Az EU Víz Keretirányelv szerinti felszín alatti víztestek kijelöléséhez, értékeléséhez szükséges feladatok

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ÉPÍTÔMÉRNÖKI KAR VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3-5. ,

Tel:(36-1)463 1530;

Fax:(36-1)463 3753

Az EU Víz Keretirányelv szerinti felszín alatti víztestek kijelöléséhez, értékeléséhez szükséges feladatok Zárójelentés Budapest

2003. március

__________________________________

Tartalomjegyzék Bevezetés 1. Felszín alatti vizekkel kapcsolatos tanácsadói tevékenység 2. Felszín alatti víztestek kijelölése 3. A felszín alatti vizek mennyiségi állapotának jellemzése Talajvízszintek térképezés 3.2.

A felszín alóli víztermelés adatbázisa

3.3.

A hasznosítható felszín alatti vízkészlet becslése 3.3.1.Módszertani megközelítés 3.3.2.Vízháztartási modell kidolgozása és eredményei 3.3.3.A párolgás számítás pontosításának előkészítése (Morton-módszer) 3.3.4.Porózus víztestekre vonatkozó regionális hidrodinamikai modell kidolgozása és eredményei 3.3.5.Karsz víztestek modellezése

4. Konklúziók és további feladatok

Mellékletek jegyzéke 1. melléklet: A VKI hazai implementálásával kapcsolatos feladatok, a felszín alatti vizek mennyiségi kérdései 2. melléklet: Regionális vízháztartási model módszertani alapjai 3. melléklet: Talajvíztérképek 4. melléklet: Vízháztartási elemek 5 évenkénti átlagértékeiről készült térképek CD-melléklet

Bevezetés A munkának kettős célja volt: − Az EU Keretirányelv szerint kijelölendő felszín alatti víztestekhez kapcsolódó, a mennyiségi állapotra vonatkozó koncepcionális kérdések elemzése, javaslatok készítése, a nemzetközi anyagokban szereplő információk elemzése. − A felszín alatti víztestek vízháztartási jellemzőinek meghatározására, ennek révén a víztestek mennyiségi állapotának jellemzésére alkalmas modell kifejlesztése. Ennek megfelelően a munkaprogram és a végrehajtás is két jól elkülöníthető blokkra osztható.

1. A felszín alatti vizekkel kapcsolatos tanácsadói tevékenység A munkarész keretében 2002-ben három alkalommal vettünk részt a VKI hazai végrehajtását rendszeresen figyelemmel kísérő stratégiai munkacsoport ülésein, amelyek előkészítéseként áttekintettük a felszín alatti vizekkel foglalkozó útmutatók aktuális javaslatait. Összefoglaltuk a hazai végrehajtás feladatait. Ennek a támának a keretében a felszín alatti víztestek kijelölésével, a mennyiségi jellemzéssel és a monitoringgal kapcsolatos feladatok összefoglalója készült el. (részletesen l. 1. melléklet). Az EU Víz Keretirányelv hazai alkalmazásából adódó, 2004. december 22-ig végrehajtandó, felszín alatti vizekkel kapcsolatos feladatok, figyelembe véve a 2329/2001. (XI. 21.) Korm. határozatot is: 1. A felszín alatti vizekkel kapcsolatos hazai jogharmonizáció 2. A vízgyűjtő gazdálkodás területi egységeinek kijelölése – ezen belül különös tekintettel a felszín alatti víztestekre. 3. A felszín alatti víztestek jellemzése, a jó mennyiségi állapot szempontjai szerint 4. A felszín alatti vizek mennyiségi monitoringja A jelen munka keretében a 2. – 4. pontokban megjelelölt feladatokkal foglalkoztunk. Az egyes feladatkörök teljesítéséhez tatozó, 2004-ig várható költségeket és ezek évenkénti megoszlását foglaltuk össze az 1. táblázatban. Az elemzés, és így a költségek sem tartalmazzák azokat a tételeket, amelyek a 2004. december utáni határidős feladatokhoz tartoznak, mint pl. a víztestek szerinti környezeti célkitűzések meghatározása, a monitoring beindítása, majd a víztestenkénti állapotértékelés és az intézkedési programok meghatározása.

1.

táblázat A VKI teljesítésével kapcsolatos feladatok és várható költségek a felszín alatti víztestek mennyiségi jellemzésével kapcsolatban

Feladatkör Felszín alatti víztestek finomítása, a végleges térképek elkészítése A felszín alatti víztestek jellemzése • A felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák azonosítása és elemzése • Készletszámítások

Költségek (M Ft) 2003 2004 összesen 10(1) 3(3)

3

3

3(2) 3(2)

13 6

• Vízkivételekre és egyéb vízhasználatokra vonatkozó információk elemzése • Határokkal osztott víztestekre vonatkozó elemzés • Jellemzés, az ICPDR és az EU jelentés összeállítása Alapozó munkák • Vízháztartási modell • Vízszinttérképek szerkesztése, idősorok bemutatása (források is) • Vízhasználatokra vonatkozó adatok (vízkivétel, dúsítás, visszasajtolás) Összesen: (1) (2) (3) (4) (5)

7 5(4) 15 7(5) 47

5 8 15

5 15 15

3 5

8 20 7 90

43

Ebből 5 M Ft-ért a KGI feltérképezi a természetvédelmi területeteket, 5 M Ft pedig az KvVM-MTA fenntartható vízgazdálkodás c. projekt keretében módszertani megalapozásra fordítódik Az KvVM-MTA fenntartható vízgazdálkodás c. projektje keretében a kritériumok és az azoknak megfelelő készletmódosítás meghatározása A jelen téma keretében megtörténik A modell fejlesztés első fázisa ezzel a témával lezárul (3 millió Ft.) , finomítások szükségesek 2 millió Ft értékben A VIZIG-ek bevonásával,

A végrehajtás kereteire vonatkozó általános megjegyzések (a felszíni vizekre és a minőséget érintő kérdésekre is vonatkozik): − A vízgazdálkodási tervek elkészítése, a monitoring irányítása, a külföldi kapcsolatok ellátása mintegy 40 – 50 fő folyamatos munkájával teljesíthető. A feladatok végrehajtása a különböző szakemberek szoros együttműködését kívánja, állandó koordinálást, ugyanakkor a feladatok ismeretlensége miatt rugalmasságot is igényel. Ehhez egy külön erre a célra szervezett intézmény/csoport létrehozása javasolt, mert a feladatokat valószínűleg nem lehet hatékonyan, egyedi megbízások formájában, különböző vállalkozók bevonásával megoldani. A szoros együttműködés igénye már a 2004. decemberig teljesítendő két súlyponti feladat (a feltárás és a víztestek jellemzése) végrehajtásában is jelentkezik. Javasoljuk tehát, hogy ennek szervezésében is a lehetőségekhez mérten biztosítani kell a VIZIG-eken és a KöF-eken végzett munkák (esetenként a hatóságtól független) koordinálását. − A fenti feladatok mellett folyamatosan jelentkeznek az egyéb EU irányelvek hazai teljesítésével kapcsolatos feladatok (szennyvíz program, nitrát program, vízminőség javító program, a felszíni és a felszín alatti vizek védelmét szolgáló EU konform jogszabályok érvényesítése). Ezek végrehajtásának költsége nagyságrendekkel haladja meg a Keretirányelv bevezetésével kapcsolatos költségeket (összesen - a bizonytanul becsülhető felszín alatti vizek védelmével kapcsolatos költségek nélkül - kb. 1400 milliárd Ft-ról van szó, azzal együtt akár a duplája). Ugyanakkor a Keretirányelv ezek végrehajtását a vízgazdálkodási tervekbe integrálja, a környezeti célkitűzések teljesítése alá rendezve. Emiatt végrehajtásukban a mostaninál szorosabb koordináció szükséges, illetve a Keretirányelv teljesítésének előrehaladásával szükség lehet a környezeti programok módosítására is. Ez erősíti egy erős, „vízgyűjtő-tervezéssel” foglalkozó intézmény kialakításának szükségességét.

2. A felszín alatti víztestek kijelölése A víztestek kijelölése az EU útmutató és a hazai sajátosságok figyelembevételével történt. Ennek részletei az 1. mellékletben illetve a CD fav_víztestek könyvtárában találhatók, itt csak az állapotjellemzés céljára kijelölt víztestek térképeit mutatjuk be (1. a., b., c., d. ábra).

1.a ábra Víztestek porózus vízadókban

1.b. Víztetek poróus termál vízadóban

1.c. Víztestek karszt víztartókban

1.d. Nem karsztos víztestek hegyvidéki területeken

3. A felszín alatti vizek mennyiségi állapotának jellemzése 3.1. Talajvízszintek térképezése

A Víz Keretirányelv a monitoring egyik feladataként jelöli meg a felszín alatti víz szintjének bemutatását, ami csak 2007-től jelentkező feladat lenne. A vízszintekre vonatkozó információk azonban közvetve felhasználandók a víztestek részletes jellemzéséhez is: − kritikus állapotú és határokkal osztott víztestek esetében be kell mutatni a vízkivételek vízszintekre gyakorolt hatását, − szerepe lesz a felszín alatti vizektől függő szárazföldi ökoszisztémák azonosításában, − a vízháztartási és a kapcsolt egyszerűsített országos vízföldtani modell kalibrálásához szükséges. A jelen munka keretében a talajvízszintek térképsorozatát készítettük el, a rétegvízszintekre vonatkozó térképeket a VITUKI készíti, más téma keretében. A térképsorozat szerkesztése a következő módszerrel történt: − az alapot az 1956-60 közötti öt évre vonatkozó, átlagosnak tekinthető vízszint térkép jelenti, amelynek előállításához felhasználtuk az erre az időszakra vonatkozó részletes terep alatti vízállás térképet valamint a digitális domborzat térképet (a domborzat térképből kivonva a vízállás térképet ugyancsak egy potenciáltérképet kapunk, amely szerint korrigálni lehetett az eredeti vízszinttérképet); − a fentiek szerint elkészült térképet javítottuk (kiegészítettük) a főbb folyók átlagos vízszintjei és a dombvidéki kutak építéskori vízszintjei alapján; − az 56-60-tól eltérő ötéves időszakokra vonatkozó térképeket az alaptérkép és a mérési pontokra meghatározható különbségekre illesztett térképek alapján állítottuk elő. A térképek előállításának alapját jelentő, 1956-60-as időszakra vonatkozó terep alatti talajvízállás és talajvízszint térképet mutatjuk be az 2.a és 2.b ábrán. Az 1951-2000 közötti 50 év ötéves periódusaira vonatkozó térképeket a 3. melléklet, illetve a CD „talajvíztérképek” könyvtára tartalmazza.

2.a. Terep alatti talajvízállás, az 1956 – 60 as időszak átlaga

2.b. Talajvízszintek, az 1956 – 60-as időszak átlaga

3.2. Felszín alóli vízkivételek adatbázisa A felszín alatti víztestek mennyiségi állapota értékelésének fontos eleme a vízkivételekre vonatkozó adatok bemutatása és összehasonlítása a víztest hasznosítható készletével. A vízkivételek összesítése a következő információk alapján történt: − A víztermelő kutak törzsadat file-ja, amely tartalmazza a kutak EOV koordinátáját, a vonatkoztatási pont mBf magasságát, és szűrőzési szinteket. A Vízbázis Atlasz objektum-törzs adat file-jában a szűrőzésre, talpmélységre vonatkozó adatok sokszor hiányosak. A jelen munka keretében az objektum törzsállomány az alábbi állományok alapján készült: − Az 1991 – 96. évek során a VIZIG-ektől beérkezett vízbázis file-ok − A 2001-es év Vízbázis Atlasz file-jai − Az 1983 – 2000 között kataszterezett kutak törzs adatai, beleértve a nyugalmi és az üzemi vízszinteket, a hozamot és a hőfokot. Ez összesen mintegy 32 500 objektum. − Az 1951-90-ig terjedő időszakra vonatkozóan a VIZIG-ek által a 90-es évek elején összeállított, a területükön lévő vízkivételi helyek víztermelési file-ja tekinthető a leginkább teljeskörü felmérésnek, ami a vízkivételi hely koordinátján és a szűrőzési szinteken kívül tartalmazza a vízadó típusát, a fedő és a fekü jellegét, valamint az

1951 – 80 közötti időszak ötévenként összesített vízkivételi adatait, 81 után pedig az évenkénti vízkivételi adatokat. − Az 1990 utáni időszakra vonatkozóan a VKJ adatok Vízbázis Atlaszban szereplő értékei, valamint az üzemi adatszolgáltatás víztermelésekre vonatkozó adatai. Eddig az 1991-98, és 2001-es év lett teljeskörüen feldolgozva. Esetenként a VKJ-ban és az üzemi adatszolgáltatásban is szereplő kutak megfleltetése az azonosító hibái miatt nehéz. − Az engedélyezett víztermelés és a felhasználás célja az ún. objektum-csoportokhoz tartozik, az egyes kutak objektum csoport kódja azonban ellenőrzést igényel. A 3. ábrán a 2001. évi feldolgozások eredményeit foglaltuk össze a talajvíztartóra (3.a. ábra), a felső pleisztocénre (3.b. ábra), az alsó pleisztocénre (3.c. ábra) és a termálvíztartóra (3.d. ábra). A CD-n az eredmények a „vízkivételek“ könyvtárban találhatók.

3.a. ábra Víztermelés a talajvíztartóból (< 20 m mély) 2001-ben

3.b. ábra Víztermelés a felső pleisztocén víztartóból 2001-ben

3.c. ábra Víztermelés az alsó pleisztocén víztartóból 2001-ben

3.d. ábra Víztermelés a pannon rétegből 2001-ben

A fenti adatok alapján a vízkivételi helyek a víztestekhez rendelhetők, illetve fordítva, vízkivételi helyenként megadható, hogy a kút melyik objektumhoz tartozik. Az 1. táblázat a 2001. évi termelés megoszlását mutatja az egyes porózus víztestek között. (A termál kutak elkülönítésének hiánya miatt a termál víztartók termelését a kordináta szerint releváns nem termál víztartó víztestjeihez soroltuk. 1. táblázat 2001. évi termelési adatok víztestenként összes A víztest termelés A víztest sorszáma (m3/nap) sorszáma 1 -20 991 16 2 -37 297 17 3 -9 788 18 4 -7 888 19 5 -4 285 20 6 -50 21 7 -714 22 8 -5 23 9 -107 24 10 0 25 11 -2 071 26 12 -7 591 27 13 -12 888 28 14 -38 431 29 15 -7 355 30

összes összes termelés A víztest termelés (m3/nap) sorszáma (m3/nap) -23 812 31 -17 195 -11 871 32 -4 530 -15 022 33 -2 688 -8 34 -21 654 -2 803 35 -54 354 -5 428 36 -110 986 -14 319 37 -1 192 -6 136 38 -16 594 -45 654 39 -40 283 -22 809 40 -21 698 -1 123 41 -2 340 -77 550 42 -4 230 -31 289 43 -3 634 -752 44 -4 043 -310 45 -2 132

3.3. A hasznosítható felszín alatti készlet becslése 3.3.1. Módszertani megközelítés A VKI szerint a felszín alatti vizek jó mennyiségi állapotának egyik feltétele, hogy a vízkivételek sokévi átlaga nem haladhatja meg a hasznosítható készlet értékét (V. melléklet ….). A hasznosítható készlet definiciója: a sokévi utánpótlódás értéke csökkentve a felszín alatti vizektól függő vizes és szárazföldi ökoszisztémák felszín alatti vizekből származó vízigényével (VKIdefiníciók). Ez határozottan vízháztartási szemléletű megközelítés, és a megfogalmazás gyakorlatilag azt jelenti, hogy a sokévi átlagos utánpótlódásból a vízi ökoszisztémák működésének fenntartásához szükséges alaphozamot és forráshozamot, illetve a szárazföldi ökoszisztémák esetében az ökológiai szempontból szükséges talajvízpárolgást le kell vonni. Egy másik megközelítés szerint (V. melléklet, …) a vízszinteknek kell olyanoknak lenniük, hogy a fenti feltétel teljesüljön. Lényegében ugyanarról van szó, azonban a Keretirányelven belüli két megközelítés is jelzi a lehetséges módszertani megközelítés különbségeit. Az ún. „top-down” megközelítés lényege, hogy a víztestek szintjén a vízkivétel ne haladja meg a hasznosítható készlet vízháztartási alapon becsült értékét. A feltétel elemzéséhez tekintsük a következő vízháztartási egyenletet. ΔV = Δt⋅[Qbe - Qki + A·(b – etatv) – Qfav-fsz + Qfsz-fav] ΔV: a tárolt készlet megváltozása (adott időpontbeli értéke V) [L3] Qbe: peremi beáramlás [L3/T]

Qki:

peremi kiáramlás [L3/T] b: beszivárgás a talajvízbe [L/T] etatv: a talajvízből történő evapotranszspiráció intenzitása [L/T] Qfav-fsz: a felszín alatti vizekből származó alaphozam, illetve forráshozam [L3/T] Qfsz-fav: a felszíni vizekből származó utánpótlódás [L3/T] Δt: a mérleg időszakának időtatama [T] A: a vízgyűjtő területe [L2] a jobb oldalon szereplő jellemzők mindegyike a mérleg időszakára vonatkozó átlagos érték

Ha ezt az egyenletet a sokévi átlagos állapotra írjuk fel, akkor a tározásváltozás zérus, tehát az utánpótlódási és a megcsapolási tagok egyensúlyban vannak. Ha ebbe a rendszerbe beavatkozunk a vízkivétellel, és továbbra is elvárjuk, hogy a vízkivétel ne a tárolt készlet rovására történjen (a vízszintek ne süllyedjenek tartósan, vagyis ΔV=0), akkor a vízháztartás egyensúlyát kifejező egyenlet a következő formára változik: 0 = Qbe - Qki + A·(b – etatv) – Qfav-fsz + Qfsz-fav – K K: vízkivételek [L3/T]

A vízkivétel hatását az oldalirányú beáramlás és a felszíni vizekből származó utánpótlódás növekedése (partiszűrés is!), a kiáramlás csökkenése, a talajvízből származó párolgás és/vagy az alaphozam csökkenése kompenzálhatja. A Keretirányelvben is szereplő utánpótlódás értelmezése némi magyarázatot igényel, hiszen ha kizárólag csak a vízkivétel nélküli, vagy csak a vízkivétellel módosított állapotot tekintjük, akkor a bevételt jelentő tagok változtatás

nélküli figyelembevétele torz eredményt ad. Ismert kapcsolat, hogy a talajvizet elérő beszivárgás a sokévi átlagos talajvízállás növekedésével csökken, majd egy küszöbértéknél mélyebb talajvízállás esetén gyakorlatilag konstanssá válik. A sokévi átlagos utánpótlódás számításához ezt az invariáns értéket érdemes figyelembe venni. Az oldalirányú utánpótlódás és a felszíni vízből történő beszivárgás a vízkivétel növelésével nőhet (ez utóbbi érzékletes példája a partiszűrésű vízkivétel, ahol a vízkivétel túlnyomó részét éppen ez a növekmény adja). Mivel így az utánpótlódás csak a vízkivétel függvényében lenne értelmezhető, célszerű a vízkivétel nélküli értéket figyelembe venni, a partiszűrűsű készleteket pedig külön tárgyalni és a partszakasz kapacitása alapján meghatározni. A fentiek szeint, egy adott terület felszín alatti vizeinek utánpótlódását a vízkivétel nélküli állapothoz tartozó oldalirányú beáramlás és felszíni vizekből történő beszivárgás, valamint talajvizet elérő beszivárgás lehetséges minimumának 1 összegeként értelmezhetjük. Ha felszín alatti vízgyűjtőről van szó, akkor az oldalirányú beáramlás zérus. Ha nem, akkor viszont a szomszédos területeken az egyik területet elhagyó kiáramlás a másik terület számára az utánpótlódást alkotó beáramlást jelenti. Ha az utánpótlódás hosszú távú fenntartását kritériumnak tekintjük, akkor a ténylegesen hasznosítható készlet a vízkivételi állapotban kiáramló vízmennyiséggel biztosan kisebb, mint a fentiek szerint definiált utánpótlódás (hiszen az a szomszédos terület megőrizendő utánpótlódásának része). A fenti szűkítés gyakorlatilag azt jelenti, hogy a hasznosítás szempontjából szóba jöhető utánpótlódás a vízkivétel nélküli állapotra jellemző oldalirányú vízforgalom egyenlege és a felszíni vizekből beszivárgó vízmennyiség, valamint a talajvizet elérő beszivárgás lehetséges minimuma. Valamennyi jellemző esetén a sokévi átlagos érték a mérvadó. Ha a vízkivétel lehetséges maximumát a fentiek szerint definiált utánpótlódás jelentené, akkor az egyéb megcsapolási formák megszűnnének, vagyis megszűnnének a források, a talajvíz nem táplálná a vízfolyásokat és a növényzet nem számíthatna a talajvízből származó vízre. A Keretirányelv szerint megfogalmazott, az ökoszisztémák jó állapotának fenntartását szolgáló kritériumok azt jelentik, hogy egy adott víztestre vonatkozó ténylegesen hasznosítható felszín alatti vízkészlet, a vele kapcsolatban lévő vizes és szárazföldi ökoszisztémák működéséhez szükséges vízmennyiséggel (elvileg az egyes ökoszisztémák víztestre összegzett ilyen típusú vízigénye) kevesebb az utánpótlódásnál. Ehhez az állpothoz azonban az utánpótlódásnál figyelembe vett minimumnál nagyobb beszivárgás is tartozik. Másrészt Magyarországon elkülönítve tárgaljuk a porózus termálvíztartókat is, amelyeknek nincs önálló vízháztartása, tehát a fenti séma nem alkalmazható ilyen egyszerűen. Ebből kiindulva célszerűnek látszik a feltételeket kielégítő vízforgalmi állapot közvetlen elemzésére koncentrálni, és így megállapítani a hasznosítás kritériumait. Ennek lényege, hogy a sokévi utánpótlódást a terület jellegétől függően (domborzat, talajtípus, le- vagy feláramlási jelleg) felosztjuk továbbadandó, párolgásra és alaphozamra fordítandó, illetve hasznosítható részre. Ezt az értéket tekinthetjük a hasznosítható készlet víztest szintű „top-down” becslésének.

1

A sokévi átlagos talajvizet elérő beszivárgás minimális értéke egy adott talajszelvény és növény előfordulása esetén ahhoz a sokévi átlagos vízálláshoz tartozik, amely esetén már nincs talajvízből történő párolgás, mert a talajszelvényre jellemző kapilláris emelőmagasság már nem képes vizet juttatni a győkérzóna alsó szintjére sem.

Az erre alkalmas eszköz egy olyan vízháztartási modell, amelynek segítségével számítható az utánpótlódás, a talajvízből történő párolgás és a felszíni vizeket tápláló szivárgás. A modellnek képesnek kell lennie a vízkivételeket kompenzáló párolgás- és alaphozam csökkenés becslésére, ezenkívül a felszíni vizekkel való kapcsolat miatt a vízháztartási modulnak ki kell terjednie a felszíni lefolyásra is. A beszivárgás a felszíni lefolyás becslésén, az alaphozam pedig a mederbeli lefolyáson keresztül kapcsolja a felszín alatti modellt a felszíni lefolyás modellezéséhez. A felszínközeli hidrológiai folyamatokat leíró vízháztartási modellt ki kell egészíteni egy regionális léptékű hidrodinamikai modellel, amely a víztestek közötti oldalirányú átadódásokat képes számítani. Ezt a modellt a porózus, a porózus termál és a karszt víztestekre dolgozzuk ki, a hegyvidéki területek nem karsztos víztestjei esetében a becsléseket egyszerű, empírikus módszerekkel célszerű becsülni. Megjegyezzük, hogy a VKI egy harmadik környezeti feltételt is említ, nevezetesen, hogy a vízkivétel által okozott depresszió hatására ne induljon el olyan áramlás, amely vízminőségromláshoz vezet – lokális jellege miatt azonban a regionális léptékű elemzés során ezzel nem foglalkozunk. Ez lényegében átvezet a kérdés lokális szintű problémáihoz. Az előzőek szerint víztest szinten meghatározott vízkivétel területi elosztását a lokális körülmények, vagyis a felszín alatti víztől függő ökoszisztémák elhelyezkedése szabja meg. A hasznosítás lokális korlátaiból kiinduló becslést nevezhetjük „bottom – up” megközelítésnek. Lényege, hogy a talajvíztől függő ökoszisztémák vízállásra vagy vízhozamra vonatkozó korlátai alapján finomítható a hasznosítható készlet „top-down” becslése, illetve megadhatók a káros hatásokat kiküszöbölő területi eloszlás követelményei..

3.3.2. A vízháztartási modell kidolgozása és eredményei A felszíni és a felszín alatti vizeket összekapcsoló, a hasznosítható készlet fenti elvek szerinti meghatározására alkalmas vízháztartási modell módszertani leírását tartalmazza a 2. melléklet. A későbbi részletes kidolgozás során a lefolyási és a párolgási modulban alkalmazott empirikus összefüggések természetesen változhatnak (l. 3.3.3. fejezet) A sokévi átlagos viszonyok modellezése gyakorlatilag azt jelenti, hogy a becsléseket meteorológiai szempontból átlagosnak tekinthető időszak adatai és mérései alapján végezzük. E mellett szükség van a száraz és a nedves periodusokhoz tartozó ingadozás becslésére is. Ennek megfelelően a modellezés a 1951-től évektől indul és onnan kezdve 5 éves időlépcsőkben vizsgáljuk a vízháztartási jellemzők változását. A számítási háló 1km x 1km mérete a vízháztartási viszonyokat befolyásoló elemek (domborzat, talaj, növényzet) területi változékonyságából és a víztestek méretéből adódó optimumnak (kompromisszumnak) tekinthető. Példaként az 1956-60-as és az utolsó 5 éves periódusra vonatkozó számítás eredményeit mutatjuk be (4. ábra), a részleteket a 4. melléklet, illetve a CD vízháztartás könyvtára tartalmazza.

4.a ábra Vízháztartási jellemzők az 1956-60-as időszakra

4.b. ábra Vízháztartási jellemzők az 1996-2000-es időszakra

3.3.2. A párolgás számítás pontosításának előkészítése (Morton-módszer) Egy adott területen, a talajvíztartóban lejátszódó vízszintingadozás, az ún. talajvízjárás menetét, a meteorológiai viszonyokon kívül számos nehezen mérhető, ugyanakkor területileg igen változékony paraméter befolyásolja. Ilyen pl. a növényzet típusa, a gyökérzóna mélysége, az erózióbázis (pl felszini vízfolyás) közelsége, a víztartóréteg szivárgási tényezője, vagy az aktuális talajvízmélység. Mindezen tényezők figyelembevétele, csak egy igen összetett, sok paraméteres modellel lenne lehetséges, aminek a gyakorlatban való alkalmazhatóságát erősen korlátozná az egyes paraméterek értékére, és különösen azok területi eloszlására vonatkozó ismeretek hiánya. Elsősorban ez indokolja az alábbi vizsgálatok elvégzését, aminek célja a kevéssé ismert földtani- és növényzettel összefüggő- paraméterek elhagyásával, csak a legfontosabb tényezők, a csapadék és területi párolgás figyelembevételével a talajvízjárás szimulációja. A szimulációs modell a területi párolgás meghatározásánál a F.I.Morton által összeállított "Complementary relationship areal evapotranspiration", azaz "Kiegészítő kapcsolat a területi evapotranszspirációhoz" elnevezésü modellre épül. A módszer elnevezése arra a ─ mérésekkel alátámasztott ─ alapelvre utal, amely szerint bármely területen a csapadék változásával a területi evapotranszpiráció (ETP) összege állandó. Közismert, hogy az evapotranszspirációhoz rendelkezésre álló nedvesség csökkenésével a levegő egyre melegebbé és szárazabbá válik, a melegebb és szárazabb levegő pedig megnöveli a potenciális evapotranszspirációt. Kétségtelen tehát, hogy a kapcsolat negatív, a csapadék növekedésével ET nő, ETP csökken, míg vízzel telített nedves felszínen a tényleges és potenciális evapotranszspiráció értéke egyenlő. Hasonló földrajzi környezetben lévő öntözött területeken mért kádpárolgás (nedves felszín párolgása = ETW) a teljesen száraz területeken tapasztalt kádpárolgás (potenciális evapotranszspiráció) 50%-ra adódik. A potenciális evapotranszspiráció és a nedves felszín evapotranszspirációjának számítása egyaránt a felszín sugárzási egyenlegén alapszik, amiből az elpárolgó vízoszlop magasságát a párolgásra fordítódó hőösszeg és a párolgás rejtett hőjének hányadosából kapjuk. A számításhoz szükséges alapadatok: ─ a vizsgált terület földrajzi szélessége ─ a vizsgált terület tengerszint feletti magassága Klimatológiai adatsorok ─ havi átlag harmatpont idősor ─ havi átlag hőmérséklet idősor ─ havi összes napfénytartam idősor A Morton-féle területi evapotranszspiráció számításokat az 1968 – 1999 közötti időszakra az ország alábbi 11 állomására végeztük el: Győr, Szombathely, Keszthely, Siófok, Budapest, Szolnok, Szeged, Békéscsaba, Debrecen, Nyíregyháza. A CD-n a vízháztartás könyvtárban találhatók a részletek. Az évi összes párolgás átlaga a 11 állomás adatai alapján 432 – 543 mm között változik, legmagasabb Siófokon, a legkevesebb Budapesten. A budapesti minimum arra utal, hogy a nagy kiterjedésű városban a klíma adatok havi átlagaiban is jól kimutatható az a tény, hogy a kiépített csatornahálózat révén a lehulló csapadék jelentős része, ⎯ elsősorban a nagy csapadékoknál ⎯ lefolyik. Budapest után a legkisebb számított párolgás Nyíregyházán van, 466 mm. Az éven belüli maximum általában június - júliusban jelentkezik, a minimum

decemberben vagy januárban. Ezekben a hónapokban nem ritka a negatív számított párolgás, ami a valóságban dér vagy zúzmara formájában csapadékként jelenik meg. Az elmúlt 30 évet tekintve a számított területi párolgás idősorában trendszerű változás nem mutatható ki, általában nagyobb területi párolgás adatok a csapadékosabb években fordultak elő, hiszen ilyenkor elegendő nedvesség állt rendelkezésre a nagyobb párolgáshoz. A számított havi párolgás idősorok a 5/a-g. ábrán láthatók. Győr

160 140 120 100

mm

80 60 40 20 0 -20 1967

1972

1977

1983

1988

1994

1999

év

5.a. ábra Havi párolgás - Győr Siófok 160 140 120

mm

100 80 60 40 20 0 -20 1967

1972

1977

1983 év

1988

1994

1999

5.b. ábra Havi párolgás - Siófok Szolnok 160 140 120

mm

100 80 60 40 20 0 -20 1967

1972

1977

1983

1988

1994

1999

év

5.c. ábra Havi párolgás - Szolnok Szeged 160 140 120

mm

100 80 60 40 20 0 -20 1967

1972

1977

1983

év

1988

1994

1999

5.d. ábra Havi párolgás - Szeged Békéscsaba 160 140 120 100 mm

80 60 40 20 0 -20 1967

1972

1977

1983 év

1988

1994

1999

5.e. ábra Havi párolgás - Békéscsabar Debrecen 160 140 120

mm

100 80 60 40 20 0 -20 1967

1972

1977

1983

1988

1994

1999

év

5.f. ábra Havi párolgás - Debrecen

Nyíregyháza 160 140 120

mm

100 80 60 40 20 0 -20 1967

1972

1977

1983

1988

1994

1999

év

5.g. ábra Havi párolgás - Nyíregyháza

3.3.4. A regionális, porózus víztestekre vonatkozó hidrodinamikai modell kidolgozása és eredményei A 3.3.2. pontban bemutatott vízháztartási számítás nem tartalmazza a felszín alatti vizek oldalirányú áramlásának kiegyenlítő hatását, illetve az alaphozamból származó lefolyást. A teljes vízmérleg felállításához és a hasznosítható készlet megállapításához viszont mindkét elemre szükség van. Ezek számítását teszi lehetővé egy a víztestek léptékéhez igazodó regionális felszín alatti modell. A modell input adataként szereplő beszivárgásnak összhangban kell lennie a vízháztartási modullal becsült beszivárgás értékekkel. A vízháztartási modullal becsült felszíni eredetű lefolyás a számított alaphozammal együtt pedig jó egyezést kell mutasson a vízkivételekkel „visszakorrigált” mért mederbeli lefolyással.

A hasznosítható készlet az átlagos viszonyokhoz tartozó modell felhasználásával úgy kereshető meg, hogy a vízkivételeket mindaddig növeljük, amíg a számított talajvízpárolgás és alaphozam nem csökken egy előre megadott kritérium értéke alá (a „top-down” megközelítés esetén ez az utánpótlódás valamilyen meghatározott aránya, a „bottom-up” megközelítés esetén viszont kiemelt pontonként megadott konkrét érték - akár ennek kombinációja is alkalmazható). A VKI-ból szigorúan nem következik, de célszerű meghatározni a vízkivétel nélküli átlagos állapothoz tartozó vízmérleg elemeket is. A kritériumok meghatározására később visszatérünk. A modellezés tematikája szerint a víztestek földtani típusainak megfelelően külön készült el a karszt, illetve a porozus víztestekre vonatkozó modell. Az előbbi a Hydrosys Kft feladata volt, az utóbbi pedig szoros kooperációban készül az Országos Vízföldtani Modell fejlesztésével (témafelelős: VITUKI Rt.). A porózus modell horizontális kiterjedését elvileg a Pannon medence hegyvidéki peremei adják (6. ábra), és ez lesz a következő lépcsőben kidolgozandó modell határa is. A tényleges modell azonban az alkalmazott MODFLOW verzió méretkorlátai miatt ennél kisebb (7. ábra). A modell az országon belül igazodik a porózus rétegekben lehatárolt víztestekhez, és tartalmazza a hegyvidéki területeken található összefüggő porózus, illetve törmelékes vízadókat is. A horizontális felbontás 1km x 1 km-es hálója megfelel a vízháztartási számítás felbontásának

6. ábra A Magyarországi felszín alatti vizeket érintő hatások határa (forrás: Erdélyi Mihály)

7. ábra A regionális hidrodinamikai modell jelenlegi kiterjedése A vertikális felbontást pedig a víztestek lehatárolásához alkalmazott koncepció és az Országos Vízföldtani Modellben alkalmazott vízföldtani határok együttesen határozták meg, a 8. ábrán bemutatott séma szerint. A OVM rétegfelosztását egyszerűsítettük, és csak annyi réteget tartottunk meg, amennyi a felszínközeli vízháztartási vizsgálatok, illetve az eltérő mélységű vízkivételek kezelésére feltétlenül szükséges.

Talajvíztartó Fő ivóvízadó fedőrétegei (felső pleisztocén)

Porózus víztest (ivóvíz)

Fő ivóvízadó (alsó pleisztocén)

Porózus, az Alföldön termálvizes rétegek (felső pannon)

Porózus termál víztest (részben)

8. ábra A regionális modell vertikális rétegfelosztása A talajvíztartó szivárgási tényezőjét a MÁFI-VITUKI felszínközeli képződményeire (10 m vastag összlet típus-rétegzettségére) vonatkozó térképe alapján határoztuk meg, átlagos horizontális, illetve eredő vertikális értékként. A többi réteg esetében a becslés korábbi feldolgozásokon, illetve egyes kisebb területeken szerzett részletesebb ismereteken alapult. A horizontális értékeket a 9.a, c ábrák szemléltetik. A talajvíztartó eredő vertikális szivárgási tényezőjét a 10. ábra mutatja. A 2. 3. és 4. modellréteg vertikális k-tényezőjét anizotrópia alapján határoztuk meg, amely rendre a következő: 2. réteg 10.000, 3. réteg 1000, 4. réteg 10.000.

9.a. ábra a talajvíztartó átlagos horizontális szivárgási tényezője

Felső pleisztocén rétegek horizontális szivárgási tényezője

Szivárgási tényező (m/nap) 1 2 5 10 20 100

9. b ábra A felső plesztocén horizontális szivárgási tényezője

Alsó pleisztocén - fő ivóvízadó - rétegek horizontális szivárgási tényezője

Szivárgási tényező (m/nap) 1 2 5 10 20 50

9.c. ábra Az alsó pleisztocén átlagos horizontális szivárgási tényezője

Felső pannon rétegek horizontális szivárgási tényezője

Szivárgási tényező (m/nap) 1 2

9.d. ábra A felső pannon horizontális szivárgási tényezője

10. ábra A talajvíztartó eredő vertikális szivárgási tényezője Az előkészítő számítások fontos eleme, hogy a talajvíz a mérések alapján szerkesztett térképek (l. 2. melléklet) szerint ismertnek tekinthető, és a modell a talajvíz szintjén jelentkező fluxust számítja ki, ami a beszivárgás, a párolgás és a vízfolyásokkal való vízforgalom eredője. Ez a beszívárgás vízháztartási modellel történő (a felszíni lefolyással összhangban történő – l. 4. melléklet) becslése alapján választható szét beszivárgásra és párolgásra. A számítást különböző (5 éves) időszakokra megismételve, cellánként megadhatók a talajvízszint (változás) és a talajvízpárolgás összetartozó értékei, ezek alapján pedig a közöttük lévő összefüggés paraméterei. Az egyes cellákra vonatkozó paraméterek értékelhetők a domborzatra, a növényzetre, a talajra és a fedőrétegre vonatkozó információk alapján. A cél a fenti jellemzők függvényében – esetleg régionként változóan – a talajvízháztartás paramétereinek meghatározása. Az alaphozam a mért kisvízi hozamok alapján becsülhető, illetve ehhez felhasználhatók a párhuzamos téma keretében, a kalibrált felszíni modellekkel számított alaphozamok is. A modell 1 km x 1 km-es felbontása miatt indokolatlan a felszíni vízfolyás tényleges (a meder méreteit, áteresztőképességi együtthatóját és a felszíni vízszintet igénylő) megjelenítése, elegendőnek tartjuk a meder által történő megcsapolás talajvízszinttől való lineáris függésének figyelembevételét. A változást leíró összefüggés paraméterei ebben az esetben is értékelhetők a domborzatra, illetve a vízfolyás jellegére vonatkozó információk alapján. A modell ezenkívül számítja a többi réteg vízszintjét és a közöttük kialakuló függőleges átadódást. A számítások eredményeit (vízszintek az alsó pleisztocénban és a pannonnban talajvízforgalom, a talajvízek és rétegvizek közötti átadódás) a 11. ábra foglalja össze. Az elkészült modellel egyelőre két jellemző állapotot vizsgáltunk: az 1956 – 60-as időszak talajvízszint és az 1996 – 2000-es időszakot (amelyeket példaként választottunk a vízháztartási modellel végzett számítások bemutatásához is).

4. modellréteg számított vízszint térképe (m.B.f.) (termelt állapot)

4. modellréteg számított vízszint térképe (m.B.f.)

B od ro g

B od ro g

(termelés nélküli állapot)

p2 6. 1 91 3 52 . 29 00. 00

p2. 61 84 5 0. 2 557 00. 00

ZA TIS

p2 6. 9 11 5 3. 229 00. 00 p2 6. 8 15 4 0. 2 557 00. 00

p13 2. 18 1. 09 1 3 427. 8

p4 2. 12 1 2. 7 218 61. 24

p2. 19 17 1 4. 102 00. 00

Ipoly

ZA TIS

p2 1. 3 11 8. 1 093 427. 8

p2 2. 1 02 3 428 . 2 4 00. 00 p5 208 . 13 26 1 . 30 504 .0 p1 291 . 12 71 . 228 000 .0

ZA TIS

p2. 41 12 1. 7 218 61. 24

p19 2. 11 4 71 . 02 00. 00

Ipoly

p87 . 115 1 0 . 912 00. 00

a aszn

Mo so ni

D U N

-D un a

p2 65 . 18 3 4. 2 356 11. 29

A

p2 11 6 . 9. 3 866 1 6 000. 0

8 0 000. 0 p26 . 12 4. 177

p1 29 1 .7 8 2 . 230 40. 77

p2 6. 5 14 8 3. 2 356 11. 29

A

a aszn

Sza mos

Kr

D U N

Sza mos

Kr

ZA TIS

p2 5. 5 15 3 9. 1 219 00. 00

p1 .7 8 15 . 0 1912 000 . 0

-D un a

p2 5. 1 53. 5 91 219 00. 00

Sajc

p2 5. 0 18 2 31 . 630 50. 40

p2. 1 64 2 8. 1 077 000. 0

Sajc

Mo so ni

p26 2. 14 8 2. 0 177 000. 0

p2. 20 12 4 32 . 84 00. 00

p2 1. 9 11 2 712 . 2 8 00. 00

p2. 16 13 8 96 . 166 0000 .

p262 . 18 40 . 177 000. 0

p2 2. 1 56 4. 63 1 2 000. 0

p9 . 14 35 2 . 450 3. 743

p2 19 . 17 8 2 . 230 40. 77

p2. 25 14 6. 6 132 000. 0

p2 3. 1 69 8 7. 15 2 000. 0

p1 .4 9 35 2 . 450 37 . 43

Marc al

Marc al

va Zagy

p2. 28 16 8 0. 4 223 0000 .

p2. 1 80 8 64 2 . 23 000. 0

va Zagy

p1 0. 20 0 . 20

p2. 36 18 7 91 . 25000. 0

p0 1. 0 20 2 .0

p1 .3 3 23 6 1465 . 783. 9

•^ J EI-T NC LE VE

p32 . 132 1 4 . 562 000. 0

p1 . 33 3 2. 1 6465 7839 .


c tty ere B

R

TISZA

c tty ere B

ba 1 9 666. 2 p1 .9 55 . 1931 p1. 19 5. 5 1931 9 666. 2

ba

Sebes K”r”s

95 9931 666. 2 p1 .5 . 1

p2 3. 2 01 6 9. 23 2 5 000. 0 p1. 9 51 5 . 9931 666. 2

Sebes K”r”s

Za la

R

DUNA

TISZA

DUNA

p1 .2 3 32 . 4 1562 0000 .

Za la

p2 3. 06 29 1. 235 0000 .

p2 2. 2 31 0 7. 1 958 000 . 0

K”r”s”k

N O

N O

p3 10 . 97 9 1 . 292 000. 0

p10 . 43 7 2 . 471 000 . 0

Sic

A

B

Zala

Zala

K”r ”s

ZA TIS

p1 .3 0 4 6 74 . 156 163. 7

K ”r ”s

ZA TIS

Sic

p2 2. 2 31 0 7. 95 1 8 00. 00

p2 7. 20. 49 293 000. 0

A

L

p2 7. 24 20 4. 2 993 000. 0

A L A

B

p2. 48 20 9. 1 316 848. 0 p1 .6 1 88 1 . 219 488. 0

T

p1. 4 68 3 . 1100 323. 5

p2 4. 8 29 0. 1 316 848. 0 p1 .6 88 1 . 219 488. 0

T

p16 . 48 3 1 . 100 3235 .

K”r”s”k

p4 . 0 16 3 745 1 6 . 163. 7 p3 10 . 97 9 . 1292 000. 0

p1. 4 03 7 . 2471 000 .0

9. 5 9931 666. 2 p1. 5 1

p1 . 78 5. 9 2535 000 .0

p1 .3 3 97 1 2264 . 000. 0

p1. 5 . 91 5 9931 6662 .

p1 .7 1 52 8 . 535 9 000 . 0

p3 1. 2 61 2 33 1 . 8000. 0

p1 .3 3 97 1 . 2264 000. 0

p3 1. 6 21 3 21 . 380000 .

p2. 30 22 5 9. 2 858 000. 0 p2 . 117 8. 9 2158 388 .9

p2 3. 0 29 2 5. 2 858 000. 0

SI• ^J

p1 .1 2 87 9 . 2158 38. 89

p1 .0 3 61 4 . 518 664. 5

DUNA

ura M

DUNA

p2 1. 3 21 2. 8 105 000. 0

p3 1. 8 22 4. 31 248 0000 .

p1 23 . 21 2. 8 105 000. 0

u ra M

SI• ^J

p1 .0 3 61 4 . 518 664. 5

p18 3. 24 3 2. 2 148 000. 0

Maros

p1 34 . 79 . 2078 7 39. 43

Maros

p1. 34 79 2 7 . 078 39. 43

p113 . 11 02 1 . 96 730. 4

p1 1. 10 3 1. 1 296 730. 4

p26 3. 24 7. 0 286 63. 16

p3 2. 6 24 4. 72 0863. 16

p1 36 . 21 3 5. 5 108 413. 5

p3 1. 6 21 5 3. 1 508 413. 5

p1 9. 1 51 7 2. 82 1 0 73. 09 p1 9. 1 51 7 2. 1 820 730 . 9

?V DR

A ?V DR

p3 6. 0 25 2. 2 323 85. 17

p3 6. 2 05 2. 32 2 3 85. 17

A

5. modellréteg számított vízszint térképe (m.B.f.) (termelt állapot)

5. modellréteg számított vízszint térképe (m.B.f.) (term elés nélküli állapot)

od

ro

g

33

ro

g

B

33

ZA

B

od

T IS T IS

Ip oly

ZA

am

os

as zn

Mo s

U

N

A

on

i-

Du n

U

os

N

A

44

a

44

a

M arc al

va

M ar

va

Z agy

ca l

Z agy

Du n

a

i-

D

a

Kr

D

on

am

as zn

Sz

S ajc

Mo s

Sz

S ajc

ZA

Kr

TIS

ZA

T IS

11

Ip oly 11

E I-

T •^

J

T IS ZA

B

ere

VE

c tty

R

LE

NC

E I-

T •^

J

T IS ZA D UN A

NC

D UN A

LE VE

B

e re

t ty

c

ba

ba

R

S ebe s K” r”s la Za

Za

K” r”s ”k

N

O

A

S ic

A

K ”r

”s

ZA

B

Za la

”s

ZA

S I• ^J

M

^J

u ra

M

DU N A

u ra 22

DU N A

Za l a

T IS

K ”r

T IS

L

S ic

S I•

k

T

O

T

A

L A

B

K” r”s”

N

la

S ebe s K”r”s

22

M aros

M ar os

DR

A

A

?V

?V

DR

Számított vízforgalom mm/év-ben az 1. és a 2. modellrétegek között termelt állapotban

od ro g

Számított vízforgalom mm/év-ben az 1. és a 2. modellrétegek között termelés nélküli állapotban

p2 6. 1 95 1 3. 229 00. 00

B od ro g

B

p2 6. 1 84 5 0. 2 557 00. 00

ZA TIS

p6 29 11 . 52 3 . 29 00. 00

p1 23 11 . 8. 1 093 427. 8 p6 28 15 . 45 0 . 257 00. 00

p2. 41 12 1. 7 218 61. 24

p19 2. 11 4 71 . 02 00. 00

Ipoly

ZA TIS

p2 1. 1 38 1. 193 0 427. 8

p2. 20 12 3 4. 284 00. 00 p2 5. 0 18 2 31 . 630 50. 40 p2 1. 1 97 2. 1 12 2 8 00. 00

ZA TIS

p 4 2 1 1 . 17 2 218 . 61. 24

p2. 6 12 4 81 . 077 000. 0

p2 5. 5 15 3 9. 1 219 00. 00

p1 29 11 . 71 4 . 02 00. 00

Ipoly

p2 5. 1 02 3. 8 130 6 50. 40

p2. 1 64 8. 2 1 077 000. 0

p5 25 15 . 32 9 . 119 00. 00

p1 .7 8 15 . 0 1912 000 . 0

Mo so ni

aszna

D U N

Sza mos

D U N

-D un a

p2 61 . 58 4 3. 2 356 11. 29

A

p2. 16 13 8 96 1 . 66 000. 0

p262 . 18 40 . 177 000. 0

p2 19 . 17 8 2 . 230 40. 77

p6 25 14 . 83 3 . 256 11. 29

A

Sza mos

a aszn

Kr

p8 .7 1 15 0 1 . 912 00. 00

-D un a

Kr

Sajc

Mo so ni

Sajc

p20 12 . 32 4 . 84 00. 0 0

p1 29 11 . 71 2 . 228 00. 00

ZA TIS

p1 26 13 . 96 8 . 166 000. 0

p25 2. 14 66 132 . 0000 .

p1 .4 9 32 5 . 450 37 . 43

p2. 1 177 64 8. 2 0 000. 0

p2 19 17 . . 8 2230 40. 77

p25 14 . 66 . 132 000. 0

p2. 36 18 9 7. 1 25000. 0

p1 0. 2 0. 2 00

va Zagy

Marc al

Marc al

p3 26 18 . 91 7 . 25000. 0

p28 10 . 64 8 . 223 000. 0

p2. 28 10 8 64 2 . 23 0000 .

va Zagy

p9 .4 1 35 2 . 450 3. 743

p0 1. 20 0 . 20

p1 . 33 3 2. 1 6465 7839 .


p1 .2 3 32 . 4 1562 000. 0


240

TISZA

c tty ere B

DUNA

p3 .2 1 32 4 1 . 562 000. 0

R

ba

9. 5 9931 6662 . p1. 5 1

Sebes K”r”s

Sebes K”r”s

p2 3. 06 29 1. 235 0000 .

la

p3 20 26 . 12 9 . 35 000. 0

Za

p23 20 . 19 7 . 158 00. 00

K”r”s”k

N O

p2 4. 8 29 01 . 316 8480 . p1 .6 88 1 . 219 4880 .

T

p1. 4 6. 1100 3 8 3235 . p2 4. 2 80 9. 116 3 848. 0

60

p7 224 24 . 09 . 293 000. 0

Sic

A

B

K”r ”s

ZA TIS

Zala

p10 43 . . 7 2471 00. 00

Zala

p3 10 97 . . 1292 9 000. 0

L

K”r ”s

ZA TI S

p0 . 1 46 3 74 1 . 56 163. 7

A

60

p2 7. 20 4. 293 9 000. 0

Sic

p2 2. 2 31 0 7. 1 958 000 . 0

K”r”s”k

N O

p1 .6 88 1 . 219 488. 0

T

A

L A

B

1 00

p1 .5 . 1 95 9931 6662 .

Za la

p19 55 . 9 . 1931 666 2 .

2 40

c tty ere B

ba

100

91 9931 5 666. 2 p1 .5 .

p1. 6 48 3 1100 . 323. 5

TISZA

DUNA

p3 .3 1 23 6 1 . 465 783. 9

R

p1 4 .3 0 6 74 1 . 56 163. 7 p3 10 . 97 9 1 . 292 000. 0

p1. 4 0. 2471 7 3 00. 00

20

p1. 5 . 91 5 9931 6662 .

p1 .7 1 58 2 9 . 535 00. 00 p1 .3 3 97 . 1 2264 000. 0

20

p1. 5 1 9. 5 9 931 666. 2

p1 .7 58 9 2 . 535 00. 00

p3 .3 1 97 1 2 . 264 000. 0

p3 1. 6 21 2 338 1 . 0000 .

p3 1. 2 63 2. 1 3 18000. 0

p2 3. 0 29 5 28 2 . 58 000. 0 p1 .1 2 87 2158 . 9 38. 89

p2 3. 2 02 5. 9 258 8 000. 0

SI• ^J

p2 .1 1 87 9 2 . 158 38. 89

p1 .0 3 61 . 518 4 664. 5

0

DUNA

u ra M p1 38 . 24 3. 2 2 148 000. 0

p1 38 22 . 3 4. 2 148 000. 0

-20

Maros

p 3 1 4 7 . 2078 . 7 9 39. 43

0

p1 23 21 . 2. 8 105 000. 0

DUNA

p1 23 21 . 28 . 105 000. 0

u ra M

SI• ^J

p3 .0 1 61 4 . 518 664. 5

-20

Maros

p1. 34 79 . 2078 7 39. 43

p1 1. 10 3 1. 1 296 7304 .

p1. 10 1. 3 196 2 730. 4

p2 36 24 . 7 4. 0 2863. 16

-60

p2 36 . 24 7. 0 2863. 16

-60

p3 1. 2 65 3. 1 108 5 413. 5

p3 1. 6 21 5 31 . 508 413. 5

p1 95 . 17 1 2. 1 820 730 . 9

p1 9. 1 51 2. 7 120 8 73. 09

?V DR

A ?V DR

-100

p3 6. 2 05 2. 223 3 85. 17

-100

p3 6. 0 25 22 . 323 85. 17

A

-360

-360

Számított vízforgalom mm/év-ben az 2. és a 3. modellrétegek között termelés nélküli állapotban

B od ro g

p2 6. 9 11 5 3. 229 00. 00 p2 6. 8 15 4 0. 2 557 00. 00

B

od ro g

Számított vízforgalom mm/év-ben az 2. és a 3. modellrétegek között termelt állapotban

ZA TIS

p2 1. 3 11 8. 1 093 427. 8

p2 6. 1 95 1 3. 229 000 .0 p2 6. 1 84 5 0. 2 557 00. 00

ZA TIS

p2 1. 3 11 8. 0 193 427. 8

p2. 41 12 1. 7 218 61. 24 p2. 41 12 1. 7 218 61. 24

p19 2. 11 4 71 . 02 00. 00 p2. 19 11 4 71 . 02 00. 00

Ipoly

p2. 20 12 4 32 . 84 00. 00

p2. 1 64 2 8. 1 077 000. 0

p2 5. 5 15 3 9. 1 219 00. 00

p2 5. 1 53 5 9. 1 219 00. 00

Mo so ni

p2. 16 13 8 96 . 166 0000 .

p262 . 18 40 . 177 000. 0

p2 19 . 17 8 2 . 230 40. 77

p2. 25 14 6. 6 132 000. 0

D U N

-D un a

Sza mos

a aszn

p1 .7 8 11 5 0 . 912 000 . 0

p2 6. 5 14 8 3. 2 356 11. 29

A

p2 5. 0 18 3 26 1 . 30 50. 40

p2. 1 64 2 81 . 077 000. 0

Sajc

a aszn

D U N

-D un a

p2. 20 13 4 2. 284 00. 00

p2 1. 1 97 2. 1 12 2 8 00. 00

ZA TIS

Sza mos

Kr

Kr

p1 .7 8 15 . 0 1912 000 . 0

Mo so ni

Ipoly

p2 5. 0 18 2 31 . 630 50. 40 p2 1. 9 11 2 712 . 2 8 00. 00

ZA TIS Sajc

p2 6. 1 58 4 3. 2 356 11. 29

A

p2. 16 13 9 8. 6 166 000. 0

p262 . 18 40 1 . 77 000. 0

p2 19 . 17 8 2 . 234 00. 77

p1 .4 9 35 2 . 450 37 . 43

p2. 25 16 4. 6 132 000. 0

p1 .4 9 3. 2 5450 37 . 43

p2. 36 18 7 91 . 25000. 0 p2. 36 19 7 8. 1 25000. 0

p2. 28 16 8 0. 4 223 0000 .

p1 00 . 20 . 20

Marc al

Marc al

p2. 28 10 6 8. 4 223 000. 0

va Zagy

va Zagy

p0 1. 0 20 2 .0

p1 . 33 3 2. 1 6465 7839 . p1 . 33 3 2. 1465 6 783. 9



p1 .2 3 32 4 1562 . 000. 0

TISZA

2 40

ba

1 00

95 9931 666. 2 p1 .5 . 1 9 5 9931 666. 2 p1. 51 .

Sebes K”r”s

TISZA

R

ba

1 00

9 666. 2 p1 .9 55 . 1931 p1. 5 9. 1 5 9931 666. 2

Sebes K”r”s

O

p2 4. 8 29 0. 1 316 848. 0

Sic p3 10 . 97 9 1 . 292 000. 0

O

20

p1. 5 . 91 5 9931 6662 .

p1 .7 1 52 8 . 535 9 000 . 0 p1 .3 3 97 1 . 2264 000. 0

B

60

p7 224 24 . 0. 9 293 000. 0

A

Sic

L Zala

p10 . 43 7 2 . 471 000 . 0

p2 4. 8 29 01 . 316 848. 0 p1 .6 88 . 1219 4880 .

T

p1. 4 6. 1100 3 8 3235 .

K”r ”s

A

p1 4 .6 0 71 3 4 . 56 163. 7 p1 3. 9 0. 1292 9 7 000. 0

p1. 0 43 . 7 2471 000 . 0

K”r ”s

ZA TIS

p1 .3 0 4 6 74 . 156 163. 7

ZA TIS

Zala

B

60

p2 7. 24 20 4. 2 993 000. 0

A

L A

20

p1. 5 . 91 5 9931 666. 2

p1 .7 1 58 . 9 2535 000 . 0 p1 .3 3 97 2 1 . 264 000. 0

p3 1. 6 21 3 21 . 380000 .

p2 23 . 20 1 7. 1 958 00. 00

K”r”s”k

N

p1 .6 88 1 . 219 488. 0

T

p16 . 48 3 1 . 100 3235 .

p2 3. 06 29 12 . 30 500. 0

p2 2. 2 31 0 7. 1 958 000 . 0

Za la

Za la

p2 3. 06 29 1. 235 0000 .

K”r”s”k

N

2 40

c tty ere B

DUNA

c tty ere B

DUNA

p1 .2 3 32 . 4 1562 0000 .

R

p3 1. 6 21 3 21 . 38000. 0

p2 3. 0 29 2 5. 2 858 000. 0

p2 3. 0 29 5 28 2 . 58 000. 0

p1 .1 2 87 9 . 2158 38. 89

p1 .1 2 87 . 9 2158 388 .9

SI• ^J

p2 1. 3 21 2. 8 105 000. 0

DUNA

Maros

p1. 34 79 2 7 . 078 39. 43

-20

p1 .0 3 61 4 . 518 6645 .

SI• ^J

p2 1. 3 21 2. 8 105 000. 0

ura M

u ra M p3 1. 8 22 4. 31 248 0000 .

0

DUNA

p1 .0 3 61 4 . 518 664. 5

p3 1. 8 22 4. 31 248 000. 0

Maros

p1. 34 79 2 7 . 078 39. 43

p1 1. 10 3 1. 1 296 730. 4

0

-20

p1 11 .0 3 1. 1 296 7304 .

p3 2. 6 24 4. 72 0863. 16

p3 2. 6 24 4. 72 0863. 16

-60

p3 1. 6 21 5 3. 1 508 413. 5

p1 9. 1 51 2. 7 8 120 73. 09

-100

A

-360

A ?V DR

?V DR

p3 6. 0 25 2. 2 323 85. 17

-60

p3 1. 6 21 5 31 . 508 413. 5

p1 9. 1 51 7 2. 1 820 730 . 9

p3 6. 0 25 22 . 323 851 .7

-100

-360

11. abra Számított vízszintek és függőleges vízforgalmak az 1956 – 60- as időszakra termelés nélkül, és az 1996 – 2000-es időszakra Mind a talajvízháztartási, mind a szivárgási paraméterek kalibrációja függ a vízkivétel mértékétől. Az egyes időszakokhoz értelemszerűen a vízkivételekre vonatkozó adatbázisból a megfelelő termeléseket választjuk ki. A porózus modell kalibrációjához, illetve validációjához

felhasználhatók a mért rétegvízszintek, a nyilvántartott vízkivételek, valamint a források hozamai és a vízfolyások vízhozam idősorai. A modell a víztestekre automatikusan összegzi a vízháztartási adatokat, tehát a vízkivételeket és a hasznosítható készletet is. A regionális modellel kapcsolatos információk a CD „reg_modell” könyvtárában találhatók.

A Víz Keretirány szerint kijelölt felszín alatti víztestek jellemzése ______________________________________________________________________________________

3.3.5 Karszt területek modellezése A karsztterületek modellkivágatait a 12. ábra mutatja.

12. ábra Modellezett karsztos területek

A Dunántúli-középhegység főkarsztvíz tárolójának modellezése Az 1960-90 közötti időszakban a középhegységi főkarsztvíztárolóban - jórészt a szén és bauxit bányászathoz kapcsolódó – vízemelés következtében az egész tárolóra kiterjedő regionális depresszió jött létre. Ennek következtében a nagy hozamú karsztforrások elapadtak, a peremi hévforrások hozama csökkent, a karsztvízszint süllyedése a tároló jelentés részén elérte az 50 – 100 m-t. 1988-tól a karsztvíz veszélyes bányák fokozatos bezárásával a túltermelés megszűnt, 1994-től a karsztvízmérleg – az utánpótlás és a vízkivételek egyenlege – pozitívvá vált, megindult a tároló regenerálódása. Az elmúlt 10 évben bezárt a nagyegyházi, mányi, várpalotai szénbánya, a nyirádi és a kincsesbányai bauxit bánya. Az egykori bányavíz kivételekre települt ivóvízbázisokon (tatabányai vízaknák, Rákhegy) a kényszer vízemelés megszűnt. A nagy vízkivételek leállását követően a tároló nyomásemelkedésének menete előre jelezhető. A prognosztizált vízkivételekre vonatkozó és a jövőbeni csapadék és beszivárgási viszonyok ismeretlenségéből adódó bizonytalanság mintegy 15 – 20 évig kis mértékben módosítja csak a már eddig végbement, a bányavíz-emelések leállásából adódó visszatöltődés menetét. __________________________ 1


A 90-es évek második felére jellemző csapadékosabb időjárás következtében megfordulni látszott az 1970-90 közötti száraz, tendenciájában fokozatosan csökkenő utánpótlódással jellemezhető időszak. Az elmúlt 6 évből 3, az 1996, 98, és a 99. év is az elmúlt 30 év átlagánál lényegesen magasabb csapadékot és beszivárgást eredményezett. A középhegység teljes területét tekintve az 1970-2000 évi átlag beszivárgás 467 m3/perc, ugyanakkor 1996, 98, 99-ben a számított beszivárgás rendre 663 és 652 és 700 m3/perc, tehát az átlaghoz viszonyított többlet mintegy 40 %-os. A magasabb beszivárgás a jelenlegi helyzetben jórészt a tároló regenerálódására fordítódik. A számított beszivárgási idősor a 13.a. ábra grafikonján látható. Számított beszivárgás a DKH-ban (1950-2000) 1200

m3/perc

1000 800 600 400 200 0 1950

1955

1960

1965

1970

1975 év

1980

1985

1990

1995

2000

13.a. ábra A tárolóból kivett karsztvíz mennyisége 1987-től csökken. Ennek egyik oka, hogy a vízveszélyes bányák bezárásával a vízkivétel 1991-ig a 70-80-as évekre jellemző 800 m3/perc-ről a felére csökkent. A vízkivételek csökkenése, bár egyre kisebb mértékben, de ezt követően is mindmáig folytatódik. A karsztvíztárolóból kitermelt, és a forrásokon elfolyó vízhozam 1996-tól 300 m3/perc alá csökkent, de a csökkenés kisebb mértékben ugyan, de azóta is tart. A visszatöltődésnek újabb lendületet adott, hogy 1998 decemberében megszűnt a rákhegyi kényszer vízemelés, majd 1999 őszén felengedték a bitói bauxitbányát is. Ezzel a főkarsztvíztároló területén már csak a dorogi, mányi, balinkai (regionális vízmű), ajkai és halimbai bányákban folyik bányavíz emelés, összesen mintegy 40 m3/perc vízhozammal. A csökkenés másik oka a víz árának növekedéséből fakadó víztakarékossággal, és ebből adódóan egyre kisebb vízigénnyel magyarázható. A 3 nagy ivóvízkivételi mű (nyirádi, rákhegyi és tatabányai vízaknák) összes vízemelése jelenleg kb. 61 m3/perc, ami csupán 40 %-a a 90-es évek elején prognosztizált ivóvízkivételeknek. A főkarsztvíztárolóból kivett összes vízmennyiség alakulását a nagyobb bányavíz kivételek, termálkarszt kivételek, illetve forráshozamok szerinti megosztásban a 13/b. ábrán mutatjuk be. Meg __________________________ 2


kell jegyezni azt, hogy a jelenleg is működő források rendszeres hozammérésének hiánya, a nagyszámú egyedi kút termelési adatának bizonytalansága miatt az összes vízkivétel hibája elérheti a 10 %-ot, tehát a tényleges vízkivétel ennyivel nagyobb is lehet.

Összes vizkivétel a Dunántúli-khg-ben (1950-2000)

1000 m3/perc

800 600 400 200 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 év Budapest termálkarszt

DKH K-i rész egyéb

Tatabánya

Dorog

Kincsesbánya

Várpalota

DKH NY-i rész egyéb

Nyirád

Ajka

Balinka, Dudar

Források

Hévizi-tó

13/b. ábra A beszivárgás - víztermelés egyenlegében (13/c. ábra) mutatkozó többlet vízkészlet jelenlegi állapotban szinte teljes egészében a tároló regenerálódására fordítódik, de a visszatöltődés előrehaladtával fokozatosan megindulnak az egykor elapadt források. Távlatilag tehát a forráshozamok növekedésével a jelenlegi időszakra jellemző vízmérleg többlet tartani fog a zérushoz. Ezzel párhuzamosan a túltermelés időszakában kialakult, a fedőrétegek felőli járulékos átszivárgás fokozatosan megfordul, és szintén a tárolót megcsapoló kiáramlás lesz jellemző. A vízkivétel és beszivárgás egyenlege (1950-2000) 600

m3/perc

400 200 0 -200 -400 -600 1950 1954 1958 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 év

13/c. ábra __________________________ 3


A következő néhány évben várhatóan a még megmaradt kisebb bányák is bezárásra kerülnek. Modellvizsgálatainkban az alábbiak szerint vettük ezeket figyelembe:

- Lencsehegy: - Mány I/a: - Balinka: - Ajkai Bányák:

2003. vége 2002. III. n. év 2003. vége 2003. vége

-14 m3/min, - 2 m3/min, - 8 m3/min, - 4 m3/min.

Az egyéb vízkivételek – kutak, forrásvízművek – tekintetében az 1998. évi adatok alapján az előrejelzésnél összesen 57 m3/perc-et, a bányákra települt vízművekre pedig 75 m3/perc-et vettünk figyelembe. A modellvizsgálatok 1x1 km-es rácsfelbontás és 1 hónapos időlépcsők mellett készültek. Részletes modell vizsgálatokat végeztünk a tároló nyomásállapotának és a várhatóan meginduló források hozamának előrejelzésére. Első lépésben a meglévő, 1951-től 2001ig feltöltött adatbázis felhasználásával olyan szimulációs futtatások készültek, amelyben az egykori források hozamát, és elapadását a modellel számítottuk. Az ilyen módon kalibrált modellel időben 2040-ig kiterjedő előrejelzés készült, melyben a fokozatosan újra induló források aktuális hozamát a modell számítja. A modellvizsgálatok 1x1 km-es rácsfelbontás és 1 éves időlépcsők mellett készültek. A modellvizsgálatok természetesen számos bizonytalansági tényezőt tartalmaznak. A jövőbeni beszivárgás bizonytalansága miatt a vízkivételek alakulására csak egy valószínű becslést tehetünk. Az időben változó, és ezért csak valószínűsített paramétereken túl, több forrás esetében a források helye, fakadási szintje is bizonytalan. Fentiek figyelembevételével az előrejelzést számottevő bizonytalanság terheli, így a források megszólalására tett előrejelzés hibája a napjainktól a megszólalásig eltelő időszak hosszát illetően elérheti a 20 – 40 %-ot is. A Bükk-hegység karsztvíz tárolójának modellezése A Bükk-hegység Magyarország legmagasabb karsztvidéke, a fennsíki területek 400-900 méteres tengerszintfeletti magasságban találhatók. A hegység teljes kiterjedése kb. 450 km2, ebből kb. 280 km2 a beszivárgási terület. Földtani szempontból a Bükk paleozóos hegységkeretben felépült, főként mezozóos karbonátos kőzetekből, főleg mészkőből, alárendelten dolomitból álló, jól karsztosodott hegység, ahol a nagy kiterjedésű karsztos tömböket vízzáró tulajdonságú, különböző korú agyagpalák és vulkanitok választják el egymástól. Tektonikailag a hegység erősen gyűrve tört szerkezetű, a rétegek É-D-i irányban közel függőlegesen állnak és K-Ny-i csapású vetők mentén szakaszosan ismétlődő formákat mutatnak. É-on, Ny-on és D-en a karsztos tömbök meredek vetők mentén lépcsősen süllyednek akár 1000-3000 méteres mélységbe, míg K-en, Miskolc területén kb. 400 méterrel vannak a felszín alatt.

__________________________ 4


A központi karsztos területeket É-ÉNy-on karbon mészkő és agyagpala, permi homokkő, pala, Ny-on felső kréta ultrabázitok, diabáz, gabró, D-en és K-en riolitos vulkáni kőzetek határolják. Földtani, szerkezeti alapon a bükki karszt – és a modellezendő terület – határát földtani alapon az alábbi képzeletbeli vonallal határozható meg: ÉNy-ról indulva: Szarvaskő – Eger-patak – Bélapátfalva – Szilvásvárad – Nagyvisnyó – Dédestapolcsány – Varbó – Parasznya – Miskolc – Felsőzsolca – Andornaktálya – Kerecsend – Egerszólát – Szarvaskő. A kijelölt határvonal főleg szerkezeti alapon lett meghatározva, szerkezeti vonalak, illetve kőzethatárok mentén. Ny-ÉNy-on a határ a Darnó-vonal, ÉK-K-en a Sajó-völgy, D-en a Bükkaljai-árok. Az így meghatározott területen kívül nincs ismeretünk olyan karsztvízelőfordulásról, amelyik a bükki rendszerhez tartozna. (A bükkszéki, mátraderecskei és mezőkövesdi termális rendszerek nyomás és utánpótlási viszonyaik alapján nincsenek kimutatható kapcsolatban a bükki karszttal.)

A vízföldtani modell felállítása Karsztos víztárolók esetében, természetes állapotban a vízforgalom döntő mértékben forrásokon keresztül történik. Ennek vízföldtani modell szempontjából az a jelentősége, hogy a források többsége vagy valamilyen lokális gát, vízzáró kőzet mentén lép felszínre, és így kijelöli a nyílt karsztos víztároló kőzet elterjedési határát. Ez a leszálló vagy átbukó hideg vizes forrásokra jellemző elsősorban, pl. Szinva, Szalajka, Garadna vagy a Hejő Hideg-források stb. A termális források a beszivárgási területtől távol, fedett területeken egy sasbércen keresztül lépnek felszínre, és ezzel jelzik, hogy a víztároló jóval túlnyúlik a beszivárgási területeken, és a víz mélyáramlási pályán mozog – pl. Eger, Diósgyőr, Miskolc-Tapolca meleg forrásai. A meleg vizek előfordulása szintén a tárolóhatár közelségére utalnak. A források további nagy jelentősége, hogy, a források hozamában az éves vízforgalom jellege nyomon követhető, a sekélykarsztos források egy jelentős részén a vízcsere ideje kb. 1-2 év, csekély a tározott vízkészlet, tehát a vízgyűjtő mérete, a forrás hozama és a csapadék ismeretében a beszivárgás megbízhatóan meghatározható. A Bükk-hegység területén vízháztartási számítások már nagyon régóta folynak, hiszen a térség vízellátásában a forrásoknak, illetve a forrásterületeknek döntő a szerepük. A különböző vizsgálatok némileg eltérő adatokat határoztak meg, attól függően, hogy milyen módszereket alkalmaztak a felmérésekhez. A kb. 280 km2-es karsztos vízgyűjtő területen a karsztos beszivárgás értéke kb. 180-200.000 m3/d, ami alapvetően hét (mások szerint tizenegy) önálló vízföldtani egység vízforgalmának az összege. A különböző módszerekkel számított beszivárgási összegek és a forráshozamok összehasonlításából az derült ki, hogy a forrásmérések alapján számított vízforgalom értéke 10%-on belül megegyezik a számított értékekkel (VITUKI 1991.) Ebből következik, hogy a peremeken a vízátadás mértéke más tárolók felé korlátozott. __________________________ 5


A fent említett okok miatt a Bükk-hegység több részvízgyűjtőre osztható. Ezek főbb paramétereit az alábbiakban adjuk meg a VITUKI 1991-es 30 éves vízmérlege alapján: Részvízgyűjtő neve

Beszivárgási terület km2

Területtel súly. csap. átlag mm

Számított beszivárgás m3/d

Forrásokból mért hozam m3/d

Legalacsonyabb megcsapolási szint mBf

Tapolcai

74

766

50

60

125

34

848

28

34

344

Garadna-Margit

28

817

22

16

345

Diósgyőr

32

730

19

16

195

Szalajkai

27

815

22

19

423

Egri

35

741

23

23

157

Kács-Sályi

50

697

30

23

195

Összesen

280

773

194

191

LillafüredSzinvai

A táblázatból látható, hogy egy-egy részvízgyűjtő igen jelentős méretű, az egyes egységekben az erózióbázis szintje jelentősen különbözik. A felsorolt részvízgyűjtők közül a tapolcai, egri, kács-sályi és a diósgyőri részvízgyűjtők rendelkeznek fedett karsztos utánpótlási területtel, ahol termális karsztvíz is található. Az egyes részvízgyűjtők határa egyértelműen nem jelölhető ki, csak a korábbi nyomjelzési, vízszint, vízminőségi és izotóp vizsgálatok alapján becsülhetők. A forrásmérési, víztermelési és a (kevés) vízszintmérési adatok azt mutatják, hogy a vízforgalom jellegzetes éven belüli ciklikusságú. Ez alól némileg kivételt jelentenek a termális források (és kutak), ahol a hatások csak csillapítva jelentkeznek. Az eddigi vízháztartási vizsgálatokból tudjuk, hogy Eger, Felsőtárkány, Miskolc-Tapolca, Diósgyőr karsztrendszerében, ahol fúrt kutak is résztvesznek a termelésben, időszakosan túltermelés történt, amit a források elapadása jelzett. Meg kell jegyezni azonban, hogy a forrásvízművekben végrehajtott küszöbsüllyesztés, vagy a kutas termelésre történt áttérés mindenütt csak átmeneti hozamnövekedést eredményezett, a nyomás alatti területeken is. Ennek oka, hogy a mészkő hézagtérfogata kicsi, legfeljebb néhány ezrelék, és a szerkezetileg erősen tagolt beszivárgási területek és a részvízgyűjtők között, viszonylag nagy a hidraulikai ellenállás.

__________________________ 6


14. ábra A Bükk hegység beszivárgási területei A Bükk-hegység területén több száz karsztforrás található. Ezek mindegyikének a figyelembe vétele lehetetlen, ezért csak a kb. negyven legnagyobb hozamú karsztforrással számolunk, melyeket feltüntettük a térképen. Ezek egy része nem működik forrásként, mert termelőkút van a helyén, de mint megcsapolási pontot szerepeltettük. A termelő kutak száma a termál kutakkal együtt kb. harminc darab. A hegység területén a forrásmérő hálózat és az üzemi adatszolgáltatás alapján a hegység vízforgalmának kb. 6080 %-ról van adat. A beszivárgás számításához fontos csapadék és klímaállomások száma az utóbbi két évtizedben drasztikusan csökkent, elsősorban a fennsíki állomások száma. A Bükk jelentős magassága miatt a hegylábi állomások adatai – Miskolc, Kács, Eger – lényegében nem használhatóak, mert a beszivárgási területektől való távolságuk és alacsony magasságuk miatt az éves csapadékaik több száz mm-rel alacsonyabbak, mint a fennsíkon mért értékek. A bükki nyíltkarszt modellezéséhez szükséges hidraulikai paraméterekhez a források kiürülési vizsgálataiból juthatunk elsősorban. A területen ugyanis fúrás alig készült, ugyanakkor az egyes részterületek kőzettani tulajdonságainak különbözősége miatt egyegy paraméter csak szűk területen érvényes. A nyomás alatti területeken – a termális karszton – a viszonylag sok kút révén több információhoz juthatunk, részben az utóbbi évek vízbázisvédelmi munkái kapcsán.

__________________________ 7


A Bükk területén számos barlang és víznyelő található, amelyek a vízvezetésben is részt vesznek, egyes területeken. Ezek a lokálisan nagyságrendekkel más hidraulikai paraméterekkel jellemezhető objektumok szerepét azonban nem szabad túlbecsülni. A víznyelőknek karsztos területeken csak akkor van jelentősége, ha jelentős méretű nem karsztos vízgyűjtő csatlakozik hozzájuk, ez esetben ugyanis járulékos készletnövekedést okoznak. A Bükk-hegység területén azonban az ilyen területek jelentősége az éves vízforgalmat legfeljebb egy-két százalékban befolyásolja. A karszthegységek területén a vízszintes kiterjedésű, az erózióbázis szintjéhez közeli barlangok módosíthatják jelentősen a vízforgalmat. Mivel a nyílt karszt peremén gyakorlatilag minden forráshoz tartozik barlang, ez a módosító hatás lényegében a források hozamváltozásaiban nyilvánul meg, amit a modell kezelni tud. Mészköves területeken a hézagtérfogat átlagos értéke kb. 4-5 ezrelék lehet, ami mellett a barlangok szerepe már csak másodlagos lehet. A dolomitosabb kőzetű területeken ennél magasabb, maximum 1-2 százalékos hézagtérfogat jöhet számításba. A terület erősen gyűrt és tektonizált állapota miatt azonban a paraméterek vízgyűjtőnként is erősen változhatnak. A kitermelhető készletek meghatározásakor figyelembe kell venni, hogy a Bükk-hegység felszíni utánpótlási területe nagyon fontos élőhely. A beszivárgási területek nagy része Nemzeti Park, ahol az ökológiai vízkészletek biztosítását is meg kell oldani. (A nyolcvanas évek erőltetett víztermelése és az aszályos időjárás következtében több terület elvíztelenedett – pl. Tárkány-p., Forrás-völgy, Szinva-völgy –, az egri források gyakorlatilag elapadtak.) Az egyes részterületek ökológiai vízigénye nem ismert, de a felhasználható és a mederben hagyandó készletek elosztásához tudnunk kell, hogy a hegységben a rendelkezésre álló vízmennyiség szezonálisan változik, csak a hegylábi területek termális vizeinek van viszonylag stabil szintje. A Villányi-hegység karsztvíz tárolójának modellezése A Villányi-hegység egy Ny-Kirányú mezozóos kőzetekből álló szigethegység, melyet néhány méter vastagságú pleisztocén lösz- és agyagtakaró fed. A mezozóos alaphegység kiterjedése kb.2000 km2, középső és nyugati részének döntő tömegét anizusi és ladini emeletben képződött dolomitok és mészkövek alkotják, míg kelet felé inkább a kréta kőzetek dominálnak. A későbbi időszakokban a hegység kiemelkedett és üledékképződés az alsó-júráig nem volt. A kréta szakaszos üledékképződést követően történhettek azok a pikkelyeződéssel járó mozgások, amelyek a Villányi-hg. jellegzetes meredek dőlésű, pásztás, pikkelyes szerkezetét kialakították. A mezozoós kőzetek csapása Ny-K-i, illetve DNy-ÉK-i irányba fordult. A pikkelyes szerkezet Villánytól K-i irányban nem folytatódik, csak Ny és D felé. A krétától a felső-pannonig üledékhézag található, majd a pleisztocénban nagyobb vastagságú lösz, agyag és ártéri üledék lerakódás következett. Ebben az időszakban történhetett a Villányi-hg. és a kisebb rögök kiemelkedése, valamint a jelentősebb mértékű karsztosodás megkezdődése. A Villányi-hg. középső és Ny-i részét főleg a különböző triász mészkövek és dolomitok alkotják, míg K felé inkább a kréta mészkövek dominálnak. A triász karbonátos kőzetek általában padosak és 100 m-t meghaladó vastagságúak. A júra, kréta képződmények a hegység K-i felének kivételével általában csak a pikkelyekben jelentkeznek, kis vastagsággal. A triász kőzetek többnyire __________________________ 8


jól karsztosodottak, vízvezető képességük jó, különösen a dolomitoknak. A középső triásznál idősebb rétegek többnyire vízrekesztő tulajdonságúak. A fiatalabb képződmények vízföldtanilag nem jelentősek, kivéve a keleti részen a kréta mészköveket. A mezozóos övet É-ról a mórágyi és görcsönyi kristályos képződmények, délről az ún. DK-i kristályos hát határolja, amelyek gránit és metamorf képződményei a karsztos tároló vízzáró peremét alkotják. A tároló DNy-i határa nem ismert, ÉK-felé az Alföld irányába bizonyítottan folytatódik. Talajvízháztartás A hegyvidék déli lábánál pleisztocén lösz és ártéri iszapos, homokos, kavicsos folyóhordalék tartalmaz talajvizet. A Dráva közelsége, alacsony fekvése, kis esése miatt a terület magas talajvízállású, mocsaras volt. A talajvíz szintje általában 2-3 méterrel a terepszint alatt helyezkedik el. A talajvízkutak ingadozása a térségben éves viszonylatban általában kisebb mint egy méter. Rétegvizek A felső-pannon rétegvíztároló összlet Harkánytól délre, Matty - Drávaszabolcs térségében kezd kivastagodni. Drávaszabolcs térségében a rétegvíztároló többrétegűvé válik. Mivel a mezozóos karsztvíztároló a mélységgel arányosan egyre jobban szétterjed a Villányi-hegységtől minden irányban, ezért bizonyos kommunikáció nem zárható ki a pannon és a mezozóos tárolók vizei között. Karsztvizek A karsztvíztároló fő utánpótlódási területe a Villányi-hg. karsztos felszíne, melyet különböző kifejlődésű és korú mészkövek és dolomitok alkotnak. A hegység pikkelyes szerkezetének köszönhetően a felszínen beszivárgó karsztvizek nagy mélységbe lejutnak, és felmelegedve a hegység déli peremén jutnak felszínre (Harkány, Kistapolca). Hidegvizes forrásokat csak néhányat ismerünk a hegység területén, de ezeknek a hozama elhanyagolható a hegység vízforgalmában. Több nagyhozamú langyos forrás ismert (pl. Siklóson, Máriagyüdön, Kistapolcán), de talajvízszivárgás formájában is észleltek langyos vagy melegvízfeltörést. Az északi oldalon nem tudunk forrásfakadásról, a geológiai, szerkezeti viszonyok sem valószínűsítik jelenlétüket. A siklósi és harkányi források anizusi dolomitból vagy mészkőből, a fúrásokkal feltárt termális vizek triász, júra karbonátos kőzetekből fakadnak. A Dél-baranyai szigetrögök – monyoródi, székelyszabari, bátai rögök – összes beszivárgási területe nem lehet nagyobb 4-5 km2-nél. A korlátozott utánpótlás, és a vízadókőzetek közepes vízvezetőképessége miatt az ezekre telepített vízművek gyorsan kialakuló, nagy arányú depresszió mellett is csak 6-8 évig voltak termelhetők.

__________________________ 9


A vízkivételek jellemzői Harkány térségében természetes állapotban a vízhasználatok a talajvzből történtek, illetve a szomszédos Siklóson és Máriagyüdön a langyos karsztforrásokat is hasznosították. A múlt századtól indult meg a mélységi vizek fúrásokkal történő hasznosítása. Előbb csak a termálvizeket termelték fúrt kutakból, később azonban az ivó- és ipari vízellátást is a karsztra telepített vízművekből elégítették ki. Harkányban a strandfürdő 1823 – 66-ig felszíni kilépésből hasznosította a karsztvizet. A felszínről való elszennyeződés kiküszöbölésére fúrta Zsigmondy Vilmos az ún. „alsókutat” 1866-ban. A fúrás nem érte el az alaphegységet, hanem a kút a fedő konglomerátumba átszivárgott karsztvizet termelte, mint a később Zsigmondy Béla által fúrt ún. „felsőkút” is. A kutak felújítását 1964-től melléfúrással végezték több ütemben. Jelenleg négy termálkút üzemel a strand területén. Termelési csúcsidejük a nyári szezonra esik, amikor a közeli Siklóson és Diósviszlón is maximális a karsztból az ivóvízcélú felhasználás. A fokozott termelés hatására jelentős nyomáscsökkenés keletkezett. Az alaphegységi karsztvíztároló nyomáscsökkenése előbb a neogén fedőösszletbe átszivárgó vízmennyiség csökkenését eredményezte, de lokálisan a járulékos átszivárgás irányának megfordulását, a fedőrétegekben található szennyezett vizeknek a hévíztárolóba jutását is okozhatta. Harkány ivóvízellátását részben a Terehegyi vízműtelep pannon-pleisztocén rétegvíz-kutakból biztosítja. Siklóson az 1940-es években 6 db kismélységű karsztkutat létesítettek. Korábban az ivóvízigény ellátására 3 forrás vizét használták. 1979-ben a siklósi strandfürdőnek a forrásai negatívakká váltak: búvárszivattyúval kellett a foglalásokat termeltetni, majd rövidesen újabb fúrt karstkutat létesítettek, amely 1981 óta üzemel. A Mohács-Jenyei völgyi vízmű: 1965 és 1975 között építették ki, összesen 13 kutat fúrtak. A kutakat többször felújították, egyszerre 5 – 6 kutat működtetnek. Szederkényi csúcsvízmű: Építését 1974-ben elkezdték, de csak 1980-ban helyezték üzembe. A kutakat több szakaszban a triászra és a júrára szűrözték. A K-5-ös kutat mindössze 5 évig üzemeltették, az intenzív termelés következtében a fedőből leszivárgott a nitrátos talajvíz. Ezt követően a többi kút is elnitrátosodott, a vízművet megszüntették. Ipari és mezőgazdasági karsztvízkivételek működnek Drávaszabolcson, Báron, Újpetrén, Majson, Hímesházán, Villányban, Ivánbattyánban. A karsztvizet ivóvíz-ellátási célra először a beremendi kőfejtőben hasznosították az 1930 évek végén karsztaknából. A beremendi cementgyár vízellátását karsztaknából és a kistapolcai 5 db kréta pannon kútból oldják meg. A Villányi tároló utánpótlási területét, a termelő és észlelőkutakat a mellékelt 1 : 100 000-es térképen ábrázoltuk.

__________________________ 10


A Villányi tároló vízmérlege A vízmérleg felállításához szükséges az utánpótlódás, ezen belül a beszivárgási intenzitás, a vízgyűjtőterület, és a tárolóból kivett vízmennyiség ismerete. A vízgyűjtőterület pontos meghatározása a Villányi-hegységben igen nehéz, mert a hegytetők kivételével a karsztos kőzeteket negyedkori üledékek takarják, ismeretlen vastagságban. Ezért a vízgyűjtő területet úgy határoztuk meg, hogy nem csak a kibúvások területét vettük figyelembe, hogy nemcsak a kibúvások területét vettük figyelembe, hanem a kibúvások közötti területeket, a hegységperemi részeket, ahol a karsztos kőzetet borító vékony lösztakaró nem módosítja lényegesen a beszivárgást. Így összesen mintegy 30 km2-nyi beszivárgási terület adódott. A számított átlagos beszivárgás a Morton módszerrel 200 mm, az utánpótlódás tehát 16 400 m3/nap. A természetes állapotról csak kevés adattal rendelkezünk, mert a 60-as évek elött gyakorlatilag nem voltak megbízható mérések, ugyanakkor az egykori természetes viszonyokat már a XIX. század hatvanas éveiben megindult kutas víztermelések megváltoztatták. Ennek következtében az egykori források gyakorlatilag már régen elapadtak. A vízszintmérési adatokból megállapítható, hogy a harkányi termálkarsztrendszer érzékenyen reagál a beszivárgási változásokra, ami önmagában jelentősen befolyásolhatja a kitermelhető vízmennyiséget. A harkányi, de az egész Villányi-hg-i területen a vízigények fokozatosan növekedtek napjainkig. Ebben jelentős része van a gyógyidegenforgalomnak, mely a gyógyvízen kívül, az ivóvíz igények ugrásszerű emelkedését is magával hozza. Mindkettő elsősorban a nyári csúcsidényben jelentkezik. A termelések okozta helyi depressziók Harkányban a kifolyóvíz hozamcsökkenését, és a szennyeződési veszély növekedését okozták. A kutak hozama korábban 2 – 4 000 m3/nap között változott, részben a beszivárgás, részben a vízigény függvényében

__________________________ 11


4. Konklúzió és további feladatok A víztestek mennyiségi jellemzésének előkészítéseként elkészült egy olyan eszköz, amely alkalmas a hasznosítható készletek „top-down” megközelítéssel történő becslésére. A vízháztartási és a hidrodinamikai modell párosításával összhangba hozható a felszíni vizek és a felszín alatti vizek utánpótlódásának becslése. A modellek horizontálisan azonos, 1km x 1 km felbntással dolgoznak, a feldolgozás és az értékelés térinformatikai alapokon történik. A munka járulékos eredményeként olyan eljárást dolgoztunk ki, amely lehetővé teszi, hogy egy időszak jól ismert területi változékonyságát felhasználjuk egy másik időszak csapadék, hőmérséklet vagy talajvíztérképének megszerkesztéséhez. Így a szerkesztés lényegesen pontosabb, mintha csak aaz adott időszaknban mért pontszerű adatokat használtuk volna fel. A munka másik járulékos eredménye azoknak a földtani és hidrológiai információknak az összeállítása, amelyeket a víztestek első jellemzése során kell felhasználni. Ugyancsak ebbe a csoportba tartozik a vízkivételek adatbázisának ellenőrzése és módosítása. A modellek további finomítására van szükség a következő területeken: − A rétegvízszintekre vonatkozó adatsorok felhasználása a regionális modell kalibrációjában. − A vízháztartási modell párolgási moduljának továbbfejlesztése a Morton-módszer beépításável. − A karsztos területek modelljeinek pontosítása, illetve a Mecsek és az Aggteleki.hegység modelljének kialakítása. − A talajvízpárolgás és az alaphozam talajvízszintingadozástól való függését leíró összefüggések paramétereinek finomítása és pontosítása, esetleg a vízkivételtől való közvetlen függés. A továbbfejlesztett modellekkel a víztestek mennyiségi jellemzésének feladatai határidőre elvégezhetők: Előzetes eredmények 2003. december, véglegesítés: 2004. június.

Budapest, 2003. március 31. Simonffy Zoltán témafelelős

__________________________ 12


1. melléklet A VKI hazai implementálásával kapcsolatos feladatok, a felszín alatti vizek mennyiségi kérdései Az EU Víz Keretirányelv hazai alkalmazásából adódó, 2004. december 22-ig végrehajtandó felszín alatti vizekkel kapcsolatos feladatok, figyelembe véve a 2329/2001. (XI. 21.) Korm. határozatot is: 1. A felszín alatti vizekkel kapcsolatos hazai jogharmonizáció 2. A vízgyűjtő gazdálkodás területi egységeinek kijelölése – ezen belül különös tekintettel a felszín alatti víztestekre. 3. A felszín alatti víztestek jellemzése, a jó mennyiségi állapot szempontjai szerint 4. A felszín alatti vizek mennyiségi monitoringja A jelen munka keretében az 2. – 4. pontokban megjelelölt feladatokkal foglalkoztunk.

1. A felszín alatti víztestek kijelölése A VKI követelményei: Felszín alatti víztest: vízvezető rétegek telített zónájában lehatárolt víztömeg. (2. cikk, 2., 11. és 12. pontok), A felszín alatti víztesteket, ahol határaik nem esnek egybe, a vízgyűjtő medencéhez 1 kell rendelni (3.cikk, 1. pont) Kijelölésének határideje: 2004. december

A víztestek kijelölésére vonatkozó útmutató a víztestek kijelölésének hierchikus megközelítését javasolja: 1. A víztartó típusa 2. Hidrológiai határok 3. Az állapot jellemzése szempontjából fontos közbenső lehatárolások Hazai javaslat: Az alkalmazott hierarchia:

1

Az angolban meglévő „catchment area” és „river basin” közötti különbségnek megfelelően célszerű a hazai terminológiában is bevezetn a vízgyűjtő medence fogalmat, vagy az utóbbira csak a vízgyűjtő fogalmat használni, míg a „catchment area”-nak a vízgyűjtő terület felelne meg. __________________________ 13

A Víz Keretirány szerint kijelölt felszín alatti víztestek jellemzése 2. melléklet: Regionális vízháztartási modell

______________________________________________________________________________________

1. A befoglaló kőzet típusa szerint: karszt, porózus, illetve hegyvidéki területek nem karsztos vegyes összetételű vízadói; 2. Hidrológiai, illetve gazdálkodási határok: a karsztos kőzetekben: szerkezeti egységek, a porózus kőzetekben hidrogeológiai egységek (regionális felszín alatti vízgyűjtők - ennek további felosztása le- és feláramlási területekre a vízkivétel nélküli állapot szerint, a mennyiségi jellemzéshez alapvető hasznosítható készletek becslése miatt), a hegyvidéki területeken vízgazdálkodási egységek; 3. A hideg és a 30 oC-nál melegebb vizek elkülönítése a karsztos és a porózus kőzetekben – ez a karszt esetében horizontális felosztás, a porózus kőzetek esetében pedig vertikális felosztás jelent; 4. Hegyvidéki területeken a repedezett és a lokális jelentőségű porózus vízadók elkülönítése (al-víztestek formájában) a forrásokra, a vízkivételekre és a hidrogeológiai jellegre vonatkozó jellemzéssel együtt; 5. A kockázatos jelleg miatt szükséges további lehatárolások: védőterületek, települések alatti víztestek, ökológiai szempontból kritikus területek lokális víztestek (csak kritikus esetben kell önálló víztestként értelmezni) vagy azok csoportja A rugalmas megközelítés a feladatokhoz igazodik: a vízkivételek és a nem-pontszerű szennyezések hatását értékelő jellemzés céljainak az 1. – 4. pontok szerinti felbontás felel meg, a sokszor ismétlődő „foltszerű” települési hatások és a pontszerű szennyezések, mint létező szennyezések kezelése a víztesteken belül leválasztott ún. kockázatos zónákon („risk management zone”) keresztül történhet, amire a készülő leányirányelv ad lehetőséget. A VKI szerint ez csak a víztestre vonatkozó enyhébb környezeti célkitűzésen keresztül valósítható meg (emiatt szerepelt a korábbi hazai javaslatban a talajvíztartó leválasztása). A talajvíztől függő szárazföldi ökoszisztémák helyenként lokális követelményei ebbe a rendszerbe csak a monitoringon keresztül illeszthetők be, mindaddig, amig az ökoszisztémák állapota jó. Ellenkező esetben a hatás-idomot önálló víztestként kell lehatárolni. A felszíni és a felszín alatti víztestek határai a részvízgyűjtők határaival (Duna, Dráva és Tisza) egy kivétellel összehozhatók. A mecseki karsztot a Duna vízgyűjtőjéhez soroltuk. Ez a javaslat teljesíti a LAWA ajánlásait, de annál rugalmasabb. Víztestek az 1.- 3. pontok szerinti kijelölése megtörtént. A 4. és 5. pont szerinti kijelölés a jellemzéshez kapcsolódik. A víztestelk határai módosulhatnak a jellemzés és a határokkal osztott víztestekre vonatkozó kétoldalú egyeztetések alapján. A víztestek végső, az EUjelentésnek megfelelő egyeztetett GIS-fedvény formáját 2004-ben érdemes kidolgozni. A víztestek kijelölésével kapcsolatos részletes dokumentációt a jelentés CD melléklete tartalmazza.


______________________________________________________________________________________

2. A felszín alatti vizek mennyiségi állapotának jellemzése A VKI követelményei: A felszín alatti víztesteket a II. Melléklet 2. pontja szerint kell jellemezni. A jellemzés elsődleges célja, hogy értékelje a víztesteket érő hatásokat, a sérülékenység jellemzőit, különös tekintettel a kritikus állapot azonosítására. A víztestek jellemzését két fázisban kell elvégezni: az első valamennyi víztestre érvényes (de a jellemzéshez csoportokat lehet kialakítani), a második fázis azonban csak azokra a víztestekre vonatkozik, amelyek esetében kockázatos a jó állapot teljesítése. Első lépésben tekintsük át az összes feladatot, amelyek közül kövérrel szedtük a mennyiségi állapotra vonatkozó részfeladatokat. Első fázis, az alapinformációk bemutatása: − Diffúz szennyezőforrások − Pontszerű szennyzőforrások − Vízkivételek − Mesterséges vízpótlás, visszasajtolás, talajvízdúsítás − A fedőréteg jellemzői, ahonnan az utánpótlódás származik − Felszín alatti vizektől függő felszíni vizes és szárazföldi ökoszisztémák Második fázis: − A víztest geológiai jellemzői, bemutatva az egyes geológiai formációk kiterjedését és típusát. − Hidrogeológiai jellemzők, többek között szivárgási tényező, porozitás, fedettség. − A fedőréteg és a talaj jellemzői a beszivárgási területeken, többek között: vastagság, porozitás, szivárgási tényező, az utánpótlódás becsléséhez szükséges egyéb adatok, adszorbciós kapacitás. − A víz rétegzettsége (a vízminőség áramlási pálya menti változása). − A felszín alatti vizektől függő vizes és szárazföldi ökoszisztémák környezetének vízforgalmi jellemzői. − A felszín alatti víz (nem víztest!) kémiai összetétele, bemutatva az emberi hatások következményeit (a háttérkoncentrációk megállapításához tipológia alkalmazhazható). − Minden, átlagosan 10 m3/nap-ot meghaladó vízkivétel, illetve az 50 főnél többet ellátó ivóvízkivétel, a hely, a mélység, a mennyiség és a víz kémiai összetételének feltüntetésével. − A felszín alatti vizekbe történő visszasajtolás pontjai, a hely a mélység, a mennyiség és a visszasajtolt víz kémiai összetételének feltüntetésével. − A beszivárgási terület földhasználatának jellemzői, beleértve a szennyezőanyag terheléseket (tényleges) és a beszivárgási viszonyokat megváltoztató emberi hatásokat (burkolt felület, csapadékvíz elvezetés, mesterséges beszivárogtatás, duzzasztás, drénezés).


______________________________________________________________________________________

Hazai javaslat: Általában: Összhangban az IMPRESS útmutatóval, javaslatunk szerint a valamennyi víztestre kiterjedő, azaz országos szintű első fázis részletesebb, mint a VKI követelménye, ugyanakkor a második fázis csak az adott víztestre megállapított probléma szempontjából releváns témakörök részlesebb elemzésére terjed ki, nem az összes felsorolt jellemzőre. Az első fázisban viszonylag kis többletmunkával felhasználhatók a rendelkezésre álló országos szintű adatbázisok és feldolgozások eredményei (ezek tartalma térinformatikai módszerrel könnyen hozzárendelhető a víztestekhez). A munka tehát alig kisebb, ezzel szemben az eredmények lényegesen megbízhatóbbak. A kritikus állapotú víztestek kijelöléséről, illetve az 5. szintnek megfelelő leválasztásról valamennyi hatás együttes figyelembevételével célszerű dönteni, első lépésben tehát a problémákat a saját léptékükben célszerű kezelni. Ezenkívül módszertani szempontból is javasolható, hogy a jó állapot teljesítése szempontjából kritikus állapotot előidéző legfontosabb okokat némiképp eltérően kezeljük. Más léptéket és feldolgozást kíván: − A mennyiségi állapot értékelése (regionális lépték, lokális kritériumok integrálásával – ez felel meg leginkább a víztestek regionális szemléletű kijelölésének). − A diffúz szennyezések értékelése (a víztestek kijelöléséhez használt információktól eltérő területi felbontás – a kritikus terület valószínűleg a víztesteknek csak egy része). − A településeken előforduló szennyeződések értékelése (több szennyezőforrás együttes hatása: foltszerű – a VKI szerint nem-pontszerű -, de a víztestnek csak kis hányadát érinti), az értékelés több telelpülés csoportokba foglalásával történhet. − A pontszerű szennyezőforrások és a visszasajtolások értékelése (a víztestek méretéhez képest mindenképpen lényegesen kisebb kis hatóterület), Az alábbiakban részletesen már csak a mennyiséget érintő feladatokkal foglalkozunk: Általános (előkészítő) fázis: − A hazai regionális felszín alatti áramlási rendszerek mennyiségi és minőségi jellemzőinek leírása (LAWA is), figyelembe véve a nyomásszintekre és a vízminőségre (háttérkoncentrációk, természetes ereetű környezeti izotópok) rendelkezésre álló adatokat. Tanulmány a meglévő információkra alapozva, figyelembe véve a jelen téma keretében születő újabb ismereteket, a feltárási témához kapcsolódik – 2003. december.


______________________________________________________________________________________

− A felszíni és a felszín alatti vizekre egyaránt kiterjedő, mértékadó időszakokra vonatkozó, víztest szintű vízmérlegek felállítása az országos vízmérleg és a kapcsolt nagyléptékű vízföldtani modell felhasználásával. A jelen téma keretében, azonban finomítása szükséges (szivárgási tényezők, a vízfolyások és a függőleges talajvízforgalom vízszintfüggésének pontosítása, területi kiterjesztés, az aggteleki és a mecseki karsztra vonatkozó kiterjesztés). (Ez a pontosítás szoros összhangban készül a részletes országos vízföldtani modell fejlesztésével). 2003. december. Első fázis: − A fedőréteg, illetve - ehhez kapcsolódva - a beszivárgási viszonyok jellemzése. − A vízfolyásokból származó természetes utánpótlódás becslése. − Víztestenként az oldalirányú áramlás elemzése. l. általános fázis. Mindhárom feladat teljesíthető a jelen téma és a finomítás eredményeként - 2003. december. − Az összes közvetett vízpótlás és talajvízdúsítás (felszíni vízből beszivárogtatással vagy visszasajtolás) bemutatása a VIZIG nyilvántartás alapján. A feltárási téma keretében – 2003. december. − A felszín alatti vizektől függő vizes és szárazföldi ökoszisztémák számára szükséges vízmennyiség becslésének „top-down” megközelítése (Az utánpótlódásból az ökoszisztémák számára szükséges, nem hasznosítható vízmennyiséget az utánpótlódás arányában célszerű kifejezni, ami a terület jellegétől függ. Az arányokra vonatkozó első irányadó számok rendelkezésre állnak). A jelen téma, ennek finomítása, illetve a KvVM – MTA program keretében – 2003. december. − A hasznosítható vízkészlet víztest szintű becslése az előzőek és az aszály hatásának enyhítésére vonatkozó kritérium figyelembevételével (nem a sokévi átlagos, hanem a 80-as évek utánpótlódása a mértékadó). A jelen téma, ennek finomítása, illetve a KvVM–MTA programban születő előzetes ajánlások alapján – 2004. március. − A vízkivételek hozzárendelése a víztestekhez, a vízkivételekre vonatkozó nyilvántartás szerint (engedélyezett és tényleges egyaránt az utóbbi hat évben), a vízadó közeg típusa (partiszűrés is) és a vízkivétel célja szerinti bontásban (a gazdasági elemzéshez úgyis kell!). Felülvizsgálat szükséges (megbízhatóság, teljesség /> 10 m3/d/, a vízadó típusa, a vízkivétel célja, koordináták, szintek) a VIZIG-ek bevonásával, majd elemzések (összesítések). Feltárási téma + VIZIG megbízás – 2004. március. − A források számbavétele (> 100 l/perc ?), a forráskataszter alapján. A feltárási téma keretében – 2003. december. − Az utóbbi 10 évben trend jellegű vízszintsüllyedést, illetve hozamcsökkenést mutató kutak és források kiválasztása (források esetében 40 év legyen a figyelembe veendő időtartam), a süllyedés valószínű okainak megjelölésével. A rendszeres állapotértékelési téma eredményeire alapozva, a feltárási téma keretében – 2003. december.


______________________________________________________________________________________

− A felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák kijelölése lokális kritériumok alapján.. A KGI által végzett felmérés a nemzeti parkoknál rendelkezésre álló információk alapján - 2003. december. Kiegészítést igényel, részben a KvVMMTA téma keretében ??? – 2004. március. − A felszín alatti vizek állapotát tartósan befolyásoló (az utánpótlódás változása vagy a megcsapolás) egyéb emberi tevékenységekre vonatkozó információk összeállítása (LAWA is) (pl. burkolatok, a növényzet jelentős változása, kavicsbánya-tavak, drénezés, folyószabályozás, duzzasztás), az egyes témakörökkel kapcsolatos jelenlegi ismereteket összefoglaló tanulmányok alapján. ??? – 2004. március. − A kritikus víztestek kijelölése a vízkivételek és a becsült hasznosítható vízkészlet (“top-down” megközelítés) összehasonlítása, a vízszintsüllyedés, az ökoszisztémákra vonatkozó lokális követelmények és az egyéb tevékenységekre vonatkozó információk alapján. ??? - 2004. június. Második fázis (a kritikus állapot jellege szerint): − A hasznosítható készlet szempontjából kritikus víztesteken belül a vízkivételek és az utánpótlódás területi eloszlásának elemzése, a „top-down“ megközelítéssel meghatározott hasznosítható készlet részletesebb elemzése(beszivárgás, szivárgási jellemzők, vízfolyásokkal való kapcsolat, környezeti korlátok), a vízszintekre vonatkozó adatsorok, a vízbázis atlasz és a sérülékeny vízbázisok diagnosztikája c. program keretében készült felszín alatti modellek felhasználásával. ??? – 2004. december. − A felszín alatti vizektől függő ökoszisztémákhoz kapcsolódó korlátok részletes elemzése a 2003. évi KGI-felmérés eredményeire, az ERTI-nél található erdészeti adatokra támaszkodva, a KvVM-MTA projekt keretében kidolgozott szempontok alapján. ??? – 2004. október. − Egyéb hatásokra vonatkozó részletes hatáselemzés (pl. kavicsbánya-tavak, drénezés, partiszűrésű vízkivételt érintő mederoldali beavatkozások és következményeik). ???- 2004. október. − A fentiek alapján a kritikus állapot pontosítása/megerősítése, illetve az okok meghatározása (beleértve a vízkivételek és a csapadékhiány hatásának elválasztását – l. LAWA). ??? – 2004. december − Határokkal osztott vízgyűjtők esetében (ahol nem a kritikus állapot a szempont) az értékelés a Duna vízgyűjtőre kidolgozott egységes szempontok szerint, két(három) oldalú együttműködés keretében történik Első fázis (közös víztestek típusa, mérete, problémák) – idei megbízás keretében 2003. december, részletesebb értékelés (vízkivételek, készletek, átáramló vízmennyiség természetes, jelenlegi és egyeztetett megengedett mértéke) - ???? 2004. június. Az információk ideiglenes tárolására egy ideiglenes munkaadatbázis kialakítása javasolható (a redundanciák ellenére), a központi VKI-ra vonatkozó információs rendszer terveinek figyelembevételével. Az adatok tárolását a víztestektől független nyilvántartás


______________________________________________________________________________________

célszerű megoldani, így a víztestekben bekövetkező változások nem érintik a munkaadatbázist.

1.

Felszín alatti vizekre vonatkozó mennyiségi monitoring

A VKI követelményei: A Keretirányelv a felszín alatti monitoring feladatát közvetve határozza meg. A megfigyelő hálózatot úgy kell megtervezni, hogy biztosítsa minden felszín alatti víztest vagy víztest csoport mennyiségi állapotának értékelését, ide értve a hasznosítható felszín alatti vízkészletek értékelését is (V. melléklet, 2.2). Megfelelő mennyiségű reprezentatív pont alapján biztosítnia kell, hogy meghatározható legyen: − a felszín alatti víz szintje, figyelembe véve az utánpótlódás rövid- és hosszúidejű változásait, − a vízkitermeléseknek és vízbevezetéseknek a felszín alatti víz szintjére gyakorolt hatása, − tagállamok határát keresztező áramlás iránya és hozama. A felszín alatti vizek esetén nem jelenik meg ugyanaz a többszintű felbontás, mint a felszíni vizeknél. A mennyiségi monitoring a sokéves átlagértékek meghatározása miatt folyamatosan működik és egyaránt vannak olyan elemei, amelyek az általános állapotértékelést, és olyanok, amelyek a kritikus állapotot figyelik (nagy vízkivételek, érzékeny ökoszisztémák környezete). A fentiekből levezethető mérendő elemek: − a víztest mennyiségi állapotának értékelése (beleértve az éves utánpótlódás hosszúidejű átlagos értékét): − meteorológiai jellemzők − geológiai, hidrogeológiai jellemzők (fedőréteg és víztartó rétegek) − növényzet − talajvízszintek (átlagos értékek és az ingadozás jellemzői) − a hasznosítható készleteket befolyásoló egyéb tényezők: − a felszín alatti víztest és a kapcsolódó felszíni víztest közötti vízcsere, − a kapcsolódó szárazföldi ökoszisztémák talajvízből származó vízigénye A hasznosítást befolyásoló elemek meghatározása többnyire ugyancsak kutakban mért vízállásokat jelent, de a VKI ezzel a megfogalmazással is hangsúlyozza, hogy a mérések célja a kérdéses vízháztartási elemek becslése, így fontos a kapcsolódó egyéb elemek ismeretével való összhang is: felszíni vízszintek, szivárgási paraméterek, a védendő ökoszisztéma típusa. Fel kell mérni a kapcsolódó felszíni rendszereket is (szárazföldi ökoszisztémákat és azokat a felszíni víztesteket, amelyekkel a felszín alatti víztest dinamikai kapcsolatban van).


______________________________________________________________________________________

Hazai javaslat: A jelenlegi, folyamatosan üzemelő hálózat a követelményeket jórészt teljesíti. Hiányosságok tapasztalhatók a következő területeken, ahol az értékeléshez kiegészítő monitoringra van szükség. − A rétegvíz és a talajvíz közötti kapcsolat, főként a dombvidéki és a peremi területeken; − A felszín alatti vízforgalomra érzékeny ökoszisztémák környezetének áramlási és vízforgalmi jellemzői (a feltárást a természetvédelmi szempontból kiemelt területekre / l. KGI felmérés /, illetve a víztermelés szempontjából kritikus területeken feltétlenül fenntartandó növényzet környezetére kell koncentrálni, mintaterületi jelleggel - az elsődleges cél a környezet talajvízszint-változásainak feltárása, nem pedig az ökoszisztéma változásainak elemzése); − A kisvízi időszakok alaphozamára érzékeny vízfolyás-szakaszok vízforgalma (síkvidéki területen a part menti sávra, dombvidéki területeken a gerinceket és a völgyeket összekötő szelvényekre kell koncentrálni), ugyancsak mintaterületi jelleggel; − a vízi ökoszisztémák fenntartása szempontjából fontos források hozama; − a szennyezett felszín alatti vizek környezetének áramlási viszonyai (ebbe a kategóriába tartozik a települések alatti talajvíztér, valamint az ismert, nagy kiterjedésű nem-pontszerű szennyezett talajvizek feltárása). A feltárást a vízminőségi feltáráshoz szorosan kapcsolódva, mintaterületi elven célszerű végezni. Különös figyelmet érdemelnek a mennyiségi szempontból kritikusnak látszó víztestek. Ennek okai lehetnek: a meglévő kutak nem stabilizálódó vízszintsüllyedést mutatnak, illetve ahol stabilizálódott ugyan a vízszint, de a süllyedés mértéke környezeti okok (talajvízből származó párolgás, alaphozam) miatt megengedhetetlen.


______________________________________________________________________________________

Egyéb figyelembe veendő szempontok: − A monitoring feladata, hogy a mérések alapján bemutatható legyen a felszín alatti víztesteket jellemző vízszint – ez gyakorlatilag a talaj-, réteg- és karsztvízszintek megfelelő pontosságú (? ez még nem dőlt el) izovonalas térképeinek megszerkeszthetőségét jelenti. − A méréseknek egyrészt a regionális felszín alatti modell kalibrációját kell szolgálniuk – a kalibrált modell alkalmas mérési pontokkal nem rendelkező területeken a jellemző vízszintek, illetve a vízforgalmi jellemzők számítására. − Másrészt a monitoring célja a felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák környezetének monitorizása, illetve a vízkivételektől függő szennyezésterjedési folyamatok ellenőrzése. A víztestek állapotának jellemzéséhez a monitoring program indulása, azaz 2006 előtt is szükség van kiegészítő információkra. Ezt a fázist megkülönböztetésül célszerű feltárási fázisnak hívni. A feltárás végrehajtásának fázisai: − A rendelkezésre álló információk áttekintése: − a vízszint-térképek megszerkesztése, − a vízkivételi adatok értékelése és kiegészítése − A feltárás helyszíneinek kijelölése, a javaslatban szereplő szempontok szerint, VIZIG-es szakemberek közreműködésével, központi koordinációval (végrehajtási útmutatóval és bevezető továbbképzéssel). Egyeztetés a vízminőségi feltárással. − A feltárás végrehajtása: − kb. 50 sekély kút létesítése és észlelése − kb. 30 rétegvízkút létesítése és észlelése − kb. 100 forrás mérése − jelentős alaphozammal rendelkező vízfolyásszakaszok feltárása A felszín alatti és a felszíni vizek kapcsolatának méréssel történő jellemzésében két megközelítés lehetséges: vízhozammérés a mederben hosszú csapadékmentes időszakokban és/vagy felszíni vízszint és meder közeli talajvízszint mérések. Értelemszerűen az első megoldásra kell törekedni, vagy a kettő kombinációjára. Táplálás esetén az észlelések hasznos eleme lehet a környezeti izotópok mérése

− A talajvzektől függő szárazföldi ökoszisztémák környezetében az áramlási viszonyok feltárása . Az érzékeny szárazföldi ökoszisztémák, illetve a vízfolyás szakaszok további monitorozása vizsgálati monitoring keretében folytatódhat. A feltárás adatgyűjtési és adatelemzési fázisa 2003-ban, illetve 2004-ben végrehajtandó feladat. Eddig a talajvízszintekre (ennek a témánaka keretében), illetve a rétegvízszintekre vonatkozó térképek készültek el, törzshálózati kutak adatainak felhasználásával. Kiegészítésük és pontosításuk szükséges.


______________________________________________________________________________________

A vízkivételi adatokat ennek a témának a keretében összeállítottuk, ellenőrzésük és kiegészítésúk - más téma keretében - ugyancsak 2003. évi feladat. A vízszintekre és a vízkivételekre vonatkozó adatok, felhasználhatók az előző pontban ismertetett jellemzés során.

illetve

feldolgozások

A felszín alatti vizek észlelőhálózatárnak fejlesztésére elfogadott terv létezik, amelyet 2005-ig kell végrehajtani. A VKI-hoz kapcsolódó követelmények nem érintenek minden feladatot, ugyanakkor újabb szempontok is megjelennek. A Keretirányelv követelményeinek megfelelő monitoring fejlesztésének vázlatterve elkészült (VITUKI, 2001). A fejlesztéseket tehát a két terv összehangolása alapján kell végezni. A vízbázisokra megkövetelt monitoring a vízbázisok diagnosztikája keretében elkészül, külön fejlesztésre nem lesz szükség.


______________________________________________________________________________________

2. melléklet

A regionális vízháztartási modell módszertani alapjai

Regressziós modellek, mint összehasonlítási alap A regressziós modellek a meteorológiai és a vízháztartási paraméterek közötti függvénykapcsolatok paramétereinek becslésén alapulnak, amelyhez megelőző időszakok idősorait használják fel. Ezek az összefüggések, jellegükből következően valamilyen időszak adott tartósságú, illetve átlagos vízháztartási eleme (mint függő változó) és a meteorológiai jellemzők (mint független változók) között keresnek kapcsolatot. A független változók között esetleg szerepelhetnek a függő változótól független egyéb vízháztartási elemek is. Ebbe a kategóriába sorolhatók a párolgásra és a lefolyásra vonatkozó empirikus összefüggések, pl. Turc párolgási összefüggése: ETA = ß·P·(0,9+P2/K2)-0,5 ahol K= 300 + 25·T + c·T3

/1/

ETA: éves tényleges evapotranszspiráció [mm] P: éves csapadék [mm] T: átlagos évi középhőmérséklet [oC] c: tapasztalati paraméter 0,05 ß: a földhasználattól függő paraméter: Magyarországon szántóföldre és füves területekre 1,13, erdőre 1,62.

Budiko lefolyási összefüggése: LF = P⋅exp[-r/(L·P)]

/2/

LF: éves felszíni lefolyás [mm] P: éves csapadék [mm] r: sugárzási egyenleg [W/m2] L: a párolgás fajhője [W/mm/m2] r/L: a maximálisan lehetséges párolgás, Nováky szerint Magyarországra α·(36.400·T/P +104), ahol α a vízgyűjtő függvénye (a Zagyva jászteleki szelvényére 1,95), T pedig az átlagos évi középhőmérséklet

A két fenti összefüggésen felül rengeteg ehhez hasonló készült, különböző formájú függvénykapcsolatokkal és egy-egy régióra és időszakra kalibrált paraméterekkel. A használatukkal kapcsolatban felmerülő alapvető probléma, hogy a fizikai tartalom hiánya miatt nehéz az ok-okozati kapcsolatok nyomon követése, és így a kalibrált paraméterek használhatósága kétséges az éghajlatváltozással érintett jövőben (az összefüggésben nem szereplő, de a függő változót befolyásoló egyéb tényezők hatása más arányokban jelentkezik, mint abban az időszakban, aminek adataira alapozva az összefüggést kidolgozták). Az alapvető problémák ellenére ezeket a modelleket - egyszerűségük miatt - előszeretettel alkalmazzák az éghajlatváltozás hatásának elemzésére is.


______________________________________________________________________________________

2. Vízháztartási modellek Az előzőektől eltérően - ahol ez nem követelmény - fizikai alapokon nyugszanak az ún. vízháztartási modellek. Ezek a következő, a felszíni és a felszín alatti vízteret egyaránt magukba foglaló vízmérlegből indulnak ki: ΔV = Δt⋅[±Q + A·(p – eta) – K]

/3/

ΔV: a tárolt készlet megváltozása (adott időpontbeli értéke V) [L3] ± Q: peremi vízforgalom ( = +Qbe - Qki ) [L3/T] p: csapadékintenzitás [L/T] eta: a tényleges evapotranszspiráció intenzitása [L/T] K: vízkivételek [L3/T] Δt: a mérleg időszakának időtatama [T] A: a vízgyűjtő területe [L2] a jobb oldalon szereplő jellemzők mindegyike a mérleg időszakára vonatkozó átlagos érték

A mérlegben a meteorológiai jellemzőkön kívül a tárolt készletben történt változás, a vízkivétel és peremeken be- és kilépő vízmennyiség szerepel. Ebből dinamikus elemzés esetén a tárolt készlet változása számítható, amihez a többi paraméter ismeretére vagy valamilyen formulával történő számítására van szükség. Ha hosszú idejű átlagos állapotok vizsgálatáról van szó, akkor a tárolt készletben történő változás elhanyagolható, és az oldalirányú vízforgalom változása (ami a vízkivétellel együtt a területről származó felszíni és felszín alatti lefolyást adja) vagy a tényleges párolgás számítható, tehát az éghajlatváltozás miatt a csapadékban jelentkező különbségeknek a lefolyásra vagy a párolgásra gyakorolt hatása vizsgálható. A vízmérleg egyensúlya abban az esetben áll helyre, ha a csapadékban bekövetkező változást a tényleges párolgás és a lefolyás csökkenése kompenzálja. A két összetevő közül egyszerre csak az egyik számítható, a másikat valamilyen összefüggéssel kell leírni. Ezeket a kapcsolatokat - amennyire lehetséges - a fizikai törvényekre célszerű alapozni (pl. gradiensek alapján felírt sebességek az oldalirányú vízforgalom meghatározására, vagy a beszivárgás számítása a talaj nedvességtartalmának függvényében, illetve az összegyülekezés és lefolyás vagy a párolgás fizikai folyamatának matematikai leírása). Lehetséges azonban empirikus blokkok alkalmazása is (pl. párolgásra vagy lefolyásra vonatkozó formulák). A hatáselemzések során a vízmérlegre épülő modellek az empírián alapuló regressziós modelleknél finomabb magyarázatokat tesznek lehetővé, de ha a modellben empirikus tagok is szerepelnek, a kiterjeszthetőséggel kapcsolatban jelzett gondok továbbra is fennállnak, esetleg súlyuk a végeredmény szempontjából kisebb. Ezek a modellek egyben szimulációs modelleknek is tekinthetők, hiszen az input paraméterek tetszőleges változatára képesek kiszámítani (szimulálni) az ismeretlennek tekintett vízháztartási elem értékeit. A permanens állapotra vonatkozó szimulációs modellek olyan hosszú időszakra vonatkoznak, ami elegendő ahhoz, hogy valamennyi paraméter változásának hatása a teljes modellezett térben megjelenjen. Tranziens modellek az ismeretlen vízháztartási elem idősorát adják meg. A szimulációs modellek másik kulcskérdése a területi felbontás. Minden területelemre önálló vízháztartási egyenletet kell felírni, az elemek közötti kapcsolatot az oldalirányú áramlás biztosítja. A területi felbontás részletessége tehát alapvetően befolyásolja a számítás volumenét.


______________________________________________________________________________________

A javasolt regionális modell A felszíni és a felszín alatti víztér együttes kezelése különleges feltételeket jelent. A felszín alatti, telített víztér szoros kapcsolatban van a talajnedvesség zónájával, illetve a felszíni vizekkel: hogyan változik az alaphozam, amely kisvizek idején alapvető fontosságú, illetve a talajvízpárolgás, amely viszont a növények vízfelvételében játszik szerepet. Ahhoz, hogy ezeket a hatásokat vizsgálni tudjuk, a /3/ vízháztartási egyenletet célszerű tovább bontani: ΔVfsz + ΔVfav = Δt⋅[±Qfsz ±Qfav + A·(p – eta) – Kfsz – Kfav]

/4/

ΔVfsz: a tárolt felszíni készlet megváltozása (adott időpontbeli értéke Vfsz) [L3] ΔVfav: a tárolt felszín alatti készlet megváltozása (adott időpontbeli értéke Vfav) [L3] ± Qfsz: peremi vízforgalom a felszíni vizekben ( = +Qfsz,be - Qfsz,ki ) [L3/T]

± Qfav: peremi vízforgalom a felszín alatti vizekben (= +Qfav,be - Qfav,ki) [L3/T] p: csapadékintenzitás [L/T] eta: a tényleges evapotranszspiráció intenzitása [L/T] Kfsz: felszíni vízkivételek [L3/T] Kfav: felszín alatti vízkivételek [L3/T] Δt: a mérleg időszakának időtatama [T] A: a vízgyűjtő területe [L2] a jobb oldalon szereplő jellemzők mindegyike a mérleg időszakára vonatkozó átlagos érték

Majd a /4/ egyenletet az utánpótlódó készletre, vagyis a csapadék és a peremeken beérkező oldalirányú vízmennyiség összegére kifejezve a következő formát kapjuk: A·p+Qfsz,be+Qfav,be=A·(etak+lff +b)+Qfsz,be+Qfav,be= A·(etak+etatv)+Kfsz +Kfav+Qfsz,ki +Qfav,ki +ΔVfsz/Δt + ΔVfav/Δt

/5/

etak: közvetlen párolgás a felszínről és a talajnedvesség zónájából (= eta - etatv) [L/T] etatv: a talajvízből származó párolgás [L/T] lff: felszíni eredetű mederbeli lefolyás [L/T] b: talajvizet elérő beszivárgás [L/T] valamennyi új paraméter a mérleg időszakára vonatkozó átlagos érték

A teljes vízmérlegre épülő modellt felbonthatjuk egy területi és egy a vízfolyások medrére vonatkozó részre, amelyekben már megjelennek a számunkra fontos vízháztartási összetevők is: mederbeli vízháztartási mérleg: ΔVfsz/Δt = Qfsz,be + A·(lff + lfa) – Qfsz-fav_– Kfsz – Qfsz,ki

/6/

területi vízháztartási mérleg: ΔVfav/Δt = A·p + Qfav,be + Qfsz-fav – A·(etak + etatv + lff + lfa) – Kfav – Qfav,ki

/7/

A két modul között tehát három tényező biztosítja a kapcsolatot: Qfsz-fav: a felszíni vizekből a talajvízbe szivárgó hozam, (tartalmazza a természetes utánpólódást (ilyen volt a Szigetköz), a mesterséges vízszinttartással beszivárogtatott vízpótlást (ilyen lett a Szigetköz, de ide sorolható az öntözőcsatornák egy része is) és a partiszűrésű vízkivétel esetén a mederből a partiszűrésű kutak felé szivárgó vizet


______________________________________________________________________________________ (természetesen emiatt a partiszűrésű vízkivételt a felszín alatti vízkivételek közé kell sorolni), [L3/T] lff: a felszínen összegyülekező, és a vízfolyások medrébe jutó csapadékból származó víz, [L/T] lfa: felszín alatti eredetű mederbeli lefolyás (alaphozam), [L/T] valamennyi új paraméter a mérleg időszakára vonatkozó átlagos érték

A /6/ és a /7/ összefüggésben szerepelő elemek kapcsolatait mutatjuk be az 1. ábrán, ahol különböző sraffozással jelöltük a mederbeli és a területi vízháztartási modulhoz tartozó elemeket. közvetlen párolgás evaporáció

talajvízpárolgás

transzspiráció

"KÍVÜLRŐL" ÉRKEZŐ FELSZÍNI VÍZ

CSAPADÉK

a vízgyűjtőn kívülre távozó felszíni víz

felszíni eredetű mederbeli lefolyás alaphozam

felszíni vízkivétel

felszíni vízből származó beszivárgás

"KÍVÜLRŐL" ÉRKEZŐ FELSZÍN ALATTI VÍZ

felszín alatti vízkivétel

csapadékból származó beszivárgás átrendeződés a készletek között

megújuló csak a területi vízháztartási modell része csak a mederbeli lefolyásra vonatkozó modell része mindkét modell közös elemei

1. ábra A vízháztartás meghatározói elemei egy vízgyűjtőre

hasznosíto tt készletek

a vízgyűjtőn kívülre távozó felszín alatti víz

hasznosítás nélkül távozó készletek


______________________________________________________________________________________

Az éghajlatváltozás figyelembevétele miatt – erre a stratégiai elemzések során szükség volt - a modell nyári-téli félévi bontásban dolgozik, ugyanis jelentős különbség van a nyári és a téli félévi csapadék előrejelzett változásában. Mivel a beszivárgási és a párolgási folyamatok éven belüli eloszlása messze nem egyenletes, sőt ez a két folyamat éppen ellentétesen változik, az éghajlatváltozás hatására bekövetkező változásaik és egymásrahatásuk értékeléséhez mindenképpen legalább a féléves időbeli felbontásra szükség van. Ezért nem elégedhetünk meg a Turc (/1/ összefüggés), illetve Budiko (/2/ összefüggés) formájú összefüggésekkel. Ennél részletesebb időbeli felbontás viszont a vízháztartási vizsgálatok esetén nem indokolt, annál is inkább, mert az éghajlatváltozás előrejelzett értékei is ilyen időbeli bontásban állnak rendelkezésre, illetve a becslési hiba az időbeli felbontással növekszik. A hosszúidejű átlagos jellemzők meghatározásakor a tározásváltozás elhanyagolható, tehát zérusnak tekinthető. A téli és nyári félévi időszak hosszúidejű átlagaira ez csak a felszíni vizek esetében igaz (kivéve azokat a vízgyűjtőket, ahol a tározás mértéke jelentős a nyári átlagos lefolyáshoz képest). A felszín alatti vizek esetében a téli időszak tározott többletét, illetve a nyári időszak tározáscsökkenését külön tagok formájában közvetlenül becsüljük (a telítetlen zóna őszi feltöltődése, majd késő tavaszi kiszáradása, illetve a telejvízforgalom egy része), amiről részletesebben az 1. mellékletben lesz szó. A vízkivételek nagyságára feltételezésekkel élünk. A feladat így a lefolyási és a párolgási összetevők és az egyes részterületek peremein érkező és távozó vízhozam számítására egyszerűsíthető. A vízháztartási modellek gyakorlati alkalmazása során a következő lépésekre van szükség: •

•

A felszíni modul esetében a meteorológiai és morfológiai jellemzők alapján becsült lefolyás behelyettesítése után a /6/ egyenletből a távozó vízhozam kiszámítható (mint említettük hosszú idejű átlagok esetén a tározott mennyiségben történő változás elhanyagolható). Több kapcsolódó vízgyűjtő esetén a számítás felülről indítva (0 induló vízhozam, illetve az országhatáron a belépő vízhozam becsült értékének felhasználásával) elvégezhető. a területi modul esetében átvehető a felszíni modulban már felhasznált lefolyásbecslés és a két víztér közötti kapcsolat mértéke, és így a további számítások kétféleképpen történhetnek: • becsüljük az aktuális párolgást a meteorológiai és/vagy sugárzási jellemzők alapján, majd a vízmérleg /7/ egyenletéből kifejezzük az oldalirányú áramlást, vagy • számítjuk az oldalirányú áramlást (közelítéssel és mivel a részvízgyűjtők közül több is érintkezik egymással, iterációs módszerrel, vagy felszín alatti modellel, amelyben az iterációs megoldás eleve benne foglaltatik), majd kifejezzük a párolgást a /7/ vízmérlegből.

A stratégiai vizsgálatokhoz kidolgozott modell a második megközelítéshez áll közelebb. Korábbi elemzések során már többször bebizonyosodott, hogy a hazai meteorológiai


______________________________________________________________________________________

viszonyok mellett a tényleges párolgás területi átlagos értékeit csak igen bizonytalanul lehet számítani, tehát megbízhatóbb egy olyan modell, amelyik ezt tekinti ismeretlennek. Az 1. mellékletben bemutatott modell abból a szempontból „keveréknek” számít, hogy a potenciálishoz közeli, és emiatt lényegesen pontosabban meghatározható téli félévi párolgás becslés alapján, a talajvízből történő párolgás pedig a beszivárgás és az alaphozam függvényében számított értékként kerül be a /7/ modellbe. A felszín alatti oldalirányú áramlás meghatározása közelítéssel történt: feltételeztük, hogy a vízgyűjő felszín alatti vízmérlegének egyenlege adott arányok szerint oszlik meg a szomszédos vízgyűjtők között – többlet esetén kiáramlásként, hiány esetén beáramlásként jelenik meg).


______________________________________________________________________________________

A módszertan részletei A modell algoritmusa és kiindulási paraméterei A modell téli-nyári félévi felbontásban dolgozik. A felszíni eredetű téli és nyári félévi lefolyás számítása: LFf = LFf ,tél + LFf,nyár = c[αtél⋅(Ptél - Ph,tél) + αnyár⋅(Pnyár - Ph,nyár)] /1/ : LFf, ,LFf ,tél ,LFf,nyár: éves, téli és nyári félévi felszíni eredetű lefolyás [mm] Ptél, Pnyár téli, illetve nyári félévi csapadékok [mm] αtél, αnyár: lefolyási tényezők, Ph,tél, Ph,nyár empirikus módszerrel becsült téli, illetve nyári félévi határcsapadékok [mm], c: a medence területeken alkalmazott, a vízfolyássűrűségtől függő szorzótényző (0,8 és 1,3 között változik)

a lefolyási tényező becslésekor figyelembe vett folyamatok: • a csapadék ideje alatti párolgás • beszivárgás a talajba • a makro egyenlőtlenségek feltöltése • a lepelszerű vízmozgás kialakulása és fenntartása a határcsapadékok becslésekor figyelembe vett folyamatok: • intercepció • a felszín átnedvesedése • mikroegyenetlenségek • a fentiek szerinti határcsapadéknál kisebb csapadékok összege a félév alatt Az egyes részfolyamatok egymásutániságát, és bonyolult feltételrendszerét figyelembe vevő algoritmus meglehetősen komplikált ezért a részletes leírást mellőzzük, csak a főbb lépéseket említjük (az algoritmus követhető a mellékelt excel mintafile-ban). Az egyes folyamatokat jellemző segédparaméterek meghatározása a séma szerint történik: pi (domborzat, fedőréteg) = pi,max . a(domborzat, fedőréteg), vagyis egy becsült maximális értéket egy, a domborzattól és a fedőrétegtől függő egynél nem nagyobb számmal szorzunk.


______________________________________________________________________________________

A téli és nyári félévenkénti 8 – 8 paraméter (pi ), valamint a domborzat és a fedőréteg kombinációiból adódó 14 – 14 szorzótényező (a) szcenáriónként összesen 224 paramétert jelent. Egyszerűsítve a paraméterbecslést, a mostani számítások során a következő lefolyási paraméterekkel számoltunk: Paraméterek értékei területtípusonként Tertip 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Hegyvidék

Ph,t

141 135 137 135 137 Dombvidék 133 130 133 131 Síkvidék 125 139 123 139 123 145 126

αt

Ph,t

α ny

W

C

0.12 0.31 0.26 0.28 0.25 0.24 0.26 0.22 0.20 0.22 0.14 0.19 0.14 0.19 0.10 0.12

268 218 250 170 180 264 181 190 400 174 440 184 440 184 460 190

0.04 0.22 0.08 0.19 0.15 0.07 0.17 0.12 0.02 0.11 0.01 0.09 0.01 0.09 0.00 0.07

15 15 45 100 90 45 100 90 50 110 50 90 45 85 40 80

0.1 0.0 0.05 0.0 0.0 0.05 0.0 0.0 0.05 0.0 0.05 0.0 0.05 0.0 0.05 0.0

A fenti táblázat adatai a szántóföldi területhasználatra vonatkoznak, A sokévi csapadékhoz tartozó határcsapadék és lefolyási tényező meghatározásakor, figyelembe kell venni, hogy a féléves lefolyás átlaga sok csapadéktevékenység összegeként alakul ki. A korrekció célja, hogy helyesen kezeljük az olyan kis csapadékú területeket, ahol a sokévi átlagos csapadék ugyan kisebb, mint a határcsapadék (így az /1/ összefüggés szerint nem lenne lefolyás), de vannak olyan nedves évek, amikor a határcsapadéknál nagyobb csapadékból van lefolyás, tehát a sokévi átlag sem lehet zérus. Ehhez mind a határcsapadékot, mind a lefolyási tényezőt csökkentettük, a féléves csapadékok kétparaméteres gamma-eloszlását feltételezve. A telítetlen zóna téli félévi feltöltéséhez szükséges vízmennyiség meghatározása: ΔW = f (fedőréteg, talajvízállás)

/2/

A telítetlen zónára vonatkozó egydimenziós numerikus modell (HYDRUS) eredményeinek felhasználásával közvetlenül becsült értékek [mm], a fedőréteg jellegének és a domdorzati viszonyoknak, illetve az azzal szorosan összefüggő talajvízviszonyoknak a függvényében.


______________________________________________________________________________________

A téli félévi párolgás becslése: ETAtél = ETP tél –max{βETPtél – γPtél; 0}

/3/

ETAtél: tényleges téli félévi evapotranszspiráció [mm] ETPtél : téli félévi potenciális párolgás sokéves területi átlaga, ami a domborzat függvénye [mm] A korrekció figyelembe veszi, hogy gyakran az októberi csapadék kisebb, mint a potenciális párolgás, és ekkor még nincs tárolt többlet, mint mátciusban (β és γ ezeknek a teljes értékhez viszonyított arányait fejezi ki).

A közvetlen párolgás számítása: ETAk = ETAtél + ΔW + Pnyár – LFf,nyár - Bnyár

/4/

ETAk: a felszínről és telítetlen zónából származó éves evapotranszspiráció [mm] Bnyár : a homokos és a karszt területeken előforduló kis mértékű, a felszín alatti vizet elérő nyári félévi beszivárgás [mm] (a nyári félévi csapadéknak a terület jellegétől függő hányada) B

Az alaphozam, a talajvízpárolgás és az oldalirányú áramlás számítása: ETAtv + LFa = αKV⋅[B + (Qfav,be + Qfsz-fav)/(1000⋅A)] és

/5/

Qfav,ki = (1 - αKV - αH)⋅[B + (Qfav,be + Qfsz-fav)/(1000⋅A)]

/6/

ETAtv: éves talajvízpárolgás [mm] LFa: a felszíni lefolyás talajvízből származó része (éves alaphozam) [mm] B: a talajvizet elérő éves beszivárgás [mm] (= Ptél – ETAtél - ΔW – LFf,tél + Bnyár), αKV: környezetvédelmi célra fenntartott vízkészlet és az utánpótlódás aránya: (ETAtv + LFa)/(B + Qfav,be + Qfsz-fav) αH: a hasznosítható készlet és az utánpótlódó készlet aránya Kfav / (B + Qfav,be + Qfsz-fav) Értékeik a vízadó típusától és az áramlás jellegétől függenek


______________________________________________________________________________________

Vízadó típusa αKV αH (1) Nyilt karszt 0,20 – 0,30 0,60 – 0,70 Fedett karszt 0,00 – 0,20 0,60 – 1,00 (2) Mély karszt 0,00 0,50 – 1,00 (3) Hasadékos vízadók 0,40 – 0,65 0,35 Porózus, utánpótlódási terület 0,00 0,20 Oldalirányú áramlás (4) Homokos fedő 0,20 – 0,30 0,20 – 0,30 (4) Iszapos fedő 0,75 – 0,85 0,20 – 0,15 Porózus, átmeneti terület 0,00 0,20 Oldalirányú áramlás (4) Homokos fedő 0,40 – 0,50 0,30 – 0,45 (4) Iszapos fedő 0,80 – 0,90 0,20 – 0,10 Porózus, megcsapolási terület (4) 0,30 – 0,50 q maradék Oldalirányú áramlás (4) Homokos fedő 0,60 – 0,70 a maradék (4) Iszapos fedő 0,85 – 0,95 a maradék (1) A Balatoni felvidéken, Tata környékén, a Bükk északi részén és az Aggteleki hegységben a környezetvédelmi készlet aránya rendre 0,7, 0,6, 0,5, 0,5és ennek megfelelően a hasznosítható arány rendre:0,2, 0,2, 0,4, 0,4. (2) Hévíz környékén a környezetvédelmi készlet aránya 0,9 (3) Az arány az utánpótlódás növekedésével csökken (4) A kisebb értékek a síkságokra, a nagyobbak a dombvidékekre és a hegyvidékekre vonatkoznak Ahol a két arány összege nem 1, a maradék a szomszédos területek felé távozik Qfav,be és Qfav,ki :a szomszédos részterületekről érkező, illetve oda távozó felszín alatti áramlás összegei [m3/év] , Qfsz-fav: felszíni vizekből a talajvízbe szivárgó hozam [m3/év] A: vízgyűjtőterület [km2]

A távozó hozam felosztása rögzített arányok alapján történik, ami feltételezi, hogy a meterológiai viszonyokban vagy a vízivételekben történő változás nem változtatja meg a szomszédos vízgyűjtők közötti átadódási arányokat. Minthogy a ki-és beáramlás nem független egymástól, a részterületekre vonatkozó mérlegegyenletek iterativ megoldására van szükség. LFa = c⋅δbk⋅B + c⋅δok⋅(Qfav,be + Qfsz-fav )+ δof⋅(Qfav,be+ Qfsz-fav )⋅ (1 - c⋅δok⋅) /7/ LFa: a felszíni lefolyás talajvízből származó része (éves alaphozam) [mm] az első tag a beszivárgásból (B) a vízgyűjtő kisebb vízfolyásaiba, a második az oldalirányú áramlásból (Qfav,be) és a felszíni vizekből származó beszivárgásból (Qfsz-fav) a vízgyűjtő kisebb vízfolyásaiba, a harmadik tag pedig a vízgyűjtő főágába jutó alaphozamot jelenti, δbk, δok: a domborzattól és a vízadó típusától, illetve az áramlási rendszer jellegétől függő paraméterek, δof: a főmederre egyedileg megadott tényezők c: a már ismert, a vízfolyás hálózat sűrűségétől függő paraméter


______________________________________________________________________________________

síkvidék

átmenet

a kis vízfolyásokba, beszivárgásból jutó hányad, δbk Karszt Hasadékos beszivárgási terület átmeneti terület párolgási terület intenzív párolgási terület

0,60 0,25 0,20 0,10

0,70 0.40 0,30 0,15

a kis vízfolyásokba, oldalirányú áramlásból jutó hányad, δok párolgási terület 0,30 0,35 intenzív párolgási terület

0,20

0,25

dombvidék hegyvidék

0,55 0,35 0,80 0,50 0,35 0,20

0,65 0,40 0,85 0,60 0,45 0,25

0,45 0,40

0,45 0,40

δof értékét a 26 főágra adtuk meg, ezek közül a Kígyós ér 0, a többi 0,4 – 0,8 között változik.


Tel:(36-1)463 1530;

Fax:(36-1)463 3753

mellékelt Talahjvíztérképek


Tel:(36-1)463 1530;

Fax:(36-1)463 3753

4. Melléklet Vízháztartási elemek 5 évenkénti átlagos értékei

Az EU Víz Keretirányelv szerinti felszín alatti víztestek kijelöléséhez, értékeléséhez szükséges feladatok

Recommend Documents