Globális környezeti problémák és fenntartható fejlıdés modul a g zG d á s lk tn o u im y e rI.ö K
Környezeti elemek védelme III. Vízvédelem É S IÖ c E V K M Z T N R Á L D O Y G A
KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc
A víz, mint megújuló erıforrás 31. Lecke
A víz körforgásának szerepe • A víz a hidroszférában állandó körforgásban, mozgásban van. • A Föld különbözı terei, mint egy hatalmas desztilláló készülék elemei mőködnek, és gondoskodnak a csapadékvíz részleges megtisztításáról. • A desztillált víz már a légkörben szennyezıdni kezd. • Nem mindegy azonban, hogy milyen anyagokkal és milyen mértékben szennyezıdik. • Minden ami légszennyezı, elıbb, vagy utóbb víz- és talajszennyezıvé válik. • A víz és talajvédelem ezért a levegıvédelemmel kell, hogy kezdıdjön.
A víz fontossága • Víz az élet hajtóereje, nélküle élet nem is volna lehetséges a Földön • Vegetációt meghatározó faktorok közül legfontosabb a csapadék • Az emberi test naponta 3 liter vizet igényel • Az öblítıs WC egy húzásra kb. 20 l vizet ürít • Az USA egy fıre esı vízfogyasztása 1990-ben 5450 liter/nap ennek negyede felszín alatti vizekbıl származik • Magyarországon a felszín alatti vizek részesedése az ivóvízellátásban meghaladja a 90%-ot • Hazánkban a napi tényleges felszín alatti víztermelés 1,4 millió m3
Felszín alatti vízbázisaink
Hideg és meleg karsztvizeink
Magyarország hévíz kútjai
Vizeink szennyezıdés érzékenysége
Vizeink sérülékenysége
Vízkészlet gazdálkodásunk számokban Felszín alatti vízkészletek (MGSZ, OKTVF alapján) Termálvíz termelés
54,5 Mm3/év
Hidegvíz termelés
815 Mm3/év
Összes termelés:
900 Mm3/év
Utánpótlódás az Alföldön (Major Pál) Beszivárgás
106 mm/év
Párolgási veszteség
87 mm/év
Növekmény
19 mm/év
Felszín közeli vízbázisaink monitoring hálózata
Felszín alatti vízbázisaink monitoring hálózata
Magyarország vízmérlege Összes felszín alatti víztermelés: 930 millió m3 = 9,3*108 m3 Magyarország területe: 93 ezer km2 = 9,3*1010 m2 Termelés/Terület: 9,3*108 m3/ 9,3*1010 m2 = 1*10-2 m = 10 mm Utánpótlódás évente: 20 mm Vízkivétel évente: 10 mm
Kérdések a leckéhez • A víz körforgása • Vízkészlet gazdálkodásunk fontosabb számai • Magyarország vízmérlege
KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET!
Globális környezeti problémák és fenntartható fejlıdés modul a g zG d á s lk tn o u im y e rI.ö K
Környezeti elemek védelme III. Vízvédelem É S IÖ c E V K M Z T N R Á L D O Y G A
KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc
A Föld vízkészletei és körforgásuk 32. Lecke
A Föld vízkészlete 3
Teljes vízkészlet: 1 385 984,610 km felszín alatti vízkészlet 1,7%
gleccserek és állandó hó (édes) 1,7%
világtengerek 96,5%
Forrás: Hamza I.
légköri víz, tavak és lápok, vízfolyások, biológiai víz, talajnedvesség, felszín alatti jég 0,1%
Az édesvízkészlet 2,53 %
felszín alatti jég 0,9%
gleccserek és állandó hótakaró 68,7% Forrás: Hamza I.
tavak 0,3%
légköri víz, vízfolyások, biológiai víz, talajnedv. 0.0%
felszín alatti édesvíz 30,1%
A vízfolyásmedrekben levı víz Ausztrália és Óceánia 1,2%
Európa 3,8% Ázsia 26,7%
DélAmerika 47,3%
Forrás: Hamza I.
Afrika 9,2%
ÉszakAmerika 12%
Forrás: Hamza I.
A víz körforgásának menete • Kipárolgás (ET) az óceán felszínérıl, szilárd felületekrıl, és növényekrıl (a párolgó víz sómentes) • A légköri kondícióknak megfelelıen felemelkedik, szállítódik, majd kicsapódik (felhıképzıdés) • A légkörbıl a csapadék visszahullik az óceánokba vagy a szárazföldre • Egy része azonnal raktározódik mint hó és jég, vagy víz a tavakban, más része felszíni majd mederbeli elfolyásokkal elszállítódik • A felszínen áramló víz egy része beszivárog a talajba (3 fázisú zóna) • A víz beszivárgó részét közvetlenül felveszik a növények, más része eléri a talajvizet (telített, vagy 2 fázisú zóna), vagy a mélyebb víztartó rétegeket. • A telített zóna vize a felszín alatt áramlik, míg felszínre nem ér, mint forrás, vagy táplál mocsarat, tavat, folyót, vagy óceánt • A víz körforgásába magmatikus vizek is bekapcsolódhatnak, ill. szubdukció során az óceáni eredető víz a magma részévé válhat • Minden vízhasználat a természetes vízkörforgás részét képezi, ezért takarékosan és felelısen kell bánni a vizkészleteinkkel.
A párolgás folyamata
Forrás: Hamza I.
Párologás kifejezések Párolgás (E, evaporáció) kádpárolgás –párolgás szabad vízfelületrıl –párolgás kopár talajfelületrıl –párolgás tó és jég felületrıl –párolgás a növényzet felületérıl (intercepció) –párolgás burkolt (utak, háztetık) felületérıl –párolgás talajvízbıl • Viszonyítási (referencia) párolgás (párolgás kopár talajú liziméterbıl) • Potenciális evaporáció (PE, lehetséges párolgás) • Evapotranszspiráció (ET) • Potenciális evapotranszspiráció (PET) (lehetséges evapotranszspiráció) – evapotranszspiráció vízfelület + növény – evapotranszspiráció talaj + növény – viszonyítási evapotranszspiráció (növénnyel borított talaj)
Forrás: Hamza I.
A felszíni lefolyás keletkezésének folyamata Csapadék Felszíni tározódás (intercepció, teknıtározás) Párolgás
Terpfelszíni lefolyás
Három fázisú
Telített talajzóna
Mélybe szivárgás
Forrás: Hamza I.
Közvetett
Beszivárgás
Átszivárgás (talajvízutápótlódás)
Hozzáfolyás vízgyőjtıkbıl Elfolyás más vízgyőjtıkbe
Kapilláris emelkedés
Transzspiráció
Párolgás
Terepfelszín
Közvetlen lefolyás Összes lefolyás a vízfolyásban (vízhozam)
Hipodermikus lefolyás Késleltetett
Bázis lefolyás
Talajvíz lefolyás A lefolyás fı útjai
A lefolyás vízfolyásba érkezésének két idıpontja
Kérdések a leckéhez
• A Föld vízkészletei • Párolgás kifejezések • A felszíni lefolyás tényezıi
KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET!
Globális környezeti problémák és fenntartható fejlıdés modul a g zG d á s lk tn o u im y e rI.ö K
Környezeti elemek védelme III. Vízvédelem É S IÖ c E V K M Z T N R Á L D O Y G A
KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc
A lefolyások számítása 33. Lecke
Az összes lefolyás a vízfolyásban (vízhozam) - közvetlen lefolyás - felszín alatti hozzáfolyás - felszín alatti lefolyás - alapvízhozam A magyar hidrológiai gyakorlat három összetevıt különböztet meg: -felszíni lefolyás - felszínközeli hozzáfolyás - mélységi vizekbıl való víztáplálás Forrás: Hamza I.
A lefolyásképzıdés folyamata A felszíni lefolyás kialakulását befolyásolják: - meteorológiai jellemzık - talaj jellemzık - talajt borító növényzet - emberi tevékenységek - domborzati jellemzık
Forrás: Hamza I.
Az évi átlagos lefolyt víztérfogat (V): V=F⋅q ahol F q
: a vízgyőjtı terület nagysága : a fajlagos lefolyás A fajlagos lefolyás sokévi átlaga (q): q = f ( c t0 )
ahol c t0
: a csapadék sokévi átlaga, : a havi középhımérsékletek és a havi csapadékösszegek sokévi átlagából számított súlyozott átlaghımérséklet
A szivárgás alapegyenlete • A szivárgást írja le – Telített vagy telítetlen közegben – Permanens vagy nem permanens esetben
• Alapja: – A folyadékok tömegmegmaradása (kontinuitása) – Szivárgást leíró alapösszefüggés Forrás: Hefop 3.3.1.
Szivárgás alapegyenlete telített közeg, permanens eset A vizsgált térrészbe be- és kilépı vízhozamok („tömegfluxusok”) egyenlısége: ∂ (ρv x ) ∂ (ρv y ) ∂ (ρv z ) + + =0 ∂x ∂y ∂z ahol ρ az áramló folyadék sőrősége és vx, vy és vz a szivárgási sebességvektor komponensei .
vi a Darcy törvénybıl megismert „intenzitás” (átlagos lineáris térfogati sebesség, r a folyadék sőrősége, akkor rvi tömegáramlási sőrőség vagy tömegfluxus i irányban. A kiáramló tömegfluxus a beáramló és a változás összege. Forrás: Hefop 3.3.1.
Szivárgás alapegyenlete telített közeg, permanens eset A vizsgált térrészbe be- és kilépı vízhozamok egyenlısége: ∂(ρv x ) ∂ (ρv y ) ∂(ρv z ) + + =0 ∂x ∂y ∂z ρ folyadéksőrőség állandó
ρ folyadéksőrőség változó
ρ Folyadéksőrőség kiemelhetı
∂v lánc-szabály : ρ i ∂i
∂ρ >> vi ∂i
ahol i a szivárgás x, y vagy z iránya
Mind összenyomható, mind összenyomhatatlan folyadék esetére
∂v x ∂v y ∂v z + + =0 ∂x ∂y ∂z Forrás: Hefop 3.3.1.
Szivárgás alapegyenlete telített közeg, permanens eset ∂v x ∂v y ∂v z + + =0 ∂x ∂y ∂z Felhasználva a Darcy-törvényt:
∂ ∂h ∂ ∂h ∂ ∂h + k z kx + k y =0 ∂x ∂x ∂y ∂y ∂z ∂z Izotróp közegre (kx=ky=kz)
∂ 2h ∂ 2h ∂ 2h + 2 + 2 =0 2 ∂x ∂y ∂z Forrás: Hefop 3.3.1.
(Laplace- egyenlet)
Szivárgás alapegyenlete telített közeg, nem permanens eset Nem permanens szivárgás vizsgálatához szükséges közegjellemzık: • Fajlagos tárolási tényezı (Ss) • Tárolási tényezı (S) • Fajlagos hozam (Sy) (Marton L.: fajlagos vízleadás) Levezetéshez szükséges paraméterek: • ρ folyadék-sőrőség, • µ folyadék-viszkozitás, • β folyadék-kompresszibilitás, • n közeg hézagtérfogat • e közeg hézagtényezıje, • α közeg-kompresszibilitás • K áteresztıképesség Forrás: Hefop 3.3.1.
A Föld vízkészleteinek megújulási periódusai Hidroszféra rész Világtenger Felszínalatti víz Talajnedvesség Állandó fagyott talajok felszín alatti jege Sarki jégpáncél és állandó hótakaró Hegyi gleccserek Tavak Mocsarak Vízfolyások vize Biológiai víz Légköri víz
Megújulási idı 2.500 év 1.400 év 1 év 10.000 év 9.700 év 1.600 év 17 év 5 év 16 nap néhány óra 8 nap
Vízháztartási mérlegek Általános alakja
ΣT I + ΣT Q = ∆T S = S(t2) - S(t1)
A hidroszféra egészére, hosszú átlagban: P = Cs A világtengerekre: P = Cs + Lf + Lfa Szárazföldre: Cs = P + Lf + Lfa Lefolyástalan területekre: Cs = P Egy tetszıleges vízgyüjtı területre: Cs = P + Lf - Lh + B - Hfa + ∆S
Forrás: Hamza I.
A Kárpát medence hegy- és vízrajza
„Pocsolya térkép” A Kárpát-medence vízrajza a lecsapolások elıtt
Magyarország domborzata és vizei
Kérdések a leckéhez
• A lefolyások számítása • A beszivárgás tényezıi • Vízháztartási mérlegek
KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET!
