A felszínalatti víz több száz, nemritkán több ezer méter mélységben járja át a rétegeket. Ily mélységtartományban már a hőmérsékletnövekedés hatása sem elhanyagolható. Ismert, hogy a hőmérséklet emelkedésével a hőtágulás miatt a víz sűrűsége csökken (legalábbis 4 ºC felett), s így felhajtóerő lép fel a Darcy-egyenletben. A felemelkedő víz a felszínközeli térrészben lehűl, sűrűsége megnő, s visszasüllyed a mélyebb tartományokba (1. animáció). Más szóval a termikus konvekció (free thermal convection) jelensége a felszínalatti vízáramlásban is jelen van, s ezt a folyamatot hőmérséklet által vezérelt felszínalatti vízáramlásnak nevezzük.
1. animáció Termikus konvekció horizontális, homogén, izotróp porózus közegben
A felszínalatti vízáramlás folyamata még érdekesebb, ha a hőmérséklet inhomogenitásán kívül a topográfia változása is jelen van. Utóbbi következtében a víz a beszivárgási zóna felől a kiszivárgási zóna felé áramlik, ez az áramlás azonban a hőmérsékletteret is befolyásolja. Mivel a termikus konvekció szempontjából a topográfia által vezérelt vízáramlás külső eredetű erőnek tekinthető, ezért ezen jelenséget kényszerkonvekciónak (forced thermal convection) szokás nevezni. Összességében az áramlás befolyásolja a hőmérsékletteret a hőtranszportegyenlet advektív tagján keresztül, míg a hőmérséklet megváltoztatja az áramlást a Darcy-egyenletben lévő felhajtóerőn keresztül. A felszínalatti vízáramlásban egyszerre jelenlévő szabad és kényszerkonvekció (free and forced thermal convection) összetett és időben változó áramlási rendszert idézhet elő, hiszen a hőtranszportegyenlet időtől függő egyenlet (2. animáció).
2. animáció Porózus közegben kialakuló termikus konvekció és a talajvíztükör lejtésének együttes hatása kicsi (bal) és nagy (jobb) hőmérsékletkülönbség esetén.
A topográfia által vezérelt felszínalatti vízáramlás jobbról balra történik.
Megállapítottuk, hogy a topográfia és a hőmérséklet által vezérelt felszínalatti vízáramlási rendszerben a hőmérsékletgradiens növekedése, illetve a vízáramlással átjárt medence mélységének növekedése a hőmérséklet által előidézett szabad termikus konvekciót segíti elő. Ugyanakkor, a talajvíztükör lejtésének (1. ábra), illetve a közeg vízvezető-képesség anizotrópiájának (horizontális/vertikális vezetőképesség) növelése a topográfia által vezérelt kényszerkonvekció hatását erősíti [Szijártó et al. 2019].
1. ábra Porózus közegben kialakuló termikus konvekció a talajvíztükör lejtésének különböző mértéke mellett.
A felszín és a medence alja között fennálló hőmérsékletkülönbség állandó, 100 ºC.
