Folyók és s felszín n alatti vizek kapcsolatának vizsgálata Kolencsikné Tóth Andrea Kovács Balázs KÚTFŐ Projekt záróz rendezvény, ny, 2015. április 22. Budapest
A KUTATÁSI IRÁNYOK ÉS S TERÜLETEK Mérés, adatfeldolgozás Elméleti számítások -Numerikus modellezés -(analitikus megoldások) Mérnöki alkalmazások 0km 50km 100km 150km 200km
FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG MÉRT ADATOK talajvízszint (mbf) 111 109 108 107 106 105 104 103 Dunaalmás,, 2002 az áramlás iránya változik 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 108 folyótól mért távolság (m) az áramlási gradiens csökken talajvízszint (mbf) 111 109 107 106 105 104 103 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 folyótól mért távolság (m) talajvízszint (mbf) 111 109 108 107 106 105 104 103 Dunaalmás,, 2006 Dunaalmás,, 2010 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 folyótól mért távolság (m) ÉVI ÁTLAGOS ÉS KISVIZI, NAGYVIZI VÍZSZINTEK EGY DUNÁRA MERŐLEGES SZELVÉNY MENTÉN
FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG MÉRT ADATOK maximális vízszint-változás (m) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Tisza 2008 tavasz, 2.6 m árhullám 2000 tavasz, 4 m árhullám sekélyebb vízadó mélyebb vízadó 1200 1600 2000 2400 2800 távolság a folyótól (m) VÍZSZINT EMELKEDÉSEK EGY TISZÁRA MERŐLEGES SZELVÉNY MENTÉN
FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG SZÁMÍTOTT ADATOK Max. vízszintváltozás (m) 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 K/m = 0.005 1/nap csökkenő mederkapcsolat erősség K/m = 0.062 1/nap 2. Modellezés 0.5 0 K/m = 0.0005 1/nap 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 folyótól mért távolság (m) SZÁMÍTOTT VÍZSZINT V EMELKEDÉSEK TISZÁRA MERŐLEGES SZELVÉNY MENTÉN 3. Alkalmazás
FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG SZÁMÍTOTT ADATOK áramlási sebesség (m/nap) 0.2 0-0.2-0.4-0.6 vízadóból folyó felé folyó felől vízadóba csökken a meder vezetőképessége Áramlás megfordulásának max. távolsága 500 450 400 350 300 250 200 150 k = 50 m/nap k = 20 m/nap k = 5 m/nap 2. Modellezés 100 k = 0.5 m/nap -0.8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 folyótól mért távolság (m) SEBESSÉG G VÁLTOZV LTOZÁS S A TÁVOLST VOLSÁGGAL TETŐZŐ VÍZÁLLÁSNÁL 50 1 10 100 meder vezetõképesség, arány HATÁST STÁVOLSÁG G VÁLTOZV LTOZÁSA 3. Alkalmazás
FOLYÓ HATÁSAI ÉS S A HATÁST STÁVOLSÁG HATÁS MIRE? - áramlási irány változása - áramlási gradiens változása - vízszintváltozás (nyomásterjedés) - nyomás alatti nyílttükrű áramlás - vízminőség változása A TÁVOLSÁGOK VÁLTOZNAK - Időbenfolyamatosan, egy árhullám alatt is, különböző árhullámok esetén is - De az áramlási irány megfordulásának távolsága ugyanazon szelvény mentén sokkal szűkebb határok között változik, mint a gradienssé! - Térben, azaz minden egyes folyóra merőleges szelvény mentén
KORRELÁCI CIÓS S KAPCSOLATOK VIZSGÁLATA 20 év havi átlagos folyó- és talajvízszintjei között 20 év nagyvizes időszakaira DUNA
KORRELÁCI CIÓS S KAPCSOLATOK VIZSGÁLATA DUNA
KORRELÁCI CIÓS S KAPCSOLATOK VIZSGÁLATA -n x n eleműmátrix - Átlójában r=1 érték -i = j sorokban és oszlopokban azonos értékek -n db fedvénya térképen
KORRELÁCI CIÓS S KAPCSOLATOK VIZSGÁLATA DUNA
MONITORING TEVÉKENYS KENYSÉG G OPTIMALIZÁLÁSA - Eltérő hidrodinamikai jellegű, viselkedésű területek határolhatóak le, - a rendszer szempontjából kieső(eltérő viselkedésű) kutak gyorsan kiszűrhetőek -kereshetőennek oka (földtani, kúthiba, emberi tevékenység stb.) - eldönthető melyik kútban érdemes folyamatos vízszint regisztrálás - egyes monitoring kutak kiválthatóak, adatsoruk nem hordoz többletinformációt
A KAPCSOLAT ÁRHULLÁMOK HATÁSA ALATT 111 -Az átlagos vízszintek között szoros korreláció. -Napi adatokra a pontfelhő a nagyobb vízszintek irányában egyre jobban szóródik. 111 Nem mérési hiba, fontos információt hordoz a folyó és talajvíz tranziens kapcsolatára vonatkozóan. Talajvízszint (mbf) 109 108 107 106 105 104 103 103 104 105 106 107 108 109 111 Folyó vízállása (mbf) A DUNA ÉS S A TALAJVÍZ Z NAPI KAPCSOLATA 200 M TÁVOLST VOLSÁGBAN A FOLYÓTÓL Talajvízszint (mbf) 109 108 107 106 105 104 103 37 48 41 44 34 51 55 6 9 30 2 27 103 104 105 106 107 108 109 111 Folyó vízállás (mbf) A DUNA ÉS S A TALAJVÍZ Z NAPI KAPCSOLATA 12 M TÁVOLST VOLSÁGBAN A FOLYÓTÓL
A HUROKGÖRBE RBE A HUROKGÖRBE ALAKJA FÜGG: -A folyó árhullámának karakterisztikájától -A talajvízadó fizikai tulajdonságaitól -A mederkapcsolat erősségétől -Egyéb (beépítettség, kútszerkezet stb)
HUROKGÖRBE RBE ÁRHULLÁM M KARAKTERISZTIKA Talajvízszint (mbf) 111 109 108 107 106 105 104 104 105 106 107 108 109 111 Duna vízállás (mbf) 10 6 8 8 14 Vízállás (mbf.) 111 109 108 107 106 105 104 UGYANAZ A KÚT, KÜLÖNBÖZŐ ÁRHULLÁMOKRA: - Ugyanaz a meredekség - különböző szélesség. 6 8 8 10 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Napok
HUROKGÖRBE RBE TÁVOLSÁG, TALAJVÍZ ÉS TALAJVÍZ Z KÖZÖTTK talajvízszint (mbf) 111 109 108 107 106 105 104 Növekvő távolsággal csökkenő meredekség A különböző távolságban lévő kútpárak között is kialakul A folyamat időbelisége követhető Szétválasztható a mederkapcsolat és a tározási képesség hatása? 395 m 215 m 620 m 104 105 106 107 108 109 111 folyó vízállás (mbf) NÖVEKVŐ TÁVOLSÁGGAL A FOLYÓ ÉS TALAJVÍZSZINT KÖZÖTTK 130 m 175 m Talajvízszint (mbf) 109 108 107 106 105 395 m - 620 m 14 35 8 9 130 m - 175 m 290 m - 395 m 175 m - 215 m 215 m - 290 m 105 106 107 108 109 Talajvízszint (mbf) TALAJVÍZSZINT TALAJVÍZSZINT KÖZÖTTK 15 15
VÍZFÖLDTANI PARAMÉTEREK HATÁSA A HUROKGÖRBE RBE ALAKJÁRA Talajvízszint (mbf) A vízadó tározásiképessége és a mederkapcsolat kis változtatására érzékenyen reagál a meredekség és a hurok szélessége. 93 92 91 90 89 88 - a mederkapcsolat gyengül -a tározásitényezőnő 88 89 90 91 92 93 Folyó vízszint (mbf) FOLYÓ TALAJVÍZ Z VÍZSZINTJE V KÖZÖTTK Talajvízadóból átadott hozam (m3/nap) 10 5 0-5 -10-15 -20 A vízhozam vízállás közötti kapcsolat is mutatja a folyóhoz hasonló hurokgörbe jelleget! a mederkapcsolat gyengül vízadóból folyó felé folyó felől vízadóba 2. Tetőző vízállás 1. Tetőző vízhozam 88 89 90 91 92 93 Folyó vízszint (mbf) FOLYÓ VÍZÁLLÁS HOZAM KÖZÖTTK 2. Modellezés 3. Alkalmazás
A FELSZÍNI VÍZ VZ SZIMULÁCI CIÓJA TECHNIKAI MEGOLDÁSOK -A folyó, mint hatás szimulációja a MODFLOW ban: - folyó csomag - állandó v. változó vízszint csomag -ghbcsomag - drén csomag -stb. Valóság m Modell h R h ijk cella w Q = C*(h R h ijk ) C = (K/m)*w*L h ijk L h B Q= C*(h B -h) C = K*L A vízföldtani viszonyoktól függően alkalmazható bármelyik megoldás, de előnye és hátránya mindegyiknek van! Folyó GHB Drén Q = C (h ijk -d) where d = head in the drain. Q = 0 if h ijk <d h ijk DBOT 2. Modellezés 3. Alkalmazás
A FELSZÍNI VÍZ VZ SZIMULÁCI CIÓJA PERMANENS VAGY TRANZIENS MEGOLDÁS Folyó napi vízszintjei (mbf) Milyen távolságban vagyok a folyótól? Mi a célja a vizsgálatnak? - Jellemző hidrodinamikai helyzet - egy árhullám hatása - hosszútávú előrejelzések Permanens vagy tranziens 93.5 93.0 modellszámítás? 111 109 108 107 106 105 104 A modell periódusai folyó mért vízszintje (Dunaalmásnál) 2006-03-21 2006-03-26 2006-03-31 2006-04-05 2006-04-10 2006-04-15 2006-04-20 2006-04-25 Dátum NAPI FELBONTÁSA EGY FOLYÓ ÁRHULLÁMÁNAK Vízállás (mbf) 92.5 92.0 91.5 91.0 90.5 90.0 89.5 89.0 88.5 88.0 87.5 Tranziens esetben az időbeli felbontás: - a folyó vízállásához igazítva - milyen részletességgel? A folyó vízszintje: - egyes periódusokban és -jövőbeli becsléseknél miként legyen megadva 2512 Napi periódus felbontás / év / év változó vízszint! 87.0 2008-01-01 2008-03-01 2008-04-30 2008-06-29 2008-08-28 2008-10-27 2008-12-26 Dátum 2. Modellezés 3. Alkalmazás
AZ IDŐBELI FELBONTÁS S HATÁSA Visszafelé megtett út / összes út Az időbeli felbontás jóságát: -a talajvízadóból a folyófeléés folyófelől a talajvízadófelétörténőáramlások viszonyával ellenőrizhetjük. 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 160 napi felbontás rossz felbontás legjobb felbontás Napok száma 120 80 A rossz időbeli felbontás hatása: - a megfordult áramlási helyzet kisebb távolságig követhető nyomon kevésbé tartós és ritkábban fordul elő - vagy akár ennek ellenkezője is lehet. napi felbontás kevés periódus elég számú periódus, rossz vízszint-értékek 2. Modellezés 40 0.05 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Távolság (m) A VÍZRV ZRÉSZECSKÉK ÁLTAL A FOLYÓ FELŐL A VÍZADV ZADÓ FELÉ MEGTETT ÚT, ÉS S AZ ÖSSZES MEGTETT ÚT T ARÁNYA 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 1200 Távolság (m) A FORDÍTOTT ÁRAMLÁSI HELYZETŰ NAPOK SZÁMA EGY ÉVBEN 3. Alkalmazás
A TRANZIENS MODELL KALIBRÁCI CIÓJA számított vízszint Hagyományos kalibráció: - az egyidejű mért és számított vízszintek, - mért vízszint idősor és a számított idősorok illesztése, átlagos hiba számítása. A változtatandó paraméterek száma nő: -k + Sy, Ss, criv 92 91 90 89 2014.ápr 2014.júl 2014.okt 89 90 91 92 mért vízszint Vízszint (mbf) 91 90 89 88 87 Vízszint (mbf) 111 109 108 107 106 105 104 Dunától mért távolság 180 m 210 m 350 m 400 m 615 m mért vízszint számított vízszint Duna 2006-03-21 2006-03-31 2006-04-10 2006-04-20 Dátum 2013-11-09 2014-01-09 2014-03-09 2014-05-09 2014-07-09 2014-09-09 2. Modellezés 3. Alkalmazás
A TRANZIENS MODELL KALIBRÁCI CIÓJA 111 talajvízszint (mbf) 111 109 108 107 106 105 Alulhatározott feladat! - nehézkes kalibráció, - több megoldás ugyanolyan hibával, - a mederkapcsolati hatásfok?? mért hurokgörbe számított 1. 105 106 107 108 109 111 folyó vízszint (mbf) számított 3. tározás csökkentve A MEDERVEZETŐKÉPESS PESSÉG G KALIBRÁLÁSA EGY PARTI KÚT K ÉS S A FOLYÓ KÖZÖTTI HUROKGÖRBE RBE ALAPJÁN számított 2. CRIV növelve Talajvízszint (mbf) Talajvízszint (mbf) 109 108 107 106 109 108 107 106 105 104 VÉGLEGES ILLESZTÉSEK SEK mért adat (128 m a folyótól) számított adat mért adat (214 m a folyótól) 104 105 106 107 108 109 111 Duna vízállás (mbf) A TÁROZT ROZÁSI TÉNYEZT NYEZŐ KALIBRÁLÁSA KÉT T KÚT K T KÖZÖTTI K HUROKGÖRBE RBE ALAPJÁN mért adat számított adat 106 107 108 109 Talajvízszint (mbf) 2. Modellezés 3. Alkalmazás
A FOLYÓNAK ÁTADOTT TERHELÉS S PONTOSABB SZIMULÁLÁSA SA szennyezőanyag koncentráció (microg/l) Szennyezőanyag koncentráció (microg/l) 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 2400 2000 1600 1200 800 400 0 2006-03-21 2006-03-28 2006-04-04 2006-04-11 2006-04-18 2006-04-25 Dátum KONCENTRÁCI CIÓ VÁLTOZÁS S FELVÍZI KUTAKBAN 2006-03-21 2006-03-28 2006-04-04 2006-04-11 2006-04-18 2006-04-25 Dátum KONCENTRÁCI CIÓ VÁLTOZÁS S ALVÍZI KUTAKBAN Feladat: - átlagos talajvízadó szennyezettség - hogyan változhat árhullámok során - a folyó vízadó felőli terhelése Szennyezőanyag koncentráció (mg/l) Folyónak átadott hozam (m3/nap) 80 60 40 20 0 1500 1000 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 rel. folyómenti távolság az 1. ponttól (m)
A SZENNYEZÉSTERJED STERJEDÉS S PONTOSABB SZIMULÁLÁSA SA 90 80 Feladat: - talajvíz szennyezés mozgásának előrejelzése 50 éves időtávra Permanens modellezés: túl gyors terjedés, túl nagy koncentrációka csóvafronton Megoldás: 1. a folyó felé változó transzportparaméterek, pl. erősödő diszperzió VÍZRÉSZECSKÉK ÁLTAL MEGTETT ÚT T A TÁVOLSÁGGAL 120 100 DISZPERZIÓ VÁLTOZÁSA A TÁVOLST VOLSÁGGAL Vízrészecskék által megtett összes út (m) 70 60 50 40 30 20 10 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 1200 1300 1400 1500 Tiszától mért távolság (m) Longitudinális diszperzivitás (m) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Tiszától mért távolság (m)
A SZENNYEZÉSTERJED STERJEDÉS S PONTOSABB SZIMULÁLÁSA SA A permanens modellel számítottnál lassabb az advetívtranszport, mert a folyó felé nő a visszafelé megtett utak hossza. megoldás: 2. nagy időbeli felbontású tranziens modell a folyó vízállásváltozásához igazítva EREDMÉNY: jelentős különbség a szennyezés terjedésben permanens és tranziens áramtérben 0 500 1000 1500 2000 VÍZRÉSZECSKÉK K MOZGÁSA TRANZIENS ÁRAMTÉRBENRBEN
A KÁRMENTESK RMENTESÍTÉS S PONTOSABB SZIMULÁLÁSA SA A kutak befogási zónája: -különbözik permanens és tranziens esetben, - függ a folyótól mért távolságtól. PERMANENS BEFOGÁSI ZÓNÁKZ TRANZIENS BEFOGÁSI ZÓNÁKZ
A PARTISZŰRÉSŰ VÍZBÁZISZIS Hozamarányok kérdése Milyen arányban nyerjük a folyóból a vizet? A vízbázis védőidoma A védőidom alakja, kiterjedése (mederkapcsolat, tranziens áramtér)
Köszönjük k a figyelmet! KÚTFŐ projekt záróz rendezvénye: nye: 2015. április 22. Jelentkezés: Budapest, MTA Nagyterme s: http://kutfo.uni-miskolc.hu KÚTFŐ Projekt záróz rendezvény, ny, 2015. április 22. Budapest