BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ÉPÍTÔMÉRNÖKI KAR VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3-5., Tel:(36-1)463 1530; Fax:(36-1)463 3753 Az EU Víz Keretirányelv szerinti felszín alatti víztestek kijelöléséhez, értékeléséhez szükséges feladatok Zárójelentés Budapest 2003. március
Tartalomjegyzék Bevezetés 1. Felszín alatti vizekkel kapcsolatos tanácsadói tevékenység 2. Felszín alatti víztestek kijelölése 3. A felszín alatti vizek mennyiségi állapotának jellemzése Talajvízszintek térképezés 3.2. A felszín alóli víztermelés adatbázisa 3.3. A hasznosítható felszín alatti vízkészlet becslése 3.3.1.Módszertani megközelítés 3.3.2.Vízháztartási modell kidolgozása és eredményei 3.3.3.A párolgás számítás pontosításának előkészítése (Morton-módszer) 3.3.4.Porózus víztestekre vonatkozó regionális hidrodinamikai modell kidolgozása és eredményei 3.3.5.Karsz víztestek modellezése 4. Konklúziók és további feladatok Mellékletek jegyzéke 1. melléklet: A VKI hazai implementálásával kapcsolatos feladatok, a felszín alatti vizek mennyiségi kérdései 2. melléklet: Regionális vízháztartási model módszertani alapjai 3. melléklet: Talajvíztérképek 4. melléklet: Vízháztartási elemek 5 évenkénti átlagértékeiről készült térképek CD-melléklet
Bevezetés A munkának kettős célja volt: Az EU Keretirányelv szerint kijelölendő felszín alatti víztestekhez kapcsolódó, a mennyiségi állapotra vonatkozó koncepcionális kérdések elemzése, javaslatok készítése, a nemzetközi anyagokban szereplő információk elemzése. A felszín alatti víztestek vízháztartási jellemzőinek meghatározására, ennek révén a víztestek mennyiségi állapotának jellemzésére alkalmas modell kifejlesztése. Ennek megfelelően a munkaprogram és a végrehajtás is két jól elkülöníthető blokkra osztható. 1. A felszín alatti vizekkel kapcsolatos tanácsadói tevékenység A munkarész keretében 2002-ben három alkalommal vettünk részt a VKI hazai végrehajtását rendszeresen figyelemmel kísérő stratégiai munkacsoport ülésein, amelyek előkészítéseként áttekintettük a felszín alatti vizekkel foglalkozó útmutatók aktuális javaslatait. Összefoglaltuk a hazai végrehajtás feladatait. Ennek a támának a keretében a felszín alatti víztestek kijelölésével, a mennyiségi jellemzéssel és a monitoringgal kapcsolatos feladatok összefoglalója készült el. (részletesen l. 1. melléklet). Az EU Víz Keretirányelv hazai alkalmazásából adódó, 2004. december 22-ig végrehajtandó, felszín alatti vizekkel kapcsolatos feladatok, figyelembe véve a 2329/2001. (XI. 21.) Korm. határozatot is: 1. A felszín alatti vizekkel kapcsolatos hazai jogharmonizáció 2. A vízgyűjtő gazdálkodás területi egységeinek kijelölése ezen belül különös tekintettel a felszín alatti víztestekre. 3. A felszín alatti víztestek jellemzése, a jó mennyiségi állapot szempontjai szerint 4. A felszín alatti vizek mennyiségi monitoringja A jelen munka keretében a 2. 4. pontokban megjelelölt feladatokkal foglalkoztunk. Az egyes feladatkörök teljesítéséhez tatozó, 2004-ig várható költségeket és ezek évenkénti megoszlását foglaltuk össze az 1. táblázatban. Az elemzés, és így a költségek sem tartalmazzák azokat a tételeket, amelyek a 2004. december utáni határidős feladatokhoz tartoznak, mint pl. a víztestek szerinti környezeti célkitűzések meghatározása, a monitoring beindítása, majd a víztestenkénti állapotértékelés és az intézkedési programok meghatározása. 1. táblázat A VKI teljesítésével kapcsolatos feladatok és várható költségek a felszín alatti víztestek mennyiségi jellemzésével kapcsolatban Feladatkör Költségek (M Ft) 2003 2004 összesen Felszín alatti víztestek finomítása, a végleges térképek elkészítése 3 3 A felszín alatti víztestek jellemzése A felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák azonosítása és elemzése Készletszámítások 10 (1) 3 (2) 13 3 (3) 3 (2) 6
Vízkivételekre és egyéb vízhasználatokra vonatkozó információk elemzése Határokkal osztott víztestekre vonatkozó elemzés Jellemzés, az ICPDR és az EU jelentés összeállítása Alapozó munkák Vízháztartási modell Vízszinttérképek szerkesztése, idősorok bemutatása (források is) 5 (4) 15 3 5 8 20 Vízhasználatokra vonatkozó adatok (vízkivétel, dúsítás, visszasajtolás) 7 (5) 7 Összesen: 47 43 90 (1) Ebből 5 M Ft-ért a KGI feltérképezi a természetvédelmi területeteket, 5 M Ft pedig az KvVM-MTA fenntartható vízgazdálkodás c. projekt keretében módszertani megalapozásra fordítódik (2) Az KvVM-MTA fenntartható vízgazdálkodás c. projektje keretében a kritériumok és az azoknak megfelelő készletmódosítás meghatározása (3) A jelen téma keretében megtörténik (4) A modell fejlesztés első fázisa ezzel a témával lezárul (3 millió Ft.), finomítások szükségesek 2 millió Ft értékben (5) A VIZIG-ek bevonásával, A végrehajtás kereteire vonatkozó általános megjegyzések (a felszíni vizekre és a minőséget érintő kérdésekre is vonatkozik): A vízgazdálkodási tervek elkészítése, a monitoring irányítása, a külföldi kapcsolatok ellátása mintegy 40 50 fő folyamatos munkájával teljesíthető. A feladatok végrehajtása a különböző szakemberek szoros együttműködését kívánja, állandó koordinálást, ugyanakkor a feladatok ismeretlensége miatt rugalmasságot is igényel. Ehhez egy külön erre a célra szervezett intézmény/csoport létrehozása javasolt, mert a feladatokat valószínűleg nem lehet hatékonyan, egyedi megbízások formájában, különböző vállalkozók bevonásával megoldani. A szoros együttműködés igénye már a 2004. decemberig teljesítendő két súlyponti feladat (a feltárás és a víztestek jellemzése) végrehajtásában is jelentkezik. Javasoljuk tehát, hogy ennek szervezésében is a lehetőségekhez mérten biztosítani kell a VIZIG-eken és a KöF-eken végzett munkák (esetenként a hatóságtól független) koordinálását. A fenti feladatok mellett folyamatosan jelentkeznek az egyéb EU irányelvek hazai teljesítésével kapcsolatos feladatok (szennyvíz program, nitrát program, vízminőség javító program, a felszíni és a felszín alatti vizek védelmét szolgáló EU konform jogszabályok érvényesítése). Ezek végrehajtásának költsége nagyságrendekkel haladja meg a Keretirányelv bevezetésével kapcsolatos költségeket (összesen - a bizonytanul becsülhető felszín alatti vizek védelmével kapcsolatos költségek nélkül - kb. 1400 milliárd Ft-ról van szó, azzal együtt akár a duplája). Ugyanakkor a Keretirányelv ezek végrehajtását a vízgazdálkodási tervekbe integrálja, a környezeti célkitűzések teljesítése alá rendezve. Emiatt végrehajtásukban a mostaninál szorosabb koordináció szükséges, illetve a Keretirányelv teljesítésének előrehaladásával szükség lehet a környezeti programok módosítására is. Ez erősíti egy erős, vízgyűjtő-tervezéssel foglalkozó intézmény kialakításának szükségességét. 7 5 8 15 5 15 15
2. A felszín alatti víztestek kijelölése A víztestek kijelölése az EU útmutató és a hazai sajátosságok figyelembevételével történt. Ennek részletei az 1. mellékletben illetve a CD fav_víztestek könyvtárában találhatók, itt csak az állapotjellemzés céljára kijelölt víztestek térképeit mutatjuk be (1. a., b., c., d. ábra). 1.a ábra Víztestek porózus vízadókban 1.b. Víztetek poróus termál vízadóban
1.c. Víztestek karszt víztartókban 1.d. Nem karsztos víztestek hegyvidéki területeken 3. A felszín alatti vizek mennyiségi állapotának jellemzése 3.1. Talajvízszintek térképezése
A Víz Keretirányelv a monitoring egyik feladataként jelöli meg a felszín alatti víz szintjének bemutatását, ami csak 2007-től jelentkező feladat lenne. A vízszintekre vonatkozó információk azonban közvetve felhasználandók a víztestek részletes jellemzéséhez is: kritikus állapotú és határokkal osztott víztestek esetében be kell mutatni a vízkivételek vízszintekre gyakorolt hatását, szerepe lesz a felszín alatti vizektől függő szárazföldi ökoszisztémák azonosításában, a vízháztartási és a kapcsolt egyszerűsített országos vízföldtani modell kalibrálásához szükséges. A jelen munka keretében a talajvízszintek térképsorozatát készítettük el, a rétegvízszintekre vonatkozó térképeket a VITUKI készíti, más téma keretében. A térképsorozat szerkesztése a következő módszerrel történt: az alapot az 1956-60 közötti öt évre vonatkozó, átlagosnak tekinthető vízszint térkép jelenti, amelynek előállításához felhasználtuk az erre az időszakra vonatkozó részletes terep alatti vízállás térképet valamint a digitális domborzat térképet (a domborzat térképből kivonva a vízállás térképet ugyancsak egy potenciáltérképet kapunk, amely szerint korrigálni lehetett az eredeti vízszinttérképet); a fentiek szerint elkészült térképet javítottuk (kiegészítettük) a főbb folyók átlagos vízszintjei és a dombvidéki kutak építéskori vízszintjei alapján; az 56-60-tól eltérő ötéves időszakokra vonatkozó térképeket az alaptérkép és a mérési pontokra meghatározható különbségekre illesztett térképek alapján állítottuk elő. A térképek előállításának alapját jelentő, 1956-60-as időszakra vonatkozó terep alatti talajvízállás és talajvízszint térképet mutatjuk be az 2.a és 2.b ábrán. Az 1951-2000 közötti 50 év ötéves periódusaira vonatkozó térképeket a 3. melléklet, illetve a CD talajvíztérképek könyvtára tartalmazza.
2.a. Terep alatti talajvízállás, az 1956 60 as időszak átlaga 2.b. Talajvízszintek, az 1956 60-as időszak átlaga 3.2. Felszín alóli vízkivételek adatbázisa A felszín alatti víztestek mennyiségi állapota értékelésének fontos eleme a vízkivételekre vonatkozó adatok bemutatása és összehasonlítása a víztest hasznosítható készletével. A vízkivételek összesítése a következő információk alapján történt: A víztermelő kutak törzsadat file-ja, amely tartalmazza a kutak EOV koordinátáját, a vonatkoztatási pont mbf magasságát, és szűrőzési szinteket. A Vízbázis Atlasz objektum-törzs adat file-jában a szűrőzésre, talpmélységre vonatkozó adatok sokszor hiányosak. A jelen munka keretében az objektum törzsállomány az alábbi állományok alapján készült: Az 1991 96. évek során a VIZIG-ektől beérkezett vízbázis file-ok A 2001-es év Vízbázis Atlasz file-jai Az 1983 2000 között kataszterezett kutak törzs adatai, beleértve a nyugalmi és az üzemi vízszinteket, a hozamot és a hőfokot. Ez összesen mintegy 32 500 objektum. Az 1951-90-ig terjedő időszakra vonatkozóan a VIZIG-ek által a 90-es évek elején összeállított, a területükön lévő vízkivételi helyek víztermelési file-ja tekinthető a leginkább teljeskörü felmérésnek, ami a vízkivételi hely koordinátján és a szűrőzési szinteken kívül tartalmazza a vízadó típusát, a fedő és a fekü jellegét, valamint az
1951 80 közötti időszak ötévenként összesített vízkivételi adatait, 81 után pedig az évenkénti vízkivételi adatokat. Az 1990 utáni időszakra vonatkozóan a VKJ adatok Vízbázis Atlaszban szereplő értékei, valamint az üzemi adatszolgáltatás víztermelésekre vonatkozó adatai. Eddig az 1991-98, és 2001-es év lett teljeskörüen feldolgozva. Esetenként a VKJ-ban és az üzemi adatszolgáltatásban is szereplő kutak megfleltetése az azonosító hibái miatt nehéz. Az engedélyezett víztermelés és a felhasználás célja az ún. objektum-csoportokhoz tartozik, az egyes kutak objektum csoport kódja azonban ellenőrzést igényel. A 3. ábrán a 2001. évi feldolgozások eredményeit foglaltuk össze a talajvíztartóra (3.a. ábra), a felső pleisztocénre (3.b. ábra), az alsó pleisztocénre (3.c. ábra) és a termálvíztartóra (3.d. ábra). A CD-n az eredmények a vízkivételek könyvtárban találhatók.
3.a. ábra Víztermelés a talajvíztartóból (< 20 m mély) 2001-ben 3.b. ábra Víztermelés a felső pleisztocén víztartóból 2001-ben
3.c. ábra Víztermelés az alsó pleisztocén víztartóból 2001-ben 3.d. ábra Víztermelés a pannon rétegből 2001-ben
A fenti adatok alapján a vízkivételi helyek a víztestekhez rendelhetők, illetve fordítva, vízkivételi helyenként megadható, hogy a kút melyik objektumhoz tartozik. Az 1. táblázat a 2001. évi termelés megoszlását mutatja az egyes porózus víztestek között. (A termál kutak elkülönítésének hiánya miatt a termál víztartók termelését a kordináta szerint releváns nem termál víztartó víztestjeihez soroltuk. 1. táblázat 2001. évi termelési adatok víztestenként A víztest sorszáma összes termelés (m3/nap) összes termelés (m3/nap) összes termelés (m3/nap) A víztest sorszáma A víztest sorszáma 1-20 991 16-23 812 31-17 195 2-37 297 17-11 871 32-4 530 3-9 788 18-15 022 33-2 688 4-7 888 19-8 34-21 654 5-4 285 20-2 803 35-54 354 6-50 21-5 428 36-110 986 7-714 22-14 319 37-1 192 8-5 23-6 136 38-16 594 9-107 24-45 654 39-40 283 10 0 25-22 809 40-21 698 11-2 071 26-1 123 41-2 340 12-7 591 27-77 550 42-4 230 13-12 888 28-31 289 43-3 634 14-38 431 29-752 44-4 043 15-7 355 30-310 45-2 132
3.3. A hasznosítható felszín alatti készlet becslése 3.3.1. Módszertani megközelítés A VKI szerint a felszín alatti vizek jó mennyiségi állapotának egyik feltétele, hogy a vízkivételek sokévi átlaga nem haladhatja meg a hasznosítható készlet értékét (V. melléklet.). A hasznosítható készlet definiciója: a sokévi utánpótlódás értéke csökkentve a felszín alatti vizektól függő vizes és szárazföldi ökoszisztémák felszín alatti vizekből származó vízigényével (VKIdefiníciók). Ez határozottan vízháztartási szemléletű megközelítés, és a megfogalmazás gyakorlatilag azt jelenti, hogy a sokévi átlagos utánpótlódásból a vízi ökoszisztémák működésének fenntartásához szükséges alaphozamot és forráshozamot, illetve a szárazföldi ökoszisztémák esetében az ökológiai szempontból szükséges talajvízpárolgást le kell vonni. Egy másik megközelítés szerint (V. melléklet, ) a vízszinteknek kell olyanoknak lenniük, hogy a fenti feltétel teljesüljön. Lényegében ugyanarról van szó, azonban a Keretirányelven belüli két megközelítés is jelzi a lehetséges módszertani megközelítés különbségeit. Az ún. top-down megközelítés lényege, hogy a víztestek szintjén a vízkivétel ne haladja meg a hasznosítható készlet vízháztartási alapon becsült értékét. A feltétel elemzéséhez tekintsük a következő vízháztartási egyenletet. ΔV = Δt [Q be - Q ki + A (b eta tv ) Qfav-fsz + Qfsz-fav] ΔV: a tárolt készlet megváltozása (adott időpontbeli értéke V) [L 3 ] Q be : peremi beáramlás [L 3 /T] Q ki : peremi kiáramlás [L 3 /T] b: beszivárgás a talajvízbe [L/T] eta tv : a talajvízből történő evapotranszspiráció intenzitása [L/T] Qfav-fsz: a felszín alatti vizekből származó alaphozam, illetve forráshozam [L 3 /T] Qfsz-fav: a felszíni vizekből származó utánpótlódás [L 3 /T] Δt: a mérleg időszakának időtatama [T] A: a vízgyűjtő területe [L 2 ] a jobb oldalon szereplő jellemzők mindegyike a mérleg időszakára vonatkozó átlagos érték Ha ezt az egyenletet a sokévi átlagos állapotra írjuk fel, akkor a tározásváltozás zérus, tehát az utánpótlódási és a megcsapolási tagok egyensúlyban vannak. Ha ebbe a rendszerbe beavatkozunk a vízkivétellel, és továbbra is elvárjuk, hogy a vízkivétel ne a tárolt készlet rovására történjen (a vízszintek ne süllyedjenek tartósan, vagyis ΔV=0), akkor a vízháztartás egyensúlyát kifejező egyenlet a következő formára változik: 0 = Q be - Q ki + A (b eta tv ) Qfav-fsz + Qfsz-fav K K: vízkivételek [L 3 /T] A vízkivétel hatását az oldalirányú beáramlás és a felszíni vizekből származó utánpótlódás növekedése (partiszűrés is!), a kiáramlás csökkenése, a talajvízből származó párolgás és/vagy az alaphozam csökkenése kompenzálhatja. A Keretirányelvben is szereplő utánpótlódás értelmezése némi magyarázatot igényel, hiszen ha kizárólag csak a vízkivétel nélküli, vagy csak a vízkivétellel módosított állapotot tekintjük, akkor a bevételt jelentő tagok változtatás
nélküli figyelembevétele torz eredményt ad. Ismert kapcsolat, hogy a talajvizet elérő beszivárgás a sokévi átlagos talajvízállás növekedésével csökken, majd egy küszöbértéknél mélyebb talajvízállás esetén gyakorlatilag konstanssá válik. A sokévi átlagos utánpótlódás számításához ezt az invariáns értéket érdemes figyelembe venni. Az oldalirányú utánpótlódás és a felszíni vízből történő beszivárgás a vízkivétel növelésével nőhet (ez utóbbi érzékletes példája a partiszűrésű vízkivétel, ahol a vízkivétel túlnyomó részét éppen ez a növekmény adja). Mivel így az utánpótlódás csak a vízkivétel függvényében lenne értelmezhető, célszerű a vízkivétel nélküli értéket figyelembe venni, a partiszűrűsű készleteket pedig külön tárgyalni és a partszakasz kapacitása alapján meghatározni. A fentiek szeint, egy adott terület felszín alatti vizeinek utánpótlódását a vízkivétel nélküli állapothoz tartozó oldalirányú beáramlás és felszíni vizekből történő beszivárgás, valamint talajvizet elérő beszivárgás lehetséges minimumának 1 összegeként értelmezhetjük. Ha felszín alatti vízgyűjtőről van szó, akkor az oldalirányú beáramlás zérus. Ha nem, akkor viszont a szomszédos területeken az egyik területet elhagyó kiáramlás a másik terület számára az utánpótlódást alkotó beáramlást jelenti. Ha az utánpótlódás hosszú távú fenntartását kritériumnak tekintjük, akkor a ténylegesen hasznosítható készlet a vízkivételi állapotban kiáramló vízmennyiséggel biztosan kisebb, mint a fentiek szerint definiált utánpótlódás (hiszen az a szomszédos terület megőrizendő utánpótlódásának része). A fenti szűkítés gyakorlatilag azt jelenti, hogy a hasznosítás szempontjából szóba jöhető utánpótlódás a vízkivétel nélküli állapotra jellemző oldalirányú vízforgalom egyenlege és a felszíni vizekből beszivárgó vízmennyiség, valamint a talajvizet elérő beszivárgás lehetséges minimuma. Valamennyi jellemző esetén a sokévi átlagos érték a mérvadó. Ha a vízkivétel lehetséges maximumát a fentiek szerint definiált utánpótlódás jelentené, akkor az egyéb megcsapolási formák megszűnnének, vagyis megszűnnének a források, a talajvíz nem táplálná a vízfolyásokat és a növényzet nem számíthatna a talajvízből származó vízre. A Keretirányelv szerint megfogalmazott, az ökoszisztémák jó állapotának fenntartását szolgáló kritériumok azt jelentik, hogy egy adott víztestre vonatkozó ténylegesen hasznosítható felszín alatti vízkészlet, a vele kapcsolatban lévő vizes és szárazföldi ökoszisztémák működéséhez szükséges vízmennyiséggel (elvileg az egyes ökoszisztémák víztestre összegzett ilyen típusú vízigénye) kevesebb az utánpótlódásnál. Ehhez az állpothoz azonban az utánpótlódásnál figyelembe vett minimumnál nagyobb beszivárgás is tartozik. Másrészt Magyarországon elkülönítve tárgaljuk a porózus termálvíztartókat is, amelyeknek nincs önálló vízháztartása, tehát a fenti séma nem alkalmazható ilyen egyszerűen. Ebből kiindulva célszerűnek látszik a feltételeket kielégítő vízforgalmi állapot közvetlen elemzésére koncentrálni, és így megállapítani a hasznosítás kritériumait. Ennek lényege, hogy a sokévi utánpótlódást a terület jellegétől függően (domborzat, talajtípus, le- vagy feláramlási jelleg) felosztjuk továbbadandó, párolgásra és alaphozamra fordítandó, illetve hasznosítható részre. Ezt az értéket tekinthetjük a hasznosítható készlet víztest szintű top-down becslésének. 1 A sokévi átlagos talajvizet elérő beszivárgás minimális értéke egy adott talajszelvény és növény előfordulása esetén ahhoz a sokévi átlagos vízálláshoz tartozik, amely esetén már nincs talajvízből történő párolgás, mert a talajszelvényre jellemző kapilláris emelőmagasság már nem képes vizet juttatni a győkérzóna alsó szintjére sem.
Az erre alkalmas eszköz egy olyan vízháztartási modell, amelynek segítségével számítható az utánpótlódás, a talajvízből történő párolgás és a felszíni vizeket tápláló szivárgás. A modellnek képesnek kell lennie a vízkivételeket kompenzáló párolgás- és alaphozam csökkenés becslésére, ezenkívül a felszíni vizekkel való kapcsolat miatt a vízháztartási modulnak ki kell terjednie a felszíni lefolyásra is. A beszivárgás a felszíni lefolyás becslésén, az alaphozam pedig a mederbeli lefolyáson keresztül kapcsolja a felszín alatti modellt a felszíni lefolyás modellezéséhez. A felszínközeli hidrológiai folyamatokat leíró vízháztartási modellt ki kell egészíteni egy regionális léptékű hidrodinamikai modellel, amely a víztestek közötti oldalirányú átadódásokat képes számítani. Ezt a modellt a porózus, a porózus termál és a karszt víztestekre dolgozzuk ki, a hegyvidéki területek nem karsztos víztestjei esetében a becsléseket egyszerű, empírikus módszerekkel célszerű becsülni. Megjegyezzük, hogy a VKI egy harmadik környezeti feltételt is említ, nevezetesen, hogy a vízkivétel által okozott depresszió hatására ne induljon el olyan áramlás, amely vízminőségromláshoz vezet lokális jellege miatt azonban a regionális léptékű elemzés során ezzel nem foglalkozunk. Ez lényegében átvezet a kérdés lokális szintű problémáihoz. Az előzőek szerint víztest szinten meghatározott vízkivétel területi elosztását a lokális körülmények, vagyis a felszín alatti víztől függő ökoszisztémák elhelyezkedése szabja meg. A hasznosítás lokális korlátaiból kiinduló becslést nevezhetjük bottom up megközelítésnek. Lényege, hogy a talajvíztől függő ökoszisztémák vízállásra vagy vízhozamra vonatkozó korlátai alapján finomítható a hasznosítható készlet top-down becslése, illetve megadhatók a káros hatásokat kiküszöbölő területi eloszlás követelményei.. 3.3.2. A vízháztartási modell kidolgozása és eredményei A felszíni és a felszín alatti vizeket összekapcsoló, a hasznosítható készlet fenti elvek szerinti meghatározására alkalmas vízháztartási modell módszertani leírását tartalmazza a 2. melléklet. A későbbi részletes kidolgozás során a lefolyási és a párolgási modulban alkalmazott empirikus összefüggések természetesen változhatnak (l. 3.3.3. fejezet) A sokévi átlagos viszonyok modellezése gyakorlatilag azt jelenti, hogy a becsléseket meteorológiai szempontból átlagosnak tekinthető időszak adatai és mérései alapján végezzük. E mellett szükség van a száraz és a nedves periodusokhoz tartozó ingadozás becslésére is. Ennek megfelelően a modellezés a 1951-től évektől indul és onnan kezdve 5 éves időlépcsőkben vizsgáljuk a vízháztartási jellemzők változását. A számítási háló 1km x 1km mérete a vízháztartási viszonyokat befolyásoló elemek (domborzat, talaj, növényzet) területi változékonyságából és a víztestek méretéből adódó optimumnak (kompromisszumnak) tekinthető. Példaként az 1956-60-as és az utolsó 5 éves periódusra vonatkozó számítás eredményeit mutatjuk be (4. ábra), a részleteket a 4. melléklet, illetve a CD vízháztartás könyvtára tartalmazza.
4.a ábra Vízháztartási jellemzők az 1956-60-as időszakra
4.b. ábra Vízháztartási jellemzők az 1996-2000-es időszakra
3.3.2. A párolgás számítás pontosításának előkészítése (Morton-módszer) Egy adott területen, a talajvíztartóban lejátszódó vízszintingadozás, az ún. talajvízjárás menetét, a meteorológiai viszonyokon kívül számos nehezen mérhető, ugyanakkor területileg igen változékony paraméter befolyásolja. Ilyen pl. a növényzet típusa, a gyökérzóna mélysége, az erózióbázis (pl felszini vízfolyás) közelsége, a víztartóréteg szivárgási tényezője, vagy az aktuális talajvízmélység. Mindezen tényezők figyelembevétele, csak egy igen összetett, sok paraméteres modellel lenne lehetséges, aminek a gyakorlatban való alkalmazhatóságát erősen korlátozná az egyes paraméterek értékére, és különösen azok területi eloszlására vonatkozó ismeretek hiánya. Elsősorban ez indokolja az alábbi vizsgálatok elvégzését, aminek célja a kevéssé ismert földtani- és növényzettel összefüggő- paraméterek elhagyásával, csak a legfontosabb tényezők, a csapadék és területi párolgás figyelembevételével a talajvízjárás szimulációja. A szimulációs modell a területi párolgás meghatározásánál a F.I.Morton által összeállított "Complementary relationship areal evapotranspiration", azaz "Kiegészítő kapcsolat a területi evapotranszspirációhoz" elnevezésü modellre épül. A módszer elnevezése arra a mérésekkel alátámasztott alapelvre utal, amely szerint bármely területen a csapadék változásával a területi evapotranszpiráció (E TP ) összege állandó. Közismert, hogy az evapotranszspirációhoz rendelkezésre álló nedvesség csökkenésével a levegő egyre melegebbé és szárazabbá válik, a melegebb és szárazabb levegő pedig megnöveli a potenciális evapotranszspirációt. Kétségtelen tehát, hogy a kapcsolat negatív, a csapadék növekedésével E T nő, E TP csökken, míg vízzel telített nedves felszínen a tényleges és potenciális evapotranszspiráció értéke egyenlő. Hasonló földrajzi környezetben lévő öntözött területeken mért kádpárolgás (nedves felszín párolgása = E TW ) a teljesen száraz területeken tapasztalt kádpárolgás (potenciális evapotranszspiráció) 50%-ra adódik. A potenciális evapotranszspiráció és a nedves felszín evapotranszspirációjának számítása egyaránt a felszín sugárzási egyenlegén alapszik, amiből az elpárolgó vízoszlop magasságát a párolgásra fordítódó hőösszeg és a párolgás rejtett hőjének hányadosából kapjuk. A számításhoz szükséges alapadatok: a vizsgált terület földrajzi szélessége a vizsgált terület tengerszint feletti magassága Klimatológiai adatsorok havi átlag harmatpont idősor havi átlag hőmérséklet idősor havi összes napfénytartam idősor A Morton-féle területi evapotranszspiráció számításokat az 1968 1999 közötti időszakra az ország alábbi 11 állomására végeztük el: Győr, Szombathely, Keszthely, Siófok, Budapest, Szolnok, Szeged, Békéscsaba, Debrecen, Nyíregyháza. A CD-n a vízháztartás könyvtárban találhatók a részletek. Az évi összes párolgás átlaga a 11 állomás adatai alapján 432 543 mm között változik, legmagasabb Siófokon, a legkevesebb Budapesten. A budapesti minimum arra utal, hogy a nagy kiterjedésű városban a klíma adatok havi átlagaiban is jól kimutatható az a tény, hogy a kiépített csatornahálózat révén a lehulló csapadék jelentős része, elsősorban a nagy csapadékoknál lefolyik. Budapest után a legkisebb számított párolgás Nyíregyházán van, 466 mm. Az éven belüli maximum általában június - júliusban jelentkezik, a minimum
decemberben vagy januárban. Ezekben a hónapokban nem ritka a negatív számított párolgás, ami a valóságban dér vagy zúzmara formájában csapadékként jelenik meg. Az elmúlt 30 évet tekintve a számított területi párolgás idősorában trendszerű változás nem mutatható ki, általában nagyobb területi párolgás adatok a csapadékosabb években fordultak elő, hiszen ilyenkor elegendő nedvesség állt rendelkezésre a nagyobb párolgáshoz. A számított havi párolgás idősorok a 5/a-g. ábrán láthatók. 160 Győr 140 120 100 mm 80 60 40 20 0-20 1967 1972 1977 1983 1988 1994 1999 év 5.a. ábra Havi párolgás - Győr 160 Siófok 140 120 100 mm 80 60 40 20 0-20 1967 1972 1977 1983 1988 1994 1999 év 5.b. ábra Havi párolgás - Siófok mm mm 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Szolnok -20 1967 1972 1977 1983 1988 1994 1999 160 140 120 100 80 60 40 20 0 év 5.c. ábra Havi párolgás - Szolnok Szeged -20 1967 1972 1977 1983 1988 1994 1999 év
5.d. ábra Havi párolgás - Szeged Békéscsaba 160 140 120 100 mm 80 60 40 20 0-20 1967 1972 1977 1983 1988 1994 1999 év 5.e. ábra Havi párolgás - Békéscsabar 160 Debrecen 140 120 100 mm 80 60 40 20 0-20 1967 1972 1977 1983 1988 1994 1999 év 5.f. ábra Havi párolgás - Debrecen 160 Nyíregyháza 140 120 100 mm 80 60 40 20 0-20 1967 1972 1977 1983 1988 1994 1999 év 5.g. ábra Havi párolgás - Nyíregyháza 3.3.4. A regionális, porózus víztestekre vonatkozó hidrodinamikai modell kidolgozása és eredményei A 3.3.2. pontban bemutatott vízháztartási számítás nem tartalmazza a felszín alatti vizek oldalirányú áramlásának kiegyenlítő hatását, illetve az alaphozamból származó lefolyást. A teljes vízmérleg felállításához és a hasznosítható készlet megállapításához viszont mindkét elemre szükség van. Ezek számítását teszi lehetővé egy a víztestek léptékéhez igazodó regionális felszín alatti modell. A modell input adataként szereplő beszivárgásnak összhangban kell lennie a vízháztartási modullal becsült beszivárgás értékekkel. A vízháztartási modullal becsült felszíni eredetű lefolyás a számított alaphozammal együtt pedig jó egyezést kell mutasson a vízkivételekkel visszakorrigált mért mederbeli lefolyással.
A hasznosítható készlet az átlagos viszonyokhoz tartozó modell felhasználásával úgy kereshető meg, hogy a vízkivételeket mindaddig növeljük, amíg a számított talajvízpárolgás és alaphozam nem csökken egy előre megadott kritérium értéke alá (a top-down megközelítés esetén ez az utánpótlódás valamilyen meghatározott aránya, a bottom-up megközelítés esetén viszont kiemelt pontonként megadott konkrét érték - akár ennek kombinációja is alkalmazható). A VKI-ból szigorúan nem következik, de célszerű meghatározni a vízkivétel nélküli átlagos állapothoz tartozó vízmérleg elemeket is. A kritériumok meghatározására később visszatérünk. A modellezés tematikája szerint a víztestek földtani típusainak megfelelően külön készült el a karszt, illetve a porozus víztestekre vonatkozó modell. Az előbbi a Hydrosys Kft feladata volt, az utóbbi pedig szoros kooperációban készül az Országos Vízföldtani Modell fejlesztésével (témafelelős: VITUKI Rt.). A porózus modell horizontális kiterjedését elvileg a Pannon medence hegyvidéki peremei adják (6. ábra), és ez lesz a következő lépcsőben kidolgozandó modell határa is. A tényleges modell azonban az alkalmazott MODFLOW verzió méretkorlátai miatt ennél kisebb (7. ábra). A modell az országon belül igazodik a porózus rétegekben lehatárolt víztestekhez, és tartalmazza a hegyvidéki területeken található összefüggő porózus, illetve törmelékes vízadókat is. A horizontális felbontás 1km x 1 km-es hálója megfelel a vízháztartási számítás felbontásának
6. ábra A Magyarországi felszín alatti vizeket érintő hatások határa (forrás: Erdélyi Mihály) 7. ábra A regionális hidrodinamikai modell jelenlegi kiterjedése A vertikális felbontást pedig a víztestek lehatárolásához alkalmazott koncepció és az Országos Vízföldtani Modellben alkalmazott vízföldtani határok együttesen határozták meg, a 8. ábrán bemutatott séma szerint. A OVM rétegfelosztását egyszerűsítettük, és csak annyi réteget tartottunk meg, amennyi a felszínközeli vízháztartási vizsgálatok, illetve az eltérő mélységű vízkivételek kezelésére feltétlenül szükséges.
Talajvíztartó Fő ivóvízadó fedőrétegei (felső pleisztocén) Fő ivóvízadó (alsó pleisztocén) Porózus víztest (ivóvíz) Porózus, az Alföldön termálvizes rétegek (felső pannon) Porózus termál víztest (részben) 8. ábra A regionális modell vertikális rétegfelosztása A talajvíztartó szivárgási tényezőjét a MÁFI-VITUKI felszínközeli képződményeire (10 m vastag összlet típus-rétegzettségére) vonatkozó térképe alapján határoztuk meg, átlagos horizontális, illetve eredő vertikális értékként. A többi réteg esetében a becslés korábbi feldolgozásokon, illetve egyes kisebb területeken szerzett részletesebb ismereteken alapult. A horizontális értékeket a 9.a, c ábrák szemléltetik. A talajvíztartó eredő vertikális szivárgási tényezőjét a 10. ábra mutatja. A 2. 3. és 4. modellréteg vertikális k-tényezőjét anizotrópia alapján határoztuk meg, amely rendre a következő: 2. réteg 10.000, 3. réteg 1000, 4. réteg 10.000. 9.a. ábra a talajvíztartó átlagos horizontális szivárgási tényezője
Felső pleisztocén rétegek horizontális szivárgási tényezője Szivárgási tényező (m/nap) 1 2 5 10 20 100 9. b ábra A felső plesztocén horizontális szivárgási tényezője
Alsó pleisztocén - fő ivóvízadó - rétegek horizontális szivárgási tényezője Szivárgási tényező (m/nap) 1 2 5 10 20 50 ábra Az alsó pleisztocén átlagos horizontális szivárgási tényezője 9.c. Felső pannon rétegek horizontális szivárgási tényezője Szivárgási tényező (m/nap) 1 2 9.d. ábra A felső pannon horizontális szivárgási tényezője
10. ábra A talajvíztartó eredő vertikális szivárgási tényezője Az előkészítő számítások fontos eleme, hogy a talajvíz a mérések alapján szerkesztett térképek (l. 2. melléklet) szerint ismertnek tekinthető, és a modell a talajvíz szintjén jelentkező fluxust számítja ki, ami a beszivárgás, a párolgás és a vízfolyásokkal való vízforgalom eredője. Ez a beszívárgás vízháztartási modellel történő (a felszíni lefolyással összhangban történő l. 4. melléklet) becslése alapján választható szét beszivárgásra és párolgásra. A számítást különböző (5 éves) időszakokra megismételve, cellánként megadhatók a talajvízszint (változás) és a talajvízpárolgás összetartozó értékei, ezek alapján pedig a közöttük lévő összefüggés paraméterei. Az egyes cellákra vonatkozó paraméterek értékelhetők a domborzatra, a növényzetre, a talajra és a fedőrétegre vonatkozó információk alapján. A cél a fenti jellemzők függvényében esetleg régionként változóan a talajvízháztartás paramétereinek meghatározása. Az alaphozam a mért kisvízi hozamok alapján becsülhető, illetve ehhez felhasználhatók a párhuzamos téma keretében, a kalibrált felszíni modellekkel számított alaphozamok is. A modell 1 km x 1 km-es felbontása miatt indokolatlan a felszíni vízfolyás tényleges (a meder méreteit, áteresztőképességi együtthatóját és a felszíni vízszintet igénylő) megjelenítése, elegendőnek tartjuk a meder által történő megcsapolás talajvízszinttől való lineáris függésének figyelembevételét. A változást leíró összefüggés paraméterei ebben az esetben is értékelhetők a domborzatra, illetve a vízfolyás jellegére vonatkozó információk alapján. A modell ezenkívül számítja a többi réteg vízszintjét és a közöttük kialakuló függőleges átadódást. A számítások eredményeit (vízszintek az alsó pleisztocénban és a pannonnban talajvízforgalom, a talajvízek és rétegvizek közötti átadódás) a 11. ábra foglalja össze. Az elkészült modellel egyelőre két jellemző állapotot vizsgáltunk: az 1956 60-as időszak talajvízszint és az 1996 2000-es időszakot (amelyeket példaként választottunk a vízháztartási modellel végzett számítások bemutatásához is).
Mura Mura M u ra Mura p3.23.1 161238000.0 p1.2.1 3336465783.9 p3.23.1 161238000.0 p1.2.1 3336465783.9 p1.4.1 1683100323.5 p1.2.1 3336465783.9 p3.23.1 161238000.0 p1.4.1 1683100323.5 p1.4.1 1683100323.5 22 Zala Zala Za la p1.2.2 0.000 p1.4.2 103747100.00 Zala p1.2.2 0.000 p1.4.2 103747100.00 11 p1.5.2 178953500.00 p3.24.1 1823248000.0 p3.24.2 26470863.16 p1.2.2 0.000 p1.5.2 178953500.00 p3.24.1 1823248000.0 p3.24.2 26470863.16 M oson p1.4.2 103747100.00 p1.1.1 875091200.00 oson p1.3.1 3224562000.0 B o s on p1.1.1 875091200.00 p1.3.1 3224562000.0 M p1.5.2 178953500.00 p3.24.1 1823248000.0 p3.24.2 26470863.16 B i - B i - i - u p1.1.2 297823040.77 p1.1.1 875091200.00 p1.3.1 3224562000.0 B A p1.1.2 297823040.77 D u u A A p1.1.2 297823040.77 u na A p1.5.1 1959931666.2 p1.5.1 1959931666.2 DUNA DUNA DUN A A p1.5.1 1959931666.2 A p3.25.2 605232385.17 p1.6.1 3014518664.5 p3.25.1 1613508413.5 p3.25.2 605232385.17 p3.25.2 605232385.17 p1.6.1 3014518664.5 p3.25.1 1613508413.5 p1.5.1 1959931666.2 1959931666.2 p1.5.1 p1.6.1 3014518664.5 p3.25.1 1613508413.5 p1.5.1 1959931666.2 1959931666.2 p1.5.1 p1.3.2 94524503.743 p1.5.1 1959931666.2 1959931666.2 p1.5.1 p1.7.1 4063456163.7 p1.3.2 94524503.743 p1.3.2 94524503.743 p1.7.1 4063456163.7 p1.7.1 4063456163.7 p1.11.1 957282073.09 SI ^J p1.11.1 957282073.09 SI ^J p1.11.1 957282073.09 p1.8.1 1681219488.0 p1.7.2 349707839.43 p1.8.2 217915838.89 p1.7.2 349707839.43 p1.7.2 349707839.43 p1.8.1 1681219488.0 p1.8.2 217915838.89 Ipoly p1.9.2 3371264000.0 p1.8.1 1681219488.0 p1.8.2 217915838.89 Ipoly p1.9.2 3371264000.0 Ip oly Ipoly p1.9.2 3371264000.0 p1.10.1 1131296730.4 p1.9.1 3079292000.0 p1.10.1 1131296730.4 p1.10.1 1131296730.4 p1.9.1 3079292000.0 p2.20.1 4890316848.0 p1.9.1 3079292000.0 p2.20.1 4890316848.0 44 p2.20.1 4890316848.0 p2.19.1 1638666000.0 p2.19.1 1638666000.0 p2.20.2 724993000.0 p2.19.1 1638666000.0 p2.19.2 368715000.0 TISZA p2.20.2 724993000.0 p2.20.2 724993000.0 p2.19.2 368715000.0 TISZA T IS ZA p2.19.2 368715000.0 TISZA p2.22.2 3095858000.0 p2.22.2 3095858000.0 p2.22.2 3095858000.0 p2.18.1 131093427.8 p2.18.2 654335611.29 p2.17.1 191410200.00 p2.22.1 131805000.0 p2.18.1 131093427.8 p2.18.2 654335611.29 p2.17.2 191212800.00 p2.21.2 3069235000.0 p2.18.1 131093427.8 p2.18.2 654335611.29 p2.17.1 191410200.00 p2.22.1 131805000.0 p2.17.1 191410200.00 p2.22.1 131805000.0 p2.16.2 2808423000.0 p2.17.2 191212800.00 p2.21.2 3069235000.0 p2.16.1 2546632000.0 p2.17.2 191212800.00 p2.21.2 3069235000.0 p2.16.2 2808423000.0 p2.16.1 2546632000.0 S ebes K r s p2.16.2 2808423000.0 p2.15.2 691322900.00 p2.21.1 230795800.00 p2.16.1 2546632000.0 p2.14.1 2628077000.0 p2.15.2 691322900.00 p2.21.1 230795800.00 p2.14.2 685055700.00 p2.15.2 691322900.00 p2.21.1 230795800.00 p2.14.1 2628077000.0 p2.14.1 2628077000.0 p2.14.2 685055700.00 p2.14.1 2628077000.0 p2.14.2 685055700.00 p2.13.1 555921900.00 p2.13.2 202428400.00 p2.12.2 412171861.24 p2.14.1 2628077000.0 33 p2.14.1 2628077000.0 p2.13.1 555921900.00 p2.13.2 202428400.00 p2.12.1 508363050.40 p2.13.1 555921900.00 p2.13.2 202428400.00 p2.12.2 412171861.24 p2.12.2 412171861.24 p2.12.1 508363050.40 p2.12.1 508363050.40 p1.2.1 3336465783.9 p3.23.1 161238000.0 p1.4.1 1683100323.5 Mura Mura Mu ra p1.2.1 3336465783.9 p3.23.1 161238000.0 p1.2.1 3336465783.9 p3.23.1 161238000.0 p1.4.1 1683100323.5 Zala p1.4.1 1683100323.5 p1.2.2 0.000 p1.4.2 103747100.00 22 M p1.5.2 178953500.00 p3.24.1 1823248000.0 p3.24.2 26470863.16 p1.1.1 875091200.00 oson p1.3.1 3224562000.0 B i - Zala Zala Za la p1.1.2 297823040.77 u A p1.2.2 0.000 p1.4.2 103747100.00 p1.2.2 0.000 p1.4.2 103747100.00 11 p1.5.2 178953500.00 p3.24.1 1823248000.0 p3.24.2 26470863.16 M p1.5.2 178953500.00 p3.24.1 1823248000.0 p3.24.2 26470863.16 M p1.5.1 1959931666.2 p1.1.1 875091200.00 oson p1.3.1 3224562000.0 o s on DUNA p1.1.1 875091200.00 p1.3.1 3224562000.0 B B i - i - p1.1.2 297823040.77 u A u p1.1.2 297823040.77 D u A na p1.5.1 1959931666.2 p3.25.2 605232385.17 p1.5.1 1959931666.2 p1.6.1 3014518664.5 p3.25.1 1613508413.5 DUNA DUN A A p1.5.1 1959931666.2 1959931666.2 p1.5.1 p1.3.2 94524503.743 p3.25.2 605232385.17 p1.7.1 4063456163.7 p1.6.1 3014518664.5 p3.25.1 1613508413.5 p3.25.2 605232385.17 p1.6.1 3014518664.5 p3.25.1 1613508413.5 p1.5.1 1959931666.2 1959931666.2 p1.5.1 p1.5.1 1959931666.2 1959931666.2 p1.5.1 p1.11.1 957282073.09 p1.3.2 94524503.743 p1.7.1 4063456163.7 p1.3.2 94524503.743 p1.7.1 4063456163.7 p1.7.2 349707839.43 p1.8.1 1681219488.0 p1.8.2 217915838.89 p1.11.1 957282073.09 SI ^J p1.11.1 957282073.09 SI ^J Ipoly p1.9.2 3371264000.0 p1.7.2 349707839.43 p1.8.1 1681219488.0 p1.8.2 217915838.89 p1.8.1 1681219488.0 p1.7.2 349707839.43 p1.10.1 1131296730.4 p1.8.2 217915838.89 p1.9.1 3079292000.0 Ipoly p1.9.2 3371264000.0 Ipoly p1.9.2 3371264000.0 Ip oly p2.20.1 4890316848.0 p1.10.1 1131296730.4 p1.9.1 3079292000.0 p1.10.1 1131296730.4 p1.9.1 3079292000.0 p2.20.1 4890316848.0 p2.19.1 1638666000.0 p2.20.1 4890316848.0 44 p2.20.2 724993000.0 p2.19.2 368715000.0 TISZA p2.19.1 1638666000.0 p2.20.2 724993000.0 p2.19.1 1638666000.0 p2.19.2 368715000.0 p2.22.2 3095858000.0 TISZA p2.20.2 724993000.0 p2.19.2 368715000.0 TISZA T IS ZA p2.18.1 131093427.8 p2.18.2 654335611.29 p2.22.2 3095858000.0 p2.17.1 191410200.00 p2.22.1 131805000.0 p2.22.2 3095858000.0 p2.17.2 191212800.00 p2.21.2 3069235000.0 p2.18.1 131093427.8 p2.16.2 2808423000.0 p2.18.2 654335611.29 p2.17.1 191410200.00 p2.22.1 131805000.0 p2.16.1 2546632000.0 p2.18.1 131093427.8 p2.17.2 191212800.00 p2.18.2 654335611.29 p2.21.2 3069235000.0 p2.17.1 191410200.00 p2.22.1 131805000.0 p2.15.2 691322900.00 p2.21.1 230795800.00 p2.16.2 2808423000.0 p2.17.2 191212800.00 p2.21.2 3069235000.0 p2.14.1 2628077000.0 p2.16.1 2546632000.0 p2.16.2 2808423000.0 p2.14.2 685055700.00 p2.15.2 691322900.00 p2.21.1 230795800.00 p2.16.1 2546632000.0 p2.14.1 2628077000.0 p2.14.1 2628077000.0 p2.15.2 691322900.00 p2.21.1 230795800.00 p2.13.1 555921900.00 p2.14.2 685055700.00 p2.13.2 202428400.00 p2.14.1 2628077000.0 p2.12.2 412171861.24 p2.14.1 2628077000.0 p2.14.2 685055700.00 p2.12.1 508363050.40 p2.13.1 555921900.00 p2.13.2 202428400.00 p2.12.2 412171861.24 p2.14.1 2628077000.0 33 p2.13.1 555921900.00 p2.12.1 508363050.40 p2.13.2 202428400.00 p2.12.2 412171861.24 p2.12.1 508363050.40 4. modellréteg számított vízszint térképe (m.b.f.) (termelés nélküli állapot) 4. modellréteg számított vízszint térképe (m.b.f.) (termelt állapot) Sajc TISZA Bodrog Szamos TISZA Sajc TISZA Bodrog Kraszna Szamos TISZA Kraszna M D na D na Zagyva Zagyva Marcal Marcal R ba Zala A L T O N Sic VELENCEI-T ^J DUNA TISZA K r s k K r s Berettyc Sebes K r s R ba Zala B A A L T O N Sic VELENCEI-T ^J DUNA TISZA K r s k K r s Berettyc Sebes K r s DUNA Maros DUNA Maros DR?VA DR?VA 5. modellréteg számított vízszint térképe (m.b.f.) (termelés nélküli állapot) 5. modellréteg számított vízszint térképe (m.b.f.) (termelt állapot) S ajc TIS ZA B o drog S z am os T IS ZA S ajc TIS ZA B o drog S z am os TISZ A Kr as zna Kr as zn a Z agy va Mar cal Z agy v a Marcal R ba V ELE NC E I- T ^ J D UN A B eret ty c R ba V ELE NC E I- T ^ J D UN A B eret ty c S ebes K r s Z a la L T O N Sic TISZA K r s k K r s Z a la L T O N Sic TISZ A K r s k K r s DU N A M aros DU N A M aros D R? V A D R? V A Számított vízforgalom mm/év-ben az 1. és a 2. modellrétegek között termelés nélküli állapotban Számított vízforgalom mm/év-ben az 1. és a 2. modellrétegek között termelt állapotban Sajc TISZA Bodrog Szamos TISZA Sajc TISZA Bodrog Kraszna Szamos TISZA Kraszna M D na D na Zagyva Marcal Zagyva Marcal R ba Zala L T O N Sic VELENCEI-T ^J DUNA TISZA K r s k K r s Berettyc Sebes K r s 240 100 60 20 R ba Zala A L T O N Sic VELENCEI-T ^J DUNA TISZA K r s k K r s Berettyc Sebes K r s 240 100 60 20 SI ^J 0 Mura SI ^J 0 DUNA Maros -20 DUNA Maros -20-60 -60 DR?VA -100 DR?VA -100-360 -360 Számított vízforgalom mm/év-ben az 2. és a 3. modellrétegek között termelés nélküli állapotban Számított vízforgalom mm/év-ben az 2. és a 3. modellrétegek között termelt állapotban Bodrog TISZA Bodrog TISZA Sajc TISZA Szamos Sajc TISZA Szamos Kraszna Kraszna oson i - D na DUNA M oson i - D na DUNA Zagyva Zagyva Marcal Marcal R ba Zala A L T O N Sic VELENCEI-T ^J DUNA TISZA K r s k K r s Berettyc Sebes K r s 240 100 60 R ba Zala A L T O N Sic VELENCEI-T ^J DUNA TISZA K r s k K r s Berettyc Sebes K r s 240 100 60 20 20 SI ^J 0 SI ^J 0 DUNA Maros -20 DUNA Maros -20-60 -60 DR?VA DR? VA -100-100 -360-360 11. abra Számított vízszintek és függőleges vízforgalmak az 1956 60- as időszakra termelés nélkül, és az 1996 2000-es időszakra Mind a talajvízháztartási, mind a szivárgási paraméterek kalibrációja függ a vízkivétel mértékétől. Az egyes időszakokhoz értelemszerűen a vízkivételekre vonatkozó adatbázisból a megfelelő termeléseket választjuk ki. A porózus modell kalibrációjához, illetve validációjához
felhasználhatók a mért rétegvízszintek, a nyilvántartott vízkivételek, valamint a források hozamai és a vízfolyások vízhozam idősorai. A modell a víztestekre automatikusan összegzi a vízháztartási adatokat, tehát a vízkivételeket és a hasznosítható készletet is. A regionális modellel kapcsolatos információk a CD reg_modell könyvtárában találhatók.
3.3.5 Karszt területek modellezése A karsztterületek modellkivágatait a 12. ábra mutatja. 12. ábra Modellezett karsztos területek A Dunántúli-középhegység főkarsztvíz tárolójának modellezése Az 1960-90 közötti időszakban a középhegységi főkarsztvíztárolóban - jórészt a szén és bauxit bányászathoz kapcsolódó vízemelés következtében az egész tárolóra kiterjedő regionális depresszió jött létre. Ennek következtében a nagy hozamú karsztforrások elapadtak, a peremi hévforrások hozama csökkent, a karsztvízszint süllyedése a tároló jelentés részén elérte az 50 100 m-t. 1988-tól a karsztvíz veszélyes bányák fokozatos bezárásával a túltermelés megszűnt, 1994-től a karsztvízmérleg az utánpótlás és a vízkivételek egyenlege pozitívvá vált, megindult a tároló regenerálódása. Az elmúlt 10 évben bezárt a nagyegyházi, mányi, várpalotai szénbánya, a nyirádi és a kincsesbányai bauxit bánya. Az egykori bányavíz kivételekre települt ivóvízbázisokon (tatabányai vízaknák, Rákhegy) a kényszer vízemelés megszűnt. A nagy vízkivételek leállását követően a tároló nyomásemelkedésének menete előre jelezhető. A prognosztizált vízkivételekre vonatkozó és a jövőbeni csapadék és beszivárgási viszonyok ismeretlenségéből adódó bizonytalanság mintegy 15 20 évig kis mértékben módosítja csak a már eddig végbement, a bányavíz-emelések leállásából adódó visszatöltődés menetét. 1
A 90-es évek második felére jellemző csapadékosabb időjárás következtében megfordulni látszott az 1970-90 közötti száraz, tendenciájában fokozatosan csökkenő utánpótlódással jellemezhető időszak. Az elmúlt 6 évből 3, az 1996, 98, és a 99. év is az elmúlt 30 év átlagánál lényegesen magasabb csapadékot és beszivárgást eredményezett. A középhegység teljes területét tekintve az 1970-2000 évi átlag beszivárgás 467 m 3 /perc, ugyanakkor 1996, 98, 99-ben a számított beszivárgás rendre 663 és 652 és 700 m 3 /perc, tehát az átlaghoz viszonyított többlet mintegy 40 %-os. A magasabb beszivárgás a jelenlegi helyzetben jórészt a tároló regenerálódására fordítódik. A számított beszivárgási idősor a 13.a. ábra grafikonján látható. 1200 1000 Számított beszivárgás a DKH-ban (1950-2000) m3/perc 800 600 400 200 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 év 13.a. ábra A tárolóból kivett karsztvíz mennyisége 1987-től csökken. Ennek egyik oka, hogy a vízveszélyes bányák bezárásával a vízkivétel 1991-ig a 70-80-as évekre jellemző 800 m 3 /perc-ről a felére csökkent. A vízkivételek csökkenése, bár egyre kisebb mértékben, de ezt követően is mindmáig folytatódik. A karsztvíztárolóból kitermelt, és a forrásokon elfolyó vízhozam 1996-tól 300 m 3 /perc alá csökkent, de a csökkenés kisebb mértékben ugyan, de azóta is tart. A visszatöltődésnek újabb lendületet adott, hogy 1998 decemberében megszűnt a rákhegyi kényszer vízemelés, majd 1999 őszén felengedték a bitói bauxitbányát is. Ezzel a főkarsztvíztároló területén már csak a dorogi, mányi, balinkai (regionális vízmű), ajkai és halimbai bányákban folyik bányavíz emelés, összesen mintegy 40 m 3 /perc vízhozammal. A csökkenés másik oka a víz árának növekedéséből fakadó víztakarékossággal, és ebből adódóan egyre kisebb vízigénnyel magyarázható. A 3 nagy ivóvízkivételi mű (nyirádi, rákhegyi és tatabányai vízaknák) összes vízemelése jelenleg kb. 61 m 3 /perc, ami csupán 40 %-a a 90-es évek elején prognosztizált ivóvízkivételeknek. A főkarsztvíztárolóból kivett összes vízmennyiség alakulását a nagyobb bányavíz kivételek, termálkarszt kivételek, illetve forráshozamok szerinti megosztásban a 13/b. ábrán mutatjuk be. Meg 2
kell jegyezni azt, hogy a jelenleg is működő források rendszeres hozammérésének hiánya, a nagyszámú egyedi kút termelési adatának bizonytalansága miatt az összes vízkivétel hibája elérheti a 10 %-ot, tehát a tényleges vízkivétel ennyivel nagyobb is lehet. Összes vizkivétel a Dunántúli-khg-ben (1950-2000) 1000 m3/perc 800 600 400 200 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 év Budapest termálkarszt DKH K-i rész egyéb Tatabánya Dorog Kincsesbánya Várpalota DKH NY-i rész egyéb Nyirád Ajka Balinka, Dudar Források Hévizi-tó 13/b. ábra A beszivárgás - víztermelés egyenlegében (13/c. ábra) mutatkozó többlet vízkészlet jelenlegi állapotban szinte teljes egészében a tároló regenerálódására fordítódik, de a visszatöltődés előrehaladtával fokozatosan megindulnak az egykor elapadt források. Távlatilag tehát a forráshozamok növekedésével a jelenlegi időszakra jellemző vízmérleg többlet tartani fog a zérushoz. Ezzel párhuzamosan a túltermelés időszakában kialakult, a fedőrétegek felőli járulékos átszivárgás fokozatosan megfordul, és szintén a tárolót megcsapoló kiáramlás lesz jellemző. A vízkivétel és beszivárgás egyenlege (1950-2000) m3/perc 600 400 200 0-200 -400-600 1950 1954 1958 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 év 13/c. ábra 3
A következő néhány évben várhatóan a még megmaradt kisebb bányák is bezárásra kerülnek. Modellvizsgálatainkban az alábbiak szerint vettük ezeket figyelembe: - Lencsehegy: 2003. vége -14 m 3 /min, - Mány I/a: 2002. III. n. év - 2 m 3 /min, - Balinka: 2003. vége - 8 m 3 /min, - Ajkai Bányák: 2003. vége - 4 m 3 /min. Az egyéb vízkivételek kutak, forrásvízművek tekintetében az 1998. évi adatok alapján az előrejelzésnél összesen 57 m 3 /perc-et, a bányákra települt vízművekre pedig 75 m 3 /perc-et vettünk figyelembe. A modellvizsgálatok 1x1 km-es rácsfelbontás és 1 hónapos időlépcsők mellett készültek. Részletes modell vizsgálatokat végeztünk a tároló nyomásállapotának és a várhatóan meginduló források hozamának előrejelzésére. Első lépésben a meglévő, 1951-től 2001- ig feltöltött adatbázis felhasználásával olyan szimulációs futtatások készültek, amelyben az egykori források hozamát, és elapadását a modellel számítottuk. Az ilyen módon kalibrált modellel időben 2040-ig kiterjedő előrejelzés készült, melyben a fokozatosan újra induló források aktuális hozamát a modell számítja. A modellvizsgálatok 1x1 km-es rácsfelbontás és 1 éves időlépcsők mellett készültek. A modellvizsgálatok természetesen számos bizonytalansági tényezőt tartalmaznak. A jövőbeni beszivárgás bizonytalansága miatt a vízkivételek alakulására csak egy valószínű becslést tehetünk. Az időben változó, és ezért csak valószínűsített paramétereken túl, több forrás esetében a források helye, fakadási szintje is bizonytalan. Fentiek figyelembevételével az előrejelzést számottevő bizonytalanság terheli, így a források megszólalására tett előrejelzés hibája a napjainktól a megszólalásig eltelő időszak hosszát illetően elérheti a 20 40 %-ot is. A Bükk-hegység karsztvíz tárolójának modellezése A Bükk-hegység Magyarország legmagasabb karsztvidéke, a fennsíki területek 400-900 méteres tengerszintfeletti magasságban találhatók. A hegység teljes kiterjedése kb. 450 km 2, ebből kb. 280 km 2 a beszivárgási terület. Földtani szempontból a Bükk paleozóos hegységkeretben felépült, főként mezozóos karbonátos kőzetekből, főleg mészkőből, alárendelten dolomitból álló, jól karsztosodott hegység, ahol a nagy kiterjedésű karsztos tömböket vízzáró tulajdonságú, különböző korú agyagpalák és vulkanitok választják el egymástól. Tektonikailag a hegység erősen gyűrve tört szerkezetű, a rétegek É-D-i irányban közel függőlegesen állnak és K-Ny-i csapású vetők mentén szakaszosan ismétlődő formákat mutatnak. É-on, Ny-on és D-en a karsztos tömbök meredek vetők mentén lépcsősen süllyednek akár 1000-3000 méteres mélységbe, míg K-en, Miskolc területén kb. 400 méterrel vannak a felszín alatt. 4