Vízbázisvédelem

1. Vízbázisvédelem

2. Vízfogyasztás Az energetikai vízhasználatokat leszámítva a vízfogyasztás 80 %-a a felszín alatti vizekből történik ivóvízkivételek 95%-a felszín alatti vizekből történik  Felszín alatti vízbázisokról lesz szó

3. Ivóvízkivételek: kb. 7000 kútból termelnek ivóvizet 1,8 millió m3 vizet fogyasztunk naponta

4. Vízbázisvédelem: Egy kút körüli védőterület? NEM Az egyik vízkivételt védjük a másiktól NEM Általánosabb megközelítés: Felszín alatti vizek védelme, a Víz Keretirányelv szerint

5. A vízellátás biztonsági terv részei Vízbázis Vízmű (vízkezelés) Elosztó hálózat Fogyasztó Vízellátás Biztonsági Terv Feladatok és felelősség Ismeretek megosztása Vízminőség ellenőrzés Forrás: IWA

6. Felszín alatti víztartók/vízadók Vízbázis: a felszín alatti víztartók azon része, amelyet jelenleg vagy a jövőben vízkivételek céljára igénybe vesznek

7. Felszín alatti vizek védelme - Víz Keretirányelv • Jó mennyiségi állapot: • Nincs tartós vízszintsüllyedés • A vízkivétel nem veszélyeztet környezeti értékeket és ökoszisztémákat. • Jó kémiai állapot: • A határértéket meghaladó szennyezés nem veszélyeztet ivóvízkivételt vagy • ökoszisztémát • Nem mutat romló tendenciát. • Kiemelten az ivóvízkivételek védelme • Sérülékeny vízbázisok megelőző védelme (védőterületek) • Szennyezések megelőzése, illetve felszámolása (intézkedések) FENNTARTHATÓ VÍZHASZNÁLATOK

8. Miről lesz szó? Álapok: fogalmak, folyamatok, matematikai leírás VKI megközelítés: hasznosítható készlet, jó kémiai állapot Sérülékenység Megelőzés Szennyezések felszámolása Ivóvízbázisok védelme Védőterületek meghatározása Matematikai modellek alkalmazása

9. transzspiráció Merev vázú közetekben 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

10. „Rengeteg „ felszín alatti vizünk van De felhasználhatjuk - e ezt az ún. statikus készletet? NEM !! csapadék Vízszint- ingadozás Hosszú időt tekintve a csapadék és kifolyás azonos Több folyik ki Csökkenő kifolyás

11. Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) Magyarország síkvidéki területeinek ökoszisztémája érzékeny a talajvízviszonyokra

12. Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) A Duna-Tisza közi tájak

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

14. Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) Bizonyos területeken a talajvíz is érzékeny a többéves nedves-száraz időszakokra és a globális éghajlatváltozásra is 1983 és 1994 között az átlagoshoz képest összegzett csapadékhiány elérte az 1000 mm-t A talajvízszint a hátsági területeken 3 - 4 m-t süllyedt Vízkivételek: hozzájárultak a süllyedések kialakulásához, És akadályozzák a regenerálódást Példa: a Duna-Tisza közi talajvízszint-süllyedés

15. Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) A vízfolyások nagy részét a felszín alatti vizek (az árhullámokat kivéve) táplálják  Ha változik a talajvízszint (pl. vízkivétel miatt), akkor csökken a táplálás

16. Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) A vízfolyások kisvizeinek jelentős része származik felszín alatti vízből Eső után elhúzódik a kiürülés A csapadék után a felszíni eredetű lefolyás átvált felszín alatti eredetűvé Őszi csapadékmentes időszakban a vízi élővilág éltetője

17. A vízszintek és az áramlási irányok modellezhetők Hidrodinamikai modellek (MODFLOW)

18. Szennyezőforrások A felszín alatti vizek számottevő részének minőségét veszélyezteti az emberi tevékenység: települések, mezőgazdaság, ipartelepek, hulladéklerakók stb Kb. 30.000 regisztrált potenciális szennyezőforrás A felszín alatti vizeket általában védenünk kell !!!

19. Szennyezési folyamat Termelőkút Monitoring kút Keveredés Lebomlás

20. A szennyezés terjedése modellezhető Transportmodellek (MT3D)

21. A FELSZÍN ALATTI RENDSZER

22. vízvezető réteg (kavics,homok) karsztos hegyvidék féligáteresztő réteg (lösz, iszap, agyag) ablak lencse EGY TÖBBRÉTEGŰ FELSZÍN ALATTI ÁRAMLÁSI RENDSZER ÖSSZETEVŐI

23. Utánpótlódás: csapadékból történő beszivárgás < 1 év Megcsapolás: párolgás vagy vízfolyás EGY TÖBBRÉTEGŰ FELSZÍN ALATTI ÁRAMLÁSI RENDSZER ÖSSZETEVŐI 1000 év 10 év Utánpótlódási és megcsapolási helyek közötti áramlási pályák, ennek megfelelő potenciálviszonyok!!! 100 év

24. VÍZKIVÉTEL HATÁSA A REGIONÁLIS ÁRAMLÁSI RENDSZERRE

25. 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 Párolgás a felszínről (Efsz), a telítetlen zónából (ETtn) és a talajvízből (ETtv) Külön vízmérlegek a mederre, a felszín alatti rendszerre ezen belül a telítetlen zónára és a a telített zónára A mederbeli lefolyás két összetevője: felszíni lefolyás csapadékból (Lfsz) és talajvízből (alaphozam) (Qfa-fsz)

26. ETtn Bfsz Btv Vtn ETtv A VÍZMÉRLEG Vízmérleg a telítetlen zónára ΔVtn/Δt = A·(Bfsz – Btv + ETtv – ETtn) és (P – Efsz – Lfsz = Bfsz) A: vízgyűjtőterület (L2) Δt: a vízmérleg időszaka (T) ΔVtv: a tárolt készlet megváltozása a telítetlen zónában (L) Bfsz: beszivárgás a felszínen (L/T) Btv: beszivárgás a talajvízbe (L/T) ETtn : evapotranszspiráció a talajból (L/T) ETtv: felszivárgás (evapotranszspiráció) a talajvízből (L/T) P: csapadék (L/T) Efsz: párolgás a felszínről (L/T) Lfsz: felszíni lefolyás (L/T)

27. 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 viszonyítási szint alatt (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)

28. 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)

29. HIDRAULIKAI JELLEMZŐK --- A VÍZMOZGÁS DIFFERENCIÁLEGYENLETE 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

30. TALAJVÍZHÁZTARTÁS

31. Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) Magyarország síkvidéki területeinek ökoszisztémája érzékeny a talajvízviszonyokra

32. A beszivárgási folyamat A párolgási folyamat felszín felszín talajvízszint talajvízszint

33. a talajvízháztartási jelleggörbe ETfsz Bfsz -800 mm/év Tározódás és közvetlen párolgás a talajnedvességből Csökkenés a kapilláris vízemelésben 2 m Nagy párolgási többlet, A talajvíz időnként a felszínre emelkedik 4 m feláramlás 6m 500 mm/év felszín A talajvíz átlagos terep alatti mélysége

34. a talajvízháztartási jelleggörbe ETfsz Bfsz Kapilláris vízemelés Egyensúlyi állapot -800 mm/év 500 mm/év felszín A talajvíz átlagos terep alatti mélysége 2 m 4 m 6m

35. a talajvízháztartási jelleggörbe ETfsz Bfsz Talajvízmélységtől független tározódás Beszivárgási többlet Kapilláris vízemelés utánpótlódás Bo -800 mm/év 500 mm/év 2 m 4 m 6m

36. Sokévi átlagos talajvízforgalom felszín Párolgás (Etv) Beszivárgás (Btv) Btv - ETtv Btv A talajvíz átlagos terep alatti mélysége (hátl) ETtv A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE , Btv - ETtv a talajvíz szintjén jelentkező átlagos vízforgalom Ennek a talajvíz átlagos terep alatti mélységétől való függését mutatja a jelleggörbe (Btv - Etv )átl = f (hátl) • Egy talajvízháztartási jelleggörbe • adott talajszelvény típusra, • adott meteorológiai viszonyokra és • adott növényzetre • vonatkozik

37. Btv - ETtv Btv Btv - ETtv ETtv Btv Btv - ETtv ETtv Btv Homokos talaj, Sekély gyökérzet ETtv Iszapos talaj Sekély gyökérzet Iszapos talaj Mély gyökérzet A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE TÍPUSAI

38. Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) A vízfolyások kisvizeinek jelentős része származik felszín alatti vízből Eső után elhúzódik a kiürülés A csapadék után a felszíni eredetű lefolyás átvált felszín alatti eredetűvé Őszi csapadékmentes időszakban a vízi élővilág éltetője

39. Qvf Qfa-fsz Qfsz-fa Hfav1 Hb Hfsz Hfav2 VÍZFOLYÁSOK ÉS A TALAJVÍZ KAPCSOLATA A vízforgalmat a meder vezetőképessége (ellenállása) és a felszíni és a felszín alatti víz nyomásszintje közötti különbség határozza meg Hvf = f(Qvf), Qvf = f(Qfsz-fav) qfsz-fa = c.(Hfsz-Hfav2), ha Hfav2 > Hb = c.(Hfsz-Hb), ha Hfav2 < Hb qfa-fsz = c.(Hfsz-Hfav1) , (qfa-fsz< 0) c: a meder átszivárgási együtthatója 1/c: a meder ellenállása Qfsz-fa = B.L.qfsz-fa Qfa-fsz = B.L.qfa-fsz B.L: aktív mederfelület

40. SZENNYEZŐDÉSI FOLYAMATOK

41. 6. Beszivárgási többlet • B  ET • BtvETtv • A talajvizet szennyezés éri. Szennyezőforrások

42. SZENNYEZŐDÉS-TERJEDÉSI FOLYAMATOK A FELSZÍN ALATTI VIZEKBEN Emberi fogyasztás Szárazföldi ökoszisztéma Szennyező- forrás Vízi vagy vizes ökoszisztéma keveredés átalakulás ? Magas háttér- koncentráció ?

43. Anyagmérleg h2, C2 h1, C1 h3, C3 átalakulás Szorpciós folyamatok lebomlás advekció advekció, be advekció, ki diffúzió és diszperzió és diszperzió, ki és diszperzió, be

44. felületen megkötött anyag koncentrációjának megváltozása (adszorpció) = = + + diffúzió és diszperzió, be - ki + elsőrendű forrás-nyelő + nulladrendű forrás-nyelő Anyagmérleg oldott anyag koncentrációjának megváltozása advekció (konvekció) be - ki

45. t: idő [T] • Co: az oldott anyag koncentrációja [M/ L3] • n: porozitás [-] • s: a szilárd váz sűrűsége [M/ L3] • Cs: az adszorbeált anyag koncentrációja [M/ M] • v: a szivárgási sebesség vektora [L/T] • Dm: a molekuláris diffúziós együttható [L2/T] • Dk: adiszperziós tényező tenzora (mechanikai vagy kinematikai diszperzió) [ L2/T] • ,0:a koncentrációtól független (un. nullad-rendű folyamat) együtthatója [M/L3/T] • 1: a koncentrációtól függő (un. elsőrendű folyamat) forrás/nyelő együtthatója [1/T] • C*: csak peremi pontokra!! • = Co , ha távozó vízről van szó (q<0) [M/L3] • = Cko, a kívülről érkező víz koncentrációja (q>0) [M/L3] A felszín alatti vizekre vonatkozó transzportegyenlet k

46. Advekció 1 0,8 Co v 0,6 C C/Co 0,4 0,2 0 L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 idő (nap) Advekció A vízzel együtt mozgó oldott szennyezőanyag transzportja t = L/(v/n)

47. Advekció A vízzel együtt mozgó oldott szennyezőanyag transzportja • dCo/dt = -1/n.div(v.Co) • dCo/dt = -1/n.[Co.div(v) + v.grad(Co)] • t: idő [T] • Co: az oldott anyag koncentrációja [M/ L3] • n: porozitás [-] • v: a Darcy-féle szivárgási sebesség vektora [L/T] • Az elemi térfogatba vízzel együtt belépő és kilépő szennyezőanyag különbsége • v.Co: az egységnyi felületen belépő anyagmennyiség • A vízmozgás tényleges sebessége v/n, mert a víz csak a pórusokban mozog

48. Transzverzális diszperzió Longitudinális diszperzió Diszperzió A részecskék „szóródásából” adódó transzport Mikroszkópikus diszperzió Egyenlőtlen sebességeloszlás Lamináris vízmozgás, de ütközés a szilárd szemcsékkel

49. Diszperzió A részecskék „szóródásából” adódó transzport Makroszkópikus diszperzió Geológiai heterogenitás A diszperziós tényező léptékfüggő !!!!

50. Diffúzió és diszperzió Koncentrációkülönbség kiegyenlítése miatt kialakuló és a sebességvektor változásaiból adódó transzport • dCo/dt = -1/n.div(v.Co) +div(D.grad(Co)) • t: idő [T] • Co: az oldott anyag koncentrációja [M/ L3] • n: porozitás [-] • v: a Darcy-féle szivárgási sebesség vektora [L/T] • D: hidrodinamikai diszperziós tényező • D = Dm + Dk • Dm: molekuláris diffúziós együttható [L2/T] • Dk: mechanikai vagy kinematikai diszperziós tényező [L2/T] • Dk = a.vm • a: diszperzitás • Molekuláris diffúzió: a koncentrációkülönbség hatására kialakuló transzport • (lineáris folyamat – az arányossági tényező a diff. együttható) • A kinematikai diszperzió: a sebességvektor irányváltozásaiból adódó szóródás • (más fizikai tartalom, de azonos matematikai leírás D=Dm + Dk)