Hidrodinamikai vízáramlási rendszerek meghatározása modellezéssel a határral metszett víztesten

Átírás

1 Hidrodinamikai vízáramlási rendszerek meghatározása modellezéssel a határral metszett víztesten

2 Hidrodinamikai modell Modellezés szükségessége Módszer kiválasztása A modellezendő terület behatárolása,rácsfelosztás Peremfeltételek felvétele, alapadatok bevitele a modellbe Modell többszöri futtatása, bearányosítás Modellezés várható eredményei

3 Modellezés szükségessége A hidrodinamikai modellezés segítségével (ha megfelelő adatmennyiség áll rendelkezésünkre) a felszín alatti víztartókban lejátszódó folyamatok vizsgálhatóak, a vízmozgást leíró alapegyenletek numerikus módszerrel történő megoldásán alapuló számítógépes programok felhasználásával. Ennek alapján előre prognosztizálható a vízkészletre és dinamikára ható külső tényezők (emberi és természeti) hatása: vízkivétel, szennyezőanyagok terjedése, csapadékmennyiség stb. Segítségével elkülöníthetőek a víztesten a sérülékeny és kevésbé sérülékeny részek A modell eredményeinek segítségével hatásosabban meghatározhatóak azok az intézkedések, amelyek alkalmazásával közép és hosszú távon is fenntartható a víztest jelenlegi jó állapota

4 Módszer kiválasztása Processing Modflow, FeFlow v 6.0 permanens hidrodinamikai modellezés: felszín alatti víztartóban, egy időbeni folyamat matematikai leírása, véges diferenciál módszerrel

5 A modellezendő terület lehatárolása, rácsfelosztás A határon átnyúló víztest hidrodinamikai rendszerének megismerésére 4 hidrogeológiai modellt építünk fel: 1 db az egész területet egybefoglaló regionális modellt (Feflow 6.0) 3 db. úgynevezett mintaterületi modellt: - Királyrdői modell (beáramlási terület) (Feflow 6.0) - Félixi modell (átáramlási terület) (Feflow 6.0) - Berettyóújfalu-Komádi modell (kiáramlási terület) (Processing Modflow) A modellterület lehatárolása Alaptérképek, ArcView program Királyerdő-modell: a hegység É-i része, a Sebes Körös, és a Fekete Körös vízválaszója közé eső területrész Félix-modell: Váradtól D-re, Félix-fürdő tágabb környezet Alföld-modell: a TIKÖVIZIG hatásterületének D-i része Regionális-modell: az előbbi területek tágabb kiterjesztése, kb. 200 km2 A modell rácsfelosztása, csomopontfelosztása: A modell 500*500,100*100, 100*50, 50*50, m-es cellabeosztással és 3500 csomopontal (Feflow) készül

6 Geológiai felépítés, az egyes rétegek egymáshoz való viszonya, modell rétegfelosztása: -négyrétegű modell mindkét esetben (réteghatárok a területen található földtani térképek, fúrások alapján Kezdő vízszintek: -termelőkutak nyugalmi vízszintje, források, felszíni vízfolyások vízszintje Szivárgáshidraulikai adatok bevitele a modellbe: - fúrások szemcseeloszlási görbéje alapján - fúrási naplók adatainak felhasználása alapján - irodalmi adatok Kőzet tipusa Kőzet tipusa Metamorf kristályos kőzetek Mezozoos mészkövek Pannon agyag, közetliszt Negyedkori kavicsok Negyedkori homokok Felix modell m/nap m/s ,12 103,68 8,64 172,8 86,4 Metamorf kristályos kőzetek Karsztosodott mezozoos mészkövek Királyerdő modell m/nap m/s ,12 Flis ,5 103,68 8,64 172,8 86,4 86,4 86,4 Vetőzonák 1100 Pannon agyag, közetliszt Negyedkori kavicsok Negyedkori homokok Molasz

7 Egyes létesítmények helyének megadása - Figyelőkutak, termelő kutak koordinátahelyes bevitele a modellbe Termelő kutak víztermelési adatai és a hozzátartozó vízszintadatok bevitele a modellbe (2010) 200 napos folyamatos termelési és vízszintváltozási idősor bevitele a modellbe Határfeltétel adatainak, a területen található nagyobb vízállás idősorainak megadása (2010) 200 napos folyamatos vízállási idősorátlag bevitele a modellbe

8 1. réteg: a folyóvizek és a forrásparaméterek bevitele érdekében 10 m vastagságúra vettük. A földtani térkép szerint a következő litológiai egységekre bontottuk: mezozóos mészkövek és dolomitok, permo-mezozóos molasz, metamorfitok, felső-kréta és miocén flis jellegű összletek, pannon agyagos, márgás, homokos rétegek, a folyók mellett holocén kavicsos üledékek 2. réteg (100 m vastag): litológiai szempontból ugyanaz mint az első, csak a holocén üledék itt már nem jelentkezik. 3. réteg (150 m vastag): maradnak a mezozóos mészkövek és dolomitok, valamint a permomezozóos molasz, eltűnik a flis 4. réteg (200 m vastag): csak a a mezozóos mészkövek és dolomitok, illetve a metamorf kőzetek maradnak.

9 1. réteg: a folyóvizek és a forrásparaméterek bevitele érdekében 10 m vastagságúra vettük. A földtani térkép szerint a következő litológiai egységekre bontottuk: mezozóos mészkövek és dolomitok, metamorfitok, pannon agyagos, márgás, homokos rétegek, a folyók mellett holocén kavicsos és homokos összletek 2. réteg (100 m vastag): litológiai szempontból ugyanaz mint az első, csak a holocén homok üledék itt már nem jelentkezik. 3. réteg (150 m vastag): maradnak a mezozóos mészkövek és dolomitok, metamorfitok pannon agyagos, márgás, homokos rétegek a holocén üledékek teljesen hiányoznak 4. réteg (200 m vastag): csak a a mezozóos mészkövek és dolomitok, illetve a metamorf kőzetek nagyobb területet foglalnak el a pannon agyagos, márgás, homokos üledékekkel szemben

10 A modell réteg és csomopont felosztása a Királyerdői modellbe

11 A Királyerdői modell szivárgási tényező eloszlása

12 A Félix-i modell szivárgási tényező eloszlása

13 A modell kalibrálása Kalibrálás során (többszöri futtatás és kezdőfeltétel-változtatás után) a mért és a program által számított értékeket hasonlítjuk össze. Ez dönti el, hogy helyesen építettük-e fel a modellt. Általában a mért és a modell által számolt vízszintértékeket vesszük figyelembe. Jól dolgoztunk, ha az eltérés m közötti.

14 Számolt hidrosztatikai nyomásértékek a Királyerdői modellben

15 Számolt hidrosztatikai nyomás és vektortérkép a Királyerdői modellben

16 A Királyerdői modell eredményei A Királyerdői hidrodinamikai modell által számolt áramlási vektortérkép és a 3D vízdomborzat térkép alapján elmondható, hogy a mintaterület felszínalatti vízáramlási viszonyait a komplex földtani adottságok mellett kiemelten befolyásolja a terület csapadékeloszlása. A leg intenzívebb áramlási viszonyok a terület K-i részén a mészkővel borított területeken találhatóak, ahol nagyon magas az éves csapadék mennyisége. A Ny-i területeken jóval kisebb a gradiens, kisebb az áramlási intenzitás mértéke. Lokálisan pedig megállapítható, hogy a nagy vetők mentén szintén magas az áramlási intenzitás mértéke. A terület K-i részén, ahol Sebes-Kőrös belevág a királyerdői karsztfensikba, a Körösrévi szorosnál nagyon magas az áramlási intenzitás, a karsztból itt kifolyik a folyóba a felszínalatti karsztvíz. Nyugati irányban a karszt mészkövek és a és a pannon agyagos homok közt az áramlási intenzitás jóval alacsonyabb, jelentéktelen a karsztos területekhez képest.

17 Számolt hidrosztatikai nyomásértékek a Félixi modellben

18 Számolt hidrosztatikai nyomás és vektortérkép a Félixi modellben

19 A Félixi modell eredményei A Félix hidrodinamikai modell által számolt áramlási vektortérkép és a 3D vízdomborzat térkép alapján elmondható, hogy a mintaterület felszínalatti vízáramlási viszonyait a komplex földtani adottságok mellett kiemelten befolyásolja a terület csapadékeloszlása, valamint a hegylábtörmeléken áthaladó felszíni vízfolyások. A leg intenzívebb áramlási viszonyok a modell számolásai alapján a hegylábi törmeléken áthaladó vízfolyások környezetében adódnak, ahol nagy valószínűséggel a folyok kavicsteraszán keresztül nagy mennyiségű víz jut a Qvarter víztestekbe, majd a pannon víztestbe. A Ny-i területeken ahol a hegylábi törmelék kivékonyodik, majd elfogy jóval kisebb a gradiens, kisebb az áramlási intenzitás mértéke.