Felszín alatti viz bázisok védelme I. Mennyiségi kérdések

1. SimonffyZoltán VíziKözműésKörnyezetmérnökiTanszék MTA VízgazdálkodásiKutatócsoport Felszínalattivizbázisok 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

2. Magyarországon az ivóvízellátás 95 %-a felszín alatti vizekből történik 1,8 millió m3 vizet fogyasztunk naponta kb. 7000 kútból termelnek ivóvizet

3. Az energetikai vízhasználatokat leszámítva a vízhasználatok 80 %-a a felszín alatti vizeket érinti

4. transzspiráció Merev vázú közetekben tárolt vizek Porózus kőzetekben tárolt vizek talajnedvesség telítetlen zóna források hasadékvizek karsztvizek talajvíz partiszűrésű víz alaphozam rétegvíz telített zóna Víztípusok növényzet felszíni vizek FELSZÍN ALATTI VIZEK termálvizek

5. Geológiai képződmények elterjedése

6. vízvezető réteg (kavics,homok) karsztos hegyvidék féligáteresztő réteg (iszap, agyag) ablak lencse egytöbbrétegűfelszínalattiáramlásirendszerösszetevői

7. Utánpótlódás: csapadékból történő beszivárgás < 1 év Megcsapolás: párolgás vagy vízfolyás egytöbbrétegűfelszínalattiáramlásirendszerösszetevői 1000 év 10 év 100 év Utánpótlódási és megcsapolási helyek közötti áramlási pályák, ennek megfelelő potenciálviszonyok!!!

8. vízkivételhatása a regionálisáramlásirendszerre

9. Felszín alatti vizektől függő növényzet (szárazföldi ökoszisztémák) Magyarország síkvidéki területeinek ökoszisztémája érzékeny a talajvízviszonyokra

10. Utánpótlódás + hasznosítható a vízkivételek készlet ökológiai korlátai A Duna-Tisza közi tájak

11. Nem látjuk, hogy mi történik, de azért lehet következtetni ….

12. Felszíni és felszín alatti vizek kapcsolata A nagy hordalékkúpokon és a duzzasztott szakaszokon a felszíni vizek táplálják a talajvizet  A talajvíz terep alatti szintje ennek függvényében alakul, és hat a szárazföldi ökoszisztémákra

13. Eső után elhúzódik a kiürülés A csapadék után a felszíni eredetű lefolyás átvált felszín alatti eredetűvé A vízfolyásokkisvizeinekjelentősrészeszármazikfelszínalattivízből Őszi csapadékmentes időszakban a vízi élővilág éltetője

14. Szóval a felszín alatti vizek fontosak, mert … Környezetiéshasználatiértéküknagy Mennyiségiésminőségivédelmük egyarántfontos

15. Efsz P Kfa Kfsz Lfsz Bfsz ETtn Btv v Qfsz-fa v Qfsz,be-Qfsz,ki ETtv Qbe Qfa-fsz Qki A VÍZMÉRLEG ELEMEI v ΔV

16. Kfa Btv Qfsz-fa ETtv Qfa-fsz Qbe ΔVtv Qki A VÍZMÉRLEG Vízmérleg a telített zónára ΔVtv/Δt = A·(Btv - ETtv) + Qbe - Qki + Qfsz-fa – Qfa-fsz – Kfa A: vízgyűjtőterület (L2) Δt: a vízmérleg időszaka (T) ΔVtv: a tárolt készlet megváltozása a telített zónában (L) Btv: beszivárgás a talajvízbe (L/T) ETtv: felszivárgás a talajvízből (L3/T) Qki: oldalirányú kiáramlás (L3/T) Qfsz-fa: a felszíni vizekből származó szivárgás (partiszűrés is!) (L3/T) Qfa-fsz:a felszíni vizeket tápláló felszín alatti víz(L3/T) Kfa: vízkivétel(L3/T)

17. 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)

18. 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 h-tól kell függővé tenni

19. 2000: EU Víz Keretirányelv EU Víz Keretirányelv 2000. december 22. Ivóvízminőség szabvány Települési szennyvíz-elhelyezés Veszélyes anyagok kibocsátása Fürdővíz szabvány Mezőgazd. nitrátszennyezés elleni védelem Természet-védelem (NATURA 2000) Felszín alatti vizek védelme • Az EU új, egységes víz politikája, • amely fokozatosan átveszi • a különböző direktívák szerepét • A fenntartható vízgazdálkodás • gyakorlati megvalósításának • jogi háttere. • ökológiai(!), közgazdasági • és társadalmi szempontok • Szigorú végrehajtási ütemezés, • tervezés, társadalmi kontrollal

20. Felsz. alatti vízgyűjtő határa Fel- és leáramlási zónák határai Hideg karszt Hasadék- víz termál karszt- (> 30 oC) Felszín alatti víztestek kijelölése Lokális jelentőségű porózus vízadó talajvíz rétegvíz termálvíz (> 30 oC) porózus kőzetben alaphegység

21. 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

22. Medencebeli porózus és hegyvidéki víztestek

23. Karszt víztestek

24. Porózus termál víztestek

25. MENNYISÉGI ÁLLAPOT

26. A mennyiségi állapot értékelése • 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)

27. A mennyiségi állapot értékelése számítással 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 • származópárolgása

28. 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

29. Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) , lokális értékelés

30. FAVÖKO-k térképe

31. A hasznosítható készlet „top-down” becslése Beszivárgás csapadékból felszíni vízből Leáramlási terület 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 Evapo- transzspiráció alaphozam Oldalirányű áramlás a szomszédos víztestek felé Termál víztest

32. Vízforgalom szomszédos víztestekkel FAVÖKO vízigény Utánpótlódás Mennyire használhatjuk a szomszédos területek vízkészletét? Terület-használat, Természet-védelem Mederben hagyandó vízhozam A HASZNOSÍTHATÓ KÉSZLET 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 Hasznosítható készlet Btv,h + Qfelszíni,h + Qbe,h– Qkih - ETtv, FAVÖKO– Qalap(forrás), FAVÖKO= HK Regionális vízkészlet-gazdálkodás, érdekeltekkel való egyeztetés!

33. Példa: Duna-Tisza köze, Duna vízgyűjtő, déli rész (ezer m3/nap) - 20? - 20? -30 4 km2-en 400 mm/év 185 km2-en 50 mm/év -19 10 % 4km2-en 400 mm/év 163 45 mm -18 0,6 l/s/km2, 20 % 0 -20 Szerbia felé 24 83 % 52 39 % -100 Terület: 1282 km2 1794 km2 (~ 60 %)

34. (ezer m3/nap-ban) A határmenti vízforgalom megjelenik a határral szomszédos területek hasznosítható készletében (kék oszlopok) Hasznosítható készlet és víztermelés - kihasználtság 25 20 250 35 40 40 90 80

35. 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

36. 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 – a vízgyűjtő-gazdálkodási tervre alapozva

37. 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

38. ÉGHAJLATVÁLTOZÁS

39. Mi várható Európában 2100-ban? Éves átlag Dec, Jan, Feb Jún, Júl, Aug Hőmérséklet (oC) Csapadék (%) IPCC, 2007 és a Kárpát medencében? 3,3 oC 3,7 oC 3,5 oC Az átmeneti zónában vagyunk!!! 0 % + 7 % -10 %

40. 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 )

41. 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

42. Talajvizet tápláló beszivrgás talajvizet tápláló beszivárgás A telítetlen zóna feltöltődése a beszivárgáshoz + téli pot. párolgás Téli félévi csapadék Növekvő feltöltődési szakasz Kicsit nagyobb csapadék A beszivárgásra gyakorolt hatás

43. 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) Valószínű hatások a felszín alatti vízkészletre