Mérnökgeológia-Kızetmechanika 2015 (Szerk: Török Á, Görög P & Vásárhelyi B) oldalak: 61 74 A Molnár János-barlang térségének hidrológiai vizsgálata Hydrological investigation of the area of the Molnár János Cave Farkas Dávid BME Építımérnöki Kar, david0106@gmailcom Hajnal Géza BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, hajnalgeza@epitobmehu Szieberth Dénes BME Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék, dinogep@gmailcom Rehák András BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, rehakandras@epitobmehu ÖSSZEFOGLALÁS: Számos vizsgálatot végeztünk, melyek célja a Molnár János barlangrendszert érintı hidrológiai folyamatok megismerése volt A barlangba vezetı táróban több helyen, illetve a Kessler-teremben csepegıvíz-győjtıhelyeket létesítettünk, lehetıvé téve csepegıvízhozam-idısorok regisztrálását A Kessler-terem csepegésintenzitását egy Dataqua DA-S-LKTRB 122 típusú mőszerrel folyamatosan rögzítettük A vízzel telt járatokban áramlásmérést végeztünk egy RCM 9 típusú mőszerrel, mely érdekes eredményeket szolgáltatott számunkra A Malom-tóban folyamatos vízszintés hımérsékletmérés, valamint fajlagos elektromos vezetıképesség meghatározása folyt Dataqua DA- S-LKTRB 122 mőszerrel A Szent Lukács Gyógyfürdı alagsorában lévı csatornába folyó vízhozam értékeket egy a csatornába telepített vízmérce és egy kamera segítségével határoztuk meg A mérések többségénél csak most születtek meg az elsı, folyamatosan regisztrált idısorok Kulcsszavak: barlang, hévíz, vízfestés, vízhozam, áramlás, csepegıvíz ABSTRACT: During I proposed my dissertation I was made several researches, which intent the cognition of the hydrological processes in the János Molnár cave systemon the way to the interior of the cave and also in the Kessler Hall we installed dripping water collectors These collectors helped us to register the dripping water discharge-time series The Kessler Hall s dripping-intensivity was recorded continuously with an instrument Dataqua DA-S LKTRB 122 In the lines filled with water we made flow measurements with an instrument RCM 9, which provided interesting outcomes In the lake Malom we measured the water level and the temperature continuously and also determinated the specific electrical conductivity with the Dataqua DA-S-LKTRB 122 The water of the lake is leaded into the Szt Lukács Spa s tunnel by a sluice and a tube next to each other We made certain checks with water-painting method We got infallible results with a gauge and a camera We have been getting the results of most of the registered timelines still now keywords: cave, thermal water, water-painting method, discharge rate, flow, dripping water 1 BEVEZETÉS A Molnár János barlang a budai karszt egyetlen, ma is aktív termálvizes barlangja Elhelyezkedése Budapest közepén ideális feltételeket ad a folyamatos monitorozásra, járatrendszerének nagy függıleges és vízszintes kiterjedése pedig páratlan betekintést enged egy jelenleg is formálódó barlangrendszer keletkezésének különbözı fázisaiba A barlangrendszer, a Boltív- és Alagút-források, illetve a Malom-tó már közel 160 évvel ezelıtt is felkeltette a kutatók érdeklıdését, így több tudományos munka is született a területrıl A vizsgálatokat több helyszínen végeztük A Malom-tó és Kessler-terem belsı tavának vízszint, hımérséklet és fajlagos elektromos vezetıképesség értékeit folyamatosan regisztráltuk
Farkas Hajnal Szieberth Rehák A Malom-tó zsilipjének és leeresztı csatornájának felmérése, valamint a Szent Lukács Fürdı alatti csatorna vízhozamának minél pontosabb meghatározása is célul tőztük ki Ugyan a Boltív- és az Alagút-forrás vízhozamának mérésére korábban is számos kísérlet történt, az irodalmi adatok erıs eltérése és a mérési módszerek pontatlansága indokolttá teszi az újbóli méréseket A vízhozam változásainak folyamatos mőszeres követése lehetıvé teszi összefüggések keresését a környezeti paraméterek változásaival A barlangrendszer vízzel borított járataiban áramlásmérést végeztünk, levegıs termeiben a csepegıvizek mennyiségi és minıségi vizsgálatait folytattuk 2 A TERÜLET BEMUTATÁSA 21 Földrajzi elhelyezkedés A vizsgált terület a Budai-hegységben, Budapest II kerületében a Frankel Leó utcában található a József-hegy lábánál, a Rózsadomb területén (1 ábra) Méréseinket a Molnár János-barlangban, a Malom-tóban, valamint a Szent Lukács Gyógyfürdı alagsorában található csatornában végeztük A Magyarország legnagyobb víz alatti üregrendszerét alkotó Molnár János barlang a József-hegy alatt húzódik, 1982 óta fokozottan védett természeti értéket képez Kezdetben csupán 420 m hosszban volt ismert, azonban napjainkban már körülbelül 7,5 km hosszúságú a barlangrendszer feltárt szakasza (Leél-İssy et al 2011) Ez viszont feltehetıen az üregrendszernek még mindig nem a teljes kiterjedése, az újabb járatok utáni kutatást a barlangi búvárok folyamatosan végzik A barlangrendszer vizét a mélybıl feltörı meleg, és a Budai-hegységbıl érkezı hideg karsztvíz adja (Kalinovits in Korpás, 2010) Az öt nagy rózsadombi barlang közül ez az egyetlen napjainkban is aktív hévizes barlang, melynek vize a Malom-tavat tápláló Boltív- és Alagút források vízvezetı járatát képezi (Kalinovits 2006, Leél-İssy et al 2011) 1 ábra A vizsgált terület földrajzi elhelyezkedése a Molnár János-barlang poligonjával (Virág és Szabó in Mindszenty 2013, Bodor 2014) 22 Hidrogeológiai viszonyok A Budai Termálkarszt Európa egyik legnagyobb, ma is aktív termálkarsztos rendszere, egyben a Dunántúli-középhegység fı karsztvíztárolójának része A középhegység egész területén megtalálható néhány kilométer vastagságú mezozoos karbonátos rétegsor biztosítja a litológiai folytonosságot, ezáltal a hidrodinamikai kapcsolatot a termálkarszt és a középhegység többi része között (Mádlné Szınyi1996; Bodor 2014) Ezen karbonátos vízvezetı egység egyik regionális megcsapolódási területe a Budai Termálkarszt, mely egy kiemelt karbonátos egység és üledékes medence határán kifejlıdött hipogén karsztrendszer (Erıss 2010; Mádl-Szınyi és Erıss 2013; Bodor 2014) A karsztrendszer erózióbázisa a Duna A megcsapolódás a folyó jobb partján lévı keskeny, tektonizált övben történik A források forráscsoportokban jelennek meg az úgynevezett Budai- 62
Molnár J barlang hidrogeológiája forrásvonal mentén Hımérséklet alapján három megcsapolódási terület különíthetı el: az északi, ahol csak langyos források, a Rózsadomb és környéke, ahol langyos és hévforrások, valamint a Gellérthegy és környezete, ahol csak hévforrások fakadnak (Alföldi et al 1968; Bodor 2014) 23 A Molnár János-barlang keletkezése és a Malom-tóval alkotott rendszere A Rózsadomb ma már közel 50 km-es hosszban ismert barlangrendszerei közül a Molnár János barlang az egyetlen, amelyik a karsztvíz szintje alatt húzódik, így járatai szinte teljes egészében langyos termálvízzel kitöltöttek Kialakulását az eocén Szépvölgyi Mészkıben és Budai Márgában a lokális és intermedier vízáramlási rendszerek keveredésekor fellépı keveredési korróziónak köszönheti, járatait a tektonikai irányok jelentıs mértékben preformálták Korát alig néhány tízezer évre becsülhetjük A barlang jelenleg is a korróziós szakaszban tartózkodó, fejlıdı, oldódó járatrendszer, amelyikben még nincsenek karbonátos kiválások (Leél-Össy et al 2011) A Malom-tóról elsıként 1540-ben tesznek említetést (Alföldi et al, 1968) A József-hegy lábánál feltörı források körül épített gáttal duzzasztották, amire azért volt szükség, mert a források és a Duna közötti területen vízimalmok mőködtek A tavat két forrás táplálja, az egyik a Boltív-forrás, amely a felette lévı boltívrıl lett elnevezve A másik az Alagút-forrás, mely tulajdonképpen a Molnár Jánosbarlang víz alatti bejáratául szolgált a barlangi búvárok részére Az Alagút-forrás hasadékát tereprendezési munkák során befedték (Kordos et al, 1984; Nagy; 2012, Bodor; 2014) A Boltív-forrásból fakadó langyos karsztvíz egy részét a Szent Lukács Gyógyfürdı hasznosítja A Malom-tó vize egy zsilipen keresztül a Frankel Leó utca szintje alá bukik és egy mesterséges csatornán keresztül a Szent Lukács Gyógyfürdı alagsorát érintve hasznosítatlanul a Dunába folyik 2 ábra A Malom-tóban található zsilip 3 HIDROLÓGIAI VIZSGÁLATOK 31 Vízfestéses vizsgálat A Malom-tóban lévı elvezetı zsilip a vizet a Szent Lukács Gyógyfürdın is keresztülhaladó csatornában juttatja el a Dunába Szerettük volna megállapítani a tóból távozó vízmennyiség értékét, ehhez elsıként a zsilipet kellett megvizsgálnunk Kezdetben azt feltételeztük, hogy a tóból távozó vízmennyiség a leeresztı mőtárgyon átbukóval egyezik meg A mőtárgyat közelebbrıl szemügyre véve láttuk, hogy a tó vízszintje alatt is található egy befolyási pont, melyen keresztül víz jut a zsilipbe A mőtárgy egy kifolyónyílással rendelkezik a Frankel Leó út felé A zsiliptıl körülbelül húsz centiméteres távolságban felfedeztünk egy csövet, melynek környezetében erıs áramlást észleltünk Megállapítottuk, hogy a 200 mm átmérıjő csövön keresztül is távozik víz a tóból, nemcsak a zsilipen keresztül A zsilip felépítésének könnyebb megértéséhez egy sematikus rajzot készítettünk, melyet a 3 ábrán látha 63
Farkas Hajnal Szieberth Rehák 3 ábra A zsilip sematikus rajza A Malom-tóból távozó víz útját követve a Szent Lukács Gyógyfürdı alagsorában lévı csatornához jutottunk el A csatorna csak rövid szakaszon nyílt szelvényő, mivel felette egy közmőalagútnak tekinthetı mesterséges járat húzódik A járat végét jelentı falból egy 200 mm átmérıjő, kezdetben vízszintes, majd egy 90 -os törést követıen függılegesben végzıdı csıbıl zúdul nagy sebességgel a Malom-tó vize (4 ábra) Alatta egy nagyobb, 600 mm átmérıjő vezetéken át szintén érkezik víz a csatornába 4 ábra A zsilipbıl érkezı nagyobb átmérıjő csı A közmőalagútban látottak alapján fontos kérdés fogalmazódott meg bennünk Vajon a két csı egyaránt a Malom-tó vizét juttatja-e a csatornába? Ezen kérdés megválaszolása érdekében elhatároztuk, hogy vízfestéses nyomjelzı vizsgálatot fogunk végrehajtani 64
Molnár J barlang hidrogeológiája A vizsgálat elvégzéséhez fluoreszcein nevezető fluoreszkáló nyomjelzı anyagot használtunk A felszíni csapat elıre megbeszélt idıpontban a fluoreszceint fecskendı segítségével közvetlenül a Malom-tó zsilipjébe, illetve a mőtárgy mellett lévı 200 mm átmérıjő csıbe juttatta A vizsgálat sikerrel zárult, hiszen mindkét vezetékben megjelent a jelzıanyag csóva A zsilipbe fecskendezett anyag körülbelül 21 másodperc múlva jelent meg az alsó, nagyobb csıben, míg a 200 mm-es vezetékbe juttatott fluoreszcein körülbelül 15 másodperc elteltével tőnt fel a felsı csıben 32 A Kessler-teremben és a Malom-tóban végzett vízszint, hımérséklet és vezetıképességmérések A fellelt irodalmakat végigböngészve csak a Malom-tóra végzett hasonló vizsgálatok eredményeit találtuk A fent említett vizsgálati idıszakok rendelkezésünkre álló eredményeit a 1 táblázatban foglaltuk össze 1 táblázat A Malom-tó és a Boltív-forrás korábbi hımérséklet és vezetıképesség mérésének eredményei Mérés helyszíne Mérést végezte Hımérsékle t [ o C] Malom-tó Papp (1942) 22,96 - Malom-tó Alföldi (1968) (1951-58) ~23 - Malom-tó Alföldi (1968) (1962-65) ~21,5-22,5 - Vezetıképessé g [µs/cm] Boltív-forrás Erıss (2012) 21,7 932 Boltív-forrás Lovrity, Bodor (2014) 21,36 1 069 Boltív-forrás Bodor (2014) 21,35 1 000 A Malom-tó Boltív-forrásának hasadékához, illetve a Kessler-terem falára elhelyeztünk egy-egy Dataqua DA-S-LKTRB 122 típusú mőszert, mely képes akár percenként regisztrálni a mérıszondájára ható víznyomást, a környezetében lévı víz fajlagos elektromos vezetıképességét, illetve hımérsékletét A mőszer pontossága vízszint tekintetében 0,1%, hımérséklet esetén 0,1%, fajlagos elektromos vezetıképesség megállapításánál pedig 1% A mérési eredmények egy felszínen rögzített adattárolón találhatók, melyrıl egy Smartadmin nevő szoftver segítségével töltöttük le az adatokat A Malom-tó és Kessler-terem vízszint-idısoraira nézve szembetőnı, hogy a két görbe nagyon hasonló lefutású (5 ábra) 314 Malom-tó vízszint [m] 312 310 308 306 304 302 Malom-tó Kessler-terem 035 03 025 02 015 Kessler-terem vízszint [m] 300 20140903 20140904 20140905 20140906 20140907 20140908 20140909 20140910 20140911 20140912 20140913 20140914 20140915 20140916 20140917 20140918 20140919 20140920 20140921 20140922 20140923 20140924 20140925 20140926 20140927 20140928 20140929 20140930 20141001 20141002 20141003 20141004 20141005 20141006 20141007 20141008 20141009 01 Dátum 5 ábra A Malom-tó és a Kessler-terem vízszint-idısora 20140903-20141008 közötti idıszakban 65
Farkas Hajnal Szieberth Rehák A Kessler-terem adatsora nem ölel fel hosszú idıszakot, így bıvebb intervallumra nem tudtuk elvégezni az összehasonlítást, csupán a 2014 09 03-2014 10 08 közötti méréssorozat értékeire A három vizsgált paraméter egymás közötti kapcsolatát, illetve a két mérési hely adatsorai között lehetséges párhuzamot is megvizsgáltuk Minden esetben korrelációt számítottunk A Malom-tó és a Kessler-terem tavának vízszintjei között nagyon erıs kapcsolat van Ilyen erıs együttmozgás mellett logikusnak gondoltuk, hogy a vezetıképesség és vízhımérséklet adatok között is szoros kapcsolat állhat fenn A korrelációs számítások azonban ezt megcáfolják Ennek az lehet az oka, hogy a két tó között a barlangrendszerben más minıségő vizek is fakadhatnak, melyek megváltoztatják a vízkémiai paraméterek értékeit A nagyobb csapadékesemények sem fejtettek ki kimutatható hatást a vízszintek alakulására A legnagyobb ıszi esı 2014szeptember 11-15 között hullt Az 5 ábrán láthatjuk, hogy a Malom-tó és Kessler-terem belsı tava a jelentıs csapadékeseményt követıen csökkenı tendenciát mutatnak 33 Hozammérés A Molnár János-barlangrendszer feltehetıen bonyolult vízháztartással rendelkezik A Boltív-forrás az egyetlen jelentıs vízkilépés, melyrıl tudomásunk van Vízhozamának folyamatos regisztrálása fontos lépés a barlangrendszerben lezajló hidrogeológiai folyamatok megismeréséhez A fent említett vizsgálatok eredményeit a 2 táblázatban foglaltuk össze 2 táblázat A Boltív-forrás vízhozam mérésének archív adatai Mérést végezte Vízhozam [m 3 /nap] Molnár J (1865) 40954 Papp F (1942) 3787 Alföldi et al (1968) 2592 Mádlné et al (2001) Mádlné et al (2001) Csordás, Pataki (2012) Csordás, Pataki (2012) Lovrity, Bodor (2014) 3687 (átlag) 13746 (átlag) 7353 (átlag) 6192 (átlag) 8477 (átlag) Próbáltunk egy viszonylag könnyen kivitelezhetı, bizonytalan paraméterekkel legkevésbé terhelt, minél pontosabb mérési módszert kiválasztani Az adatrögzítés helyszínének a Szent Lukács fürdı alatti csatornát választottuk A Malom-tóból két csövön keresztül érkezik a víz, így ezen a helyszínen a legegyszerőbb méréseket végezni Viszont több körülmény is nehezítette munkánkat A csatornában nagyon magas, 2,3 m/s körüli sebességgel érkezik a víz, miközben a vízmélység általában a 20 centimétert sem éri el (Csordás és Pataki, 2012) A vizsgálható nyílt szakasz hossza 3,35 méter hosszú, a helyiségben nincs világítás és áram Galgóczy Zsolt tervei alapján egy fém állványt készítettünk, melyet a csatorna mellett fixen rögzítettünk Az állványra egy vízmércét szereltünk fel, melynek segítségével le tudtuk olvasni a vízszintváltozásokat A szerkezetnek nagyon stabilnak kellett lennie, mivel a csatornában folyó víz nagy erıvel ostromolja A mérce nem mozdulhat el, csak így lehet biztosítani, hogy pontos méréseket végezhessünk vele, ezért a csatorna fenekéhez feszítettük Kialakításánál figyelmet fordítottak arra, hogy minél kisebb visszaduzzasztó hatást fejtsen ki A csatorna vonalvezetésében egy töréspont található vízszintes és függıleges értelemben is, melyek hatására a nagy sebességgel áramló víz enyhe meanderezı mozgásra kényszerül Ezért nem volt egyértelmő, hogy a csatorna mely pontjában helyezzük el a mércénket Végül sikerült egy olyan szelvényt találnunk, ahol a sodorvonal körülbelül a keresztszelvény közepén halad át Az adatrögzítéshez egy automata kamerát szerettünk volna használni, ami éjjel-nappal folyamatosan képeket készít a vízmércérıl Mivel sötétben kellene képeket rögzítenie, ezért infrakamerát és egy infrafényforrást kellett felszerelnünk az állványra A kamera tíz percenként készített egy felvételt és tárolta azokat egy memóriakártyán Az adatkinyeréshez külön hálózatot hoztunk létre, mely azt a célt szolgálta, hogy az adatkinyerés egy egyszerő adatkábel segítségével megvalósítható legyen Az elkészült teljes szerkezetet az 6 ábrán láthatjuk A kamera üzembe 66
Molnár J barlang hidrogeológiája helyezését és a hálózat kiépítését Bódy István és munkatársai végezték A fémszerkezetet és a vízmércét a Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék labor munkatársai készítették és szerelték fel a helyszínen 6 ábra A felszerelt új kamera A kameraképek alapján információt kaptunk a vízszint idıbeli változásáról A mérési idıszakban (20141113-20141226) összesen 6169 darab kép készült Ebbıl csak 2027 darab tekinthetı zavartalan adatnak, mert a mőszerre tapadó vízinövények és a mérce elmozdulása akadályozta a mérést A vízmérce akadályt jelent a víznek, ezért folyamatosan fodrozódik körülötte A vízszint kisebb megváltozásai miatt ezek a fodrozódások esetenként fröccsenéssé fajulnak, ilyen esetekben a vízmércét nem tudtuk leolvasni Összesen 1153 használható képünk maradt, ezeket egyesével értékeltük ki centiméterre pontosan A leolvasott vízszinteket a problémás idıszakok nélkül három különbözı idıszakra osztottuk a könnyebb kezelhetıség miatt A 2014 11 13 és 2014 11 20 közötti idıszakban az adatok stabilan a 14 centiméteres vízállásnál állapodtak meg Ettıl az értéktıl csupán néhány plusz-mínusz egy centiméterrel eltérı mérési eredmény adódott A vízszintadatok kezdetben fıként a 14 és 15 centiméter között változnak, majd pár pillanatnyi kilengéstıl eltekintve a 15 centiméteres értéket veszik fel A 20141217-20141221 közötti idıszakot bemutató 64 ábra adatai nagy gyakorisággal elérik a 15 centimétert, viszont itt is jellemzı az egy-egy centiméternyit jelentı kiugrások elıfordulása Az egyes idıszakok kiértékelt adatait a 3 táblázatban foglaltuk össze Az elsı idıszak értékei elkülönülnek a többitıl Ennek az lehet az oka, hogy az elsı és második méréssorozat között eltelt három hét, míg a harmadik periódus egy nap után követi a másodikat A három idıszakot egyben áttekintve láthatjuk, hogy a kezdeti, stabilnak mondható 14 centiméteres vízszint 15 centiméterre növekszik, mely értéket egyre nagyobb gyakorisággal veszi fel A hiányzó körülbelül három heti adatsor választ adhatott volna arra, hogy ez az átmenet fokozatosan vagy hirtelen következett be A vizsgálatok folytatásával, hosszabb távú adatsor birtokában választ kaphatunk erre a kérdésre Amennyiben csak a teljes mérési intervallum összesített adatait nézzük, úgy a vízszintek relatív gyakoriságát tekintve egy szinte teljesen szimmetrikus eloszlást figyelhetünk meg A 14 és 15 centiméteres vízszintértékek egyenként majdnem 50%-os valószínőséggel fordulnak elı Ahhoz, hogy vízszintadatokból vízhozam értékeket tudjuk számítani a / (1) Chézy-képletet alkalmaztuk, melyhez ismernünk kellett a csatorna keresztszelvényének simasági együtthatóját (k), területét (A), hidraulikus sugarát (R), illetve az esésviszonyokat (S) A csatorna magasságának a feléig keramit téglával van kirakva, ezért a burkolat simasági együtthatóját 60 m 1/3 /s-ra választottuk 2014 áprilisában geodéziai felmérés készült a csatornáról, így az esésviszonyokról pontos adatok állnak rendelkezésünkre Készítettünk egy sematikus hossz-szelvényt, melyet a 8 ábra mutat be A felsı, fedett szakasz enyhébb, 3,19%-os eséssel bír, míg az alsó részen ez 5,05%-ra emelkedik 67
Farkas Hajnal Szieberth Rehák Horizontális és vertikális értelemben is törés van a csatorna magassági vonalvezetésében Ez egybeesik a nyílt és a zárt szakasz határával 3 táblázat A csatornában észlelt vízszintek statisztikai adatai Idıszak 2014 11 13-2014 11 20 Vízszint [cm] 13 14 15 16 Összesen Mintaszám [db] 24 419 4 0 447 Gyakoriság [%] 5 94 1 0 100 Átlag 13,96 Szórás 0,247 Idıszak 20141210-20141216 Vízszint [cm] 13 14 15 16 Összesen Mintaszám [db] 0 90 343 9 442 Gyakoriság [%] 0 20 78 2 100 Átlag 14,82 Szórás 0,437 Idıszak 20141217-20141221 Vízszint [cm] 13 14 15 16 Összesen Mintaszám [db] 0 42 218 4 264 Gyakoriság [%] 0 16 83 2 100 Átlag 14,86 Szórás 0,393 Idıszak Teljes idıszak Vízszint [cm] 13 14 15 16 Összesen Mintaszám [db] 24 551 565 13 1153 Gyakoriság [%] 2 48 49 1 100 Átlag 14,49 Szórás 0,561 5 ábra A csatorna sematikus hossz-szelvénye A Chézy-képletben szereplı paraméterek alapján egyértelmő, hogy a csatorna vízhozama a vízszintingadozásra a legérzékenyebb, majd azt követi a simasági együttható és az esés Alapállapotnak tekintettük azt az esetet, amikor a csatorna 60 m 1/3 /s-os simasági együtthatóval és 4,12%-os eséssel rendelkezik, a mércén 15 centiméteres vízszintet olvasunk le Ezekkel az értékekkel számított vízhozamok jelentik az alapértékeket, vagyis a 100%-ot Minden esetben egyszerre csak egy paramétert változtattuk A paramétereket csak növeltük, hogy a vízhozam változás is egy irányba történjen 68
Molnár J barlang hidrogeológiája A 4 táblázatban mutatjuk be az érzékenységvizsgálat eredményeit Az alapesethez képest az egyes paramétereket 10, 20, 30 és 40%-os mértékben növeltük meg A táblázatból megkapjuk, hogy ha egy adott paramétert egy bizonyos százalékkal megváltoztatunk, akkor az milyen mértékő eltérést generál a vízhozam értékekben Paraméterek 4 táblázat A vízhozam értékek érzékenysége az egyes paraméterekre Alapérték Megnövelt értékek 100% 110% 120% 130% 140% Esés [%] 100 105 110 114 118 Simasági együttható [%] 100 108 117 125 133 Vízszint [%] 100 122 146 174 204 Az eredményekre tekintve láthatjuk, hogy a vízszint 40%-os megváltozása már több mint kétszeresére növeli a vízhozamot A simasági együttható és az esés növelésébıl adódó hozamváltozás is jelentısnek mondható 34 Áramlásmérés Felszíni vízfolyások vízgyőjtıjének vizsgálatakor egyik fontos szempont a morfológia Általában az adott vízfolyás egy kijelölt szelvényéhez tartozó vízgyőjtıterületre tekintve láthatjuk, hogy a fıágba futó mellékágak a vizsgált szelvénytıl távolodva egyenként is több apró vízfolyásból álló szövevényes rendszert alkothatnak Ezen rendszer elemei a legtöbb esetben jól lehatárolhatók (ha eltekintünk például a felszín alatti vizekbıl történı hozzáfolyástól) Amennyiben kíváncsiak vagyunk, hogy az egyes mellékágak milyen mértékben járulnak hozzá a kijelölt szelvényben mért vízhozamhoz, azt különbözı mérési módszerekkel viszonylag könnyen meghatározhatjuk Felszín alatti rendszereknél már nincs ilyen egyszerő dolgunk A Molnár János-barlang az imént leírt felszíni vízgyőjtık struktúrájához hasonló A vizsgált szelvény jelen esetben a Boltív-forrásnál, a Malom-tóban található A hegy gyomrában húzódó barlangrendszer üregei bonyolult hálózatot alkotnak, melynél ránézésre nem lehet fıág(ak)at kijelölni A rendszerbe történı hozzáfolyások (esetleges elfolyások) száma és ezek konkrét helyei nem ismertek Az egyes járatokban kialakuló áramlásokról nem állnak rendelkezésünkre archív adatok A barlang áramképének megismerése érdekében RCM 9 MKII típusú mőszerrel végeztünk vizsgálatokat A mőszer a körülbelül két méteres körzetében kialakuló pillanatnyi sebesség nagyságát és irányát, vezetıképességet, zavarosságot, hımérsékletet, nyomást és oldott oxigén mennyiséget képes regisztrálni Mőködése a Doppler-effektus elvén alapszik A méréseket öt perces gyakorisággal készítette A mőszert barlangi búvárok helyezték el a 9 ábrán megjelölt négy pontban Az 1 ponton körülbelül hat, a 2-on nyolc, 3-on három, a 4-en körülbelül négy napot töltött Ez idı alatt a mőszer folyamatosan mérte a fent említett paramétereket Fı célunk a járatokban kialakuló áramlásokra vonatkozó értékek elıállítása volt, viszont a többi adattal is fontos információkat nyerhetünk, ha a mőszert kalibráljuk ezen paraméterekre is A kalibráció még nem történt meg, így a regisztrált adatokat pontatlanságuk miatt nem közöljük A 10 ábrán a regisztrált pillanatnyi sebességadatokat láthatjuk Az 1 és 2 ponton mért értékek jól elkülönülnek egymástól A két ponton mért értéksor folyamatosan változik az idı elırehaladtával, nincsenek konstans szakaszai A 2 ponton regisztrált idısorban elképzelhetı, hogy egy lassú hullámzás egy periódusát látjuk A 3 mérési pont eredményei nagyon érdekesek A grafikonon látható öt nagyobb hullámhegy maximumai között szinte szabályosan nyolc óra telt el Az ezt követı körülbelül fél napos szakaszban a rendkívül magas kiugrások elmaradnak A 4 pont méréseirıl elmondható, hogy egy kezdeti emelkedı szakasz után az értékek körülbelül 7 cm/s-os átlagérték körül mozogtak, viszont ezt nagy szórással tették Ahogy azt a 2, 3 és 4 szakasz eredményeinél is megfigyelhetjük az utolsó körülbelül egy napos idıtartamban, hogy a vízsebesség értéke hirtelen lecsökken és nem, vagy csak igen lassan kezd el ismételten emelkedni A 10 ábrán szereplı diagram értékeit mérési pontonként átlagoltuk, illetve a minimum és maximum értékeket is az 5 táblázatba foglaltuk 69
Farkas Hajnal Szieberth Rehák 1 3 4 2 6 ábra A barlangrendszerben történt áramlásmérések pontos helyei Sebesség [cm/s] 20 15 10 5 0 1 2 3 4 20141008 20141009 20141010 20141011 20141012 20141013 20141014 20141015 20141016 20141017 20141018 20141019 20141020 20141021 20141022 20141023 20141024 20141025 20141026 20141027 20141028 20141029 20141030 20141031 7 ábra Barlangrendszer járataiban mért vízsebesség-értékek 5 táblázat A járatokban regisztrált sebességek statisztikai adatai Adatok alapstatisztikái Dátum 1 mérési pont Sebesség [cm/s] Átlag 10,98 Maximum 17,60 Minimum 6,36 2 mérési pont Átlag 4,33 Maximum 11,73 Minimum 0,00 3 mérési pont Átlag 8,93 Maximum 18,58 Minimum 0,49 4 mérési pont Átlag 7,33 Maximum 16,13 Minimum 0,49 70
Molnár J barlang hidrogeológiája Az ebben a fejezetben bemutatott eredmények alapján láthatjuk, hogy a Molnár János-barlang járataiban áramló vizek sebessége korántsem állandóak, az egyes járatokban mért értékek jelentısen eltérhetnek egymástól A 3 ponton mért értékekben felfedezett periodikusság során bekövetkezı sebességváltozás mértéke jelentıs és feltehetı, hogy az adott járat egészére kiterjedhetett Ebben az esetben nagy mennyiségő vízhozam-ingadozásokat regisztrált a mőszer 35 Csepegıvizek mérése A József-hegyen hullott csapadék beszivárgását nem csak a természeti adottságok befolyásolják 1985- ös adatok alapján a Rózsadomb beépítettsége elérte a 85,3%-ot (Mari-Fehér, 1999), mely azóta csak tovább növekedhetett A burkolt felületek növekedésével a természetes beszivárgás csökken A Molnár János-barlang mesterséges tárója felett a felszínen kezdetben összefüggı zöldfelület található, viszont felfelé haladva a hegyen a beépítettség egyre jelentısebb mértéket ölt A táróban, illetve a Kessler-teremben is több helyen figyelhetjük meg csepegıvizek jelenlétét, a burkolt felületek magas aránya ellenére A rendelkezésünkre álló csepegıvizekkel foglalkozó kutatások a vízminıségi vizsgálatokra nagyobb figyelmet fordítottak, mint a hozammérésekre Leél-İssy et al 2011-es méréseik során vízmintákat vettek a táró és Kessler-terem csepegıvizeibıl Mi alapvetıen a csepegıvizek mennyiségére és intenzitására voltunk kíváncsiak Ahogy az a 11 ábrán látható a táróban három, a Kessler-teremben egy mintavételi helyet létesítettünk A Kanna, Henger és Hordó nevekre keresztelt csepegıvíz-győjtı edényeket már májusban kihelyeztük, viszont a Kessler-terem fıtemegerısítési munkái miatt a folyamatos leolvasást csak szeptembertıl tudtuk elkezdeni Az Új győjtıpontot szeptemberben szereltük fel a táróban Olyan megoldást dolgoztunk ki, ami alkalmas a hosszú távú, folyamatos adatgyőjtésre Egy ponyvát feszítettünk ki, mely a rá hullott csepegıvizet egy 60 literes hordóba vezeti (12 ábra) Ezt késıbb egy 210 literes hordóra cseréltük, mivel elıfordult, hogy a 60 literes megtelt A hordóban egy Dataqua DA-S-LKTRB 122 elnevezéső mőszert helyeztünk el, mely képes akár percenként regisztrálni a mérıszondájára ható víznyomást, a környezetében lévı víz fajlagos elektromos vezetıképességét, illetve hımérsékletét Ezen mőszer használatával képesek voltunk a csepegıvizek mennyiségének idıbeli eloszlását regisztrálni Hor dó r Henge Kan na j Ú 8 ábra A Kessler-teremben és a táróban létesített csepegıvíz-győjtıhelyek (Virág és Szabó in Mindszenty 2013 után módosítva) Ahhoz, hogy meg tudjuk állapítani, a csepegıvizek milyen arányban tartalmaznak a felszínrıl beszivárgott vizet, csapadékadatokra volt szükségünk A napi csapadékadatokat az OMSZ-tıl kaptuk meg Az általuk üzemeltetett Budapest II kerület Kitaibel Pál utcai mérıállomás elég közel van a vizsgált területhez A leolvasásokat 2014 09 16-2014 12 16 között végeztük A táróban mért eredményeket itt nem részletezzük, rendre 0,06-0,17 l/nap, 1,25 l/nap, illetve átlagosan 0,97 l/nap hozamokat kaptunk 71
Farkas Hajnal Szieberth Rehák 9 ábra Hordó csepegıvíz-győjtıhely a 60 literes A Kessler-terem méréseinél a Dataqua mőszerbıl kinyert víznyomás adatok 20140827 és 20141218 közötti idıszakot ölelik fel Ezen adatok segítségével akár percrıl-percre nyomon követhettük a csepegıvizek intenzitásának változását 20141018-tól egy nagyobb, 210 literes hordót alkalmazunk méréseink során, így ezen adatokat külön diagramon ábrázoltuk, mivel egy centiméter vízszintemelkedés a két különbözı átmérıjő hordó esetében nem ugyanazt a térfogatváltozást eredményezi (13 ábra) A görbék meredekségének változásából láthatjuk, hogy a Kessler-teremben mért csepegıvizek az idı változásával milyen hozamot produkáltak Az adatokból hozamadatokat szerettünk volna elıállítani Ehhez meg kellett mérni, hogy az egyes hordókban regisztrált vízszintekhez milyen térfogatértékek rendelhetünk Ehhez a Dataqua mőszert használtuk Az eszközt másodpercenkénti adatrögzítésre állítottuk, majd egy két literes mérıhengerrel vizet töltöttünk a hordóba Minden hordóba öntött két liter víz után pár másodpercet vártunk, majd minden tíz literre kerek értéknél körülbelül egy perc szünetet tartottunk A mérési eredményeket ábrázolva egy lépcsızetes görbét kaptunk Az így rendelkezésünkre álló adatok alapján már ki tudtuk számítani a napi csepegıvíz-hozam értékeket a Hordó győjtıhelyre vonatkozólag 103 ábra Hordó csepegıvíz-győjtıhelyen észlelt csepegésintenzitás (210 literes hordó) 72
Molnár J barlang hidrogeológiája Hozam [l/nap] 16 14 12 10 8 6 4 2 0 20140827 20140828 20140829 20140830 20140831 20140901 20140902 20140903 20140904 20140905 20140906 20140907 20140908 20140909 20140910 20140911 20140912 20140913 20140914 20140915 20140916 20140917 20140918 20140919 20140920 20140921 20140922 20140923 Dátum 114 ábra Hordó csepegıvíz-győjtıhely hozam-idısora 20140827-20140923 közötti idıszakban Az adathiányos idıszakok kivételével 20141008 és 20141218 között regisztrált értékeket ábrázoltuk a 14 ábrán 20141008-tól 20141204-ig a csepegıvízhozam átlagértéke 11,08 l/nap December 5-tıl a csepegésintenzitás 15,2 l/napról folyamatosan és nagymértékő emelkedésbe kezdett, mely még december 18-án is tartott Ekkor 35,6 l/nap értéket vett fel a csepegıvíz-hozam értéke A 15 ábra 20140923-20141216 között regisztrált csapadékadatai nem adnak megfelelı választ a csepegıvíz intenzitásának ilyen mértékő változásaira Az október 21-én hullott 37,2 mm-nyi csapadék nem gyakorolt jelentıs hatást a Hordó hozam-idısorára A 60 literes hordónál feltételezett 8-9 napos késleltetéssel nem mutatkoztak meg kiugró értékek A csapadékok diagramját tovább tanulmányozva elérünk a november 30-ai naphoz, mikor is 44,7 mm-nyi esı esett egyetlen nap alatt A Hordó csepegıvíz-győjtıhely adatsorában mindössze hat nap elteltével a hozamok emelkedı tendenciát mutatnak, mely tartósnak bizonyult Az októberi 22-ei csapadék csupán kilenc órás idıtartamú volt, míg a november 30-ai egész nap esett Elképzelhetı, hogy a hosszabb, de kisebb intenzitású csapadék nagyobb hányada tudott beszivárogni, mint rövidebb idıtartamú, intenzívebb esı esetében Hozam [l/nap] 40 35 30 25 20 15 10 5 0 20141008 20141010 20141012 20141014 20141016 20141018 20141020 20141022 20141024 20141026 20141028 20141030 20141101 20141103 20141105 20141107 20141109 20141111 20141113 20141115 20141117 20141119 20141121 20141123 20141125 20141127 20141129 20141201 20141203 20141205 20141207 20141209 20141211 20141213 20141215 20141217 Dátum 125 ábra Hordó csepegıvíz-győjtıhely hozam-idısora 20141018-20141218 közötti idıszakban Az ismertetett adatok alapján megállapítható, hogy a Molnár János-barlang csepegıvizei és a csapadék között nincsen egyértelmő kapcsolat Az egyes csepegıhelyek adatsorait idıben eltolva is összehasonlítottuk a csapadék-idısorral Nem találtunk olyan esetet, melynél kijelenthetı, hogy a csapadék késleltetve hatást fejt ki a csepegıvizek intenzitására Lehetséges, hogy a két paraméter közötti kapcsolat nem lineáris KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönetet mondunk Pozsgai Istvánnak, Dr Erıss Anitának, Bódy Istvánnak, Dr Takács Bencének, Kiss Melindának, Galgóczy Zsoltnak, valamint Hosszú Attilának Köszönjük a Molnár János-barlang Kutatócsoport barlangi búvárainak a segítségét a mérések kivitelezésében 73
Farkas Hajnal Szieberth Rehák FELHASZNÁLT IRODALOM Alföldi L, Bélteky L, Böcker T, Horváth J, Kessler H, Korim K, Oravetz J, Szalontai G 1968 Budapest hévizei A Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet kiadványa, Budapest, 365 Bodor P 2014 A rózsadombi megcsapolódási terület felszín alatti vizeiben bekövetkezı idıbeli változások vizsgálata Geológus Msc diplomamunka, ELTE Csordás J, Pataki, L 2012 Elfolyó kilowattok! A rózsadombi Boltív-forrás langyos vizének vizsgálata és felhasználhatósága TDK, ELTE Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék Erıss A 2010 Characterization of fluids and evaluation of their effects on karst development at the Rózsadomb and Gellért Hill, Buda Thermal Karst Hungary, Doktori disszertáció, ELTE, 171 Erıss A, Mádl-Szınyi J, Csoma É A 2012 Hypogenic karst development in a hydrogeological context, Buda Thermal Karst, Budapest, Hungary In: Maloszewski P, Witczak S, Malina G (EDS): Groundwater Quality Sustainability, IAH Selected Papers on Hydrogeology, 17, London, CRC Press Taylor and Frances Group, 119-133 Kalinovits S 2006 Molnár János-barlang új szakaszainak felfedezése Karszt és Barlang, 1995-1996, 3-8 Kordos L, Jakucs L, Gádoros M, Tardy J 1984 Magyarország barlangjai Gondolat Kiadó, Budapest, 326 Leél-İssy,Sz, Bergmann Cs, Bognár Cs 2011 A budapesti Molnár János-barlang termálvizének veszélyeztetettsége A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 81, 91 Lovrity V, Bodor P 2014 A Boltív-forrás vízhozamának és fizikai, kémiai paramétereinek változása a csapadékesemények és a Duna vízállás függvényében Értékelés archív adatok és recens mérések alapján Tudományos Diákköri Dolgozat, ELTE Mádlné Sz J, Leél-İssy Sz, Kádár M, Angelus B, Zsemle F, Erıss A, Kalinovits S, Segesdi J, Müller I, Mindszenty A 2001 A Budai Termálkarszt-rendszer hidrodinamikájának vizsgálata nyomjelzéssel Jelentés, Budapest, 46 Mádlné Szınyi J 1996 Víztartó rendszerek sérülékenységi vizsgálata Elméleti háttér és gyakorlat Egyetemi doktori disszertáció, ELTE TTK Alkalmazott és Környezetföldtani Tanszék, Budapest, 1-138 Mádl-Szınyi J, Erıss A 2013 Effects of regional groundwater flow on deep carbonate systems focusing on discharge zones Proceedings of the International Symposium on Regional Groundwater Flow: Theory, Applications and Future development 21-23 June Xi an, China China Geological Survey Commission of Regional Groundwater Flow, IAH 71-75 Molnár J 1859 A Lukácsfürdı Budán természettudományi tekintetben A Királyi Magyar Természettudományi Társulat Évkönyve, IV kötet 1857-1859, Pest, 143-175 Nagy H 2012 Radonkoncentráció dinamikájának és forrásainak vizsgálata a budai-hegységi barlangokban Doktori értekezés, ELTE TTK Környezettudományi Doktori Iskola, Környezeti Földtudomány Program Országos Meteorológiai Szolgálat: 20140815-20141216 közötti idıszakra vonatkozó órás- és napi csapadékadatok Papp F 1942 Budapest meleg gyógyforrásai A Budapesti Központi Gyógy- és üdülıhelyi Bizottság Rheuma és fürdıkutató Intézet kiadványa 74