Simonffy Zoltán Vízgazdálkodási Víz gazdálkodási és Vízépítési Tanszék
Felszín alatti viz vizbázisok bázisok védelme
Vízfogyasztás 700 600 500 400 300 200 100
lakosság i
Ipar
0
attartás
n se ze
ré s -é ta l
aj
Ö ss
rs
te gv
íz
zt v
íz
öntöz és
ka
tis pa r
fe l
sz
zű ré
sű
ín iv
íz
halastó-á ll
Az energetikai vízhasználatokat leszámítva a vízfogyasztás 75 %-a, az ivóvízkivételek 95%-a
felszín alatti vizekből történik
Vízkivételek
1,8 millió m3 vizet fogyasztunk naponta kb. 7000 kútból termelnek ivóvizet
A vízellátás elemei
Vízbázis
Vízmű (vízkezelés)
Elosztó hálózat
Fogyasztó
Vízbázisvédelem: NEM Egy kút körüli védőterület? Az egyik vízkivételt védjük a másiktól
Általánosabb megközelítés: Felszín alatti vizek védelme, + védőterületek
a Víz Keretirányelv szerint
NEM
Felszín alatti viz vizbázisok bázisok védelme I. Mennyiségi kérdések Felszín alatti rendszer: kőzetek, áramlási viszonyok A vízkivétel hatása a vízmérlegre A felszín alatti vízmozgás differenciál-egyenlete A Víz Keretirányelv előírásai A hasznosítható készlet fogalma és meghatározása Víztestek és mennyiségi állapotuk Az éghajlatváltozás lehetséges hatásai
Víztípusok növényzet
transzspiráció felszíni vizek
FELSZÍN ALATTI VIZEK Merev vázú közetekben tárolt vizek
Porózus kőzetekben tárolt vizek talajnedvesség
telítetlen zóna
források talajvíz hasadékvizek
partiszűrésű víz
karsztvizek
rétegvíz telített zóna termálvizek
alaphozam
Geológiai képződmények elterjedése
„Rengeteg” felszín alatti vizünk van De felhasználhatjuk - e ezt az ún. statikus készletet? NEM !! Feltöltés
Vízszintingadozás
Hosszú időt tekintve a feltöltés és kifolyás azonos
Több folyikkifolyás ki Csökkenő
egy többrétegű felszín alatti áramlási rendszer összetevői
vízvezető réteg (kavics,homok) karsztos hegyvidék
féligáteresztő réteg (iszap, agyag) ablak
lencse
egy többrétegű felszín alatti áramlási rendszer összetevői Utánpótlódás: csapadékból történő beszivárgás
Megcsapolás: párolgás vagy vízfolyás
1000 év
10 év 100 év
Utánpótlódási és megcsapolási helyek közötti áramlási pályák,
ennek megfelelő potenciálviszonyok!!!
< 1 év
vízkivétel hatása a regionális áramlási rendszerre
Felszín alatti vizektől függő növényzet (szárazföldi ökoszisztémák) Magyarország síkvidéki területeinek ökoszisztémája érzékeny a talajvízviszonyokra A vízszintsüllyedéssel csökken a növényzet vízellátottsága is.
A Duna-Tisza közi tájak
Nem látjuk, hogy mi történik, de azért lehet következtetni ….
Vízfolyások és felszín alatti vizek kapcsolata
A nagy hordalékkúpokon és a duzzasztott szakaszokon a felszíni vizek táplálják a talajvizet Ha csökken a folyó vízszintje, ez megváltozik. A talajvíz terep alatti szintje ennek függvényében alakul, és hat a szárazföldi ökoszisztémákra.
Eső után elhúzódik a kiürülés
A csapadék után a felszíni eredetű lefolyás átvált felszín alatti eredetűvé
Őszi csapadékmentes időszakban a vízi élővilág éltetője
A vízfolyások kisvizeinek jelentős része származik felszín alatti vízből
Szóval a felszín alatti vizek fontosak, mert …
Környezeti és használati érték értékük ük nagy
Mennyiségi és minőségi védelm védelmük ük egyaránt fontos
A VÍZHÁZTARTÁSI MÉRLEG ELEMEI
P
Efsz
Lfsz
Bfsz Btv
Kfa
ETtn ETtv
Qbe
ΔV
v Qfsz-fa
Kfsz
v Qfsz,be-Qfsz,ki
Qfa-fsz Qki
A VÍZHÁZTARTÁSI VÍZHÁZTARTÁSI MÉRLEG ELEMEI Vízmérleg a telített zónára
Kfa
Btv
Qfsz-fa ETtv
Qbe
Qfa-fsz
ΔVt
Qki
v
ΔVtv/Δt = A·(Btv - ETtv) + Qbe - Qki + Qfsz-fa – Qfa-fsz – Kfa A: Δt: ΔVtv: Btv: ETtv: Qki: Qfsz-fa: Qfa-fsz: Kfa:
vízgyűjtőterület (L2) a vízmérleg időszaka (T) a tárolt készlet megváltozása a telített zónában (L) beszivárgás a talajvízbe (L/T) felszivárgás a talajvízből (L/T) oldalirányú kiáramlás (L3/T) a felszíni vizekből származó szivárgás (partiszűrés is!) (L3/T) a felszíni vizeket tápláló felszín alatti víz (L3/T) vízkivétel (L3/T)
HIDRAULIKAI JELLEMZŐK --- A VÍZMOZGÁS DIFFERENCIÁLEGYENLETE Induljunk ki a vízmérlegből, úgy, hogy az elem térfogata V, felszíni metszete A
V·s ·Δh/Δt = Qbe - Qki + A·(Btv - ETtv) + Qfsz-fa – Qfa-fsz – K s: tározási tényező, az egységnyi nyomásváltozásra jutó tárolt készlet változása (1/L) h: piezometrikus potenciál (L)
A jobb oldalon a külső forrásokat és nyelőket vonjuk össze és az egész egyenletet osszuk el a térfogattal:
s ·Δh/Δt = (Qbe - Qki)/V + q q: térfogategységre eső forrás-nyelő (1/T)
HIDRAULIKAI JELLEMZŐK --- A VÍZMOZGÁS DIFFERENCIÁLEGYENLETE s ·Δh/Δt = (Qbe - Qki)/V + q
A jobb oldal első tagja a belépő és a kilépő hozam eredője, vagyis a sebességvektornak (v) a V térfogat felületére vonatkozó integrálja, ennek matematikai azonosságon alapuló kifejtése a vektor divergenciája, valamint, hogy a nyomásváltozás idő szerinti differenciahányadosa helyett a parciális differenciál írható (tekintve, hogy h a helynek és az időnek is függvénye)
s ·h/t = - div(v) + q Ha a sebességet a Darcy-törvény szerint számítjuk, azaz
v = - K. grad(h), akkor: s ·h/t = K.div[grad(h)] + q = K ·2h + q
--- ez a Bussinesq-egyenlet
A kezelhetőség érdekében a q forrást hh-tól kell függővé tenni
2000: EU Víz Keretirányelv
EU Víz Keretirányelv 2000. december 22.
• Az EU új, egységes víz politikája, amely fokozatosan átveszi a különböző direktívák szerepét Ivóvízminőség
Veszélyes anyagok kibocsátása
Természetvédelem (NATURA 2000)
Települési szennyvízelhelyezés Mezőgazd. nitrátszennyezés elleni védelem Felszín alatti vizek védelme
szabvány Fürdővíz szabvány
• A fenntartható vízgazdálkodás gyakorlati megvalósításának jogi háttere. • ökológiai(!), közgazdasági és társadalmi szempontok • Szigorú végrehajtási ütemezés, tervezés, társadalmi kontrollal
Felszín alatti víztestek kijelölése Lokális jelentőségű porózus vízadó
Felsz. alatti vízgyűjtő határa
Fel- és leáramlási zónák határai
talajvíz
rétegvíz
Hideg karszt termál karszt(> 30 oC)
HasadékHasadékvíz
termálvíz (> 30 oC) porózus kőzetben alaphegység
Felszín alatti víztestek kijelölése Medencebeli, uralkodóan porózus kőzetekben lévő vizek
Hideg vizek Felszín alatti vízgyűjtők Leáramlási területek alatti víztestek Feláramlási területek alatti víztestek Termál vizek Főbb hidrodinamikai egységek szerinti víztestek Karsztvizek
Szerkezeti egységek Hideg vizek Források vízgyűjtői szerinti víztestek Termál vizek Főbb hidrodinamikai egységek szerinti víztestek Hegyvidéki területek vegyes összetételű kőzeteiben lévő vizek
(kivéve az előző csoportba sorolt karsztvizeket) Szerkezeti egységek, felszíni vízgyűjtők szerinti víztestek
Medencebeli porózus és hegyvidéki víztestek
Karszt víztestek
Porózus termál víztestek
MENNYISÉGI ÁLLAPOT
Víz Keretirányelv
A felszín alatti vizek mennyiségi állapota Az vízkivételek hatását kell vizsgálni Közvetlen vízkivétel: kutakkal Közvetett vízkivétel: minden olyan beavatkozás, ami vízszintcsökkenéssel jár (pl. kavicsbánya, felszíni vízszint csökkentése)
A mennyiségi állapot értékelése a VKI szerint A felszín alatti víztest mennyiségi szempontból jó állapotban van, ha az igénybevételek, azaz a közvetett és közvetlen vízkivételek • nem okoznak folyamatos készletcsökkenést (tendenciaszerűen csökkenő vízszinteket), • nem csökkentik jelentősen az alaphozam mennyiségét azokban a vízfolyásokban, ahol az jelentős a jó ökológiai és kémiai állapot elérése szempontjából, • nem csökkentik a talajvízből származó transpirációt, olyan mértékben, amely a felszín alatti vizektől függő szárazföldi ökoszisztémák jelentős károsodásához vezetne, •nem indítanak el a receptorok szempontjából káros vízminőség változást (nagy sótartalmú vizek átszívása, szennyezett talajvíz leszívása..stb)
A mennyiségi állapot értékelése számítással
„Bottom up” megközelítés: Az egyes élőhelyek állapotát közvetlenül befolyásoló állapotjellemzők ellenőrzése (lokális feladat)
„Top down” megközelítés: A vízkivétel és a hasznosítható készlet összehasonlítása a víztestek szintjén történik
Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) , lokális értékelés
FAVÖKO-k térképe
A mennyiségi állapot értékelése számítással víztest szinten (top down) VKI: Sokévi átlagban a vízkivételek nem haladják meg a hasznosítható készletet Hasznosítható készlet: Az utánpótlódás sokévi átlagos mértéke csökkentve a felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) vízigényével Utánpótlódás: A víztestbe csapadékból, felszíni vízből és a vele szomszédos víztestekből belépő vízmennyiség A FAVÖKO-k felszín alatti vizekből származó vízigénye: • a felszíni vizek jó ökológiai állapotának eléréséhez szükséges forráshozam és alaphozam, • illetve a vizes és szárazföldi ökoszisztémák talajvízből származó párolgása
A hasznosítható készlet „top-down” becslése
Leáramlási terület
Beszivárgás csapadékból felszíni vízből
Feláramlási terület
Ha az evapotranszspiráció a talajvízből, az alaphozam és az áramlás a szomszédos víztestek felé az ökoszisztémák vízigénye szerint megállapított kritérium, akkor a maradék a hasznosítható készlet
Evapo transzspiráció alaphozam
Evapotranszspiráció alaphozam
Termál víztest
Oldalirányű áramlás a szomszédos víztestek felé
A hasznosítható készlet „top-down” becslése ΔV/Δt = Btv – ETtv + Qbe – Qki + Qfelszíni – Qalap(forrás) = 0
(sokévi átlag)
Btv,k – ETtv,k + Qbe,k – Qki,k + Qfelszíni,k – Qalap(forrás), k - Kfav= 0 ( nincs tartós süllyedés) A vízkivételt a vízmérleg egyéb elemeinek megváltozásai kompenzálják
Utánpótlódás
Vízforgalom szomszédos víztestekkel
FAVÖKO vízigény
Hasznosítható készlet
Btv,h + Qfelszíni,h + Qbe,h– Qkih - ETtv, FAVÖKO– Qalap(forrás), FAVÖKO = Mennyire használhatjuk a szomszédos területek vízkészletét?
Területhasználat, Természet -védelem
Mederben hagyandó vízhozam
Regionális vízkészlet-gazdálkodás, érdekeltekkel való egyeztetés!
HK
Hasznosítható készlet és víztermelés - kihasználtság
25
20 250
35
40
40 (ezer m3/nap-ban)
90
80
A határmenti vízforgalom megjelenik a határral szomszédos területek hasznosítható készletében (kék oszlopok)
Az Alföld (kritikus terület) felszíni alatti vízkészlete és a vízhasználatok
Az ivóvízkivétel a legnagyobb: (47%) Öntözés főként illegálisan (18 %) A csatornákkal való megcsapolás jelentős (30%), helyenként >50%. m3/nap-ban
Hazai szabályozás 219/2004-es Kormányrendelet a felszín alatti vizek védelméről http://www.kvvm.hu/szakmai/karmentes/jogszab/jogszab12/219_2004.htm
Vízkivételek nem haladhatják meg az ún. igénybevételi határértéket. igénybevételi határérték: a víztestek lehatárolt zónáiban elvonható felszín alatti víz mennyisége (egyelőre nem határozták meg)
A hasznosítható készlet területi megoszlása
Az ökoszisztémáktól függő területi korlátozások (Vízgyűjtőgazdálkodási Terv!):
egy adott körzeten belül a lehető legnagyobb + összes, ill. a hatásvizsgálat előírásának korlátja
Részletes elemzések
ÉGHAJLATVÁLTOZÁS
Mi várható Európában 2100-ban? és a Kárpát medencében?
3,3 oC
Dec, Jan, Feb
3,5 oC Jún, Júl, Aug
Hőmérséklet (oC)
Éves átlag
3,7 oC
Csapadék (%)
Az átmeneti zónában vagyunk!!!
0%
+7%
-10 %
Várható változások a Kárpát medencében
A nagyobb, mint 2K félgömbi hőmérsékletnövekedés tartományában a változások nem lineárisak – a csapadék akár nyáron is növekedhet
A mediterrán klíma irányába való eltolódás (gyorsan!) tél: nedvesebb és enyhébb nyár: szárazabb és melegebb, szélsőségesen nagy csapadékok!!!
Hasonló időszakok a múltban: 1984 - 2003 (bár ebben az időszakban a telek is általában szárazabbak voltak az átlagosnál )
Várható változások a Kárpát medencében
Hőmérséklet: 0,2 – 0,45 oC/évtized változás Csapadék: télen: 8 - 13 mm/oC növekedés nyáron: 10 - 12 mm/oC csökkenés Lehetséges párolgás: télen: 15 – 20 mm/ oC (~ 15 %) nyáron: 60 – 80 mm/oC (~ 10 %)
Bartholy, Schlanger, Mika és Domonkos nyomán
A beszivárgásra gyakorolt hatás Talajvizet tápláló beszivrgás
talajvizet tápláló beszivárgás A telítetlen zóna feltöltődése a beszivárgáshoz + téli pot. párolgás
Növekvő feltöltődési szakasz
Kicsit nagyobb csapadék
Téli félévi csapadék
Valószínű hatások a felszín alatti vízkészletre
A téli félévi csapadék nő, de a párolgás még inkább Felszín alatti vizek utánpótlódása csökken Beszivárgási területeken 10 mm/oC csökkenés (nagy területeken tűnhet el a kicsi, 10-20 mm/év-es beszivárgás)
