Felszín alatti vizek védelme ÁRAMLÁSI VISZONYOK

1. Simonffy Zoltán Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék MTA Vízgazdálkodási Kutatócsoport Felszín alatti vizek védelme ÁRAMLÁSI VISZONYOK ÉS VÍZMÉRLEGEK

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

3. 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

4. VÍZKIVÉTEL HATÁSA A REGIONÁLIS ÁRAMLÁSI RENDSZERRE

5. Es P K Ks Ls Bfsz ETtn Btv v Qfsz-fa v Fs,be-Fs,ki ETtv Qbe Qfa-fsz Qki A VÍZMÉRLEG ELEMEI v ΔV Párolgás a felszínről (Es), 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 (Ls) és talajvízből (alaphozam) (Qfa-fsz)

6. ETtn Bfsz Btv Vtn ETtv A VÍZMÉRLEG Vízmérleg a telítetlen zónára ΔVtn/Δt = A·(Bfsz – Btv + ETtv – ETtn) és (P – Es – Ls = 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) Es: párolgás a felszínről (L/T) Ls: felszíni lefolyás (L/T)

7. K Btv Qfsz-fa ETtv Qfa-fsz Qpbe ΔVtv Qpki A VÍZMÉRLEG Vízmérleg a telített zónára ΔVtv/Δt = A·(Btv - ETtv) + Qbe - Qki + Qfsz-fa – Qfa-fsz – K 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) K: vízkivétel(L3/T)

8. HIDRAULIKAI JELLEMZŐK --- A VÍZMOZGÁS DIFFERENCIÁLEGYENLETE Induljunk ki a vízmérlegből, de úgy, hogy az elem térfogata V, területe 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 = (Qpbe - Qpki)/V + q q: térfogategységre eső forrás-nyelő (1/T)

9. HIDRAULIKAI JELLEMZŐK --- A VÍZMOZGÁS DIFFERENCIÁLEGYENLETE Figyelembe véve, hogy a jobb oldal első tagja a belépő és a 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 (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

10. ETterep Bfsz -800 mm/év 2 m Nagy párolgási többlet, A talajvíz időnként a felszínre emelkedik 4 m 6m A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE Sokévi átlag: Bfsz – Btv + ETtv = ETtn 500 mm/év Btv ETtv

11. ETterep Bfsz Párolgási többlet A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE -800 mm/év 500 mm/év 2 m ETtv Btv 4 m 6m

12. ETterep Bfsz Egyensúlyi állapot A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE -800 mm/év 500 mm/év 2 m ETtv Btv 4 m 6m

13. ETterep Bfsz Beszivárgási többlet Bo A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE -800 mm/év 500 mm/év 2 m ETtv Btv 4 m 6m

14. ETterep Bfsz A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE Bfsz – Btv + ETtv = ETtn -800 mm/év 500 mm/év Btv - ETtv Btv 2 m ETtv ETtn 4 m 6m Bo

15. 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

16. Btv - ETtv Btv ETtv A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE Hosszú idejű átlagos viszonyok esetén a tározás zérus, Btv - ETtv a talajvíz szintjén jelentkező átlagos vízforgalom Az átlagos talajvízszinttől való függést mutatja a jelleggörbe (Btv - Etv )átl = f (Hátl) • Egy talajvízháztartási jelleggörbe • adott talajszelvény típusra, • adott meteorológiai viszonyokra és • adott növényzetre • vonatkozik

17. 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

18. A VÍZMOZGÁS EGYENLETÉNEK MEGOLDÁSA Analitikus megoldás csak kivételes esetekben, de tájékozódásra megfelelő Közelítő analitikus megoldások léteznek egyszerű nem-permanens esetekre (Theis, Hantush) - próbaszivattyúzás eredményeinek értékeléséhez • A vízmozgás differenciál-egyenlete nem oldható meg analitikusan , • ha a víztartó vastagsága a térben változik, • a rétegek szivárgási jellemzői heterogénak, • az utánpótlódás a piezometrikus nyomás nem lineáris függvénye Halász Béla, Székely Ferenc: közelítő analitikus megoldások a depresszió számítására - a számítógépek fejlődésével jelentőségük csökkent numerikus megoldások

19. ETAtv,max A TALAJVÍZHÁZTARTÁSI JELLEGGÖRBE a MODFLOW közelítés HETA,max hmax

20. A MODELLEZÉS ELEMEI ADATGYŰJTÉS KONCEPCIONÁLIS MODELL SZOFTVER VÁLASZTÁS VERIFIKÁCIÓ előkészítő fázis ELŐZETES SZÁMÍTÁSOK KALIBRÁCIÓ PARAMÉTER- BECSLÉS kidolgozási fázis VALIDÁCIÓ SZIMULÁCIÓ értékelési fázis ÉRTÉKELÉS