Magyarország-Románia Határon Átnyúló Együttműködési Program keretében támogatott projekt (Projekt regisztrációs szám: HURO/0801/047)

Átírás

1 Magyarország-Románia Határon Átnyúló Együttműködési Program keretében támogatott projekt (Projekt regisztrációs szám: HURO/0801/047) Kutatási program a Körös medence Bihar-Bihor területén, a határon átnyúló felszín alatti víztest hidrogeológiai viszonyainak, állapotának megismerésére (HURO) A romániai mintaterületek hidrodinamikai modellje Királyerdő hidrodinamikai modell Félix-fürdő Nagyvárad hidrodinamikai modell Királyerdő transzportmodell december

2 Jelentés Szerződés száma: 8608/ Projekt címe: Kutatási program a Körös medence Bihar-Bihor területén, a határon átnyúló felszín alatti víztest hidrogeológiai viszonyainak, állapotának megismerésére (HURO) Magyarország-Románia Határon Átnyúló Együttműködési Program keretében támogatott projekt Munkafázis: Teljesítés: Megbízó: Megbízott: Törvényes képviselő: Projektvezető: A romániai mintaterületek hidrodinamikai modellje (Királyerdő hidrodinamikai modell; Félix-fürdő Nagyvárad hidrodinamikai modell; Királyerdő transzportmodell) december Bihor Megyei Tanács KSzI Geogold Carpatin Konzorcium Kissné Jáger Erika Ambrus Magdolna Közreműködtek: Geogold Carpatin Srl. Serfőző Antal, Bagi István, Balázs Ilma

3 Tartalomjegyzék 1 BEVEZETÉS NUMERIKUS MODELLEZÉS LÉNYEGE ÉS A FELHASZNÁLT SZOFTVEREK ISMERTETÉSE A modellezés szerepe az EU Vízkeret Irányelv végrehajtásában és a vízgazdálkodási tervekben a határmenti területeken A modellezésre felhasznált szoftver általános ismertetése Az alapértékelésekhez felhasznált szoftverek A felszín alatti vízáramlás numerikus modellezésének lépései és kapcsolatai A PROJEKTBEN KIVÁLASZTOTT KÉT MODELLTERÜLET A Királyerdő modellterület A Nagyvárad Félix-fürdő környéki modellterület A MODELLBEN FELHASZNÁLT ADATFORRÁSOK ISMERTETÉSE A KIRÁLYERDŐ-MODELL BEMUTATÁSA A modellezett terület lehatárolása A Királyerdő-hegység földrajzi földtani és vízföldtani jellemzői Geomorfológiai adottságok Hidrográfiai hálózat Földtani adottságok A karbonátos üledékek előfordulásai a Királyerdő területén Vízföldtani adottságok Nyomjelzéses vizsgálatok A hidrogeológiai karsztrendszer Klíma és lefolyás A Királyerdő-hidrodinamikai modell felépítése Alkalmazott szoftver Koncepcionális modell A modell belső szerkezete Horizontális felosztás Vertikális tagolás Bemenő paraméterek Szivárgási tényező Folyóhálózat Források Beszivárgás

4 5.6 Modell futtatása modellezési eredmények Eredmények értelmezése A SZENNYEZÉSTERJEDÉSI MODELL BEMUTATÁSA Előzmények A permanens felszín alatti transzport modellezés folyamata A modell által érintett felszín alatti közeg meghatározása, peremfeltételek A modellezés futtatása, eredmények bemutatása Nitrát ion koncentráció változása 1 év távlatában Királyerdői modell területén Nitrát ion koncentráció változása 10 év távlatában Királyerdői modell területén44 7 A NAGYVÁRAD FÉLIX-FÜRDŐ KÖRNYÉKI MODELL BEMUTATÁSA A Félix-fürdő környéki modellterület A terület földrajzi, földtani, vízföldtani jellemzői Geomorfológiai jellemzők Klimatikus viszonyok A modellezett terület földtani viszonyai A terület vízföldtani viszonyai A modellezett terület vízkivételi pontjai A modell belső felépítése Horizontális felosztás Vertikális tagolás Bemenő paraméterek Szivárgási tényező Folyóhálózat Víztermelő kutak, források Beszivárgás A modell futtatása modellezési eredmények Eredmények értelmezése

5 1 BEVEZETÉS A szerződés részét képező műszaki ajánlatnak megfelelően a projekt II. Kutatási fázisának A víztározó struktúrák hidrodinamikai modellezése értelmében a romániai projektterületen (Bihar-megye) elkészült a határral metszett víztestek területén a tervezett két, beáramlási és átáramlási mintaterület hidrodinamikai modellje. A beáramlási területrészen a Kiráyerdő É-i részén került kijelölésre a modellterület, míg az átáramlási zónában Nagyváradtól D-re, Félix- és 1 Mai-fürdő térségében. A hidrodinamikai modellezés elsősorban a kutatás tárgyát képező határon átnyúló pleisztocén, illetve pannon víztestek komplex vízáramlási feltételeinek, illetve az ezekkel szomszédos karsztvíztesttel (beáramlási területtel) való kapcsolatuknak alaposabb megismerését célozza. A modell segítségével bemutathatóak az érintett területen kialakult természetes felszín alatti vízáramlási pályák, illetve előre prognosztizálható a vízkészletre és dinamikára ható külső tényezők (emberi és természeti) hatása: vízkivétel, szennyezőanyagok terjedése, csapadékmennyiség ezek módosulása stb. A modellezés lehetőséget ad a felszíni és felszín alatti vízrendszer kapcsolatának vizsgálatára is. Segítségével meghatározható a rendszerbe történő utánpótlódás mértéke és módja. Eredményeinek segítségével elkülöníthetőek a víztesten a sérülékeny és kevésbé sérülékeny részek, és hatásosabban meghatározhatóak azok az intézkedések, amelyek alkalmazásával közép és hosszú távon is fenntartható a víztest jelenlegi jó állapota Nem direkt módon elősegíti a tervezés során felmerülő különböző lehetőségek szemléltetését és a hatékony megfigyelőrendszer kiépítését. A modellezés első ütemében a modellek szerkezeti felépítését készítettük el (területi, földtani modell), a második ütemben történt a modell futtatása és kalibrálása. A hidrodinamikai modell felépítéséhez felhasználtuk a projekt során végzett geofizikai vizsgálatok, forrás- és kútfelülvizsgálatok, valamint a dinamikus faktoranalízis eredményeit. Ezen felül figyelembe vettük a térségben korábban végzett geológiai, hidrológiai kutatások szakmai anyagát, a meglévő geológiai és hidrogeológiai térképeket és a létező irodalmi adatokat is. A vizsgált terület komplex geológiai felépítése miatt a mintaterületeken nem permanens rezsimű, háromdimenziós hidrogeológiai modell elkészítését terveztük, aminek input adatai hosszú távú megfigyeléseken alapuló idősorok. Sajnos a projekt rövid időtartama, illetve a romániai vízügyi hatóságok adatzárolása miatt, ilyen jellegű megfigyeléseket sem mi nem tudtunk végezni, sem hozzáférni nem tudtunk, ezért a modelleket permanens rezsimben kellett elkészítenünk, azaz a bemenő adatoknak megfelelően, egy adott állapotot tükröznek, nem pedig egy folyamatot. A hidrodinamikai modell-vizsgálatokat, az áramvonal és elérési-idő számításokat a FeFlow v 6.0 modellező programmal, az input és output adatok elő és utófeldolgozását ArcView 9.1 szoftverrel történtek. 3

6 2 NUMERIKUS MODELLEZÉS LÉNYEGE ÉS A FELHASZNÁLT SZOFTVEREK ISMERTETÉSE 2.1 A modellezés szerepe az EU Vízkeret Irányelv végrehajtásában és a vízgazdálkodási tervekben a határmenti területeken A határ mindkét oldalán olyan vízgyűjtő-gazdálkodást kell folytatni az EU Vízkeret Irányelv és az annak alapján született nemzeti jogszabályok alapján, mely elősegíti, hogy a vizek 2015-ig jó mennyiségi és minőségi állapotba kerüljenek. A felszín alatti vizek esetében a jogszabály szerint a környezeti célkitűzés az, hogy a vízgyűjtő gazdálkodási tervnek tartalmaznia kell a jó mennyiségi és minőségi állapot eléréséhez, illetve fenntartásához szükséges terveket, így azoknak az intézkedéseknek a körét, amelyek megelőzik, megakadályozzák, illetve korlátozzák a felszín alatti vizek állapotának romlását, a szennyezőanyagoknak a felszín alatti vizekbe történő bejutását. A jogszabályok előírják, hogy a vízgyűjtő gazdálkodási terveknek a víztestek leírásán, állapotfelmérésén, az emberi tevékenységek hatásainak számbavételén és értékelésen kell alapulniuk. A hidrodinamikai modell egy eszköz arra, hogy a víztesteket jellemző hidrogeológiai jellemzőket egységes, mindenki számára, és különösen a nem szakemberek számára érthető formába öntsük. A hidrogeológiai értékelésekkel a leírás mellett a következő hatásokat lehet vizsgálni: a víztestek együttes jelenlegi mennyiségi és minőségi állapotát, a víztestek beavatkozások előtti lehetséges állapotát, a víztestek jövőbeli állapotát a két ország által az EU VKI alapján közösen meghatározott vízgazdálkodási tervek esetében. A hidrogeológia jelenségek, folyamatok numerikus modellezése során a területről alkotott előzetes képünk (hidrogeológiai elképzelésünk) modellbe építése után azt tudjuk vizsgálni, hogy a vizsgálni kívánt folyamat egyes összetevőjének változtatása milyen hatással van a rendszer egészére. A modellalkotás előtt egy előzetes koncepcióra van szükség, amely a vizsgálandó terület viselkedését főbb vonalakban jellemzi. Ennek a modellbe történő építése után, a modell helyességét pontosan azzal tudjuk ellenőrizni, hogy az előzetes koncepciónknak a modellel alkotott eredmények megfelelnek-e vagy sem. Az elméleti modell helyes megalkotása kiemelt fontosságú, mert hibás elméleti modell esetén függetlenül attól, hogy a számított eredményeink illeszkednek a hibás koncepciónkhoz, minden további, a modellből levonható következtetés hibás, mert a kiindulási feltevés is rossz volt.. A modellalkotás során arra törekszünk, hogy a koncepcionális modell által elvárt folyamatokat az alkotott modell valamilyen szinten leírja. A valóságos, összetett folyamatok egzakt leírására nincs módunk, csupán a főbb tendenciák közelítésére, modellezésére vállalkozhatunk. A numerikus modell esetében következésképpen nem várhatunk el nagyobb pontosságot, mint a rendelkezésünkre álló koncepcionális modellalkotás során felhasznált bemenő adatok által megadott pontosság. A valóságot közelítő, az azt leíró 4

7 egyenletrendszerben mivel parciális differenciál-egyenletredszert oldunk meg, iteratív vagyis nem egzakt módon bizonyos diszkretizálást hajtunk végre, vagyis a tér adott méretű elemeire próbáljuk megadni az általunk vizsgálni kívánt paraméterértéket. A valóságban a hidraulikai modelleket a modellezett területen található vízszintfigyelő objektumokban mérhető vízszint valamilyen jellemző értéke és a modell által ugyanarra a pontra meghatározott számított vízszint értékek összevetésével ellenőrzik a modell helyességét (kalibráció). A numerikus modellekben a valós földtani helyzet egyszerűsített leírására törekszünk, hiszen a valós, bonyolult földtani felépítést a modellbe építeni csak közelítőleg lehetséges. A modellek technikai sajátossága, hogy sok esetben olyan térrészre is (pl. nagy mélységű réteg), amit direkt módon nem vizsgálhatunk, vagy nem rendelkezünk közvetlen mérési adattal, folytonos paramétermezőt kell előállítanunk, és ezen paraméter kombinációk mellett tudjuk elvégeztetni a számítást. Mivel a legtöbb esetben a földtani paraméterek közvetlenül nem mérhetőek, illetve, ha rendelkezünk is mért értékkel, az nem szükségszerűen reprezentatív a modellezett tér egészére, ezért valamilyen megfontolás alapján paramétereket kell megadnunk. A megfelelő koncepcionális modell felépítése a modellezési folyamat legfontosabb része. A modellezés alapját szolgáltató fontosabb szakmai koncepciókat az alábbiakban ismertetjük. Globálisan vizsgálva a föld víztömege konstansnak tekinthető, a földi vízciklus tehát zárt hidrológiai rendszert alkot, de egy tetszőleges területet tekintve azonban, a vízkörforgalom nyílt rendszerként értelmezhető, melynek alrendszerei a felszín alatti vizek szempontjából a növényzet, a medertárolás, a földfelszín, a talajnedvesség és a felszín alatti vizek, amelyek a dinamikus rendszerek elvén működnek. Egy komplex, felszíni-felszín alatti nyitott, mesterséges vízkivétellel nem terhelt, vízgyűjtőegységre a fentiek alapján, a következő vízmérleg írható föl: Betáplálás=Kimenet±Tározás A rendszerbe való betáplálást a csapadék, a felszíni és a felszín alatti víz-hozzáfolyás jelenti. A víz az alrendszerekben tárózódik, amelyek folyamatos és összetett kölcsönhatása révén a rendszerben tárolt felszíni és felszín alatti víz mennyisége megváltozik. A rendszer kimeneteit a fizikai párolgás (evaporáció), a növényi párologtatás (transpiráció), a felszíni és a felszín alatti víz-elfolyás teszi ki. A vázolt hidrológiai készlet adott térfogatra és időtartamra vonatkoztatható. A fentiekből következik, hogy egy rendszerből hosszú távon nem vehető ki a betáplálást meghaladó vízmennyiség a tárolt vízkészlet mennyiségének káros mértékű csökkentése nélkül. A vízkészletek fenti módon történő számítása, ha ismerjük a bemenő és kimenő paramétereket viszonylag egyszerű matematikai feladat. A problémát általában az jelenti, hogy nem tudjuk pontosan a térrészt, a rendszert, a hidrogeológiai egységet, amire a számításokat el kell végezni, pedig ez az egész vízkészlet gazdálkodás alapja. Nehezíti a megoldást, hogy a vízkészlet gazdálkodás nemcsak ökológiai kérdés, hanem gazdasági, ily 5

8 módon a rendelkezésre álló vízkészletet sokszor nem regionálisan, hanem termelőkút szintjén kell meghatározni. A vízkészlet gazdálkodást semmi esetre sem lehet csak földtani alapon meghatározott kőzettestekhez kapcsolódó vízkészletekhez kötni, igen fontos szerepe van az utánpótlódás mértékének, azaz a vízgyűjtők nagyságának és jellegének. A felszín alatti vízgyűjtők meghatározása azonban már bonyolultabb feladat. A gravitáció által vezérelt felszín alatti vízmozgást a hidrogeológiai környezet elemei módosítják, ezért egy adott régió vízáramlási rendszere és vízháztartása egyedivé válik. A hidrogeológiai környezet a következő három fő elemből áll: - Az áramlási tér geometriája - Az áramlási tér földtani felépítése - Az éghajlati viszonyok A topográfia legfontosabb hatása az, hogy a domborzat vonásainak, a lineáris lejtéstől való eltérésének megfelelően, különböző áramlási rendszerek alakulhatnak ki. Általánosan a felszín alatti vízáramlási rendszerek háromfélék lehetnek: - regionális - köztes (intermedier) - helyi (lokális) A különböző áramlási rendszerek mindegyikéhez háromféle áramlási rezsim tartozik: beáramlás, átáramlás és kiáramlási. Egy rendszer: - regionális, ha az áramlás a medence fő vízválasztójától a fő megcsapolódási területéig tart ezek földrajzilag is távol vannak egymástól és alacsonyabb hierarchiájú köztes és helyi rendszereket ölel át. - intermedier, ha két végpontja nem esik egybe a fő vízválasztó és a fő kiáramlási területtel, és ezek egy vagy több lokális rendszert fognak közre - lokális, ha a be- és a kiáramlási területe szomszédos és ezek nem a fő vízválasztó, illetve a fő megcsapolódási területen vannak, valamint adott méretarányban szemlélve már nem tagolható tovább Egy medencén belül a regionális léptéktől a helyi lépték felé haladva a rendszerek mélysége és kiterjedése egymáshoz viszonyítva csökken (1. ábra) Az áramképet alapvetően a felszíni topográfiai különbségek határozzák meg, mivel ezek generálják a hajtóerőt. Ezért főképpen a talajvíz rendszerek esetén a felszíni és a felszín alatti vízgyűjtők megegyeznek. A földtani felépítés azonban, amely az áramlási teret felépítő összletek heterogenitásából és anizotrópiájából adódik, jelentősen befolyásolhatja a felszín alatti vízáramlási képet és az áramlás intenzitását. A permeabilitás térbeli változásának leggyakoribb geológiai okai: a rétegek dőlése, a rétegek összefogazódása, illetve kiékelődése, lencsék és vetők jelenléte. 6

9 1. ábra: Egy medencén belüli áramlási rendszerek és rezsimek (TÓTH, 1984 ) Az áramképet és az áramintenzitást a különböző klimatikus tényezők is befolyásolják: nagy mértékben a csapadék, továbbá a hőmérséklet, szélerősség. Nagyon csapadékos, alacsony evapotranszpirációjú területeken, a vízszint a felszín közelében van, így az áramlást erősen meghatározza a felszíni domborzat. Száraz területeken, ahol a vízszint több tíz vagy száz méterrel a felszín alatt lehet, az áramlási hálózat és a felszín topográfiája között nem ismerhető fel az összefüggés. A vízföldtani modellek segítségével választ kereshetünk a természetes megcsapolódási helyeken a felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák vízigényeinek kérdésére is. A felszín alatti víztől függő felszíni vízi és szárazföldi ökoszisztémák fennmaradását, a felszín alatti víztestek mennyiségi és minőségi szempontú jó állapotban tartása biztosítja. Az elkészülő modellek lehetővé teszik, hogy vízmérleg-számítás segítségével az adott víztest terhelésének különböző eseteiben vizsgálni lehessen a felszín alatti vizektől függő ökoszisztémákhoz jutó vízmennyiséget, és ennek valószínűleg bekövetkező változásaikor értékelni lehessen az ökoszisztémákra gyakorolt hatását. 2.2 A modellezésre felhasznált szoftver általános ismertetése A modellezési munkákhoz, mivel mindkét esetben bonyolult szerkezetű karsztos objektumokról modellezéséről van szó, a WASY Ltd. által fejlesztett véges elem módszert alkalmazó FeFlow (Finite Element Subsurface Flow System) 6.0 verzióját használtuk. A FeFlow számítógépes szoftver, olyan interaktív, grafikus alapú modellező rendszer, amellyel két- és három dimenzióban lehet megjeleníteni a felszínalatti víz áramlási rezsimjét. Az eredmények bemutathatók felületi vagy keresztmetszeti (horizontális, vertikális vagy tengelyszimmetrikus) képként is. A modellezés során figyelembe lehet venni 7

10 a víztartó réteg (nyomás alatti vagy nyílt tükrű) és a szennyező anyag tulajdonságait, a különböző áramlási rezsimeket (beszivárgás, tranziens áramlás, t is. A véges elemes módszernél jellemzően (de nem szükségszerűen) a vizsgálandó térrészt háromszög alapú hasábelemekre bontjuk, egy hasábelemnek 6 csomópontja van, amely mentén érintkezik a mellette ill. alatta-felette levő elemekkel. A megoldás során az érintkezési csomópontokra adjuk meg a számításhoz szükséges bemeneti paramétereket, majd az egyenletrendszer megoldása után ezekre a csomópontokra határozzuk meg a vizsgálni kívánt paramétert. Előnye a módszernek, hogy a változatos felépítésű vizsgálandó terület rugalmasan követhető. A véges elem módszer alapgondolata a lokális közelítés elve, ami azt jelenti, hogy az egyes felvett elemek mentén a keresett mezőket (nyomásszint, szivárgási sebesség, szennyezőanyag-koncentráció és csapadékeloszlás) előre felvett paramétereket tartalmazó függvényekkel közelítjük. A lokálisan felvett közelítő függvényeket azután a szomszédos elemek mentén valamilyen hibaelv alapján illesztjük, így végül a teljes vizsgált tartományra előállítunk egy megfelelő rendben folytonos közelítő mezőt. A FEFLOW szoftver több áramlás szimulációs probléma megoldására alkalmas modullal rendelkezik (folyadékáramlás, transzport folyamatok, kapcsolt hőáram szimuláció, folyadéksűrűség által indukált áramlások). A FEFLOW teljes két- és háromdimenziós, véges elemű módszert alkalmaz azon parciális differenciál egyenletek megoldására, amelyek leírják az alábbi egymással kölcsönösen összefüggő folyamatokat: - felszín alatti vízáramlás dinamikája, amely függhet a folyadék sűrűségétől is; - szennyezések konvektív és konduktív transzport folyamata, amelyre hatással lehet az adszorpció; - hidrodinamikai diszperzió és elsőrendű kémiai reakció; - felszín alatti transzport folyamatok, amelyek lehetnek mind a szennyező anyagok mind a hőmérséklet különbség hatására kialakuló sűrűségváltozással kapcsolatos jelenségek (termohalin / hőáramlás). (A hő- és sűrűségváltozással kialakuló áramlások modellezése külön modulban van.) A kiindulási és határfeltételek meghatározása viszonylag általános lehet, így különböző típusú, tetszés szerinti geometriájú modell is megadható. Ennek megfelelően, kevert feltételek kezelését (például a felszíni víz kölcsönhatásai vagy termelő és besajtoló kút működése), valamint sűrűségáram határfelületek kezelését is megengedi a program, a kiindulási egyenletek alternatív alkalmazásával (transzport egyenletek divergenciája). A FEFLOW választási lehetőségeket tartalmaz az áramlás, a szennyezőanyag és a hő transzportra, ami lehet: - kombinált és különálló; - nemlineáris (folyadéksűrűséggel kapcsolatos) és lineáris; - teljesen tranziens, félig állandó és állandó állapotú szimuláció. Az első és másodrendű véges elemek négyoldalú és háromszög térbeli eloszlási sémáit a kétféle, sokoldalú hálógenerátor hozhatja létre. A tranziens problémák megoldásához beépítettek első és másodrendű időléptetési sémákat is a szimulátorba. Két fő alternatíva létezik: az egyiknél rögzített (előre meghatározott) időlépcsőkkel teljesen implicit, vagy magasabb rendű Crank-Nicholson 8

11 időintegráció séma kerül végrehajtásra; a másiknál pedig egy jósló-javító (predictorcorrector) időléptetési módszert alkalmaz a FEFLOW, amely lehetővé teszi a tranziens megoldási folyamat teljesen automatikus ellenőrzését és gyors lefuttatását. A FEFLOW többféle háromdimenziós grafikus eszközt is tartalmaz a négydimenziós tér-idő modell adatok vizuális vizsgálatára. Ezek a következők: viziometrikus háromdimenziós működés, térfogati és felszíni megjelenítés, tengely körüli forgatás (rotáció), áthelyezés (transzláció), árnyékolás, három-dimenziós kurzor, tetszőleges metszetek, határok megjelenítése, izofelületek megrajzolása, térkép beillesztés, terjedési útvonalak megjelenítése, áramlási vektor minták választása és izokrónok kijelölése. A szimulált folyamatok természetétől és a víztároló közeg heterogeneitásától függően a modellező szabadon választhatja meg az egyenletrendszerek megoldásmódszerét, tekintve, hogy a program többféle iterációs vagy direkt megoldásmódszert javasol. A megoldási módszer kiválasztásánál természetesen a folyamatokat leíró egyenletek, a víztároló közeg geológiai szerkezetének és a megoldandó egyenletrendszerek numerikus tulajdonságainak ismerete nagy szerepet játszik. Az adatbevitelt, az eredmények értelmezését és reprezentációját nagyban megkönnyíti a szoftver közvetlen kapcsolata az Arcview/ArcInfo típusú térinformatikai adatbázis felé, de kommunikál egyéb szoftverekkel is különböző, széles körben elterjedt file típusokon keresztül (DXF, TIFF, ASCII). Lehetőség van raszter képek geo-referenciájára, rektifikációjára és feltöltésére egy önállóan is használható segédprogram alkalmazásával (FEMAP). Az eredmények grafikus ábrázolása, dokumentálása egy saját reprezentációs program (FEPLOT) segítségével is lehetséges. 2.3 Az alapértékelésekhez felhasznált szoftverek A numerikus modellezésen kívül az adatbázis kialakításában, a digitális domborzati viszonyok és lefolyási modellek elemzésében az ArcView 9.1 szoftvert alkalmaztuk, amely a földrajzi információk létrehozására, importálására, szerkesztésére, lekérdezésére, elemzésére valamint térképezésére és publikálására használható szoftver. Az ArcView 9.1 összekapcsolt alkalmazások sora, amely magába foglalja többek között a következőket: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, 3D Analyst Megfelelő módon használva ezeket az alkalmazásokat, elvégezhetünk GIS feladatokat, mint térképezést, földrajzi elemzéseket, adatok szerkesztését és összeállítását, adatkezelést, megjelenítést és georeferálást. Az ArcMap a központi alkalmazása az ArcView 9.1 szoftvernek, amivel az összes térképalapú feladat elvégezhető. Kétféle térképi nézetet kínál fel számunkra: a földrajzi adat nézetet és a nyomtatási kép nézetet. A földrajzi adat nézetben a földrajzi rétegeinket szimbolizálhatjuk, azokon elemzéseket végezhetünk és GIS adatszerkezetekbe szervezhetjük azokat. A nyomtatási kép nézetben, a térképlapokon a földrajzi adataink mellett megjelennek a térképi elemek, úgymint: léptékek, jelmagyarázatok, északnyilak. Az ArcCatalog alkalmazás segítségével rendezhetünk és kezelhetünk minden GIS adatot, például térképeket, globe-okat, adatcsoportokat, modelleket, metaadatokat és szolgáltatásokat. 9

12 Az ArcToolbox tartalmazza a geoprocesszálási eszközök széles spektrumát, köztük: adatkezelést, adatkonverziót, fedvények kezelésének eszközeit, vektorelemzést, statisztikai elemzéseket. A geoprocesszálás magába foglalja a már létező GIS adatok elemzése eredményeképp létrejövő információkból új adatok előállítását. Felhasználható nagyon sok GIS feladat végrehajtásakor, úgymint szomszédsági, átlapolási elemzések, adatkonverziók, adatösszegzési műveletek, mennyiségi és minőségi elemzések, adatellenőrzések. Az ArcGIS 3D Analyst bővítmény hatékony háromdimenziós megjelenítést, valamint elemző és felületgeneráló eszközöket biztosít a felhasználó számára: felületmodell építése számos támogatott adatformátumból, háromdimenziós nézetek létrehozása közvetlenül a saját GIS adatainkkal, terület, térfogat, lejtés, kitettség és domborzatárnyékolás számítása, interpoláció stb. 2.4 A felszín alatti vízáramlás numerikus modellezésének lépései és kapcsolatai A numerikus szimulációnál az általános, elfogadott modellezési folyamatot követtük, melyek lépései az alábbiak (2. ábra): 1. A valódi rendszer megismerése a lehető legteljesebb mértékben: adatgyűjtés, információ rendszerezés, feldolgozás, hibaszűrés. 2. A valódi rendszer megismerésének összefoglalása, koncepcionális modell (hipotézis) felállítása: geológiai szerkezet, morfológia, kutatási terület lehatárolás, attribútum mezők (szivárgási tényező mező, beszivárgási térkép, hőáramlás, stb.) meghatározása. 3. A koncepcionális modell áttranszformálása numerikus modellé. Ez a fázis egyrészt a koncepcionális modell bizonyos fokú egyszerűsítését, másrészt a numerikus modellezés technikájából kifolyólag hipotetikus adatok bevitelét igényli. A modell szimulációjával mintegy ezen adatok realitását és következményeit teszteljük. 4. A numerikus szimuláció eredményeinek visszacsatolása a valódi rendszerbe, eredmények ellenőrzése, elfogadása vagy elvetése az adott probléma tükrében. Javaslatok a koncepcionális modell módosítására, új hipotézisek felállítása. A modellezésnél az alábbi alapvető feltételeket vettük figyelembe: a modell a realitásoknak megfelelő mértékben írja le a valóságban bonyolult földtani felépítést. A szivárgáshidraulikai paraméterek (szivárgási tényező, hézagtényező, stb.) a földtani képpel ne kerüljenek ellentmondásba (a földtani leírás alapján a paraméterek általában csak nagyságrendi pontossággal adhatók meg, valamivel jobb volt a helyzet, az olyan területrészeken, ahol geofizikai eredményekkel rendelkezünk). a további számításoknál általában az átlagértékek vehetők figyelembe, de sorosan és párhuzamosan kapcsolt vízvezető rendszereknél a segédletnek megfelelő eredő értéket veszünk figyelembe (a horizontális, rétegirányú vízvezető képesség tekintetében nem hanyagolható el az ún. lencsehatás, ami a vízvezető réteg kisebb áteresztő képességű részeinek meghatározó szerepét jelenti, a vertikális, a rétegzettségre merőleges 10

13 szivárgásoknál pedig az ún. hidrogeológiai ablakok százalékos arányát kell párhuzamosan kapcsolt vízvezető elemként figyelembe venni. a modell peremein lehetőség szerint ismertetni kell a tényleges vízszinteket, illetve nyomásokat, azok múltbeli alakulását, a modell területén figyelembe kell venni a talajvízszintre és a rétegvízszintre, ezek múltbeli alakulására vonatkozó információkat, a felszínközeli képződmények és a hidrometeorológiai viszonyok ismerete alapján figyelembe véve a növényzetet is meg kell becsülni a talajvízháztartást, az eredő leszivárgást a talajvízből, vagy a feláramlást és a többletpárolgást, a felszíni vizekkel vízfolyásokkal, állóvizekkel, esetleges időszakosan jelentkező belvizekkel összefüggő talaj-, illetve felszín alatti vizek kapcsolatát a mederviszonyok lehetőség szerinti ismeretében kell meghatározni, a modell által számított és a mért vízállások összehasonlításánál figyelemmel kell lenni a permanens vagy nem permanens szivárgási állapotra (a valóságban nem permanens állapotok és a permanens állapot feltételezésével végzett modellezés eredményeinek összehasonlítása téves következtetésekre vezethet) a mért- és számított nyomásállapot tér- és időbeli összevetésén túl a rendelkezésre álló információk függvényében figyelni kell arra, hogy a modellt az eddig lejátszódott transzportfolyamatok is verifikálják, az erre alkalmas vízminőségi és izotóp adatokat kell felhasználni. 2. ábra. Numerikus szimuláció modellezési folyamata 11

14 3 A PROJEKTBEN KIVÁLASZTOTT KÉT MODELLTERÜLET A projekt tárgyát a romániai mintaterületen 4 határral metszett porózus víztest (ROCR01, ROCR06, ROCR07, ROCR08) valamint az ezekkel szomszédos karsztos víztest képezi (ROCR02 ) (3. ábra). Ez utóbbi, ha nincs is határon átnyúló víztestként lehatárolva, litológiai egységei fellelhetőek a porózus víztestek aljzatában. A mintaterületek kiválasztásánál szempont volt, hogy a nagy kiterjedésű porózus víztestek olyan területrészeit modellezzük, ahol pontosíthattuk a különböző áramlási rezsimeket, illetve ahol kimutathattuk a különböző mélységben elhelyezkedő víztestek egymás közötti és a szomszédos, beáramlási karsztos területrésszel való kapcsolatát. 3. ábra. A projekt által vizsgált víztestek és a modellezett mintaterületek A vizsgált felszínalatti víztestek a Körösök vízgyűjtőterületén lettek lehatárolva. A ROCR01 sekély porózus, negyedidőszaki üledékekben kifejlődött talajvíztest határa az Ér, a Berettyó, a Sebes-, Fekete- és Fehér-Körös folyók árterének vonalát követi. Teljes kiterjedése 8787 km2, amiből 6700 km2 esik Románia területére. Ez képezi az alatta elhelyezkedő, középmélységű víztestek fedőjét. 12

15 A középmélységű, porózus víztest a Romániába eső kutatási terület délnyugati részén húzódik, a Nyugati-alföld részeként. Déli határa a Berettyó, északon túlnyúlik a projektterület határán (majdnem a Szamosig terjed), nyugatról a mai magyar-román határ határolja, és kb m mélységközben található, alsó negyedkori (pleisztocén) ártérifolyóvízi, porózus-permeábilis üledékekben. A víztározó összletet finom- és középszemű homokrétegek és agyag, homokos agyag szemi permeábilis és impermeábilis rétegek váltakozása jellemzi. A víztest fedőjében a ROCR01, Oradea talajvíztest található. Az 5-20 m vastagságú összletet a folyami hordalékkúpok keletről nyugatra finomodó üledékei alkotják (kavics, homok, agyagos homok, agyag), viszonylag védelmet biztosítva a rétegvizeknek az esetleges felszíni elszennyeződés ellen. A víztestre egységes hidraulika jellemző, a talajvízzel azonos, vagyis K-NY fő áramlási iránnyal, a hegylábtól a határ felé, kivétel az Ér környéke, ahol az áramlási irány Ny-K irányú. A hidraulikus gradiensek 0,0003-0,005 között változnak, északról dél fele csökkenő értékekkel. A piezometrikus vízszintek átlagos értékei nem térnek el lényegesen a talajvízszintektől: 1 m (az Ér-völgyében) és 7 m mélységközben változik. A víztest legfontosabb hidrogeológiai paraméterei: a hidraulikus vezetőképesség K=1-15 m/nap, transzmisszivitás T= m 2 /nap, fajlagos hozam q=0,2-1,5 l/s/m A ROCR07 középmélységű, porózus víztest a Romániába eső kutatási terület délnyugati részén húzódik, a Nyugati-alföld (Nagy-Alföld K-i pereme) részeként. Északi határa a Berettyó, délen túlnyúlik a projektterület határán (a Marosig terjed), nyugatról a mai magyar-román határ határolja, és kb m mélységközben található. A víztárózó összletet homokok, homokos-kavicsok, helyenként görgetegek alkotják. A durvább üledékek a keleti peremen, a hegylábi területeken válnak gyakoribbá. Az üledékösszletben viszonylag hangsúlyos, folytonos rétegződés észlelhető. A permeábilis rétegeket szemi- vagy impermeábilis rétegek váltják, helyenként ez utóbbiak kerülnek túlsúlyban A víztest fedőjében a ROCR01, Oradea talajvíztest található. Az 5-20 m vastagságú összletet a hordalékkúpok keletről nyugatra finomodó üledékei alkotják (kavics, homok, agyagos homok, agyag), viszonylag védelmet biztosítva a rétegvizeknek az esetleges felszíni elszennyeződés ellen. A felszínalatti víz fő áramlási iránya, akárcsak a talajvíz esetében K-Ny irányú, a hidraulikus gradiensek értékei is megegyeznek 0,003-0,0006. A víztest hidrogeológiai paraméterei már nem egyeznek meg a talajvíztestével, ennél alacsonyabb középértékűek: a hidraulikus vezetőképesség K=3-30 m/nap, transzmisszivitás T= m 2 /nap. A nagy mélységű ROCR08 Arad Nagyvárad Szatmárnémeti víztest a Romániába eső kutatási terület majdnem teljes egészét lefedi, a Nyugati-alföldtől a domb- és hegyvidéki részekig. Északon és délen is túlnyúlik a projektterület határán, nyugatról a mai magyarromán határ határolja. 13

16 A felszínalatti víztest porózus, pannon korú folyami és tavi eredetű üledékekben tárózódik. Fedőszintje általában 150 m mélyen található az alföldi térségben, és egyre fennebb kerül a hegyláb irányában, ahol a képződmények a felszínen is megtalálhatóak. Litológiai szempontból a víztárózó összlet közép- és finomszemű homok, homokkő, aleurit, agyag és agyagmárga rétegek igen sűrű váltakozásából áll. A permeábilis szintek vastagsága tág intervallumban, m között változik. A víztest fedőjében a sekély, illetve a középmélységű víztestek találhatóak, amelyek igen jó védelmet nyújtanak a szennyeződésekkel szemben. A felszínalatti víz nyomás alatt áll, de aláhúzandó hogy a víztesten belül a hidraulikus kommunikáció, főleg függőleges irányban nagyon alacsony. A fő áramlási irány a K-Ny, kivéve az Ér völgyét, amelynek drénező hatása még ilyen nagy mélységben is érezhető, habár jőval kisebb intenzitással. A piezometrikus nyomásszint a víztest területén ellaposodik, ami egy jóval kisebb térségi dinamikára utal. Ezt a hidraulikus gradiensek értékei is alátámasztják: 0,003 a Sebes Körös környékén, és mindössze 0,0003 a Szamos környékén. A transzmisszivitás értéke m 2 /nap, a vezetőképesség pedig 0,2-4 m/nap között váltakozik, a víztest kis potenciálértékét hangsúlyozva. Egyébként a vízkitermelés ebből a víztestből a legkisebb. A hegyvidéken a ROCR02 Zichy-határ (Zece Hotare), Királyerdő víztestben a felszínalatti vizek triász, júra és alsó-kréta korú erősen karsztosodott és repedezett mészkövekben és dolomitokban tárózódnak. A karszt teljes kiterjedése hozzávetőleg 452 km 2, amelyből 330 km 2 -nyi nyílt karszt. A legfontosabb vízkészleteket a nagy karsztrendszerekben tárolják. A karsztvizek utánpótlódása a csapadékból és felszíni vizekből történik, ami a sűrű repedés- és töréshálózaton keresztül kerül a rendszerbe. A megcsapolások lineárisok, pontszerűek vagy diffúzak. Nagyon sok forrás van a területen, amelyek hozama l/s között változik. A karbonátos kőzeteket helyenként permo-mezozoós molasz jellegű (homokkő, konglomerátum), eltérő permeabilitású képződmények fedik. A vízkémiai vizsgálatok alapján a karsztvizek típusa hidrogénkarbonát-kálcium, hidrogénkarbonát-kálcium-magnézium, szulfát-kálcium. Mivel nem végeztek mikrobiológiai vizsgálatokat, a fémtartalom, szénhidrogének és peszticidek kimutatása sem történt meg, a vizek szennyezettségi foka nincs megállapítva. A víztest természetes védettsége alacsony, de a területen a szennyezőforrások hiánya mégis jó védettségi feltételeket biztosít. A modellterületek meghatározásakor elsődleges szempont volt a főként természetes peremekkel lehatárolható, egységes vízforgalommal jellemezhető felszín alatti vízgyűjtő szemléletű koncepció, amellyel egy régió vízháztartása kielégítő pontossággal leírható. 14

17 2.5 A Királyerdő modellterület A ROCR02 karsztos víztesten, a modellezett területrész a Kiráyerdő-hegység É-i részén került kijelölésre a hidrológiai és hidrogeológiai viszonyok ismeretében. Nagy része a felszíni vízgyűjtőterületek határaival esik egybe Északon a Sebes-Körös, nyugaton a Vércsorogi-völgy mentén a Zgleamânul- karsztplató pereme határolja, déli határa nagyjából a Fekete-Körös vízválasztójának vonalát követi, de mivel a karsztos területre mélyen benyúló porózus víztestekkel való kapcsolatot is figyelembe vettük, a határt ettől valamivel délebbre jelöltük ki: a Poieni- és Vida-völgyek vízválasztója mentén húzódik, amely Tomnatec, és Zecehotare falukat érintve jut el a Damişt átszelő völgyig. A területe keleti határa Damiş és Barátka között húzódik, a Brătcuţa völgyben. A teljes modellterület 235 km 2 -t tesz ki. A vizsgálataink fókuszában elsősorban a karsztos területek áramlási viszonyai állnak, továbbá a fent említett porózus víztest-csoport kapcsolata a karsztos beáramlási zónával. A Királyerdő technikai modellterületét határoló poligon főbb sarokpont-koordinátáit az 1. táblázat összegzi STEREO70 rendszerben. Ssz. X Y táblázat: A modellterületét határoló poligon sarokpont-koordinátái 2.6 A Nagyvárad Félix-fürdő környéki modellterület A porózus víztestek területén a négy sarokponttal meghatározott, négyszög alakú technikai modellterület Nagyváradtól D-re, Félix és 1 Mai-fürdők környékén lett kijelölve. A tágabb kutatási területen belül, ez a rész jellemzi legjobban az alföld és a hegyvidék közötti átmenetet, azaz hidrogeológiai szempontból itt jól tanulmányozhatók a különböző hidraulikai rezsimek tulajdonságai, beáramlási, átáramlási területek. Magába foglalja a ROCR08, ROCR02 víztestek kontaktövezetét is: a Bihari paraautochtonhoz (Királyerdő) tartózó aljzat Félix-fürdő környékén felszínközelben található, erre települt rá a poszttektonikus fedő, pontosabban a pannon összletek, mivel az idősebb neogén üledékek itt kiékelődnek. A vizsgált modellterület határa északon a Sebes-Körös, innen tovább, a modellterület nyugati oldalán a Ghirişu de Criş Gepiu Ianoşda települések vonalán halad, majd délen egy szakaszon a Valea Şesului-t, illetve a Valea Gepişului-t követi Gepiş községig, innen egyenes vonalban halad a Valea Satului-ig (Ceica). Keleten a határvonal a Topa-folyó völgyét követi a forrásvidékéig (Tasádi-dombság), imnnen, a vízválasztón túl, Telegd 15

18 (Tileagd) településig a Körösbe tartó főbb vízfolyások mentén halad. A modellterület 896 km2-t tesz ki. A technikai modellterület sarokpontjainak koordinátáit a 2. táblázat összegzi, úgyszintén STEREO270 rendszerben. X Y minimum maximum táblázat: A modellterületét határoló poligon sarokpont-koordinátái A vízföldtani felépítés meghatározza a módszert, amellyel a víztesteket modellezni kell. Jelen munka során modellezett területrészek vízföldtani szempontból két csoportba oszthatók: kapcsolódó porózus- és hasadékvíztartó rendszer, illetve karsztvíztároló rendszer. 16

19 4 A MODELLBEN FELHASZNÁLT ADATFORRÁSOK ISMERTETÉSE A modellezéshez szükséges bemenő alapadatokat saját mérések és vizsgálatok, illetve területen korábban készült kutatási eredmények szolgáltatták: Geofizikai mérések (az általunk végzett VESZ-mérések a modellek függőleges felosztásának pontosítására szolgáltak) Kútadatok, vízkivételi helyszínek adatai, kalibrációs vízszintadatok (részben a kútfelülvizsgálat eredményeit, részben Román Nemzeti Vízügyi Társaság ( Apele Române ) és a Tiszántúli Vízügyi és Környezetvédelmi Igazgatóság által rendelkezésünkre bocsátott dokumentáció) folyók helyzete, folyóvízállások adatai (hivatalos mérőállomások publikus adatai) csapadék adatok (Román Nemzeti Vízügyi Társaság által rendelkezésünkre bocsátott dokumentáció) szivárgáshidraulikai paraméterek (a területen eddig készült vízfestési vizsgálatok eredményei, illetve irodalmi adatok alapján) források helye, vízhozam-adatai (saját mérések és irodalmi adatok) A modellezéshez felhasznált térképi állományt a Kolozsvári Babeş-Bolyai Tudományegyetem bocsátotta a rendelkezésünkre, részben megvásároltuk a legújabb kiadványokat Románia 1: és 1: méretarányú digitalizált topográfiai térképe, 1: méretarányú geológiai térképe, 1: méretarányú térkép a kutatási területre a Királyerdő-hegység hidrogeológiai térképe (Oraseanu I, Iurkiewicz A, 2010) az általunk előállított digitális domborzati adatok X, Y STEREO270, Z: Balti tengerszint rendszerben, vízrajz, repedéshálózat, vízgyűjtők, települések shape állományban a földtani képződmények és a hidrosztigráfiai egységek felszíni elterjedése shape állományban 17

20 5 A KIRÁLYERDŐ-MODELL BEMUTATÁSA 5.1 A modellezett terület lehatárolása Mint ahogy a 3. fejezetben már ismertettük a modellezett területrész a Kiráyerdőhegység É-i részén került kijelölésre a hidrológiai és hidrogeológiai viszonyok ismeretében. Nagy része a felszíni vízgyűjtőterületek határaival esik egybe Északon a Sebes-Körös, nyugaton a Vércsorogi-völgy mentén a Zgleamânu karsztplató pereme határolja, déli határa nagyjából a Fekete-Körös vízválasztójának vonalát követi, de mivel a karsztos területre mélyen benyúló porózus víztestekkel való kapcsolatot is figyelembe vettük, a határt ettől valamivel délebbre jelöltük ki: a Poieni- és Vida-völgyek vízválasztója mentén húzódik, amely Tomnatec, és Zecehotare (Zichy -határ)falukat érintve jut el a Damişt (Dámos) átszelő völgyig. A területe keleti határa Damiş és Barátka között húzódik, a Brătcuţa (Barátka)- völgyben. A teljes modellterület 235 km 2 -t tesz ki (4.ábra). 4. ábra: A modellezett terület lehatárolása 18

21 5.2 A Királyerdő-hegység földrajzi földtani és vízföldtani jellemzői Geomorfológiai adottságok A Királyerdő az Erdélyi középhegység ÉNy-i részén helyezkedik el, ujjszerű alakja egészen Nagyváradig nyúlik el. A hegyvidéket északon a neogén Bárodi-medence (Sebes- Körös völgye), délen pedig a szintén neogén Belényesi-medence (Fekete-Körös völgye) határolja. Ezek nyilvánvaló, domborzatilag is megkülönböztethető határok. Nem így a keleti határ, ahol a hegységet a vulkanikus eredetű Vigyázó (Vlădeasa) masszívumától csak egy keskeny tektonikus árok választja el, ez a Jád-völgye. A nyugati határt, az alföld felé a Tasádfői-dombság képezi. A Királyerdő geológiailag jól ismert egység, amely morfológiailag két fő területre osztható a Vércsorog (Vârciorog) Dobreşti sík mentén. A karsztterület főként a hegység keleti felén bukkan felszínre, itt területe megközelíti a 330 km 2 -t (bár a Királyerdő teljes területe 670 km 2 ). A területen található nagyszámú változatos kőzettípus alakította ki a terület egyedi geológiai megjelenését, amely leginkább mozaikszerűen épül fel, eme felépítés oka azoknak a tektonikai folyamatoknak, amelyen a hegység keresztülment, így mindez egy morfológiailag kaotikus domborzatot eredményezett. A területen egyedi felépítésében homokkövek, konglomerátumok, és eruptív kőzetek is részt vesznek, ezen kívül depressziókban megtalálhatók a mészkövek, míg a fennsíkokon karsztplatók találhatók, zsombolyokkal, és víznyelőkkel. A domborzat lejtése DK-ÉNy-i, a fő gerinc vonalat csak a hegység egyik felében lehet meghatározni, amely a Hodrânguşa, Măgura Dosului, és a Rujeţ közt található. Továbbá a magas tengerszint feletti hatalmas karsztplatókat több izolált gerinc szabdalja fel, ez a durva geológiai felépítés a feküképződmények litológiai felépítésével magyarázható, vagy a víz által vájt mély völgyekkel. A másodlagos gerincek, amelyek fő iránya ÉK-DNY-i orientációjú, egybeesnek a fő geológiai szerkezeti irányokkal. Jelentős továbbá az ÉK-i taréj (Leşului-domb., Boţii-domb és a Preluca csúcs), amelyet DK-en az Acre mélyedés és a remetei (Remţi) karsztterület határol, ÉNy-on pedi a Chicera-Arsuri és a Ponoare-karsztplatók. Ezek követik a karszt depressziókat Damiş, Ponoraş, és a Cărmazan, elválasztja őket egy nem karsztos csúcs, és aztán következik egy éles domborzati váltás, amelyet követően óriási karsztplatók találhatók, úgymint a Zece Hotare, a Zgleămanu, és az Igreţ, amelyek ÉNy-i irányba a hegység határáig nyúlnak. A királyerdei modellterületének domborzati viszonyait a 5.ábrán mutatjuk be, amit az ARCGIS 9.1 szoftver 3D Analyst moduljának segítségével generáltunk. 19

22 5. ábra: A Királyerdő területén készült hidrodinamikai modell topográfiai térképe Hidrográfiai hálózat A Királyerdőben található felszíni vizek fő vízgyűjtői a Fekete- és a Sebes Körös, melyek vízválasztói jól definiálható határok a hegység DK-i felében. Az ÉNy-i területrészen, annak ellenére, hogy ez a terület egy karsztplató, a vízválasztó nem határozható meg egyértelműen, mivel a területen a felszíni vízfolyásoknak nincs domináns iránya. A Királyerdei hidrológiai hálózat nehezen térképezhető, mert a jól karsztosodott felszínen a vízfolyások nagy része, idővel a felszín alá kerül. A legfontosabb völgyek, amelyek átszelik a karsztterületet az Iad és a Brătcuţa völgye, amelyek a Sebes-Körös medencében találhatóak, a Vida és a Roşia mellékfolyóikkal, a Lazuri, a Sohodol, a Meziad és a Strâmturával, a Fekete-Körös völgyében. A karsztterület lehatárolásához ismernünk kell a felszíni vízfolyások útvonalát, továbbá a fő forrásokat. A Sebes-Körös medencéjében például, a Luncilor-patak (a Mişid-patak felső része) ideiglenesen teljesen felveszi a Brătcani-forrás vízét, míg a Mniera-patak (Cornet környékén) csak részben vezeti el a Moara Jurjii-forrás vizét. Hasonló folyamatok játszódnak le a vízgyűjtő patakoknál (a befolyási területeken), ezek a patakok útközben völgyekbe jutnak, ilyen a Poiana, és a Peştiş, mindkettő mellékfolyója a Topa folyónak, melynek vízgyűjtője a Fekete-Körös. A víz beszivárog ezeken a területeken, és mint forrás jelenik meg Aştileu-nál, amely vízgyűjtője a Sebes-Körösnek, ez lehet az egyik oka annak, hogy a két medence között nincs hidraulikai kapcsolat, hiszen a vízválasztók, így a felszíni, 20

23 illetve a felszín alatti vizek elhelyezkedése is más és más. Hasonló (bár kisebb területen) szituációval találkozhatunk a Şoimuşul Drept-patak felső medencéjénél, és a Vida-patak esetében, ahol a lefolyási területeken megjelenik egy felszín alatti víz utánpótlódás Földtani adottságok A Királyerdő (geológiai) fejlődése szempontjából nagyrészt a Bihari paraautochtonhoz tartozik. A terület déli, délkeleti szegmensét a Codru-takarók áttolt rendszere (Vălani-, Ferice- és Arieşeni-takarók), és a Vlădeasa banatitos kőzetei képezik, melyek elterjedése korlátolt. Az üledékes képződmények a Bihari paraautochton területén egy hatalmas homoklinális szerkezetet mutatnak (6. ábra), amelyben a kristályos aljzat a keleti, és a délkeleti részében bukkan felszínre, északra és nyugatra haladva pedig egyre inkább a fiatalabb üledékek kerülnek felszínre, egészen a késő-kréta rétegekig, melyek az 1 Mai termálfürdőig követhetők, Nagyvárad közelében. Tovább ÉK-re, és DNy-ra, a Királyerdő geológiai szerkezete, besüllyed a neogén Bárodi-, és Belényesi-medencék alá. 6. ábra: A Bihari paraautochton sematikus szerkezete Jelmagyarázat: Pm perm, Tr-triász, J-júra, K-kréta, T-tercier A paraautochton üledékes fedőképződményei a germán típusú tektonikai szerkezetre hasonlítanak, kissé gyűrt, és vertikális törésekkel szabdalt szerkezet figyelhető meg, melyet több részre oszt a nyugaton elhelyezkedő és egyre mélyebbre süllyedő lépcsőzetes szerkezet (V. IANOVIC ET AL., 1976). Három fő karbonátos sorozat figyelhető meg a területen. A Királyerdőben található karsztok fejlődése a késő-triásztól, a jura végéig, de főként a jelenlegi szakaszban, amely a paleogéntől kezdődött. Megállapítható, hogy a karsztformációk keletkezésének kora, az első két fázisban zajlott (bár ez vitatott), és csak azokon a területeken játszódhatott le, ahol a fedőüledékeket nem érte erózió. Az első generációhoz tartoznak az anisusi, és ladin korú mészkövek, illetve dolomitok, következésképpen ezek a területek törmelékes üledékkel fedődtek az eojura transzgresszió során. Ez jól ismert Şuncuiuş környékén, a helyi bányászati, és az ehhez kapcsolódó kutatási tevékenységeknek köszönhetően (a környékről tűzálló agyagot termeltek). A felső rétegben egy vastag agyagos képződmény található, amely vélhetően a fentebb említett transzgressziós folyamathoz köthető. 21

24 Ehhez kötődik a karszt fejlődés második szakasza, amelyet már jobban ismerünk, mert ehhez kapcsolódnak a területen található bauxitok felhalmozódások is. A bauxit bányászat feltárta az egykori durván erodált paleofelszínt, amely rengeteg üreget, kioldott járatrendszert, és karrmezőket tárt fel. Ezek megfigyelhetők Cornet-től Răcaş-ig és a Roşia forrás közelében. Erről a területről megállapítható, hogy számos bauxit réteggel fedett, az adatok a területen létesült kutatófúrások alapján állnak rendelkezésre, amelyekből részletes paleotopográfiai térképek készültek a jura végével bezárólag. Kétségtelen, hogy a területen található nagyszámú karsztforma fedett, a területen található mészkövek és dolomitok a főként a harmadik fázisú fejlődés során képződtek, amely a pleisztocéntől a mai napig tart. A harmadik fázisban a klimatikus, és hidrometerológiai viszonyok kedvezővé váltak a karsztos formák elterjedésére. A karbonátos terület nagysága a bihari paraautochton területén 304 km2, melyek közül 29 km2 található a Remeţi-árokban. Ezek után következett a mediterrán diasztrofizmus, melynek hatására alakult ki az áttolódott Codru-takarórendszer, ennek következtében kréta kori törmelékes üledékek kerültek a Királyerdő területére a szenon folyamán. Az eróziót elkerült szerkezet maradványai csak néhány feltárásban, a Roşia-medencében, a Remeţi-árokban és még néhány helyen maradt meg. A királyerdő területén található Románia legtöbb felszíni és felszín alatti karsztos képződménye. Az 1981-ben végzett felmérés szerint 680 barlang található a területen (GORAN, 1982). Jelenleg 32 db 1 km-nél hosszabb barlang ismert, többek között itt található Közép-Európa leghosszabb barlangja is, a 45,3 km hosszú Peştera Vântului, továbbá a Peştera Ciur-Ponor, amely 17,1 km hosszú, és a Stanu Foncii zsomboly, amely 339 m mély. A barlangok morfológiai és a hidrológiai adatait (260 barlang alapján) összevetve, (RUSU, 1988) megállapítható, hogy a barlangi folyosók hossza 297,75 m/km 2 ; 62,3%-a ezeknek a járatoknak fosszilis, 32,32%-a időszakosan aktív, és 5,38%-a állandó hidrológiai aktivitással rendelkezik. A barlangok eloszlása megegyezik a formációk korával, melyek megfigyelhetőek a barlangok bejáratánál, Rusu szerint 52,3%-uk jura korú mészkőben, 28,46%-uk eokréta mészkőben és, 18,46%-uk triász korú mészkőben, illetve dolomitban található A karbonátos üledékek előfordulásai a Királyerdő területén Litológiai felépítését tekintve az Királyerdő heterogén felépítésű, komplex szerkezeti és tektonikai körülmények alakították, ebből kifolyólag hidrogeológiailag is összetett terület. A terület korábban készített hidrogeológiai térképe (Orăşeanu I., Iurkiewicz A., 2010) alapján is jól látható, hogy a terület hidrológiai karakterét legfőképpen a litológiai és a szerkezeti felépítés határozza meg (7. ábra). 22