A FELSZÍNI ÉS A FELSZÍNKÖZELI VIZEK KAPCSOLATA A KALOCSAI- SÁRKÖZ ÉS A BORSODI-ÁRTÉR MINTATERÜLETÉN Szalai József 1, Nagy György 2, Gévai Milán 3 1 Országos Vízügyi Főigazgatóság, 1012 Budapest, Márvány utca 1/D. szalai.jozsef@ovf.hu.2 Alsó-Duna-völgyi Vízügyi Igazgatóság, 6500 Baja, Széchenyi I. u. 2/c. nagy.gyorgy@aduvizig.hu 3 Mélyépítő Labor Kft 1151 Budapest Visontai u. 1/B. gevaimilan@gmail.com 1. Bevezetés A felszíni és a felszínközeli (talajvíz, sekély felszín alatti víz) kapcsolata, kapcsolatai szorosságát számos tényező befolyásolja. A földtani környezet állapotjellemzőin túl városi környezetben a beépítések, pincék, mélygarázsok kialakítása is módosítja, módosíthatja az áramlási pályákat, az utánpótlódást, illetve a megcsapolást. Egyes térségekben a felszíni víz és a felszínközeli vizek interaktív kapcsolata meghatározó jelentőségű, máshol ez még nagyrészt feltáratlan. Az előbbi eset ismert, sokat kutatott példái a Duna, a Szigetköz és a parti szűrésű vízbázisok voltak. A dolgozat a korábban megkezdett, a Kalocsai-Sárköz talajvízjárást befolyásoló környezeti változókkal és háttértényezőkkel foglalkozó kutatás folytatása, melynek célja más helyszínek, ezúttal a Borsodi-ártéren végzett hasonló vizsgálatok eredményeivel kiegészítve a Duna, a Tisza és a mentett oldali talajvízszintmérő kutakban mért vízszintek összehasonlító elemzése. Az elemzések csak kisebb körzetekre, mintaterületekre, ezen belül szűkített állomáskörre terjednek ki. Ennek oka az, hogy az adatleválogatás-adatelőkészítés-számítások-értékelések meglehetősen időigényes folyamat, gyakran ugyanazt a pályát többször be kell járni, illetve a feldolgozást újra kell kezdeni. A vizsgálatokba bevont állomások törzsadatait az 1. táblázat tartalmazza. 1. táblázat: A dunai és a tiszai mintaterület vizsgálatokba bevont állomásainak törzsadatai
2. A mintaterületek elhelyezkedése A dunai mintaterület a Kalocsai-Sárköz nyugati peremterületén, Uszódtól délre helyezkedik el. Az összehasonlító-elemző vizsgálatok a 001451., Uszód, a 001455., Uszód talajvízszintmérő kutakra, a 00549., Paks és a 000550., Dombori vízmércék bevonásával a kutak szelvényében számított dunai vízszintekre, valamint a 004370., Öregcsertő-Csornapuszta csapadékmérő állomáson gyűjtött adatokra terjedtek ki. Az állomások elhelyezkedését a Vízrajzi évkönyv 2006. (VITUKI, 2010.) kötete térképszelvényei felhasználásával készített részletrajz (1. ábra) szemlélteti. 1. ábra: A 001451., Uszód és 00155., Uszód és a 004370., Öregcsertő-Csornapuszta állomások elhelyezkedése A másik, választott mintaterület a Tisza mentén, Polgártól délre a tiszapalkonyai vízmércét (001722., Tiszapalkonya) és a Polgár-alsóréti talajvízszintmérő kútsor 4 állomását (002689., 002690., 002691., 002693., Polgár-Alsórét) foglalja magába. A térség csapadékviszonyai a 180001., Polgár állomás adatai alapján jellemezhető. Elhelyezkedésüket a 2. ábra mutatja. 2. ábra: A 002689., 002690., 002691., 002693., Polgár-Alsórét és a 180001., Polgár állomások elhelyezkedése
2.1 A Kalocsai-Sárköz természeti képe Az 1050 km 2 kiterjedésű Kalocsai-Sárköz Magyarország mélyebben fekvő területei közé tartozik. A tájegység 88,5-112 mbf. magasságú, déli, délnyugati irányban enyhén lejtő síkság. Sajátossága, hogy a felszínformáiban jelentős különbségek mutatkoznak nemcsak az északi és a déli, hanem a nyugati és a keleti térszínek között is. Az északi rész jellegzetes felszínformái a teraszmaradványok és az alacsonyabb térszíneket elfoglaló ártéri területek. A teraszokat löszös homok és futóhomok, az ártéri területeket pedig finomszemcsés folyóvízi hordalék építi fel, illetve tölti ki. A felszíni képződmények alatt Uszód térségéig húzódó, változó vastagságú kavicsréteg települt. Délebbre a tökéletes síkságként folytatódó felszínt az alacsony ártéri térszíneken vízzáró iszapos-agyagos hordalék, a magas árteret öntésiszap, öntéshomok és helyenként folyóvízi eredetű futóhomok fedi. A tájegység peremterületei felszínformáinak alakításában meghatározó szerep jutott a víznek: a felszínformákat és azok anyagát a vízrendezések befejeződéséig elsősorban a Duna medréből kilépő árvizek alakították. A keleti tájperemre már csak a finomabb hordalékot szállító víztömegek érkeztek, s töltögették a sekély, szikes tavakat és a Dunavölgyi-főcsatorna mentén máig fennmaradt kotus, tőzeges medermaradványokat. Jellegzetes felszínformák között az északi részterületen vízrajzi szempontból is meghatározóak a lefűződött, elhagyott mederrészek és a lefolyástalan területek. Az utóbbiakon szikes tavak helyezkedtek el, melyeknek az ármentesítő munkálatok befejeződésével közvetlen kapcsolatuk megszakadt a Dunával, emiatt jelentős részük szárazabb elveszíti vízkészletét, sajátos felszínformáik (szikfokok, szikpadkák) erodálódnak. A déli területrészen elsősorban a finomabb szemösszetételű hordalék halmozódott fel; helyenként kisebb mennyiségben részben dunántúli eredetű kavics is elegyedett az összletbe (Bulla, 1962., Marosi & Somogyi, 1990., Lóki, 1999., Mezősi, 2011., Szalai & Nagy, 2012). 3. ábra: A Duna vízvízszintjének alakulása a 000549., Paks vízmérce szelvényében az 1931-2014. közötti A Kalocsai-Sárköz területén elhelyezkedő mintaterület talajvízjárását két vízmérce (000549., Paks, 000550., Dombori) és két (001451., Uszód, 001455., Uszód) talajvízszintmérő kútban az 1931-2014. közötti gyűjtött adatok felhasználásával jellemeztük. (A talajvízszintmérő
kutak közül 011451 Uszód állomáson 1934 óta folynak mérések.) A 3. ábra a paksi vízmércén leolvasott vízállásokat szemlélteti, a 4. és 5. ábrán pedig az uszódi kutak menetgörbéi időbeli alakulása látható, mindkét kút esetében szelvényben azonos magasság-tartományban. 4. ábra: A 001451., Uszód talajvízszintmérő kút menetgörbéjének alakulása a mérések kezdetétől 2014. év végéig 5. ábra: A 001455., Uszód talajvízszintmérő kút menetgörbéjének alakulása a mérések kezdetétől 2014. év végéig A két vízrajzi törzsállomás menetgörbéjét összehasonlítva megállapítható, hogy hasonló lefutásúak, különbség elsősorban az adatsorok hosszában és a változások mértékében mutatkozik. A vízszéltől mintegy 450 m-re létesített 001451., Uszód állomáson 1934, a Dunától mintegy 850 m-re telepített 001455., Uszód állomáson pedig 1962 óta végeznek méréseket. (Emiatt és a számítások meglehetősen szigorú feltételeknek támasztó adatigényének biztosítása miatt a vizsgálatok kezdőidőpontja is 1961 lett.)
A 001451., Uszód talajvízszintmérő kút menetgörbéje az 1950-es évek közepétől az 1960-as évek közepéig csökkenő trenddel jellemezhető. Az 1960-as évek második felében részben a jelentős hócsapadék következtében felszíni elöntések is kialakultak. (Az 1965. évi elöntés a dunai árvíz következménye.) Az 1960-as évek végétől az 1990-es évek elejéig trendjellegű talajvízszintsüllyedés mutatkozott, amit kisebb emelkedő-süllyedő periódusok élénkítettek. Az 1990-es évek elejétől az évtized végéig az éves középértékekre vetítve közel 1 m-es emelkedés alakult ki. A 2000-es évek elején 2002-2003-ban jelentős, közel 1 m-es süllyedés mutatkozott. A 001451., Uszód talajvízszintmérő kút környezetében 2005-től egyensúly-közeli állapotot mutatnak a mérési adatok. A 2013. évi árvíz hatása azonban markánsan jelentkezett. A 001455., Uszód vízrajzi törzsállomáson 1962-ben kezdődtek a mérések. A menetgörbe lefutása a 001451., Uszód állomáséhoz hasonló, a változások ellenben szűkebb értéktartományban helyezkednek el. A 2002-2003-ban jelentősebb csökkenés mutatkozott. A 2013. évi árvíz következtében számottevő, de a 001451., Uszód kútban bekövetkezettnél mérsékeltebb talajvízszint emelkedés alakult ki. 6. ábra: A 004370., Öregcsertő-Csornapuszta állomáson mért napi, havi és éves csapadékösszegek alakulása a mérések kezdetétől 2014. év végéig Szakirodalmi adatok szerint a Kalocsai-Sárköz területén az éves átlagos csapadékösszeg 570-590 mm/év (Marosi & Somogyi, 1990.). Az átlagos éves csapadékösszeget meghaladó csapadékmennyiséget 2004-ben, 2005-ben, 2006-ban, 2010-ben, 2013-ban és 2014-ben jegyzetek fel (6. ábra). Az átlagosnál csapadékosabb évek közül kiemelkedett a legcsapadékosabb év, 2010. Ebben az évben 973 mm csapadékmennyiséget mértek. További sajátossága ennek az évnek, hogy három hónapban 150-200 mm csapadék érkezett havonta (május: 161,5 mm, június: 151,5 mm, szeptember: 197,8 mm).
A rendelkezésre álló adatok felhasználásával szerkesztett 6. ábrán további sajátosság is megfigyelhető: 2014-ben négy hónapban (május, július, szeptember, október) mértek 100 mm-t meghaladó havi csapadékösszeget. A napi csapadékmaximumok jelentkezését áttekintve megállapítható, hogy szélsőségesen nagy (100 mm/nap értéket meghaladó) csapadék az állomáson nem fordult elő. A legtöbb csapadékot 69,6 mm 2003. július 28-án mérték, de 50 mm-t meghaladó csapadék érkezett 2005. augusztus 4-én (57,1 mm) és 2010. szeptember 10-én (60,2 mm) is. 2.2 A Borsodi-ártér és a Hortobágy természeti képe A Tisza-menti mintaterület, illetve a vizsgálatokba bevont kutak a Tisza folyó mentén viszonylag hosszú, keskeny sávban elnyúló 483 km 3 területű Borsodi-ártér északkeleti részén, Polgár térségében helyezkednek el, úgy, hogy a kútsor Tiszától legtávolabb, közel 2800 m-re létesített állomása tájbeosztás szerint már a Hortobágy területére esik. A felszín alatti tájhatár valószínűleg nem jelölhető ki egyetlen görbével elválaszthatóan, jóllehet a felszíni földtani térképen, a felszínen a folyóvízi homok, kavics és a folyóvízi agyag, aleurit mutatja az elkülönülést (Gyalog & Síkhegyi, 2005.). A Borsodi-ártér alapvetően ártéri szintű tökéletes síkság mindössze 88-94 m tengerszint feletti magasságú, rossz lefolyású térszínekkel, mocsaras laposokkal tagolt terület. Orográfiai viszonyait a Sajó, a Hernád és a Tisza elhagyott mederszakaszai, valamint az északi részen előforduló homokformák élénkítik. Földtani felépítését több felszínalakító tényező együttesen formálta: a tektonikai mozgások mellett a korábbi hordalékkúp kavicsos, homokos anyagát részben a Tisza és mellékfolyói megbontották, átmozgatták, részben az általuk szállított finomabb üledékkel (pl. öntésiszap) töltötték fel a mélyedéseket. Emellett a szél eróziós tevékenysége is kimutatható, elsősorban a pleisztocén végén létrejött homokformák révén. A térség vízrajzi viszonyainak alakulásában az 1973-ban üzembe helyezett Kiskörei-tározó jelentős változást hozott. A duzzasztás következtében amint azt az elemzések során felhasznált 001722., Tiszapalkonya vízmérce (7. ábra) menetgörbéje is mutatja a Tisza vízjárása megváltozott. ami elsősorban a nyári időszak vízállás-adatainak alakulásában szembetűnő. A mintaterület keleti része Polgár belterülete tájföldrajzi szempontból a Hortobágy nyugati peremén helyezkedik el. A Hortobágy földtani felépítését alapvetően az elhelyezkedése határozta meg: a pleisztocén végén három, az Ős-Tapoly-Ondava, Sajó- Hernád és az Északkelet-alföldi hordalékkúp határolta. Ennek következtében elsősorban finomszemcsés üledékek települtek, homok és kavics csak északnyugaton fordul elő. Részben a hordalékkúpokból, illetve a Tisza és mellékfolyói által szállított és továbbmozgatott homokból a tájegység jellemzően magas talajvízszintje miatt futóhomokformák nem alakulhattak ki. Emellett a felszínformák alakításában a Tisza is tevékenyen részt vett; a holocénben a terület csaknem egészét bejárta, az üledékek és a felszínformák területi különbözőségeit felszámolta (Bulla, 1962., Pécsi, 1969, Marosi & Somogyi, 1990.). Vízrajzi szempontból megemlíthető a mintaterület térségében közel a tájhatáron futó Királyér, ami a talajvízszint alakulását valószínűleg keskeny, partmenti sávban befolyásolja. A 001722., Tiszapalkonya vízmércén leolvasott vízállásokat a 7. ábra az 1931-2014. a 8. ábra pedig az 1971-2014. közötti szemlélteti. Megállapítható, hogy a Kiskörei-tározó üzembe helyezését (1973) követően a Tisza vízjárása megváltozott ebben a szelvényben. A tározó építését megelőző a kisvizek (LKV-értékek) az 1960-as évek elejéig csökkentek, majd közel egy évtized időtartamú egyensúly-közeli, kvázi-trendmentes állapot
mutatkozott. A tározótér fokozatos feltöltése, majd a végleges üzemrend kialakítása újabb korszak kezdetét jelentette. Különösen szembetűnően mutatkozott meg a tavaszi feltöltések, őszi leürítések vízjárásra gyakorolt hatása az 1986 utáni. 7. ábra: A Tisza vízszintjének alakulása a 001722., Tiszapalkonya vízmérce szelvényében az 1931-2014. közötti 8. ábra: A Tisza vízszintjének alakulása a 001722., Tiszapalkonya vízmérce szelvényében az 1971-2014. közötti Az elemzéshez felhasználásra került a 001723., Tiszakeszi vízmérce adatsora is. Az 1970-es évek közepétől kezdődően, az 1980-as évektől azonban mindkét vízmérce adatsorában egyértelmű és hasonló jellegű változás mutatkozott, illetve mutatkozik. A változás elsősorban az évi LKV alakulásában jelentkezik. Az éves legkisebb vízállások (LKV) a duzzasztás megkezdése előtt az évek többsége esetében gyakran a negatív (vízmérce 0 pontja alatti
elhelyezkedő vízszint) értékűek voltak. (A tiszapalkonyai vízmércén az eddig leolvasott legalacsonyabb vízállás (LLKV) -230 cm volt 1961. szeptember 24-én.) A megváltozott vízjárás következtében a meder hidromorfológiai tulajdonságai is módosultak. A folyó közvetlen környezete talajvízszintjének időbeli alakulása szempontjából itt nem az árhullámok levonulása elsődlegesen vált meghatározóvá, hanem a mederduzzasztás. Az iszaplerakódás következtében valószínűleg időközben jelentősen módosult a vízállás és a talajvízszint-változásai közötti kapcsolat szorossága. A két vízmérce mérési adatainak felhasználásával sor került a felszíngörbe megszerkesztésére a tiszapalkonyai és a tiszakeszi vízmércék szelvénye között. A felszíngörbe ismeretében számíthatóvá vált a kútszelvényben kialakult hullámtéri vízborítás magassága is. (A tiszapalkonyai vízmérce és a Polgár-Alsórét kútsor szelvénye kis távolság miatt utóbbi szelvényre számított felszíngörbe és a tiszapalkonyai vízállás különbsége kicsi, ezért a továbbiakban a tiszapalkonyai vízmérce adatsorával végeztük a számításokat.) Polgár külterületén, a településtől délre létesítették azokat a talajvízszintmérő kutakat, amelyek menetgörbéit a 9., 16. ábrák szemléltetik. (A kútsor 002692 törzsszámú állomása időközben megszűnt, az utódállomása pedig 11 m-rel mélyebb, ezért a további számításokból kimaradt.) 9. ábra: A 002689., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő állomáson mért vízszintek alakulása az 1934-2014. közötti A 002689., Polgár-Alsórét, sajátos helyzetű, a hullámtérben az árvédelmi töltésláb közelében létesített észlelőkút vízjárása a Kiskörei-tározó üzembe helyezését követő néhány éven belül módosult (9. és 10. ábra). A menetgörbe tanúsága szerint a változás 1974-1975-től kezdődően tekinthető szignifikánsnak. Az 1934-1974 közötti időszak átlagos talajvízszintje 88,19 mbf. (486 cm terep alatt), a duzzasztás kezdete után, az 1975-2014 közötti években pedig 89,03 mbf. (402 cm terep alatt), vagyis 84 cm-t növekedett a Kiskörei-tározó üzembe helyezés óta eltelt a kút környezetében az átlagos talajvízszint.
10. ábra: A 002689., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő állomáson mért vízszintek alakulása az 1971-2014. közötti 11. ábra: A 002690., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő állomáson mért vízszintek alakulása az 1934-2014. közötti A 002690., Polgár-Alsórét észlelőkút a kútsor második, a mentett-oldali, töltésláb közelében elhelyezkedő állomása. Vízjárása - a mérési adatok tanúsága szerint - a Kiskörei-tározó üzembe helyezését követően módosult, a menetgörbe lefutásában 1974-1975-től kezdődően bekövetkezett változások tekinthetők trendjellegűnek. Az 1934-1974 közötti időszak átlagos talajvízszintje 88,45 mbf. (307 cm terep alatt), a duzzasztás kezdete után, az 1975-2014 közötti években pedig 89,25 mbf. (227 cm terep alatt). A két időszak különbsége kereken 80 cm.
12. ábra: A 002690., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő állomáson mért vízszintek alakulása az 1971-2014. közötti A mederduzzasztás hatása elsősorban az éves minimumok alakulásában mutatkozik meg: az 1975 utáni a minimumok értéke két év kivételével nem volt kisebb 400 cm-nél, leggyakoribbak a 200-300 cm közötti értékek voltak. Ugyanakkor megállapítható az is, hogy a maximumok alakulása a korábbi évtizedekben tapasztaltaknak megfelelően alakult: a talajvíztükör terepszint fölé emelkedése, felszíni elöntés többször előfordult (11. és 12. ábra). 13. ábra: A 002691., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő állomáson mért vízszintek alakulása az 1934-2014. közötti
14. ábra: A 002691., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő állomáson mértvízszintek alakulása az 1971-2014. közötti 15. ábra: A 002693., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő állomáson mért vízszintek alakulása az 1934-2014. közötti A Tiszától ~550 m-re létesített 002691., és a legtávolabb (~2800m) 002693., Polgár-Alsórét vízrajzi törzshálózati talajvízszintmérő kutak hosszú idősorral rendelkeznek, menetgörbéik lefutása hasonló jellegzetességeket mutat (13., 14., 15. és 16. ábra). Mindkét kút esetében megfigyelhető jellegzetességek az ország más síkvidéki tájain létesített talajvízszintmérő kutak esetében is azonosíthatók. Ezek közé tartozik az 1980-as évek elején kezdődött s az 1990-es évek első felében véget érő talajvízszint-csökkenés (14. és 16. ábra). További jellegzetesség, hogy 6-8 évben markáns emelkedés alakult ki, melynek eredményeképp 1999-2000-ben a térség talajvízszintje az 1970-es évek végén, 1980-as évek elején mért értékek
közelébe emelkedett. Az utóbbi másfél évtized szélsőséges időjárási eseményei következtében jelentős talajvízszint-emelkedések és -süllyedések alakultak ki. Ezek a változások a 002691., Polgár-Alsórét állomás esetében mérsékeltebbek voltak, azonban a 002693. Polgár-Alsórét kút esetében a 2009. év végén kezdődött s a 2010-2011-ben folytatódó változás elérte, sőt meghaladta a 3 m-t! 16. ábra: A 002893., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő állomáson mért vízszintek alakulása az 1971-2014. közötti A fentiek összefoglalásaként megállapítható, hogy a Borsodi-ártér északkeleti részén Polgár térségében, a tiszai mintaterületen a talajvíztükör a mérések kezdete óta számos alkalommal a felszín közelébe, vagy fölé emelkedett. A Kiskörei-tározó üzembe helyezését követően a menetgörbék alakja a folyómederhez közelebbi kutak esetében a megelőző tapasztalttól eltérő lefutásúvá vált, ami elsősorban az éves minimumok számértékének csökkenésében mutatkozott meg, azaz a terepszinthez közelebb helyezkedik el. Távolabbi kutak esetében a folyó-talajvíz kölcsönhatás lényegesen gyengébb, az időjárási események hatása a menetgörbék tanúsága szerint meghatározóvá válik (14. és 16. ábra). A mintaterület környezetében Polgáron a Tiszántúli Vízügyi Igazgatóság csapadékmérő állomást üzemeltet. Napi időbeli felbontású mérési adatok 1997 óta állnak rendelkezésre. A mérési adatok felhasználásával szerkesztett, a napi, havi és évi csapadékösszegek alakulását az 17. ábra szemlélteti. (Az ábra elsődleges y tengelye az éves, a másodlagos y tengely pedig a havi- és a napi csapadékösszeget mutatja.) Szakirodalmi adatok szerint a tájegységen a sokévi átlagos csapadékösszeg 530-550 mm, az északi részterületen elérheti az 560 mm-t. (Marosi & Somogyi, 1990.) A rendelkezésre álló adatok alapján Polgár térségébe a sokévi átlagnál több csapadék érkezett 1998-ban, 1999-ben, 2001-ben, 2005-ben, 2006-ban és 2010- ben. A sokévi átlagnál kevesebbet 2001-ben és 2012-ben mértek. A 180001., Polgár állomás adatai felhasználásával végzett számítások szerint az 1997-2014. közötti időszak átlagos évi csapadékmennyisége 587 mm/év volt, az időszak legcsapadékosabb évei: 2010 (914 mm), 1999 (883 mm) és 2005 (781 mm). A mérési adatok szerint 2013 nem tartozott a kiugróan csapadékos évek közé, azonban hidrológiai szempontból jellegzetessé az év első 5 hónapjában lehullott csapadékmennyiség tette: a
térségébe a 2013. január-május közötti időszak területi átlagában ~360 mm csapadék érkezett, ami az 1971-2000 közötti január-május időszak átlagnál mintegy 160 mm-rel több. Az év második fele kevésbé volt csapadékos, decemberben pedig mindössze 2,1 mm-t mértek. 17. ábra: A 180001., Polgár állomáson mért napi, havi és éves csapadékösszegek alakulása a mérések kezdetétől 2014. év végéig A 17. ábra azt is szemlélteti, hogy az átlagosnál csapadékosabb évek mindegyikében előfordulnak kiugróan magas havi csapadékösszegek. A legcsapadékosabb hónapok közül kiemelkedik 2005. augusztus; 192,9 mm havi csapadékösszeggel. (Ennek ellenére nem ez az év volt a legnedvesebb.) A legcsapadékosabb évben, 2001-ben a legtöbb csapadékot májusban mérték (167,1 mm), azonban az év 7 hónapjában érkezett 50-100 mm csapadék havonta. A napi csapadékösszegek közül 2005. augusztus 15-e emelkedik ki: ezen a napon 91 mm csapadék hullott. 3. Az alkalmazott számítási eljárások Nnagyobb folyók vízjárása és a közelebbi partmenti sávok talajvízjárása rendszerint kölcsönhatásban áll egymással. A változók kapcsolata szorosságát számos tényező befolyásolhatja, ezért célszerű olyan mutatószámot választani, ami a mérési adatok felhasználásával elvégzett számítások alapján összehasonlítható eredményt ad. Emellett a megfelelő mennyiségű és minőségű mérési adat rendelkezésre állása esetén bármikor megismételhető. E feltételeket a korrelációszámítás és a regressziószámítás elégíti ki. 3.1 Korrelációszámítás A vizsgált modellünkben annak tulajdonságai alapján ha okkal feltételezhető, hogy annak viselkedését leíró egyes változók között összefüggés, kapcsolat van, amit célszerű valamilyen
mutatószámmal kifejezni. Sok mérőszám létezik, azonban legelterjedtebben alkalmazott a korrelációs együttható, ami Karl Pearson (1857-1936) munkássága iránti tiszteletből Pearsonféle korrelációs együtthatóként is ismert. A mutatószám jele r, ami a mérések (változók, idősorok) közötti lineáris kapcsolat szorosságát méri. r -1 - +1 közötti értéket vehet fel. Síkkoordináta rendszerben történő ábrázolás esetén ez azt jelenti, hogy ha a függő és a független változó között ténylegesen létezik kapcsolat, akkor az ábrázolt pontpárok pontosan rajta vannak egy növekvő egyenesen, vagy annak közelében helyezkednek el. Ha az illeszkedés teljes, akkor r=1. Ellenben ha egy csökkenő egyenesre illeszkednek pontosan, akkor r=-1. Abban az esetben, ha pontpárok rendezetlenséget mutatnak, s nem egy egyenes mentén helyezkednek el, akkor r=0, azaz a teljes korrelálatlanság esete is fennállhat. A gyakorlat azonban azt mutatja, hogy a szakmai szempontokkal alátámasztott, megalapozott esetekben r értéke rendszerint a szélsőértékek között helyezkedik el, de ha r közel van +1-hez vagy -1-hez, akkor a két változó között szoros vagy magas korrelációs kapcsolat áll fenn. Az egyes változók, idősorok közötti kapcsolat megléte, annak erőssége előzetesen a szóródási diagrammal ellenőrizhető. A 18. ábra a 001722., Tiszapalkonya vízmércén leolvasott és a 002689., 002690., 002691., 002693., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő kutakban mért vízszintek szóródási diagramját mutatja az 1961-2014. közötti. Jól látható, hogy szorosabb kapcsolat megléte esetén (002689., törzsszámú kút és a Tisza vízszintjének alakulása) a pontok a kapcsolati egyenes mentén, viszonylag szűk tartományban helyezkednek el. Gyengébb kapcsolat esetén a pontfelhő szóródási tartománya növekszik, a lineáris kapcsolatot leíró egyenes dőlésszöge kisebbé válik (jobb alsó ábra: 002693., törzsszámú kút és a Tisza vízszintjének alakulása). 3.2 Regressziószámítás A regressziószámítás azon a feltételezésen alapul, hogy a változók jelen esetben a Duna és a Tisza vízállása, valamint a folyók környezetében létesített talajvízszintmérő kutakban mért vízszintek között függvénnyel leírható kapcsolat áll fenn, vagyis meghatározható, hogy az egyik változó egységnyi változása milyen mértékben változtatja meg a másik változó értékét. A kapcsolat jellegét leíró függvény a regressziós függvény pedig a változókhoz a legkisebb négyzetek módszere szerint optimalizált, legjobban illeszkedő függvény. Az elvégzett vizsgálatok során a vízállások és a talajvízszintek lineáris kapcsolatát tételeztük fel. (Amit a korábban elvégzett, s az ismertetett vizsgálatok is alátámasztottak.) Ennek megfelelően a kapcsolat a következő formában írható fel: ŷ = b 0 + b 1 x+e. Az egyenletben az e a maradék vagy hibatag, értéke elhanyagolható abban az esetben, ha a kapcsolatot leíró függvény helyes. A függvény paraméterbecslése, azaz f(b 0,b 1 )= b b x 2 történt. y minimalizálásával i 0 1 * (A b = y b x x=0 értéknél adja a függvény értékét. (Ez az érték abban az esetben 0 1 lehet fontos, ha az x része az értéktartománynak.) i
18. ábra: Részletábrák: a 001722., Tiszapalkonya vízmércén leolvasott és a 002689., 002690., 002691., 002693., Polgár-Alsórét talajvízszintmérő kutakban mért vízszintek az 1961-2014 közötti 4. Adatelőkészítés Az alkalmazni szándékozott számítási eljárások a rendelkezésre álló adatok szűrését, válogatását, rendezését is meghatározta s egyben a legtöbb időráfordítást igénylő feladatrész volt. A mintavételezések egyidejűsége feltételének minden állomásra vonatkozó biztosítása többszörös szűrést igényelt, illetve a leválogatás sajátosságai felismerését követően esetenként egyes feladatrészek ismétlésére is szükség volt. A számítások adatigénye kielégítésének biztosítása céljából az adatelőkészítés három főbb lépésben történt: közülük az első a rendelkezésre álló adatok körének, a mintavételezések (mérések) gyakorisága felmérését követően az adatsorok egyesítése, majd grafikus megjelenítése volt, amit az adatellenőrzés, illetve harmadik feladatként a statisztikai vizsgálatok végzésére kijelölt időszak tételes felülvizsgálata, az egységes, hiánymentes adatsor előállítása volt. A dunai mintaterület esetében a kutak szelvényének megfelelő dunai vízállás számítása a 000549., Paks és a 000550., Dombori vízmércéken mért vízállások felhasználásával történt. Hasonló elvek alkalmazásával történt a tiszai mintaterületen is Tisza kútszelvénybeli vízállásának számítása, azonban a kútsor és a vízmérce közelsége miatt a tiszapalkonyai vízmércén leolvasott értékek közvetlen alkalmazása mellett döntöttünk. Az adatelőkészítés befejezése után került sor az ismertetett módszerekkel a számítások végzésére.
5. Eredmények Az 1. táblázatban feltüntetett állomások bevonásával elvégzett korrelációszámítások eredménye korrelációs mátrixokba volt rendezhető. A dunai mintaterület esetében az állomásszám miatt korrelációs mátrix nem készült. (A vizsgálatok folytatódása esetén, további állomások bevonása után előállítható lesz.) A 19. ábra tanúsága szerint a Duna vízjárása és a közeli két talajvízszintmérő kút (001451., Uszód, 001455., Uszód) vízjárása közötti kapcsolat viszonylag szorosnak tekinthető, azonban az árhullám érkezése, tetőzése és a talajvízszint-maximum kialakulása között időbeli eltolódás mutatkozott. A 2. táblázat a kútszelvénybeli dunai vízállás és a kutak vízszintje között fennálló korreláció időbeli változást mutatja, azaz a korrelációszámítás során időbeli eltolást alkalmazva a korrelációs együttható értéke változik. (Piros szín jelöli a korrelációs együttható legmagasabb értékeit, melyek közül a félkövér a maximum.) 2. táblázat: A dunai mintaterület állomásainak korrelációs mátrixa A kapott eredmények alapján megállapítható, hogy a 001451., Uszód, a folyómederhez viszonylag közel (~450 m) elhelyezkedő kút esetében a késleltetés mindössze 1-2 nap, a távolabbi (~850 m), a 001455., Uszód kút esetében ez az időtartam 3-4 napra növekszik. 19. ábra: A Duna és a 001451., Uszód, valamint a 001455., Uszód talajvízszintmérő kútban mért vízszintek a 2010. január 1. 2012. december 31. közötti
A kútszelvénybeli dunai vízállás függvényében a két kútban mért talajvízszintek alakulását a 20. ábra szemlélteti. A Duna vízjárása és a talajvízszintek alakulása közötti kapcsolat a Dunától távolodva gyengül, amit a pontfelhők alakjának eltérése is mutat. A pontfelhő értéktartománya a 001451., Uszód talajvízszintmérő kút esetében tágabb, mint a távolabbi 001455., Uszód esetében. 20. ábra: A Duna és a 001451., Uszód, valamint a 001455., Uszód talajvízszintmérő kútban kapcsolata A 18. ábra kutankénti bontásban, a 21. ábra pedig a kapcsolatrendszer egészét mutatja a talajvízszint alakulását a Tiszapalkonyán mért vízállások függvényében. Az utóbbi, a 21. ábrán az illesztett trendvonalak szerepe kettős: bemutatni, hogy a pontfelhő eloszlása és a felszíni víz és a talajvíz kapcsolata hogyan alakul a Tiszától való távolság növekedésével. A várakozásoknak megfelelően a legközelebbi, a 002689., Polgár-Alsórét kút esetében a legkarcsúbb a pontfelhő: amint az a 3. táblázatban látható a korrelációs kapcsolat az 1961-2014 közötti itt a legerősebb. Másképp fogalmazva: a pontok szórása - a pontokat befoglaló ellipszis kis- és nagytengelye mérőszámának hányadosa - ebben az esetben a legnagyobb. A távolság növekedésével a pontfelhő tágassága fokozatosan növekszik, a vízállás-talajvízszint kapcsolat gyengül. A tiszai mintaterület állomásainak adatsorai felhasználásával végzett számítások eredményét, a korrelációs kapcsolat szorosságát a 3. táblázat korrelációs mátrixa szemlélteti. A Kisköreitározó 1973-ban történt üzembe helyezése miatt az adatsorokat két részre (1961-2014, 1973-2014) kellett bontani. Feltételezhető volt, hogy az üzemrendnek megfelelő duzzasztás következtében az érintett folyószakasz medermorfológiai jellemzői megváltoztak. A számítások eredménye azt mutatja, hogy tiszai vízállás és a Polgár-alsóréti kútsor vízszintje alakulása között csak a kútsor első két, a Tisza medréhez közeli állomása (002689., Polgár-
Alsórét, 002690., Polgár-Alsórét) között mutatkozik szorosabb kapcsolat. A távolabbi kutak (002691., Polgár-Alsórét, 002693 Polgár-Alsórét) a korrelációs kapcsolat gyenge. Az 1974-2014 közötti időszak adatainak felhasználásával végzett számítások eredménye azt is mutatja, hogy a Kiskörei-tározó üzembe helyezését követően a korrelációs kapcsolat tovább gyengült. 3. táblázat: A tiszai mintaterület állomásainak korrelációs mátrixa 21. ábra: A Tisza és a Polgár-alsóréti talajvízszintmérő kutak kapcsolatrendszere 6. ÖSSZEFOGLALÁS Az utóbbi másfél évtized időjárási eseményei elsősorban szélsőségei egyéb, például a folyómedrekben lezajlott, évtizedes időbeli léptékű változások az emberi beavatkozások mellett a talajvízszintek alakulását is befolyásolták. A bekövetkezett változások idő- és térbeli eloszlása területenként, tájegységenként különböző sajátosságokat mutatott.
Dolgozatunkban két mintaterületen a Kalocsai-Sárköz nyugati peremvidékén (dunai mintaterület) és a Borsodi-ártér északi részén (tiszai mintaterület) vizsgáltuk a folyók vízjárása és a talajvízszintek alakulása közötti kapcsolatot. Kitűzött célunk az volt, hogy olyan számítási eljárásokat alkalmazzunk, amelyek a rendelkezésre álló mérési adatok felhasználásával megismételhető módon számszerűsíthető, ezért összehasonlítható eredményeket szolgáltatnak. E feltételeknek a korreláció- és regressziószámítás maradéktalanul megfelelt. Az adatleválogatás és -előkészítés rávilágított arra is, hogy a mérési adatok megbízhatósága és megfelelő időbeli felbontása meghatározó fontosságú. Regisztrált adatok esetében a mechanikus adatritkítás a később elvégzett elemzéseket különösen az adatelőkészítés időszakában nagymértékben megnehezítheti. A Kalocsai-Sárköz nyugati peremvidékén elhelyezkedő dunai mintaterület vizsgálatokba bevont állomásai adatai felhasználásával végzett számítások eredményei azt mutatták, hogy: - A kutak szelvényében számított dunai vízállás és a talajvízszintek alakulása közötti kapcsolat a Dunától távolodva gyengül, amit a pontfelhők alakjának eltérése is mutat. A pontfelhő értéktartománya a 001451., Uszód talajvízszintmérő kút esetében tágabb, mint a távolabbi 001455., Uszód esetében. - A számítások eredménye azt mutatta, hogy a 001451., Uszód, a folyómederhez viszonylag közel elhelyezkedő kút esetében a késleltetés mindössze 1-2 nap, a távolabbi, a 001455., Uszód kút esetében ez az időtartam 3-4 napra növekszik A Borsodi-ártér északi részén elhelyezkedő tiszai mintaterület vízállás és talajvízszint-adatai felhasználásával elvégzett számítások eredményei a következőkben összegezhetők: - A Kiskörei-tározó üzembe helyezését követően a medertározás következtében módosult a Tisza érintett szakaszának vízjárása, ami elsősorban és értelemszerűen a kisvizek levonulási szintjének alakulásában tükröződik. - A medertározás következtében lecsökkent áramlási sebesség a lebegtetett hordalék duzzasztás előtti időszakhoz képest nagyobb hányadának kiülepedését eredményezte, azaz a kolmatáció révén rontotta a meder és környezete hidraulikai kapcsolatát, amit a korrelációs együtthatók tér- és időbeli alakulása is mutatnak. - A Polgár-alsóréti kútsor (002689., 002690., 002691., 002693., Polgár-Alsórét) távolabbi (~550-~2800 m) állomásai esetében a Tisza vízállása (001722., Tiszapalkonya) és a kutakban mért talajvízszintek korrelációs kapcsolata gyenge, az egyéb környezeti változók és háttértényezők hatása nagyobb. A felszíni vizek és a talajvízszintek kapcsolatrendszerét nyilvánvalóan több háttértényező és környezeti változó is befolyásolja (pl. medermélyülés). Ezek nagyságáról, idő- és térbeli változásáról az adatelőkészítés és a számítások végzésének időszakában megbízható mérési adatok nem álltak rendelkezésünkre. Ezért a kapcsolatrendszer egyes elemei közötti összefüggések feltárására csak az ismertetett körben vállalkozhattunk. 7. HIVATKOZOTT IRODALOM Bulla, B. (1962). Magyarország természeti földrajza, Tankönyvkiadó, Budapest. Gyalog L., Síkhegyi F. (sorozatszerkesztő) 2005: Magyarország földtani térképe, M=1:100 000. A Magyar Állami Földtani Intézet kiadványa, Budapest.
Lóki, J. (1999a): A dunai Alföld, In: Pannon Encyclopaedia Magyarország földje (Pannon Encyclopaedia The land that is Hungary geology, geography and cartography of Hungary and its surroundings) Karátson, D., Kertek 2000 Publishing House, Budapest, Hungary, pp. 298-299. ISBN 963-85792-3-4. Marosi, S. & Somogyi, S. (szerk.) Magyarország kistájainak katasztere. MTA Földrajztudományi Kutatóintézet, 1990. ISBN 963 7395 09 1. Mezősi, G. (2011): Az Alföld természeti képének kialakulása. In. Rakonczay J. (szerk.) 2011: Környezeti változások és az Alföld. A Nagyalföld Alapítvány Kötetei 7. Nagyalföld Alapítvány, Békéscsaba. pp. 15 24. ISBN 978 963 85437 8 3 Szalai, J. & Nagy, Gy. (2012): A Duna-Tisza köze talajvízjárásának alakulása az elmúlt évek hidrometeorológiai eseményeinek tükrében. A Magyar Hidrológiai Társaság által rendezett XXX. Országos Vándorgyűlés dolgozatai. ISBN 978-963-8172-29-7. Pécsi, M. (szerk.), (1969): A tiszai Alföld. (Magyarország tájföldrajza 2.), Akadémiai Kiadó VITUKI, (2010): Vízrajzi évkönyv 2006. VITUKI Környezetvédelmi és Vízgazdálkodási Kutató Intézet Nonprofit Közhasznú Kft, Vízgazdálkodási és Környezetvédelmi Igazgatóság. HU ISSN 0302-928X, ISBN 999 602-490-1.