutak vízhozama nyomás alatti vízadóréteg esetén: A kutak és R > B.

B

oldalhosszúságú

egyenlő

Q1 = Q 2 = Q 3 ⋅

oldalú

háromszög

csúcsaiban

helyezkednek

el,

2 ⋅ π ⋅ k ⋅ m ⋅(H − h) R3 ln r ⋅ B2

Négyzetesen elhelyezkedő kutak vízhozama szabad tükrű vízadóréteg esetén: Ha a kutak B oldalhosszúságú négyzet sarokpontjain helyezkednek el, és R > B.

Q1 = Q 2 = Q 3 = Q 4 = ⋅

π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 ) R4 ln r ⋅ 2 ⋅ B3

Ha a fenti négyzet középpontjában van egy ötödik szivattyúzott kút is, akkor a sarokpontbeli kutak vízhozama:

π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 )⋅ ln

Q1 = Q 2 = Q 3 = Q 4 =

B

r⋅ 2 R 2 B R B ⋅ ln + ln ⋅ ln 4 ⋅ ln B r 4⋅r⋅ 2 r 2

A négyzet középpontjában lévő ötödik kút vízhozama pedig:

π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 )⋅ ln

Q5 = ⋅

B

4⋅r⋅ 2 R 2 B R B ⋅ ln + ln ⋅ ln 4 ⋅ ln B r 4⋅r⋅ 2 r 2

45

Négyzetesen elhelyezkedő kutak vízhozama nyomás alatti vízadóréteg esetén: Ha a kutak B oldalhosszúságú négyzet sarokpontjain helyezkednek el, és R > B.

Q1 = Q 2 = Q 3 = Q 4 =

2 ⋅ π ⋅ k ⋅ m ⋅(H − h) R4 ln r ⋅ 2 ⋅ B3

Ha a fenti négyzet középpontjában van egy ötödik szivattyúzott kút is, akkor a sarokpontbeli kutak vízhozama:

2 ⋅ π ⋅ k ⋅ m ⋅(H − h)⋅ ln Q1 = Q 2 = Q 3 = Q 4 = 4 ⋅ ln

B r⋅ 2

R 2 B R B ⋅ ln + ln ⋅ ln B r 4⋅r⋅ 2 r 2

A négyzet középpontjában lévő ötödik kút vízhozama pedig:

2 ⋅ π ⋅ k ⋅ m ⋅(H − h)⋅ ln

Q5 = ⋅

B

4⋅r ⋅ 2 R 2 B R B 4 ⋅ ln ⋅ ln + ln ⋅ ln B r 4⋅r⋅ 2 r 2

Az egymásra ható kutak közelítő vízhozam számítására több - lényegében hasonló bonyolultságú gyakorlati ajánlás ismert, amelyek grafikus eljárásokkal, gépi számítással egyszerűsíthetők. Az egymásrahatás mennyiségi értékelésénél az egyenkénti kúthozamok csökkenésének az összességben nyerhető vízmennyiséggel való összvetése fontos feltétele és szempontja a feladatok megoldásának. Ez annak egyenes következménye, hogy még közepes vízigények kielégítéséhez is több kút létesítése szükséges, és így legtöbb esetben kútsorok - kútrendszerek kialakítása a feladat. Az előzőekből nyilvánvalóan következik, hogy a legkedvezőbb víznyerési feltételt akkor teremtjük meg, ha a kutak számát interferencia nélkül határozzuk meg és elrendezésük is e feltétellel történik. Nagyon sokszor azonban a rendelkezésre álló terület behatárolja a telepítést, másrészt pedig a nagy távolságban lévő kutak vizének összegyűjtése a folyamatos termelésükhöz szükséges feltételek kialakítása beruházási és üzemelési többletköltséggel jár. A célszerű megoldás optimum kereséssel történhet. Az optimum keresést, a megoldás kiválasztását az eseti adottságokhoz kell igazítani, amelyhez a továbbiakban csak irányelvet, szempontokat adhatunk. Az értékeléshez két feltételből kell kiindulni. Egyrészt vizsgálandó a zavart kutak hatékonysága ( I ), az ugyanolyan feltételekkel kiképzett és üzemeltetett zavartalan kutak vízhozamához viszonyítva, másrészről a zavaró feltételekkel telepített kutak összhozama (U) viszonyítható az adott területen zavarmentesen kialakítható kútrendszer vízhozamához. Vizsgálandó tehát:

R2 Q B⋅ r I= 1 = R Q log r log

és

U=

Q1 + Q 2 Q 2 = 2⋅ 1 = Q Q I

46

Az összefüggés szerint U kisebb mint 2, vagyis két egyenlő hozamú kút együttes működése egymásrahatás esetén kisebb vízhozamot eredményez, mint a két kút közül az egyikből annak egyedüli működésekor nyert hozam kétszerese. Meghatározott feltételekkel (R, r) a hatékonyság ( I ) és az együttes hozam szemléltetően foglalható össze (34., 35. ábra).

34. ábra

47

35. ábra Egymásra ható kutak összesített hozama Adott feladat kapcsán a legcélszerűbb megoldást úgy közelíthetjük meg, hogy az igénybevehető víznyerő terület jellegéhez igazodó elképzelt kútrendszerek vár-ható hatását külön - külön elemezzük, és az egyes víznyerési változatok vízhozam eredményét az igényekkel és a kiépítés - üzemeltetés feltételeivel összevetjük ( 36. ábra ).

36. ábra Területi vízhozam a kúttávolság és a leszívás függvényében A mérlegelésnek az is szempontja lehet, hogy a különböző időszakok változó vízigényének kielégítésénél (téli Qmin, nyári Qmax) a kialakítandó rendszer hogyan üzemeltethető.

48

3. VIZNYERÉS MÉLYSÉGI VIZBŐL 3.1 Területi előfordulás, szerepe a vízellátásban A zárt réteg - más néven mélységi - víz hazai vízellátásunk egyik fő bázisa. Ez következik abból is, hogy • területünk mintegy kétharmadán igénybevehető és • területünk mintegy felén pedig csak ez az egyetlen víznyerési lehetőség. A nagy területen összefüggően kiterjedő előfordulásából következően vízműveink döntő hányada mélységi vízkészletre települt. Különösen a kis és közepes vízművek jellemző vízszerzési megoldása és a vízellátás céljaira termelt vízmennyiség mintegy 40 %-a a zárt rétegvizekből származik. Korábbi megítélés szerint a mélységi vizek döntő hányada ivóvízellátásra közvetlenül alkalmasnak minősült. Jelenleg a feltételek (részben a közvetlenül hasznosítható vízkészletek hiányában, részben pedig egyes komponensek jelenlétének és károsító hatásának felismerése, nem utolsó sorban a hálózatban és a tározókban bekövetkező másodlagos vízminőség változás kapcsán) módosultak.

3.2 A mélységi víz jellemzői A mélységi víz és a külső természeti tényezők között nincs kimutatható kapcsolat, és általában az oldalirányú vízmozgás is minimális. A mélységi víz általános jellemzői: • mivel a külső ható tényezőktől független, lényegében kiegyenlített feltételek jellemzik, • az előzőekből adódóan utánpótlódásuk kedvezőtlenebb, a vízkivétel részben, esetleg egészében a rétegek zárt készletéből történik, • a közvetlen (friss) szennyeződés veszélyétől mentesek, kiegészítő védelemre nem szorulnak, • a hosszantartó földtörténeti folyamatok jellemzői érvényesülnek.

Egyéb jellemző tulajdonságok: • kiegyenlített vízminőségi (fizikai, kémiai) jellemzők, • közepes, vagy kisebb össz-sótartalom és keménység, • a földtörténeti eseményekkel összefüggő esetleges szervesanyag tartalom, • gázok (CO2, CH4) gyakori jelenléte, • a víz hosszabb felszínalatti tartózkodásával összefüggő nyomok és jellemzők esetleges jelenléte, ill. felismerhetősége.

A vízellátás előkészítésének feladata: • a természetes (rétegállapotú) víz tulajdonságainak megismerése, • a közvetítő szerkezetek (kút, stb.) vízminőség módosító hatásának vizsgálata és szükség szerinti kiküszöbölése, • az igénybevett víznyerőhely tartós használata során szerzett környezeti tapasztalatok és a tisztítás szükségességének felismerése, a célszerű megoldás elővizsgálatokkal alátámasztott javasolása.

49

Az üledékképződés feltételei szerint igen eltérő az egyes területeken képződött vízadó rétegek aránya és kifejlődése. A lehetséges víztermelést közvetlenül érinti: • a kedvezőtlenebb kifejlődésű területeken (pld. Jászság, Kiskunság) az üledék összlet döntően agyagos kifejlődésű, kevés, gyengén kifejlődött porózus réteggel, • az Alföld egy része (egyes folyók törmelékkúpja, a Dél-Tiszántúl) ezzel szemben lényegesen több és kedvezőbb kifejlődésű (vastagság - szemcseösszetétel) porózus réteget tartalmaz, míg • az igénybevehető terület nagyobb része e két szélsőség közötti.

37. ábra Mélységi víz szerzésére alkalmas területek Az egyes területrészek mélységi vizeinek igénybevételi lehetőségét két feltétel kombinációja, mégpedig: • az egyes vízadó rétegek vízadóképessége (szemszerkezet és vastagság) és • ezen előfordulások gyakorisága (egymás alattisága) együttesen határozza meg, melyek a lehetőségek széles skáláját adják (37. ábra).

50

3.3 Vízkészlet számítás A rétegvizeket magában foglaló medence üledék az eredeti konszolidáltságot konzerválta, az egyes vízadó rétegekre települt fedő kép-ződmények többlet terhelését a bezárt víz viseli. Ezt az állapotot jelzi az egyes rétegek hézagtényezője (e), amely emiatt nem követte a tényleges terhelési állapotnak megfelelő értéket (38. ábra).

38. ábra A hézagtényező mélységi változása és a kitermelhető statikus vízkészlet változása Az adott vízadó réteg megnyitása után a rétegterhelést viselő víz e feszültség alóli kitérése a tényleges geostatikus nyomásnak megfelelő rétegtömörödés, az elmaradt un. másodlagos konszolidáció elindítója. A másodlagos konszolidáció megindulásával, a réteg tömörödésével a víz a szabad pórustérből kipréselődik. A víztermeléssel együtt járó nyomáscsökkenés az igénybevett vízadó réteg feletti teljes rétegösszlet feszültségi álla-potát módosítja, és ez további expanziót és felszabaduló víz-készletet eredményez. Az adott vízadó rétegből kipréselődő fajlagos (∆V) vízmennyiség: ∆V = e - e [m3/m2] A teljes rétegösszletből kinyerhető vízkészlet egyszerű számításba vételét a 39. ábra segíti, amely az érintett területre vonatkoztatva adja a W = A.∆V [m3/m2] kinyerhető vízkészletet.

39. ábra Az összes kinyomódó fajlagos vízmennyiség

51

Az első közelítésben előzőek szerint becsülhető vízkészlet további finomításokat igényel. A konszolidáció és így a kipréselődő vízmennyiség az előállított nyomáscsökkentés függvénye. A mélység, valamint a hézagtényező közötti összefüggésből meghatározható valamely y (m) átlagos depressziót kísérő konszolidáció miatt kinyomódó vízmennyiség:

γ v ⋅ y e 2o − e 2 ∆V = ⋅ 2 s− γv melynek egyszerű használatát a 40. ábra biztosítja. A számításba veendő Mo ill. y értékek az 5. és 6. táblázatokból nyerhetők.

40. ábra A konszolidációs folyamat során fajlagosan kinyomódó vízmennyiség

52

Az összenyomódási modulus (Mo kp / m2 ) tájékoztató értékei Talajmegnevezés Szemcsés talajok Homokos kavics Homok Homokliszt Kötött talajok Ki Iszapos homokliszt Iszap Sovány agyag Kövér agyag Szerves iszap Szerves agyag Tőzeg

Talajállapot laza közepes 300 - 800 800 - 1000 100 - 300 300 - 500 80 - 120 120 - 200 puha 0.5 50 - 80 30 - 60 20 - 50 15 - 40

képlékeny 0.5 - 1.0 100 - 150 60 - 100 50 - 80 40 - 70 5 – 50 5 – 40 1 – 20

kemény 1.0 - 1.5 150 - 200 100 - 150 80 - 120 70 - 120

5. sz. táblázat

Tömör 1000 - 2000 500 - 800 200 - 300 igen kemény > 1.5 200 - 400 150 - 300 120 - 200 120 - 300

6. sz. táblázat Jellegzetes talajok hézagtérfogata és hézagtényezője

Talajnem Homokos kavics Durva és egyenlőtlen szemeloszlású homok Egyenletes szemeloszlású finom homok Homokliszt Iszap Sovány agyag Kövér agyag

Talajállapot laza tömör laza tömör laza tömör laza tömör puha még sodorható kemény puha még sodorható kemény puha még sodorható kemény

Hézagtérfogat 38 - 42 18 - 25 40 - 45 25 - 32 45 - 48 33 - 36 45 - 55 35 - 40 45 - 50 35 - 40 30 - 35 50 - 55 35 - 45 30 - 35 60 - 70 40 - 55 30 - 40

Hézagtényező 0.61 - 0.42 0.22 - 0.33 0.67 - 0.82 0.33 - 0.47 0.82 - 0.82 0.49 - 0.56 0.82 - 1.22 0.54 - 0.67 0.54 - 0.67 0.54 - 0.67 0.43 - 0.49 1.00 - 1.22 0.54 - 0.82 0.43 - 0.54 1.50 - 2.30 0.67 - 1.22 0.43 - 0.67

53

A lassan konszolidálódó rétegösszletnél a folyamatosan kinyerhető vízmennyiség megállapításához a konszolidáció időbeli lefolyására vonatkozó számításokat is el kell végezni, pl. a következők szerint:

T=

M ⋅κ

γv

⋅

t H2

ahol t H T

a konszolidációs idő, az igénybevett vízadó réteg feletti rétegösszlet a konszolidáció időtényezője.

Az előző összefüggésből a konszolidáció foka κ meghatározását a 7. táblázat segíti. 7. táblázat Összefüggés az időtényező és a konszolidáció foka között

Időtényező T 0.004 0.008 0.012 0.020 0.028 0.036 0.048 0.060 0.072 0.100 0.125

Konszolidáció foka κ 0.071 0.101 0.124 0.160 0.189 0.214 0.247 0.276 0.303 0.357 0.399

Időtényező T 0.167 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.50 0.60 0.80 1.00 2.00

Konszolidáció foka κ 0.461 0.504 0.562 0.613 0.658 0.698 0.764 0.816 0.887 0.931 0.998 1.000

−

A kinyomódó vízmennyiség :

∆V = ∆ ∆ V ⋅ y⋅ κ

ahol ∆V a 40. ábrából meghatározott fajlagos kinyomódó vízhozam. Az előzőekből következik, hogy • a konszolidáció előrehaladását a hidrosztatikus nyomás is követi, • a kinyomódó statikus vízkészlet mellett rendszerint részleges utánpótlódásra is számíthatunk. Durva közelítéssel a statikus vízkészletből a kitermelhető vízmennyiség a teljes kinyerhető viszonylatában 50 - 150 m 150 - 225 m 225 - 300 m

között között között

25 % 50 % 75 %

értékűre becsülhető.

54

3.4 A vízszerzés gyakorlati megoldása A vízfeltárás fúrt kúttal történik. A mélyfúrású kút működési elvét tekintve nagyobbrészt a csőkúttal megegyező, építési módjában attól jelentősen eltér, melyek közül a legjellemzőbbek: a)

a fúrási módban ( folyamatos - öblítő rendszerű ),

b)

a

fúrólyuk

megtámasztásában

és

az

egyes

rétegek

fúráson

belüli

szétválasztásában

( melyet a furat falán képződő iszaplepény biztosít ), c)

a harántolt rétegek megismerési módjában ( értékelhető fúrási minta hiányában utólagos, közvetett ismeretet nyújtó geofizikai fúrólyuk-szelvényezés kell ),

d)

a

kúttá

való

béléscsövezése,

kiképzésben az

(

átfedésben

hosszú lévő

furatszakaszok csőrakatok

palástcementezéssel

teleszkopikus

kialakítása,

megtámasztott a

csőközök

lezárása ), e)

a kút termelésbe állításában,

f)

különleges ( nagyátmérőjű ) kút alkalmazásában, és

g)

a rétegek természetes védettségében.

a.) A nagyobb mélységű fúrást célszerűen folyamatos haladást eredményező öblítéses rendszerrel végzik. A fellazított kőzetrészeket az öblítő áramkör szállítja a felszínre. Az iszap keringés a fúrás mélyítése során egyéb feladatokat is ellát. b.) Az öblítő áramban meghatározott tulajdonságú fúró-iszap kering, amelynek a furat falához tapadó része az iszap megnövelt térfogat-súlyával egyidejűleg biztosítja a fúrólyuk állékonyságát és az egyes rétegek szükséges lehatárolását, a réteganyagok elkülönítését (41. ábra)

41. ábra Fúróiszap behatolás a rétegekbe c.) A nagyobb mélységű fúrólyukból megbízható rétegminták vétele az öblítő áram mellett (de egyébként is) megoldhatatlan. A mintavétel gyakorlatilag még a zavaró tényezők kiiktatása mellett sem lehetséges. Áthidalás az utólagos geofizikai fúrólyuk-szelvényezés. A különböző módszerekkel végzett (természetes potenciál, - ellenállás, - radioaktív) mérések, szondázások kombinációja jó megbízhatósággal jellemzi a harántolt rétegeket. d.) A nagymélységű fúrólyuk néhány, hosszú csőrakattal képezhető ki. Ennek feltételeként az iránycső cementezéses elhelyezése után az előirányzott mélységig kis átmérőjű, u.n. kereső előfúrással mélyítik a fúrólyukat. A réteg adottságok közvetett úton történő megismerése után a bekapcsolandó réteg fedőjéig a fúrást felbővítik. A felbővített fúrólyukba helyezik el a béléscsövet. A béléscsőrakat és a rétegek közötti körgyűrűt nyomásalatti ( alulról felfelé történő ) un. palástcementezéssel kell lezárni. Ez egyben a béléscső stabil helyzetét is biztosítja. A szűrőcső - hagyományos, béléscső védelme alatti - elhelyezése után az

55

együttfutó (átfedő) béléscsövek utólagos szétbontással kiemelhetők és az így keletkezett csőköz(ök) tömszelencével ( 42. ábra ) lezárhatók. A teleszkópikus kiképzés könnyebb lehetőséget teremt a szivattyú vagy más szerelvények elhelyezésére és a kút megnövelt belső tere a kút működésére is kedvező hatással van. A csőközök tömszelencés lezárása kényes feladat, kúthibák gyakori forrása. e.) A kút termelésbe állításánál a csőkutaknál is alkalmazott tisztító szivattyúzás kiegészül, mivel a stabil rétegváz kialakításában részt nem vevő szemcséken felül a fúróiszapból kiszűrődött részek eltávolítása is szükséges. E szennyezőanyagok eltávolításától jelentősen függ a kőt vízadóképessége. Ezért a tisztító szivattyúzás sikerességét mérésekkel és vizsgálatokkal kell ellenőrizni. A beépített szűrő teljes felületének egyenletes működéséről a kútban végzett, és a kútépítés részét képező áramlásméréssel győződhetünk meg. A szűrő nem kielégítő működése esetén szakaszos tisztító szivattyúzást kell végezni.

42. ábra Mélyfúrású kút telepítésének fázisai 1. kereső előfúrás, 2. réteg-meghatározás, 3. kútkiképzés

56

Bonyolultabb kérdés a réteg felületét szennyező iszap maradvány eltávolításának megítélése. Kiindulásként tisztában kell lenni a felületi szennyeződés vízhozamra gyakorolt hatásával. A vizsgálat elve a szűrők körüli kavicszóna hatás-vizsgálatával azonos, ahol a ≤ 1 esetén a bekapcsolt réteg szűrő körüli szivárgási tulajdonsága kedvezőtlenebb, mint amely a réteg egészére jellemző (43. ábra).

43. ábra A kút körüli övezet hatása a vízhozamra Az itt is érvényes összefüggés alapján végzett sorozatszámítás eredményeinek grafikus értékeléséből is kitűnik, hogy a szűrő körüli negatív zóna vízhozamcsökkentő hatása lényegesen jelentősebb a kavicszóna vízhozamnövelő hatásánál. Ennek realitása egyszerű következtetéssel is belátható. A tápterület egészének kedvezőtlenebb szivárgási tulajdonságát a kút körüli kavicszóna nem tudja számottevően módosítani, viszont egy szűrő körüli gát negatív hatása korlátlanul érvényesül. A tisztító szivattyúzás teljes hatású elvégzésének ezért fokozott a jelentősége és elérését un. gáthatás vizsgálattal lehet és kell ellenőrizni. A gáthatás vizsgálat leegyszerűsített gyakorlata azon az elven követhető, hogy a kútbeli leszívást követő visszatöltődési időfüggvény a kút körüli körülmények jellemzésére is alkalmas. A visszatöltődés egyre lassuló folyamatának fél- logaritmikus - log t - ábrázolása során egy emelkedő egyenes nyerhető, melynek kezdő, kiinduló szakasza a kút körüli állapotokat jellemzi. A törésmentes egyenes a kútnál és a távolabbi környezetnél is azonos szivárgási viszonyokat jelez. Iránytörés esetén a kút körüli állapotok a tápterület egészétől eltérőek. A kezdő szakasz nagyobb emelkedése kedvezőbb, ellenkező esetben kedvezőtlenebb kút körüli állapotra utal. Ez utóbbi eset a gáthatás, amely a kút elérhető vízhozamát lényegesen befolyásolhatja. Megszüntetése megismételt, a korábbinál intenzívebb tisztító szivattyúzástól remélhető (44. ábra).

57

44. ábra A nyomásemelkedési ábra egy szakaszának értelmezése g.) A kút, ezen belül a szűrő átmérőjének növelése elsősorban a szűrőellenállás csökkentésével - tehát kedvezőbb kialakítású szűrőszerkezet alkalmazásának lehetőségével - a kúthozam jelentős növekedését eredményezheti. Különösen célszerű fúrt kutak esetében a kút - ezen belül a szűrő - méretének növelése, mivel a vízadóréteg tulajdonsága kevéssé ismert, másrészt a furat falát időlegesen lezáró iszaplepény mellett a fontos, üzemet megalapozó stabil rétegváz kialakítása sikeresebb lehet. A kút nagyobb átmérője egyben jobb lehetőséget nyújt a szerkezetek elhelyezésére, és a kút tározóterének növelése a kút "indító terhelésének" csökkentését segíti. A nagyátmérőjű kút építésének költsége lényegesen meghaladja egy hagyományos fúrt kút költségét, ezért a nagyátmérőjű kút létesítése ott indokolt, ahol a vízadóréteg adottságának kiaknázását a kisebb átmérőjű kút korlátozó hatása (szűrőellenállás) akadályozza. h.) A mélységi rétegek zárt helyzetük miatt megfelelő természetes védettséggel rendelkeznek. Igy a víznyerőhely körül - elsősorban a műtárgyak védelmére - a legkisebb méretű ( r = 10 m ) zárt védőterület alakítandó csak ki.

58

4. AZ ÁTMENETI JELLEGŰ VIZSZERZÉS

Átmeneti jellegű a vízszerzési mód, amikor felszíni vizet felszínalatti közvetítő (szivárogtató és szűrő) közegen átvezetve felszínalatti módszerrel (kut, akna, galéria) és lehetőleg felszínalatti vízre jellemző minőségben termelünk ki. Az átmeneti jellegű vízszerzésnél tehát a felszíni víz tisztításához a természetes környezeti adottságokat hasznosítjuk. A megvalósítás két módon lehetséges: • partiszűréssel és • talajvíz dúsítással.

4.1 A partiszűrés Az átmeneti jellegű vízszerzésnek az a módja, amikor a folyamat a vízkivételi műtárgy megépítésével és üzembe helyezésével spontán módon jön létre és a víztermelés lényeges beavatkozás nélkül tartósan fennmarad. Partiszűrésre a szemcsés-törmelékes (homokos-kavics, kavicsos-homok), a felszíni vizekkel kapcsolatban lévő vízadó rétegek alkalmasak. Ilyenek a Duna, a Rába, a Sajó-Hernád, Bodrog völgyében, és részlegesen a Zagyva, a Dráva-Mura és a Felső-Tisza, valamint néhány kisebb vízfolyás (Eger, Kapos, Gyöngyös, stb.) mentén találhatók. A szűrőréteg, a folyó mederképző és törmelékfelhalmozó munkája szerint, a keskeny (néhány 10 m) szélességűtől a több km-es kifejlődésig változik. A felszíni vízfolyások becsatlakozási helyein kiszélesedik, öblözeteket alkot a partiszűrésre alkalmas vízadó réteg. Kedvezőek víznyerésnél a szigetek, mivel azok kettős partfelülettel, megkettőzhető igénybevételi lehetőséggel rendelkeznek. Partiszűrésre alkalmas vízadórétegeinknél (alacsony folyóvízállásnál) ritka a 4-6 m-nél nagyobb vízzel borított rétegvastagság, amely a partiszűrés mértékadó vízhozamának meghatározója. Tapasztalat szerint a legkedvezőbb kifejlődésű hazai partfelület kilométerenkénti mértékadó vízhozama mintegy 20 ezer m3/d -re becsülhető, míg a gyengébb kifejlődésű rétegeknél (vastagság, szemcseösszetétel) 5.000 m3/d.km víztermeléssel lehet számolni. A víztermelés a vízadó réteg jellegének megfelelően különböző módszerekkel is megvalósítható, azonban a kitermelés módjától (csőkút, csáposkút, galéria) alig függ a kinyerhető maximális vízmennyiség. A rendelkezésre álló partszakaszaink - a szigetek kettős hosszával - mintegy 250 km-re, a becsült kitermelhető vízmennyiség 4,5 mill. - m3/d -ra tehető. 4.1.1 Meghatározó tényezők A vázolt folyamat létrejötte és tartós fennmaradása több körülmény egyidejű érvényesülésének függvénye. Ezek • a felszíni víz hidrológiai és vízminőségi jellemzőivel, • a természetes szivárogtató és víztisztító közeg helyzetével és strukturájával, • a vízkivétel helyével és módjával, • a szivárogtató felület állapotával és a regenerálódását befolyásoló tényezőkkel, • a felszínalatti vizet szállító háttér hidrogeológiai jellemzőivel és szennyezés terhelésével kapcsolatosak. A felszíni víz mennyisége, utánpótlódása, időbeli változása a lehetséges víztermelés mennyiségének egyik fontos meghatározója. Nyilvánvaló, hogy a hidrológiai adottságok kiegyensúlyozottsága a víztermelés egyik feltételét jelenti. A víztermelés minőségére nézve kívánalom, hogy a felszíni vizet csak olyan szennyező komponensek, és azok is csak olyan koncentrációban terheljék, amelyek a beszivárgó felület biológiailag aktív zónájában,

59

vagy az átszivárgás során a kívánt mértékben lebomlanak, ill. adszorbeálódnak. Igy lehetőleg • csak kisebb mértékben tartalmazzon a felszíni víz -

diszkrét szemcséjű ill. pelyhesedő lebegőanyagot,

-

természetes szerves, ill. szerves eredetű szennyezéseket (BOI, NH4+),

-

oldott szervetlen kationokat (pl. Na+),

• ne, vagy csak elhanyagolható mértékben tartalmazzon az aerob lebontás szempontjából kedvezőtlen toxikus anyagokat (pl. aktív klórt, toxikus ipari szennyezéseket, lassú lebomlású növényvédő szereket, olajat, zsírt), • tartalmazzon számottevő mértékben oldott oxigént, • legyen védett a havaria jellegű szennyezésektől, -

a hirtelen vízminőség változásoktól.

A természetes szivárogtató és tisztító közeg az átmeneti vízszerzéshez akkor kedvező, ha • térbeli helyzete igazodik a felszíni víz hidrogeológiai adottságaihoz, • a lehető legnagyobb vízmennyiség átvezetésére, és egyben annak • a lehető legnagyobb mértékű megtisztítására alkalmas. A porózus réteg helyzete akkor kedvező, ha a felszíni vizet kiterjedten követi, és legkedvezőbb kifejlődése a meder alatt és a kitermelési hely között van, továbbá a legkisebb vízállás esetén is jelentős - legalább 3 m - a vízborítottsága. A vízvezető réteggel szemben támasztott követelmények részben ellentétesek. A legnagyobb vízátvezetést a legdurvább anyagú homogén görgetegből álló réteg biztosítja, de ennek minimális a tisztító hatása. A finomabb, nagy fajlagos felületű réteg tisztító hatása kiváló, de csekély az átvezethető vízhozam. Mindkét szempontot tekintve kedvezőnek a k = 5.10-2 - 5.10-3 m/s közötti szivárgás tartomány jelölhető ki. Több folyónk teraszán találhatók ilyen rétegek. Ez egyik indoka parti szűrésű vizeink felszín alatti jellegének (45. ábra).

45. ábra A felszínalatti réteg szivárgási és szűrési tulajdonságai 1. Csökkent hatású szűrés, 2. Csökkenő vízhozam, 3. Szivárogtató réteggel

60

A vízkivétel helye és módja jelentősen érinti a kinyerhető víz mennyiségét és minőségét is. Partközeli elhelyezés esetén a szivárgási út mentén az ellenállás csekély, így nagyobb a kinyerhető víz mennyisége, és nagyobb a felszíni vízből származó rész aránya. Távolabbi elhelyezés esetén a helyzet összetett: ugyan a nagyobb távolság kedvező a hosszabb szivárgási úthossz, és a hosszabb tartózkodási idő miatt, de ez csak akkor jelent feltétlen előnyt, ha a háttérből is kifogástalan minőségű víz érkezik. Ha a háttérben kedvezőtlen minőségű (pl. nitrátos) talajvíz van, akkor a parttól való távolságnak a víztermelés mértékétől is függő optimuma van, és ezen túli növelés már a kitermelt víz minőségének romlását eredményezheti. Rövid felszínalatti szivárgás alatt a vízminőség módosulás kevéssé érvényesül, a felszíni víz fizikai tulajdonságai (pl. hőmérséklet) alakulása a megfelelő késleltetéssel követi a felszíni víznél jelentkező változásokat. A víztermelés együttes, mennyiségi és minőségi optimumát adott felszíni víz minőség, réteg és háttér esetén is • a felszíni víz rendszerint változó vízállása, • a vízjárás által is befolyásolt változó beszivárgási feltételek, • a víztermelés mértéke függvényében kell keresni, és a tényezők mindegyikére fokozott figyelmet kell fordítani. A felszíni víz az oldott anyagokon felül szilárd anyagokat is szállít. A partiszűrést leginkább a lebegtetett hordalék zavarhatja, különösen akkor, ha azon belül, ill. arra tapadva számottevő a szerves anyagok aránya. A beszivárgás során a lebegtetett hordalék egy része jellegzetes kolmatációs folyamat során bejut a vízvezető réteg hézagaiba, és eltömődik a pórusok egy része. Emiatt a szivárgási viszonyok (pl. 20 % eltömődés esetén) egy nagyságrenddel is csökkenhetnek. Ha a kolmatálódásban szerves anyagok is részt vesznek, a vízminőség romlása is várható. Nyilvánvaló, a partiszűrési folyamat csak akkor tartható fenn hosszabb időn keresztül, ha jelentős kolmatáció nem jön létre, ill. a beszivárgó felület rendszeresen megújul, azaz átmosódik, megtisztul. A kolmatálódás kialakulását a folyók természetes vízjárása két módon is akadályozza. Állandóan érvényesül a vízfolyás mederalakító munkája, amely a homorú partot erodálja, és egyben megakadályozza a finom hordalék felhalmozódását. Árhullámok idején érvényesül a fenéküledék fellazulása és mozgása, amelynek során a korábban leülepedett ill. a pórusokba jutott finom lebegőanyagot felkeveri és elszállítja. Ez utóbbi folyamat a folyó regeneráló képessége, amelynek megléte a jól működő partiszűrésű vízszerzés sarkalatos előfeltétele. E folyamatot a mederbeli tartós lebegőanyag akkumuláció (pl. sarkantyú mögötti feltöltődés) olyan mértékben is veszélyeztetheti, hogy az érintett szakaszon mennyiségi és minőségi vonatkozásban is ellehetetlenülhet a partiszűrésű vízszerzés. Tisztán partiszűrésű vízszerzés csak abban a ritka esetben valósul meg, ha a felszíni vizet közvetítő porózus réteg kiékelődik a vízkitermelő hely mögött. (Azaz a csatlakozó vízzáró, vagy nagyságrenddel kisebb vízvezető képességű réteg miatt nincs utánpótlódás a háttérből.) Az esetek döntő hányadában a közvetítő réteg hátéri kiterjedése nem hanyagolható el, sőt az is előfordulhat, hogy a háttéri réteg a partközelinél kedvezőbb kifejlődésű. Gyakori az is, hogy a háttéri kifejlődés kiemelt helyzetű, vagy további vízadó szintek települtek a fedőjére. Mindezek következménye a háttéri utánpótlódás, és a termelt víz kevert jellege. A tényleges előfordulásokra tekintettel a partiszűrés gyakorlati kritériuma, hogy a legkedvezőtlenebb esetben is a meder felől érkező víz domináljon. A keveredési arány a hidrológai jellemzők és a víztermelés függvényében alakul. A legkedvezőtlenebb arány nagy valószínűséggel a legalacsonyabb folyóvízállás és ezzel egyidejű legkisebb víztermelés következményeként várható.

61

A keveredés következményeként az eredő vízminőség is erősen változó, mivel a meder felől és a háttérből érkező vizek minősége önmagában véve is változó. A háttéri víz jellegzetesen felszínközeli (nagy összes sótartalommal, keménységgel, szerves szennyezettséggel) így a kevert víz minősége is markánsan változhat. A háttéri vízutánpótlódás befolyásoló szerepe a termelt víz mennyiségétől is függ. A háttéri utánpótlódást lényegesen meghaladó víztermelés mellett a háttéri hatás csökken, a háttéri utánpótlódás mértékétől elmaradó víztermelés esetén azonban döntő mértékű lehet. Ez utóbbi eset még a parthoz egészen közeli vízkivételnél is előfordulhat. 4.1.2 A szűrési folyamat Vízminőség alakulás szempontjából a partiszűrés jellegzetesen mélységi szűrési folyamat. Ezen belül domináns a biológiai (u.n. lassú) szűrés, és a fizikai, fizikai-kémiai, kémiai részfolyamatok is jelen vannak. A legegyszerűbb, fizikai folyamat során a lebegő anyagok a beszivárgási felületen, és legkésőbb a beszivárgó felülettől számított 1 méteren belül kiszűrődnek. Így a továbbszivárgó víznek lebegőanyag tartalma már nincs. Fizikai folyamat a hőmérsékletváltozás is. A hőmérséklet és változása a kitermelhető vízmennyiség és a biológiai tisztulási folyamatok szempotjából is jelentős. A dinamikai viszkozitás változása a hőmérséklet függvénye, és így az adott vízállás mellett kitermelhető vízmennyiség is függ a hőmérséklettől. Rendszerint a téli alacsony hőmérséklettel egyidejű alacsony vízállás a partiszűrésű vízszerzés kritikus időszaka. A tapasztalatok alapján - általánosságban - a partiszűrés néhány tisztító hatása a következőkben (l. még a 46. ábrát is) jellemezhető. A tartózkodási idő (ill. a szűrési úthossz) elemzéséből következik, hogy az ízanyagok egészen kis távolságon belül gyakorlatilag eliminálódnak (a partközel vízterében, a mederfenéken képződött üledékrétegben és a beszivárgási felület alatti néhány méteren belül). Ez elsősorban a beszivárgás helyén megtelepedett baktériumpopulációnak köszönhető. Az íz módosulását valószínűleg maga a talaj összetétele is alapvetően befolyásolja. A KMnO4 fogyasztás csökkenése - ellentétben az íz változásával - hosszú tartózkodási idő (hosszú szűrési úthossz) alatt is folytatódik, mindaddig, amíg hidrogénakceptor valamilyen formában (oxigén, nitrát, szulfát) jelen van. A biológiai úton lebontható szerves szennyeződés a szűrőrétegben bontódik le, ill. kötődik meg a talajszemcsék felületén, • az aerob körülmények közt történő lebomlás oxigénigényes, széndioxidot termelő folyamat, • a ritkábban előforduló anaerob folyamatok esetében a nitrát - és a szulfát ionok szerepelhetnek oxigénforrásként, ezáltal ammónia és kénhidrogén keletkezhet. A lebontódás módját és mértékét elsősorban a lebontható szerves anyagok koncentrációja és a rendelkezésre álló oldott oxigén készlet határozza meg. A szivárgó víz oldott oxigénjének elhasználódásával párhuzamos széndioxid koncetráció növekedés pH eltolódást okoz a savas tartomány felé. Redukciós viszonyok esetében a talajt alkotó ásványokban gyakorlatilag mindig jelenlévő vas- és mangán oldódik. A folyamat redox reakció, mangán esetében az oldódás már oxigénszegény vízben is megkezdődik. Így a szerves szennyeződéssel erősen terhelt nyersvíz termelésekor a vízben vas- és mangánionok, ammónia, s végső esetben kénhidrogén jelenhet meg.

62

46. ábra Egyes vízminőségi jellemzők változása szivárgás során

63

A nyersvíz oldott oxigén tartalma, különösen a szerves anyaggal szennyezett beszivárgási helyeken gyorsan felhasználódhat, és a víz átmeneti agresszivitásának eredményeként a rétegből kioldódó vas rögtön csapadékká alakul. Anaerob körülmények között az oldott (Fe++) alak jelenik meg újra. Ilyenkor a szűrődő víz minősége romlik, ahelyett, hogy javulna. A nyersvíz oldott oxigén koncentrációjára, az aerob állapot fenntartására ezért is törekedni kell. A nyersvíz egyes szennyező komponenseinek a beszivárgási hely közelében észlelt változásait - kísérleti jellegű vizsgálatok - alapján a 46. ábra szemlélteti. A nyersvíz minősége a szivárgás kezdetén gyorsan, később már csak kisebb mértékben változik. Pl. 10 méter után (stacionárius szivárgásnál az áramvonal mentén) már csak kisebb mértékű változás észlelhető. A változás mértékét döntően a tartózkodási idő (ill. az áramlás úthossza) befolyásolja. Ez különösen a KMnO4 fogyasztásra vonatkozik (47 . ábra).

47. ábra A KMnO4 igény változása a szivárgás során Nyilvánvaló, hogy a természetes lassúszűrő a különböző szennyező anyagokkal szemben eltérően viselkedik. Természetes szennyező anyagokat illetően (és hallgatólagosan feltételezve a folyóvíz megfelelő oxigén telítettségét) a szerves szennyezettség lebontása és az adszorpciós folyamatok végbemenetele feltételeként a szűrési út és idő kérdését kell mértékadónak tekinteni. Ez indokolja elsősorban a vízkivételnek a parttól nagyobb távolságra telepítését, legalább 30 nap természetes környezeti tartózkodás biztosítását. A partiszűrési folyamat jellegéből is következően a természetben is előforduló szerves szennyező anyagok eltávolítására vagy csökkentésére alkalmas. Más, pl. ipari eredetű szennyező anyagok (pl. szervetlen és szerves mikroszennyezők) a partiszűrés után gyakorlatilag alig csökkent koncentrációval érkeznek a kitermelés helyére.

64

4.1.3 A természetes védettség A partiszűrés esetén a természetes védettség összetett, melynél külön vizsgálandó • a felszíni víz, • a beszivárgás és a kitermelőhely közötti terület, és • a háttér hatásának és védettségének helyzete. A védelem legérzékenyebb eleme a felszíni víz, melynek minőségét a befolyásoló káros hatásoktól korlátozásokkal és tilalmakkal kell védeni. Ugyancsak fokozott, teljes védelmet igényel a beszivárgó part ill. meder felület, továbbá a kitermelési hely mellett az a terület, amelyen belül a szivárgó víz tartózkodási ideje 1 - 10 nap között van. Szükséges előfeltétel a háttéri utánpótlódás mennyiségi és minőségi jellemzőinek felderítése és ismerete, ezek alapján ítélhetők meg a vízminőséget befolyásoló esetleges hatások. A célszerű védelem amelynek több megoldása lehetséges (passzív, aktív) ebből kiindulva alakítható ki. 4.1.4 Víztermelési megoldások Partiszűrésnél a vízkivételhez irányuló vízáramlás célszerűen egyirányú, és a beszivárgás a meder felületén közel egyenletes. Ezért a kitermelő rendszer a partvonallal párhuzamos kiépítést igényel. Nagyobb vízigény (hosszabb igénybevett partszakasz) esetén előbbieknek a mederre merőleges síkbeli áramlás felel meg. Ezt az ideális elhelyezést a galéria valósítja meg, azonban számos egyéb hátránya miatt (elhelyezés, építés, stb.) napjainkban ritkán használatos. A víztermelés, és szivárgási folyamat jellemzőinek számítására javasolt összefüggések azonban a galériára levezetett összefüggésekből indulnak ki. A galéria hatását leginkább kútsorral lehet megközelíteni. A kellő sűrűségben elhelyezett tagokból álló kútsor esetén kialakuló szivárgási áramkép a galériánál kialakulóhoz hasonló. A kutak egymásközti AB távolságát, amely a gyakorlatban 10 - 100 m közötti, a vízadó réteg adottságai, a felszíni víz szintjének ingadozása, és a vízigény alapján kell megválasztani. A csőkutas megoldás fő előnye, hogy a kút szűrőszerkezete az aktív vízadó réteget teljes vastagságában bekapcsolja. A kútsor esetén az egyenkénti és az összes vízhozam az egymásra ható kutakéhoz hasonló, azonban a vízállás változás hatása is az értékelés részét képezi (48. ábra). A kútsorok működtetése ma leginkább egyenkénti szivattyúzással történik. Korábban jellemző volt a szivornyás üzemeltetés, gyűjtőkútban elhelyezett szivattyúval. A kutak lezárása, a kútfej kiképzése különösen ártéren létesített kutaknál - költségigényes.

48. ábra Partmenti csőkutak egyedi hozama és hatékonysága

65

A víztermelés másik favorizált megoldása csáposkutak létesítése, melyekkel részben közelíthető a kedvező (galériára jellemző) áramkép, ugyanakkor kedvező réteg adottságok esetén kevés műtárggyal (49. ábra) nagy vízmennyiség termelhető. Terjedését elősegítette, hogy a műtárgy fő eleme, az akna kisebb mérettel, acélcsőből is kialakítható, és fúrási módszerrel is süllyeszthető. A vízadó réteg feküjéig mélyített akna talpi lezárása után a talpközelben előre elhelyezett karimás (un. F) idomon keresztül sajtolással hajtják ki a csápokat, és a haladást a kúpos csőfej és az egyidejű öblítés is segíti. Az öblítés a csáp körüli kiüregelődést, a finom szemcsék távozását, azaz a csáp körüli kedvező övezet kialakulását is segíti. A kútból általában 3 - 6 helyen 30 - 60 m hosszúságú csápot hajtanak ki, melyek közül a mederrel párhuzamosak a legjelentősebbek. Tapasztalat szerint vékonyabb vízadó rétegben a vízhozam akár a csápok hosszának, akár a csápok számának fokozásával alig fokozható. Az egyes csápok vízhozama is változó a csáp mentén, és a csápfejnél a legjelentősebb. A csáp vízhozama egyébként átmérőjétől, hosszától, a szűrő kialakításától, és a körülötte lévő övezet fellazításának, tisztításának mértékétől függ (50. ábra).

49. ábra törpe csáposkút metszete

66

50. ábra csáposkút szűrőcsöve 4.1.5 Vízhozam számítás Partiszűrésnél a víztermelés lehetőségének számbavételénél a víztisztítás szempontjaira is tekintettel kell lenni. Minimális követelményként abból kell kiindulni, hogy a természetes lassúszűrésnél a megengedett legnagyobb szűrési sebesség a beszivárgási felületen vmax = 0.2 m3/m2.d határértéket nem haladhatja meg. Kívánatos az ennél is kisebb, v = 0.1 - 0.15 m3/m2.d szűrési sebesség tartása. Ezen felül biztonsági okokból legalább t = 30 nap tartózkodási idővel juthat a víz a beszivárgási helytől a vízkivételig. A számított eredményeket ezért e feltételekre vonatkozóan utólag ellenőrizni kell. Szükség szerint a lehetséges víztermelést a szűrés követelményeihez kell igazítani. A mennyiségi számbavételhez több - bizonyos vonatkozásban - közelítő (és minden esetben a mederre merőleges síkáramlás feltételezéséből kiinduló) eljárás alkalmazása terjedt el. Brinkhaus módszere szerint a végleges víztermelést megelőző próbaszivattyúzás eredményeiből számítható az egységnyi szélességű partszelvényen át a leendő kútsorhoz áramló vízhozam. qe = q / B ahol q = a próbakútból szivattyúzott vízhozam ( m3/s ) és B = a próbaszivattyúzás távolhatása a kút két oldalán B = 2 R (m)

67

Egy L (m) hosszúságú partszakaszból kitermelhető vízhozam

Q = q + qe.L

Illetve a Q (m3/s) kitermeléshez igénybeveendő (L) hossza: L =

Q−q qe

A kutak távolsága

t=

Q−q F q e ( 1 − 1) f

ahol f a fajlagos, egy fm kútra eső beömlő felület ( m2/m ), azaz f = D . π. φ

A kutaknál szükséges F1 felület

F1 =

Q φ⋅v⋅h

ahol h a beömlési magasság (m), φ a hézagtérfogat, v a megengedett belépési sebesség (m/s). A kutak száma: A = (L / t) + 1 A Dupuit Thiem féle összefüggés korrekciójával (Forcheimer) a partmenti kút vízhozama közelítőleg:

Q = 1,36 ⋅

(H 2 − h 2 ) 2⋅l lg r

ahol (az eddigi jelöléseken túlmenően) l a kút távolsága a folyóvíz szélétől. Csáposkút közelítő számítása: 4-5 m-es leszívás és max. 50 m-es csáphossz esetén a kútsort mindkét oldalról utánpótlódó galéria

Q = k ⋅L⋅

H 2 − h2 R

vízhozam összefüggésével számíthatjuk, ahol L a csápok összes hossza. Első közelítésül a csápok vízszállítását mintegy 0,5 l/m.s értékben vehetjük fel. A hidraulikai számításoknál a vízhőmérsékletet és annak vízmozgásra gyakorolt hatását állandó hőmérséklet tartomány esetén rendszerint mellőzik. Partiszűrésnél a part felületén beszivárgó víz hőmérséklete 0-20 Co között változik, és a vízhozamra gyakorolt hatását figyelembe kell venni. Ennek legegyszerűbb formája a víz-hozam korrigálása a dinamikai viszkozitás (η) változása alapján. A vízhozam változását a vízhőmérséklet függvényében az 51. ábra mutatja.

68

51. ábra A víz dinamikai viszkozitásának változása a hőmérséklet függvényében, 0 és 20 Co között A vízhozam változás a Q = Qo .(η / ηo) összefüggéssel fejezhető ki, ahol Q = a keresett vízhozam Qo = az ismert vízhozam ηo = az ismert η = a keresett vízhőmérséklethez tartozó dinamikai viszkozitás A dinamikai viszkozitással korrigált vízhozam jól egyezik a gyakorlati tapasztalatokkal. Azonos vízállás mellett a téli vízhozam mintegy 30 %-kal marad el a nyári időben tapasztalttól. A parti szűrés kritikus vízhozama előbbiekkel összhangban téli kisvíznél jelentkezik.

4.2 A talajvízdúsítás 4.2.1 Szerepe, elvi megoldások A felszínközeli rétegek vízadóképessége a vízháztartásukat befolyásoló tényezők hatására jelentősen ingadozhat. Az is gyakori jelenség, hogy az igénybevett v1zadó réteg természetes utánpótlódása nem kielégítő. Az ingadozó vízutánpótlódás kiegyenlítése időszakos, a nem kielégítő vízkészlet fokozása pedig folyamatos külső beavatkozással, talajvízdúsítással érhető el, ha ehhez a természeti feltételek biztosítottak. A talaj- ill. rétegvíz dúsítása a kitermelhető felszín alatti vízkészlet felszíni vízből történő pótlását jelenti. E megoldásnak a közvetlen felszínivíz tisztítással szemben előnye, hogy a víztisztítás egy része a természetes közegben végezhető el, és a vízminőség is a felszínalatti minőséghez áll közel. A talajvízdúsítás alkalmazásával a természetes felszínalatti vízhez pótolt felszíni vízzel elvben egy kevert vizet alakítunk ki, amelynél a vízminőséget a kétféle víz keveredési aránya is befolyásolja. A partiszűréssel szembeni eltérés abban nyilvánul meg, hogy a felszíni víz és a felszínalatti vízadóréteg között nincs élő kapcsolat (mederkolmatáció, vagy a vízadó réteg térbeli helyzete miatt). Így a felszíni vizet arra a célra kialakított megoldásokkal (szivárgó árok és medence, esetleg nyelőkút) kell a vízadó rétegbe vezetni, és a természetes regeneráció hiányában a szivárogtató árok és medence aktív felületén felhalmozódott, és a szivárgó rétegbe is beszűrődött üledéket időnként művi úton kell eltávolítani. Az üledék felhalmozódása okozta kolmatáció a szivárogtató képességet és a vízminőséget is érinti, amely időben igen változó lehet. A talajvízdúsításnál hasonlóan jelentős • a dúsító víz minősége és • a felszínalatti környezet

69

Mivel a rendszer folyamatos működését a felszíni víz minősége lényegesen befolyásolja, fokozottan jelentősek a partiszűrésnél is érvényes kívánalmak. A felszín alatti környezet (vízadó réteg, fedő képződmény) szerepe is összetettebb. A vízadó réteg térbeli helyzeténél előnyös, ha az csak részben vízzel borított, és a dúsítás - kitermelés megoldásánál még annak feküvonala is befolyással bír. A kitermelés hagyományos berendezésekkel (kút, akna, galéria) történik. Időszakos vízhozam többlet elérésére jó minőségű, (lebegőanyagot gyakorlatilag nem tartalmazó) felszíni víz, és vékony fedőréteg esetén lefolyástalan területek elárasztása is eredményre vezethet (vad dúsítás). Mélyen fekvő vízadó rétegbe a dúsító víz csak nyelő kutakkal és a folyamatos működés érdekében gyakorlatilag ivóvíz minőségben (lebegőanyagok, makro szennyezők eltávolítása után) vezethető be. E két szélsőséges megoldás között több változat alakítható ki (52.ábra).

70

52. ábra A talajvízdúsítás főbb elvi megoldásai

71

4.2.2 A dúsítás gyakorlata A dúsító rendszerek általános elemei: • a felszíni (dúsító) víz kiemelése • a dúsító víz előtisztítása • a víz bejuttatása felszínalatti vízadó rétegbe • vízminőség javító feltételek biztosítása a kitermelési helyig • a dúsító és a felszínalatti víz együttes kitermelése Lényeges szempont, hogy a felszíni víz legkedvezőbb minőségű zónájából (sodorvonal, és a vízálláshoz tartozó optimális mélység) történjen a kiemelés (53. ábra). A dúsítóvíz előtisztításának mértékét több körülmény együttes mérlegelésével kell eldönteni. Ezek: • a nyersvíz természetes (és változó) minősége, • a kialakítható szivárogtató rendszer vízminőség javító lehetősége, • a szivárogtató rendszer üzemének állandósága, • a felszín alatti réteg terhelhetősége. Általános elv, hogy a talajvíz dúsítás működési állandósága - természetesen a kitermelt víz mennyisége a nyersvíz előtisztításának függvénye. Az elszivárogtatás általában a fedőréteg aljáig, vagy a vízadó felső szintjéig mélyített medencében vagy árokban történik. Lényeges, hogy a nyersvíz előkészítése utáni esetleges lebegőanyag kiválás és lerakodás a medencében történjen, mert innen még viszonylag egyszerűen el lehet távolítani. Ezért a szivárogtató medence (árok) alját szűrőszabály szerinti (D/d = 4 - 5) kavics lepellel töltik fel. Ezt a réteget időnként fel kell lazítani, át kell mosni, esetenként ki kell cserélni. A szivárogtató műtárgy(ak) méreteit (felület, mélység, stb.) a dúsító víz minőségére gyakorolt hatása, és a szivárogtatás intenzitásának fenntarthatósága alapján kell mérlegelni. A szivárgó víz minőségét a műtárgy geometriai mérete két ellentétes feltétellel érinti. Kedvező, ha a szivárogtató felület (A) kicsi, és jelentős a fenntartható szivárgási vízoszlop (ü). Ez esetben a dúsító víz kevéssé melegszik fel, kisebb benne az alga szaporulat. Ugyanakkor a vízminőségre kedvezően hat, ha a szivárogtató műtárgy feneke és az elérendő (dúsítás nélküli) talajvíz szint között minél nagyobb a szintkülönbség. Ebben a zónában háromfázisú szivárgás alakul ki, amely hozzájárul a vízminőséget javító aerob lebomlási folyamatok oxigén igényének kielégítéséhez. A szivárogtató műtárgy geometriai méretezése összetett, több lépcsős feladat. Hidraulikai elvek alapján Q = L ⋅ d ⋅

k h+u ⋅ h 2

m3/s

alapösszefüggéssel az elvi méretek meghatározhatók. Mivel a dúsító víz kolmatációt eredményező lebegőanyagot tartalmaz, a hidraulikai méretezés csak a működés kezdeti időszakára lehet érvényes. Ezért a méretezés további vizsgálatokat is igényel. Tapasztalatok szerint (54.ábra) a szivárogtatás sebessége • az üzemeltetés kezdetén viszonylagosan lassú ütemben csökken (első szakasz), • a kolmatáció felgyorsulásával a sebesség rohamosan csökken (középső szakasz), • végül a már lecsökkent szivárgási sebesség további csökkenése lelassul (befejező szakasz).

72

53. ábra A talajvízdúsító rendszerek főbb változatai

73

54. ábra A szivárgási sebesség és a tartózkodási idő kapcsolata a, b, c, d,: l. az 52. ábrán A vázolt folyamaton belül az egyes szakaszok időbeli alakulását és a szivárogtatás mérséklődését két körülmény: • a dúsító víz lebegőanyag tartalma, és • a kezdeti szivárogtatási sebesség nagysága befolyásolja (55. ábra).

74

55. ábra A szivárgási sebesség alakulása dúsításnál A vázolt elvek alapján meghatározható, ill. előre becsülhető a fenntartható szivárogtatási idő (d), amelynek minimális értéke legalább 50 - 60 nap. Ezen elvek alapján tagolható a szivárogtató műtárgy, és meghatározható a szükséges tartalék aránya, amely a kolmatálódott egység(ek) felújítása idején a folyamatos üzem biztosításához szükséges. a dúsító és a kitermelő hely közötti vízminőség változás érdekében szükséges tartózkodási idő továbbiak szerint) 30 - 60 nap. A számítást az 56. a, b, c. ábrák segítik.

(a

A leggyakrabban alkalmazott kitermelő műtárgy a csőkút, kiképzése a korábbi elvek alapján, a szűrőzési zónát mind a természetes, mind a dúsító víz kitermelésére alkalmassá kell tenni. A vízellátás biztonsága érdekében a hasznosítható vízmennyiséget a felszín alatti utánpótlódást (Qf) figyelmen kívül hagyva, és csak a kút által kitermelhető (Qd) vízhozam 80 %-ában célszerű felvenni. A kitermelő műtárgyak befogadó képességénél azonban Qf értéke is figyelembe veendő ∑ Q = Qh + Qf

75

56. a, b, c ábra Dúsítással kitermelhető vízhozam

76

4.3 A partiszűrés - talajvízdúsítás kombinációja A talajvízdúsítás több vonatkozásban lehet kiegészítő megoldás, legcélszerűbb változata a partiszűréssel való kapcsolása. A partiszűrés általánosan kedvező lehetősége mellett a vízellátás szempontjából zavaró adottsága • a vízállástól erősen változó vízszolgáltatása és • a hátoldali utánpótlódás lehetősége és annak is időben változó mértéke, azaz a víztermelés mennyiségi és minőségi ingadozása. Ezek a körülmények a dúsítással kiküszöbölhetők és így a partiszűrés mennyiségi és minőségi állandósága megközelíthető. Hazai adottságaink mellett a talajvízdúsítás - kevés kivételtől eltekintve - önálló megoldásként nem alkalmazható, de kiegészítő víznyerésként igen célszerű megoldást jelenthet. Alkalmazhatóságának különösen ott van meg a kedvező előfeltétele, ahol • a dúsító felszíni víz és • a jó vízvezető elszivárogtató réteg együtt, vagy egymás közelében rendelkezésre áll. Ezek a feltételek elsősorban azokon a helyeken adottak, amelyek egyben partiszűrésű vízszerzésre is alkalmasak. Itt • a folyó vízállásától függően nemcsak jelentősen változik a kutak hozama, de • a vízállásváltozás módosítja a háttérhatás mértékét, és ezzel • befolyásolják a kitermelt víz minőségét. A partiszűrés - talajvízdúsítás kombinációjában állandó vízszerzési feltételek teremthetők meg, ugyanakkor a dúsítás szakaszos a vízállástól függő igénye miatt minimális tartalék szivárogtató műtárggyal fenntartható. Partiszűrés esetén a dúsító medencék, illetve árkok elhelyezhetők a víztermelő kútsor mögött a hátoldalon, de helyet foglalhatnak a folyópart és a kútsor közötti sávban is ( 57. ábra ). Mindkét megoldás egyaránt vízhozam és vízminőség javulást eredményez.

57. ábra Partiszűréssel kombinált dúsítás. Főbb változatok

77

Hátoldali dúsításnál a háttér (gyakran szennyezett) vize részben vagy egészben távol tartható. Előnyös, hogy a dúsításból származó víz vízkezelés és a természetes szűrőhatás következtében kedvező hátoldali vízminőséget teremt. Ugyanakkor a dúsítás révén lényegesen megnövelhető az a hozam, mely a hátoldal felől érkezik és ezáltal a víztermelés mennyisége is fokozható. A folyó széle és a kútsor közötti sávban alkalmazott "előoldali" dúsítás a folyó felől fenyegető szennyező hatások kiküszöbölésére előnyös, és az üzemelési mód úgy változtatható, hogy a dúsításból származó jobb minőségű víz mintegy rásegítsen a folyó felől érkező vízhozamra, fokozva annak mennyiségét és minőségét ( 57. ábra ). A leghatékonyabb beavatkozás és szabályozás a hátoldali és folyófelőli ("előoldali") dúsítás együttes alkalmazásával érhető el a partiszűrésű víznyerőhelyeken. Partiszűréssel való kapcsolásnál a dúsítás fogalom tágabb értelmezést is jelent. Ha a partiszűrés megfelelő mennyiségű vizet szolgáltat, a mennyiség növelés mellett a minőségjavító, a természetes lassúszűrés feltételeit segítő beavatkozást is jelenthet. Így pl. akkor, ha a hátoldal felől jelentős az utánpótlódás, de a minőség nem megfelelő. Ezekben az esetekben az aerob körülmények javítása rendszerint elégséges, és az injektáló kutakon kismennyiségű, oxigénben dúsított partiszűrt víz, esetenként közvetlen levegő bevitel jelenti a "dúsítást". A dúsítás tehát a partiszűréssel együttesen több módon is alkalmazható, mennyiségi és minőségi kiegyenlítést jelenthet.

58. ábra Partiszűrt víz minőségének alakulása ( b1 ) és előoldali dúsításnál ( b2 )

78

5. Víznyerés karsztvízből 5.1 Előfordulás, vízkészlet, vízminőség A hegységi és hegységperemi területek karbonátos, - mészkő, dolomit - kőzetei repedéseinek és üregeinek összefüggő rendszerében tározódó karsztvíz fontos vízszerzési bázisunk, mivel: • olyan területen fordul elő, ahol más vízszerzési lehetőségekben hiány van ( l. a 37. ábrát ), • a kedvező kifejlődésű helyeken jelentős víztermelésre van lehetőség, • megfelelő védettség esetén a nyerhető víz minősége kifogástalan lehet. A vázolt körülmények leginkább egy valós példán keresztül szemléltethetők ( 59. ábra ). Itt: • változatos a térszín és ehhez viszonyítottan a karsztvíz előfordulás helyzete és annak jellege, • változatos a tározó járatok formája és azok kapcsolódása (felületi térbeli függélyes), • változatos a tápterület (felszíni és felszín alatti), az utánpótlódó és a tartós egyensúly hiány nélkül igénybevehető készlet, • a víz feltárására más - más műtárgy lehet alkalmas és ezek kölcsönkapcsolata (egymásra hatása) is eltérő.

59. ábra Karszt-terület jellegzetes szelvénye Különösen jelentősek a Magyar Középhegység (Bakony, Vértes, Bükk hegységek) karsztvíz előfordulásai, ahol a feltárható karsztvíz mellett különösen a hegység peremeken nagy hozamú források alakjában is felszínre jut. A vízellátás mellett fokozottan értékesek a langyos és melegvizű karsztforrások és feltárható hévizek ( Eger, Miskolc, Budapest, Hévíz, Harkány, stb. ). A karsztvizek egy számottevő része a vízgyűjtőterület kiemelt helyzete miatt a rétegvizek fölötti szintben tárózódik.

79

Számos előnye mellett nem elhanyagolható körülmény, hogy értékes ásványi előfordulások (bauxit, szén) fedő és fekü képződményeiben is tárózódik, és e kapcsolat kölcsönösen pozitív és negatív következményekkel párosulhat. A tározó hegységek változatos kifejlődése következtében a karsztvizet is a változatos előfordulás jellemzi, melyek között a lényegesebbek: • a forrás • a nyitott• a fedett• a zárt-, vagy mély-karszt A karsztvíz előfordulási formáihoz kapcsolódhat • a beszivárgás • az utánpótlódás mennyisége, kiegyenlítettsége, • a statikus - dinamikus készlet, és • a vízminőség és védelmének kérdése. Mindezek következtében: • a lehetőségek szabatos megismerése és felderítése fokozott körültekintést igényel, • az eredményes igénybevételhez a körülményekhez alkalmazkodó, változatos szerkezetű műtárgy létesítése, és az eddigiektől eltérő módszer alkalmazása szükséges, • a víztermelésre (utánpótlódás), és • a természetes védettség, valamint kiegészítésének szükségessége az eddigiektől részben vagy egészben más megítélést igényel. A karsztvíz általános minősége igen kedvező, a közepesnél valamivel magasabb keménységű, és rendszerint kezelés nélkül (ill. csak fertőtlenítési lehetőséget biztosítva) hasznosítható. Kivételt képez a közvetlenül beáramló, esetlegesen felszíni szennyező anyagokat szállító víz. Ilyen esetekben a víztisztítás mellett kiemelt jelentősége van a megelőzésnek, amely a közvetlen felszíni kapcsolat felderítését és megszüntetését igényli. A legszélsőségesebb feltételek a nyitott karsztra jellemzőek, ahol a felszínig terjedő járatokba a csapadékvíz sokszor késleltetés és szűrés nélkül juthat. Emiatt a nyílt karsztnál fokozott a külső szennyezésből eredő vízminőség romlás veszélye, fokozottan kell a durva szennyezések elleni védelemről gondoskodni. A kitermelés az időszakosan utánpótlódó és változó mértékben felhalmozódó dinamikus, vagy az alapkészletet jelentő statikus készletből történhet. A statikus készlet - ha hozzáférhető - kiegyenlítettebb mennyiségi és minőségi termelési feltételeket jelent. Statikus készlet fogyasztás esetén a kitermelhető vízmennyiség tartósan nem haladhatja meg az utánpótlódó dinamikus készletet, ill. ezen felül azt a vízmennyiséget, amely abból közvetlen veszteségként (felszíni elfolyás, párolgás, stb. formájában) azt csökkenti.

80

5.2 A Víztermelés gyakorlati megoldásai A karsztvíz forrásként való megjelenése esetén forrásfoglalással, kisebb mélységből aknával, nagyobb mélység esetén fúrt kúttal, különleges megoldásként táró hajtásával történhet. Különösen egyenetlen térszintű - és nemcsak karsztos - területen a már korábban elszivárgott víz vagy annak egy része forrás alakjában juthat a felszínre. Ilyen helyeken forrás • a tározó kőzet nyitottá válása, • a felszín alatti tározódás, • a vízáramlást megzavaró egyéb körülmények kialakulása esetén keletkezik. E körülményekkel összhangban a forrás megjelenésének formája is változatos. Források igénybevételénél egyik sarkalatos kérdés a mértékadó vízhozam meghatározása, mivel a források általában a dinamikus - tehát változó - vízkészletet vagy annak egy részét vezetik a felszínre. A hozamingadozás (Qmax / Qmin) mértéke a forrás megbízhatóságának jellemzője. A forrás foglalásának célja a hasznosítható készlet teljes mennyiségének igénybevétele és a víz minőségének védelme. A források minimális vízhozama általában az őszi időszakban jelentkezik, így az általában nem esik egybe a csúcsigények időszakával. A forráshozam ingadozása sok esetben csökkenthető a foglalás mélyítésével - küszöb süllyesztéssel -, a vízbelépés szintjének leszállításával, a statikus készlet időszakos igénybevételével (60. ábra).

1 dinamikus készlet 2 statikus készlet

3 foglalás a dinamikus készlet hasznosítására 4 foglalás a statikus készlet hasznosítására ).

60. ábra Forrásterület igénybevétele jelentős statikus készlet esetén

81

A forrás változatos megjelenésével (pontszerű, vonalmentén fakadó, leszálló, felszálló, stb.) a foglaló műtárgy is különböző. Kialakítása előtt az adottságok megismerését a forrás feltárásával kell biztosítani. A legegyszerűbb foglalási műtárgyaknál (61., 62. ábra) az eltérő és eseti részletek mellett az azonos szerkezeti megoldások könnyen felismerhetők.

61. ábra koncentráltan fakadó karsztforrás foglalása

62. ábra Galériás forrás – foglalás

82

Sekély mélységben elérhető karsztvíz igénybevételére az akna lehet alkalmas, amelynek mélyítését nehezíti a kőzet vi-szonylag nagy szilárdsága, de a kiképzést könnyíti állékonysága. Akna létesítése esetén a vízvezető járatok helye - formája könnyen felderíthető és általában követhető az akna kialakításával ( 63. ábra ). Kút létesítése esetén a korábban megismertektől eltérő lehet: a) a fúrólyuk mélyítése és a vízvezető járatok helyének megismerése. b)

a kút kiképzése - a vízadó szint bekapcsolása, és

c)

a tisztító szivattyúzás - víz-hozamnövelés célszerű módszere.

63. ábra Sekély mélységű karsztakna a). Fedő képződményekben a fúrás a korábban tárgyaltakkal azonos, a karsztos kőzetben szilárdsága és állékonysága miatt az alkalmazható fúrás és az öblítés feladata módosul. A nyerhető víz az aktiv járatok keresztezésének függvénye, amelyről a fúrólyuk mélyítése során fokozatosan kell meggyőződni. Módszere a fúrólyukban végzett szivattyúzás és áramlásmérés, amely a vízbelépéseket és hozamukat egyaránt jelzi. Nyitott járatokra utal az öblítő folyadék vesztesége, a fúrószerszám hirtelen esése is. b). A kut kiképzése a fedő képződményben szokványos. A kőzet állékonysága és vízbelépések sajátos formája miatt hagyományos szűrő elhelyezése elvileg szükségtelen. Ennek ellenére szűrőként perforált cső beépítése indokolt, amely egy belső védett teret eredményez. c). A kútkiképzés részeként elvégzendő tisztító és próbaszivattyúzás módszerének előző ismertetése (27. ábra) úgy ahogy az a laza szemcsés porózus rétegekben történik. Szilárd kőzetben a tisztító szivattyúzás célja a vízvezető járatokban lévő - rendszerint iszapszerű - üledék eltávolításához a kútban és környezetében nagy nyomáskülönbség létrehozása. Nyomáslengés keltése is célszerű. Ez a folyamat részben a termelt víz letisztulását, a vízvezető járatok felszabadulását, a vízhozam növekedését is segíti (64. ábra). A vízhozam növelésre akkor is kísérletet tehetünk, ha a fúrás során nem sikerült megfelelő vízvezető járatot harántolni. Ennek elősegítését szolgálhatja a kőzet törése, repesztése, oldása mechanikus, dinamikus illetve kémiai módszerekkel. Ezek az eljárások igen gyakran meglepően kedvező eredménnyel végződhetnek.

83

Karsztos kőzetekben célravezető lehet több termelési módszer kombinált alkalmazása is. Különösen felszínen vagy felszín közelben elérhető víz esetében. Forrásfoglalás illetve karsztakna létesítésénél a műtárgyban vagy annak közelében mélyített kútban statikus vízkészlet igénybevételével a kinyerhető vízmennyiséget részben megnövelhetjük, de legalább ilyen jelentőségű ha a vízhozamot egyenletesebbé tehetjük. A statikus készlet átmeneti igénybevétele részben közvetlenül biztosítja a kivehető nagyobb vízhozamot. Emellett ekkor az utánpótlódás főleg az elfogyasztott, zárt készletet pótolja, és összességében a veszteségek csökkenését, így nagyobb hasznosítható készletet is eredményez.

1 - 3b vízhozam a különböző beavatkozások hatására 5, 10, 80 az összes vízhozamon belüli arány, % 64. ábra Karsztkút szelvénye és vízhozam növeléssel elért teljesítménye Karsztos kőzetek vizének természetes védettsége igen változatos lehet. Ennek megfelelően a védőterület kialakításának minden variációja alkalmazásra kerülhet. Gyakori eset, hogy a kitermelés helyén fedett karsztot találunk, tehát teljes értékű védettség tapasztalható, ugyanakkor az utánpótlódás területen a kőzet nyitott lehet. Ilyenkor a védőterület nagyobb részét a víznyerőhely környezetétől távolabb, az utánpótlódás területen kell kialakítani.

84

6. A víz kiemelése és továbbítása 6.1 Kútfej, kútakna - kútház a). A víznyerő berendezésből a víz kiemelése, továbbítása gépi üzemmel történik, a termelt víz a szivattyún keresztül jut a (gyűjtő) hálózatba. A víznyerőhelyek döntő hányada kút, a víztermelés pedig általában búvárszivattyúval (merülőmotoros szivattyúval) történik, így a továbbiakban ezt az esetet tartjuk mértékadónak. Az a csomópont, ahol • a víznyerőhely (kút), • a (gyűjtő) hálózattal, • a szivattyú segítségével összekapcsolódik, a kútfej. Főbb részei: • a kút lezáró szerkezete, • a szivattyú függesztő, víz és energia továbbító szerkezetei, • a (gyűjtő) hálózati csatlakozás elemei. A kút szabatos (hermetikus) lezárása egészségügyi és biztonsági okokból szükséges. A víztér feletti változó légtér és az esetleg kiváló gázok miatt védett és hatékony szellőzést kell biztosítani. Pozitív kút (terepszint feletti nyugalmi vízszint) esetén a terep fölé kell kimagasítani a kiegyenlítő és szellőző csövet. A kutat lezáró fedél-lemezen átvezetett, és a szivattyú függesztését is szolgáló nyomócső: • méretében a szivattyú nyomócsonkjával azonos, • statikus és dinamikus igénybevétel alatt áll, • könnyen bontható kapcsolatot igényel, • a szivattyú energiaellátását biztosító kábel védelmére is alkalmas kell legyen. A szivattyú beömlő nyílásának * beépítési mélysége: L = hüv + (5 - 10) m A szivattyú és a gyűjtővezeték csatlakozásának részei: • az eseti elkülönítést, a kút és szivattyú működését beállító tolózár, • a víz visszaáramlását gátló torlócsappantyú, • a különböző mérő- és ellenőrző- műszerek, mérő- és mintavételi- helyek, • oldócsavar a gyors megbontáshoz. b). A kútfej szerelvényei és szerkezetei védelemre szorulnak, amely a felszín alá süllyesztett kútakna, vagy a felszínen létesített kútházzal történhet. Mindkét megoldás esetén fontos szempont: • a kútjavítás, tisztítás lehetőségének, • a szivattyú kiemelhetőségének, • a hálózati szerelvények gyors bonthatóságának, • a kútból és a csatlakozó vezetékekből való egyszerű mintavétel lehetőségének biztosítása, továbbá • a szerkezetek időjárástól, csapadéktól és talajvíztől, valamint fagyástól való védelme, és a • veszélyes gázfelhalmozódás megelőzése. * A búvárszivattyúk motorja a szivattyú alatt helyezkedik el, és a körülötte áramló víz hűti. A szivattyú elhelyezését lehetővé tevő minimális szabad béléscső átmérőt ezért a szivattyú várható legmélyebb elhelyezése esetén is, a motor részére is biztosítani kell. A kút élettartama során várható minimális üzemi vízszintből kell kiindulni akkor is, ha kezdetben a szivattyú lényegesen magasabban helyezhető el.

85

A felszínalatti elhelyezés a fagyveszély ellen védelmet nyújt, így kedvezőbb, de árterületen vagy robbanásveszélyes gázt tartalmazó kút esetén felszíni kútfejet kell alkalmaznunk, külön fagyveszély elleni védelemmel, fűtéssel. A felépítmény lehet hagyományos épületszerkezetű (falazott vagy beton szerkezetek), de készülhet korszerű könnyűszerkezetek, műanyag elemek felhasználásával is. A kútfejek kialakítására az előző leírás ad útmutatást. Ezen túlmenően további példák és részletek:

65. ábra: Pozitív mélyfúrású kút kialakítása nyomáskiegyenlítő és szellőző állványcsővel.

86

66. ábra A szívócső és a búvárszivattyú bevezetése

87

67. ábra: Kút és vízkivétel felszíni csatlakoztatása.

68. ábra: Könnyűszerkezetes lefedés alkalmazása

88

Régebben általában vízszintes tengelyű, különállóan motorral rendelkező centrifugál szivattyúkat alkalmaztak. Az elvileg is korlátozott szívómagasság miatt e gépcsoportokat megfelelő mélységű aknába kellett süllyeszteni. Egyes esetekben függőleges, hosszú és közbenső csapágyazással kialakított szivattyú gépcsoportokat alkalmaztak, ahol a villamos motor a várt legmagasabb vízszint felett helyezkedett el. Ilyen megoldásokat láthatunk pl. a régebbi csáposkút ábrákon. Ma szinte kizárólagosan búvárszivattyút alkalmazunk, amely kisátmérőjű csőkutakban is elhelyezhető, gépházat, lábszelepet nem igényel, a szívómagasságra sincs gondunk. Néhány hazai gyártású "H" típusú búvárszivattyú teljesítmény- és méret adatait a 8. táblázat szemlélteti. 8. táblázat Néhány hazai gyártású búvárszivattyú fő jellemzői Tipus szivattyú+ motor

H m

Nmotor kW

A mm

C mm

M kg

43-38-31 60-53-41 85-75-58 41-37-27 58-53-39 82-72-55 98-86-66 32-29-21 48-43-31 64-58-42 80-73-57 113-101-78

0,9 1,7 1,7 1,7 3,0 3,0 3,5 3,5 3,5 5,0 6,5 10,0

769 856 934 903 1073 1186 1261 1325 1370 1415 1520 1665

30 31 40 45 48 52 56 110 116 122 150 152

H 13-X+ 4B120

158-139-107

12,0

1980

H 14-I+ 3B35 H 14-II+ 3B50 H 14-III+ 4B70 H 14-IV+ 4B100 H 14-V+ 4B120 H 14-VI+ 4B180 H 14-VII+ 4B180 H 14A-I+ 3B35 H 14A-II+ 4B70 H 14A-III+ 4B100 H 14A-IV+ 4B180

22-19-15 44-38-30 65-58-45 90-77-60 110-96-74 135-115-94 157-132-105 22-20-16 44-40-32 66-60-48 88-80-65

3,5 5,0 6,5 10,0 12,0 18,0 18,0 3,5 6,5 10,0 18,0

1218 1271 1384 1492 1595 1788 1841 1448 1588 1723 1993

H 14A-V+ 4B150

110-100-81

18,0

2073

H 15-I+ 4B100 H 15-II+ 4B180

34-29-21 68-59-42

10,0 18,0

1704 1994

96-81-57

27

950

352 404 482 451 526 639 714 600 645 690 735 825 109 0 493 546 599 652 705 758 811 723 803 883 963 104 3 864 964 182 7

H 11-V + 1A10 H 11-VII+ 1A17 H 11-X+ 1A17 H 12-V+ 1A17 H 12-VII+ 1A30 H 12-X+ 1A30 H 12-XII+ 1A35 H 13-II+ 3B35 H 13-III+ 3B35 H 13-IV+ 3B50 H 13-V+ 4B70 H 13-VII+ 4B100

Q l / min 50-65-80

100-130-170

200-280-360

320-450-550

400-550-700

800-1200-1600

H 15-III+ 1C260

Dszm ax

Dkút mm

5/4"

142

155

2"

142

155

50

192

216

80

242

253

3"

196

216

100

280

302

Dcsatl NÁ

mm

176 114 128 134 158 184 190 218

150 183 251

A = teljes (szivattyú + motor) hossz C = szivattyú hosszúsága

89

6.2 Gyűjtővezetékek A kutak vagy kútcsoportok vizét gyűjtővezetékkel vagy vezetékrendszerrel juttatjuk a vízműtelepre, ahol az esetleges tisztítás és fertőtlenítés, majd a tározás és hálózati szivattyúzás történik. Kisebb vízműveknél gyakori, hogy a szivattyúk közvetlenül technológiai berendezésre, pl. gázmentesítőre, vastalanító berendezésre, esetleg a a szűrőn keresztül a magatározóra szállítják a vizet. Különösen több kút üzeme esetén igen fontos, esetenként az egész vízellátási rendszer működését meghatározó szerepe van a gyűjtővezeték rendszer hidraulikai kialakításának. A méretezést és hidraulikai ellenőrzést a kutak jellemző üzemeltetési módjainak, a szóba jöhető egyidejű üzemeltetések figyelembevételével kell elvégezni. A kutak együttes működését a maximális vízigényen kívül az átlagos és az attól kisebb igények kielégítésének eseteire is meg kell vizsgálni. A hidraulikai rendszer elemeit jelentő kutak, szivattyúk és csővezetékek üzemét össze kell hangolni. Ennek hiányában pl. gyakori hibaként jelentkezhet, hogy újabb kutak vagy szivattyúk rákapcsolásával sem érhető el lényeges és arányos víztermelés-növelés. Nem kielégítő összehangolás esetében a szivattyúk optimális hatásfokuktól távol eső munkapontban, energiát pazarolva üzemelnek. Kedvezőtlen esetben még a szivattyúk és a kutak túlterhelődése, motor leégés, és / vagy kút homokolás is lehet az összehangolatlanság következménye. A körültekintően felveendő jellemző üzemállapotokra vonatkozó számítások azokkal a hálózatszámító módszerekkel végezhetők el, amelyek egyidejűleg alkalmasak: • négyzetes Q - H jelleggörbéjű csővezetékek, • lineáris Q - H jelleggörbéjű ágak, és • fix magasságkülönbségek egyidejű figyelembevételére. A módszerek alkalmazásához a csővezetékek adatain kívül a szivattyú jelleggörbék, kút jelleggörbék, továbbá a vízműtelepi hidraulikai rendszer (pl. fogadó medence szintje, vagy a gázmentesítő Q - H görbéje és magassági elhelyezése) és a szóba jöhető üzemállapotok megadása szükséges. A számítások során a fiktiv ágakkal körvezetékes hálózattá kiegészített hidraulikai modell felállításakor • a szivattyú jelleggörbék jól közelíthetők egy fix magasságkülönbséggel (fiktív ág) és az azzal sorba kapcsolt négyzetes veszteségi taggal (csővezetékkel), • a kut jelleggörbéket fix magasságkülönbséggel ( nyugalmi vízszint ) és a sorba kapcsolt lineáris Q H görbéjű (feszített tükrű kút esetén), vagy négyzetes jelleggörbéjű ( "csővezeték" ) ággal, • a vízműtelepi adottságokat pedig a tényleges berendezések (esetenként, pl. gyorsszűrőknél időben is változó) jelleggörbéivel írhatjuk le. A számításokhoz az egyes elemeket figyelembevevő helyettes ágak paramétereit legegyszerűbben közvetlenül a lineáris, illetve linearizált ( H - Q2 koordinátarendszerbe transzformált) jelleggörbék segítségével, a meredekségük és tengelymetszékük alapján határozhatjuk meg. Ügyelni kell a mértékegységek (pl. l / min, l/s ; m és mm) következetes használatára, a keveredésükből eredő durva hibák elkerülésére. Célszerűen alkalmazhatók azok a hálózatszámító programok, amelyek jelleggörbével megadott szivattyúk, fix magasságkülönbségek, lineáris Q - H görbéjű ágak, ill. közvetlenül kutak figyelembevételére előkészítettek, közvetlenül alkalmasak. A programoknál az adatok a programhasználati leírás szerint adandók meg. Gyakran közvetlen katalógus vagy mért jelleggörbe pontok is elegendők, a helyettesítő formulát és annak paramétereit a program automatikusan választja meg és alkalmazza. A gyűjtővezetékek, szerelvények és berendezések tervezésekor figyelemmel kell lennünk az egyes kutak esetleg eltérő vízminőségére, a kutak ennek megfelelő lehetséges együttes üzemére, valamint a vízminőség és alkalmazott szerkezeti anyagok kölcsönhatására.

90

II. VÍZSZERZÉS FELSZÍNI VÍZBŐL 7.1 A vízszerzést befolyásoló körülmények A vízkutatás és a vízszerzési vizsgálatok során - különösen ha a vízigény felszín alatti vizekből nehezen, vagy egyáltalán nem elégíthető ki - felvetődik a felszíni vizek hasznosításának lehetősége. A felszíni víz felhasználhatóságának vizsgálatát az igény oldaláról és a számításba jöhető felszíni víz adottságainak megismerése útján kell elvégezni. A felhasználás igénye és a felszíni víz adottságainak ismeretében a gazdaságossági összehasonlítás döntheti el a felszíni víz felhasználhatóságának kérdését. A felszíni víz összetételére hatnak az éghajlati és a geomorfológiai tényezők, a talajgeológiai körülmények (talaj és kőzetminőség) esetleges agrotechnikai, vízgazdálkodási létesítmények, a vízgyűjtő terület iparosodásának mérve és jellege. E tényezők egyenkénti vagy együttes hatása okozza a felszíni vizek fizikai, kémiai, bakteriológiai és biológiai tulajdonságainak időbeli, igen nagymértékű változását. Általánosságban megállapíthatjuk, hogy a felhasználásra kerülő felszíni víz változó tulajdonságai a fogyasztás kisebb mértékű mennyiségi és minőségi igényváltozásai a vízkezelési technológia kialakításánál sok esetben igen széles skálájú megoldásokat eredményeznek. A felszínalatti vizeknél ugyanakkor a felhasználásra kerülő víz tulajdonságai majdnem állandóaknak vehetők, s így a vízkezelési technológiának lényegesen mérsékeltebb nyersvíz minőség változás mellett kell alkalmasnak lennie. A gyakori vízminőség változásokat a tisztítástechnológia üzemeltetésének követni kell. A számos befolyásoló tényező, a közvetlen szennyezések lehetősége, stb. miatt a felszíni víz ivóvíz célú tisztítása a felszín alatti vizekhez viszonyítva lényegesen gyakoribb, és költségesebb, gyakorlatilag állandó laboratóriumi felügyeletet igényel. Ez is egyik oka annak, hogy felszínivíz igénybevétele ivóvízellátás céljára csak legalább közepes teljesítményű telepeken lehet gazdaságos. 7.1.1 Vízkivétel folyókból Folyóból történő vízkivétel esetén a következőkre kell figyelemmel lenni: • a folyó vízjárására, a különböző vízállások gyakoriságára, tartósságára, • hogy a szükséges vízmennyiség még a legkisebb vízállásnál is biztonsággal kivehető legyen, • a mederben maradó vízhozam a legkisebb vízállásnál is elegendő legyen a környezeti követelmények kielégítésére, a bevezetésre kerülő szennyvizek befogadására, • a szóbajöhető szakaszok jégviszonyaira (jégzajlás és kásajég képződés) • a lebegőanyag (lebegtetett és görgetett hordalék) viszonyok alakulására, vízjárás függésére, • a vízminőségi jellemzők periodikus és trend jellegű változásaira, • egyes jellemzők (hordalék, oldott sótartalom) vízállás ill. vízhozam függésére. Előbbieken túl legalább a jellemző évszakokra vonatkozóan ismerni kell a vízminőségi jellemzők egyidejűleg előforduló, összetartozó szélső értékeit. Információkkal kell rendelkezni az esetleges rendkívüli szennyezések, szennyezéshullámok előfordulásának valószínűségéről, jellegéről, várható időtartamáról is. Ezek ellen a védekezés nagyon változatos lehet, de az alap minden esetben a kellő időelőnyű vízminőségi előrejelzés. Lehetséges megoldás pl. durva olajszennyezés esetén a szennyezés hullám elengedése, amely a vízellátó rendszerbeli ivóvíz tározás, vagy a tisztító mű előtti u.n. élőtározás esetén lehetséges. Gyakrabban, ill. rendszeresen előforduló (főleg természetes eredetű) és a technológiai berendezéseket nem fenyegető szennyezés hullámok esetén a megfelelő rugalmasságú technológia (pl. aktívszén por adagolás) is megoldás lehet. Kisebb vízfolyásoknál az igen változó vízhozamok kiegyenlítése érdekében esetleg kisebb duzzasztómű és medertározó válhat szükségessé, és gátmenti, vagy parti vízkivételi művel történhet a víz vételezése. Nagyobb vízfolyásoknál közvetlen beömlésű (parti), vagy a folyómederben elhelyezett szívócsöves vízkivételi művet alkalmazhatunk ( 69. ábra ).

91

69. ábra Vízkivétel folyóvízből szívócsővel (a), vízkivételi művel (b) A vízkivételi műtárgyak elhelyezésének gyakorlati szempontjai: • vízkivételi művet csak stabil mederszakaszra szabad telepíteni: lehetőleg a folyó egyenes, vagy mosott, ill. a folyó közepétől tekintve homorú partja mentén, szűkség esetén a medret pl. kőszórással biztosítani kell, • öbölbe nem kívánatos vízkivételi művet telepíteni, mert a folyót és az öblöt összekötő szakasz feliszapolódik, és a szükségessé váló kotrások költsége gazdaságtalanná teszi a megoldást, • a szennyezettség csökkentése érdekében lakott települések, ill. ipartelepek felett indokolt a vízkivételi mű elhelyezése, • a beömlés alsó élének a görgetett és lebegtetett hordalék zömének távoltartása érdekében kb. 1 méterrel (de lagalább 0.6 méterrel) kell a fenék felett lenni, • szívócsöves vízkivételnél még a legkisebb vízállásnál is legalább 2 m víztakarás biztosítandó a belépő nyílások felett, • közvetlen beömlésű és szívócsöves vízkivételnél is biztosítani kell, hogy a zajló jég ne torlódhasson a vízkivételnél.

92

7.1.2 Vízkivétel tóból Számolni kell azzal, hogy hazai tavaink mélysége sekély, és ez a vízkivételt nehezíti (71. ábra). A szél által felkevert iszap, és a parti, ill. partközeli szennyezett víz bevezetések hatását a vízkivétel helyének jó megválasztásával lehetőség szerint el kell kerülni. A sekély mélység miatt a vízkivétel általában csak szívócsővel oldható meg. Így is nehézséget okoz a beömlés alatti min. 0.6 m, és a beömlés feletti minimum 1 m biztosítása.

70. ábra Vízkivétel sekélyvizű tóból szűrőgáttal ( a ) téli - nyári külön üzemmel ( b )

93

7.1.3 Vízkivétel tározóból Tározóknál már néhány méter mélység esetén tekintettel kell lenni a vízminőségi rétegzettségre. Ivóvízellátás céljára a felszínközeli réteg a nagy algaszám, a fenékközeli réteg az oxigénhiány miatti anaerob folyamatokból eredő íz, szag, valamint Fe, Mn, esetleg H2S miatt kedvezőtlen. Kedvezőtlen továbbá a hőmérsékleti rétegzettség évenként kétszeri átfordulása, a tározó vizének felkeveredése is. Előbbiekre tekintettel a kedvező megoldást a tározó legmélyebb, részén, vagy annak közelében elhelyezett, változó szintű vízkivételt lehetővé tevő vízkivételi tornyok jelentik (71. ábra).

71. ábra Vízkivétel mélyebb tóból vagy tározóból Tározóknál az előbbieken túl figyelemmel kell lenni arra, hogy: • a duzzasztott vízfolyásba torkolló patakok, egyéb vízfolyások milyen természetes ill. lakossági, ipari, mezőgazdasági, stb. szennyezéseket, milyen gyakorisággal és milyen koncentrációban szállítanak, • a parti sávból, ill. vízgyűjtő területről pl. szél, hóolvadás hatására milyen szennyezések juthatnak a tározóba, • milyen óvintézkedések lehetségesek és szükségesek az ivóvíz előállításához a nyersvíz minőség biztonságos tartásához. Különösen veszélyesek lehetnek a vízgyűjtő területen lévő műtrágya és növényvédő szer raktárak, csatornázatlan települések, ipari üzemek, stb.

7.2 A vízkivételi művek kialakítása Akár közvetlen beömlésű, akár szívócsöves megoldást alkalmazunk, a kialakítás egyaránt lehet szárazaknás, vagy nedvesaknás megoldású. Régebben (elsősorban a megbízható merülő motorok hiányában) gyakori voltak a legnagyobb vízszint (LNV) felett elhelyezett motorral, hosszú tengellyel hajtott ráfolyásos üzemű szivattyúkat alkalmazó megoldások (Pl. a 69, és 70. ábrák is ilyen megoldásokat mutatnak.)

94

Mindkét megoldásnak vannak előnyei és hátrányai is, amelyeket esetenként kell mérlegelni. Ilyen szempontok pl.: • nedvesaknás kivitel esetén egyszerűbb a műtárgy kialakítása, kevésbé szigorúak a vízzárással szemben támasztandó követelmények. Elkerülhetetlenek azonban a víz alatt lévő szerelvények, fennáll a műtárgy feliszapolódásának veszélye. • szárazaknás kivitel esetén szabadabb a szivattyú és motor választás (esetleg jobb hatásfokú gép alkalmazható), könnyebben hozzáférhetőek a szerelvények, nincs feliszapolódási veszély, de a műtárgy kialakításnak igényesebbnek kell lenni (vízzárás), és a szivárgó vizek eltávolításáról folyamatosan gondoskodni kell (zsomp, zsompszivattyú).

Az adottságok sokszor eleve behatárolják, hogy szívócsöves, vagy közvetlen beömlésű műtárgyat kell alkalmaznunk. Általában költségesebb a közvetlen beömlésű megoldás, mivel a mederben bonyolultabb az építés, mint a parton végzendő akna süllyesztés, és igényesebb partbiztosítás szükséges. Szívócsöves vízkivételnél azonban mindig gondolni kell a szívócső tisztántartásának igényére, az ehhez szükséges technikai feltételek biztosítására. Különösen a biológiai szennyeződés, és ezen belül is a vándorkagylók megtelepedése jelent veszélyt. Ezért gyakori az iker szívócsöves megoldás, amely megfelelő szivattyú kapcsolásokkal öblítést tesz lehetővé. Biztosítani kell a mechanikus tisztítás (pl. csőgörény alkalmazás) lehetőségét, célszerű lehet a szívófejhez vegyszer (pl. klór) adagoló vezeték kiépítése.

95

III. Mintapéldák, mintafeladatok Vízszerzési minta számítások 1. példa Meghatározandó egy szabad tükrű réteget megcsapoló csőkút vízhozama Dupuit Thiem képletével. A kút hatótávolsága Sichardt R = 3000 ⋅ s ⋅ k összefüggésével számítandó Alapadatok s = H-h H = 6,0 m h = 4.5 m k = 60 m / d r = 0,1 m Q = ?

k ≅ 1.8 ⋅ 10− 3 m/s 15 60 R = 3000 ⋅ 1.5 ⋅ = 118 m 86400 v kr =

Meghatározandó a kútból kitermelhető Q max maximális vízmennyiség a v kr kritikus sebesség (1.8 ⋅ 10

−3

m/s ) alapján.

H2 − h2 6 .0 2 − 4 .5 2 Q = π⋅k⋅ = 3.14 ⋅ 60 ⋅ = 420 m 3/d = 290 l/min R 118 ln ln 0 .1 r Q max = 2 ⋅ r ⋅ π ⋅ h o ⋅ v kr = π ⋅ k ⋅

ho =

H 2 − h2 R ln r

2 ⋅ r ⋅ v kr R ⋅ ln = H 2 − h 2 k r

h 2o + h o ⋅

2 ⋅ r ⋅ v kr R ⋅ ln − H 2 = 0 k r

h o = 4.44 m Q max

H 2 − h2 = π⋅k⋅ = 434 m 3/d = 301 ≈ 300 l/min R ln r

Q max = 2 ⋅ r ⋅ π ⋅ h o ⋅ v kr = 433.9 m 3/d = 301 ≈ 300 l/min

96

2. példa

Meghatározandó Aravin

Q=

π ⋅ k ⋅(m 2 − h 2 ) összefüggésével egy olyan fúrt kútnak a vízhozama, R ln r

amely eredetileg egy feszített tükrű réteget csapol meg, és a vízkivétel hatására részben szabad tükrűvé válik. A kút hatótávolsága Sichardt R = 3000 ⋅ s ⋅ k képletével számítandó. Meghatározandó továbbá az ln x o = ln r +

π ⋅ k ⋅(m 2 − h 2 ) összefüggés segítségével az az Q

x o távolság is, amelyen belül az áramlás a vízkivétel hatására szabad tükrűvé válik.

Alapadatok:

Jelölések:

H =

5

m

h =

2

m

k =

60

m/d

r =

0,1 m

m =

4,5 m

Q =

?

xo =

?

R = 3000 ⋅ 3.0 ⋅ Q=

60 = 237 m 86400

3.14 ⋅ 60 ⋅(2 ⋅ 4.5 ⋅ 5.0 − 4.52 − 2.02 ) = 503 ≈ 500 m3/d ≈ 350 l/min 237 ln 0.1

ln x o = ln0.1 +

3.14 ⋅ 60 ⋅(4.52 − 2.02 ) = − 2.30 + 6.09 = 3.79 503

a za z x o = 44.2 m

97

3. példa Meghatározandó a kutak egymásrahatása következtében jelentkező vízhozam csökkenés szabad tükrű rétegre telepített 3 tagú egy sorba telepített kút esetén.

A két szélső kút hozamát a Q 1 = Q 3 =

Q2 =

a középső kút hozama pedig a

π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 )⋅ ln

B r

R B B R 2 ⋅ ln ⋅ ln + ln ⋅ ln B 2r r r π ⋅ k ⋅(H 2 − h 2 )⋅ ln

2 ⋅ ln

összefüggéssel,

B 2r

R B B R ⋅ ln + ln ⋅ ln B 2r r r

összefüggésből számítandó. Összehasonlításként az azonos körülmények közötti egyedülálló kút hozama is meghatározandó a Dupuit - Thiem féle Q = π ⋅ k ⋅

H 2 − h2 képlettel. ln(R r)

A kutak hatótávolsága Sichardt R = 3000 ⋅ s ⋅ k képletével számítandó. Alapadatok: B H r h k

Q=

Meghatározandók:

= 150 m = 5.0 m = 0.5 m = 3.2 m = 3*10-3 m/s

R = 3000 ⋅ 1.8 ⋅ 3 ⋅ 10 s = H − h = 1.8 m

−3

= 297 ≈ 300 m

Q Q1=Q3 Q2 (Q1+Q2+Q3)/3

= = = =

? ? ? ?

3.14 ⋅ 3 ⋅ 10− 3(5.02 − 3.2 2 ) ⋅ 86400 = 1879 ≈ 1880 m3/d 300 ln 0.5

150 0.5 ⋅ 86400 = 1732 ≈ 1730 m 3/d Q1 = Q 3 = 300 150 150 300 2 ⋅ ln ⋅ ln ⋅ ln ⋅ ln 150 0.5 0.1 0.5 2

3.14 ⋅ 3 ⋅ 10 − 3 (5.0 − 3.2 2 )⋅ ln

150 0.1 ⋅ 86400 = 1536 ≈ 1540 m 3/d Q2 = 300 150 150 300 2 ⋅ ln ⋅ ln ⋅ ln ⋅ ln 150 0.5 0.1 0.5 2

3.14 ⋅ 3 ⋅ 10 − 3 (5.0 − 3.2 2 )⋅ ln

Q 1 + Q 2 + Q 3 5000 = = 0.88 3⋅ Q 5640

98

4. példa Meghatározandó egy vízparti kútsor vízhozama. A folyóval párhuzamos kútsor 5 db azonos kiképzésű, r = 0.2 m sugarú kútból áll. A kutak egymás közti távolsága a = 50 m. Mindegyik kút egyformán l = 20 m távolságra van a folyóparttól, és a leszívás a kutakban egyforma.

ρ Q ⋅ ln 2 összefüggése alkalmazandó, ahol ρ1 és ρ 2 2⋅π⋅k⋅m ρ1

A számítás során Forcheimer H − h =

a valódi, ill. a tükör kuttól mért távolságok, és az eredô leszívás az egyes kutak által okozott részleszívások összegeként veendő figyelembe. Alapadatok m H h r k l a Q1 Q2 Q3 ΣQ

= = = = = = = = = = =

4.8 m 7.0 m 5.0 m 0.2 m 12 m/d 20.0 m 50.0 m Q5 = ? Q4 = ? ? ?

X12 = 50 m

X13 = 100 m

X14 = 150 m

X15 = 200 m

L12 = 50 2 + 40 2 = 64 m

L13 = 100 2 + 40 2 = 107.7 m

L14 = 150 2 + 40 2 = 155.2 m

L15 = 200 2 + 40 2 = 204 m

H−h=

Q1 Q2 L Q3 L Q4 L Q5 L 2⋅l ⋅ ln + ⋅ ln 12 + ⋅ ln 13 + ⋅ ln 14 + ⋅ ln 15 2⋅ m⋅ π⋅ k 2⋅ m⋅ π⋅ k r x 12 2 ⋅ m ⋅ π ⋅ k x 13 2 ⋅ m ⋅ π ⋅ k x 14 2 ⋅ m ⋅ π ⋅ k x 15

(7.0 − 5.0)⋅(2 ⋅ 4.8 ⋅ 3.14 ⋅ 12)= Q 1 ⋅ ln

40 64 107.7 155,2 204 + Q 2 ⋅ ln + Q 3 ⋅ ln + Q 4 ⋅ ln + Q 5 ⋅ ln 0.2 50 100 150 200

I. 723.5 = 5.32 Q1 + 0.28 Q2 + 0.07 Q3

(H − h)⋅2 ⋅ m ⋅ π ⋅ k = Q 2 ⋅ ln

40 64 107.7 155 + Q 1 ⋅ ln + Q 3 ⋅ ln + Q 1 ⋅ ln 0 .2 0 .2 100 150

II. 723.5 = 0.28 Q1 + 5.37 Q2 + 0.25 Q3

Analógiával III. 723.5 = 0.15 Q1 + 0.49 Q2 +5.30Q3

Q1 = (723.5/0.15) - (0.49/0.15) Q2 - (5.30/0.15) Q3

Q1 = 4825.3 - 3.27 Q2 - 35.3 Q3

II- be helyettesítve:

Q3 = 65.14 + 0.46 Q2

9.63 Q3 = 627.3 + 4.45 Q2 és

I-be helyettesítve, megoldva: Q3 = 121.7 m3/ d,

∑ Q = 121.7

Q2 = 122.9 m3/ d,

Q1 = 127.4 m3/ d

+ 2*122.9 + 2* 127.4 = 622 m3/ d

99

5. példa Meghatározandó egy nyomásalatti rétegre telepített fúrt kút vízhozama a szivattyúzás kezdete után egy hónappal. A vízadó réteg a felette lévő félig áteresztő közvetítő rétegen át vízutánpótlódást kaphat a felszínközeli tápláló rétegből. Alkalmazandó a Hantush - Jacob féle összefüggés abban az esetben, ha a vízadó réteg a fölötte lévő félig vízáteresztő közvetítő rétegen keresztül vízutánpótlódást kaphat a felszínközeli rétegből.

4⋅π⋅T Q = s⋅ , x W( u, ) B

x2 ⋅ S u= 4⋅T⋅t

x W ( u, ) , B

és W a 9. táblázatból ( 96. oldalon ) veendő u és

x/B

illetve B =

T b

függvényében.

Alapadatok: m = 30.0 m k = 5*10-5 m/s S = 2*10-3 m1 = 20.0 m k1 = 3*10-8 m/s x = 5.0 m s = 5.0 m Q = ?

u=

B=

5.0 2 ⋅ 2 ⋅ 10 −3 = 3.21 ⋅ 10 -6 , 4 ⋅ 5 ⋅ 10 −5 ⋅ 30 ⋅ 30 ⋅ 86400 5 ⋅ 10 −3 ⋅ 30.0 = 1000 m 1.5 ⋅ 10 − 9

Táblázatból : W ( u,

Q = 5.0 ⋅

b=

3 ⋅ 10 -8 1 = 1.5 ⋅ 10 -9 20.0 s

5.0 x = = 0.005 B 1000

x ) = 10.77 B

4 ⋅ 3.14 ⋅ 5 ⋅ 10 −5 ⋅ 30.0 ⋅ 86400 = 756 m 3/d = 525 l/min 10.77

100

9 . táblázat A W (u, x / B ) függvény értékei x/B u 0

0,000 ∞

0,001

0,002

0,005

0,01

0,02

0,05

0,10

0,20

14,047

12,661

10,829

9,443

8,057

6,229

4,854

3,505

10-5 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10,936 10,243 9,837 9,550 9,320 9,144 8,990 8,856 8,739

10,911 10,230 9,829 9,543 9,321 9,140 8,986 8,853 8,736

10,838 10,193 9,804 9,525 9,306 9,127 8,976 8,844 8,728

10,396 9,953 9,639 9,399 9,205 9,043 8,903 8,780 8,670

9,418 9,296 9,150 9,010 8,823 8,767 8,663 8,567 8,479

8,057 8,056 8,048 8,032 8,008 7,979 7,946 7,911 7,874

6,228 6,228

10-4 1 2 3 4 5 6 7 8 9

8,633 7,940 7,535 7,247 7,024 6,842 6,698 6,555 6,437

8,631 7,939 7,534 7,247 7,024 6,842 6,688 6,554 6,437

8,623 7,935 7,532 7,245 7,022 6,840 6,687 6,553 6,436

8,572 7,909 7,514 7,232 7,012 6,832 6,679 6,547 6,430

8,398 7,819 7,543 7,186 9,975 6,801 6,653 6,524 6,409

7,838 7,497 7,228 7,013 6,835 6,683 6,551 6,434 6,272

6,228 6,217 6,185 6,137 6,082 6,024 5,965 5,907 5,851

4,854 4,854 4,853 4,851 4,848 4,843 4,837

0,000

0,005

0,01

0,02

0,05

0,10

0,20

0,50

u 10-3 1 2 3 4 5 6 7 8 9

6,332 5,639 5,235 4,948 4,726 4,545 4,392 4,259 4,142

6,325 5,636 5,233 4,947 4,725 4,544 4,391 4,258 4,142

6,307 5,627 5,227 4,942 4,721 4,541 4,388 4,256 4,140

6,235 5,591 5,203 4,942 4,707 4,529 4,378 4,247 4,132

5,797 5,354 5,041 4,802 4,608 4,447 4,308 4,186 4,077

4,829 4,708 4,562 4,423 4,296 4,181 4,077 3,982 3,895

3,505 3,504 3,497 3,481 3,457 3,427 3,395 3,360 3,324

1,849 1,849

10-2 1 2 3 4 5 6 7 8 9

4,038 3,355 2,959 2,681 2,468 2,295 2,151 2,027 1,919

4,037 3,354 2,959 2,681 2,468 2,295 2,151 2,027 1,919

4,036 3,354 2,958 2,681 2,468 2,295 2,151 2,027 1,919

4,029 3,350 2,956 2,680 2,466 2,294 2,150 2,026 1,918

3,980 3,326 2,941 2,668 2,458 2,287 2,144 2,021 1,914

3,815 3,244 2,887 2,629 2,427 2,262 2,123 2,003 1,898

3,288 2,952 2,690 2,482 2,311 2,167 2,044 1,935 1,839

1,849 1,838 1,806 1,760 1,708 1,652 1,597 1,544 1,492

x/B

1,0

0,842 0,842 0,841 0,840 0,836 0,832 0,826

101

6. példa Meghatározandó egy nyomás alatti réteget magcsapoló fúrt kút vízhozama Dupuit Thiem képletével. A kút hatótávolsága Sichardt R = 3000 ⋅ s ⋅

k összefüggésével számítandó.

Alapadatok

Q

H =

6.0 m

h =

4.2 m

k =

60

(k =

m/d

6.94*10-4 m/s )

r =

0.1 m

m =

3.5 m

Q =

?

R = 3000 ⋅ 1.8 ⋅ 6.94 ⋅ 10 − 4 = R = 142 m Meghatározandó a kútból kitermelhető Qmax maximális vízmennyiség a vkr kritikus sebesség (1.8*10-3 m/s) alapján.

Q = 2⋅ π ⋅ k ⋅ m⋅

Q = 2⋅ π ⋅ k ⋅ m⋅

h1 = H −

H−h = 327 m 3/d ≈ 330 m 3/d R ln r H−h = 2 ⋅ π ⋅ m ⋅ v kr R ln r

r ⋅ v kr ⋅ ln k

R 142 0.1 ⋅ 1.8 ⋅ 10 − 3 ⋅ ln r = 6.0 − 0.1 = 4.12 m 6.94 ⋅ 10 − 4

R ′ = 3000 ⋅ 1.88 ⋅ 6.94 ⋅ 10 − 4 = 149 m

Q max = 2 ⋅ r ⋅ π ⋅ m ⋅ v kr = 342 m 3/d = 238 l/min

102

Felhasznált szakirodalom Az előszó útmutatása szerint, l. még Karácsonyi VIZSZERZÉS c. jegyzetét 1.

Aujeszky G. : A felszínközeli vízadót megcsapoló vízkivétel méretezési szempontjai. Hidrológiai Közlöny, 1985/4

2.

Aujeszky G. - Karácsonyi S. : A partiszűrés változó feltételeinek hidraulikai elemzése. Hidrológiai Közlöny 1979/7

3.

Aujeszky G. - Karácsonyi S. : A partiszűrésű vízszerzés egyszerűsített eseteinek hidraulikai jellemzése. Hidrológiai Közlöny 1979/3

4.

Aujeszky G. - Karácsonyi S.: A partiszűrésű kút vízminőségét befolyásoló belépési sebesség és tartózkodási idő elemzése. Hidrológiai Közlöny 1980/4

5.

Aujeszky G. - Karácsonyi S. A kitermelhető vízhozam és a tartózkodási idő vizsgálata a talajvízdúsítás néhány alapesetében. Hidrológiai Közlöny 1981/4

6.

Aujeszky G. - Karácsonyi S.: Dúsítás alkalmzása partiszűrésű víznyerőhelyeken. Hidrológiai Közlöny 1984/3

7.

Csókás J. - Török F. : A maximális homokmentes kútvízhozam meghatározása geofizikai fúrólyukszelvényezés alapján. HidrológiaiKözlöny 1992/2-3

8.

Karácsonyi S. - Öllős G. : A talajvízdúsítás időszerű kérdései. Hidrológiai Közlöny. 1980/10.

9.

Karácsonyi S. : A kútkörüli szivárgás néhány gyakorlati kérdése. Hidrológiai Közlöny 1997/5.

10. Kovács Gy. - Ujfaludi L.: Finomszemcsék mozgása kutak környezetében. Hidrológiai Közlöny 1983/4 11. Léczfalvy S.: Vízkészletek II. Felszínalatti vízkészletek. BME Tankönyvkiadó, 1977. 12. Máté B.: Szűrőnélküli kutak. Vízügyi Közlemények 1981/1 13. Nagyistók F.: Tranziens nyomásváltozások hatása rétegvízkutak üzemeltetésére Hidrológiai Közlöny 1983/3. 14. Rózsa A.: A kútellenállás mérétékének meghatározása vízoszlop magasságban Hidrológiai Közlöny 1996/4 15. Székely F.: Kutak depressziójának számítása rétegzett hidrogeológiai rendszerben. Hidrológiai Közlöny 1988/4

103