SZLOVÉNIA-MAGYARORSZÁG OPERATÍV PROGRAM NUMERIKUS ÁRAMLÁSI MODELL

Átírás

1 SZLOVÉNIA-MAGYARORSZÁG OPERATÍV PROGRAM NUMERIKUS ÁRAMLÁSI MODELL a Geotermikus hasznosítások számbavétele, a hévízadók értékeklése és a közös hévízgazdálkodási terv előkészítése a Mura-Zala medencében projekt keretében T-JAM

2

3 A jelentést együttesen készítő partnerek: Geološki zavod Slovenije (GeoZS) Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) Készítették: Tóth György (MÁFI) Muráti Judit (MÁFI) Nina Rman (GeoZS) Közreműködtek: Jure Krivic (GeoZS) Miran Bizjak (GeoZS) GeoZS igazgatója: Doc. Marko Komac, Ph.D. MÁFI igazgatója: Fancsik Tamás, Ph.D. Budapest, Ljubljana

4 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés A modell koncepciója Horizontális kiterjedés Vertikális kiterjedés D-s hidrosztratigráfiai (HS) egységek A 3D-s modell rétegek Permanens és tranziens modellezés A modellezéshez használt szoftver A modell bemenő paraméterei Az aktív modell terület Grid felbontás A HS egységek hidraulikus jellemzői Vízvezetőképesség, permeabilitás Porozitás Peremfeltételek Utánpótlódás Megcsapolási peremfeltételek (drének, folyók, egyéb) Termelő kutak, hozamok A modell futtatása A modell futtatásának stratégiája Kalibráció Mért potenciálszintek Az állandó vízfolyások (folyók, patakok, források) vízszintjeinek térbeli helyzete A felszín alatti víz kora A Hévízi-tó keveredési zónájának vízmérlege Kalibrációs eredmények A modell eredményei, outputjai Talajvízszint térkép Hidraulikus potenciál (head) 3D-ben Leszívások, depressziók A határon átnyúló termálvíztest tervezése A javasolt közös, határon átnyúló termálvíztest vízmérlege Áramlási útvonalak, elérési idők... 38

5 Ábrajegyzék 1. ábra A sekély víztartók hidraulikus vezetőképességei (1. modell réteg) ábra A 2. modell réteg talpa ábra A 3. modell réteg talpa ábra A 6. modell réteg talpa ábra Az elmúlt 20 év csapadéka (mm/év) a modell területen ábra A felszíni földtani képződmények fő csoportjai ábra A fő utánpótlódási kategóriák (mm/év) ábra Szerkesztett vízszint térkép (szlovéniai rész) és hidraulikus potenciál a hidegvizes, zárt víztükrű rendszerre (magyarországi rész) (kalibráció) ábra A kalibrációhoz szerkesztett környezeti head térkép. A térkép a hidegvizes-termálvíz tartó rendszer mért, vagy számított BHP-i, valamint a hidegvizes-termálvíz tartó rendszer vertikális sűrűség eloszlása alapján készült ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a hidegvizes nyomás alatti víztartókban (Magyarország) ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a hidegvizes nyomás alatti víztartókban (Szlovénia) ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a termálvíztartóban (Magyarország) ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a termálvíztartóban (Szlovénia) ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a sekély, nyílt víztükrű víztartóban (Dráva-medence, Szlovénia) ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a sekély, nyílt víztükrű víztartóban (Ptuj-medence, Szlovénia) ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a sekély, nyílt víztükrű víztartóban (Mura-medence, Szlovénia) ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás az összes zárt víztükrű hideg- és termálvizes víztartóra (Magyarország és Szlovénia), a számított térképek adatai és a mért értékek együttesen szerepelnek az ábrán ábra Modellezett talajvízszint térkép ábra A Mura/Újfalui rendszerre számított head természetes, (termelés előtti) állapot ábra Számított head a modell 2., hidegvizes víztartó rétegére (termelt állapot) ábra Számított head a 4. átmeneti víztartó rétegre a fő hideg és termálvíztartó között (termelt állapot) ábra Számított head a 6., termálvíztartó rétegben (a Mura és Újfalui Formációk felsőmiocén pliocén delta front üledékei) (termelt állapot) ábra Depressziók a modell 2., hidegvizes rétegében (termelt állapot) ábra Depresszió a modell 4., átmeneti víztrató rétegén (termelt állapot)... 31

6 25. ábra Depresszió a modell 6. rétegében, a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén-pliocén delta front üledékeinek termál víztartójában (termelt állapot) ábra Depresszió a modell 6. rétegében, a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén-pliocén delta front üledékeinek termál víztartójában mindkét ország termálvízkivételeinek figyelembe vételével ábra Depresszió a modell 6. rétegében, a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén-pliocén delta front üledékeinek termál víztartójában csak Magyarország termálvízkivételeinek figyelembe vételével ábra Depresszió a modell 6. rétegében, a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén-pliocén delta front üledékeinek termál víztartójában csak Szlovénia termálvízkivételeinek figyelembe vételével ábra A javasolt, közös, határon átnyúló Mura-Zala termálvíztest kiterjedése ábra A 14C és δ18o-ra mintázott kutak áramvonalai Táblázatok jegyzéke 1. táblázat Termálvíz termelés a modellezett terület szlovéniai részén táblázat Termálvíz termelés a modellezett terület magyarországi részén táblázat A meghatározott termálvíztest vízmérlegei... 37

7 Regionális áramlási és transzport modellezés a szlovén-magyar T-JAM területen 1. Bevezetés A szlovén-magyar határon átnyúló, nagy kiterjedésű víztartók és geotermikus rezervoárok találhatóak, melyeket széles körben hasznosítanak mindkét országban (ld. hasznosítási jelentés) bármiféle összehangolt gazdálkodási stratégia, vagy a kitermelhető termálvíz mennyiségére vonatkozó közös megállapodás nélkül. Ez idáig nem mutattak ki határon átnyúló súlyosan káros hatásokat, ugyanakkor, hogy elkerüljük a későbbi lehetséges konfliktusokat a két országbeli vízhasználók és hasznosítási módok (pl.: balneológi és/vagy közvetlen hőhasznosítások) között, illetve, hogy biztosítsuk a termálvíz fenntartható használatát, egy összehangolt termálvíz-gazdálkodási rendszer szükséges. A gazdálkodási rendszernek a legjobb és a legnaprakészebb, elérhető geológiai, hidrogeológiai, hidrogeokémiai és geotermikus információkon, valamint tapasztalatokon, ismereteken kell alapulnia. A határokon átnyúló víztestekkel való közös gazdálkodás számos döntéshozói kérdésnek megválaszolását is magában foglalja. Ezek a kérdések a hasznosítható termálvíz és geotermikus potenciál lehetőségeit célozzák a határ mindkét oldalán. Másrészről, a döntéshozóknak ismerniük kell a hasznosítások korlátait, határait, valamint tudniuk kell a különböző hasznosítási típusok közötti interferenciákról. A legtöbb felszín alatti vízgazdálkodási kérdés megválaszolható numerikus áramlási- és transzportmodell segítségével, mely egy, a regionális felszín alatti vízáramlás és transzport modell különleges igényeit szolgáló, szisztematikusan felépített közös adatbázison nyugszik. 1

8 2. A modell koncepciója A hidrogeológiai modell koncepciója erősen függ a megoldani kívánt feladattól. A T-JAM területén található problémák megoldásához egy regionális, nagy mélységű hidrogeológiai, mely modell tűnt a legjobb megoldásnak. E modell koncepciója, (mely a hidrogeológiai koncepcionális modell jelentésében is kifejtésre került) magába foglalja: a modell terület vertikális és horizontális lehatárolását, a fő hidrosztratigráfiai (hidrogeológiai) egységek diszkretizációját és azok kapcsolatát a tervezett modell rétegekkel, a modell futtatás típusának meghatározását (steady state, tranziens, vagy mindkettő), valamint a megfelelő modellező program (szoftver) kiválasztását. 2.1 Horizontális kiterjedés A modell terület magában foglalja a teljes T-JAM projekt területet, beleértve a fő miocén porózus termálvíz tartó rendszert, valamint a legközelebb található medence határokig való kiterjesztést, ahol az lehetséges (osztrák és magyar részeken). A szomszédos területekig való kiterjesztés oka az, hogy figyelembe kívántuk venni elfogadott modell határon belépő a horizontális vízáramlást. Ugyanakkor a modell számítások eredményeit csak a fő miocén víztartó rendszer laterális kiterjedésére korlátoztuk (delta front jellegű Mura Formáció Szlovéniában és felső-pannon formációk Magyarországon). A megnövelt, téglalap alakú modell terület koordinátái, UTM rendszerben a következők: Easting (X): és Northing (Y): és A modellterület mérete: km Horizontális felbontás (grid méret) m 2.2 Vertikális kiterjedés A modell talpa a regionális áramlási rendszer alapján került meghatározásra. Egy későbbi, teljesen összekapcsolt áramlási és hőtranszport modell adott területre való elkészítését is figyelembe véve, a kéreg felső, 8 km-es szakasza került áttekintésre. A T-JAM projekt során azonban regionális miocén, pliocén és kvarter nagy mélységű víztartó rendszerre összpontosítottunk, mely esetben a modell vertikális kiterjedése nem haladja meg a 2 km-es mélységet. 2

9 2.3 3D-s hidrosztratigráfiai (HS) egységek A hidrosztratigráfiai egységek a hasonló hidrogeológiai jellemzőkkel rendelkező kőzettesteket képviselik. Néhány korábbi regionális modell tapasztalatait is felhasználva, elfogadható megoldás, hogy először kialakítjuk a talajvizes sekély víztartó (1. modell réteg) 3 dimenziós helyzetét, majd ehhez kapcsoljuk a mélyebb fedett, nyomás alatti rétegeket. Az első modellréteg HS egységeit a dombvidéki és hegyvidéki területeken a legfelső pre-kvarter formációk, a völgyekben és a völgyoldalakon a holocén és a felső-pleisztocén alluviális és sekély terasz üledékek alkotják. Ezen üledékekre megadott hidraulikus vezetőképesség értékeket az 1. ábra mutatja be. 1. ábra A sekély víztartók hidraulikus vezetőképességei (1. modell réteg) A HS egységek eredeti értékei a modell első rétegében az ENWAT ( Közös szlovák-magyar tanulmány az Ipoly-Ipel, Aggtelek-Szlovák karszt és Bodrog régiók határon átnyúló víztartóinak modellezésére ) projekt keretein belül végzett regionális modellezés során szerzett tapasztalatokon alapul. A regionális áramlási rendszer alapja a felső-miocán (pannon) delta front összlet talpánál húzható meg. Helyzete 3D-s geológiai modell segítségével került meghatározásra. A delta front rendszer (a Mura és az Újfalui Formációk alsó része) egy hisztrosztratigráfiai egységnek tekinthető (a modell 6. rétegének felel meg). A delta front üledékein települő, fiatalabb deltasíkság és alluviális formációk négy (2., 3., 4 és 5. réteg 2., 3. és 4. ábra) modell rétegben kerültek elkülönítésre, illetve mindegyiket külön hidrosztratigráfiai egységekként használtuk. A modellezés első fázisa során, minden egység egy egységes K xy és K z értéket 3

10 kapott, azonban később a trial- and error kalibrációs fázis során helyenként más értéket kaptak ott, ahol a számított értékek eltértek az eredetileg mértektől. 2.4 A 3D-s modell rétegek A modell rétegek magukba foglalják a HS egységeket, azonban azoktól némiképp eltérnek. A modell a modellterületre sajátos rétegeket ad meg, így egy réteg számos HS egységet tartalmazhat, vagy néhány HS egység különböző modell rétegekhez is tartozhat. A hidrosztratigráfiai egységek három fő csoportja a következő: sekély, szabad víztükrű, úgynevezett talajvíztartó komplexum, mely a durvakavicsos alluviumot és fluviális teraszokat és a dombvidék finomszemcsés porózus talajvíz tartóit tartalmazza (1. modell réteg) deltasíkság és alluviális rendszer (a Mura Fm. felső része, és a Zagyva Fm) (2-5. modell réteg) felső-pannon delta front üledékek, mint a fő porózus termálvíztartó komplexum (6. modell réteg) Ezek a csoportok alkotják a 3 dimenziós modell vázát. A rétegek a későbbi felosztások során finomításra kerültek a 3 dimenziós áramlási utak és a hidraulikus potenciál mezők jobb szemléltetése érdekében, vagy a legfontosabb részek így a magyarországi területeken a nagyobb ivóvízművek vízkivételeinek leírásához (2. modell réteg). Néhány jelentősebb modell réteg elhelyezkedését mutatja be a 2., 3. és 4. ábra. 4

11 2. ábra A 2. modell réteg talpa (Vörös színnel a fő termálkutak erre a felső zónára nem szűrőzöttek). A 2. modell réteg képviseli a fő hideg sekély rétegvíztartó komplexumot, melyet széles körben használnak a magyar oldalon a vízművek ivóvíz termelés céljára. A legnagyobb hozamú termelők Zalaegerszegen és Szombathelyen találhatóak. Szlovéniában ezt a réteget a vízművek nem hasznosítják jelentősebben, mivel más kiváló lehetőségek is rendelkezésre állnak az ivóvíz biztosítására: alluviális kavics és részben parti szűrésű, víztartók a Mura és a Dráva folyók mentén (az 1. modell rétegnek megfelelően). 5

12 3. ábra A 3. modell réteg talpa A 3. réteg víztartó komplexuma leginkább langyos (20-30 C) vizeket tartalmaz. Jelenleg ezeket az egységeket nem hasznosítják intenzíven. A régió néhány részén az ebben a rétegben tárolt vizet ásványvíztermelésre használják, vagy tervezik használni. 6

13 4. ábra A 6. modell réteg talpa A 6. modell réteg a fő termál víztartó (>30 C) a teljes régióban, a Mura és Újfalui Formációk delta front homok-kőzetliszt sorozatából épül fel. A gravitációs áramlási rendszer alját képviseli. Feküje a felső-miocén Lendava és Algyői Formációk agyagos vízzáró-vízrekesztő komplexuma. A delta front üledékek a felszínre bukkannak a szlovéniai területen, meghatározva a modell peremeit. A magyarországi részen, csupán néhány kilométerre a Hévízi-tótól, a 6. modell réteg fekü üledékei homok és kavics, melyek jó hidraulikus kapcsolatot képeznek a termálkarszt rendszer felé az aljzatban. Az Újfalui Formációból származó víz, illetve a termálkaszt rendszer vize keveredik, mielőtt elérnék a tó területét. 2.5 Permanens és tranziens modellezés A regionális modellben a jelenlegi állapotot, mint permanens rendszert kezeli, mivel a megfigyelő kutak hidraulikus potenciáljai és vízszintjei jórészt stagnáltak az évszázad első tíz évében; mutatva, hogy a jelenlegi termelések az utánpótlódással kvázi egyensúlyra jutottak. Ugyanakkor néhány területen, az újabb termelési területek környékén, a vízszint csökkenése megfigyelhető volt. Ennek ellenére ebben a nagy kiterjedésű regionális modellben ezek a lokális átmeneti hatások nem kerültek beépítésre, viszont alapul szolgáltathatnak helyi tanulmányokhoz a jövőben. A termelés előtti állapotot szintén permanens modellel modelleztük (modell, bárminenű termelés nélkül). Ez a két permanens eredmény szolgált alapul a további előrejelzési, vagy jósló modellezési változatokhoz. 7

14 2.6 A modellezéshez használt szoftver A regionális hidrogeológiai modell a Visual MODFLOW (VMOD) szoftverrel készült, mely a világszerte szabványos 3 dimenziós véges-differenciás vízáramlás modellező szoftver, a USGS által kialakított MODFLOW egy grafikus felülete. A VMOD professzionális 3 dimenziós vízáramlás és szennyezőanyag transzport modellezésre alkalmas, mely: Grafikusan tervezi a modell hálóját, tulajdonság mezőit és peremfeltételeit, Megjeleníti a modell bemenő paramétereit 2, vagy 3 dimenzióban, Vízáramlás, útvonal és szennyezőanyag transzport modelleket futtat, Automatikusan kalibrálja a modellt a WinPEST segítségével, vagy lehetővé teszi a manuális ( trial and error ) módszerek használatát, és A modellezés eredményeit 3 dimenzióban interpretálja és jeleníti meg a Visual MODFLOW 3D-Explorer-t alkalmazva. 8

15 3. A modell bemenő paraméterei 3.1 Az aktív modell terület Az aktív modell terület nagyobb, mint a projekt terület, a kedvezőbb peremfeltételek érdekében (ld Horizontális kiterjedés). 3.2 Grid felbontás A regionális méretezéshez m grid felbontást alkalmaztunk. A későbbi tanulmányok során ez a modell lokális tanulmányokhoz is használható, természetesen az érdeklődési területre eső grid háló finomításával. 3.3 A HS egységek hidraulikus jellemzői Vízvezetőképesség, permeabilitás Különböző módszerek állnak rendelkezésre a HS egységek víz vezetőképességének és a permeabilitásának meghatározására. Ezek: magmintákon végzett laboratóriumi mérések, fúrólyukban végzett vizsgálatok, kúttesztek, egymásra-hatás vizsgálatok, valamint a korábbi modellekben kalibráció nyomán kapott eredmények. Ezek az értékek kisléptékű modellezéshez hasznosak, illetve referencia, vagy reprezentatív adatként használhatóak a regionális modellekben. Ugyanakkor a regionális, nagy léptékű modellekben a vezetőképesség értékek a modell rétegek nagyobb részének jellemző paraméterei, vagy a víztartó-vízzáró összletek egy modell rétegbe történő összevonásainak hatékony eszközei. A kezdeti vezetőképesség és permeabilitás értékek a koncepcionális hidrogeológiai modell jellemzésénél kerültek összefoglalásra. Ezeket a effektív paraméter értékeket adtuk hozzá a modellhez, illetve változtattuk a modell kalibrációja folyamán. A legfelső, nyílt víztükrű víztartókhoz, a felszín földtani térképet használtuk a különböző HU-k elkülönítésére (1. ábra) Porozitás A porozitás értéktartománya laboratóriumi mérések, geofizikai szelvények, analógiák és korábbi modellek tapasztalatai alapján került meghatározásra a regionális hidrogeológiai modellhez. Az új, kiegészítő vízminta gyűjtés és elemzés során szerzett környezeti izotópadatokat használtuk fel a kalibrációs fázisban az áramlási rendszer sebességének finomításához. Egy általános effektív porozitás érték (0.15) került meghatározásra a kalibráció során, melyet végül minden modell rétegre alkalmaztunk. 9

16 3.4 Peremfeltételek Utánpótlódás A csapadékból történő diffúz, területi beszivárgás a legfőbb tényező a regionális modell utánpótlódásának szabályozásában. A fedett földtani térkép az alapja az eltérő felszíni litológiával rendelkező, különböző utánpótlódási területek meghatározásának, melyet meteorológiai adatokkal kombináltunk (csapadék és hőmérséklet). Az éves csapadék adatok az utolsó 20 évben mindkét országban hozzáférhetőek (5. ábra). A minimum értékek 600 mm/év alattiak a magyarországi területeken, míg Szlovéniában a maximális értékek 1150 mm/év felettiek. A csapadék és a földtani információk összekapcsolásához egy egyszerű algoritmust használtunk az éves csapadékösszeg és beszivárgás között, mely Maucha Lászlótól származik, a Jósvafő minta területen, az Aggteleki karszt területén, É-Magyarországon: R= 1/a P 2 ; ahol, R a beszivárgási ráta mm/év-ben, a a legfelső m-es rétegben a talajt alkotó kőzetek típusától függő konstans, P a csapadék mennyisége mm/év-ben. Az a érték néhány reprezentatív talaj-kőzet típusra: karszt: 2500, homokos képződmények: 5000, kőzetliszt, agyagos kőzetliszt: A parabolikus formulát hozzárendeltük a különböző földtani egységekhez, majd korábbi alapvízhozam-méréseinkre alapított beszivárgási értékekre kalibráltuk (Magyarország talajvízforgalmi térképe, 1: , 1985). Az egységes és összefésült földtani térképek különböző földtani egységeit a hasonlóságok és analógiák alapján minősítettük. A minősített formációkat 4 fő egységbe osztottuk (kőzetliszt, homok, repedezett kőzet, karszt) (6. ábra). A teljes éves csapadékösszeg többéves átlaga, valamint a földtani formációk csoportjai a fent említett formulával kerültek összekapcsolásra, melyből megkaptuk a beszivárgás értékeket (7. ábra). 10

17 5. ábra Az elmúlt 20 év csapadéka (mm/év) a modell területen Ahogyan az, az 5. ábrán is látható, a DNy-i szlovén területeken a csapadék majdnem kétszeres az ÉK-i magyarországi területekéhez képest. A terület a mediterrán, kontinentális, hegyvidéki és alföldi klimazónák találkozásánál fekszik. 11

18 6. ábra A felszíni földtani képződmények fő csoportjai a beszivárgás szempontjából: 1. kőzetliszt, agyagos kőzetliszt, talajrétegek, 2. homok és más durvaszemcsés üleddékrétegek, 3. repedezett metamorf és vulkáni kőzetek, 4. karsztosodott karbonátos kőzetek (mészkő és dolomit) 12

19 7. ábra A fő utánpótlódási kategóriák (mm/év) Az utánpótlódási kategóriák (7. ábra) a 20 éves átlagos éves csapadékösszeg és a felszíni földtani egységek GIS kombinációján alapulnak. A térkép általános áttekintést ad a területről, bemutatva a fő kategóriákat, míg a modellben egy jóval részletesebb verziót alkalmaztunk Megcsapolási peremfeltételek (drének, folyók, egyéb) Ebben a regionális modellben az SRTM modellből származtatott felszíni topográfiát, mint drén peremfeltételt, (mint szivárgási felületet, seepage face -t) alkalmaztuk a modell teljes felszínén. Ezzel a a felső peremfeltételre vonatkozó innovatív trükk -kel biztosítottuk a mélyebb völgyek megcsapolási szerepét. A főbb folyók mentén, a mérőállomásokon mért átlagos vízszinteket használtunk a számított értékek ellenőrzéséhez Termelő kutak, hozamok Minden jelentősebb felszín alatti vízkivételi adat összegyűjtésre került. A szabad víztükrű víztartókra mélyült kutak adatait nem vettük figyelembe, hiszen ezeknek csak elenyésző hatásuk van a termálvizes rendszerre. A termelő kutakat négy fő csoportba osztottuk: Termálkutak Szlovéniában. Vízadók: Puj, Mura és Lendava Formációk (1. táblázat). 13

20 Termálkutak Magyarországon. Vízadók: Újfalui és Zagyva Formációk (2. táblázat). Hidegvizes, rétegvízkutak Szlovéniában. Hidegvizes rétegvízkutak Magyarországon. A fentebbi felbontás oka, hogy a modellezés során külön, illetve együtt is tanulmányoztuk a termelő rendszer depressziós hatásait. 1. táblázat Termálvíz termelés a modellezett terület szlovéniai részén Kút ID Helyi név, település X_UTM Y_UTM Szűrő tető a felszín alatt (m) Szűrő talp a felszín alatt (m) Termelési ráta (m 3 /nap) Vízadó képződmény JAN-1/2004 Občina Destrnik Ptuj Formáció P-1/73 Terme Ptuj Ptuj Formáció P-2/88 Terme Ptuj Ptuj Formáció Do-1/67 Občina Dobrovnik Mura Formáció Do-3g/05 Ocean Orchids Mura Formáció Mo-1/58/73 Bioterme Mala Nedelja Mura Formáció Mt-6/82 Terme Mura Formáció Mt-7/93 Terme Mura Formáció P-3/05 Terme Ptuj Mura Formáció Pt-74/50 Terme Lendava Mura Formáció Ve-1/57 Terme Banovci Mura Formáció Le-3g/08 Nafta Geoterm Mura Formáció Mt-8g/06 Terme Sončni park Vivat Mura Formáció Fi-14/57 Sončni vrt Mura Formáció Le-2g/94 Nafta Geoterm Mura Formáció Le-1g/97 Terme Lendava Mura Formáció Mo-2g/08 Bioterme Mala Nedelja Mura Formáció Pt-20/49 Terme Lendava Mura Formáció SOB-1/87 Komunala Murska Sobota Mura Formáció SOB-2/88 Zvezda Diana Mura Formáció Ve-3/91 Terme Banovci Mura Formáció Mt-2/61 Rimska Čarda Lendava Formáció Ve-2/57 Terme Banovci Lendava Formáció 14

21 2. táblázat Termálvíz termelés a modellezett terület magyarországi részén Kút ID Település Helyi név X_UTM Y_UTM Szűrő tető a felszín alatt (m) Szűrő talp a felszín alatt (m) Termelési ráta (m 3 /nap) Vízadó képződmény Zk-18 Zalakaros Hotel Karos SPA K-18 kat.sz. termálkút Újfalui/Zagyva Zk-14 Zalakaros ZK-9.IV jelü kút K-14 kat.sz Újfalui/Zagyva Zk-11 Zalakaros ZK-6.III jelü kút K-11 kat.sz Újfalui/Zagyva Ze-193 Zalaegerszeg Gébárti termálfürdő komplexum K-193 termálkút Újfalui/Zagyva Ze-249 Zalaegerszeg Gébárti termálfürdő komplexum K-249 termálkút Újfalui/Zagyva Zcs-B2 Zalacsány Inter Thermál Kft. B-2 kat.sz. termálkút Újfalui/Zagyva Szh-46 Szombathely Termálfürdő II.sz kút B Újfalui/Zagyva Szh-47 Szombathely Termálfürdő III.sz kút B Újfalui/Zagyva Szh-108 Szombathely Termálfürdő I/A. kút B Újfalui/Zagyva Szg-44 Szentgotthárd Termálfürdő B-44 kat.sz kút Újfalui/Zagyva S-44 Sárvár Thermal Hotel B-44 termálkút Újfalui/Zagyva S-35 Sárvár Gyógy- és Welnessfürdő B-35 termálkút Újfalui/Zagyva S-7 Sárvár Gyógy- és Welnessfürdő B-7 termálkút Újfalui/Zagyva Nk-62 Nagykanizsa Nagykanizsa Strand B Újfalui/Zagyva Na-65 Nagyatád Nagyatád Kórház Újfalui/Zagyva Na-10 Nagyatád Kórház-Rendelőintézet Újfalui/Zagyva Na-67 Nagyatád Strandfürdő Nagy-1 j.meddő CH Újfalui/Zagyva Ma-33 Marcali Gyógyfürdő és Szabadidő Közp.III. termálkút Újfalui/Zagyva Ma-24 Marcali PMH. termálkút fenntartás Újfalui/Zagyva Let-59 Letenye Termálfürdő K-59 kat.sz. termálkút Újfalui/Zagyva L-12 Lenti Strandfürdő K-12 termálkút Újfalui/Zagyva L-33 Lenti Strandfürdő B-33 kat.sz kút Újfalui/Zagyva L-23 Lenti Strandfürdő K-23 termálkút Újfalui/Zagyva G-7 Galambok Castrum Gyógykeming Kft. K-7 kat.sz. termálkút Újfalui/Zagyva C-60 Celldömölk Vulkán Fürdő Cell-6 jelű K-60 kat.sz termálkút Újfalui/Zagyva C-45 Celldömölk Vulkán Fürdő Cell-4 jelű K-45 kat.sz termálkút Újfalui/Zagyva C-46 Celldömölk Vulkán Fürdő Cell-5 jelű K-46 kat.sz termálkút Újfalui/Zagyva Bk-1 Bázakerettye Strandfürdő K-1 kat.sz termálkút Újfalui/Zagyva Bf-1 Balatonfenyves Gyenesei Sándor termálkút Újfalui/Zagyva 15

22 4. A modell futtatása 4.1 A modell futtatásának stratégiája Azt a modellezési stratégiát követtük, hogy a legegyszerűbb verziókkal kezdünk és fokozatosan haladunk a jóval komplexebb problémák felé. 4.2 Kalibráció Mért potenciálszintek Az éves egyidejű egyenletes eloszlású hidraulikus potenciálértékek mért adatainak hiánya okozza a fő problémát a regionális modell-kalibrálás során. A probléma megoldásához a kutak létesítéskori mért értékeit használtunk. Az adattárakból gyűjtött adatokat a létesítési időtől függő potenciáleloszlásból közelítettünk a termelés előtti állapotra. A projekt terület magyarországi részén, a piezometrikus (hidraulikus potenciál) térképek az 1970-es évek előttről is rendelkezésre álltak az archív adatokból a hidegvizes rétegvizekre a legfelső méterére. Az izovonalas térképekről néhány reprezentatív pontból gyűjtöttünk ki adatokat, majd ezeket, mint fiktív megfigyelési pontokat használtuk a modellben. Hasonló módszert követtünk a modellterület szlovéniai részén is, azonban az adatok itt a Dráva, Ptuj és Mura-síkság sekély, nyílt víztükrű rendszereire álltak rendelkezésre (Lapanje, 2000). (8. ábra). 16

23 8. ábra Szerkesztett vízszint térkép (szlovéniai rész) és hidraulikus potenciál a hidegvizes, zárt víztükrű rendszerre (magyarországi rész) (kalibráció) A termálkutakban mért kútfej-nyomásokat, vagy vízszinteket összehangoltuk és felülvizsgáltuk, mielőtt hasonló térképek összeállításokhoz használtuk volna őket. Az első lépés a talpnyomás (BHP) számítása volt a kútban mért vízszint és a kútban tapasztalt vízsűrűség profil alapján. (A sűrűség a víz hőmérsékletének, sótartalmának, a nyomásnak és a gáztartalomnak függvénye.) A számítás szintén nagyon fontos azokban az esetekben, amikor vannak méréseink a talpnyomásra, a BHP-re (Bottom Hole Pressure-re)vonatkozóan, ugyanis a korai (1970-es évek előtti) mérések rendszeres hibákat tartalmaztak. Hogy összevethessük a BHP értékeket és a kapcsolódó hidraulikus potenciálértékeket az úgynevezett környezeti hidraulikus nyomómagasság, environmental head számítási koncepciót alkalmaztuk a kútban mért talpnyomás, és a kutak környezetének sűrűség eloszlásának (vertikális sűrűség eloszlás) felhasználásával. Az ezekből az értékekből szerkesztett térkép a 9. ábrán látható. 17

24 9. ábra A kalibrációhoz szerkesztett környezeti head térkép. A térkép a termálvíz tartó rendszer mért, vagy számított talpnyomásadatai, BHP-i, valamint a hidegvizes-termálvíz tartó rendszer vertikális sűrűség eloszlása alapján készült Az állandó vízfolyások (folyók, patakok, források) vízszintjeinek térbeli helyzete A számított vízszinteket, talajvízfelszíneket a dombvidéki, hegyvidéki régiók völgyeiben lévő állandó patakok befolyásolják. A számított talajvíz-izohipszák alakja jelezheti e patakok megcsapolási hatását is. A száraz völgyekben, ahol nincsen állandó vízfolyás, nem mutatkozik hasonló hatás. (A talavízdomborzati térképen itt nem látszik völgy.) A felszín alatti víz kora A medence mélyebb részén az egyetlen értékelhető kalibrációs eszközünk, permanens modellezési esetben a felszín alatti vízáramlás sebessége, mely néhány olyan korjelző komponens mérésével vezethető le, mint amilyenek például a 14 C, δ 18 O és δd értékek. Ezért a projekt keretében újabb 24 mintavételre került sor a T-JAM terület legfontosabb és legreprezentatívabb termál- és langyos vizű kútjaiból. A mért izotóp-adatok részletes bemutatása a hidrogeokémiai koncepcionális modellnél található. A Mura és Újfalui Formációk termálvíztartóiból vett vízminták idős (több mint éves) jelleget mutatnak a 14 C, δ 18 O δd adatok alapján. Míg a 14 C értékek meglehetősen alacsonyak (általában kevesebb, mint 4 pmc, ám ez a méréshatár néhány mintában is), addig a δ 18 O és δd értékek jóval pozitívabbak, mint a tipikus jégkorszaki korú vizekéi, azt sugallva, hogy a beszivárgás

25 a legutolsó interglaciális során történt. A számított elérési idők (áramvonalak) hasonlóan hosszú időt mutatnak (ld. 30. ábra) néhány kijelölt kútban A Hévízi-tó keveredési zónájának vízmérlege Ahogyan azt már korábban is említettük, a felső-miocén delta front rezervoár regionális áramlási rendszere a hozzá kapcsolódó homokos és kavicsos víztartókban végződik a Hévízitó termálkarszt rendszere felé. A két rendszer vizeinek eltérő kémiai jellegzetességei alapján meghatározható a két komponens mennyisége. E keveredési számítás szerint megközelítőleg m 3 /nap mennyiségű vízre számítunk a felső-miocén (Újfalui Formáció) rendszerből. Ezt az értéket vízmérleg számítással ellenőrizzük, majd használtuk a kalibrációnál. (A Hévízi-tó nyugati körzetében részén a modellben számított érték valamivel m 3 /nap hozam feletti, mely jól illeszkedik a keveredési arányból megadható értékekhez.) Kalibrációs eredmények A kalibráció eredményeit a ábrákon mutatjuk be. 10. ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a hidegvizes nyomás alatti víztartókban (Magyarország). A megfigyelt hidraulikus potenciál, (head) értékek a szerkesztett térképből származnak, a termelés előtti állapotot mutatva be. 19

26 11. ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a hidegvizes nyomás alatti víztartókban (Szlovénia). A hidraulikus potenciálértékeket ez esetben a kutakban eltérő időkben mérték. Az elhajlás a közeli termelések lokális hatásait tükrözhetik. 12. ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a termálvíztartóban (Magyarország). A megfigyelt potenciál, (head) a 12. ábrán a kora 70-es évekből származik, mely a terület vertikális sűrűség eloszlásával korrigált környezeti nyomómagasság, head értékeket jelenti. A korrigálás a hidegvizes kutak head-jeivel való összevetés miatt szükséges. 20

27 13. ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a termálvíztartóban (Szlovénia). A megfigyelt head értékek (13. ábra) a kutak nyomás mérésein alapulnak, melyet itt információ hiány miatt nem korrigáltunk a kutak környezetének vertikális sűrűség eloszlásával. 14. ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a sekély, nyílt víztükrű víztartóban (Drávamedence, Szlovénia). 21

28 A megfigyelt head, vagyis ez esetben talajvízszint-értékek (14. ábra) a terület szerkesztett izovonalas térképéből (Szlovénia hidrogeológiai térképe, 1: ) származnak. 15. ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a sekély, nyílt víztükrű víztartóban (Ptujmedence, Szlovénia). A megfigyelt head, vagyis ez esetben talajvízszint-értékek (15. ábra) a terület szerkesztett izovonalas térképéből (Szlovénia hidrogeológiai térképe, 1: ) származnak. 16. ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás a sekély, nyílt víztükrű víztartóban (Muramedence, Szlovénia). 22

29 A megfigyelt head, vagyis ez esetben talajvízszint-értékek (16. ábra) a terület szerkesztett izovonalas térképéből (Szlovénia hidrogeológiai térképe, 1: ) származnak. 17. ábra Kalibrációs eredmények: számított és mért head eloszlás az összes zárt víztükrű hideg- és termálvizes víztartóra (Magyarország és Szlovénia), a számított térképek adatai és a mért értékek együttesen szerepelnek az ábrán 23

30 5. A modell eredményei, outputjai A modell fő eredményei, outputjai a következők: vízszint térképek; hidraulikus potenciál térképek, melyek a termelések hatást tükrözik, vagy a termelést megelőző időszak állapotát mutatják be; leszívási, (depressziós) térképek. A szlovéniai és magyarországi termálvíz és hidegvizes termelések által okozott depressziókat, külön-külön, illetve együtt is számítottuk; felszín alatti vízmérleg a közösen kijelölt, határon átnyúló termál víztestre; a mintázott termálkutak felé irányuló áramlási vonalak, pályák és elérési idők; A modell eredmények segítenek továbbá: a rendszer jobb megértésében; lehetővé teszik további vízgazdálkodási változatok tanulmányozását; lehetővé teszik helyi, kis méretű modellek felállítását. 24

31 5.1 Talajvízszint térkép 18. ábra Modellezett talajvízszint térkép A modellezett talajvízszint (18. ábra) szintén információval szolgál a projekt hivatalos területének környezetéről, valamint rávilágít a szomszédos területek uránpótlódásban és beszivárgásban betöltött szerepére. 25

32 5.2 Hidraulikus potenciál (head) 3D-ben A ábrák szolgálnak információval a hidraulikus potenciál mező, valamint ebből kifolyólag a vízáramlás 3 dimenziós eloszlásáról is (az áramlási irány merőleges a potenciál mezőre a magasabbtól az alacsonyabb értékek felé). 19. ábra A Mura/Újfalui rendszerre számított head természetes, (termelés előtti) állapot A 19. ábrából tisztán látható, hogy termálvíz fő áramlási iránya keresztezi a szlovén-magyar (valamint az osztrák és horvát) határt. A fő áramlási irány Ny K-i. 26

33 20. ábra Számított head a modell 2., hidegvizes víztartó rétegére (termelt állapot) A magas potenciálú területek (vöröses színek) jelzik az uránpótlódási területeket (20. ábra). Az alacsony potenciálú területek körvonalazzák a természetes kiáramlási területeket és a helyi és regionális vízművek ivóvízkivételei által okozott depressziókat (20. ábra). 27

34 21. ábra Számított head a 4. átmeneti víztartó rétegre a fő hideg és termálvíztartó között (termelt állapot) Az átmeneti víztartóban (21. ábra) a potenciál értékek kevésbé változatosak, mint a hideg víztartóban. 28

35 22. ábra Számított head a 6., termálvíztartó rétegben (a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén pliocén delta front üledékei) (termelt állapot) A termál víztartó potenciál mezőjében nem látható komolyabb változás azt jelzi, hogy a termálvíz kivételek eddig nem okoztak drámai változást a regionális áramlási irányokban. 29

36 5.3 Leszívások, depressziók Noha a potenciál, (head) térképek szolgálnak némi információval az üzemelő kutak leszívásainak hatásairól, az sokkal jobban látható azokon a térképeken, melyeket a termelt és termelés nélküli rendszer potenciál-eloszlásainak különbségeként szerkesztettünk. A ábrák mutatják a különböző (hidegvizes és termálvizes) kutak különböző depresszióit, elkülönülten, illetve együtt, csak egy, vagy mindkét ország vízkivételeit is figyelembe vevő változatokban. 23. ábra Depressziók a modell 2., hidegvizes rétegében (termelt állapot) A 23. ábra jól mutatja a Szombathely és Zalaegerszeg városok vízművei által okozott jelentős depressziókat, mint ahogyan a néhány másik, kisebb depressziót is, a helyi vízkivételek körül Magyarországon. Alig látható néhány depresszió Szlovénia területén, kivéve a Radenci területet, jelezve, hogy nincsen jelentősebb kitermelés ebből a rétegből, mivel az ivóvizet főként a nagykiterjedésű, kavicsos alluviális és fluviális teraszokból termelik (1. modellréteg). 30

37 24. ábra Depresszió a modell 4., átmeneti víztartó rétegén (termelt állapot) Az átmeneti víztartóban tapasztalható depresszió (24. ábra) tükrözi a hidegvizes és termálvizes vízkivételek közös hatásait (ld. még 21. ábra). A határ mentén a számított depresszió 2-4 m. 31

38 25. ábra Depresszió a modell 6. rétegében, a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén-pliocén delta front üledékeinek termál víztartójában (termelt állapot) A legjelentősebb depresszió ÉK-Szlovéniában észlelhető közel a határtól (20 m!), mely 6-8 m a határnál a termál víztartóban. Jól tükrözi a hideg és termálvíz termelések együttes hatását mindkét országban. 32

39 26. ábra Depresszió a modell 6. rétegében, a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén-pliocén delta front üledékeinek termál víztartójában mindkét ország termálvízkivételeinek figyelembe vételével A számított depresszió (25. ábra) 5-7 m közötti a termál víztartóban a határ mentén, mely jól tükrözi a tisztán termálvíz termelés közös hatásait mindkét országban. A depressziók nyilvánvalóan kisebbek kiterjedésben és függőleges mértékben attól, amikor a hideg és termálvizes kutak egy modellbe kerültek beépítésre (25. ábra). Ez jól mutatja, hogy a hidegés termál víztartók egy rendszer alkotnak, és kölcsönhatásban vannak. 33

40 27. ábra Depresszió a modell 6. rétegében, a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén-pliocén delta front üledékeinek termál víztartójában csak Magyarország termálvízkivételeinek figyelembe vételével Ebben az elméleti esetben csak a magyarországi termálvíz kivételeket vettük figyelembe, így a számított depresszió a határ mentén m. Magyarországon a jelentősebb depressziók Szombathely-Sárvár és Zalakaros környékén fordulnak elő: mértékük 4-8 m. 34

41 28. ábra Depresszió a modell 6. rétegében, a Mura és Újfalui Formációk felső-miocén-pliocén delta front üledékeinek termál víztartójában csak Szlovénia termálvízkivételeinek figyelembe vételével Ebben az elvi esetben csak a Szlovénia területén előforduló termálvíz kivételek kerültek a modellbe beépítésre, így a számított depresszió (28. ábra) 4-5 m körül alakul a határ mentén, azt jelezve, hogy ezek hatása jóval jelentősebbek a csak magyarországi termelések határon átnyúló hatásainál (összehasonlítva a 27. ábrával). 5.4 A határon átnyúló termálvíztest tervezése A modell eredményeinek kielemzése és megvitatása után a két földtani intézet a MÁFI és a GeoZS kutatói ajánlást készítettek a határon átnyúló termálvíztest lehatárolásáre, a fő termálvíztartó rendszer geológiai kiterjedése alapján (29. ábra). Figyelembe vették a fő utánpótlódási és megcsapolási területeket, mint ahogyan a lehetséges hatásterületeket is. A magyarországi részen a Hévízi-tó közelsége szintén fontos elem, mivel ez a jelentős, egyedülálló forrás és egyúttal felszín alatti víztől függő ökoszisztéma szorosan kapcsolódik a tanulmányozott termálvízáramlási rendszerhez. Magyarországon az EU Víz Keretirányelv számára javasolt porózus termálvíztest határainak (pt. 3.1 és pt. 1.1.) meghatározásnál a Vízgyűjtő Gazdálkodási Tervet követtük, ahol az lehetséges volt. A termálvíztest felső határát 500 m-rel a felszín alatt javasoltuk, mivel a termálkutak többségének szűrői e szint alatt helyezkednek el. 35

42 Szlovéniában a javasolt határon átnyúló termálvíztest határai a Slovenske Gorice vízválasztónál húzódnak. 29. ábra A javasolt, közös, határon átnyúló Mura-Zala termálvíztest kiterjedése 5.5 A javasolt közös, határon átnyúló termálvíztest vízmérlege A kalibrált modellt a szlovén-magyar határon átnyúló termálvíztest felszín alatti vízkészlet komponenseinek számításához használtuk, ahol szintén figyelembe vettük a lehetséges kapcsolatokat Horvátország és Ausztria felé a termelés előtti állapotban, a jelenlegi termelések mellett, valamint extrém termelések mellett is. Az extrém termelés esetében ötször magasabb termelési ütemet alkalmaztunk a jelenlegihez képest. Az eredményeket a 3. táblázat foglalja össze. 36

43 3. táblázat A meghatározott termálvíztest vízmérlegei termelés előtti állapot A termálvíztest magyarországi részének vízkészlete m3/nap jelenlegi termelési állapot (termál és hidegvíztermelés együtt) termálvíz termelés 5-ször nagyobb a jelenleginél (a hidegebb régióban jelenlegi termelési állapot) szomszédos test be ki teljes be ki teljes be ki teljes hidegebb zóna 500 m-nél sekélyebben termálkutak magyarországi rész, 500 m- nél mélyebben szlovéniai rész, 500 m-nél mélyebben horvátországi rész, 500 m- nél mélyebben teljes termelés előtti állapot A termálvíztest szlovéniai részének vízkészlete m3/nap jelenlegi termelési állapot (termál és hidegvíztermelés együtt) termálvíz termelés 5-ször nagyobb a jelenleginél (a hidegebb régióban jelenlegi termelési állapot) szomszédos test be ki teljes be ki teljes be ki teljes hidegebb zóna 500 m-nél sekélyebben termálkutak magyarországi rész, 500 m- nél mélyebben szlovéniai rész, 500 m-nél mélyebben ausztriai rész, 500 m-nél mélyebben horvátországi rész, 500 m- nél mélyebben teljes

44 5.6 Áramlási útvonalak, elérési idők A modellben meghatározhatóak a felszín alatti vízáramlás áramvonalai és megjelölve az advektív elérési időket, melyek összehasonításul szolgálhatnak a vízkor indikátorok, mint például a 14 C és δ 18 O, mérése alapján becsült vízkorokkal (30. ábra). 30. ábra A 14C és δ18o-ra mintázott kutak áramvonalai A kutakból gyűjtött és elemzett minták 14 C értékei évnél idősebb korokat jeleznek. A radiokarbon korok egészen évig szórnak a projekt területen elérhető technológiák függvényében. A δ 18 O és a δd értékek jóval pozitívabbak, mint a tipikus jégkorszaki korú vizekéi, a pleisztocén melegebb periódusában történő beszivárgást sugallva. A becsült vízkorok összhangban vannak a számítottakkal. A 30. ábra mutatja az áramvonalakat néhány kút esetében. A víz áramvonalainak modellezett elérési ideje szerint (durván megegyezik a beszivárgás korával) a termálvíz legnagyobb része a legutóbbi jégkorszakban szivárgott be a rendszerbe, nagy valószínűséggel a Riss-Würm interglaciális idejében ( évvel ezelőtt). 38