SZIMULÁCIÓS FUTTATÁSOK ALKALMAZÁSA A VÉDŐIDOMOK MEGHATÁROZÁSÁBAN

Átírás

1 A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 72. kötet (2007) SZIMULÁCIÓS FUTTATÁSOK ALKALMAZÁSA A VÉDŐIDOMOK MEGHATÁROZÁSÁBAN Dr. Füle László - Korcsog Attila Aquaprofit RT. Környezetvédelmi és Vízgazdálkodási Üzletág laszlo.fule@aquaprofit.com, attila.korcsog@aquaprofit.com Összefoglaló: A Káli-medencében található Kővágóörs Cédrus-forrás termelő kút vízbázisvédelmi munkáit az Aquaprofit Rt. végezte, melynek során a védőidomok meghatározása érdekében szimulációs modellfuttatásokra került sor. Tanulmányunkban a modellezési munka folyamatát és eredményeit szeretnénk bemutatni. 1. BEVEZETÉS A szivárgáshidraulikai modellfuttatások alkalmazása ma már a felszín alatti vízvédelem egyik alapvető segédeszközévé vált. A vízbázisvédelemben a modellezés többek között a felszín alatti vizek áramlási, utánpótlódási viszonyainak meghatározására, vízháztartási vizsgálatokra alkalmazható, ami gyakorlati munkáink során számos esetben hasznosnak bizonyult. A Kékkúti Ásványvíz Zrt. megbízásából év során az Aquaprofit Rt. végezte a Kővágóörs Cédrus-forrás termelő kút vízbázisvédelmét megalapozó állapotfelmérési munkálatokat, a védőövezet rendszer lehatárolását, és a vízbázis biztonságba helyezési tervének kidolgozását. A program közvetlen előzménye volt, hogy év folyamán az Aquaprofit Rt. elkészítette a Káli-medence nyugati részén található Theodora Kékkúti kutak és a Theodora Kereki kút vízbázisának állapotfelmérését és védövezeti rendszerének modellezését. A projekt keretében végzett munkák a kővágóörsi termelőkút vízbázisvédelmi feladataihoz kapcsolódtak, elősegítették a vízbázis lehetőség szerinti teljes körű megismerését a biztonságba helyezés érdekében. Az elvégzett munkákat és az egyes munkákból nyert új információkat az 1. táblázatban foglaljuk össze. 151

2 Dr. Füle lászló, Korcsog Attila Az elvégzett munkákat szemügyre véve kiderül, hogy a szivárgáshidraulikai modellezés a vízbázisvédelmi munkák egyik legfontosabb összefoglaló feladata volt, melynek folyamatát és eredményeit szeretnénk az alábbiakban bemutatni. Részfeladat Űj eredmények Adat- és információgyűjtés Földtani, vízföldtani információk, térképek, modell kialakítás Csapadékadatok, beszivárgás, hidraulikai paraméterek, Területhasználat, tulajdonviszonyok, potenciális szennyezőforrások. Légifotók értékelése A területhasználatok aktuális helyzetének tisztázása, Szennyezőforrások feltárása, Másodlagos földtani, vízföldtani információk, vizenyős Szennyezőforrások feltérképezése Kutatófúrások, monitoring kút létesítése, geotechnikai vizsgálatok Talajtani vizsgálatok Vízkémiai és radiokémiai vizsgálatok Egyéb meglévő objektumok felkutatása, vizsgálata Uránkutató fúrások vizsgálata 152 területek, áramlási zónák, fedetlen kőzetrétegek kibukkanása. Szennyezőforrások beazonosítása, esetleges hatások vizsgálata, Feltárásos vizsgálatok megtervezése. Földtani, vízföldtani felépítés pontosítása, Vízszint mérés, vízmintavételi lehetőség, megfigyelés, Fedőrétegek vastagsági viszonyai, vízáteresztőképesség, Szennyezőforrások esetleges káros hatásainak ellenőrzése. Terület genetikai talajtípusainak A talaj kémiai-, fizikai-, és vízgazdálkodási tulajdonságainak vizsgálata, A felszín alatti vizek mezőgazdasági eredetű veszélyforrásainak A mezőgazdasági művelés további lehetőségének és feltételeinek A felszíni vizek és a talajvizek esetleges mezőgazdasági eredetű terhelésének meghatározása. Felszín alatti vizek összetételének, szennyezettségének Szennyezőforrások tényleges hatásainak vizsgálata, Utánpótlási viszonyok, vízáramlási rendszerben elfoglalt helyzet meghatározása. Hasznos információkkal szolgáló objektumok felkutatása, Források, patak, tavak vízmennyiség, vízminőség vizsgálata, Ásott kutak vízminőségi vizsgálata, szennyezések feltárása. További földtani, vízföldtani információk a kutak felülvizsgálata alapján, Geofizikai szondázás, szivattyúzás, mintázás, szennyezés ellenőrzés, Vizsgálat után eltömedékelés, potenciális szennyezőforrás

3 Szimulációs futtatások alkalmazása a védőidomok meghatározásában Hidrodinamikai vizsgálatok Geodéziai munkák Tervezési munkák Szivárgáshidraulikai modellezés megszüntetése. Termelésbe vont vízadó réteg hidrodinamikai paramétereinek Termelő kút távolhatásai az ásványvízadó rétegekben és a felső víztartóban. A komplex észlelőhálózat elemei közül a hiányzó koordináták felmérése, A létesített új objektumok helyének meghatározására. diagnosztikai munkák során a különböző célú fúrások, kutak, mintavételi helyek tervezése, Védőövezeteken javasolt tevékenységek, biztonságba helyezési terv Vízáramlási útvonalak, utánpótlódási területek Védőövezetek lehatárolása. 1. táblázat A projekt során elvégzett munkákból nyert új eredmények. 2. A MODELLEZETT TERÜLET BEMUTATÁSA A Káli-medence geometriáját tekintve egy szinte teljesen zárt medence, melyet minden oldalról m magasságú kisebb hegyek vesznek körbe. A felszíni vízgyűjtő terület a domborzati adottságok alapján határolható le, felszíni víz a külső területről nem érkezik a vízgyűjtőre. A területen eredő nagyobb felszíni vizek a Burnót-patak, a Tekeresi-séd, Sásdi-patak, a medence vizeit a Burnót-patak gyűjti össze és a medence DNy-i oldalán egy szűk völgyön át vezeti le Ábrahámhegy irányába, majd onnan a Balatonba. A modellezett terület vízföldtani felépítéséne megismeréséhez felhasználtuk a területre vonatkozó ismert földtani, vízföldtani adatokat, térképeket. A vízföldtani modell alapját a Majoros György (2002) által szerkesztett fedetlen földtani térképjelentette, mely kiegészítésre került a MÁFI által szerkesztett legújabb fedett térképekkel (Budai et al., 1999). Az említett zárt medence jellegéből adódóan a modellterület lehatárolása morfológia alapján történt. A vízföldtani felépítést tekintve az ENy-i dőlésű vízzáró ópaleozoós fillit aljzatra települő perm - triász összletet a regionális elterjedésű vízzáró jellegű Csopaki Márga két víztározó szintre osztja. Az alsó szint perm - alsó-triász képződményekből, a felső pedig középső-felső-triász formációkból áll. Az alsó víztározó szintbe tartozó képződmények: Balatonfelvidéki Homokkő, Köveskáli Dolomit, 153

4 Dr. Füle lászló, Korcsog Attila Hidegkúti Formáció, a felső víztározó szintbe pedig az Aszófői Dolomit, Iszkahegyi Mészkő, Megyehegyi Dolomit formációi tartoznak. A modellezett területet úgy jelöltük ki, hogy magába foglalta az utánpótlódás és a felszín alatti áramlás szempontjából kitüntetett triász rétegsorozatot, valamint a medence áramlási rendszerének keretét alkotó, azt Ny-ról és D-ről határoló permi homokkő rétegeket, és az É-i irányban húzódó felső-triász Veszprémi Márga rétegeit is. A modellterület kiterjedt a medence belső, fúrásokkal feltárt területeire, a DNy-ÉK-i irányultságú geometriához megfelelően illeszkedett. Az irányultságot figyelembe véve a modellterület az É-D-i irányhoz képest mintegy 34 -os szögben elforgatott, ezzel a területen jellemző DNy-ÉK-i hosszanti, valamint az ÉNy-DK-i harántvetők hatásai könnyebben modellezhetők voltak. 3. AZ ALKALMAZOTT SZOFTVEREK A víztartó adottságai folytán a hidrodinamikai modellezésre a hasadékos víztartóban történő szennyezőmozgást számító szoftvereket lenne érdemes alkalmazni. Ehhez azonban a hasadékos (karsztos) víztartó repedéshálózatának pontos térbeli kiterjedéséről, a repedések, nyílások nagyságáról, sűrűségéről és irányítottságáról kellene valamilyen úton információkat szerezni, melyek e modellek számára alapvető bemeneti paraméterek lennének. Bár a Káli-medence területére eddig elég részletes földtani-vízföldtani információ gyűlt össze, a repedéshálózat pontos kiterjedését a nagy mennyiségű adat ellenére sem lehet meghatározni. A modellezésre ezért kénytelenek voltunk porózus víztartóra kifejlesztett modellező programot alkalmazni, az egyes kőzetblokkokra ismert vagy becsült átlagos értékek megadásával. A modell pontosítása a modellterület elforgatásával, a földtani térképen jelölt törésvonalak modellbe építésével és nagyobb vízvezetőképesség megadásával történt. Meg kell jegyezni azt is, hogy a vízadó rétegeket nemcsak hasadékos, hanem részben porózus, kettős porozitású rétegek alkotják (Hidegkúti Formáció, Balatonfelvidéki Homokkő). A hidrodinamikai modell vizsgálatok Visual MODFLOW 3.0 szoftverrel történtek, mely a telített zónában áramló közeg modellezésére szolgál, a folyamatok matematikai megoldására véges differencia módszert alkalmaz. A térbeli megjelenítésre a program 3D-Explorer modulját alkalmaztuk. Az input és output műveletek, elő és utófeldolgozó munkálatok a SURFER 8.0, valamint az AutoCad Map szoftverrel történtek. Az eredmények megjelenítéséhez az Arc View 3.2 szoftvert alkalmaztuk. 154

5 Szimulációs futtatások alkalmazása a védőidomok meghatározásában 4. MODELLPARAMÉTEREK MEGADÁSA A modell kialakítása során definiáltuk a szükséges peremfeltételeket, beszivárgási adatokat. A hidraulikai modell nyolc rétegből állt, többé-kevésbé követte a litosztratigráfiai osztályozás szerinti besorolást. Az egyes formációk a modellben összevonásra, vagy szétválasztásra kerültek hidraulikai tulajdonságaik szerint. A nyolc modellréteg szivárgási paramétereit a Balaton-felvidék részben hasonló földtani felépítésű részterületeire összeállított modellek paraméter értékei alapján adtuk meg, de ezeket aztán a modell kalibráció során tovább módosítottuk. A vízföldtani és szivárgáshidraulikai becsült adatok felhasználása miatt az effektív porozitás értékeiben a jogszabályi előírások által ajánlott biztonsági szorzók figyelembevételével definiáltuk a paramétereket. A beszivárgási adatokat a területen található csapadékmérő állomások adatai alapján adtuk meg, kőzettípusonként becsülve az évi átlagos beszivárgásokat. A tavak területein párolgási veszteséggel számoltunk. A víztermelési adatok definiálása során a vízkivétel EOV koordinátái szerint kerültek a hidraulikai modell rácshálójának megfelelő elemeibe a szűrőzési szint megadásával. Az egyes kutakhoz a vízjogi engedélyben engedélyezett víztermelési értékeket határoztuk meg. A jellemzett paraméterekkel lefuttattuk a modellt és vizsgáltuk a vízmérleg számítási eredményeket. A model kerületre érkező, illetve elfolyó vizek mennyisége az egyensúlyi állapot szerint szinte megegyezett, ami megfelelt a zárt medencére feltételezett viszonyoknak. A kalibrációs számítások során 39 kút adatait vizsgáltuk és a modellezett értékeket összehasonlítottuk a megfigyelt értékekkel. 5. A MODELLFUTTATÁSOK EREDMÉNYEI A hidraulikai modellfuttatásokat permanens viszonyokra végeztük Visual MODFLOW 3.0 véges differencia szoftverrel. A végrehajtott szimulációs futtatások alapján az elérési idők szerint határoltuk le a vízbázis védőövezeteit a 123/1997. (VII. 18.) Kormányrendelet 2. melléklet előírásainak megfelelően. Az engedélyezett kitermelés alapján 20 napra, 180 napra, 5 évre, illetve 50 évre vizsgáltuk az elérési időket. A vízföldtani és szivárgáshidraulikai becsült adatok felhasználása miatt az effektív porozitás tekintetében a jogszabályi előírások által ajánlott biztonsági szorzók figyelembevételével végeztük el a modellezést. A modellfüttatás után a vízrészecske mozgásokat vizsgáltuk a termelő kút körül. A víztermelés cellájában 30 db kiindulási pontot definiáltunk, az utánpótlódási területet így 30 db áramlási pálya határolta le a különböző időintervallumokra. Az áram- 155

6 Dr. Füle lászló, Korcsog A ttila vonalakat 20 nap, 6 hónap, 5 év, 50 év elérési időkre számított, és ábrázolt határoló vonalakkal jelenítettük meg. Az áramlási pályákat a topográfiai térképre vetítettük (1. ábra). Az áramlási pályák térbeli elhelyezkedését a Visual MODFLOW 3-D Explorer moduljával jelenítettük meg (2. ábra). A kút szürözési rétegéből visszafelé indított áramvonalak 20 nap, 6 hónap és 5 év esetén a vízadó réteget nem hagyják el, az ezen a területen található Csopaki Márga fedőrétegei a vertikális vízmozgást korlátozzák, ezáltal megfelelő védelmet is nyújtanak a vízadó rétegeknek. A termlő kúttól EK-K-i irányban az ásványvízadó rétegek felszínre bukkannak, ennek következtében az 50 éves elérési időhöz tartozó áramlási pályák elérik e felszíni kibukkanások határát. *'. '& 1. ábra A védőidomok és a B" védőterület elhelyezkedése.

7 Szimulációs futtatások alkalmazása a védőidomok meghatározásában Védőidom 50 év 2. ábra Az áramlási pályák térbeli elhelyezkedése. Ennek alapján a védőidomnak 3 területen felszíni metszetei rajzolódtak ki, melyek az 50 éves elérési időhöz tartozó védőterületet jelentik. Összefoglalva, a szimulációs modellfuttatások alkalmasak voltak a feladat végrehajtására, a modellezési eredmények alapján tehát 20 nap, 6 hónap és 5 év esetén az áramlási pályák a vízadó rétegeket takaró fedőrétegek alsó szintjéig terjedtek, 50 év esetén azonban van kirajzolódó felszíni metszet is három kisebb területen. Az eredményeket tartalmazó vízbázisvédelmi záródokumentációt benyújtottuk az illetékes hatóságnak. 6. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönetünket fejezzük ki a Kékkúti Ásványvíz Zrt. vezetőségének, hogy lehetővé tette a saját üzemeltetésű termelő kútjára vonatkozó vízbázisvédelmi program bemutatását. IRODALOM Aquaprofit RT. (2005): A Kékkúti Ásványvíz RT. Vízbázisvédelmi záródokumentációja. -Kutatási jelentés. Budai T. et al. (1999): A Balaton-felvidék földtani térképe, 1: MÁFI Kiadvány. Majoros Gy. (2002): A Káli-medence prekainozóos aljzatának földtani térképe, 1: Waterloo Hydrogeologie (2002): Introduction to Visual MODFLOW. 157