Felszín alatti vízbázisok védelme

Az előadások a következő témára: "Felszín alatti vízbázisok védelme"— Előadás másolata:

1 Felszín alatti vízbázisok védelme
ÁRAMLÁSI VISZONYOK, VÍZMÉRLEGEK, MODELLEZÉS Simonffy Zoltán

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

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

4 VÍZKIVÉTEL HATÁSA A REGIONÁLIS ÁRAMLÁSI RENDSZERRE

5 v v ΔV A VÍZMÉRLEG ELEMEI Es K P Ls Ks Bfsz ETtn ETtv Btv Qfsz-fa
Fs,be-Fs,ki Qfa-fsz Qbe ΔV Qki Evapotranszspiráció 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 ΔVtn/Δt = A·(Bfsz – Btv + ETtv – ETfsz) és (P – Es – Ls = Bfsz)
A VÍZMÉRLEG Vízmérleg a telítetlen zónára Bfsz ETfsz Btv ETtv Vtn ΔVtn/Δt = A·(Bfsz – Btv + ETtv – ETfsz) 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) ETfsz : párolgás a talajból (L/T) ETtv: párolgás a talajvízből (L/T) P: csapadék (L/T) Es: párolgás a felszínről (L/T) Ls: felszíni lefolyás (L/T)

7 A VÍZMÉRLEG Vízmérleg a telített zónára Btv ETtv Qpbe Qpki Qfa-fsz Qfsz-fa K ΔVtv 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 (L) Btv: beszivárgás a talajvízbe (L/T) ETtv: párolgás a talajvízből (L/T) Qbe: oldalirányú beáramlás (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 A kezelhetőség érdekében a q forrást h-tól kell függővé tenni
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 differenciálhányadosa helyett a parciális differenciál írható: 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 A VÍZMOZGÁS EGYENLETÉNEK MEGOLDÁSA numerikus megoldások
Analitikus megoldás csak kivételes esetekben, de tájékozódásra megfelelő Közelítő analitikus megoldások léteznek egyszerű nem-permanens esetekre A vízmozgás differenciál-egyenlete nem oldható meg analitikusan , ha a víztartó vastagsága a térben változik, a rétegek szivárgási jellemzői heterogének, az utánpótlódás a piezometrikus nyomás nem lineáris függvénye A közelítő analitikus megoldások jelentősége a számítástechnika fejlődésével csökkent numerikus megoldások

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

12 Koncepcionális modell
A MODELLEZÉS ELEMEI Koncepcionális modell A modell geometriai felépítése (határai, 1, 2 vagy 3 dimenzió, horizontális felosztás, rétegfelosztás) Peremfeltételek (választás a három típusból: adott nyomású, adott hozamú/vízzáró, nyomástól függő hozam) Az idő (permanens vagy nem permanens modell, az utóbbi esetében kezdeti feltétel és időlépcsők) Források és nyelők (beszivárgás, párolgás, vízfolyások, tavak, vízkivételek) Transzportfolyamatok (csak advekció, advekció + diszperzió, a szennyezőanyagtól és a közegtől függő egyéb folyamatok: adszorbció, lebomlás, kémiai átalakulások  több komponens?)

13 Felszín alatti vizek védelme
védelem bekövetkezett szennyezések esetén Simonffy Zoltán

14 A FELSZÍN ALATTI VIZEK MINŐSÉGÉNEK VÉDELME
A megelőzés ellenére előfordulhatnak szennyezések: korábbi szennyezések, illetve balesetek Cél a szennyezés tényleges veszélyességének megfelelő beavatkozás meghatározása a szennyezés megfigyelése a szennyezés továbbterjedésének megakadályozása a szennyezés káros hatásának csökkentése a szennyezés felszámolása

15 A FELSZÍN ALATTI VIZEK MINŐSÉGÉNEK VÉDELME
Jelenleg (33/2000-es korm. rendelet, 10/2000-es miniszteri rendelet) háttérérték környezeti határérték (jelenleg azonos az ivóvíz határértékkel) intézkedési határérték a terület érzékenysége alapján kármentesítési határérték (egyedi kockázatelemzés alapján) Az EU Víz Keretirányelv: a ”jó állapot” fenntartása és elérése kémiai szempontból azt jelenti, hogy a szennyezőanyagok koncentrációja nem éri el a környezeti határértéket, nem mutathat romló tendenciát, Az EU ezeket a határértékeket még nem alkotta meg. Kockázat-orientált szemlélet!

16 A FELSZÍN ALATTI VIZEK MINŐSÉGÉNEK VÉDELME
Ha a mért koncentráció meghaladja az intézkedési határértéket, a beavatkozás fő lépései: a szennyezett állapot feltárása (jelen) (tényfeltárási terv alapján) az emberi vagy környezeti veszélyeztetettség értékelése (jövő) (a receptor lehet az ember vagy a környezet) a beavatkozás tervezése a jelenlegi szabályozás szerint az alap a kármentesítési határérték, ha nincs, akkor kockázatelemzés alapján kell egyedileg meghatározni EU Víz Keretirányelv: a „jó állapot” ebben az esetben is kritérium megoldások: csak megfigyelés, aktív védelem (felszámolás nélkül) kármentesítés (a szennyezőforrás és a szennyezett talaj és víz eltávolítása és/vagy tisztítása) utóellenőrzés (monitoring)

17 A FELSZÍN ALATTI VIZEK MINŐSÉGÉNEK VÉDELME
Lehetséges beavatkozási formák általános esetben: pontszerű szennyezések és kis kiterjedés esetén: a szennyezett víz továbbterjedésének megakadályozása (hidraulikai lokalizáció) - aktív! semlegesítő anyag bekeverése - aktív! áramlási holttér létrehozása (kút, terelőfal, drének) - aktív! a szennyezőforrás eltávolítása, beleértve a szennyezett talajt is (ennek elhelyezéséről is gondoskodni kell) nem-pontszerű szennyezések vagy jelentős szétterjedés esetén: a szennyezési tevékenység megszüntetése a szennyezés "tördelése" - aktív! az áramlás szerint megfelelően kiválasztott pontokon a szennyezési front tördelése vízkitermeléssel (főként makroszennyezők esetében, ha a helyszíni talajba szivárogtatás (öntözés) megengedett )

18 A FELSZÍN ALATTI VIZEK MINŐSÉGÉNEK VÉDELME
Védőterületen belüli szennyezés esetén az általánoshoz képest további lehetőségek adódnak: Áramvonal menti beavatkozás: a szennyezési csóva tördelése (ua., mint a szennyezőforrásnál) - aktív! a szennyezési csóva elterelése védőkutakkal, terelőfalakkal, drénekkel - aktív! Beavatkozás a vízkivételeknél: vízkivétel csökkentése, hogy az utánpótlódási zóna ne érje el a szennyezett vízteret - aktív! szennyezett és tiszta kutak vizének keverése (nem mindenütt engedik) - aktív! termelőkút mint védőkút (a szennyezett kút leállítása nem megoldás!) - aktív! külső védőkút elterelés miatt - aktív! különféle tisztítási technológiák - csak végső esetben!!!

19 a szennyezett víz kitermelése (hidraulikai lokalizáció)
Eltemetett hulladék, beszivárgási többlettel rendelkező területen Kutak távolsága ? Hozam?

20 a szennyezett víz kitermelése (hidraulikai lokalizáció)
Eltemetett hulladék, beszivárgási többlettel rendelkező területen Kutak távolsága ? Hozam?

21 áramlási holttér létrehozása kúttal
munkagödörben hagyott veszélyes anyag, kötött fedőrétegű, feláramlási területen A kút távolsága ? Hozama?

22 áramlási holttér létrehozása terelőfallal
munkagödörben hagyott veszélyes anyag kis vastagságú talajvízadóban A terelőfal helye ?

23 áramlási holttér létrehozása terelőfallal
munkagödörben hagyott veszélyes anyag kis vastagságú talajvízadóban

24 áramlási holttér létrehozása drénekkel
munkagödörben hagyott veszélyes anyag kis vastagságú talajvízadóban A drén méretei ?

25 a szennyezés tördelése
Mezőgazdasági eredetű nem-pontszerű nitrátszennezés, beszivárgási terület A kitermelt vízzel öntözött terület Kutak kiosztása? Hozama?

26 Védőkút alkalmazása vízmű közelében
Pontszerű szennyeződés, rétegvízre települt vízmű esetén A védőkút helye? Hozama?