047)

Magyarország-Románia Határon Átnyúló Együttműködési Program 2007 – 2013 keretében 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 romániai mintaterületek hidrodinamikai modellje Királyerdő hidrodinamikai modell Félix-fürdő – Nagyvárad hidrodinamikai modell Királyerdő transzportmodell

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 Program 2007 – 2013 keretében támogatott projekt

Munkafázis:

A romániai mintaterületek hidrodinamikai modellje (Királyerdő hidrodinamikai modell; Félix-fürdő – Nagyvárad hidrodinamikai modell; Királyerdő transzportmodell)

Teljesítés:

2010. december

Megbízó:

Bihor Megyei Tanács

Megbízott:

KSzI – Geogold Carpatin Konzorcium

Törvényes képviselő:

Kissné Jáger Erika

Projektvezető:

Ambrus Magdolna

Közreműködtek:

Geogold Carpatin Srl. Serfőző Antal, Bagi István, Balázs Ilma

Tartalomjegyzék 1

BEVEZETÉS ........................................................................................................... 3

2

NUMERIKUS MODELLEZÉS LÉNYEGE ÉS A FELHASZNÁLT SZOFTVEREK ISMERTETÉSE.. 4 2.1

A modellezés szerepe az EU Vízkeret Irányelv végrehajtásában és a

vízgazdálkodási tervekben a határmenti területeken ........................................................ 4

3

2.2

A modellezésre felhasznált szoftver általános ismertetése .................................... 7

2.3

Az alapértékelésekhez felhasznált szoftverek........................................................ 9

2.4

A felszín alatti vízáramlás numerikus modellezésének lépései és kapcsolatai..... 10

A PROJEKTBEN KIVÁLASZTOTT KÉT MODELLTERÜLET ............................................ 12 2.5

A Királyerdő modellterület.................................................................................... 15

2.6

A Nagyvárad–Félix-fürdő környéki modellterület.................................................. 15

4

A MODELLBEN FELHASZNÁLT ADATFORRÁSOK ISMERTETÉSE ................................ 17

5

A KIRÁLYERDŐ-MODELL BEMUTATÁSA .................................................... 18 5.1

A modellezett terület lehatárolása........................................................................ 18

5.2

A Királyerdő-hegység földrajzi földtani és vízföldtani jellemzői............................. 19

5.2.1

Geomorfológiai adottságok .............................................................................. 19

5.2.2

Hidrográfiai hálózat .......................................................................................... 20

5.2.3

Földtani adottságok.......................................................................................... 21

5.2.4

A karbonátos üledékek előfordulásai a Királyerdő területén ............................. 22

5.2.5

Vízföldtani adottságok...................................................................................... 24

5.2.6

Nyomjelzéses vizsgálatok ................................................................................ 26

5.2.7

A hidrogeológiai karsztrendszer ....................................................................... 26

5.2.8

Klíma és lefolyás.............................................................................................. 27

5.3

A Királyerdő-hidrodinamikai modell felépítése ..................................................... 29

5.3.1

Alkalmazott szoftver......................................................................................... 29

5.3.2

Koncepcionális modell ..................................................................................... 30

5.4

A modell belső szerkezete................................................................................... 30

5.4.1

Horizontális felosztás ....................................................................................... 31

5.4.2

Vertikális tagolás.............................................................................................. 32

5.5

Bemenő paraméterek .......................................................................................... 33

5.5.1

Szivárgási tényező........................................................................................... 33

5.5.2

Folyóhálózat .................................................................................................... 35

5.5.3

Források........................................................................................................... 35

5.5.4

Beszivárgás ..................................................................................................... 36

1

5.6

Modell futtatása –modellezési eredmények ......................................................... 37

5.7

Eredmények értelmezése .................................................................................... 38

6

7

A SZENNYEZÉSTERJEDÉSI MODELL BEMUTATÁSA ....................................... 41

6.1

Előzmények......................................................................................................... 41

6.2

A permanens felszín alatti transzport modellezés folyamata................................ 41

6.3

A modell által érintett felszín alatti közeg meghatározása, peremfeltételek.......... 43

6.4

A modellezés futtatása, eredmények bemutatása................................................ 44

6.4.1

Nitrát ion koncentráció változása 1 év távlatában Királyerdői modell területén. 44

6.4.2

Nitrát ion koncentráció változása 10 év távlatában Királyerdői modell területén44

A NAGYVÁRAD–FÉLIX-FÜRDŐ KÖRNYÉKI MODELL BEMUTATÁSA........................... 53 7.1

A Félix-fürdő környéki modellterület..................................................................... 53

7.2

A terület földrajzi, földtani, vízföldtani jellemzői.................................................... 54

7.2.1

Geomorfológiai jellemzők................................................................................. 54

7.2.2

Klimatikus viszonyok........................................................................................ 55

7.2.3

A modellezett terület földtani viszonyai............................................................. 55

7.2.4

A terület vízföldtani viszonyai ........................................................................... 57

7.2.5

A modellezett terület vízkivételi pontjai............................................................. 59

7.3

A modell belső felépítése..................................................................................... 59

7.3.1

Horizontális felosztás ....................................................................................... 60

7.3.2

Vertikális tagolás.............................................................................................. 61

7.4

Bemenő paraméterek .......................................................................................... 62

7.4.1

Szivárgási tényező........................................................................................... 62

7.4.2

Folyóhálózat .................................................................................................... 64

7.4.3

Víztermelő kutak, források................................................................................ 64

7.4.4

Beszivárgás ..................................................................................................... 65

7.5

A modell futtatása –modellezési eredmények..................................................... 65

7.6

Eredmények értelmezése .................................................................................... 65

2

1 BEVEZETÉS A szerződés részét képező műszaki ajánlatnak megfelelően a projekt II. Kutatási fázisának – A víztározó struktúrák hidrodinamikai modellezése – értelmében a romániai projektterületen (Bihar-megye) elkészült a határral metszett víztestek területén a tervezett két, beáramlási és átáramlási mintaterület hidrodinamikai modellje. A beáramlási területrészen a Kiráyerdő É-i részén került kijelölésre a modellterület, míg az átáramlási zónában Nagyváradtól D-re, Félix- és 1 Mai-fürdő térségében. 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. A hidrodinamikai modell-vizsgálatokat, az áramvonal és elérési-idő számításokat a FeFlow v 6.0 modellező programmal, az input és output adatok elő és utófeldolgozását ArcView 9.1 szoftverrel történtek.

3

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

4

egyenletrendszerben – mivel parciális differenciál-egyenletredszert oldunk meg, iteratív 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±Tározás 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 megoldást, hogy a vízkészlet gazdálkodás nemcsak ökológiai kérdés, hanem gazdasági, ily 5

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) 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.

6

1. ábra: Egy medencén belüli áramlási rendszerek és rezsimek (TÓTH, 1984 )

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.

2.2

A modellezésre felhasznált szoftver általános ismertetése

A modellezési munkákhoz, mivel mindkét esetben bonyolult szerkezetű karsztos objektumokról 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

7

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, 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 8

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, 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.

2.3

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. 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.

9

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.

2.4

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: − 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

10

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.

2. ábra. Numerikus szimuláció modellezési folyamata

11

3 A PROJEKTBEN KIVÁLASZTOTT KÉT MODELLTERÜLET 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 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

A vizsgált felszínalatti víztestek a Körösök vízgyűjtőterületén lettek lehatárolva. A ROCR01 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. 12

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 összletet 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=115 m/nap, transzmisszivitás T=20-150 m2/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. 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 m2/nap. A nagy mélységű 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 magyarromán határ határolja.

13

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. 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 m2/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 (Zece Hotare), 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 km2, amelyből 330 km2-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.

14

2.5

A Királyerdő modellterület

A ROCR02 karsztos víztesten, a modellezett területrész a Kiráyerdő-hegység É-i részén került kijelölésre a hidrológiai és hidrogeológiai viszonyok ismeretében. Nagy része a felszíni vízgyűjtőterületek határaival esik egybe Északon a Sebes-Körös, nyugaton a Vércsorogi-völgy mentén a Zgleamânul- karsztplató pereme határolja, déli határa nagyjából a Fekete-Körös vízválasztójának vonalát követi, de mivel a karsztos területre mélyen benyúló porózus víztestekkel való kapcsolatot is figyelembe vettük, a határt ettől valamivel délebbre jelöltük ki: a Poieni- és Vida-völgyek vízválasztója mentén húzódik, amely Tomnatec, és Zecehotare falukat érintve jut el a Damişt átszelő völgyig. A területe keleti határa Damiş és Barátka között húzódik, a Brătcuţa völgyben. A teljes modellterület 235 km2-t tesz ki. A vizsgálataink fókuszában elsősorban a karsztos területek áramlási viszonyai állnak, továbbá a fent említett porózus víztest-csoport kapcsolata a karsztos beáramlási zónával. A Királyerdő technikai modellterületét határoló poligon főbb sarokpont-koordinátáit az 1. táblázat összegzi STEREO70 rendszerben. Ssz. 1 2 3 4 5 6

X 295690 309190 311901 317214 311576 292979

Y 622148 618840 613744 605937 597750 612822

1. táblázat: A modellterületét határoló poligon sarokpont-koordinátái

2.6

A Nagyvárad–Félix-fürdő környéki modellterület

A porózus víztestek területén a négy sarokponttal meghatározott, négyszög alakú technikai modellterület Nagyváradtól D-re, Félix és 1 Mai-fürdők környékén lett kijelölve. A tágabb kutatási területen belül, ez a rész jellemzi legjobban az alföld és a hegyvidék közötti átmenetet, azaz hidrogeológiai szempontból itt jól tanulmányozhatók a különböző hidraulikai rezsimek tulajdonságai, beáramlási, átáramlási területek. Magába foglalja a ROCR08, ROCR02 víztestek kontaktövezetét is: a Bihari paraautochtonhoz (Királyerdő) tartózó aljzat Félix-fürdő környékén felszínközelben található, erre települt rá a poszttektonikus fedő, pontosabban a pannon összletek, mivel az idősebb neogén üledékek itt kiékelődnek. A vizsgált modellterület határa északon a Sebes-Körös, innen tovább, a modellterület nyugati oldalán a Ghirişu de Criş–Gepiu–Ianoşda települések vonalán halad, majd délen egy szakaszon a Valea Şesului-t, illetve a Valea Gepişului-t követi Gepiş községig, innen egyenes vonalban halad a Valea Satului-ig (Ceica). Keleten a határvonal a Topa-folyó völgyét követi a forrásvidékéig (Tasádi-dombság), imnnen, a vízválasztón túl, Telegd

15

(Tileagd) településig a Körösbe tartó főbb vízfolyások mentén halad. A modellterület 896 km2-t tesz ki. A technikai modellterület sarokpontjainak koordinátáit a 2. táblázat összegzi, úgyszintén STEREO270 rendszerben.

minimum maximum

X 255753 288617

Y 596954 625092

2. táblázat: A modellterületét határoló poligon sarokpont-koordinátái

A vízföldtani felépítés meghatározza a módszert, amellyel a víztesteket modellezni kell. Jelen munka során modellezett területrészek vízföldtani szempontból két csoportba oszthatók: kapcsolódó porózus- és hasadékvíztartó rendszer, illetve karsztvíztároló rendszer.

16

4A MODELLBEN ISMERTETÉSE

FELHASZNÁLT

ADATFORRÁSOK

A modellezéshez szükséges bemenő alapadatokat saját mérések és vizsgálatok, illetve területen korábban készült kutatási eredmények szolgáltatták: – Geofizikai mérések (az általunk végzett VESZ-mérések a modellek függőleges felosztásának pontosítására szolgáltak) – Kútadatok, vízkivételi helyszínek adatai, kalibrációs vízszintadatok (részben a kútfelülvizsgálat eredményeit, részben Román Nemzeti Vízügyi Társaság („Apele Române” ) és a Tiszántúli Vízügyi és Környezetvédelmi Igazgatóság által rendelkezésünkre bocsátott dokumentáció) – folyók helyzete, folyóvízállások adatai (hivatalos mérőállomások publikus adatai) – csapadék adatok (Román Nemzeti Vízügyi Társaság által rendelkezésünkre bocsátott dokumentáció) – szivárgáshidraulikai paraméterek (a területen eddig készült vízfestési vizsgálatok eredményei, illetve irodalmi adatok alapján) – források helye, vízhozam-adatai (saját mérések és irodalmi adatok) A modellezéshez felhasznált térképi állományt a Kolozsvári Babeş-Bolyai Tudományegyetem bocsátotta a rendelkezésünkre, részben megvásároltuk a legújabb kiadványokat – Románia 1:100 000 és 1:50 000 méretarányú digitalizált topográfiai térképe, 1:200 000 méretarányú geológiai térképe, 1:50 000 méretarányú térkép a kutatási területre – a Királyerdő-hegység hidrogeológiai térképe (Oraseanu I, Iurkiewicz A, 2010) – az általunk előállított digitális domborzati adatok X, Y STEREO270, Z: Balti tengerszint rendszerben, – vízrajz, repedéshálózat, vízgyűjtők, települések shape állományban – a földtani képződmények és a hidrosztigráfiai egységek felszíni elterjedése shape állományban

17

5 A KIRÁLYERDŐ-MODELL BEMUTATÁSA 5.1 A modellezett terület lehatárolása Mint ahogy a 3. fejezetben már ismertettük a modellezett területrész a Kiráyerdőhegység É-i részén került kijelölésre a hidrológiai és hidrogeológiai viszonyok ismeretében. Nagy része a felszíni vízgyűjtőterületek határaival esik egybe Északon a Sebes-Körös, nyugaton a Vércsorogi-völgy mentén a Zgleamânu karsztplató pereme határolja, déli határa nagyjából a Fekete-Körös vízválasztójának vonalát követi, de mivel a karsztos területre mélyen benyúló porózus víztestekkel való kapcsolatot is figyelembe vettük, a határt ettől valamivel délebbre jelöltük ki: a Poieni- és Vida-völgyek vízválasztója mentén húzódik, amely Tomnatec, és Zecehotare (Zichy -határ)falukat érintve jut el a Damişt (Dámos) átszelő völgyig. A területe keleti határa Damiş és Barátka között húzódik, a Brătcuţa (Barátka)völgyben. A teljes modellterület 235 km2-t tesz ki (4.ábra).

4. ábra: A modellezett terület lehatárolása

18

5.2

A Királyerdő-hegység földrajzi földtani és vízföldtani jellemzői 5.2.1 Geomorfológiai adottságok

A Királyerdő az Erdélyi középhegység ÉNy-i részén helyezkedik el, „ujjszerű” alakja egészen Nagyváradig nyúlik el. A hegyvidéket északon a neogén Bárodi-medence (SebesKörös völgye), délen pedig a szintén neogén Belényesi-medence (Fekete-Körös völgye) határolja. Ezek nyilvánvaló, domborzatilag is megkülönböztethető határok. Nem így a keleti határ, ahol a hegységet a vulkanikus eredetű Vigyázó (Vlădeasa) masszívumától csak egy keskeny tektonikus árok választja el, ez a Jád-völgye. A nyugati határt, az alföld felé a Tasádfői-dombság képezi. A Királyerdő geológiailag jól ismert egység, amely morfológiailag két fő területre osztható a Vércsorog (Vârciorog)–Dobreşti sík mentén. A karsztterület főként a hegység keleti felén bukkan felszínre, itt területe megközelíti a 330 km2-t (bár a Királyerdő teljes területe 670 km2). A területen található nagyszámú változatos kőzettípus alakította ki a terület egyedi geológiai megjelenését, amely leginkább mozaikszerűen épül fel, eme felépítés oka azoknak a tektonikai folyamatoknak, amelyen a hegység keresztülment, így mindez egy morfológiailag kaotikus domborzatot eredményezett. A területen egyedi felépítésében homokkövek, konglomerátumok, és eruptív kőzetek is részt vesznek, ezen kívül depressziókban megtalálhatók a mészkövek, míg a fennsíkokon karsztplatók találhatók, zsombolyokkal, és víznyelőkkel. A domborzat lejtése DK-ÉNy-i, a fő gerinc vonalat csak a hegység egyik felében lehet meghatározni, amely a Hodrânguşa, Măgura Dosului, és a Rujeţ közt található. Továbbá a magas tengerszint feletti hatalmas karsztplatókat több izolált gerinc szabdalja fel, ez a durva geológiai felépítés a feküképződmények litológiai felépítésével magyarázható, vagy a víz által vájt mély völgyekkel. A másodlagos gerincek, amelyek fő iránya ÉK-DNY-i orientációjú, egybeesnek a fő geológiai szerkezeti irányokkal. Jelentős továbbá az ÉK-i taréj (Leşului-domb., Boţii-domb és a Preluca csúcs), amelyet DK-en az Acre mélyedés és a remetei (Remţi) karsztterület határol, ÉNy-on pedi a Chicera-Arsuri és a Ponoare-karsztplatók. Ezek követik a karszt depressziókat Damiş, Ponoraş, és a Cărmazan, elválasztja őket egy nem karsztos csúcs, és aztán következik egy éles domborzati váltás, amelyet követően óriási karsztplatók találhatók, úgymint a Zece Hotare, a Zgleămanu, és az Igreţ, amelyek ÉNy-i irányba a hegység határáig nyúlnak. A királyerdei modellterületének domborzati viszonyait a 5.ábrán mutatjuk be, amit az ARCGIS 9.1 szoftver 3D Analyst moduljának segítségével generáltunk.

19

5. ábra: A Királyerdő területén készült hidrodinamikai modell topográfiai térképe

5.2.2 Hidrográfiai hálózat A Királyerdőben található felszíni vizek fő vízgyűjtői a Fekete- és a Sebes Körös, melyek vízválasztói jól definiálható határok a hegység DK-i felében. Az ÉNy-i területrészen, annak ellenére, hogy ez a terület egy karsztplató, a vízválasztó nem határozható meg egyértelműen, mivel a területen a felszíni vízfolyásoknak nincs domináns iránya. A Királyerdei hidrológiai hálózat nehezen térképezhető, mert a jól karsztosodott felszínen a vízfolyások nagy része, idővel a felszín alá kerül. A legfontosabb völgyek, amelyek átszelik a karsztterületet az Iad és a Brătcuţa völgye, amelyek a Sebes-Körös medencében találhatóak, a Vida és a Roşia mellékfolyóikkal, a Lazuri, a Sohodol, a Meziad és a Strâmturával, a Fekete-Körös völgyében. A karsztterület lehatárolásához ismernünk kell a felszíni vízfolyások útvonalát, továbbá a fő forrásokat. A Sebes-Körös medencéjében például, a Luncilor-patak (a Mişid-patak felső része) ideiglenesen teljesen felveszi a Brătcani-forrás vízét, míg a Mniera-patak (Cornet környékén) csak részben vezeti el a Moara Jurjii-forrás vizét. Hasonló folyamatok játszódnak le a vízgyűjtő patakoknál (a befolyási területeken), ezek a patakok útközben völgyekbe jutnak, ilyen a Poiana, és a Peştiş, mindkettő mellékfolyója a Topa folyónak, melynek vízgyűjtője a Fekete-Körös. A víz beszivárog ezeken a területeken, és mint forrás jelenik meg Aştileu-nál, amely vízgyűjtője a Sebes-Körösnek, ez lehet az egyik oka annak, hogy a két medence között nincs hidraulikai kapcsolat, hiszen a vízválasztók, így a felszíni,

20

illetve a felszín alatti vizek elhelyezkedése is más és más. Hasonló (bár kisebb területen) szituációval találkozhatunk a Şoimuşul Drept-patak felső medencéjénél, és a Vida-patak esetében, ahol a lefolyási területeken megjelenik egy felszín alatti víz utánpótlódás.

5.2.3 Földtani adottságok A Királyerdő (geológiai) fejlődése szempontjából nagyrészt a Bihari paraautochtonhoz tartozik. A terület déli, délkeleti szegmensét a Codru-takarók áttolt rendszere (Vălani-, Ferice- és Arieşeni-takarók), és a Vlădeasa banatitos kőzetei képezik, melyek elterjedése korlátolt. Az üledékes képződmények a Bihari paraautochton területén egy hatalmas homoklinális szerkezetet mutatnak (6. ábra), amelyben a kristályos aljzat a keleti, és a délkeleti részében bukkan felszínre, északra és nyugatra haladva pedig egyre inkább a fiatalabb üledékek kerülnek felszínre, egészen a késő-kréta rétegekig, melyek az 1 Mai termálfürdőig követhetők, Nagyvárad közelében. Tovább ÉK-re, és DNy-ra, a Királyerdő geológiai szerkezete, besüllyed a neogén Bárodi-, és Belényesi-medencék alá.

6. ábra: A Bihari paraautochton sematikus szerkezete

Jelmagyarázat: Pm – perm, Tr-triász, J-júra, K-kréta, T-tercier A paraautochton üledékes fedőképződményei a germán típusú tektonikai szerkezetre hasonlítanak, kissé gyűrt, és vertikális törésekkel szabdalt szerkezet figyelhető meg, melyet több részre oszt a nyugaton elhelyezkedő és egyre mélyebbre süllyedő lépcsőzetes szerkezet (V. IANOVIC ET AL., 1976). Három fő karbonátos sorozat figyelhető meg a területen. A Királyerdőben található karsztok fejlődése a késő-triásztól, a jura végéig, de főként a jelenlegi szakaszban, amely a paleogéntől kezdődött. Megállapítható, hogy a karsztformációk keletkezésének kora, az első két fázisban zajlott (bár ez vitatott), és csak azokon a területeken játszódhatott le, ahol a fedőüledékeket nem érte erózió. Az első generációhoz tartoznak az anisusi, és ladin korú mészkövek, illetve dolomitok, következésképpen ezek a területek törmelékes üledékkel fedődtek az eojura transzgresszió során. Ez jól ismert Şuncuiuş környékén, a helyi bányászati, és az ehhez kapcsolódó kutatási tevékenységeknek köszönhetően (a környékről tűzálló agyagot termeltek). A felső rétegben egy vastag agyagos képződmény található, amely vélhetően a fentebb említett transzgressziós folyamathoz köthető. 21

Ehhez kötődik a karszt fejlődés második szakasza, amelyet már jobban ismerünk, mert ehhez kapcsolódnak a területen található bauxitok felhalmozódások is. A bauxit bányászat feltárta az egykori durván erodált paleofelszínt, amely rengeteg üreget, kioldott járatrendszert, és karrmezőket tárt fel. Ezek megfigyelhetők Cornet-től Răcaş-ig és a Roşia forrás közelében. Erről a területről megállapítható, hogy számos bauxit réteggel fedett, az adatok a területen létesült kutatófúrások alapján állnak rendelkezésre, amelyekből részletes paleotopográfiai térképek készültek a jura végével bezárólag. Kétségtelen, hogy a területen található nagyszámú karsztforma fedett, a területen található mészkövek és dolomitok a főként a harmadik fázisú fejlődés során képződtek, amely a pleisztocéntől a mai napig tart. A harmadik fázisban a klimatikus, és hidrometerológiai viszonyok kedvezővé váltak a karsztos formák elterjedésére. A karbonátos terület nagysága a bihari paraautochton területén 304 km2, melyek közül 29 km2 található a Remeţi-árokban. Ezek után következett a mediterrán diasztrofizmus, melynek hatására alakult ki az áttolódott Codru-takarórendszer, ennek következtében kréta kori törmelékes üledékek kerültek a Királyerdő területére a szenon folyamán. Az eróziót elkerült szerkezet maradványai csak néhány feltárásban, a Roşia-medencében, a Remeţi-árokban és még néhány helyen maradt meg. A királyerdő területén található Románia legtöbb felszíni és felszín alatti karsztos képződménye. Az 1981-ben végzett felmérés szerint 680 barlang található a területen (GORAN, 1982). Jelenleg 32 db 1 km-nél hosszabb barlang ismert, többek között itt található Közép-Európa leghosszabb barlangja is, a 45,3 km hosszú Peştera Vântului, továbbá a Peştera Ciur-Ponor, amely 17,1 km hosszú, és a Stanu Foncii zsomboly, amely 339 m mély. A barlangok morfológiai és a hidrológiai adatait (260 barlang alapján) összevetve, (RUSU, 1988) megállapítható, hogy a barlangi folyosók hossza 297,75 m/km2 ; 62,3%-a ezeknek a járatoknak fosszilis, 32,32%-a időszakosan aktív, és 5,38%-a állandó hidrológiai aktivitással rendelkezik. A barlangok eloszlása megegyezik a formációk korával, melyek megfigyelhetőek a barlangok bejáratánál, Rusu szerint 52,3%-uk jura korú mészkőben, 28,46%-uk eokréta mészkőben és, 18,46%-uk triász korú mészkőben, illetve dolomitban található.

5.2.4 A karbonátos üledékek előfordulásai a Királyerdő területén Litológiai felépítését tekintve az Királyerdő heterogén felépítésű, komplex szerkezeti és tektonikai körülmények alakították, ebből kifolyólag hidrogeológiailag is összetett terület. A terület korábban készített hidrogeológiai térképe (Orăşeanu I., Iurkiewicz A., 2010) alapján is jól látható, hogy a terület hidrológiai karakterét legfőképpen a litológiai és a szerkezeti felépítés határozza meg (7. ábra).

22

7. ábra: A Királyerdő hidrogeológiai térképe (Orăşeanu I., Iurkiewicz A., 2010)

Az eddigi kutatások főként a terepi megfigyelésekre (in situ) hagyatkoznak, ebből kifolyólag a területen előforduló geológiai formációk alapján kerültek meghatározásra a következő hidrológiai egységek: • Mezozoós (üledékes mészkövek és dolomitok) és paleozoós (kristályos mészkövek és dolomitok) karbonátos sorozat, erősen repedezett, és karsztosodott, jellemző a magas beszivárgás, uralkodó a „csatorna” porozitás, intenzív felszín alatti vízáramlás. Kiterjedt karsztrendszerek, és főként kétalkotós karszt a jellemző. Fontos vízkészlet a nagy karsztrendszerben (a térképen sárga színnel jelölve). • Főként molasz típusú üledékek (homokkő, konglomerátum, és kisebb mértékben palák) kettős porozitással. A felszín alatti víz nagyrészt fedett (nyomás alatt található) a törések és a sztratigráfiai egységek kapcsolódásánál, ill. kisebb mértékben az intergranuláris térben. Amennyiben ezek a képződmények vastagok, úgy egy impermeábilis barriert képeznek a karsztvíz számára (tulajdonképpen rezervoárok), és feküként vagy zárókőzetként funkcionálnak, ezek a: a-permo-mezozoós molasz; b-felső-kréta fedő és miocén transzgresszív üledékek (a térképen zölddel jelölve). • Palezoós gránitok, és riolitok, mezozoós ofiolitok, larámiaia intrúzívumok, és vulkanitok, neogén vulkanitok és metamorfitok erősen repedezett rendszerekkel, és jól fejlett erodált zónákkal, melyek biztosítják a vízutánpótlódást a folyók, és a kétalkotós karsztrendszerek számára (a térképen rózsaszínnel jelölve). • Pannon és kvarter üledékek (márgák, palák, homokok, kavicsok), melyek nemfolytonos víz akkumulációt biztosítanak a porózusabb víztestek irányába (a térképen kék színnel jelölve). • Márgás és agyagos üledékek, amelyben nincs felszín alatti vízáramlás, illetve, flis-szerű üledékek, különféle kőzetekből felépítve (úgymint márgák, palák, homokkövek, 23

mészkövek), melyek eltérő permeabilitást mutatnak, az utóbbiak nem-folytonos víz akkumulációt biztosítanak a porózusabb víztestek irányába (a térképen barna színnel jelölve). A térség vízzáró kőzetpásztákkal tagolt szerkezete és domborzati tagoltsága számos egymástól független folyóvizes eredetű rendszer kialakulását tette lehetővé, melyek a barlangfejlődést befolyásoló különféle tényezők alapján a típus számos változatát képviselik. Megtalálhatók itt a nyílt karsztos, a fedett karsztos, illetve a nem karsztosodó kőzetekből álló térszínekről táplálkozó rendszerek.

5.2.5 Vízföldtani adottságok A karsztterületek nagyságának függvényében, a Királyerdőben található karsztvizek felhalmozódása relatív tagolt és változó méretű. Összességében az egész terület egy hatalmas vízadó komplexum, amely a korábban említett 3 karbonátos összletben található, ám ezek egymástól impermeábilis betelepülésekkel (kora-jura kvarchomokkő, és az Ecleja-i márga) vannak egymástól elhatárolva. Az egész kiterjedt vízadó komplexum aljzata főként a permo-werfeni törmelékes üledékekből származnak. A Királyerdő keleti felében található kibúvások, továbbá a folyamatosan mélyülő nyugati rész alkotják az teljes rendszert. A mélyebben lévő bár nem egységes rendszer, több vertikális, illetve feltolódásos szerkezeti elemet tartalmaz, az elmozdulások relatív kicsik, amelyek így nem tudják újra felszínre hozni az impermeábilis rétegeket. A felhalmozódott víz a karbonátos üledékekben, változatos forrásokon keresztül ürül ki a rendszerből. Ezek hozamát és vízjárását az 3 táblázat szemlélteti, a terepbejárás során vizsgált forrásokat a 7. ábrán mutattuk be. A legtöbb forrást a hegyvidéken „izbuc”-nak neveznek a helybéliek, utánpótlódásuk a kettős karszt rendszeren keresztül történik, ezenfelül a csapadék és a lefolyás járul még hozzá hozamukhoz a nem karsztos területekről (Aştileu, Brătcani, Moara Jurii etc.). Azok a források, amelyek kizárólagosan diffúz csapadékvíz beszivárgásokból nyerik vizüket, ritkák és kis hozamúak (Poiana Damiş-ban, Fântâna lui Onuţ, Pişniţa etc.). Mindegyik forrás, akár állandó, akár időszakos, vízutánpótlódása nagyban függ a területre jutó csapadék mennyiségétől. A Királyerdő északi határán fakadó források, gravitációsan vezéreltek (Aştileu, Vadu Crişului, Brătcani, etc.). A déli lejtőlábnál a források egy litológiai kontakt zóna mentén helyezkednek el, ahol a karsztterületek szenon üledékekkel (Roşia-mélyedésben: Topliţa de Roşia, Roşia, Izbuneală) vagy permi üledékekkel (Arieşeni-takaróban: Topliţa de Vida) találkoznak. Karsztos forrásokat, sőt még barlangokat is találunk a szenon üledékekkel fedett területeken, a Roşia-mélyedésben, többnyire a karbonátos sávokban. Ezeken a lehatárolt területeken található üledékes képződményeknek, nem módosul az általános impermeábilis karaktere, annak ellenére, hogy ezeken a helyeken széles körben elterjedek a márgák, és az agyagok.

24

Az 1982 októberétől 1983 novemberéig tartó kutatás során 13 fő forrás került monitorozásra (3. táblázat). Az eredményeket tekintve a vizsgált időszak egy aszályos periódusba esett ((I. ORĂŞEANU, A. IURKIEWICZ, 1987).

Forrás Aştileu (1) Moara Jurjii (6) Peştera de la Vadu Crişului (8) Izbândiş (10) Brătcanilor (21) Damişenilor (22)

Q átlag 356 163

Q max. l/s 74 18

310 1070

46,0 59,0

0,303 0,387

127

22

1270

58,0

346 305 83

49 68 28

3980 2412 519

81,0 36,0 19,0

Q min.

nv

Bf

Nyomjelzés

Cv 0,618 0,647

V/h 5,6-266 181,3

L (km) 2,62-11,5 4,35

0,213

0,690

47,8

4,25

0,171 0,404 0,361

0,821 0,556 0,532

7-82,3 42,2-211 39,5-230,9

3,4-5,65 1,7-5,7 2,77-5,06

3. táblázat: A 1982 X. és 1983 IX periódusban vizsgált források paraméterei

Jelmagyarázat: Nv – utánpótlódási index (Qmax/Qmin); bf – alap áramlási index (a havi átlagos utánpótlódás a legszárazabb hónapban, és az átlagos éves utánpótlódás aránya); Cv – az utánpótlódás időbeli változásának koefficiense (az átlagos eltérés és egy hidrológiai évben az éves átlagos napi csapadék aránya) Az 1982 X. - 1983 IX. hidrológiai évben a fő karsztos forrásoknak átlagos vízhozama (Aştileu, Moara Jurjii, Peştera de la Vadu Crişului-barlang, Izbândiş, Brătcani, Peştera cu Apă de la Bulz-bg., Tăul fără Fund, Toplicioara, Roşia, Topliţa de Roşia és a Topliţa Vida alapján) 2,83 m3/s volt, a minimum hozam 0,66 m3/s volt. A többi forrás átlagos vízhozama kb. 1 m3/s. A telepített hidrológiai állomás a napi vízhozamokat regisztrálta a felszíni folyásokban és a karsztos kifolyásokban egyaránt, 525 km2-es területen. A területtel arányos kilépő hozam 5,382 m3/s (323 mm), ebből a felszíni 4,392 m3/s, még a határ mentén található figyelembe vett fő források hozama 0,988 m3/s volt. A megfigyelt terület átlagos csapadék mennyise, 744 mm (Thiess polygon számítással), míg az átlagos evapotranspiráció mértéke 595 mm. Ezek alapján kiszámolható, hogy -173,6 mm víz beszivárog ± raktározódik. (Más módszerekkel is kiszámolták, így -88,1 mm jött ki.) A tanulmányozott időszakban a rendszer out/inflow aránya nagyobb mit 1 (több folyt be mint, amennyi ki), ebből következik, hogy a felszín alatti víztárózó magas nyomás alatt lehet. A teljes hozamon kívül, ami a határok mentén elhagyta a karsztrendszert, és a mérőállomások rögzítették, 27 % (1,47 m3/s) abból a felszínalatti készletből származik, ami a korábbi évek során jutott be a tározó rendszerbe. Fontos, hogy a megfigyelt időszak hidrológiai szempontból száraz volt, bár a körülmények azt tükrözik, hogy a Vida-patak hozama átlagosnak tekinthető (bár ennek vízgyűjtő területe egy igen nagy karsztterület), ennek a mennyisége a többéves átlaghoz viszonyítva 68,8%. A modellezett területen víztermelő objektumok nincsenek, az ivóvízkivételek egy része forrásfoglalásként történik, ezek a modellben állandó nyomású csomópontokként lettek

25

definiálva, így hozamuk kalibrációs elem. A modellben az általunk mért hozamokat használtuk. A területre eső karsztforrások erősen utánpótlásfüggők, adott térségben maximálják a karsztvízszintet.

5.2.6 Nyomjelzéses vizsgálatok Mára 74 nyomjelzési vizsgálatot hajtottak végre a Királyerdő területén (fluoreszcens, rhodamin, NaCl, I-131, és In-EDTA). Az átlagos felszínalatti vízáramlási sebesség a vizsgálatok alapján 46 m/h. A legnagyobb távolság, amelyet a nyomjelző anyagok bejártak a hegység területén 11,55 km volt, amely a Peştişului-folyam elnyelődésétől, az Aştileu-i forrásig tartott. Az áramlási sebesség relatív nagy volta miatt feltételezhető, hogy a felszín alatti víz járatokon és töréseken át mozog, mindezen idő alatt keveredik, és egyéb kémiai biológiai folyamtokon megy keresztül, ezek szerepe nyilvánvaló.

5.2.7 A hidrogeológiai karsztrendszer A hidrogeológiai karsztrendszer magába foglalja a karsztterületeket, a felszín alatti vízzel telített karsztot, valamint a nem karsztos területeket. A vízáramlás a felszíni és a felszín alatti részekre tagolódik, vagy egy törésen keresztül (diffluens területek) táplálják ugyanazt a forrást vagy az egymáshoz kapcsolódó forrásokat, egy adott periódusban. A 8. ábra szemlélteti a hidrogeológiai karsztrendszer hozzávetőleges határait és a hegyvidéki területeken fellelhető források helyé, aminek megrajzolásához figyelembe vették a nyomjelzéses vizsgálatok, illetve a vízmérleg analízis eredményeit (Orăşeanu I., Iurkiewicz A., 2010).

26

8. ábra: A Királyerdő hegység területén található fő lefolyási területek, diffluens zónák, és karszt rendszerek elhelyezkedése.

Jelmagyarázat: 1 - a karsztrendszer feltételezett határa; 2 – Vízválasztó a Sebes-Körös és a Fekete-Körös között; 3 – lefolyási területek; 4 – diffluens felszínek A Királyerdőről kialakult egységes hidrogeológiai kép, a Remeţi-árkot nem számítva, egy egységes karsztos vízadó képét mutatja, ahol van egy mély K-ről, Ny felé mutató cirkuláció, amelyet számos felszín közeli vízfolyás fed, amelyek a hegység szélén folynak ki, felszálló források formájában. A vízmérleg-egyenleg számítások, a felszínre érkező csapadékvíz alapján, nem utalnak mély áramlásokra. Ennek ellenére mégis feltételezhető, hogy a rendszerben szerepe van egy mély áramlásnak. A karsztvíz mialatt nyugat felé áramlik, felmelegszik. Ez tapasztalható a félixi forrásvizekben is. Ez annak a következménye, hogy a Pannon medencével szomszédos övezet hipotermális rezsimű, és részben a hatalmas karsztvíztárolóhoz tartózó 1 Mai–Félix térség forrásai csapolják meg.

5.2.8 Klíma és lefolyás Az évi csapadékmennyiség területi eloszlásában megfigyelhető a domborzat módosító hatása, a magasabb hegyekben az átlagos évi csapadék mennyisége 1000-1500 mm között változik. A dombsági tájon 700-800 mm, míg az alföldön 600 mm körüli. Az 1961-2009 periódus csapadékeloszlási térképét az Román Nemzeti Vízügyi Társaság bocsátotta rendelkezésünkre (9. ábra).

27

9. ábra: A csapadékeloszlás a Körösök vízgyűjtőterületén 1961-2009 közötti periódusban

A hőmérséklet-eloszlás ezzel szemben keletről nyugat felé fokozatosan növekvő tendenciát mutat. A többéves hőmérséklet eloszlási átlag 4 és 8°C között váltakozik, Januárban átlagosan -3 és -6°C volt, míg júliusban 14 és 18°C között váltakozott (GRIGORE, IN POSEA ET AL., 1982). Az evapotranszpiráció keletről nyugat felé haladva nő. Az 1982. X. és az 1983. IX. közötti hidrológiai év átlaga alapján, Zece Hotare-ban 540,4 mm, míg Nagyvárad körzetében 695,8 mm volt az átlagos evapotranszpiráció mértéke. Hidrometrikus mérések 5 különböző tengerszintfeletti magasságban található medencében készültek, nem karsztos területen, annak céljából, hogy megállapítható legyen az átlagos felszíni lefolyás, a q, és a magasságbeli változások hatása. Az eredmények jó korrelálhatók egymással, ezek alapján az átlagos felszíni lefolyás vertikális gradiense 3,3 l/sec/km2, 100 m-es szintkülönbségenként. A felszíni hidrográfiai hálózatot a megfigyelések szerint, egy kiterjedt, kb. 224 km2-es területre vonatkozó felszín alatti vízlefolyás zajlik a hegység területén belül (6. ábra). A rendelkezésre álló vízmennyiség, amely ezen a területen megtalálható, elpárolog, vagy a törések mentén elszivárog, és a forrásokban távozik a hegység peremein. A nagy karbonátplatókon nincs felszíni lefolyás, de vannak állandó beszivárgási zónák, felszíni útvonalak, amelyek felszabdalják a felszínt, és közvetlenül kapcsolódnak a felszín alatti hidrológiai (külső) rendszerhez, ami elválasztja a felszín alatti karsztfolyamatoktól. Egy tipikus példája ennek a Mniera-patak. 28

A lefolyási területekkel együtt a felszíni lefolyás eloszlásában leginkább szerepet játszó tényező a diffluens felszín, melynek eredménye, hogy a karsztfelszínre érkező víz a medencékbe kerül, így a felszíni víz egy része beszivárog a felszín alatti rendszerbe, másik része állandóan vagy időszakosan mint felszíni vízfolyás tart a medencék irányába (I ORĂŞEANU, A. IURKIEWICZ, 1982, I. ORĂŞEANU, 1985). (Diffluens terület: A vízáramlási pálya egy meghatározott területe, ahol a vízáramlás iránya különböző irányokba divergál.) A diffluens felszínek mérete 10 7 km2-re tehető a Királyerdő területén, víztározó kapacitásuk kiszámítása túlságosan bonyolult. A Királyerdő legkiterjedtebb diffluens felszínei a Topa-folyó környékén találhatóak, területük itt 66 km2, a Măgura-patak összefolyásánál található. Az effektív erre a területre eső csapadék mennyiségéből kiszámítható a beszivárgás mértéke, 11,0 l/s/km2 (478 l/sec az 1982. X. és az 1983. IX. hidrológiai évben), illetve a lefolyás, -4,4 l/s/km2. Egy kis törés mentén a területre jutó összes vízmennyiség beszivárog, és Aştileu környékén, mint forrás jut felszínre, ezt mutatják a nyomjelzéses vizsgálatok is. A legtöbb beszivárgó víz belép egy mély, nyugatias áramlási rendszerbe, amely Felix környéki 1 Mai fürdőben, termálvízként tör felszínre (I. ORĂŞEANU, 1991). A Mniera-völgy egy tartós felszíni áramlási útvonal, melynek vízgyűjtő területe a legmagasabb topográfiai pozícióban található a karszt területén. 15,5 km hosszú, és 17,5 km2 a vízgyűjtőterülete. A fő hidrológiai tényező a Mniera-patak lefolyásának történetében a karsztos befolyás a Şaua Gurguiatu–Potriva barlang környékén, itt megszakad a továbbfolyás a Belényesi-.medence irányába, de folytatódik a Bárodi- medence felé. A nyomjelzési vizsgálatok egy erős beszivárgást jeleznek Cornet térségében, amely közvetlen kapcsolatban áll a Moara Jurii forrással, a diffluens felszín egy feláramlást mutat Călăţea (Kalota) környékén, egy 13 km2-es területen. Nagyobb aszályos időszakokban felszíni lefolyás nem figyelhető meg Călăţea (Kalota)térségében.

5.3

A Királyerdő-hidrodinamikai modell felépítése 5.3.1 Alkalmazott szoftver

A komplex geológiai felépítésű, repedezett karsztos víztárolók, mint amilyen a királyerdei karsztos modellterület nehezen szimulálható véges differenciás módszert alkalmazó szoftverrel a körülményes ortogonális diszkretizációjuk miatt. Ezért ennek hidraulikai modellezésénél a WASY Ltd. által fejlesztett véges elemes módszert alkalmazó FEFLOW 6.0 verziójú programot használtuk. A program lehetővé teszi a tetszés szerinti geometria kialakítását: lehetőség van permanens és nem permanens, telített és telítetlen, szivárgás, valamint tömeg- és hőtranszport szimulációjára. A Királyerdő modell permanens rezsimben lett felépítve, a bevezetésben említett okok miatt (adat- és időhiány). A szoftver széles eszköztárából mi a folyadékáramlási modult használtuk, a vizsgálandó térrészt háromszög alapú hasábokra bontva, így a csomópontokra 29

adjuk meg a bemeneti paramétereket és a megoldási eredmények is csomópontokra kerülnek meghatározásra.

5.3.2 Koncepcionális modell A modellépítési munka számos egymásra épülő szakaszból állt, melynek fő elemei: • A földtani modell felépítése • A vízföldtani, koncepcionális modell felépítése • Szimulációs modell elkészítése A modellben STEREO-70 vetülettel dolgoztunk. Vizsgált területünk több mint 200 km2, mely nagysága révén a modellben számos részlet elhagyásra, illetve egyszerűsítésre került, így a modellezett áramlási tér, a valósághoz képest kevésbé variábilis. Vizsgálataink fókuszában a karsztvíz-rendszer áramlási viszonyai állnak, így a modellben az előtéri területek talaj- ill. rétegvíz rendszere némiképp sematikus egyszerűsítésre került. Koncepcionálisan abból a feltételezésből indultunk ki, hogy a karsztos hegységek területén beszivárgó csapadék részben a hegységperemeken fakadó forrásokon, ill. az erózióbázison folyó patakokon megcsapolódik, egy hányaduk viszont a mélykarsztba jut, s a pannon víztest utánpótlása lehet. A modellezéskor a beszivárgási területek nagy vastagságú háromfázisú zónája okoz problémát és kalibrációs bizonytalanságot. Jól tudjuk, hogy a hegységekben jól fejlett barlangrendszerek, víznyelők vannak, melyek adott esetben karsztvíz-emeletet hoznak létre, de ezek korántsem jelölik ki a telített zóna határát. Hasonló a helyzet a forrásokkal, melyek fakadási szintje éppúgy nem a telített karsztvízszint határát jelezheti, hanem csak egy függő karsztvízszintjét. Az előtéri területeken a folyóvízhálózat jól definiálja a talajvízdomborzatot, így a modellezésnél kitüntetett szerepe volt a patakoknak. Végezetül fontos hangsúlyozni, hogy az elvárt modelleredmények pontossága, elsősorban a bemeneti adatok pontosságán múlik. A modell tehát jelenlegi ismereteink és feldolgozottsági szintjüknek megfelelően alakítottuk ki. A véges elemes térrész felosztásból következően az egyes rész-térségek további sűrítésével lehetőség van további modellezési feladatok elvégzésére.

5.4

A modell belső szerkezete

A modell belső szerkezetét horizontális és vertikális felosztás alakítja ki. A numerikus modell háromdimenziós belső szerkezét egyrészt a diszkrétizáció módja, másrészt a kialakított koncepcionális földtani, vízföldtani modell, a folyóvíz hálózat, források, a földtani kutató fúrások és kutak elhelyezkedése és a várható hidrosztatikus emelkedési magasság gradiense határozta meg. A modellbe a tektonikai elemeket is figyelembe lehet és kell venni ott, ahol a terület vízáramlásában szerepet játszanak: jelen esetben a vetőrendszer és víznyelők.

30

5.4.1 Horizontális felosztás A modellhatár, mint azt korábban említettük: É-on a Sebes-körös, Ny-on a karsztos területek elterjedési határa, K-en a Barátka-patak völgye, D-en a pannon képződmények határa. A rácshálózat horizontális kialakításába a modellhatár, a felszíni vizek hálózata, a tektonikai vonalak, a források helye, földtani egységek határai, források pontjai , illetve a töréshálózat és a víznyelők játszanak szerepet, azaz ezen obkjektumok környezetében a véges elem hálót besűrítettük, így összesen 32380 cella (rétegenként 8077) és 21085 csomópont (rétegenként 4217) alkotja a modellt (10. ábra). Az ábrán az alaptérkép a domborzat, továbbá a források, és a víznyelők helye van feltüntetve.

10. ábra: A királyerdei karsztterület modellábrája a FeFlow szoftverben

31

5.4.2 Vertikális tagolás A modell felső határoló felületének a terepszintet definiáltuk, alsó határát átlag 300 mBf szinten az alaphegység minimumszintje határozta meg. A vertikális tagolásnál, a rétegek kijelölésénél lithosztratigráfiai beosztást követtük, ennek alapján a modell összesen 4 „numerikus” réteget tartalmaz (11. ábra). A modellezési folyamat meglehetősen nagy odafigyelést igénylő feladata, hogy a kőzetanyagi sokszínűségből folytonos rétegeket képezzünk, paraméterezésükkel együtt. Mivel a terület (fentiekben részletezve) földtani felépítése és tektonikája igen bonyolult, a vertikális felosztásban a korábbi adatokat és tapasztalatokat valamint a hidrogeológiai térkép segítségével készítettük el az alaphegység felszínét értjük. Mivel rétegeket kiékelni nem lehet, így azokon a területen, ahol az alaphegység a felszínen van ott a szivárgási tényezők változtatásával biztosítottuk a rétegek folytonosságát. Az alábbi rétegek kerültek elkülönítésre: o 1. réteg: a folyóvizek és a forrásparaméterek bevitele érdekében 10 m vastagságúra vettük. A földtani térkép szerint a következő litológiai egységekre bontottuk: mezozóos mészkövek és dolomitok, permo-mezozóos molasz, metamorfitok, felső-kréta és miocén flis jellegű összletek, pannon agyagos, márgás, homokos rétegek, a folyók mellett holocén kavicsos üledékek o 2. réteg (100 m vastag): litológiai szempontból ugyanaz mint az első, csak a holocén üledék itt már nem jelentkezik. o 3. réteg (150 m vastag): maradnak a mezozóos mészkövek és dolomitok, valamint a permo-mezozóos molasz, eltűnik a flis o 4. réteg (200 m vastag): csak a a mezozóos mészkövek és dolomitok, illetve a metamorf kőzetek maradnak. Az első réteg feküjének meghatározásakor a kőzettani minőségen túl, a vízszintet (és annak vízadó rétegét) is célszerű figyelembe venni.

32

11. ábra: Az alaphegység 3D-s felszíne és a 4 modellréteg

5.5

Bemenő paraméterek

Nemcsak a numerikus modell határait és belső szerkezetét kell meghatározni, hanem a belső szerkezethez tulajdonság mezőket is kell rendelni. A felszín alatti vízáramlás szimulációjához a vezetőképesség és effektív porozitás tulajdonság mezőit szükséges és alapvető meghatározni.

5.5.1 Szivárgási tényező A szivárgási tényező vagy hidraulikus vezetőképesség (K; [L/T]) a földtani közeg és a benne található folyadék tulajdonságait írja le. Egy természetes földtani képződmény szivárgási tényezője a tér minden irányában pontról-pontra más és más értéket vesz fel. Az egyes hidrosztratigráfiai egységek horizontális szivárgási tényezőinek definiálásakor elsősorban a korábbi tapasztalatainkra, valamint a szakirodalmi adatokra támaszkodtunk, a mezőket horizontális irányban izotrópnak és homogénnek tételeztük fel Az első réteg szivárgási tényezőit a fedett földtani térképből származtattuk, 10. ábra, a többi réteg szivárgási tényezőinek megadása a fedetlen földtani térképek 33

figyelembevételével történt. Mivel réteget kiékelni nem lehet, így az egyes fedőrétegek hiányát a karsztos területeken paraméter váltással oldottuk meg. Az alkalmazott horizontális szivárgási tényezők értékeit a 4. táblázatban kerültek feltüntetésre. A vertikális szivárgási tényezők értékét mindenhol egy nagyságrenddel kisebbnek vettük. A vetők és repedések szivárgási tényezőinek érzékeltetésére a vízfestéses tesztek eredményeit használtuk fel, azaz az átlagos felszínalatti vízáramlási sebesség értékét használtuk. A horizontális szivárgási tényezők eloszlását a modellezett területen belül a 12. ábra szemlélteti. Kőzet Metamorfitok Karsztosodott mezozóos mészkövek és dolomitok Pannon agyagok és homokok Qvarter kavics Qvarter homok Molasz Flis-képződmények Vetőzóna

m/nap

m/s 10-4

8

69,12

12

103,68

1

8,64

20 10 4 0,5

172,8 86,4 86,4 86,4

1100

n

0,18 0,22 0,11 0.23 0.22 0,12 0,1 1

4. táblázat: Az alkalmazott horizontális szivárgási tényezők értékei

34

12. ábra: A horizontális szivárgási tényezők eloszlása a modellezett területen belül

5.5.2 Folyóhálózat A modellezési input paraméterek közül kiemelten fontos a folyóparaméterek megadása, amelyek csomópontjaival lettek definiálva. A vízfolyások szintjeit a terepmodellből származtattuk, lévén, hogy a patakok a terepfelszínen folynak némiképp bevágódva. Mederellenállással adtuk meg az egységnyi nyomáskülönbségre jutó ki, ill. bejutó hozamot.

5.5.3 Források A karsztos és nem karsztos területeken egyaránt megtalálható nagyszámú források csomópontjai vízkivételként lettek definiálva, de a domborzat figyelembevételével talajvízszintet is rendeltünk ezekhez (5. táblázat). A modellezés során szembe kellett néznünk azzal a problémával, hogy a beszivárgási területeken az egyes forrásfakadások nem a telített zóna szintjét jelzik.

35

Forrás jele

x

y

KE-10 KE-11 KE-16 KE-18 KE-19 KE-20 KE-21 KE-25 KE-26 KE-27 KE-28 KE-29 KE-30 KE-31 KE-32 KE-33 KE-34 KE-59 KE-60 KE-71 KE-73 KE-74 KE-83 KE-84

606767 607335 612113 610822 611201 609959 608166 616803 604430 604418 602727 603208 603710 604185 606964 607491 607442 598510 598422 610888 612320 612433 609936 607812

311369 313201 309685 310997 310675 310786 310700 300680 317051 317034 316412 316649 317005 317121 311587 306730 307169 312214 311957 302764 303769 305587 297121 313645

Q (m3/nap) Q (l/perc) 534,78 313,04 28,99 17,93 22,52 289,86 58263,77 217,39 1224,64 1234,78 130,43 128,41 6,71 28,99 217,39 46,96 58672,46 58723,19 6,57 217,39 3,39 231,88 72,46 3,06

371,4 217,4 20,1 12,4 15,6 201,3 40461,0 151,0 850,4 857,5 90,6 89,2 4,7 20,1 151,0 32,6 40744,8 40780,0 4,6 151,0 2,4 161,0 50,3 2,1

5. táblázat: A modellben felhasznált források adatai

5.5.4 Beszivárgás A csapadékeloszlás térkép (9. ábra), valamint a földtani térkép ArcView GIS 3.1-ben történt „összefésülése” után, már mindegyik hidrogeológiai jelleggel rendelkező képződményhez csapadékértéket tudtunk kapcsolni. Ezt követően a kutatási területen lévő képződményekre vonatkoztatott százalékértékek, illetve a hozzájuk tartozó csapadékadatok összeszorzásával kaptuk meg a beszivárgás értékeket mm/év-ben.

36

5.6

Modell futtatása –modellezési eredmények

A modell permanens áramlást szimulál. A numerikus szimuláció eredményei a modellezett terület földtani, vízföldtani ismereteinek jelen állapotát tükrözik, azokra épül. Bármely új adat, mely a modellbe beépített feltételezéseknek ellentmond, a bemenő paraméterek megváltoztatását és a szimuláció újrakezdését igényelheti. Elfogadható eredményeket csak akkor várhatunk, ha a rendelkezésre álló bemeneti adatok ellentmondásmentesek és tudásunk mai szintjén megfelelnek a valóságnak. Az 1-2 réteg nyílt, illetve nyílt/zárt tükrű, míg az alatta lévő rétegek szigorúan zárt tükrűek. Modellünkben az eredményként kapott karsztvízszint eloszlás térkép többé-kevésbé magán viseli a karsztvízadó réteg geometriai viszonyait (13. ábra). A hegységi területeken a számított vízszintek alacsonyabb helyzetűnek adódtak, mint ahogy az egyes források fakadási szintjéből következtethető szintek. A beszivárgási területeken nehéz meghatározni a telítetlen zóna vastagságát, és így az összefüggő karsztvíz szintjét, vannak elszigetelt blokkok, ahol nincs is a környezetével összefüggő karsztvízszint.

13. ábra: A modell által számolt talajvízszint

37

5.7

Eredmények értelmezése

A numerikus modellezés eredményeként a Királyerdő karsztvíztest modellterületének leírásához egy fontos kimenő paramétert kaptunk meg: a számított potenciál-eloszlást. A Királyerdői hidrodinamikai modell által számolt áramlási vektortérkép (14,15 ábra) és a 3D vízdomborzat térkép (13. ábra) alapján elmondható, hogy a területre jellemző fő áramlási irány a DK-ÉNy., vagyis a Vigyázó felől a Sebes-Kőrös medencéje felé. A kiválasztott modellterület a Királyerdő hegység egy részvízgyűjtője amelyben a ZichyFensík –ról a Báródi medence felé áramlik a felszínalatti karsztvíz. A területre jellemző, amely a modell ábráin is látszik, hogy a legintenzívebb kiáramlási zóna a Sebes-Kőrős mentéén található. A földtani viszonyokból adódóan megállapítható, hogy a karsztos repedezett mészkövekből a víz túlnyomó része a Körösréví –Szoros környékén közvetlenül kifolyik karsztforrásokon keresztül a Sebes- Körösbe, de jelentős része a mélyebb rétegekben a karsztos kőzetekből közvetlenül a Pannon rétegekbe meg a Qvarter üledékekbe áramlik. A hidrodinamikai modellből két réteget mentettünk ki:az 1 és a 4-ik réteget. a két ábrát összehasonlítva megállapítható, hogy az 1-es rétegben a Körösréví szoros környezetében, ahol a folyó közvetlenül bevágódik a karsztos mészkövekbe jóval nagyobb a kiáramlási intenzitás, nagyobb a gradiens mind tőle ÉNy-ra a Báródi-medencében ahol a kiáramlási zóna az agyagos homok és homokos-kavics szedimentekbe történik. A 4-ik rétegben jóval alacsonyabb a gradiens, az áramlás nem olyan intenzív, de a mészköves területeken jóval nagyobb. A Pannon és negyedkori üledékekbe jelentős mennyiségű karsztvíz áramlik a közvetve és közvetlenül. Közvetve amikor a Körösrévi-szorosban a Sebes-Körös megcsapolja a királyerdői karsztfennsíkot és Ny-bra a Bárodi medencében a folyóból közvetlenül beszivárog az aluviális rétegekbe. Közvetlenül amikor a karsztos, repedezett mészkő érintkezik a harmadkori és negyedkori rétegekkel a kiáramlási területek környezetében. A jelenlegi ismereteink alapján a pannon víztestbe beáramló víz mennységét meghatározni nem lehetséges, ugyanis nagyon kevés adat áll rendelkezésünkre. (pontos beszivárgás a csapadékból a fennsíkon, a források víznyelők vízhozam adatai, a környező formációkból a mészkövekbe áramló vizek mennyisége stb.) A hidrogeológiai modellezés alapján amely figyelembe vette a kijelölt terület komplex földtani viszonyait meghatározhatóak lettek a területre jellemző főbb áramlási irányok, a területre jellemző lokális beáramlási és kiáramlási zónák. A kutatás során végzett terepi vizsgálatok és a korábbi irodalmi adatok alapján felépített véges-elem módszerrel működő Feflow modell megmutatta azokat az adat hiányosságokat amelyeket korábban nem tartottak fontosnak, és így nem volt a modellbe beépíthető. A terület pontosabb modellezéséhez a további kutatásoknak mérniük kell egyideüleg a csapadék eloszlással a területen található nagyobb vízfolyások, források, víznyelők hozamát, kémiai paramétereinek változását, vízszintváltozását automata vízszintregisztrálóval legalább egy hidrológiai cikluson keresztül. Továbbá a földtani modell pontosításához részletesebb geofizikai vizsgálatok szükségesek. Az így nyert adatokkal kiegészítve pontosítható a jelenlegi hidrogeológiai modell.

38

14. ábra: A vízáramlási viszonyok a modell 1. rétegében

39

15. ábra: A vízáramlási viszonyok a modell 4. rétegében

40

6 A 6.1

SZENNYEZÉSTERJEDÉSI

MODELL

BEMUTATÁSA

Előzmények

A vizsgált területen a szennyeződésekre legérzékenyebb a karsztos terület, ezért a Királyerdő modellre építettük fel a transzport modellünket. A nitrát-ion koncentráció dúsulás főleg a település területén az állattartó telepek környékén volt jellemző. A szennyeződés terjedés modell felépítése azért indokolt, hogy prognosztizálni lehessen a víztest hosszú távú környezeti állapotát. A modellezést 1 és 10 éves periódusra futattuk le, hogy közép és hosszútávra is be tudjuk mutatni a kimutatott nitrát szennyeződés terjedését a térségben. A modellben felvett 2000 mg/l-es koncentráció értéket a kifolyó forrás vizekből sehol nem mértük ki, de a terepbejárások során tapasztaltuk, hogy a trágyadombok csurgalékvize a víznyelőkön keresztül közvetlenül a karsztrendszerbe juthat. A csurgalékvíz átlagos nitrátion tartalmát irodalmi adatok alapján 2000 mg/l értékkel építtettük be a modellbe folyamatos utánpotlódással. A vizsgálatok azt mutatták, hogy a szennyeződések a regionális áramlási irányoknak megfelelően a Sebes –Körös medencéje felé terjednek. Vertikálisan 1 év alatt már eléri a legalsó modellréteget is a szennyeződés, és elmozdul a kiáramlási terület felé, ÉNy-ra a Báródi medence irányába. A 10 éves távlatban látható, hogy a szennyezési csóva a vetők mentén nagyobb kiterjedésben elmozdul a Sebes-körös irányában.

6.2

A permanens felszín alatti transzport modellezés folyamata

A szennyeződés-terjedési modellek felépítéséhez feltétlenül szükséges egy jól kalibrált hidrodinamikai modell. A transzport modell bemeneti paraméterei közül elsőként a kiindulási koncentráció értékeket adjuk meg csomópontonként és rétegenként. A kutatási munka keretében végzett laborvizsgálatok eredményeit használtuk fel. A feltárt szennyeződések lehatárolása nem volt a feladat része ezért a valószínűsíthető szennyezőforrást az egy-két pontban mért értékkel jellemeztük. Az egyszeri mintavételezés miatt trendeket, évszakos ingadozásokat nem tudtunk figyelembe venni. A transzport modell bemeneti paraméterei közül nagyon fontosak a nitrát kémiai tulajdonságai (molekuláris diffúziós koefficiens), melyeket irodalmi adatok alapján adtuk meg Tulajdonképpen valamennyi egyenlet egy ún. kontinuitási egyenletnek (tömegmegmaradás elve) tekinthető, vagyis a tározott mennyiségben bekövetkezett változás és az érkező és távozó anyagmennyiségek szerepelnek benne és ezek algebrai összege zérus. Ebbe épül be a mozgásmennyiség megmaradását érvényre juttató mozgásegyenlet, amely a potenciálkülönbség és az indukált fluxus közötti összefüggést írja le.

41

A szennyezőanyag többfázisú (víz, nem vizes folyadék fázis, levegő, a szilárd vázon kötött forma) transzportja esetén az egyenletben szereplő tagok (egyetlen egyenlet az összes fázisra): [a vízben oldott formában lévő sz.anyag mennyiségének változása] + [a szilárd vázon kötött formában lévő (adszorbeált) sz.anyag mennyiségének változása] + [a nem vizes fázisban lévő sz.anyag mennyiségének változása] + [a légnemű fázisban lévő sz.anyag mennyiségének változása] = [a sz.anyagcsere egyenlege a vizsgált térrész és környezete között: advektív transzport] +[a diffúzió és a diszperzió egyenlege a vizsgált térrész és környezete között] + [a koncentrációtól lineárisan függő anyagprodukció és lebomlás egyenlege] + [a koncentrációtól független, közvetlenül bejutó sz.anyag mennyiségek összege] - [a koncentrációtól független, közvetlenül távozó sz.anyag mennyiségek összege] + [egyéb komponens koncentrációjától függő anyagprodukció és lebomlás egyenlege] + [a folyadék és a légnemű forrásokkal bejutó sz.anyag mennyiségek összege] + [a folyadék és a légnemű nyelőkkel távozó sz.anyag mennyiségek összege] A fenti transzportegyenlet felbontható az egyes fázisokra külön-külön felírt egyenletekre is, ebben az esetben viszont minden egyenletben értelemszerűen megjelenik az egyes fázisok közötti átadódás. Az egyenletek természetesen csak abban az esetben oldhatók meg, ha az ismeretlenek száma azonos az egyenletek számával, emiatt az egyenletekben szereplő egyéb ismeretleneket a különböző fázisok potenciáljainak vagy az adott komponens koncentrációjának függvényében kell kifejezni. Az előző pontban bemutatott egyenletek valójában parciális differenciálegyenleteket jelentenek. Az egyenletekhez a vizsgált tartomány peremén előírt (hidraulikai potenciálra, koncentrációra, fluxusra vonatkozó) feltételek és valamely meghatározott időpontra vonatkozó kezdeti (hidraulikai potenciálra, koncentrációra vonatkozó) feltételek tartoznak. A differenciálegyenletek megoldásának legkényelmesebb módja, ha - pl. függvénytranszformációval - integrálható alakra hozzuk őket. Az így kapott analitikus megoldások térben és időben folytonos függvényeket eredményeznek, és ha egyszer levezettük, a hasonló helyzetek sokaságára alkalmazhatók. Viszonylag kevés olyan feladat van azonban, amelynél a differenciálegyenlet közvetlen integrálásával eljutunk a megoldáshoz. A gyakorlatban ezért legtöbbször numerikus módszereket használunk az áramlási- és transzportegyenletek közelítő megoldására. A numerikus módszerekkel a megoldást a tér- és időtartomány diszkrét pontjaira keressük. A különböző numerikus módszerek néhány közös jellemzője: • a felbontás részletessége függ a közelítő megoldás pontossági igényétől; • a vizsgált extenzív mennyiségek (víztömeg, szennyezőanyag-tömeg, stb.) mérlegét

reprezentáló parciális differenciálegyenletek helyett algebrai egyenletrendszert állítunk fel az állapotváltozók diszkrét tér- és időbeli pontokon érvényes értékeire;

42

Esetünkben a Feflow szoftver a véges elemes numerikus módszert használja. Az előkészítő fázisban a leglényegesebb feladat a rendelkezésre álló adatokon és információkon alapuló koncepcionális modell kialakítása. A koncepcionális modell kialakításában testesül meg tulajdonképpen az a fontos alapelv, hogy a modell célja általában nem a folyamatok részletes matematikai módszerekkel történő leírása, hanem a megoldandó problémáról kialakított elképzelésünk megjelenítése, természetesen megfelelően ellenőrzött formában.

6.3

A modell által érintett felszín alatti közeg meghatározása, peremfeltételek

Ebben a fázisban első lépésben sorban a vízmozgás szempontjai szerinti különbségek, vagyis a hidrogeológiai szempontok érvényesültek. Mivel a telített zónát is tartalmazó felszín alatti térre vonatkozik a modellezés, akkor az ennek szempontjából indokolt rétegződés megállapítása során figyelembe vettük: a modell alsó határolását, a modell kiterjedését, az inhomogenitás jellemzőit és az anizotrópia jellemzőit. Az elemzésnek a peremfeltételek megállapításával egyidejűleg meghatározott modell határain kívüli területre is ki terjedt, annak érdekében, hogy a peremi kapcsolatok megfelelően értékelhetők legyenek. A peremfeltételek hidraulikai paramétereit az előző fejezetben tárgyalt hidrodinamikai modell bemutatásánál részleteztük. A permanens transzportmodell peremfeltételének kialakításánál figyelembe vehető a konvektív transzport, diszperzió, adszorpció, lebomlás és anyagprodukció, kémiai és hidrogeokémiai átalakulások, halmazállapot-változások, a molekuláris diffúzió és megoszlási hányados. A transzport modellélezéshez legszükségesebb paramétereket az USGS (United States Geological Survey) honlapjáról (http://www.usgs.gov/ és http://toxics.usgs.gov/, http://www.depreportingsvcs.state.pa.us/ReportServer) mint irodalmi adatokat vettünk figyelembe. A molekuláris diffúzió egy vegyi anyagnak a kisebb koncentrációjú hely felé történő mozgása. Felszín alatti vízben ez a mozgás akár vízáramlás hiányában is kialakul. A szennyezőanyagok vízbeli diffuzivitása a szennyezőanyag molekula átmérőjének, a víz viszkozitásának és a hőmérsékletnek a függvénye. Az irodalmi adatok alapján a nitrát molekuláris diffúziója 3.23 x 10 -6 cm2/s. A megoszlási hányados koefficiens a környezetbe kikerült vegyi anyagok különböző fázisok közötti egyensúlyi megoszlását jellemző állandó, mely szoros összefüggésben áll az anyag környezetben való viselkedésével, terjedésével, mozgékonyságával, káros biológiai hatásával (toxikus, mutagén, teratogén), hozzáférhetőségével, biodegradálhatóságával és bioakkumulációra való hajlamával. Az irodalmi adatok alapján a nitrát megoszlási hányadosa 3.9cm2/g. A mért koncentráció értékek az első vízadó rétegből azaz a talajvízből voltak mérve, jelen esetben a 1-es modellrétegből. A fentiek figyelembevételével a nitrát szennyező 43

forrásokat a jelenlegi ismereteink alapján a 1-es modellrétegbe építettük be, állandó utánpótlódást feltételezve.

6.4

A modellezés futtatása, eredmények bemutatása

A permanens transzport modellt 1 és 10 éves periódusokra futattuk le. A modell segítségével 1 és 10 éves távlatokban prognosztizáljuk a szennyezés terjedését, figyelembe véve, hogy a jelenlegi hidraulikai, szennyezési állapotok nem változnak.

6.4.1

Nitrát ion koncentráció változása 1 év távlatában Királyerdői modell területén

A terepi vizsgálatok során a forrásokban viszonylag alacsony nitrát ion koncentrációt mértek. A mért értékek általában 2-4 mg/l közt változnak, néhol viszont megjelenik 8-12 mg/l közötti érték is, mely valamilyen felszíni szennyező hatás eredménye. A modellezés során számolt értékek is azt mutatják, hogy 1 év alatt a szennyező csóva kiterjedése egyik rétegben sem haladja meg a 350-400 m-t, ahol csóva határát az 1 mg/l –es értéknek vesszük. Ellenben 1 év alatt már a legmélyebb modellrétegbe is azaz 450 m mélységig lejut a szennyezés a karsztvízben. A jelenlegi számítások alapján a max. koncentráció az 1 –es rétegben 1750 mg/l értéket érhet el, míg a legmélyebb 4-es rétegben nem haladhatja meg a 36 mg/l-es értéket. (16, 17, 18, 19. ábrák).

6.4.2 Nitrát ion koncentráció változása 10 év távlatában Királyerdői modell területén 10 év elteltével 1-es rétegben a nitrát koncentráció még mindig magas a folyamatos szennyező anyag betáplálás miatt. A szennyező csóva jelentősen elmozdul a Sebes Körös irányába a Zichy fennsíkról, ahol a talajvízáramlás sebessége nagyobb. 20-23. ábra. Az ábrákon jól látszik, hogy a csóvák irányát befolyásolja a terület töredezettsége, azaz a vetők mentén intenzívebb az elmozdulás. A modellezés során számolt értékek is azt mutatják, hogy 10 év alatt a szennyeződési csóva jóval nagyobb az 1 éves terjedési csóvánál, mérete a repedezett területeken elérheti a 2-2.5 Km-es távolságot is, ahol a koncentráció meghaladja az 1 mg/l-es értéket. A jelenlegi számítások alapján a max. koncentráció az 1-es rétegben 1750 mg/l értéket érhet el, míg a legmélyebb 4-es rétegben meghaladhatja a 734 mg/l-es értéket. A forrásokban kimutatott nitrát tartalom eredete a transzport modell számítások szerint akár több km-es távolságban is lehet, ezért nagyon nagy területeket képes elszennyezni egyetlen trágyakazal csurgalékvize is. A Királyerdő területén a forrásokat emberi és állati fogyasztásra is használják, ezért kiemelten fontos lenne a minőségük védelme érdekében a szennyező hatások felszámolása. A felszín alatt a karsztvíz táplálja a mélyebb helyzetű

44

homokos vízadó rétegeket is, így a hegység előterében a vízműkutakon keresztül több település ivóvízellátását is veszélyezteti. A forrásokon keresztül a nitrát a felszíni vizek minőségét is rontja, ezért veszélyezteti a Sebes-Körös medencéjében a felszíni vízből történő vízellátást.

16. ábra: Nitrátion koncentrációja az 1-es modellrétegben 1 év után

45

17. ábra: Nitrátion koncentrációja az 2-es modellrétegben 1 év után

46

18. ábra: Nitrátion koncentrációja az 3-as modellrétegben 1 év után

47

19. ábra: Nitrátion koncentrációja az 4-es modellrétegben 1 év után

48

20. ábra: Nitrátion koncentrációja az 1-es modellrétegben 10 év után

49

21. ábra: Nitrátion koncentrációja az 2-es modellrétegben 10 év után

50

22. ábra: Nitrátion koncentrációja az 3-as modellrétegben 10 év után

51

23. ábra: Nitrátion koncentrációja az 4-es modellrétegben 10 év után

52

7 A NAGYVÁRAD–FÉLIX-FÜRDŐ BEMUTATÁSA 7.1

KÖRNYÉKI

MODELL

A Félix-fürdő környéki modellterület

A porózus víztestek területén a négy sarokponttal meghatározott, négyszög alakú technikai modellterület Nagyváradtól D-re, Félix és 1 Mai-fürdők környékén lett kijelölve. A tágabb kutatási területen belül, ez a rész jellemzi legjobban az alföld és a hegyvidék közötti átmenetet, azaz hidrogeológiai szempontból itt jól tanulmányozhatók a különböző hidraulikai rezsimek tulajdonságai, beáramlási, átáramlási területek. Magába foglalja a ROCR08, ROCR02 víztestek kontaktövezetét is: a Bihari paraautochtonhoz (Királyerdő) tartózó aljzat Félix-fürdő környékén felszínközelben található, erre települt rá a poszttektonikus fedő, pontosabban a pannon összletek, mivel az idősebb neogén üledékek itt kiékelődnek. A vizsgált modellterület határa északon a Sebes-Körös, innen tovább, a modellterület nyugati oldalán a Girişu de Criş–Gepiu–Ianoşda települések vonalán halad, majd délen egy szakaszon a Valea Şesului-t, illetve a Valea Gepişului-t követi Gepiş községig, innen egyenes vonalban halad a Valea Satului-ig (Ceica). Keleten a határvonal .a Topa-folyó völgyét követi a forrásvidékéig (Tasádi-dombság), imnnen, a vízválasztón túl, Telegd (Tileagd) településig a Körösbe tartó főbb vízfolyások mentén halad. A modellterület 896 km2-t tesz ki (24.ábra).

Crisul Repede

Tileagd

Baile 1 Mai Baile Felix

V. Tasad

ORADEA

Miersig

Legenda Limita modelului

24. ábra: A modellterület lehatárolása

53

7.2

A terület földrajzi, földtani, vízföldtani jellemzői 7.2.1 Geomorfológiai jellemzők

A modellezett terület a Bihar Megye Ny-i részén található a román-magyar országhatár közelében a Sebes-Körös mentén. A modellezett területet K-i pereme a Tasádi-dombságig tart, amely átmenetet képez a Királyerdő karsztfennsíkjai és a Nagyalföld között. Morfológiailag a modellezett terület egy alföldi (Félix-fürdő és a határ között) és egy alacsony dombvidéki (Félix és Kalota között) részre tagolható A terület tengerszínt feletti magassága 100 mf körül változik az alföldi területeken, míg a dombvidéki területek 400-500 mf között helyezkednek el (Esküllő–Vércsorog környéke.). A tengerszint feletti magasság K-i (Bihari hegység) irányban növekszik. A Nagyvárad–Félix-fürdő modellterületének domborzati viszonyait a 25. ábrán mutatjuk be, amit az ARCGIS 9.1 szoftver 3D Analyst moduljának segítségével generáltunk.

25. ábra: A modellezett terület domborzati térképe

54

7.2.2 Klimatikus viszonyok A kiválasztott modellterületen az évi középhőmérséklet +10ºC, csapadékmennyiség átlaga egy évben 600-700 mm közt változik (9. ábra).

a

lehulló

7.2.3 A modellezett terület földtani viszonyai

A modellezett terület fő litológiai egységeit a terület nyugati felén található, és egészen Május 1 fürdőig húzódó Pannon-medence üledékes összletei, illetve a keleti részen lévő Királyerdő-hegység főként mezozoós karbonátos képződményei alkotják. A terület nagyszerkezeti egységei főként a Bihari paraautochton részét képezik, habár ez az egység mélyen a felszín alatt helyezkedik el. A romániai terület északi illetve keleti felében a felszínen is megtalálható néhány, a Codru-takaróhoz tartozó perm korú egység. A bihari paraautochton mezozoós üledékei megtalálhatóak még a pannon medence aljzatában is, bár nyugat felé egyre nagyobb mélységbe fordulnak elő (26-27 ábra). A pannon medence aljzatát különböző (epi- és mezo-) metamorf fokú pre-szenon (triász, jura, és kréta) korú üledékek alkotják. Szerkezetileg ezek a mezozoós üledékek, egy vetőkkel tagolt monoklinális szerkezetet alkotnak, amely nyugati irányba lépcsőzetesen süllyed egyre mélyebbre, és fedődik le egyre vastagabb és fiatalabb üledékekkel. Litológiailag az egész paraautochton mezozoós sorozatát mészkövek és dolomitok építik fel, ezek az erősen karsztosodott képződmények a Királyerdő-hegységben a felszínen, ettől nyugatra, a felszín alatt egészen a határig nyomozhatóak, egyre kisebb vastagságban. A mezozoós sorozat legnagyobb vastagsága 3500 m. A jura korú formáció vastagsága Félixfürdő környékén kb. 600 m, Nagyváradnál kb. 150-200 m. A kora kréta képződmények vastagsága Félix-fürdő területén 200-870 m-re tehető, míg Nagyvárad környékén 350-600 m. A poszttektonikus fedő üledékes képződményei, - amelyek a pannon medencét feltöltötték üledékkel – késő-kréta, neogén és kvarter képződményekből állnak. Szenon képződmények csak a Nagyvárad környékén létesített fúrásokból ismerünk. Ezek az üledékek a gosaui fácies (különféle kőzetek főként karbonátok) üledékeivel rokon képződmények, melyek diszkordánsan települnek a Bihari-parautochtonra. A neogén képződmények is diszkordánsan települnek az alattuk található idősebb korú képződményekre, ezeket az üledékeket miocén (bádeni és szarmata), és pliocén, pannon fáciesű képződmények alkotják. A miocén törmelékes képződmények néhány tíz vagy néhány száz méter vastagságban fordulnak elő a területen. A képződmények Magyarország területén fordulnak elő a legnagyobb vastagságban, majd Félix-fürdő közelében teljesen kiékelődnek.

55

A pliocén során keletkezett üledékek a pontusiban lerakódott képződmények reprezentálják. A sorozat két litosztratigráfiai egységre bontható: az alsó komplexum uralkodóan pélites, még a felső komplexum uralkodóan meta-homokköves egységekre bontható. A képződmény vastagsága a területen nagyon változó, egyes helyeken elérheti az 1000-1200 m-es vastagságot, de például Nagyvárad nyugati, és Félix-fürdő környékén már csak alig 10-20 m-es vastagságban fordulnak elő. Kvarter üledékeket alluviális képződmények építik fel néhány tíz méteres vastagságban. A kvarter képződményeket ártéri-, terasz-, és kismértékben delluviális üledékek építik fel.

26. ábra: A terület földtani térképe Jelmagyarázat: 1 – Kvarter alluviális üledékek; 2 – Pontusi homokos agyagok, és homokok; 3 – Alsó-kréta mészkövek; 4 – Permi breccsák konglomerátumok, palák; 5 – Proterozoós metamorfitok (csillámpala, paragneisz); 6 – Szerkezetkutató geológiai fúrások; 7- Vetők; 8- takaró; 9 – A mezozoós mészkövek feltételezett elterjedési határa; 10 – A geológiai szelvények nyomvonala.

56

27. ábra: A terület földtani szelvénye 1 – pn -Pontusi homokos agyagok, és homokok; 2 - N1 -Miocén márgák, homokok, homokkövek; 3-K- Nem difereciált kréta(Szenon márga, finomszemcsés homokkövek, konglomerátum, agyagok)-K1-Alsó –Kréta (mészkövek, agyagos mészkövek); 4- J1-2 Alsó és középső jura: agyagok, homokkövek, kompakt agyagos mészkövek 5- Triász : T2 (középső triász mészkő-dolomit ) , T1 : (Alsó triász homokkövek, konglomerátumok 6 –PProterozoós metamorfitok (csillámpala, paragneisz); 7- Proterozoós gránit; 8- Vetők

7.2.4 A terület vízföldtani viszonyai Az irodalmi adatok és a vízgyűjtő-gazdálkodási terv alapján a Körösök medencéjében található összes földtani formáció képes tárózni a felszínalatti vízkészletet. A területen a főbb víztározó összletek a holocén (ROCR01) és a pleisztocén–felsőpannon rétegek (ROCR06, 07, 08) valamint az alsó triász töredezett mészkövek (ROCR02) A továbbiakban ezen víztestek részletes hidrogeológiai tulajdonságait ismertetjük. A holocén ROCR01 vízadó a legfiatalabb vízadó képződmény amely a terület nagy részére kiterjed, a folyok árteréri és aluviális üledékei alkotják. A maximálisan 25 30 m vastagságú vízadó egy vagy több rétegből áll amelyek egymással hidrodinamikai kapcsolatban állnak. Korábbi irodalmi adatokon alapján a térségben a főbb áramlási irányok a freatikus víztestben ÉK-DNy. A hidroizohipsza görbék kiértékelése alapján elmondható, hogy a freatikus víztest vízszintje 7 m-el a felszín alatt található, de a kiemelt részterületeken Nyárszeg. Diószeg, Tasád környékén, 2-7 m közt ingadozik. A pleisztocén ROCR06, 07 vízadók átlagos mélysége a freatikus víztest alatt található 50 -120 m között váltakozva. A felső pliocén vízadó rétegeket megegyezés alapján, a hidrodinamikai folyamatokat figyelembe véve határolták le. A rétegvizek porózus permeábilis üledékekben tározódnak, olyan folyóvízi aluviális összletekben, amelyek permeábilis (homokkövek, homok, kavicsos homok) és impermeábilis (agyag) rétegek váltakozásából épülnek fel, de hidrogeológiailag egy összefüggő rendszert alkotnak.

57

Az üledék szemcseosztályozottságának és méretének csökkenésével csökken az összlet porozitása és tárózási képessége. Ez a modellezett terület egészére jellemző. Összehasonlítva a rétegvíztest kutjaiban mért vízszintadatokat a talajvíztest kútjaiban mért adatokkal megállapítható, hogy nagyon hasonlóak a mért értékek, amely azt bizonyítja, hogy szoros hidrodinamikai összefüggés található a két víztest között. Kivételt képez a víztest területének északkeleti része, ahol a rétegvizek nyomásértékei magasabbak a talajvíztestek nyomásértékeinél, amit a korábbi vizsgálatok azzal indokolnak, hogy egy erőteljes keleti laterális áramlás következményei. Jelenlegi ismereteink alapján megállapítható, hogy egy klasszikus kiáramlási területről van szó. Az izohipsza görbék által szerkesztet vízáramlási irányok is azt mutatják, 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 m2/nap, a szivárgási tényező 1-10 m/nap közt változik. Felső-pliocén víztest (amely a felső pannon üledékekből fejlödött ki ) amely porózus permeábilis aluviális és tavi üledékekből áll, általánosan a felszíntől 150-400 m mélységközben található. A víztest kis kiterjedésű, permeábilis, finomszemcsés rétegekből és nagy kiterjedésű, agyagos márgás rossz vezetőképességű és porozitású összletekből épül fel. Ezekben a rétegekben a mind a tranzverzális, mind a vertikális áramlás gradiense jóval alacsonyabb a korábbi rétegekhez viszonyítva. A modellezett terület földtanát tekintve megállapítható, hogy a terület háromnegyedét ez az összlet teszi ki, míg egynegyedét a Félix-fürdő környéki repedezett mezozoós mészkövek. A területen mért piezometrikus vízszintek értékei azt mutatják, hogy a fölötte található víztestekkel szoros hidrodinamikai kapcsolat áll fenn, a ízáramlási irányok megegyező értékeket mutatnak. A Sebes-Körös közelében az áramlási irány K-Ny irányú, míg a terület D-i részén DNy-ÉK A felső-pliocén víztest hidrogeológiai paramétereiről elmondható, hogy a transzmisszibilitás 10 és 50 m2/nap a szivárgási tényező 0.2-4 m/nap közt változik. A hegyvidéken a felszínalatti vizek a ROCR02 víztestben triász, júra és alsó-kréta korú erősen karsztosodott és repedezett mészkövekben és dolomitokban tárózódnak. A karszt teljes kiterjedése hozzávetőleg 452 km2, amelyből 330 km2-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.

58

7.2.5 A modellezett terület vízkivételi pontjai A modellezett területen található vízkivételi pontokat a 6. táblázat tartalmazza. Ezeket a kutakat a projekt munka során mi vizsgáltuk meg. A Körös-medence vízminőségi és vízgazdálkodási tervében az általunk megjelölt kutaknál jóval több kút található a modellezett területen (leginkább a ROCR06, 07 víztestekben), de ezek adatait a Körös Vidéki Vízügyi Igazgatóság nem bocsájtotta rendelkezésünkre, így ez növelte a modell bizonytalanságát

Kút neve

x

y

K-65 K-66 K-67 K-68 K-69 K-89

287082,60 286768,29 285908,35 285847,17 278270,28 259845,89

612099,10 613111,53 607816,87 617982,05 624812,86 604046,77

Szűrőzés mélysége 9-10 1.5-2 25-30 24-28 24-29 30-40

6. táblázat: A modellben található vízkivételi pontok listája

7.3

A modell belső felépítése

A modell belső szerkezetét horizontális és vertikális felosztás alakítja ki. A numerikus modell háromdimenziós belső szerkezét egyrészt a diszkrétizáció módja, másrészt a kialakított koncepcionális földtani, vízföldtani modell, a folyóvíz hálózat, források, a földtani kutató fúrások és kutak elhelyezkedése és a várható hidrosztatikus emelkedési magasság gradiense határozta meg. A modellbe a tektonikai elemeket is figyelembe lehet, és kell venni ott, ahol a terület vízáramlásában szerepet játszanak: jelen esetben a vetőrendszert és forrásokat. A Nagyvárad–Félix-fürdő hidrodinamikai modellben figyelembe vettük a fúrásokat, fontosabb vízfolyásokat (Sebes-Körös, Tasádi-patak, Hollódpatak, Topa-patak) valamint a Tasádi-dombság forrásait.

59

7.3.1 Horizontális felosztás A rácshálózat horizontális kialakításába a modellhatár, a felszíni vizek hálózata, a vízműkutak helye, földtani egységek határai, források pontjai, illetve a töréshálózat játszik szerepet, azaz ezen obkjektumok környezetében a véges elem hálót besűrítettük, így összesen 18464 cella (rétegenként 4616) és 11880 csomópont (rétegenként 2376) alkotja a modellt (28. ábra). A Tasádi-dombság környezetében , ahol a földtani felépítés komplexebb, a csomóponthálózatot sűrűbbnek vettük. Az ábrán az alaptérkép a domborzat, továbbá a Tasádi-domság környéki források, és kutak helye van feltüntetve.

28. ábra: A modellterület horizontális felosztása

vízkivételi pnt (kút, forrás),

vízfolyás

60

7.3.2 Vertikális tagolás A modell felső határfelületének a terepszintet definiáltuk, alsó határát átlag -450 mBf szinten határoztuk meg. A vertikális tagolásnál, a rétegek kijelölésénél a lithosztratigráfiai beosztást követtük, ennek alapján a modell összesen 4 „numerikus” réteget tartalmaz (29. ábra). A modellezési folyamat meglehetősen nagy odafigyelést igénylő feladata, hogy a kőzetanyagi sokszínűségből folytonos rétegeket képezzünk, paraméterezésükkel együtt. Mivel a terület (fentiekben részletezve) földtani felépítése és tektonikája igen bonyolult, a vertikális felosztásban a korábbi adatokat és tapasztalatokat, valamint a hidrogeológiai térkép segítségével készítettük el az alaphegység felszínét. Az alapadatok felhasználásánál figyelembe vettük I. Orăşeanu, A. Iurkiewicz: Karst hydrogeology of Romania 2010-es kiadványát is. Mivel rétegeket kiékelni nem lehet, így azokon a területen, ahol az alaphegység a felszínen van ott a szivárgási tényezők változtatásával biztosítottuk a rétegek folytonosságát. Az alábbi rétegek kerültek elkülönítésre: o 1. réteg: (10 m vastagságú) a folyóvizek és a forrásparaméterek bevitele érdekében 10 m vastagságúra vettük. A földtani térkép szerint a következő litológiai egységekre bontottuk: mezozóos mészkövek és dolomitok, permo-mezozóos molasz, metamorfitok, , pannon agyagos, márgás, homokos rétegek, a folyók mellett holocén kavicsos üledékek o 2. réteg (90 m vastag): litológiai szempontból ugyanaz mint az első, csak a holocén üledék itt már nem jelentkezik. o 3. réteg (150 m vastag): maradnak a mezozóos mészkövek és dolomitok,kristályos közetek valamint a felső pannon porozus rétegek o 4. réteg (200 m vastag): csak a a mezozóos mészkövek és dolomitok, illetve a metamorf kőzetek és pannon rétegek maradnak. Az első réteg feküjének meghatározásakor a kőzettani minőségen túl, a vízszintet (és annak vízadó rétegét) is célszerű figyelembe venni.

61

29. ábra: Az alaphegység 3D-s felszíne és a 4 modellréteg

7.4

Bemenő paraméterek

Nemcsak a numerikus modell határait és belső szerkezetét kell meghatározni, hanem a belső szerkezethez tulajdonságmezőket is kell rendelni. A felszín alatti vízáramlás szimulációjához a vezetőképesség és effektív porozitás tulajdonságmezőit szükséges, és alapvető meghatározni.

7.4.1 Szivárgási tényező A szivárgási tényező vagy hidraulikus vezetőképesség (K; [L/T]) a földtani közeg és a benne található folyadék tulajdonságait írja le. Egy természetes földtani képződmény szivárgási tényezője a tér minden irányában pontról-pontra más és más értéket vesz fel. Az egyes hidrosztratigráfiai egységek horizontális szivárgási tényezőinek definiálásakor elsősorban a korábbi tapasztalatainkra, valamint a szakirodalmi adatokra támaszkodtunk, a mezőket horizontális irányban izotrópnak és homogénnek tételeztük fel

62

Az első réteg szivárgási tényezőit a fedett földtani térképből származtattuk, 10. ábra, a többi réteg szivárgási tényezőinek megadása a fedetlen földtani térképek figyelembevételével történt. Mivel réteget kiékelni nem lehet, így az egyes fedőrétegek hiányát a karsztos területeken paraméter váltással oldottuk meg. Az alkalmazott horizontális szivárgási tényezők értékeit a 7. táblázatban kerültek feltüntetésre. A vertikális szivárgási tényezők értékét mindenhol egy nagyságrenddel kisebbnek vettük. A vetők és repedések szivárgási tényezőinek érzékeltetésére a vízfestéses tesztek eredményeit használtuk fel, azaz az átlagos felszínalatti vízáramlási sebesség értékét használtuk. A horizontális szivárgási tényezők eloszlását a modellezett területen belül a 30. ábra szemlélteti. Kőzet tipusa Mezozoós karsztos mészkövek és dolomitok Pleisztocén–pannon korú agyagok és márgák Kvarter kavics Kvarter homok Permo-mezozoós molasz

Kh m/nap

Kv m/nap 1,2

n % 0,22

0,1

0,11

2 1 0,4

0,12

12

1 20 10 4

7. táblázat: A modellben használt szivárgási tényező és porozitás értékek

A terület K-i részén Félix környezetében a mezozoós mészkövek a felszínen vagy felszínközelben találhatóak, amelyeket körbevesznek a neogén üledékösszletek. A szivárgási tényező szempontjából nagy eltérésű összletek közötti különbségek a 30. ábrán is láthatóak

63

30. ábra: A horizontális szivárgási tényezők eloszlása a modellezett területen belül

7.4.2 Folyóhálózat A modellezési input paraméterek közül kiemelten fontos a folyóparaméterek megadása, amelyek csomópontjaival lettek definiálva. A vízfolyások szintjeit a terepmodellből származtattuk, lévén, hogy a patakok a terepfelszínen folynak némiképp bevágódva. Mederellenállással adtuk meg az egységnyi nyomáskülönbségre jutó ki, ill. bejutó hozamot.

7.4.3 Víztermelő kutak, források A karsztos és nem karsztos területeken egyaránt megtalálható kutak és források vízkivételezési pontokként lettek definiálva (6. táblázat). A modellezés során szembe kellett néznünk azzal a problémával, hogy a beszivárgási területeken az egyes forrásfakadások nem a telített zóna szintjét jelzik. A felszíni csomópontokhoz a domborzat figyelembevételével talajvízszintet rendeltünk.

64

7.4.4 Beszivárgás A csapadékeloszlás térkép (9. ábra), valamint a földtani térkép ArcView GIS 3.1-ben történt „összefésülése” után, már mindegyik hidrogeológiai jelleggel rendelkező képződményhez csapadékértéket tudtunk kapcsolni. Ezt követően a kutatási területen lévő képződményekre vonatkoztatott százalékértékek, illetve a hozzájuk tartozó csapadékadatok összeszorzásával kaptuk meg a beszivárgás értékeket mm/év-ben.

7.5

A modell futtatása –modellezési eredmények

A modell permanens áramlást szimulál. A numerikus szimuláció eredményei a modellezett terület földtani, vízföldtani ismereteinek jelen állapotát tükrözik, azokra épül. Bármely új adat, mely a modellbe beépített feltételezéseknek ellentmond, a bemenő paraméterek megváltoztatását és a szimuláció újrakezdését igényelheti. Elfogadható eredményeket csak akkor várhatunk, ha a rendelkezésre álló bemeneti adatok ellentmondásmentesek és tudásunk mai szintjén megfelelnek a valóságnak. Az 1-2 réteg nyílt, illetve nyílt/zárt tükrű, míg az alatta lévő rétegek szigorúan zárt tükrűek. Modellünkben az eredményként kapott vízszinteloszlás térkép többé-kevésbé magán viseli a karsztvízadó réteg geometriai viszonyait (31. ábra).

7.6

Eredmények értelmezése

Az eredmények kiértékelésénél felhasználtuk a számolt hidrosztatikai nyomásértékeket (31. ábra). A hidrogeológiai modell eredményei alapján megállapítható, hogy a területre jellemző fő áramlási irány DK-ÉNy, vagyis a Tasádi-dombság felől a Sebes-Kőrös medencéje felé, illetve a Királyerdő Ny-i pereméről a Pannon medence felé áramlik a felszínalatti víz.

65

31. ábra: A modell által számolt hidrosztatikai értékek

A területre jellemző, amely a modell ábráin is látszik (32-33. ábra), hogy a legintenzívebb kiáramlási zóna a Sebes-Körös mentén található. A modellezett terület K-i részén Félix településtől K-re a neogén összletek közé félszigetszerűen benyúlnak a mezozoós karsztos mészkövek, amelyek nagyobb szivárgási tényezővel és porozitással rendelkeznek. Kiemelt helyzetéből adódóan, ezekből a mészkövekből áramlik a víz a SebesKörös medencéje fele. A legintenzívebb az áramlás a 4-ik modellrétegben, ahol a mészkövek közvetlenül érintkeznek a homokos-agyag, agyagyagos homok, homok pleisztocén–pannon rétegekkel. Az adott modellréteg áramlási intenzitását továbbá a pannon rétegekre telepített víztermelő kutak nagy vízkivétele befolyásolja Mind a román, mind a magyar oldalon a települések vízellátását leginkább a pleisztocén–felső-pannon vízadó rétegekből látják el. A hidrogeológiai modellezés alapján, amely figyelembe vette a kijelölt terület komplex földtani viszonyait, meghatározhatóak lettek a területre jellemző főbb áramlási irányok, a területre jellemző lokális beáramlási és kiáramlási zónák. A kiáramlási területek a Sebes-Körös mentén, a beáramlások a Tasádi-dombságon találhatóak. A hidrogeológiai modellezés alapján, amely figyelembe vette a kijelölt terület komplex földtani viszonyait meghatározhatóak lettek a területre jellemző főbb áramlási irányok, a területre jellemző lokális beáramlási és kiáramlási zónák. A kutatás során végzett terepi vizsgálatok és a korábbi irodalmi adatok alapján felépített véges-elem módszerrel működő Feflow-modell megmutatta azokat az adathiányosságokat, amelyeket korábban nem tartottak fontosnak, és így nem volt a modellbe beépíthető. A terület pontosabb modellezéséhez a 66

további kutatásoknak mérniük kell egyidejűleg a csapadékmennyiséggel a területen található nagyobb vízfolyások hozamát, a termelő kutakban a vízszint és vízhozam adatokat, kémiai paraméterek változását, vízszintváltozást automata vízszintregisztrálóval legalább egy hidrológiai cikluson keresztül. Továbbá a földtani modell pontosításához részletesebb geofizikai vizsgálatok szükségesek, ugyanis a mezozoós mészkövek és a pannon üledékek pontos határa nem ismert. Az így nyert adatokkal kiegészítve pontosítható a jelenlegi hidrogeológiai modell.

32. ábra: A vízáramlási viszonyok az 1. modellrétegben

67

33. ábra: A vízáramlási viszonyok a modell 4-ik rétegében

68