Transzportfolyamatok felszín alatti vizekben

1. Transzportfolyamatok felszín alatti vizekben S.Tombor Katalin Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

2. Miért kell vele foglalkoznunk? Magyarországon az ívóvízellátás 95 %-a felszn alatti vizekből történik 1,8 millió m3 vizet fogyasztunk naponta komoly vízminőségi előírások kb. 7000 kútból termelnek ivóvizet kutak jelentős része érzékeny a felszínről érkező szennyezésekre

3. Miért kell vele foglalkoznunk? A növényzet vízigényének jelentős részét a gyökérzeten keresztül, a talajból veszi fel Magyarországon a nyári csapadékhiány pótlására a talajvízből is felszivárog a víz a gyökérzónába

4. Miért kell vele foglalkoznunk? A vízfolyások kisvizeinek jelentős része származik felszín alatti vízből Őszi csapadékmentes időszakban a vízi élővilág éltetője

5. transzspiráció Merev vázú kőzetekben tárolt vizek Porózus kőzetekben tárolt vizek talajnedvesség Telítetlen zóna források hasadékvizek karsztvizek talajvíz partiszűrésű víz alaphozam rétegvíz Telített zóna Egy kis terminológia … növényzet Felszíni vizek FELSZÍN ALATTI VIZEK termálvizek

6. vízvezető réteg (kavics, homok) karsztos hegyvidék féligáteresztő réteg (lösz, iszap, agyag) ablak lencse egy több rétegű felszín alatti áramlási rendszer összetevői

7. utánpótlódás: csapadékból történő beszivárgás < 1 év megcsapolás: párolgás vagy vízfolyás egy több rétegű felszín alatti áramlási rendszer összetevői 1000 év 10 év Utánpótlódási és megcsapolási helyek között áramlási pályák, ennek megfelelően potenciálviszonyok!! 100 év

8. csapadék intercepció evaporáció transzspiráció vízkivétel evapotranszspiráció felszíni lefolyás beszivárgás vízfolyással kapcs. Qin Qout Hidrológiai körforgás DV

9. vízkapacitás hervadáspont Hidrológiai körforgás intercepció : csapadék függvényében a növényzet alapján felszíni lefolyás :függ lejtéstől, növényzettől, talajtípustól vízfolyással kapcs. : függ talajtípustól, talajnedevsség tartalomtól, medertől evaporáció : vízkapacitás – hervadáspont evapotranszspiráció : növényzet, meteorológia, talajvízszint

10. ETs Bs Bgw Vsm ETgw Vízmérleg a telítetlen zónára ΔVsm/Δt = A·(Bs – Bgw + ETgw– Ets) és (P – Es – Ls = Bs) (Es = Egw + Esm) A: vízgyűjtőterület (L2) Δt: vízmérleg időszaka (T) ΔVgw: a tárolt készlet megváltozás az eredeti talajvízszint felett (L) Bs: beszivárgás a felszínen (L/T) Bgw: beszivárgás a talajvízbe (L/T) ETsm: párolgás a talajfelszínen (L/T) ETgw: párolgás a talajvízből (L/T)

11. Qabs Bgw Qsw-gw ETgw Qgw-sw Qpin ΔVgw Qpout Vízmérleg a telített zónára ΔVgw/Δt = A·(Bgw - ETgw) + Qin- Qout + Qsw-gw – Qgw-sw – Qabs A: vízgyűjtőterület (L2) Δt: a vízmérleg időszaka (T) ΔVgw: a tárolt készlet megváltozása az eredeti talajvízszint alatt (L) Bgw: beszivárgás a talajvízbe (L/T) ETgw: párolgás a talajvízből (L/T) Qin: oldalirányú beáramlás (L3/T) Qout: oldalirányú kiáramlás (L3/T) Qsw-gw: a felszíni vizekből származó szivárgás (L3/T) Qgw-sw:a felszíni vizeket tápláló felszín alatti víz(L3/T) Qabs: vízkivétel(L3/T)

12. terep talajvíz vízfolyás kolmatált réteg (a) (b) (c) Vízfolyások és talajvíz kapcsolata A vízforgalmat a meder ellenállása és a felszíni és felszín alatti víz nyomásszintje közötti különbség határozza meg • Qgw-sw= c * ( hgw– hsw) (b) Qsw-gw= c * ( hsw– hgw) (c) Qsw-gw= c * ( hsw– hbed ) c: a meder átszivárgási együtthatója gw: talajvíz, sw: felszíni víz, bed: vízfolyás meder

13. A vízmozgás differenciálegyenlete Induljunk ki a vízmérlegből, de úgy, hogy az elem térfogata V, területe A V·s ·Δh/Δt = Qin- Qout + A·(Bgw - ETgw)+ Qsw-gw – Qgw-sw – Qabs 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 = (Qpin- Qpout)/V + q q: térfogat egységre eső forrás-nyelő (1/T)

14. A vízmozgás differenciálegyenlete Figyelembe véve, hogy a jobb oldal első tagja a belépő és kilépő hozam eredője, vagyis a sebességvektornak (v) a V térfogat felületére vonatkozó integrálja, és hogy ennek matematikai azonosságon alapuló kifejtése a vektor divergenciája, valamint, hogy a nyomásváltozás idő szerinti differenciahányadosa helyett a parciális differenciál írható s ·h/t = - div(v) + q Ha a sebességet a Darcy-törvény szerint számítjuk, azaz v = - K · grad(h),és a forrás csak a h függvénye, akkor : s ·h/t = K ·div[grad(h)] + q = K ·2h + q(h) --- Bussinesq-egyenlet

15. ETterep Bterep EVFterep Egyszerűsített jelleggörbe Hmax Ho Bo Talajvízháztartási jelleggörbe - adott növényzetre - adotttalajszelvényre - adott meteorológiai viszonyokra ( Bgw – ETgw)átl = f(hátl)

16. ADATGYŰJTÉS KONCEPCIONÁLIS MODELL SZOFTVER VÁLASZTÁS VERIFIKÁCIÓ előkészítő fázis ELŐZETES SZÁMÍTÁSOK KALIBRÁCIÓ PARAMÉTER- BECSLÉS kidolgozási fázis VALIDÁCIÓ SZIMULÁCIÓ értékelési fázis ÉRTÉKELÉS Modellezés

17. Felszín alatti vízmozgás modellezése Modflow • 3 D • telített zóna • véges differenciák módszere (vízmérleg) • permanens / nem permanens állapot

18. Felszín alatti vízmozgás modellezése • vízfolyás • tápláló/termelő kút • beszivárgás • párolgás

19. Felszín alatti vízmozgás modellezése Modflow - PMPATH • áramlási pályák • elérési idő • sebesség vektor • keresztmetszeti ábrázolás

20. Felszín alatti vízmozgás modellezése Modflow – MT3D • szennyezőanyag transzport: • advekció • diszperzió • adszorpció • lebomlás

21. Felszín alatti vízmozgás modellezése WetSpass – Arcview interface • bemenő adatok (grid) • domborzat - lejtés • talajtípus • területhasználat • csapadék • hőmérséklet • szélsebesség • potenciális evapotranszspiráció • talajvízmélység

22. Felszín alatti vízmozgás modellezése WetSpass – Arcview interface Modflow