DOKTORI (PHD) ÉRTEKEZÉS VARGA BALÁZS KESZTHELY 2009
PANNON EGYETEM GEORGIKON KAR Növény- és Környezettudományi Intézet ÁLLAT- ÉS AGRÁRKÖRNYEZET-TUDOMÁNYI DOKTORI ISKOLA Környezettudományok Tudományág Iskolavezetı: Dr. habil. Anda Angéla az MTA doktora Témavezetı: Dr. habil. Anda Angéla az MTA doktora A BALATON VÍZHÁZTARTÁSÁNAK ELEMZÉSE KÜLÖNÖS TEKINTETTEL A PÁROLGÁSSZÁMÍTÁS ÉS MÉRÉS MÓDSZERTANI ÉS TERÜLETI KÉRDÉSEIRE Készítette: VARGA BALÁZS KESZTHELY 2009 1
A BALATON VÍZHÁZTARTÁSÁNAK ELEMZÉSE KÜLÖNÖS TEKINTETTEL A PÁROLGÁSSZÁMÍTÁS ÉS MÉRÉS MÓDSZERTENI ÉS TERÜLETI KÉRDÉSEIRE Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta: Varga Balázs Készült a Pannon Egyetem Állat- és Agrárkörnyezet- tudományi Doktori Iskolája keretében Témavezetı: Dr. habil. Anda Angéla Elfogadásra javaslom igen/nem... (aláírás) A jelölt a doktori szigorlaton.%-ot ért el. Keszthely,...... A Szigorlati Bizottság elnöke Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve:... igen/nem... (aláírás) Bíráló neve:... igen/nem... (aláírás) *Bíráló neve:... igen/nem... (aláírás) A jelölt nyilvános vitáján.%-ot ért el. Keszthely,...... A Bíráló Bizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minısítése...... Az EDT elnöke *Megjegyzés: esetleges 2
TARTALOMJEGYZÉK KIVONAT... 7 ABSTRACT... 8 ZUSAMMENFASSUNG... 9 1. BEVEZETÉS... 10 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS... 13 2.1 A Balaton földrajzi jellemzıi... 13 2.2. A Balaton fejlıdéstörténete és szabályozása... 14 2.4. A Balaton vízháztartásának jellemzıi... 20 2.4.1. A csapadék alakulása a Balaton térségében... 21 2.4.2. A felszíni és felszín alatti hozzáfolyás-vizsgálatok korábbi eredményei.. 23 2.4.3. A tó párolgás-vizsgálatának korábbi eredményei... 26 2.4.4. A vízleeresztések alakulása... 31 2.5. A Balaton klímája, a tó hatása a meteorológiai elemek alakulására... 32 2.6. A Balaton és a változó éghajlat... 36 2.7. A párolgás számításának és mérésének elterjedten alkalmazott módszerei... 40 2.7.1. A párolgás mérése... 40 2.7.2. Az evaporáció és potenciális evapotranszspiráció számításának néhány elterjedtebb módszere... 42 3. ANYAG ÉS MÓDSZER... 45 3.1. A területi csapadék számítása a tófelszínen és a vízgyőjtın... 46 3.2. A lefolyási tényezı számítása... 48 3.3. A tófelszín párolgásának meghatározásának... 49 3.4. A vízmérleg és a természetes vízkészlet-változás számítása... 49 3
3.5 A párolgás meghatározásának helyszínei és módszere a Keszthelyi-öböl térségében... 50 3.6. A neurális hálózat... 55 4. EREDMÉNYEK... 58 4.1. A Balaton vízháztartási elemeinek vizsgálata... 58 4.1.1 A tófelszínre hulló csapadék... 58 4.1.2. A Balaton vízgyőjtıjének csapadékviszonyai... 61 4.1.3. A hozzáfolyás alakulása... 70 4.1.4. A lefolyási tényezı alakulása... 73 4.1.5. A párolgás alakulása a tófelszínen... 74 4.1.6. A vízleeresztés alakulása... 77 4.1.7. A Balaton teljes vízháztartási mérlege... 78 4.1.8. A tó természetes vízkészlet-változása... 79 4.2. A Balaton vízállásai... 80 4.3. A párolgásmérés és számítás módszereinek vizsgálata... 83 4.3.1. A helyszín hatása a potenciális párolgásra... 84 4.3.2. A mérési módszer hatása a párolgásértékek alakulására... 94 4.3.3. A vízszint-meghatározás módszerének hatása a kádpárolgásra.... 100 5. KÖVETKEZTETÉSEK... 102 6. ÖSSZEFOGLALÁS... 107 7. IRODALOM... 111 8. TÉZISEK... 121 9. THESISES... 123 4
Rövidítések jegyzéke A2: SERS szcenárió A átl : A-kád napi átlagos párolgása A egy : egyensúlyi tófelszín B.f.: Balti-tenger szintjéhez viszonyított magasság B2: SERS szcenárió CO 2 : szén-dioxid C vgy : a vízgyőjtıre hulló csapadék Cs: csapadék 'E: keleti hosszúság E 07 : reggel 7 órai vízhımérséklethez tartozó telítési páranyomás EET: energetikailag lehetséges evapotranszspiráció E L : látens hı E s : szenzibilis hı g: általános tömegvonzás: 9,81 ms -1 GCM: globális klíma modell G t : talajhıáram H: hozzáfolyás h: mérési magasság i.e.: idıszámítás elıtt IPCC: Intergovermental Panel on Climate Change (Éghajlatváltozási Kormányközi Testület) k: a mozgóátlagolás tagszáma KÖQ: évi közepes vízhozam L: lefolyás 'N: északi szélesség OMSZ: Országos Meteorológiai Szolgálat P: párolgás P e : párolgáshı PET: potenciális evapotranszspiráció P s : a párolgás sugárzási összetevıje P v : a párolgás szél által befolyásolt összetevıje 5
RH%: relatív légnedvesség R s : globálsugárzás s: telítési görbe hajlásának mértéke S 0 : a felszín sugárzási mérlege SERS: Special Report on Emission Scenarios (Kibocsájtási Forgatókönyvek Speciális Jelentése) T dm : harmatpont T f : a felszín hımérséklete T k : napi középhımérséklet v: szélsebesség napi átlaga VITUKI: Környezetvédelmi és Vízügyi Tudományos Kutató Intézet Nonprofit Közhasznú Kft WMO: World Meteorological Organisation. Meteorológiai Világszervezet z: tengerszint feletti magasság. α % : lefolyási tényezı α: a levegı hıtágulási együtthatója: 273K -1 γ: pszichrometrikus állandó: 0,67 hpak -1 K: vízkészlet-változás K T : természetes vízkészlet-változás 6
KIVONAT A Balaton Közép-Európa legnagyobb tava, átlagmélysége ezzel szemben mindössze 3,3 méter 75 cm-es siófoki vízállásnál és víztömege is körülbelül csupán 2 km 3. A viszonylag csekély vízmennyiséggel szemben a tófelszín közelíti a 600 km 2 -t, ami jelentıs potenciális párolgó felületet jelent. A 2000-2005 között drasztikusan megváltozott hidrológiai körülmények hatására indítottunk kutatásokat a tó fı vízháztartási tényezıinek elemzésére. Vizsgálataink során a tófelszínre hulló csapadék esetén sem az évi összegek, sem éven belüli csapadékadatok vizsgálata nem eredményezett statisztikailag igazolható módosulásokat az 1921-2007 közötti idıszakban, viszont a hozzáfolyás értékek már éves szinten is csökkenı tendenciát mutattak. A vízgyőjtı csapadékviszonyainak alakulásában is ugyanezen intervallumban a Zala nyugati részvízgyőjtıjét kivéve csupán egy-egy állomás esetén tapasztaltunk csökkenı tendenciát. A WMO klímanormálok esetén viszont az állomások többségénél kimutatható volt tendenciaszerő csapadékcsökkenés. Az adatok alapján a tó párolgása nem változott az elmúlt évtizedekben, viszont a leeresztett vízmennyiség fokozatos csökkenését állapítottuk meg. A Balaton teljes vízmérlege a szabályozásnak köszönhetıen egyensúlyban volt, viszont a rendelkezésre álló természetes vízkészletek szignifikáns csökkenése fenyegetı jelenség. A Balaton vízmérlegének összeállítása során a párolgásadatok elıállítása jelenti a legnagyobb bizonytalanságot. Vizsgálataink a Keszthelyi-öböl térségében annak megállapítására irányultak, hogy a jelenleg alkalmazott módszer mennyire képes területileg megfelelı átlagértékeket szolgáltatni a felhasználók számára. Három helyszínen végeztünk párolgásméréseket, melynek során a párolgás alakulásában szignifikáns, közel 10%-os eltérést tapasztaltunk a potenciális párolgásban a tófelszín és a meteorológiai állomás adatai között és a magasabb értékek rendre a nyíltvíz felett adódtak. A párolgás meghatározásának legközvetlenebb módszere az evaporációs kádakkal történı mérés. Keszthelyen 1982 óta mőködik egymás mellett 5 különbözı párolgásmérı medence, melyek mérési eredményei alapján kiszámítottuk a korrekciós tényezıket, melyek segítségével a különbözı kádak párolgásértékei egymásba átszámolhatókká váltak. Az utóbbi években az egyre szőkösebb anyagi források mellett szükségessé vált, hogy a párolgásmérı kádak vízfogyását automatikusan is meghatározhassuk, valamint a mérési hibákat csökkentsük. A parti állomásunkon 2006-tól kezdıdıen teszteltünk automata vízszintregisztrálókat, melyek közül a kapacitív elven mőködı szenzor alkalmatlannak bizonyult a vízszint pontos mérésére viszont a hidrosztatikai regisztráló képes volt pontosan rögzíteni a kád vízszintváltozásait. 7
ABSTRACT WATER BALANCE ANALYSIS OF LAKE BALATON, WITH SPECIAL REGARD TO THE METODOLOGICAL AND REGIONAL QUESTIONS OF THE EVAPORATION. The datasets of Lake Balaton s water balance components are available from 1921 to 2007, which were analysed using different statistical methods. The most problematic elements of the water management are surface evaporation and runoff from the catchment because the former basically determines the outflow and the latter is the most important water basis of the lake. Former trends were examined and we concluded that yearly precipitation on the lake and evaporation from water surface did not change but runoff and water withdrawal decreased significantly. Precipitation trends were examined on water basin of the lake in such a way that we divided the catchment into part watersheds by the reason of its climatic characteristics. Local and methodological effects were also investigated on the calculation and measurement of the evaporation. 8
ZUSAMMENFASSUNG ANALYSE DER WASSERBILANZ BALATON, KONZENTRIERT AUF DIE METHODE UND BEREICHFRAGEN DER DAMPFRECHNUNG UND MESSE Die Daten der Wasserbilanz von Balaton stehen seit 1921 zur Verfügung, welche Daten durch verschiedene statistische Methoden analysiert wurden. Die wichtigsten Komponenten der Wasserwirtschaft sind die Aufdampfung der Oberfläche und Wasserzusammensammlung von dem Wasserspeichter, da der erste definiert die Verdunstung der Wasserbilanz, die letzte funktioniert als die wichtigste Wasserquelle des Teiches. Aufgrund der Analyse der vorherigen Richtungen sind wir der Meinung, dass die Menge des Niederschlages, der den Teich erreicht, und die Aufdampfung der Oberfläche nicht geändert hat, obwohl die Wassersenkung durch Sió Kanal sich wesentlich reduziert hat. Wir haben auch die Niederschlagrichtungen auf dem Wasserspeichter des Teiches, das - beachtend die klimatische Wirkungen auf 5 Teile verteilt wurde, geprüft. Es wurden weiterhin Überwachungen für mehr präzise Methoden der Dampfmessung und Rechnung durchgeführt. 9
1. BEVEZETÉS A víz problematikus közeg: erıforrás, gazdasági értékkel bíró élvezeti és használati cikk, sokak számára üzlet, kockázati tényezı, súlyos konfliktusok kiváltója, nemzeti kincs, a természeti szépség forrása, mővészek inspirálója. A víz egyúttal az emberi butaság és a nem fenntartható fejlıdés áldozata: a legkülönfélébb szennyezések globalizálódó elterjedése miatt a vizet sokan a XXI. század fejlıdése egyik meghatározó tényezıjének tekintik. A sok víz és a kevés víz egyaránt baj (SOMLYÓDY 2005a). A Balaton Közép-Európa legnagyobb tava, hazánk egyik kiemelkedıen fontos természeti kincse. A sekély tó kis víztömege hamar felmelegszik és a kis vízmélység ideális a vízi sportok és a fürdızés szerelmeseinek, azonban a vízgazdálkodás szempontjából ezek a tulajdonságok jelentik a fı problémát. 2000-tıl kezdıdıen a Balaton vízszintje drasztikusan csökkent, ami ugyan nem okozott jelentıs változásokat az ökoszisztémák egyensúlyában, viszont a tó vízháztartása és az alacsony vízállás a tó környékének gazdasági életében jelentıs recesszióhoz vezetett. Ebben az idıszakban fogalmazódott meg az igény, hogy a 60-as, 70-es éveket követıen ismét részletes vizsgálatok induljanak a Balaton ökológiai állapotának felmérésére (ISTVÁNOVITS 2005; PÁLFFY és VÖRÖS 2003; SPECZIÁR és VÖRÖS 2003). A kérdéses idıszakban a tó vízminısége nem romlott jelentısen, viszont a vízszint az elmúlt évtizedekben mért 23 cm-es legalacsonyabb szintre csökkent. A tó vizének depresszióját a csapadék csökkenésének és az intenzív felszíni evaporációnak tulajdonították. Felmerült az esetleges mesterséges vízpótlás lehetısége is más vízgyőjtırıl (MAYER 2005, SOMLYÓDY 2005b, VITUKI 2002), azonban a probléma végül 2004/2005 telét követıen megoldódott, a természet maga állította helyre a normális állapotot, olyannyira hogy 2006 tavaszán már a magas vízállás okozott károkat a tó déli partján. A Balaton vízszintje az 1863-as szabályozást megelızıen esetenként több méterrel meghaladta a jelenlegi vízszintet, és a vízjátéka több méter volt. A szabályozást követıen a vízszint, valamint a tó kiterjedése is jelentısen csökkent a természetes állapothoz képest. A szabályozásnak köszönhetıen a legmagasabb és legalacsonyabb vízállás közti különbségek is jelentısen mérséklıdtek. A szabályozás hatása napjainkban is érezteti hatását, ugyanis a tó vízgazdálkodásának tervezése során arra kell törekednünk, hogy a vízszint a szabályozási 10
szintek között maradjon, viszont a tó vízgazdálkodási rendszerének rugalmassága minimális lett. Nem megoldott a víz raktározása a mederben sem és a kívánt vízszintet csupán a leeresztett víz mennyiségével szabályozhatjuk. A hosszan tartó száraz idıszakban az intenzív párolgás, valamint a csapadék és a hozzáfolyás csökkenése szélsıséges helyzetek kialakulásához vezethet. Ezért fontos, hogy minél pontosabb képet kapjunk a tó vízháztartásának sajátosságairól. Hosszabb adatsorok alapján meghatározhatjuk a vízháztartás fı komponenseinek múltbeli alakulását és ezek alapján, valamint a globális klímaváltozás prognosztizált hatásait figyelembe véve képet alkothatunk a tó vízgazdálkodásának jövıjérıl. A Balaton esetén is elsıdleges feladat e folyamatok megismerése. A vízháztartás elemei közül a csapadék, a hozzáfolyás, valamint a leeresztett víz mennyisége megfelelı pontossággal számítható, mérhetı. A legnagyobb bizonytalanság a vízmérleg összeállítása során a párolgás meghatározásában adódik. A párolgási folyamat összetettsége és a meghatározás metodikájából adódó hibalehetıségek miatt elsıdleges fontosságú, hogy ennek a tényezınek az alakulását minél pontosabban és a teljes tófelszínre reprezentatív módon határozhassuk meg. Miután a 2003-tól kezdıdı kutatásink részeként elızetesen is megvizsgáltuk a Balaton vízmérleg tagjainak idısorait (Varga B. 2005), eredményeink alapján a Közép- Dunántúli Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság, valamint a VITUKI Kft. szakembereivel konzultálva, együttmőködve arra a következtetésre jutottunk, hogy a Balaton esetén a vízmérleg szabatos összeállításában a legnagyobb problémát a párolgásszámítás pontatlanságai adják, valamint komoly változásokat eredményezett a vízmérlegben a hozzáfolyásból származó vízbevétel drasztikus csökkenése. Vizsgálataink fı célkitőzése a Balaton néhány fı vízháztartási elemének (tófelszínre hulló csapadék, hozzáfolyás, párolgás, vízleeresztés) hosszú idısoros éghajlat-statisztikai elemzése volt. A tó teljes vízháztartási mérlegében és természetes vízkészlet-változásában megfigyelhetı tendenciák meghatározása is céljaink között szerepelt. A Balaton vízháztartását célzó kutatásainkat kiegészítettünk a tó vízgyőjtıjén mőködı csapadékmérı állomások adatbázisának értékelésével, mellyel célunk a vízgyőjtın megfigyelhetı csapadék-módosulások meghatározása volt. Nem folytattunk kutatásokat a hozzáfolyás módosulásait szintén befolyásoló tényezık változásaira, mint a területhasználat változásainak felmérése a tó vízgyőjtıjén, vagy a Kis-Balaton szerepének elemzése. 11
A párolgás számításának kiemelt szerepe nyomán célunk volt a párolgás eltéréseinek meghatározása a Keszthelyi-öböl térségében különbözı vízparti és vízfelszín felett elhelyezett állomások adatai alapján. Eredményeink alapján választ kívántunk kapni arra a kérdésre, hogy a jelenleg a párolgásszámítás során alkalmazott meteorológiai állomás adatai alapján pontosan számítható-e a tófelszín vízvesztése, és milyen irányba lehetne lépéseket tenni annak érdekében, hogy a párolgásszámítási módszer minél egyszerőbbé és precízebbé váljon. A különbözı típusú párolgásmérı kádakkal mért párolgásértékek összehasonlítása is céljaink közt szerepelt, mely kiemelkedıen fontos a kádpárolgás adatsorok elıállításához és a párolgásmérés, valamint számítás során gyakorlati jelentısége is számottevı. A párolgásmérés pontosságának javítása, valamint a hibaforrások csökkentése volt célunk a folyamatos párolgásmérés módszerének kidolgozásával és tesztelésével, a hagyományos módon és automata vízszintregisztrálóval mért adatok összehasonlítása során. 12
2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS 2.1 A Balaton földrajzi jellemzői A Balaton a Dunántúl közepén a Magyar-Középhegység nyugati részének lábánál, az egykori Pannoniában fekszik, ÉK-rıl DNY-i irányban hosszúra elnyúlva. (ENTZ és SEBESTYÉN 1942). Legészakibb pontja Veszprém megyében Balatonfőzfı közelében 47 3 50 északi szélességen, legdélibb pontja Somogy megyében a Keszthelyi-öböl DNY-i zugában 46 42 6 -en van. Legkeletibb pontja 18 10 28 Greenwichtıl mért keleti hosszúságon fekszik, legnyugatibb pontjának helyzete 17 14 58 (CHOLNOKY 1918). A meghatározott koordináták VIRÁG (1998) utólagos megállapítása alapján a tószabályozások miatt az elmúlt idıszakban nem változtak jelentısen. 1. ábra A Balaton vízgyűjtője (www.kdtvizig.hu) A Balaton hossza 76 kilométer, átlagos szélessége 7,5 km. A tó legszélesebb része Balatonalmádi és Balatonaliga között terül el, itt 12 km széles. A legkeskenyebb, 1,5 km a Tihanyi-félsziget és Szántód között. A tó teljes partvonala 235,6 km, ebbıl természetközeli állapotú 136 km, kıburkolattal ellátott 71 km, kıszórással 28,6 km védett (SASS 1979). A Balaton medre egy rendkívül sekély teknınek tekinthetı, átlagos mélysége 75 cm-es siófoki vízállás esetén 3,36 m. A tó legmélyebb pontja a Tihanyi kút, itt a 13
vízmélység 10,16 m. CHOLNOKY (1938) rendkívül szemléletes módon mutatja be a tó sekély voltát: Ez bizony nem nagy mélység! Ha két rendes termető ember egymás fejére áll, a felsınek a feje kint volna a vízbıl. Ha a tó fenekén olyan magas fák nınének, mint amilyenek a mi rendes bükköseink, vagy tölgyeseink fái, tehát 10-15-20 m magasak, akkor bizony a fák lombjától nem látszana a víz. A tó felszíne 594 km 2, 104,42 B.f. vízszint esetén. A Balaton felszínének jelentıs része nyíltvíz, a jogi partvonalon belül 2004-es felmérés alapján mindössze 8,44 km 2 -t borított a mederben nádas (SZEGLET 2006). A tó vízbevételének fı forrása a Zala folyó, mely Fenékpuszta mellett ömlik a tóba. A Balaton teljes vízgyőjtıje a tófelszínnel együtt 5775 km 2 (1. ábra), mely a tó felszínén túl 5 jelentıs részvízgyőjtıre osztható. A teljes vízbevétel több mint fele a Zala 2622 km 2 -es vízgyőjtıjérıl származik. A tómedertıl északra elhelyezkedı részvízgyőjtı területe 820 km 2, Somogy megye területén helyezkedik el az 1272 km 2 -es déli vízgyőjtı. Kevésbé jelentıs a 36 km 2 -es mezıföldi vízgyőjtırıl származó vízbevétel, jelentıs mérető viszont a közvetlen parti, vízfolyásokkal le nem fedett terület, mely 431 km 2. A Balatonba torkolló 51 vízfolyás közül 20 tekinthetı állandónak, melyek vízhozama rendszeres. A tó északi partján Balatonfőzfı és a Zala-torkolat között 34 vízfolyás található, míg a déli parton 17. A Zala évi átlagos vízhozama (KÖQ) a fenékpusztai szelvényben JUHÁSZ (1980) 1969-1978 között végzett megfigyelései alapján 7,421 m 3 s -1, de számos ettıl eltérı kutatási eredmény is napvilágot látott. A Zala vízhozama erısen változó, kis vízálláskor 1-2 m 3 s -1 -os vízhozammal bír, rendes áradása idején 40-60 m 3 s -1, árvízkor 200 m 3 s -1 közeli vízhozammal számolhatunk (ENTZ és SEBSTYÉN 1942). Vízhozam alapján a Zala után a második legjelentısebb befolyó a Nyugati-övcsatorna, 1,5 m 3 s -1 -os vízhozammal. Jelentıs vízbázist jelentenek még a Tapolcai-medencében eredı Tapolcapatak, Kétöles-patak (vízhozamát bányavíz bevezetések növelték), Lesence-patak, valamint az Egervíz, melyek együttesen kb. 3 m 3 s -1 -os vízhozammal rendelkeznek (JUHÁSZ 1980). 2.2. A Balaton fejlődéstörténete és szabályozása A Balaton kialakulásával foglakozó, vagy azzal összefüggı kutatások eredményeirıl viszonylag kevés tudományos közlemény jelent meg az elmúlt 100 évben és a közzétett tudományos dolgozatokban sokszor egymásnak ellentmondó vélemények 14
olvashatók a tómedence és a tómeder kialakulásának módjáról és annak idıpontjáról. Amiben viszont minden szerzı egyetért az, hogy a Balaton nem tekinthetı a Pannon tenger reliktumának (VIRÁG 1998). Geológiai vizsgálatokkal a Balaton térségében elsık között Lóczy Lajos fogalakozott, aki eredményeit 1913-as munkájában tette közzé. A témában ezt követıen megjelent közlemények részben Lóczy állításaira alapozva állapítottak meg új eredményeket, részben teljesen új alapokra helyezték a tó környezetének morfológiai fejlıdését (BULLA 1943; CHOLNOKY 1918, 1938; KÉZ 1943; KORCSMÁROS 1938; MAROSI és SZILÁRD 1981; MIKE 1976). A Balaton és környezetének negyedidıszakban lejátszódott földtani fejlıdéstörténete korábbi szerzık, valamint BODOR 1987; CSERNY 1987; CSERNY és NAGY BODOR 2000; ERDÉLYI 1983; GÁBRIS 1997; LÓCZY 1913; MAROSI 1997; RÓNAI 1969; ZÓLYOMI 1987 és SCHWEITZER 1997, 2002a,b eredményei alapján a következıképpen foglalható össze: A pleisztocén nagyobb részében a már korábban kialakult, továbbra is aktív törések mentén a Balaton környezetének különbözı mértékő emelkedése folytatódott, miközben erıteljes eróziós folyamatok mentek végbe. A teljes pleisztocén során igen szélsıséges éghajlati viszonyok uralkodhattak, a déli parton meleg éghajlatra utaló eluviális vörös agyagrétegek alakultak ki, de megtalálhatók a nedves klímát feltételezı folyóvízi kavics és homok, illetve száraz és hővös pusztákon kihulló löszrétegek is. A térségre jellemzı volt az intenzív exogén földtani folyamatok mellett a tektonikai mozgás is. A Balaton fejlıdéstörténete alapvetıen két eltérı szakaszra osztható. Az elsı szakaszban, mely a holocén kezdetéig (i.e. 8000) tartott, a tó életében a törmelékes üledékképzıdés és tızeglápok kialakulása játszott meghatározó szerepet. A második szakasz a holocén elején kezdıdött és jelenleg is zajlik, elsıdlegesen a kémiai úton kiváló mésziszap felhalmozódása jellemzi, mellyel párhuzamosan a törmelékes üledékalkotók aránya fokozatosan visszaszorul (CSERNY 1987). A balatoni üledékek a Dyras I-tıl (i.e. 15-13 ezer év) kezdve halmozódtak fel, a Balaton medencéjének nyugati részén korábban, mint a keleti részmedencében. A tızegrétegek radiokarbon kora, az üledékek jellege, valamint a bennük talált pollen asszociáció alapján a vízborítás idıbeli eltolódása mintegy 2-3000 évre tehetı (BODOR 1987). A részben csapadékvízzel, másrészt felszín alatti vizekkel (talaj-, réteg- és karsztvízzel) feltöltıdı medence-rendszer vízzel borítottsága nyugatról kelet felé egyre 15
késıbb következett be a Bölling interstadiálisban (i.e. 13000-12400). A részmedencék közül a nyugati medencében ugyan megtalálhatók a legidısebb üledékek is, viszont a felsı-pleisztocén vége táján (i.e. 9000) üledékhiány tapasztalható, ami a tó vízszintjének jelentıs csökkenését, mocsarasodást, ill. bizonyos területek szárazra kerülését mutatja. A középsı és keleti részmedencékben az üledékképzıdés csak a Dyras II. és az Allerıd (i.e. 11000-9000) között kezdıdik. Az elvégzett fúrások azt mutatják, hogy a parti fúrásokban a tó közepén lévıkhöz képest kissé eltolódva jelentkeznek az üledékek, és a réteghiányok is hosszabb idıtartamban tapasztalhatók. Ezek alapján a Balaton helyén több kisebb nagyon sekély viző tó helyezkedett el i.e. 9000-5000 között (CSERNY és NAGY- BODOR 2000). A tó fejlıdéstörténetében a jelentıs változás i.e. 5000 táján következett be, mikor a klíma hővösebbé és csapadékosabbá vált. Ez jelentıs vízszintnövekedést eredményezett, ami hozzájárult ahhoz, hogy a medencék között elterülı akadályok az abrázió hatására eltőnjenek és a tó története során elıször kialakuljon az egységes vízfelszín. JAKAB et al. (2005) alapján csak látszólagos az ellentmondás abban, hogy a hővös és száraz stadiálisokban magasabb, a melegebb és csapadékosabb interstadiálisokban pedig alacsonyabb volt a tó vízszintje. Feltételezésük szerint a Balaton vízszintjének alakításában fontosabb szerepet játszott az éves csapadék mennyiségénél a párolgás, valamint a vízgyőjtırıl történı lefolyás alakulása. Ezt követıen, a tó mélysége és vizének trofitása elsısorban a hımérséklet és a csapadék függvényében többször változott. A tartósan magas vízszintet a Balaton környékén a 111,8 m B.f. magasságig nyomozható színlık is igazolják, bár ezekbıl egyértelmően nem következik a mainál 8 méterrel magasabb vízszint (azaz 13-14 m átlagmélységő tó) megléte. Valószínő, hogy a mainál 3 méterrel magasabb vízállás (azaz 6-7 m átlagmélység) és maximum a jelenlegihez képest kétszeres vízfelülető tó tartósan kialakulhatott. 16
2. ábra A Balaton legnagyobb kiterjedése CHOLNOKY (1918) alapján Számítások szerint (BENDEFY és V. NAGY 1969) a Balaton 105,8-106,3 m B.f. vízszintnél került természetes hidrológiai egyensúlyba. Az ettıl történı eltérések (magasabb szintek) mesterséges beavatkozások eredményeként, csupán idıszámításunk kezdete óta mehettek végbe. Ilyen periódusok voltak a népvándorlások, a kelta invázió, a mongolok betörése és a török uralom. Ezekben az idıszakokban csapadékos idıjárás idején a Balaton vízállása 108-109 m B.f. magasságig is emelkedett, ami átlagosan 8 méter mélységet és a mainál 2,5-szer nagyobb vízfelületet eredményezett (2. ábra). Ennél nagyobb kiterjedés nem valószínő, mivel a megnövekvı vízfelületrıl jelentısebb vízmennyiség elpárolgása történt, mint amelyet a felületre esı csapadék és a változatlan nagyságú vízgyőjtırıl érkezı hozzáfolyás ellensúlyozni tudott volna. A Balaton vízháztartását és vízjárását történelmének elsı, mintegy 7 ezer éves idıszakában kizárólag természeti körülmények befolyásolták. A régészeti kutatások szerint az ember korán megtelepedett a tóparton és a vízszintingadozásoktól függıen változtatta településeinek helyét, de a tó életébe nem avatkozott be (VARGA B. 2006b). A Balaton fejlıdésének második, máig tartó szakaszát az emberi beavatkozások napjainkig tartó következményei jellemzik. Egyes szerzık szerint a római korban már történtek beavatkozások a Balaton vízszintjének mesterséges alakítására. BENDEFY és V. NAGY (1969) a Balaton jelenlegi szintje alatt feltárt sírok alapján arra a következtetésre jutott, hogy a tó vízszintje a római korban 103.8 m B.f. szinten, a népvándorlás korában pedig 104.8 B.f. szinten állhatott. BENDEFY 1968-as munkájában arról számolt be, hogy a római kor csapadékosabb idıszakaiban a vízszint jelentısen megnövekedhetett (akár a 108,5 B.f. szintig), ami komoly károkat okozhatott, ezért 292-17
ben Galerius római császár a tó részleges lecsapolását rendelte el (3. ábra). Kuzsinszky Bálint folytatott ásatásokat a 20. század elején Siófoknál és az akkori vélemények alapján is a zsilip maradványait vélte felfedezni. A Galerius-féle zsilip létezését a mai napig kétségbe vonják (SÁGI 1974). 3. ábra A Balaton tartós vízállásainak görbéje i. e. 800-tól napjainkig BENDEFY (1968) nyomán A honfoglalást követı idıszakban már a vízeltereléseket, mesterséges elöntéseket, védımőveket alkalmazták a tó környékén. A 15-17. században bekövetkezett csapadékosabb és hővösebb idıjárás hatására jelentısebb hozzáfolyás és kisebb párolgás alakult ki, emelkedett a vízszint és gyakoribbá vált, nıtt a lefolyás. A 18. század elejétıl fokozatosan kezdıdtek meg azok az emberi beavatkozások a vízgyőjtın és a tóparton, amelyek befolyással voltak a tó vízháztartására és vízjárására. A Balaton az 1700-as évektıl mesterségesen duzzasztott tó volt. Ennek oka a Sióra települt malmok sora volt, melyek akadályozták a tó vizének elfolyását (MADARÁSZ 1953). A Balaton szabályozása tulajdonképpen azzal vette kezdetét, hogy 1821-ben a siófoki malom leégett, majd 1822-ben lebontották és a Sió medrét kitisztították. Ez a tó vízszintjének 90 cm-es csökkenését eredményezte. Az 1827-es országgyőlés elrendelte a tó lecsapolását és a vízszint 3,9 m-es csökkentését, melyet a Helytartótanács lecsapolási bizottsága 1845-ben hagyott jóvá, továbbá elrendelte egy Duna-Balaton-Zala hajózható csatorna kiépítését (IHRIG 1973). 18
1. kép A Sió-zsilip átadása 1863-ban (IHRIG 1973) A XIX. század elsı felében a Sión levezethetı víz olyan csekély volt, hogy a tó vízállását alapvetın a csapadék és a párolgás és a hozzáfolyás határozta meg. 1858-ban a tó déli partján megindult a Déli Vasút építése és a tó vízszintingadozása, valamint áradása veszélyeztette a munkálatokat. A vasúti töltést a tó déli partján az ıstelepülések és a vízpart között, sok helyen, a turzásokon építették, a maximális vízszint felett 88 cm magasságban (LIGETI 1974). 2. kép Az 1891-ben átadott zsilip (IHRIG 1973) Az 1860-62-évi közötti idıszak magas vízállása megrongálta a töltéseket, ezért a Déli Vaspálya Társaság is lépéseket tett a szabályozás ügyében és a tó vízszintjének 1 mrel való csökkentése esetén 150-180 ezer forint hozzájárulást ajánlott a munkálatokhoz (BERTÓK 1935). A Sió-zsilip építési munkái 1863. április 1-én kezdıdtek és mindösszesen 7 hónap alatt lezajlottak az ásási, valamint az építési munkálatok is (1. kép). A zsilip átadására 1863. október 25-én került sor, valamint ekkor került átadásra a mederbe épített két kıgát, melyek a csatorna elhomokolódását voltak hivatottak szolgálni. A mőtárgy 23,27 m széles, egyszerő faszerkezető volt, 7 nyílással. 19
A zsilip teljes nyitás mellett is csupán 17-18 m 3 s -1 -os áteresztıképességgel rendelkezett, ami nem tette lehetıvé a hatékony vízszintszabályozást, bár az üzembe helyezés utáni vízállások a korábbinál kisebb, de még mindig jelentıs vízszintingadozásokat mutattak. 1891-ben a csatornát bıvítették és új betonszerkezető zsilipet építettek 50 m 3 s -1 kapacitással, viszont a csatorna továbbra is csupán 24 m 3 s -1 vizet volt képes elvezetni (2. kép). A Sió meder-átalakítása 1913-ban kezdıdött, de csak 1934-ben fejezıdött be. A Balatoni hajózás fejlıdése miatt nyilvánvalóvá vált, hogy az 1891-ben átadott zsilip és az 1902-ben elkészült levezetı csatorna nem tartható fenn sokáig, hajózható zsilipre van szükség. Ezt 1947-ben adták át a forgalomnak. Jelenleg a zsilip áteresztıképessége 80 m 3 s -1 (3. kép). A Sió-zsilip többszöri átépítése, a Sió-meder vízlevezetı-képességének bıvítése lehetıvé tette a vízszintszabályozás fokozatos módosítását, a szabályozási sáv fokozatos szőkítését és emelését. 3. kép A Sió-zsilip napjainkban (Fotó: VARGA B.) 2.4. A Balaton vízháztartásának jellemzői A Balaton vízháztartása már a szabályozást követı évtizedekben is számos kutatás tárgyát képezte és ezek eredményeként sokszor a mai ismereteinknek megfelelı adatokat közöltek. BARANYI (1980) szerint a Balaton vízháztartásával kapcsolatos tudományos vizsgálatokat elıször Kiszeli Károly végzett a 19. század végén. A tó vízgazdálkodásával szintén a 19. század végén foglalkozott ERDİS (1898) is, aki CHOLNOKY (1918) utólagos megállapításai alapján helyesen írta le a tó környékét és elıször foglalta össze megbízható mérnöki adatok alapján a hidrográfiai állandókat és tudnivalókat. A Balaton vízháztartásának vizsgálata rendkívül bonyolult téma. Erre BARANYI (1975) mutatott rá elsıként. Szerinte a tavak vízháztartásának vizsgálata a vízforgalom elemeinek meghatározásából, vízháztartási mérleg készítésébıl és értékelésébıl, az egyes 20