Geofizikai-, geotechnikai szolgáltatások
és geoelektromos műszerek
Tel: 36-1-271-0047, 271-0048
Fax: 36-1-306-3158
E-mail:

Talajvíz áramlási paramétereinek meghatározása

Sok esetben szükség van az altalajt szennyező anyagok terjedési irányának és sebességének a meghatározására. Mivel a szennyező anyagok terjedését túlnyomórészt a talajvíz közvetíti, sokszor elég annak terjedési paramétereit meghatározni.

 

A talajvíz áramlási irányának meghatározása - elméleti alapok röviden:

A talajvíz áramlási irányának meghatározását egy talajvízszint észlelő kút környezetében geoelektromos eljárással, az ekvipotenciális vonalak ("MISE-A-LA-MASSE") módszere alapján végezzük.

A módszer azon alapul, hogy egy pontforrás potenciáltere homogén vezető közegben megadható, s ha a közegben inhomogenitások vannak, akkor a kialakuló potenciálkép torzul az inhomogenitásoknak megfelelően. Az inhomogenitást jelen esetben mi állítjuk elő a közegben úgy, hogy túltelített konyhasó oldatot juttatunk egy kúton keresztül a víztároló rétegbe. A konyhasó azért különösen jó inhomogenitás, mert az átlagos talajokhoz, talajvizekhez viszonyítva nagyságrendekkel kisebb az ellenállása, ebből következően jelenléte jól kimutatható.

 

 

 

Ehhez egy már meglevő vagy erre a célra készített megfigyelő kút aljára leengedjük az egyik áramelektródát, és a másik áramelektródát a mérési területtől nagy távolságban ("a végtelenben") helyezzük el. Az elektróda-korbácsokat a felszínen sugárirányokban terítjük le.

Először a süllyesztett áramelektróda zavartalan esetre vonatkozó felszíni potenciálterét mérjük meg, ami általában többé-kevésbé szimmetrikus eloszlást mutat. Ezután a kútba nagy mennyiségű sóoldatot töltünk, mivel ennek mérhető felszíni hatása van. A sózás után több időpontban újra lemérjük a felszíni potenciáleoszlást, és a sózás utáni és előtti eloszlások relatív eltéréséből meg lehet határozni a (sózott) talajvíz áramlási irányát és sebességét.

 

 

     

 

A mérési eredmények feldolgozása után a potenciál értékek relatív változását ábrázoljuk, ahol a változás iránya a talajvíz áramlási irányát jelöli ki.

 

Néhány jellemző példa az alkalmazásra:

Egy vízbázis szivárgáshidraulikai vizsgálatainak keretében kaptunk megbízást egy kút környezetében talajvíz áramlási irány meghatározó mérések elvégzésére A méréseket 48 óra időtartamra terveztük, hogy az áramlási képek biztonsággal kialakuljanak.

A méréseket a tervek szerint két lépcsőben kellett végrehajtani. Elsőként 24 óra időtartamig a kút szűrőzött részébe juttatott túltelített sós oldat hatását vizsgáltuk, ami a vízadó réteg természetes áramlási viszonyaira ad képet. A mérési sorozat folytatása során a második 24 óra időtartam alatt egy -a termelőkútba beépített- szivattyú üzemelése közben végeztük a vizsgálatot a taljvíz áramlási irányának megállapítása céljából. Ábránkon az áramlási irányt leíró vektor (hossza az áramlási sebességgel arányos, iránya pedig a talajvíz áramlás irányát adja meg) kialakulása látható az idő függvényében. Jól követhető a szivattyúzás beindítása után bekövetkező határozott változás, melynek hatására az áramlási irányt mutató vektor a szivattyúzott kút irányába fordul át.

Közel hasonló feladatot végeztünk el egy másik esetben is, ahol a talajvíz áramlási irányának meghatározását az tette szükségessé, hogy a termelő kút közelében elhelyezkedő figyelő kutakban a talajvíz szintek nem a vártnak megfelelően alakultak

Ebben az esetben a mérés négy napon keresztül, folyamatosan zajlott. 300 kg só és 1000 liter víz felhasználásával készített túltelített oldatot juttattunk a kútba, és figyeltük a sózott víz mozgását. Kialakult a területre jellemző természetes áramlási irány, mely ennek a kútnak a környezetében a geológiai viszonyok ismeretében feltételezett iránynak ellentmondó volt. Ez a magyarázata az észlelő kutak elméletitől eltérő viselkedésének.

Az alábbi ábrákon a sózás után eltelt 48 óra mérései kiértékelésének eredményeit mutatjuk be:

 

  • A 6/a.ábrán a mérésekből meghatározott áramlási vektoroknak a keleti iránnyal bezárt szögének változását ábrázoltuk az idő függvényében. Látható a kezdeti ingadozás után igen stabil irányítottság alakult ki.
  • A 6/b.ábrán az áramlási vektorok amplitúdójának ami a terjedés sebességével arányos változása látható az idő függvényében. Megfigyelhető a kezdeti időben az amplitúdó folyamatos növekedése, ami 480 perc elteltével elér egy maximum értéket. Az időben tovább vizsgálva csekély mértékű csökkenő tendenciát figyelhetünk meg az amplitúdó értékében. A csökkenés azzal magyarázható, hogy a betöltött túltelített sós oldat lassú felhígulása zajlik le a vízadó rétegben.
  • A 6/c.ábrán a különböző időpontbeli eredmények relatív gyakoriságát ábrázoltuk az égtájak függvényében. Az áramlás meghatározásánál a K-i irányt tekintjük 0°-nak és a szög értékek az óramutató járásával ellentétes irányban nőnek. A gyakoriság diagrammra illesztett normál eloszlás görbéje kék színnel van jelölve. Az előbbiekben definiált szögértékben kifejezve az áramlási irányra 105° adódott az összes különböző idejű mérés eloszlására illesztett normál eloszlás paramétere alapján.

 

A következő ábrákon a szivattyúzás beindítása után végzett mérések kiértékelésének eredményeit mutatjuk be:

  • A 7/a.ábrán a mérésekből meghatározott áramlási vektorok szögének változását ábrázoltuk az idő függvényében. Az első 60 percig jelentős szórással bíró eredményeket látunk, ezután válnak stabilabbá az eredmények, majd 1000 perc mérés elteltével újból jelentős szórást tapasztalunk az eredményekben.
  • A 7/b.ábrán az áramlási irányvektorok amplitúdóját ábrázoltuk az idő függvényében. Az amplitúdó rendkívül szép egyenletes növekedése figyelhető meg 3 óra ideig, majd további 7 óra idő alatt egészen enyhe csökkenés tapasztalható. A 10 óra elteltével rendkívül meredek csökkenő tendencia észlelhető az áramlási vektorok nagyságában 1000 perc elteltével szinte elfogyott a hatás. Az eredményekben ezután itt is jelentős szórás tapasztalható.
    A 7/a. és 7/b. ábrákon az 1000 perc eltelte utáni mérésekben mutatkozó nagyobb szórás oka az, hogy a szivattyúzás hatására elfogyott a sós víz a vízadó rétegből.
    A 6/b. és 7/b. ábrákon látható meredekségek közötti jelentős különbséget az okozza, hogy a szivattyúzás által keltett áramlási sebesség nagyobb mint a természetes áramlási sebesség.
  • A 7/c.ábrán a különböző időpontbeli eredmények relatív gyakoriságát ábrázoltuk az égtájak függvényében. A gyakoriság diagrammra illesztett normál eloszlás görbéje ezen az ábrán is kék színnel van jelölve. Az áramlás meghatározásánál a K-i irányt tekintjük 0º-nak és a szög értékek az óramutató járásával ellentétes irányban nőnek.

Az ily módon definiált szögértékben kifejezve az áramlási irányra 219º adódott az összes különböző idejű mérés eloszlására illesztett normál eloszlás paramétere alapján. Ez az irány szinte tökéletesen megegyezik a mért és a szivattyúzott kút helyét összekötő egyenessel.

 

    

 

Összefoglalva: a fenti két munka látványos, szép eredményt adott, és jól példázza azt, hogy a mérési módszerünk megbízhatóan működik. Referenciáink szinte az ország egész területét lefedik.