Kolencsikné Tóth Andrea

Átírás

1 Folyók és s felszín n alatti vizek kapcsolatának vizsgálata Kolencsikné Tóth Andrea Kovács Balázs KÚTFŐ Projekt záróz rendezvény, ny, április 22. Budapest

2 A KUTATÁSI IRÁNYOK ÉS S TERÜLETEK Mérés, adatfeldolgozás Elméleti számítások -Numerikus modellezés -(analitikus megoldások) Mérnöki alkalmazások 0km 50km 100km 150km 200km

3 FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG MÉRT ADATOK talajvízszint (mbf) Dunaalmás,, 2002 az áramlás iránya változik folyótól mért távolság (m) az áramlási gradiens csökken talajvízszint (mbf) folyótól mért távolság (m) talajvízszint (mbf) Dunaalmás,, 2006 Dunaalmás,, folyótól mért távolság (m) ÉVI ÁTLAGOS ÉS KISVIZI, NAGYVIZI VÍZSZINTEK EGY DUNÁRA MERŐLEGES SZELVÉNY MENTÉN

4 FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG MÉRT ADATOK maximális vízszint-változás (m) Tisza 2008 tavasz, 2.6 m árhullám 2000 tavasz, 4 m árhullám sekélyebb vízadó mélyebb vízadó távolság a folyótól (m) VÍZSZINT EMELKEDÉSEK EGY TISZÁRA MERŐLEGES SZELVÉNY MENTÉN

5 FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG SZÁMÍTOTT ADATOK Max. vízszintváltozás (m) K/m = /nap csökkenő mederkapcsolat erősség K/m = /nap 2. Modellezés K/m = /nap folyótól mért távolság (m) SZÁMÍTOTT VÍZSZINT V EMELKEDÉSEK TISZÁRA MERŐLEGES SZELVÉNY MENTÉN 3. Alkalmazás

6 FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG SZÁMÍTOTT ADATOK áramlási sebesség (m/nap) vízadóból folyó felé folyó felől vízadóba csökken a meder vezetőképessége Áramlás megfordulásának max. távolsága k = 50 m/nap k = 20 m/nap k = 5 m/nap 2. Modellezés 100 k = 0.5 m/nap folyótól mért távolság (m) SEBESSÉG G VÁLTOZV LTOZÁS S A TÁVOLST VOLSÁGGAL TETŐZŐ VÍZÁLLÁSNÁL meder vezetõképesség, arány HATÁST STÁVOLSÁG G VÁLTOZV LTOZÁSA 3. Alkalmazás

7 FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG HATÁS MIRE? - áramlási irány változása - áramlási gradiens változása - vízszintváltozás (nyomásterjedés) - nyomás alatti nyílttükrű áramlás - vízminőség változása A TÁVOLSÁGOK VÁLTOZNAK - Időbenfolyamatosan, egy árhullám alatt is, különböző árhullámok esetén is - De az áramlási irány megfordulásának távolsága ugyanazon szelvény mentén sokkal szűkebb határok között változik, mint a gradienssé! - Térben, azaz minden egyes folyóra merőleges szelvény mentén

8 KORRELÁCI CIÓS S KAPCSOLATOK VIZSGÁLATA 20 év havi átlagos folyó- és talajvízszintjei között 20 év nagyvizes időszakaira DUNA

9 KORRELÁCI CIÓS S KAPCSOLATOK VIZSGÁLATA DUNA

10 KORRELÁCI CIÓS S KAPCSOLATOK VIZSGÁLATA -n x n eleműmátrix - Átlójában r=1 érték -i = j sorokban és oszlopokban azonos értékek -n db fedvénya térképen

11 KORRELÁCI CIÓS S KAPCSOLATOK VIZSGÁLATA DUNA

12 MONITORING TEVÉKENYS KENYSÉG G OPTIMALIZÁLÁSA - Eltérő hidrodinamikai jellegű, viselkedésű területek határolhatóak le, - a rendszer szempontjából kieső(eltérő viselkedésű) kutak gyorsan kiszűrhetőek -kereshetőennek oka (földtani, kúthiba, emberi tevékenység stb.) - eldönthető melyik kútban érdemes folyamatos vízszint regisztrálás - egyes monitoring kutak kiválthatóak, adatsoruk nem hordoz többletinformációt

13 A KAPCSOLAT ÁRHULLÁMOK HATÁSA ALATT 111 -Az átlagos vízszintek között szoros korreláció. -Napi adatokra a pontfelhő a nagyobb vízszintek irányában egyre jobban szóródik. 111 Nem mérési hiba, fontos információt hordoz a folyó és talajvíz tranziens kapcsolatára vonatkozóan. Talajvízszint (mbf) Folyó vízállása (mbf) A DUNA ÉS S A TALAJVÍZ Z NAPI KAPCSOLATA 200 M TÁVOLST VOLSÁGBAN A FOLYÓTÓL Talajvízszint (mbf) Folyó vízállás (mbf) A DUNA ÉS S A TALAJVÍZ Z NAPI KAPCSOLATA 12 M TÁVOLST VOLSÁGBAN A FOLYÓTÓL

14 A HUROKGÖRBE RBE A HUROKGÖRBE ALAKJA FÜGG: -A folyó árhullámának karakterisztikájától -A talajvízadó fizikai tulajdonságaitól -A mederkapcsolat erősségétől -Egyéb (beépítettség, kútszerkezet stb)

15 HUROKGÖRBE RBE ÁRHULLÁM M KARAKTERISZTIKA Talajvízszint (mbf) Duna vízállás (mbf) Vízállás (mbf.) UGYANAZ A KÚT, KÜLÖNBÖZŐ ÁRHULLÁMOKRA: - Ugyanaz a meredekség - különböző szélesség Napok

16 HUROKGÖRBE RBE TÁVOLSÁG, TALAJVÍZ ÉS TALAJVÍZ Z KÖZÖTTK talajvízszint (mbf) Növekvő távolsággal csökkenő meredekség A különböző távolságban lévő kútpárak között is kialakul A folyamat időbelisége követhető Szétválasztható a mederkapcsolat és a tározási képesség hatása? 395 m 215 m 620 m folyó vízállás (mbf) NÖVEKVŐ TÁVOLSÁGGAL A FOLYÓ ÉS TALAJVÍZSZINT KÖZÖTTK 130 m 175 m Talajvízszint (mbf) m m m m 290 m m 175 m m 215 m m Talajvízszint (mbf) TALAJVÍZSZINT TALAJVÍZSZINT KÖZÖTTK 15 15

17 VÍZFÖLDTANI PARAMÉTEREK HATÁSA A HUROKGÖRBE RBE ALAKJÁRA Talajvízszint (mbf) A vízadó tározásiképessége és a mederkapcsolat kis változtatására érzékenyen reagál a meredekség és a hurok szélessége a mederkapcsolat gyengül -a tározásitényezőnő Folyó vízszint (mbf) FOLYÓ TALAJVÍZ Z VÍZSZINTJE V KÖZÖTTK Talajvízadóból átadott hozam (m3/nap) A vízhozam vízállás közötti kapcsolat is mutatja a folyóhoz hasonló hurokgörbe jelleget! a mederkapcsolat gyengül vízadóból folyó felé folyó felől vízadóba 2. Tetőző vízállás 1. Tetőző vízhozam Folyó vízszint (mbf) FOLYÓ VÍZÁLLÁS HOZAM KÖZÖTTK 2. Modellezés 3. Alkalmazás

18 A FELSZÍNI VÍZ VZ SZIMULÁCI CIÓJA TECHNIKAI MEGOLDÁSOK -A folyó, mint hatás szimulációja a MODFLOW ban: - folyó csomag - állandó v. változó vízszint csomag -ghbcsomag - drén csomag -stb. Valóság m Modell h R h ijk cella w Q = C*(h R h ijk ) C = (K/m)*w*L h ijk L h B Q= C*(h B -h) C = K*L A vízföldtani viszonyoktól függően alkalmazható bármelyik megoldás, de előnye és hátránya mindegyiknek van! Folyó GHB Drén Q = C (h ijk -d) where d = head in the drain. Q = 0 if h ijk <d h ijk DBOT 2. Modellezés 3. Alkalmazás

19 A FELSZÍNI VÍZ VZ SZIMULÁCI CIÓJA PERMANENS VAGY TRANZIENS MEGOLDÁS Folyó napi vízszintjei (mbf) Milyen távolságban vagyok a folyótól? Mi a célja a vizsgálatnak? - Jellemző hidrodinamikai helyzet - egy árhullám hatása - hosszútávú előrejelzések Permanens vagy tranziens modellszámítás? A modell periódusai folyó mért vízszintje (Dunaalmásnál) Dátum NAPI FELBONTÁSA EGY FOLYÓ ÁRHULLÁMÁNAK Vízállás (mbf) Tranziens esetben az időbeli felbontás: - a folyó vízállásához igazítva - milyen részletességgel? A folyó vízszintje: - egyes periódusokban és -jövőbeli becsléseknél miként legyen megadva 2512 Napi periódus felbontás / év / év változó vízszint! Dátum 2. Modellezés 3. Alkalmazás

20 AZ IDŐBELI FELBONTÁS S HATÁSA Visszafelé megtett út / összes út Az időbeli felbontás jóságát: -a talajvízadóból a folyófeléés folyófelől a talajvízadófelétörténőáramlások viszonyával ellenőrizhetjük napi felbontás rossz felbontás legjobb felbontás Napok száma A rossz időbeli felbontás hatása: - a megfordult áramlási helyzet kisebb távolságig követhető nyomon kevésbé tartós és ritkábban fordul elő - vagy akár ennek ellenkezője is lehet. napi felbontás kevés periódus elég számú periódus, rossz vízszint-értékek 2. Modellezés Távolság (m) A VÍZRV ZRÉSZECSKÉK ÁLTAL A FOLYÓ FELŐL A VÍZADV ZADÓ FELÉ MEGTETT ÚT, ÉS S AZ ÖSSZES MEGTETT ÚT T ARÁNYA Távolság (m) A FORDÍTOTT ÁRAMLÁSI HELYZETŰ NAPOK SZÁMA EGY ÉVBEN 3. Alkalmazás

21 A TRANZIENS MODELL KALIBRÁCI CIÓJA számított vízszint Hagyományos kalibráció: - az egyidejű mért és számított vízszintek, - mért vízszint idősor és a számított idősorok illesztése, átlagos hiba számítása. A változtatandó paraméterek száma nő: -k + Sy, Ss, criv ápr 2014.júl 2014.okt mért vízszint Vízszint (mbf) Vízszint (mbf) Dunától mért távolság 180 m 210 m 350 m 400 m 615 m mért vízszint számított vízszint Duna Dátum Modellezés 3. Alkalmazás

22 A TRANZIENS MODELL KALIBRÁCI CIÓJA 111 talajvízszint (mbf) Alulhatározott feladat! - nehézkes kalibráció, - több megoldás ugyanolyan hibával, - a mederkapcsolati hatásfok?? mért hurokgörbe számított folyó vízszint (mbf) számított 3. tározás csökkentve A MEDERVEZETŐKÉPESS PESSÉG G KALIBRÁLÁSA EGY PARTI KÚT K ÉS S A FOLYÓ KÖZÖTTI HUROKGÖRBE RBE ALAPJÁN számított 2. CRIV növelve Talajvízszint (mbf) Talajvízszint (mbf) VÉGLEGES ILLESZTÉSEK SEK mért adat (128 m a folyótól) számított adat mért adat (214 m a folyótól) Duna vízállás (mbf) A TÁROZT ROZÁSI TÉNYEZT NYEZŐ KALIBRÁLÁSA KÉT T KÚT K T KÖZÖTTI K HUROKGÖRBE RBE ALAPJÁN mért adat számított adat Talajvízszint (mbf) 2. Modellezés 3. Alkalmazás

23 A FOLYÓNAK ÁTADOTT TERHELÉS S PONTOSABB SZIMULÁLÁSA SA szennyezőanyag koncentráció (microg/l) Szennyezőanyag koncentráció (microg/l) Dátum KONCENTRÁCI CIÓ VÁLTOZÁS S FELVÍZI KUTAKBAN Dátum KONCENTRÁCI CIÓ VÁLTOZÁS S ALVÍZI KUTAKBAN Feladat: - átlagos talajvízadó szennyezettség - hogyan változhat árhullámok során - a folyó vízadó felőli terhelése Szennyezőanyag koncentráció (mg/l) Folyónak átadott hozam (m3/nap) rel. folyómenti távolság az 1. ponttól (m)

24 A SZENNYEZÉSTERJED STERJEDÉS S PONTOSABB SZIMULÁLÁSA SA Feladat: - talajvíz szennyezés mozgásának előrejelzése 50 éves időtávra Permanens modellezés: túl gyors terjedés, túl nagy koncentrációka csóvafronton Megoldás: 1. a folyó felé változó transzportparaméterek, pl. erősödő diszperzió VÍZRÉSZECSKÉK ÁLTAL MEGTETT ÚT T A TÁVOLSÁGGAL DISZPERZIÓ VÁLTOZÁSA A TÁVOLST VOLSÁGGAL Vízrészecskék által megtett összes út (m) Tiszától mért távolság (m) Longitudinális diszperzivitás (m) Tiszától mért távolság (m)

25 A SZENNYEZÉSTERJED STERJEDÉS S PONTOSABB SZIMULÁLÁSA SA A permanens modellel számítottnál lassabb az advetívtranszport, mert a folyó felé nő a visszafelé megtett utak hossza. megoldás: 2. nagy időbeli felbontású tranziens modell a folyó vízállásváltozásához igazítva EREDMÉNY: jelentős különbség a szennyezés terjedésben permanens és tranziens áramtérben VÍZRÉSZECSKÉK K MOZGÁSA TRANZIENS ÁRAMTÉRBENRBEN

26 A KÁRMENTESK RMENTESÍTÉS S PONTOSABB SZIMULÁLÁSA SA A kutak befogási zónája: -különbözik permanens és tranziens esetben, - függ a folyótól mért távolságtól. PERMANENS BEFOGÁSI ZÓNÁKZ TRANZIENS BEFOGÁSI ZÓNÁKZ

27 A PARTISZŰRÉSŰ VÍZBÁZISZIS Hozamarányok kérdése Milyen arányban nyerjük a folyóból a vizet? A vízbázis védőidoma A védőidom alakja, kiterjedése (mederkapcsolat, tranziens áramtér)

28 Köszönjük k a figyelmet! KÚTFŐ projekt záróz rendezvénye: nye: április 22. Jelentkezés: Budapest, MTA Nagyterme s: KÚTFŐ Projekt záróz rendezvény, ny, április 22. Budapest