Magyarország-Románia Határon Átnyúló Együttműködési Programból 2007 2013 támogatott projekt (Projekt regisztrációs szám: HURO/0801/047) Kutatási program a Körös medence Bihar-Bihor területén, a határon átnyúló felszín alatti víztest hidrogeológiai viszonyainak, állapotának megismerésére (HURO) A magyarországi mintaterület hidrodinamikai modellje (Alföldi modell) Regionális modell a román-magyar határral osztott felszínalatti víztestek területén 2010. december
Jelentés Szerződés száma: 8608/26.07.2010 Projekt címe: Kutatási program a Körös medence Bihar-Bihor területén, a határon átnyúló felszín alatti víztest hidrogeológiai viszonyainak, állapotának megismerésére (HURO) Magyarország-Románia Határon Átnyúló Együttműködési Programból 2007 2013 támogatott projekt Munkafázis A magyarországi mintaterület hidrodinamikai modellje Regionális modell a román-magyar határral osztott felszínalatti víztestek területén Teljesítés: Megbízó: Megbízott: Törvényes képviselő: Projektvezető: Készítette: 2010. december Tiszántúli Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság KSZI-Geogold Carpatin Kissné Jáger Erika Ambrus Magdolna Geogold Kárpátia Kft. Serfőző Antal, Jákfalvi Sándor, Balázs Ilma
TARTALOMJEGYZÉK 1. BEVEZETÉS...3 2. NUMERIKUS MODELLEZÉS LÉNYEGE ÉS A FELHASZNÁLT SZOFTVEREK ISMERTETÉSE...5 2.1 A modellezés szerepe az EU Vízkeret Irányelv végrehajtásában és a vízgazdálkodási tervekben a határmenti területeken...5 2.2 A modellezésre felhasznált szoftverek általános ismertetése...9 2.2.1 FeFlow (Finite Element Subsurface Flow System) 6.0...9 2.2.2 Processing Modflow 5.3...11 A permanens felszín alatti vízmozgás fizikai folyamata...12 Input Output rendszer...13 Alkalmazási lehetőségek...13 2.2.3 Az alapértékelésekhez felhasznált szoftverek...13 2.3 A felszín alatti vízáramlás numerikus modellezésének lépései és kapcsolatai...14 3. A KÉT MODELLTERÜLET BEMUTATÁSA...17 3.1 A határon átnyúló víztestek bemutatása...17 3.2 Az alföldi modellterület...23 3.3 Regionális modell terület...23 4. A MODELLBEN FELHASZNÁLT ADATFORRÁSOK ISMERTETÉSE...25 5. AZ ALFÖLDI HIDRODINAMIKAI MODELL...26 5.1 A terület földrajzi, földtani, vízföldtani jellemzői...26 5.1.1 A modellezett terület lehatárolása...26 5.1.2 A terület geomorfológiai viszonyai...26 5.1.3 Hidrográfiai hálózat...27 5.1.4 Földtani adottságok...27 5.1.5 Vízföldtani adottságok...29 5.1.6 Klíma és lefolyás...29 5.2 A hidrodinamikai modell felépítése...30 5.2.1 Alkalmazott szoftver...30 5.2.2 Koncepcionális modell...30 5.3 A modell belső szerkezete...31 5.3.1 Horizontális felosztás...31 5.3.2 Számítási háló...32 5.3.3 Vertikális tagolás...33 5.4 Bemenő paraméterek...35 1
5.4.1 Szivárgási tényező...35 5.4.2 Folyóhálózat...35 5.4.3 Induló vízszintek...35 5.4.4 Beszivárgás...39 5.4.5 Víztermelési adatok...40 5.5 Modell futtatása modellezési eredmények...41 5.6 Eredmények értelmezése...41 6. A REGIONÁLIS HIDRODINAMIKAI MODELL...44 6.1 A terület földrajzi, földtani, vízföldtani jellemzői...44 6.1.1 A regionális modellterület bemutatása...44 6.1.2 A terület geomorfológiai viszonyai...44 6.1.3 Klimatikus viszonyok...46 6.1.4 A modellezett terület földtani viszonyai...47 6.1.5 A terület vízföldtani viszonyai...49 6.1.6 A modellezett terület vízkivételi pontjai...49 6.2 A modell belső felépítése...62 6.2.1 Horizontális felosztás...63 6.2.2 Vertikális tagolás...64 6.3 Bemenő paraméterek...65 6.3.1 Szivárgási tényező...65 6.3.2 Folyóhálózat...67 6.3.3 Vízkivételek kutak, források...67 6.3.4 Beszivárgás...68 6.4 Modell futtatása modellezési eredmények...68 6.5 Eredmények értelmezése...68 7. FELHASZNÁLT IRODALOM...72 2
1. BEVEZETÉS A szerződés részét képező műszaki ajánlatnak megfelelően a projekt II. Kutatási fázisának A víztározó struktúrák hidrodinamikai modellezése értelmében a közös projektterületen (Hajdú-Bihar Bihar megye) elkészült a határral metszett víztestek területén a tervezett két hidrodinamikai modell. Az egyik magyarországi oldalon, a határzónába eső hidraulikai rendszereket elemző Alföld-részmodell, a másik a határ mindkét oldalát felölelő, regionális modell. Az alföldön Berettyóújfalu környezetében került kijelölésre a modellterület, a regionális modell lehatárolása természetes felszíni határok figyelembe vételével történt, területe teljes egészében a Körösök vízgyűjtőterületére esik. A hidrodinamikai modellezés elsősorban a kutatás tárgyát képező határon átnyúló pleisztocén, illetve pannon víztestek komplex vízáramlási feltételeinek, illetve az ezekkel szomszédos karsztvíztesttel (beáramlási területtel) való kapcsolatuknak alaposabb megismerését célozza. A modell segítségével bemutathatóak az érintett területen kialakult természetes felszín alatti vízáramlási pályák, illetve előre prognosztizálható a vízkészletre és dinamikára ható külső tényezők (emberi és természeti) hatása: vízkivétel, szennyezőanyagok terjedése, csapadékmennyiség ezek módosulása stb. A modellezés lehetőséget ad a felszíni és felszín alatti vízrendszer kapcsolatának vizsgálatára is. Segítségével meghatározható a rendszerbe történő utánpótlódás mértéke és módja. Eredményeinek segítségével elkülöníthetőek a víztesten a sérülékeny és kevésbé sérülékeny részek, és hatásosabban meghatározhatóak azok az intézkedések, amelyek alkalmazásával közép és hosszú távon is fenntartható a víztest jelenlegi jó állapota Nem direkt módon elősegíti a tervezés során felmerülő különböző lehetőségek szemléltetését és a hatékony megfigyelőrendszer kiépítését. A modellezés első ütemében a modellek szerkezeti felépítését készítettük el (területi, földtani modell), a második ütemben történt a modell futtatása és kalibrálása. A hidrodinamikai modell felépítéséhez felhasználtuk a projekt során végzett geofizikai vizsgálatok, forrás- és kútfelülvizsgálatok, valamint a dinamikus faktoranalízis eredményeit. Ezen felül figyelembe vettük a térségben korábban végzett geológiai, hidrológiai kutatások szakmai anyagát, a meglévő geológiai és hidrogeológiai térképeket és a létező irodalmi adatokat is. A vizsgált terület komplex geológiai felépítése miatt a mintaterületeken nem permanens rezsimű, háromdimenziós hidrogeológiai modell elkészítését terveztük, aminek input adatai hosszú távú megfigyeléseken alapuló idősorok. Sajnos a projekt rövid időtartama, illetve a romániai vízügyi hatóságok adatzárolása miatt, ilyen jellegű megfigyeléseket sem mi nem tudtunk végezni, sem hozzáférni nem tudtunk, ezért a modelleket permanens rezsimben kellett elkészítenünk, azaz a bemenő adatoknak megfelelően, egy adott állapotot tükröznek, nem pedig egy folyamatot. 3
A hidrodinamikai modell-vizsgálatokat, az áramvonal és elérési-idő számításokat a FeFlow v 6.0 és Processing Modflow 5.3 modellező programokkal, az input és output adatok elő és utófeldolgozását ArcView 9.1 szoftverrel történtek. 4
2. NUMERIKUS MODELLEZÉS LÉNYEGE ÉS A FELHASZNÁLT SZOFTVEREK ISMERTETÉSE 2.1 A modellezés szerepe az EU Vízkeret Irányelv végrehajtásában és a vízgazdálkodási tervekben a határmenti területeken A határ mindkét oldalán olyan vízgyűjtő-gazdálkodást kell folytatni az EU Vízkeret Irányelv és az annak alapján született nemzeti jogszabályok alapján, mely elősegíti, hogy a vizek 2015-ig jó mennyiségi és minőségi állapotba kerüljenek. A felszín alatti vizek esetében a jogszabály szerint a környezeti célkitűzés az, hogy a vízgyűjtő gazdálkodási tervnek tartalmaznia kell a jó mennyiségi és minőségi állapot eléréséhez, illetve fenntartásához szükséges terveket, így azoknak az intézkedéseknek a körét, amelyek megelőzik, megakadályozzák, illetve korlátozzák a felszín alatti vizek állapotának romlását, a szennyezőanyagoknak a felszín alatti vizekbe történő bejutását. A jogszabályok előírják, hogy a vízgyűjtő gazdálkodási terveknek a víztestek leírásán, állapotfelmérésén, az emberi tevékenységek hatásainak számbavételén és értékelésen kell alapulniuk. A hidrodinamikai modell egy eszköz arra, hogy a víztesteket jellemző hidrogeológiai jellemzőket egységes, mindenki számára, és különösen a nem szakemberek számára érthető formába öntsük. A hidrogeológiai értékelésekkel a leírás mellett a következő hatásokat lehet vizsgálni: a víztestek együttes jelenlegi mennyiségi és minőségi állapotát, a víztestek beavatkozások előtti lehetséges állapotát, a víztestek jövőbeli állapotát a két ország által az EU VKI alapján közösen meghatározott vízgazdálkodási tervek esetében. A hidrogeológia jelenségek, folyamatok numerikus modellezése során a területről alkotott előzetes képünk (hidrogeológiai elképzelésünk) modellbe építése után azt tudjuk vizsgálni, hogy a vizsgálni kívánt folyamat egyes összetevőjének változtatása milyen hatással van a rendszer egészére. A modellalkotás előtt egy előzetes koncepcióra van szükség, amely a vizsgálandó terület viselkedését főbb vonalakban jellemzi. Ennek a modellbe történő építése után, a modell helyességét pontosan azzal tudjuk ellenőrizni, hogy az előzetes koncepciónknak a modellel alkotott eredmények megfelelnek-e vagy sem. Az elméleti modell helyes megalkotása kiemelt fontosságú, mert hibás elméleti modell esetén függetlenül attól, hogy a számított eredményeink illeszkednek a hibás koncepciónkhoz, minden további, a modellből levonható következtetés hibás, mert a kiindulási feltevés is rossz volt.. A modellalkotás során arra törekszünk, hogy a koncepcionális modell által elvárt folyamatokat az alkotott modell valamilyen szinten leírja. A valóságos, összetett folyamatok egzakt leírására nincs módunk, csupán a főbb tendenciák közelítésére, modellezésére vállalkozhatunk. A numerikus modell esetében következésképpen nem várhatunk el nagyobb pontosságot, mint a rendelkezésünkre álló koncepcionális modellalkotás során felhasznált bemenő adatok által megadott pontosság. A valóságot közelítő, az azt leíró egyenletrendszerben mivel parciális differenciál-egyenletredszert oldunk meg, iteratív 5
vagyis nem egzakt módon bizonyos diszkretizálást hajtunk végre, vagyis a tér adott méretű elemeire próbáljuk megadni az általunk vizsgálni kívánt paraméterértéket. A valóságban a hidraulikai modelleket a modellezett területen található vízszintfigyelő objektumokban mérhető vízszint valamilyen jellemző értéke és a modell által ugyanarra a pontra meghatározott számított vízszint értékek összevetésével ellenőrzik a modell helyességét (kalibráció). A numerikus modellekben a valós földtani helyzet egyszerűsített leírására törekszünk, hiszen a valós, bonyolult földtani felépítést a modellbe építeni csak közelítőleg lehetséges. A modellek technikai sajátossága, hogy sok esetben olyan térrészre is (pl. nagy mélységű réteg), amit direkt módon nem vizsgálhatunk, vagy nem rendelkezünk közvetlen mérési adattal, folytonos paramétermezőt kell előállítanunk, és ezen paraméter kombinációk mellett tudjuk elvégeztetni a számítást. Mivel a legtöbb esetben a földtani paraméterek közvetlenül nem mérhetőek, illetve, ha rendelkezünk is mért értékkel, az nem szükségszerűen reprezentatív a modellezett tér egészére, ezért valamilyen megfontolás alapján paramétereket kell megadnunk. A megfelelő koncepcionális modell felépítése a modellezési folyamat legfontosabb része. A modellezés alapját szolgáltató fontosabb szakmai koncepciókat az alábbiakban ismertetjük. Globálisan vizsgálva a föld víztömege konstansnak tekinthető, a földi vízciklus tehát zárt hidrológiai rendszert alkot, de egy tetszőleges területet tekintve azonban, a vízkörforgalom nyílt rendszerként értelmezhető, melynek alrendszerei a felszín alatti vizek szempontjából a növényzet, a medertárolás, a földfelszín, a talajnedvesség és a felszín alatti vizek, amelyek a dinamikus rendszerek elvén működnek. Egy komplex, felszíni-felszín alatti nyitott, mesterséges vízkivétellel nem terhelt, vízgyűjtőegységre a fentiek alapján, a következő vízmérleg írható föl: Betáplálás=Kimenet±Tárózás A rendszerbe való betáplálást a csapadék, a felszíni és a felszín alatti víz-hozzáfolyás jelenti. A víz az alrendszerekben tárózódik, amelyek folyamatos és összetett kölcsönhatása révén a rendszerben tárolt felszíni és felszín alatti víz mennyisége megváltozik. A rendszer kimeneteit a fizikai párolgás (evaporáció), a növényi párologtatás (transpiráció), a felszíni és a felszín alatti víz-elfolyás teszi ki. A vázolt hidrológiai készlet adott térfogatra és időtartamra vonatkoztatható. A fentiekből következik, hogy egy rendszerből hosszú távon nem vehető ki a betáplálást meghaladó vízmennyiség a tárolt vízkészlet mennyiségének káros mértékű csökkentése nélkül. A vízkészletek fenti módon történő számítása, ha ismerjük a bemenő és kimenő paramétereket viszonylag egyszerű matematikai feladat. A problémát általában az jelenti, hogy nem tudjuk pontosan a térrészt, a rendszert, a hidrogeológiai egységet, amire a számításokat el kell végezni, pedig ez az egész vízkészlet gazdálkodás alapja. Nehezíti a 6
megoldást, hogy a vízkészlet gazdálkodás nemcsak ökológiai kérdés, hanem gazdasági, ily módon a rendelkezésre álló vízkészletet sokszor nem regionálisan, hanem termelőkút szintjén kell meghatározni. A vízkészlet gazdálkodást semmi esetre sem lehet csak földtani alapon meghatározott kőzettestekhez kapcsolódó vízkészletekhez kötni, igen fontos szerepe van az utánpótlódás mértékének, azaz a vízgyűjtők nagyságának és jellegének. A felszín alatti vízgyűjtők meghatározása azonban már bonyolultabb feladat. A gravitáció által vezérelt felszín alatti vízmozgást a hidrogeológiai környezet elemei módosítják, ezért egy adott régió vízáramlási rendszere és vízháztartása egyedivé válik. A hidrogeológiai környezet a következő három fő elemből áll: - Az áramlási tér geometriája - Az áramlási tér földtani felépítése - Az éghajlati viszonyok A topográfia legfontosabb hatása az, hogy a domborzat vonásainak, a lineáris lejtéstől való eltérésének megfelelően, különböző áramlási rendszerek alakulhatnak ki. Általánosan a felszín alatti vízáramlási rendszerek háromfélék lehetnek: - regionális - köztes (intermedier) - helyi (lokális) A különböző áramlási rendszerek mindegyikéhez háromféle áramlási rezsim tartozik: beáramlás, átáramlás és kiáramlási. Egy rendszer: - regionális, ha az áramlás a medence fő vízválasztójától a fő megcsapolódási területéig tart ezek földrajzilag is távol vannak egymástól és alacsonyabb hierarchiájú köztes és helyi rendszereket ölel át. - intermedier, ha két végpontja nem esik egybe a fő vízválasztó és a fő kiáramlási területtel, és ezek egy vagy több lokális rendszert fognak közre - lokális, ha a be- és a kiáramlási területe szomszédos és ezek nem a fő vízválasztó, illetve a fő megcsapolódási területen vannak, valamint adott méretarányban szemlélve már nem tagolható tovább; Egy medencén belül a regionális léptéktől a helyi lépték felé haladva a rendszerek mélysége és kiterjedése egymáshoz viszonyítva csökken (1. ábra) 7
1. ábra: Egy medencén belüli áramlási rendszerek és rezsimek (TÓTH, 1984 ) Az áramképet alapvetően a felszíni topográfiai különbségek határozzák meg, mivel ezek generálják a hajtóerőt. Ezért főképpen a talajvíz-rendszerek esetén a felszíni és a felszín alatti vízgyűjtők megegyeznek. A földtani felépítés azonban, amely az áramlási teret felépítő összletek heterogenitásából és anizotrópiájából adódik, jelentősen befolyásolhatja a felszín alatti vízáramlási képet és az áramlás intenzitását. A permeabilitás térbeli változásának leggyakoribb geológiai okai: a rétegek dőlése, a rétegek összefogazódása, illetve kiékelődése, lencsék és vetők jelenléte. Az áramképet és az áramintenzitást a különböző klimatikus tényezők is befolyásolják: nagy mértékben a csapadék, továbbá a hőmérséklet, szélerősség. Nagyon csapadékos, alacsony evapotranszpirációjú területeken, a vízszint a felszín közelében van, így az áramlást erősen meghatározza a felszíni domborzat. Száraz területeken, ahol a vízszint több tíz vagy száz méterrel a felszín alatt lehet, az áramlási hálózat és a felszín topográfiája között nem ismerhető fel az összefüggés. A vízföldtani modellek segítségével választ kereshetünk a természetes megcsapolódási helyeken a felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák vízigényeinek kérdésére is. A felszín alatti víztől függő felszíni vízi és szárazföldi ökoszisztémák fennmaradását, a felszín alatti víztestek mennyiségi és minőségi szempontú jó állapotban tartása biztosítja. Az elkészülő modellek lehetővé teszik, hogy vízmérleg-számítás segítségével az adott víztest terhelésének különböző eseteiben vizsgálni lehessen a felszín alatti vizektől függő ökoszisztémákhoz jutó vízmennyiséget, és ennek valószínűleg bekövetkező változásaikor értékelni lehessen az ökoszisztémákra gyakorolt hatását. 8
2.2 A modellezésre felhasznált szoftverek általános ismertetése A modelleket két féle modellező softver segítségével készítettük, amelyek között az alapvető különbség a vizsgálandó térrész felosztásában van, az egyik a véges elemes FeFlow 6.0 a másik pedig, a véges differenciás Processing ModFlow 5.1 megoldás. A két módszer között alapvető különbség a tér elemekre bontása után a megoldandó egyenletrendszer megoldási módjában van. A véges elemes módszernél jellemzően a vizsgálandó térrészt háromszög alapú hasábelemekre bontjuk, amely 6 csomópontja mentén érintkezik a szomszédos elemekkel. A megoldás során az érintkezési csomópontokra adjuk meg a számításhoz szükséges bemeneti paramétereket, majd az egyenletrendszer megoldása után ezekre a csomópontokra határozzuk meg a vizsgálni kívánt paramétert. Ezzel a módszerrel a változatos felépítésű vizsgálandó terület rugalmasan követhető. A véges differenciás módszernél a teret négyszög alapú hasábokra bontjuk, és a hasábelem közepére határozzuk meg a vizsgálni kívántparamétert, vagyis egyetlen modellelem egyetlen értékkel jellemzett. Ez komoly problémát jelent egy bonyolult szerkezetű terület esetén, mivel a kismértékű változások ezzel a módszerrel elsikkadnak, a vizsgálati terület nehézkesen követhető. A kutatási terület vízföldtani felépítése határozza meg a módszert, amellyel a víztesteket modellezni kell. 2.2.1 FeFlow (Finite Element Subsurface Flow System) 6.0 A regionális modell felépítésére, mivel bonyolult szerkezetű karsztos, kristályos, törmelékes és porózus halmazok modellezéséről van szó, a WASY Ltd. által fejlesztett véges elem módszert alkalmazó FeFlow (Finite Element Subsurface Flow System) 6.0 verzióját használtuk. A FeFlow számítógépes szoftver, olyan interaktív, grafikus alapú modellező rendszer, amellyel két- és három dimenzióban lehet megjeleníteni a felszínalatti víz áramlási rezsimjét. Az eredmények bemutathatók felületi vagy keresztmetszeti (horizontális, vertikális vagy tengelyszimmetrikus) képként is. A modellezés során figyelembe lehet venni a víztartó réteg (nyomás alatti vagy nyílt tükrű) és a szennyező anyag tulajdonságait, a különböző áramlási rezsimeket (beszivárgás, tranziens áramlás, t is. A véges elemes módszernél jellemzően (de nem szükségszerűen) a vizsgálandó térrészt háromszög alapú hasábelemekre bontjuk, egy hasábelemnek 6 csomópontja van, amely mentén érintkezik a mellette ill. alatta-felette levő elemekkel. A megoldás során az érintkezési csomópontokra adjuk meg a számításhoz szükséges bemeneti paramétereket, majd az egyenletrendszer megoldása után ezekre a csomópontokra határozzuk meg a vizsgálni kívánt paramétert. Előnye a módszernek, hogy a változatos felépítésű vizsgálandó terület rugalmasan követhető. A véges elem módszer alapgondolata a lokális közelítés elve, ami azt jelenti, hogy az egyes felvett elemek mentén a keresett mezőket (nyomásszint, szivárgási sebesség, 9
szennyezőanyag-koncentráció és csapadékeloszlás) előre felvett paramétereket tartalmazó függvényekkel közelítjük. A lokálisan felvett közelítő függvényeket azután a szomszédos elemek mentén valamilyen hibaelv alapján illesztjük, így végül a teljes vizsgált tartományra előállítunk egy megfelelő rendben folytonos közelítő mezőt. A FEFLOW szoftver több áramlás szimulációs probléma megoldására alkalmas modullal rendelkezik (folyadékáramlás, transzport folyamatok, kapcsolt hőáram szimuláció, folyadéksűrűség által indukált áramlások). A FEFLOW teljes két- és háromdimenziós, véges elemű módszert alkalmaz azon parciális differenciál egyenletek megoldására, amelyek leírják az alábbi egymással kölcsönösen összefüggő folyamatokat: - felszín alatti vízáramlás dinamikája, amely függhet a folyadék sűrűségétől is; - szennyezések konvektív és konduktív transzport folyamata, amelyre hatással lehet az adszorpció; - hidrodinamikai diszperzió és elsőrendű kémiai reakció; - felszín alatti transzport folyamatok, amelyek lehetnek mind a szennyező anyagok mind a hőmérséklet különbség hatására kialakuló sűrűségváltozással kapcsolatos jelenségek (termohalin / hőáramlás). (A hő- és sűrűségváltozással kialakuló áramlások modellezése külön modulban van.) A kiindulási és határfeltételek meghatározása viszonylag általános lehet, így különböző típusú, tetszés szerinti geometriájú modell is megadható. Ennek megfelelően, kevert feltételek kezelését (például a felszíni víz kölcsönhatásai vagy termelő és besajtoló kút működése), valamint sűrűségáram határfelületek kezelését is megengedi a program, a kiindulási egyenletek alternatív alkalmazásával (transzport egyenletek divergenciája). A FEFLOW választási lehetőségeket tartalmaz az áramlás, a szennyezőanyag és a hő transzportra, ami lehet: - kombinált és különálló; - nemlineáris (folyadéksűrűséggel kapcsolatos) és lineáris; - teljesen tranziens, félig állandó és állandó állapotú szimuláció. Az első és másodrendű véges elemek négyoldalú és háromszög térbeli eloszlási sémáit a kétféle, sokoldalú hálógenerátor hozhatja létre. A tranziens problémák megoldásához beépítettek első és másodrendű időléptetési sémákat is a szimulátorba. Két fő alternatíva létezik: az egyiknél rögzített (előre meghatározott) időlépcsőkkel teljesen implicit, vagy magasabb rendű Crank-Nicholson időintegráció séma kerül végrehajtásra; a másiknál pedig egy jósló-javító (predictorcorrector) időléptetési módszert alkalmaz a FEFLOW, amely lehetővé teszi a tranziens megoldási folyamat teljesen automatikus ellenőrzését és gyors lefuttatását. A FEFLOW többféle háromdimenziós grafikus eszközt is tartalmaz a négydimenziós tér-idő modell adatok vizuális vizsgálatára. Ezek a következők: viziometrikus háromdimenziós működés, térfogati és felszíni megjelenítés, tengely körüli forgatás (rotáció), áthelyezés (transzláció), árnyékolás, három-dimenziós kurzor, tetszőleges metszetek, határok megjelenítése, izofelületek megrajzolása, térkép beillesztés, terjedési útvonalak megjelenítése, áramlási vektor minták választása és izokrónok kijelölése. A szimulált folyamatok természetétől és a víztároló közeg heterogeneitásától függően a modellező szabadon választhatja meg az egyenletrendszerek megoldásmódszerét, tekintve, 10
hogy a program többféle iterációs vagy direkt megoldásmódszert javasol. A megoldási módszer kiválasztásánál természetesen a folyamatokat leíró egyenletek, a víztároló közeg geológiai szerkezetének és a megoldandó egyenletrendszerek numerikus tulajdonságainak ismerete nagy szerepet játszik. Az adatbevitelt, az eredmények értelmezését és reprezentációját nagyban megkönnyíti a szoftver közvetlen kapcsolata az Arcview/ArcInfo típusú térinformatikai adatbázis felé, de kommunikál egyéb szoftverekkel is különböző, széles körben elterjedt file típusokon keresztül (DXF, TIFF, ASCII). Lehetőség van raszter képek geo-referenciájára, rektifikációjára és feltöltésére egy önállóan is használható segédprogram alkalmazásával (FEMAP). Az eredmények grafikus ábrázolása, dokumentálása egy saját reprezentációs program (FEPLOT) segítségével is lehetséges. 2.2.2 Processing Modflow 5.3 A MODFLOW a legszélesebb körben használt 3D-s felszín alatti vízáramlási modell. A MODFLOW programcsomag a világon a legelterjedtebb (a forgalmazó szerint 2007. év végéig több mint 15000 példányban kelt el) felszín alatti vízmozgások vizsgálatára alkalmas szoftver. A matematikai megoldás Egy adott víztartó térben a következő folytonossági egyenlet írható fel: σ q σ x x + σ q σ y z + σ q σ z z = s σ σ h t + q s (3.1) ahol, q x, q y, q z - az x, y, z irányú fajlagos víztömeg áramlás, [m 2 /nap], x, y, z - a térbeli derékszögű koordináták, [m], s - a szabad vízfelszínű víztartó medence szabad hézagtérfogata, [m 3 /m 3], nyomás alatti víztartó medencénél a tárolási tényező, [m 3 /m 3], h - a víztartó medence vízszintje vagy nyomásszintje, [m választott szint felett], t - idő, [nap], q s - a víztartó medence vízkészletét terhelő vízkivételek és vízbetáplálások egységnyi felületre vetített összege, [m/d]. A folytonossági egyenletbe minden irányba külön-külön behelyettesítve a ( h) q = k m grad (3.2) (3.2) összefüggést, a következő differenciálegyenlet nyerhető: 11
jelölések: σ σh k m σx σx σ σh + k m σy σy σ σh + k m σz σz = σh s σt + q s (3.3) az új k - Darcy-féle szivárgási tényező, [m/nap], m - a víztartó tér vízvezető rétegvastagsága, [m]. A számítógép felszín alatti vízmozgást leíró differenciál egyenletet differencia egyenletrendszerré alakítja és azt az általánosan alkalmazott véges differencia sémával oldja meg. (Végül matematikailag mátrix műveletekkel történik az egyenletrendszer megoldása.) A véges differencia egyenletrendszer megoldásának eredménye a modell térbeli felosztására kialakított véges differencia hálózat minden aktív elemében egy potenciál érték. A további feldolgozások és számítások e potenciál értékek alapján történik. A permanens felszín alatti vízmozgás fizikai folyamata A felszín alatti víztartókban lejátszódó hidrológiai és hidraulikai folyamatok nem választhatók el a meteorológiai, a környezetben és a felszínen végbemenő folyamatoktól (MAJOR, 1976.). A hidrológiai ciklus a következő fontosabb részekből áll: eső, hó, mesterséges csapadék, növény és egyéb felületek (pl. háztetők) intercepciója, az előbbi kettő különbsége a hatékony csapadék, amelynek része a hóolvadék is, felszíni lefolyás, beszivárgás, folyó, tó csatorna vízállása, vízszállítása, telítetlen zónában lejátszódó vízmozgások, telített zónában lejátszódó vízmozgások, evapotranszpiráció. Természetes körülmények között a függőleges vízforgalom (amelynek része a csapadékból származó beszivárgás is) és a felszíni vizek dinamikus kapcsolata határozza meg egy felszín alatti víztartó egyensúlyi állapotát. Amikor az ember tevékenységével beavatkozik egy felszín alatti víztartó vízháztartásába, akár vízkitermeléssel, akár víz bejuttatásával, akkor a függőleges vízforgalommal és a felszíni vízzel fennálló dinamikus kapcsolat korábbi állapota is megváltozik. Pl. a vízkitermelés hatására az addig egyensúlyban lévő függőleges vízforgalom hosszú időszak átlagában döntően beszivárgási többlet állapotába kerül, vagy a korábban a folyóvizet tápláló talajvíztér, a folyó vízkészletét csökkenteni fogja. A környezettel meglévő dinamikus kapcsolat a mélyebb rétegek vízháztartására is jellemző, de itt csökken a függőleges vízforgalom, a felszíni vizek hatása és nő a szomszédos rétegek közötti átáramlás súlya. 12
Az előbbiek figyelembe vételével, a felszín alatti vízmozgás matematikai leírásnál biztosítani kell a dinamikusan ható tényezők esetében a piezometrikus nyomásszinttől függő nemlineáris kapcsolat-összefüggéseket is. Input Output rendszer A PROCESSING MODFLOW 5.3, háromdimenziós, moduláris felépítésű programcsomag felhasználásával készült el. Az alkalmazott szoftver a telített szivárgási térben végbemenő vízmozgás többrétegű és teljes háromdimenziós megközelítéssel történő leírására alkalmas. A numerikus megoldás véges differencia módszerrel történik. Alkalmazási lehetőségek A PROCESSING MODFLOW 5.3 az alábbi esetekben képes a nyomásszintek számítására: - heterogén, anizotróp szivárgási tér többrétegű és teljes háromdimenziós megközelítése (kiékelődés nem lehetséges); - permanens és nem-permanens (stressz-periódusok) áramlási viszonyok; - időben és térben változó szabadfelszínű és nyomás alatti állapot, illetve bármelyik réteg váltakozó leürülése és újranedvesítése; - háromféle peremfeltétel: vízzáró, adott nyomású és a számított nyomással lineárisan változó fluxus (ez utóbbi speciális esete az állandó fluxus); - különböző források és nyelők: időben változó, de egy stresszperiódus alatt konstans értékek (vízkivétel, injektálás, beszivárgás), vagy a számított nyomás lineáris (felszíni vizek, drének) és nem lineáris (talajvízpárolgás, felszíni víz medre alá süllyedő talajvízszint) függvénye; - a felszín alatti víz és a felszíni víz aktív kapcsolata (a felszíni vízszint függvénye a felszíni vízzel történő vízcserének). 2.2.3 Az alapértékelésekhez felhasznált szoftverek A numerikus modellezésen kívül az adatbázis kialakításában, a digitális domborzati viszonyok és lefolyási modellek elemzésében az ArcView 9.1 szoftvert alkalmaztuk, amely a földrajzi információk létrehozására, importálására, szerkesztésére, lekérdezésére, elemzésére valamint térképezésére és publikálására használható szoftver. Az ArcView 9.1 összekapcsolt alkalmazások sora, amely magába foglalja többek között a következőket: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, 3D Analyst Megfelelő módon használva ezeket az alkalmazásokat, elvégezhetünk GIS feladatokat, mint térképezést, földrajzi elemzéseket, adatok szerkesztését és összeállítását, adatkezelést, megjelenítést és georeferálást. 13
Az ArcMap a központi alkalmazása az ArcView 9.1 szoftvernek, amivel az összes térképalapú feladat elvégezhető. Kétféle térképi nézetet kínál fel számunkra: a földrajzi adat nézetet és a nyomtatási kép nézetet. A földrajzi adat nézetben a földrajzi rétegeinket szimbolizálhatjuk, azokon elemzéseket végezhetünk és GIS adatszerkezetekbe szervezhetjük azokat. A nyomtatási kép nézetben, a térképlapokon a földrajzi adataink mellett megjelennek a térképi elemek, úgymint: léptékek, jelmagyarázatok, északnyilak. Az ArcCatalog alkalmazás segítségével rendezhetünk és kezelhetünk minden GIS adatot, például térképeket, globe-okat, adatcsoportokat, modelleket, metaadatokat és szolgáltatásokat. Az ArcToolbox tartalmazza a geoprocesszálási eszközök széles spektrumát, köztük: adatkezelést, adatkonverziót, fedvények kezelésének eszközeit, vektorelemzést, statisztikai elemzéseket. A geoprocesszálás magába foglalja a már létező GIS adatok elemzése eredményeképp létrejövő információkból új adatok előállítását. Felhasználható nagyon sok GIS feladat végrehajtásakor, úgymint szomszédsági, átlapolási elemzések, adatkonverziók, adatösszegzési műveletek, mennyiségi és minőségi elemzések, adatellenőrzések. Az ArcGIS 3D Analyst bővítmény hatékony háromdimenziós megjelenítést, valamint elemző és felületgeneráló eszközöket biztosít a felhasználó számára: felületmodell építése számos támogatott adatformátumból, háromdimenziós nézetek létrehozása közvetlenül a saját GIS adatainkkal, terület, térfogat, lejtés, kitettség és domborzatárnyékolás számítása, interpoláció stb. 2.3 A felszín alatti vízáramlás numerikus modellezésének lépései és kapcsolatai A numerikus szimulációnál az általános, elfogadott modellezési folyamatot követtük, melyek lépései az alábbiak (2. ábra): 1. A valódi rendszer megismerése a lehető legteljesebb mértékben: adatgyűjtés, információ rendszerezés, feldolgozás, hibaszűrés. 2. A valódi rendszer megismerésének összefoglalása, koncepcionális modell (hipotézis) felállítása: geológiai szerkezet, morfológia, kutatási terület lehatárolás, attribútum mezők (szivárgási tényező mező, beszivárgási térkép, hőáramlás, stb.) meghatározása. 3. A koncepcionális modell áttranszformálása numerikus modellé. Ez a fázis egyrészt a koncepcionális modell bizonyos fokú egyszerűsítését, másrészt a numerikus modellezés technikájából kifolyólag hipotetikus adatok bevitelét igényli. A modell szimulációjával mintegy ezen adatok realitását és következményeit teszteljük. 4. A numerikus szimuláció eredményeinek visszacsatolása a valódi rendszerbe, eredmények ellenőrzése, elfogadása vagy elvetése az adott probléma tükrében. Javaslatok a koncepcionális modell módosítására, új hipotézisek felállítása. A modellezésnél az alábbi alapvető feltételeket vettük figyelembe: 14
a modell a realitásoknak megfelelő mértékben írja le a valóságban bonyolult földtani felépítést. A szivárgáshidraulikai paraméterek (szivárgási tényező, hézagtényező, stb.) a földtani képpel ne kerüljenek ellentmondásba (a földtani leírás alapján a paraméterek általában csak nagyságrendi pontossággal adhatók meg, valamivel jobb volt a helyzet, az olyan területrészeken, ahol geofizikai eredményekkel rendelkezünk). a további számításoknál általában az átlagértékek vehetők figyelembe, de sorosan és párhuzamosan kapcsolt vízvezető rendszereknél a segédletnek megfelelő eredő értéket veszünk figyelembe (a horizontális, rétegirányú vízvezető képesség tekintetében nem hanyagolható el az ún. lencsehatás, ami a vízvezető réteg kisebb áteresztő képességű részeinek meghatározó szerepét jelenti, a vertikális, a rétegzettségre merőleges szivárgásoknál pedig az ún. hidrogeológiai ablakok százalékos arányát kell párhuzamosan kapcsolt vízvezető elemként figyelembe venni. a modell peremein lehetőség szerint ismertetni kell a tényleges vízszinteket, illetve nyomásokat, azok múltbeli alakulását, a modell területén figyelembe kell venni a talajvízszintre és a rétegvízszintre, ezek múltbeli alakulására vonatkozó információkat, a felszínközeli képződmények és a hidrometeorológiai viszonyok ismerete alapján figyelembe véve a növényzetet is meg kell becsülni a talajvízháztartást, az eredő leszivárgást a talajvízből, vagy a feláramlást és a többletpárolgást, a felszíni vizekkel vízfolyásokkal, állóvizekkel, esetleges időszakosan jelentkező belvizekkel összefüggő talaj-, illetve felszín alatti vizek kapcsolatát a mederviszonyok lehetőség szerinti ismeretében kell meghatározni, a modell által számított és a mért vízállások összehasonlításánál figyelemmel kell lenni a permanens vagy nem permanens szivárgási állapotra (a valóságban nem permanens állapotok és a permanens állapot feltételezésével végzett modellezés eredményeinek összehasonlítása téves következtetésekre vezethet) a mért- és számított nyomásállapot tér- és időbeli összevetésén túl a rendelkezésre álló információk függvényében figyelni kell arra, hogy a modellt az eddig lejátszódott transzportfolyamatok is verifikálják, az erre alkalmas vízminőségi és izotóp adatokat kell felhasználni. 15
2. ábra. Numerikus szimuláció modellezési folyamata 16
3. A KÉT MODELLTERÜLET BEMUTATÁSA 3.1 A határon átnyúló víztestek bemutatása A projekt tárgyát a romániai mintaterületen 4 határral metszett porózus víztest (ROCR01, ROCR06, ROCR07, ROCR08) valamint az ezekkel szomszédos karsztos víztest képezi (ROCR02 ). (3. ábra). Ez utóbbi, ha nincs is határon átnyúló víztestként lehatárolva, litológiai egységei fellelhetőek a porózus víztestek aljzatában. A magyar oldali területen a p.2.6.1, p.2.6.2, p.2.12.2, sp.2.6.1, sp.2.6.2, sp.2.12.2 a projektben vizsgált határral metszett víztestek A mintaterületek kiválasztásánál szempont volt, hogy a nagy kiterjedésű porózus víztestek olyan területrészeit modellezzük, ahol pontosíthattuk a különböző áramlási rezsimeket, illetve ahol kimutathattuk a különböző mélységben elhelyezkedő víztestek egymás közötti és a szomszédos, beáramlási karsztos területrésszel való kapcsolatát. 3. ábra. A projekt által vizsgált víztestek és a modellezett mintaterületek 17
A vizsgált felszínalatti víztestek a Körösök vízgyűjtőterületén lettek lehatárolva. A fő vízadót negyedidőszaki folyóvízi alluviális üledékek képezik, amelyek vastagsága K felé csökken. A romániai oldalon csak a negyedidőszaki vízadó tartozik a határokkal osztott víztestek közé, míg a magyar oldalon a pannóniai vízadóknak a 30 o C-nál hidegebb részei (kb. 500 m vastag) is ide kapcsolódnak. A folyóvízi üledékek anyaga a régió keleti részein homokos kavics, nyugat felé egyre finomodó szemcsemérettel, több kőzetliszt és agyaglencsével. A RO CR01 sekély porózus, negyedidőszaki üledékekben kifejlődött talajvíztest határa az Ér, a Berettyó, a Sebes-, Fekete- és Fehér-Körös folyók árterének vonalát követi. Teljes kiterjedése 8787 km2, amiből 6700 km2 esik Románia területére. Ez képezi az alatta elhelyezkedő, középmélységű víztestek fedőjét. A középmélységű, porózus víztest a Romániába eső kutatási terület délnyugati részén húzódik, a Nyugati-alföld részeként. Déli határa a Berettyó, északon túlnyúlik a projektterület határán (majdnem a Szamosig terjed), nyugatról a mai magyar-román határ határolja, és kb. 30-120 m mélységközben található, alsó negyedkori (pleisztocén) ártérifolyóvízi, porózus-permeábilis üledékekben. A víztározó összletet finom- és középszemű homokrétegek és agyag, homokos agyag szemi permeábilis és impermeábilis rétegek váltakozása jellemzi. A víztest fedőjében a ROCR01, Oradea talajvíztest található. Az 5-20 m vastagságú összeletet a folyami hordalékkúpok keletről nyugatra finomodó üledékei alkotják (kavics, homok, agyagos homok, agyag), viszonylag védelmet biztosítva a rétegvizeknek az esetleges felszíni elszennyeződés ellen. A víztestre egységes hidraulika jellemző, a talajvízzel azonos, vagyis K-NY fő áramlási iránnyal, a hegylábtól a határ felé, kivétel az Ér környéke, ahol az áramlási irány Ny-K irányú. A hidraulikus gradiensek 0,0003-0,005 között változnak, északról dél fele csökkenő értékekkel. A piezometrikus vízszintek átlagos értékei nem térnek el lényegesen a talajvízszintektől: 1 m (az Ér-völgyében) és 7 m mélységközben változik. A víztest legfontosabb hidrogeológiai paraméterei: a hidraulikus vezetőképesség K=1-15 m/nap, transzmisszivitás T=20-150 m 2 /nap, fajlagos hozam q=0,2-1,5 l/s/m A ROCR07 középmélységű, porózus víztest a Romániába eső kutatási terület délnyugati részén húzódik, a Nyugati-alföld (Nagy-Alföld K-i pereme) részeként. Északi határa a Berettyó, délen túlnyúlik a projektterület határán (a Marosig terjed), nyugatról a mai magyar-román határ határolja, és kb. 30-150 m mélységközben található. A víztárózó összletet homokok, homokos-kavicsok, helyenként görgetegek alkotják. A durvább üledékek a keleti peremen, a hegylábi területeken válnak gyakoribbá. Az üledékösszletben viszonylag hangsúlyos, folytonos rétegződés észlelhető. A permeábilis rétegeket szemi- vagy impermeábilis rétegek váltják, helyenként ez utóbbiak kerülnek túlsúlyban A víztest fedőjében a ROCR01, Oradea talajvíztest található. Az 5-20 m vastagságú összletet a hordalékkúpok keletről nyugatra finomodó üledékei alkotják (kavics, homok, agyagos homok, agyag), viszonylag védelmet biztosítva a rétegvizeknek az esetleges felszíni elszennyeződés ellen. 18
A felszínalatti víz fő áramlási iránya, akárcsak a talajvíz esetében K-Ny irányú, a hidraulikus gradiensek értékei is megegyeznek 0,003-0,0006. A víztest hidrogeológiai paraméterei már nem egyeznek meg a talajvíztestével, ennél alacsonyabb középértékűek: a hidraulikus vezetőképesség K=3-30 m/nap, transzmisszivitás T=50-1000 m 2 /nap. A pleisztocén ROCR06 vízadók átlagos mélysége a fratikus víztst alatt talűlható 50-120 m között váltakazva.. A felső pliocén vízadó rétegeket megegyezés alapjapján, a hidrodinamikai folyamatokat figyelembe véve határolták le. A rétegvizek pórózus permeábilis üledékekben tározódinak, olyan folyóvizi aluviális összletekben amelyek aquvifer (homokkövek, homok, kavicsos homok) és aqvitard (agyag) rétegeg váltakozásából épülnek fel de hidrogeológiailag egy összefüggő rendszert alkotnak. Az üledék szemcséinek osztályozottságának és méretének csökkenésével csökken az öszlet porozítása és tározási képessége. Ez a modellezet terület egészére jellemző. Összehasonitva a rétegvíztest kutjaiban mért vízszintadatokat a freatikus víztest kutjaiban mért adatokkal megállapítható, hogy nagyon hasonlóak a mért értékek amely azt bizonyitja, hogy szoros hidrodinamikai összfüggés taláható a két viztest között. Kivételt képez a víztest területének észak keleti része, ahol a rétegvízek nyomásértékei magassabak a freatikus víztestek nyomásértékeinél amit a korábbi vizsgálatok azzal indokolnak, hogy egy erőtelyes keleti latárális áramlás következményei. Jelenlegi ismereteink alpján megállapítható, hogy egy klasszikus kiáramlási területről van szó. Az izohipsza görbék által szerkesztet vízáramlási irányok is aztmutatják, hogy a területen egy K-i irányú oldaláramlás valamint egy kiáramlási terület található A freatikus víztestek alatt található összletek hidrogeológiai paramétereiről elmondható, hogy a transzmisszibilitás 1 és 100 m 2 /nap a szivárgási tényező 1-10 m/nap közt változik. A ROCR08 Arad Nagyvárad Szatmárnémeti víztest a Romániába eső kutatási terület majdnem teljes egészét lefedi, a Nyugati-alföldtől a domb- és hegyvidéki részekig. Északon és délen is túlnyúlik a projektterület határán, nyugatról a mai magyar-román határ határolja. A felszínalatti víztest porózus, pannon korú folyami és tavi eredetű üledékekben tárózódik. Fedőszintje általában 150 m mélyen található az alföldi térségben, és egyre fennebb kerül a hegyláb irányában, ahol a képződmények a felszínen is megtalálhatóak. Litológiai szempontból a víztárózó összlet közép- és finomszemű homok, homokkő, aleurit, agyag és agyagmárga rétegek igen sűrű váltakozásából áll. A permeábilis szintek vastagsága tág intervallumban, 10-150 m között változik. A víztest fedőjében a sekély, illetve a középmélységű víztestek találhatóak, amelyek igen jó védelmet nyújtanak a szennyeződésekkel szemben. A felszínalatti víz nyomás alatt áll, de aláhúzandó hogy a víztesten belül a hidraulikus kommunikáció, főleg függőleges irányban nagyon alacsony. A fő áramlási irány a K-Ny, kivéve az Ér völgyét, amelynek drénező hatása még ilyen nagy mélységben is érezhető, habár jőval kisebb intenzitással. 19
A piezometrikus nyomásszint a víztest területén ellaposodik, ami egy jóval kisebb térségi dinamikára utal. Ezt a hidraulikus gradiensek értékei is alátámasztják: 0,003 a Sebes Körös környékén, és mindössze 0,0003 a Szamos környékén. A transzmisszivitás értéke 10-50 m 2 /nap, a vezetőképesség pedig 0,2-4 m/nap között váltakozik, a víztest kis potenciálértékét hangsúlyozva. Egyébként a vízkitermelés ebből a víztestből a legkisebb. A hegyvidéken a ROCR02 Zichy-Határ Királyerdő víztestben a felszínalatti vizek triász, júra és alsó-kréta korú erősen karsztosodott és repedezett mészkövekben és dolomitokban tárózódnak. A karszt teljes kiterjedése hozzávetőleg 452 km 2, amelyből 330 km 2 -nyi nyílt karszt. A legfontosabb vízkészleteket a nagy karsztrendszerekben tárolják. A karsztvizek utánpótlódása a csapadékból és felszíni vizekből történik, ami a sűrű repedés- és töréshálózaton keresztül kerül a rendszerbe. A megcsapolások lineárisok, pontszerűek vagy diffúzak. Nagyon sok forrás van a területen, amelyek hozama 1-1000 l/s között változik. A karbonátos kőzeteket helyenként permo-mezozoós molasz jellegű (homokkő, konglomerátum), eltérő permeabilitású képződmények fedik. A vízkémiai vizsgálatok alapján a karsztvizek típusa hidrogénkarbonát-kálcium, hidrogénkarbonát-kálcium-magnézium, szulfát-kálcium. Mivel nem végeztek mikrobiológiai vizsgálatokat, a fémtartalom, szénhidrogének és peszticidek kimutatása sem történt meg, a vizek szennyezettségi foka nincs megállapítva. A víztest természetes védettsége alacsony, de a területen a szennyezőforrások hiánya mégis jó védettségi feltételeket biztosít. A modellterületek meghatározásakor elsődleges szempont volt a főként természetes peremekkel lehatárolható, egységes vízforgalommal jellemezhető felszín alatti vízgyűjtő szemléletű koncepció, amellyel egy régió vízháztartása kielégítő pontossággal leírható. A HU_sp.2.6.1 és p.2.6.1 víztest a nyírség területén található. A Nyírség területe vízföldtani szempontból jelentős beszivárgási terület, negatív nyomásgradiensű. Nyírlugos környékén a legerősebb a leáramlás, a Nyírség szélén a leggyengébb. Helyi feláramlási zónák szinte mindenhol előfordulnak, felszíni megjelenési formájuk kisebb tavak illetve mocsaras, lápos mezők. A felszínalatti vizek áramlási iránya a Dél-Nyírségben zömében ÉK-DNy. Az országhatár környékén már sok helyen találunk K-i irányú áramlásokat is. A talajvíz átlagos mélysége a nyírségi völgyekben 1-2 m-rel, ugyanakkor a dombok alatt 4-8 m-rel áll a víztükör a felszín alatt. A Nyírség területén a jellemző vízadók az alsó-pleisztocénben találhatók, de sok helyen jó minőségű vízadó homokszintek vannak a felső-pliocénben és a felső-pannonban is. A negyedidőszaki képződmények a pleisztocén folyóvízi üledékek általában jó vízadók, jó vízvezető képességűek, horizontálisan is és vertikálisan is mintegy 50%-ra tehető a gyakorisága a víztesten belül. Ezen képződmények közé települt az övzátony és az ártéri fácies, melyek félig áteresztők a bennük található kőzetlisztes agyag, agyag rétegek miatt, melyek a negyedidőszaki képződmények vertikális vízvezető képességét rontják (20 %). 20
A Nagyalföldi Formáció félig áteresztő, vízvezető képessége horizontálisan a benne található kőzetliszt, homok, agyag, kavicsrétegek, agyagos és agyag-homok rétegek sűrű váltakozásából álló ártéri üledékek miatt gyenge. A vertikális vízvezető képessége szintén gyengének mondható. Gyakorisága 10 %. E képződmények alatt található Zagyvai Formáció félig áteresztő, horizontális vízvezető képessége gyenge, vertikális vízvezető képessége a víztest szempontjából szintén gyenge (10%). A Zagyvai Formáció és az Újfalui Homokkő Formáció együttes megléte félig áteresztő réteget alkot, melyek azonban a víztest vízvezető képességét a fölötte található Zagyvai Formációval együttesen befolyásolják. A víztest 40%-a regionálisan jó és 60%-a regionálisan rossz vízvezető képességű hidrosztratigráfiai egységekből áll. A HU_sp. 2.6.2 és p.2.6.2 víztest a Hortobágy, Nagykunság, Bihar északi részén található. A víztestcsoport területe hidrodinamikai szempontból átmeneti jellegű, egyes vízadó rétegekben negatív, máshol pozitív gradiensű a nyomásállapot. Egy-egy területrész hidrodinamikai viszonyait alapvetően befolyásolja a víztermelés és a nagyrészt Ny-i oldalirányú vízutánpótlás. A terület alatt ősi folyómedrek húzódnak (pl. Ér, Ős Tisza, Ős Szamos, stb.), ezekben a negyedkori képződmények vastagok, másutt alig érik el a 80-100 m-t. A határ közelében a medencealjzat változatos lépcsőzetes megjelenésű. A felszín alatti vizek áramlási iránya a medence belseje felé mutat. A Hortobágy területe hidrodinamikai szempontból megcsapolási területnek tekinthető. Itt a piezometrikus nyomásszintek a mélység felé haladva növekednek, a függőleges hidraulikus gradiens pozitív előjelű, ezért a talaj- és sekély rétegvízadókból a mélyebb helyzetű vízadókba történő vízátszivárgás - a rendszer természetes állapotában - nem lehetséges. A Hajdúhát területe átmeneti nyomásviszonyokkal jellemezhető. Itt a különböző mélységű vízadó szintek közötti függőleges irányú kommunikáció alárendelt jelentőségű a vízadó rétegekben történő vízszintes irányú vízáramláshoz képest. Ebben a zónában domináns a beszivárgási területen a mélyebb helyzet vízadókba jutott vízkészletnek a megcsapolási terület felé irányuló transzportja. A talajvíztartó átlagos mélysége 33 m. A talajvíztükör mélységi elhelyezkedésében igen jelentős különbségek tapasztalhatók. A talajvíztükör átlagos mélysége a Hortobágyon 2-3 m-rel a felszín alatt van. A Hajdúság sík vidékein azonban (például a Hajdúböszörmény Nagyhegyes Debrecen közötti terület jó részén) sok helyütt 8-15 m-rel a felszín alatt található a talajvíztükör. A Hortobágy felszíne vízzárónak mondható, alatta a víztükör nyomás alatt áll. A Hajdúságban már kis területen belül is változatos nyomásviszonyokkal találkozhatunk: az agyagon fekvő lösztakaró alatt a talajvíz mélyen helyezkedik el, míg a vízzáró löszös rétegekre települő vékony homokrétegek alatt a víztükör a felszín közelében található. A Hajdúság mélységi vízben szegény területnek minősül. A vízadó homokszintek általában 100-150 m mélységben húzódnak, de csak néhány kút produkál 50-60 l/p/m fajlagos mennyiséget, az átlagos érték 20-30 l/p/m körül alakul. A Hortobágy térségében 100-150 m mélységből, helyenként már felszín fölé szökő vizet lehet nyerni. A pleisztocén korú vízadó rétegek homok-kavicsos homok összetételek. A 21
vízadókból kitermelhető vízmennyiség 500-1000 l/p. A rétegvíztartó vastagsága átlagosan 380 m. A víztest középső részén, Hajdúszoboszló térségében a terepszint és 620 m között kb. 3 db vízrekesztő képződmény (agyag, iszapos agyag) található, melynek jellemző vastagsága 1-7 m és kb.9 db vízadó (homok), melyek átlagosan 5-10 m vastagságúak. Míg a víztest É-i részén, Hajdúnánás térségében a terepszint és 1200 m között kb. 31 db vízrekesztő képződmény (agyag, iszapos agyag) található, melynek jellemző vastagsága 6-10 m és kb.19 db vízadó (homok), melyek átlagosan 4-25 m vastagságúak. A területen 40-100 m közötti réteg közepes, 100-150 m között közepes, 150-200 m között közepes, 200-350 m között gyenge, 350-470 m között jó vízadó képességű rétegek találhatók a kettős fajlagos hozamok alapján. A vezetőképesség a területen közepes, gyenge, rossz kategóriába esik a szivárgási tényező függvényében. A késő-pannon Nagyalföldi Formáció félig áteresztő, vízvezető képessége horizontálisan a benne található kőzetliszt, homok, agyag, kavicsrétegek, agyagos és agyaghomok rétegek sűrű váltakozásából álló ártéri üledékek miatt gyenge. A vertikális vízvezető képessége szintén gyengének mondható. E képződmények alatt található Zagyvai Formáció félig áteresztő, horizontális vízvezető képessége gyenge, vertikális vízvezető képessége a víztest szempontjából szintén gyenge. Az Újfalui Homokkő Formáció félig áteresztő réteget alkot, melyek azonban a víztest vízvezető képességét a fölötte található Zagyvai Formációval együttesen befolyásolják. A víztest 40%-a regionálisan jó és 60%-a regionálisan rossz vízvezető képességű hidrosztratigráfiai egységekből áll. Az sp 2.6.1, sp 2.6.2, p 2.6.1, p 2.6.2 egységes hidrodinamikai rendszert alkotnak. HU_sp. 2.12.2 és p. 2.12.2 víztestek Körös-vidék, Sárrét területét foglalja magába. A Berettyó, Körösök völgye egyértelműen feláramlási terület. Vastag üledékek helyezkednek el a folyóvízi öntéstalajok alatt. A román oldalon a Kárpátok hegyeiben beszivárgó vizek hosszú földalatti áramlás után a medence különböző részein érnek a felszín közelébe, vagy egy-egy szerkezeti törésvonalon különböző vízfolyások medrébe. A negyedidőszaki képződmények, a pleisztocén folyóvízi üledékek ezen a területen nagyon jó vízadók, nagyon jó vízvezető képességűek, horizontálisan is és vertikálisan is mintegy 70%-ra tehető a gyakorisága a víztesten belül. Ezen képződmények közé települt az övzátony és az ártéri fácies, melyek félig áteresztők a bennük található kőzetlisztes agyag, agyag rétegek miatt, melyek a negyedidőszaki képződmények vertikális vízvezető képességét rontják (20%). A Nagyalföldi Formáció félig áteresztő, vízvezető képessége horizontálisan a benne található kőzetliszt, homok, agyag, kavicsrétegek, agyagos és agyag-homok rétegek sűrű váltakozásából álló ártéri üledékek miatt gyenge. A vertikális vízvezető képessége szintén gyengének mondható. Gyakorisága 10 %.A víztest 70%-a regionálisan jó és 30%-a regionálisan rossz vízvezető képességű hidrosztratigráfiai egységekből áll. 22