ANYAG ÉS MÓDSZER
2. kis humusztartalmú talajok (humusz %: 0,1-0,5)
y = x12,02 . EXP(-8,43 -15,53 . x2 +2,40 . x3 -8,00 . x5) 0,62 159 Regressziós együtthatók standard hibája:
b0= 1,22, b1= 1,02, b2= 1,68, b3= 0,44, b5= 0,93
3. közepes humusztartalmú talajok (humusz %: 0,5-1,5)
y = x12,52 . EXP(-15,75 +24,03 . x2 -5,70 . x3 +8,97 . x5) 0,74 154 Regressziós együtthatók standard hibája:
b0= 1,28, b1= 1,24, b2= 2,20, b3= 0,44, b5= 1,11 4. nagy humusztartalmú talajok (humusz % > 1,5)
y = x1-4,97 . EXP(-12,45 -31,68 . x2 +3,20 . x4 +4,11 . x5) Regressziós együtthatók standard hibája:
b0= 0,80, b1= 1,56, b2= 3,57, b4= 0,16, b5= 1,12
0,82 102
A táblázatok alapján megállapítható, hogy az egyes mintacsoportokon belül a regressziós egyenletek elfogadható pontossággal becslik a talajok hidraulikus- és szerves folyadékvezető-képességet (R2 = 0,51 - 0,99).
Az eredeti szerkezetű és mesterséges talajminták esetében folytatott statisztikai elemzéseim alapján elmondható, hogy a talajok szerves folyadékvezető-képességére jelentős hatást fejt ki a talaj összporozitása, mechanikai összetétele és mésztartalma a különböző humusztartalmú talajok esetében. Az összporozitás szerepe különösen az igen kis humusztartalmú, eredeti szerkezetű mintáknál jelentős. A talaj humusztartalmának növekedésével csökken a folyadékvezetésben betöltött szerepe. Megfigyelhető, hogy a
szerves folyadékvezető-képesség nő a porozitás növekedésekor az 1,5 % - nál kisebb, míg csökken az 1,5 % - nál nagyobb humusztartalmú talajoknál.
A porozitás mellett a talaj mechanikai összetétele és mésztartalma is hatást gyakorol a szerves folyadékvezető-képesség alakulására. A különböző humusztartalmú talajok esetében azonban hol növelő, hol csökkentő hatást fejtenek ki a folyadékvezetésre. Ennek a jelenségnek a pontosabb megismeréséhez, illetve magyarázatához további elemzések végrehajtása szükséges egy jóval nagyobb mérési adatbázison.
4.3.2. Vízre és szerves folyadékra vonatkozó relatív áteresztőképesség mérések eredményei
Több folyadékfázisú áteresztőképesség mérések a 26 – 36. és 43 - 50. jelű minták esetében történtek. A mérési eredményeket (21. melléklet) - néhány jellemző talajminta kiragadott példáján – a 38 -45. ábra segítségével mutatom be. A relatív áteresztőképesség értékek változását a mintákon átszivárgott folyadékmennyiségek függvényében ábrázoltam.
A 38-45. ábrán bemutatott minták a szélsőséges talajtulajdonságokkal jellemezhető talajokat képviselik (homok [49. jelű minta], homokos vályog [50. jelű minta], homokos agyagos vályog [26. jelű minta] és iszapos agyagos vályog, nagy szmektittartalmú agyaggal [35. jelű minta]).
A vonatkozó szakirodalmi közlések (Testa és Winegardner, 1991, Yong et al., 1992) alapján azt vártam, hogy az "A" folyadékra nézve telített, a "B" folyadékra nézve telítetlen minták "B" folyadékra mérhető relatív áteresztőképessége először jóval a minták "B"
folyadékkal mérhető folyadékvezető-képessége ("B" folyadékkal telített és "B"
folyadékkal mért vezetőképesség) alatti lesz. Majd ahogy nő a talajminta telítettsége "B"
folyadékra nézve (az átszivárgott "B" folyadék mennyiségének növekedésével), úgy fokozatosan megközelíti a mérhető relatív áteresztőképesség a minta "B" folyadékkal mérhető folyadékvezető-képességét.
A laboratóriumi mérések - amint azt az ábrák is mutatják - nem igazolták ezt a leegyszerűsített modellt. Az "A" és "B" folyadékok minőségétől (vagyis a folyadéktelítés
sorrendjétől), illetve a talajminták tulajdonságaitól nagymértékben függ az, hogy milyen irányban és milyen mértékben változik a mintákon mérhető relatív áteresztőképesség.
Általánosságban elmondható, hogy abban az esetben, amikor a mintákat először szerves folyadék telíti, majd ezután történik a vízzel való telítés (vagyis a víz szorítja ki a pórustérből a szerves folyadékot), a minták vízre vonatkozó relatív áteresztőképessége csökken. A csökkenés üteme az agyagtartalom növekedésével nő. A végső lecsökkent relatív áteresztőképesség (a mért átszivárgott folyadékmennyiség [0-500 cm3] tartományban) jóval - egy-két nagyságrenddel - kisebb, mint a minták hidraulikus vezetőképessége. A görbék kezdeti szakasza ugyanakkor nagyobb relatív áteresztőképességet mutat minden esetben, mint a hidraulikus vezetőképesség, de kisebbet, mint a szerves folyadékvezető-képesség. Ezt úgy értelmeztem, hogy a mérések kezdeti szakaszában a beszivárgó víz maga előtt nyomja a pórusterek szerves folyadék fázisát, a mintákon ekkor még nagyobbrészt a szerves folyadék folyik át. Miután a nagyobb méretű pórusokból a víz kiszorította a szerves folyadékot, a mintákon a továbbiakban már túlnyomórészt a vízfázis áramlik keresztül. A szilárd fázis felületek azonban továbbra is szerves folyadékkal borítottak, tehát lényegesen szűkebb pórusok állnak rendelkezésre a vízvezetésre, mint a hidraulikus vezető-képesség mérések esetében. Az agyagos mintáknál ugyanakkor feltételezhető, hogy helyileg kapcsolatba kerül a szilárd fázis felülete a vízfázissal és duzzadás is bekövetkezhet, ami a pórusterek további szűkülését eredményezheti. Ezért a nagyobb mértékű relatív áteresztőképesség csökkenés.
Még nehezebben értelmezhető a relatív áteresztőképesség értékek változása abban az esetben, amikor a pórustereket először a víz telíti, a szilárd fázist elsőként a víz nedvesíti.
A vízzel borított falu pórusrendszerben természetes a minták kezdeti csökkenő szerves folyadékra vonatkozó relatív áteresztőképessége. Az is könnyen belátható, hogy a csökkenés mértéke a nagy agyagtartalmú mintáknál nagyobb. A homok fizikai féleségű mintánál valószínűleg nem sikerült kimérni a görbe csökkenő szakaszát, a homokos vályog talaj esetében pedig csak egy igen rövid csökkenő szakasz figyelhető meg. Azonban csak feltételezésekre szorítkozhatok a relatív áteresztőképesség - görbék további, emelkedő szakaszát illetően. Azt tapasztaltam ugyanis, hogy egy beszivárgott szerves folyadék mennyiségen túl elkezdett emelkedni a minták szerves folyadékra vonatkozó relatív áteresztőképessége.
38. ábra: A több folyadékfázisú áramlás vizsgálata I. Előzőleg szerves folyadékkal telített minta desztillált vízzel mért relatív áteresztőképessége
[26. jelű (keszthelyi) mesterséges talajoszlop]
39. ábra: A több folyadékfázisú áramlás vizsgálata I. Előzőleg szerves folyadékkal telített minta desztillált vízzel mért relatív áteresztőképessége
[35. jelű (magyarszombatfai) mesterséges talajoszlop]
Átszivárgott folyadék [lg(cm3)]
40. ábra: A több folyadékfázisú áramlás vizsgálata I. Előzőleg szerves folyadékkal telített minta desztillált vízzel mért relatív áteresztőképessége
[47. jelű (székesfehérvári) mesterséges talajoszlop]
41. ábra: A több folyadékfázisú áramlás vizsgálata I. Előzőleg szerves folyadékkal telített minta desztillált vízzel mért relatív áteresztőképessége
[50. jelű (lovasberényi) mesterséges talajoszlop]
Átszivárgott folyadék [lg(cm3)]
42. ábra: A több folyadékfázisú áramlás vizsgálata II. Előzőleg desztillált vízzel telített minta szerves folyadékkal mért relatív áteresztőképessége
[26. jelű (keszthelyi) mesterséges talajoszlop]
43. ábra: A több folyadékfázisú áramlás vizsgálata II. Előzőleg desztillált vízzel telített minta szerves folyadékkal mért relatív áteresztőképessége
[35. jelű (magyarszombatfai) mesterséges talajoszlop]
Átszivárgott folyadék [lg(cm3)]
44. ábra: A több folyadékfázisú áramlás vizsgálata II. Előzőleg desztillált vízzel telített minta szerves folyadékkal mért relatív áteresztőképessége
[47. jelű (székesfehérvári) mesterséges talajoszlop]
45. ábra: A több folyadékfázisú áramlás vizsgálata II. Előzőleg desztillált vízzel telített minta szerves folyadékkal mért relatív áteresztőképessége
[50. jelű (lovasberényi) mesterséges talajoszlop]
Átszivárgott folyadék [lg(cm3)]
Először meghaladta a hidraulikus vezetőképesség értékeket, majd esetenként a szerves folyadékvezető-képesség értékeket is. A jelenséget a szilárd felületekről történő fokozatos vízkiszorítással párhuzamosan fellépő pórusméret-átrendeződésekkel tudom magyarázni.
Feltehetően olyan makropórusok keletkeztek az átszivárgás, vízkiszorítás során, melyek a minták szerves folyadékra vonatkozó relatív áteresztőképességének nagyságrendekkel való növekedését eredményezték.
4.3.3. Talajok hidraulikus vezető - és szerves folyadékvezető-képességének, valamint légáteresztő-képességének mérési eredményei, becslése
A 46. ábrán a légáteresztő-, hidraulikus vezető- és szerves folyadékvezető-képesség mérések eredményeit (22. melléklet) ábrázoltam. Összehasonlítva az egyes talajmintákon mért folyadékvezető- és légáteresztő-képesség értékeket megállapítható, hogy a talajok szerves folyadékvezető-, illetve a légáteresztő-képessége szoros kapcsolatot mutat, ugyanakkor mindkét paraméter függetlenül változik a mért hidraulikus vezetőképesség értékektől.
46. ábra: A mért légáteresztő- és folyadékvezető-képesség értékek
-8 -6 -4 -2 0
Minta jele
Folyadékvezetõ- és légáteresztõ-képesség lg (m/s)
52 53 54
51 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92
Légáteresztő-képesség
Szerves folyadékvezető-képesség
Hidraulikus vezetőképesség
A különböző talajtulajdonságok vizsgálata azt mutatja, hogy a talajok szerkezetességét (aggregátum összetételét) jelző átlagos geometriai átmérő (GMD) érték, valamint a százalékos agyag- és homoktartalom állnak a legszorosabb kapcsolatban a légáteresztő-képességgel. Ez nem meglepő, hiszen mindhárom paraméter kapcsolatba hozható azoknak a makropórusoknak a mennyiségével, illetve arányával, melyek a légáteresztésben elsősorban részt vesznek. A talajtulajdonságok és a légáteresztés kapcsolatát leíró lineáris regressziós egyenletet a 13. táblázat mutatja be.
13. táblázat: A légáteresztő-képesség becslése a talajtulajdonságok alapján Regressziós egyenlet
y: Kl (légáteresztő képesség) [m/s]
x1: GMD(aggr); x2: agyag [%]; x3: homok [%]
R2 N
y = -5,429 + 2,871 . x1+ 0,027 . x2+ 0,012 . x3
Regressziós együtthatók standard hibája:
b0= 0,35, b1= 1,03, b2= 0,01 , b3= 0,006
0,80 41
A lineáris regresszióanalízis eredményeit figyelembe véve szoros kapcsolat mutatható ki (R2= 0,807) a talajtulajdonságok és a talajminták légáteresztő képessége között. A talajok légáteresztő képessége elsősorban a talajok aggregátum összetételétől és kisebb mértékben a mechanikai összetételtől függ.
A továbbiakban vizsgáltam a kapcsolatot a talajok légáteresztő-képessége, egyéb talajtulajdonságok és a talaj szerves folyadékvezető-képessége között.
14. táblázat: A szerves folyadékvezető-képesség regressziós egyenlete Regressziós egyenlet
y: szerves folyadékvezető-képesség [m/s]
x1: Kl (légáteresztő képesség) [m/s]; x2: Pössz. Összporozitás [%];
x3: agyag [%]; x4: homok [%] R2 N y = 0.02 . x10.78 . x2-0.875. EXP(0.012 . x3 - 0.011 . x4)
Regressziós együtthatók standard hibája:
b1= 0,013 , b2= 0,141 , b3= 0,002 , b4= 0,002
0,93 1457
A többváltozós regresszió analízis (14. táblázat) eredményeképpen megállapítható, hogy a becsült szerves folyadékvezető-képességet a talaj légáteresztő-képessége, a teljes porozitása, agyag- és homoktartalma határozza meg. A determinációs koefficiens (R2= 0,933) alapján a kapcsolat szoros. A 14. táblázatban a regressziós együtthatók standard hibáját 5 %-os szignifikancia szint mellett adtam meg.
A légáteresztő képesség és a talajok szerves folyadékvezető-képessége közötti kapcsolat részen azzal magyarázható, hogy mind az átáramló levegő fázis, mind pedig a szerves folyadékfázis viszonylag érintetlenül hagyja a talaj szerkezetét. A telítés során egyik sem okoz dezaggregációt, illetve duzzadást a talajban. A talaj légáteresztő-képességének növekedésekor nő a szerves folyadékvezető-képesség is.
A lineáris regresszióval végzett becslés esetében a becsült és mért szerves folyadékvezető-képességek értékekek (47. sz. ábra) között szoros (R2=0,92) kapcsolat figyelhető meg, míg a Kozeny-Carman egyenlettel becsült és a mért szerves folyadékvezető-képesség értékek között (48. sz. ábra) gyakorlatilag nem tapasztalható szignifikáns (R2= 0,09) összefüggés.
47. sz. ábra: A mért és lineáris regresszióval becsült szerves folyadékvezetés
-3,00 -4,00
-5,00 -6,00
-7,00 -4,00
-4,25
-4,50
-4,75
-5,00
-5,25
-5,50
Mért szerves folyadékvezetõ-képesség [lg m/s]
R2=0,92
ÁAHve = 0,10 lg (m/s) RHve = 2,07 %
Becsült szerves folyadékvezetõ-képesség [lg m/s]
48. sz. ábra: A mért és a Kozeny-Carman egyenlettel becsült szerves folyadékvezetés
A lineáris regresszióval parametrizált egyenletekkel végzett becslés átlagos abszolút hibája: ÁAHve = 0,10 lg (m/s), míg százalékban kifejezett relatív hibája: RHve = 2,07 %. A Kozeny-Carman - féle egyenlettel végzett becslés átlagos abszolút hibája: ÁAHve = 1,60 lg (m/s), míg százalékban kifejezett relatív hibája: RHve = 31,91 %. Megállapítható, hogy a lineáris regresszióval végzett becslés kisebb hibával adja meg a szerves folyadékvezetés mért értékeit, mint a Kozeny-Carman - féle egyenlettel végrehajtott becslés.
A többváltozós lineáris regresszióval történő szerves folyadékvezető-képesség becslés által új lehetőség nyílhat arra, hogy a mindezidáig széleskörűen alkalmazott Kozeny-Carman egyenlet alapján történő becslésnél kisebb hibával adjuk meg a szerves folyadékvezető-képességet, mint a szénhidrogén szennyezések mozgását - a telített zónában - modellező transzportmodellek bemenő adatát.
-3,00 -4,00
-5,00 -6,00
-7,00 -6,00
-6,50
-7,00
-7,50
R2=0,09
ÁAHve = 1,60 lg (m/s) RHve = 31,91 %
Mért szerves folyadékvezetõ-képesség [lg m/s]
Becsült szerves folyadékvezetõ-képesség [lg m/s]