Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Felszín alatti vizek Kozma Zsolt Környezeti rendszerek modellezése.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Felszín alatti vizek Kozma Zsolt Környezeti rendszerek modellezése."— Előadás másolata:

1 Felszín alatti vizek Kozma Zsolt Környezeti rendszerek modellezése

2 Felszín alatti vizek Földkérget alkotó kőzetek hasadékaiban, üregeiben és pórusaiban elhelyezkedő vízkészlet Hidrológiai körforgás meghatározó eleme Beszivárgás Párolgás (fizikai, biológiai) Források, alaphozam

3 Felszín alatti vizek Hidrológiai ciklus Ökológia – növényzet, élővilág Jelentőség

4 Unsaturatedzone Transpiration Recharge Infiltration Evaporation Precipitation Evaporation Runoff Water budget Unsaturated zoneGroundwater (saturated zone) Surface Connects GW to the surface Buffer for plants Soil dependent Water content z Unsaturated water content

5 Felszín alatti vizek Hidrológiai ciklus Ökológia – növényzet, élővilág Emberi szempontból –Magyarországon meghatározó ivóvízbázis (~95%) –Mezőgazdaság –Ipar Problémák –Aszály –Belvíz –Szennyezések terjedése Jelentőség

6 Felszín alatti vizek Jelentőség L. Somlyódy (2002) - The strategic questions of water resources management in Hungary

7 Felszín alatti vizek Víztartó jellege, helyzete alapján Osztályozás Telített zóna Telítetlen zóna

8 Felszín alatti vizek Áttekintés

9 Felszín alatti vizek Telítetlen zóna Háromfázisú –Porózus (szilárd) közeg –Víz –Levegő Döntően vertikális vízmozgás Fő hajtóerő a víztartalom egyenlőtlen vertikális eloszlása (adhézió, kapillaritás, gravitáció) Párolgás és kondenzáció Víztartalom profil Víz tartalom magasság Telítetlen Telített nedves száraz talajvíztükör Kap. zóna B.K. Bellingham (2009) - Method for irrigation scheduling based on soil moisture data acquisition

10 Felszín alatti vizek Telített zóna Kétfázisú –Porózus (szilárd) közeg –Víz Vertikális és horizontális vízmozgás egyaránt Fő hajtóerő a potenciálkülönbség (~gravitáció) Víztartalom profil Víz tartalom magasság Telítetlen Telített nedves száraz talajvíztükör Kap. zóna

11 Felszín alatti vizek Problémaleírás Mennyiségi Telítetlen zóna víztartalma, vízforgalma Talajvíztükör helyzete, nyomásviszonyok, áramlás iránya, sebessége Vízforgalom a felszín, felszíni vízfolyások és a két zóna között (talajvíz-háztartási jelleggörbe, alaphozam aránya stb.) Minőségi (további szempontok) Diszperzió Adszorpció (Bio)kémiai átalakulások Hőmérséklet B tv ET tv 500 mm/év B fsz ET fsz -800 mm/év 2 m 4 m 6m Christian Griebler et al (2011) Effects of thermal energy usage on shallow groundwater ecosystems

12 Felszín alatti vizek Dinamikai leírás Darcy-törvény Porózus közegben történő szivárgás leírása További szivárgáshidraulikai összefüggések alapja A vízmozgás általános leírása a két zónában eltérő összefüggésekkel történik Telítetlen zóna – Richards egyenlet Telített zóna – általános talajvízmozgási egyenlet

13 Felszín alatti vizek Alapvető jellemzők Szivárgó víz –Piezometrikus nyomásmagasság –szívómagasság –Szivárgási sebesség Talaj –Porozitás –Fajlagos tározóképességi együttható –Szivárgási együttható –Kapillaritás Dinamikai leírás Relatív hézagtérfogat Egységnyi nyomásváltozás hatására történő porozitás-változás (tározódás) Darcy-tényező Víztartalomtól függ Irányfüggő tenzormennyiség Geodéziai és nyomás- magasság összege „Virtuális” mennyiség, a tényleges (effektív) sebességből származtatható Kapilláris emelőmagasság mértéke A légköri nyomáshoz viszonyított negatív nyomás, ami az adhézióból fakad

14 Darcy-törvény Telített porózus közegben történő szivárgás leírása Navier-Stokes egyenletből levezethető Sebesség egyenesen arányos az áramlás irányába eső potenciálkülönbséggel Felszín alatti vizek Dinamikai leírás

15 Felszín alatti vizek Darcy-törvény Telített porózus közegben történő szivárgás leírása Navier-Stokes egyenletből levezethető Sebesség egyenesen arányos az áramlás irányába eső potenciálkülönbséggel Érvényességi tartomány –Viszkózus folyadék –Lamináris áramlás (domináns erő: gravitációs és surlódási; a tehetetlenségi erő elhanyagolható) Dinamikai leírás

16 Felszín alatti vizek Telítetlen zóna Bonyolult leírás Hőingadozás és változó tenzió miatti lég- és vízpára áramlás Párolgás és kondenzáció Talajok vízvisszatartó kapacitása erősen változik (homok – 10-20%, agyag 90%) A hidraulikus vezetőképesség nemlineáris módon függ a víztartalomtól A gyakran egységnyi hidraulikus gradiens nagyságrendekkel nagyobb, mint telített talajokban Talajfelszín közelében erős biokémiai aktivitás Makropórusok Víztartalom profil Víz tartalom magasság Telítetlen Telített nedves száraz talajvíztükör Kap. zóna

17 Felszín alatti vizek Richards egyenlet Telítetlen zónában a víz függőleges irányú mozgásának leírása A víztartalom időbeli változása, mint a függőleges nyomásgradiens függvénye Darcy-törvény alkalmazása telítetlen viszonyok között Dinamikai leírás

18 Felszín alatti vizek Szivárgó vízmozgás dinamikai alapegyenlete Telített zónában a vízmozgás nempermanens leírása 3D-ben –Térben, időben változó nyomásszintek megadása Anizotróp, heterogén viszonyok Levezetése –Elemi térfogatra felírt vízmérleg (kontinuitás) és –Darcy-féle szivárgási sebesség alapján Dinamikai leírás

19 Szivárgó vízmozgás dinamikai alapegyenlete Nyomás alatti vízadó Szabad tükrű vízadó 2D egyszerűsítés – Boussinesq egy. Felszín alatti vizek Dinamikai leírás

20 Felszín alatti vizek Szivárgó vízmozgás dinamikai alapegyenlete Analitikus megoldása csak erősen idealizált feltételek mellett lehetséges Gyakorlatban a numerikus megoldás terjedt el Dinamikai leírás

21 Standardnak tekintett szivárgáshidraulikai modell Amerikai Geológiai Szolgálat (USGS) Felszín alatti vízmozgás leírása –Dinamikai alapegyenlet megoldása –Telített zónára –permanens/nem permanens állapot –3D, heterogén, anizotróp viszonyok –Numerikus (véges differenciák módszere) MODFLOW Alapinformáció

22 Tér- és időbeli diszkretizáció MODFLOW Numerikus megoldás Lépték! Felbontás finomítása: –nagy gradiensek jobb közelítése –térbeli jellemzők (pl. kút, agyaglencse) pontosabb reprezentálása –költséges

23 Tér- és időbeli diszkretizáció Differenciál egy. Differencia egy. egy cellára: anyagmérleg MODFLOW Numerikus megoldás Hátralépéses differencia-séma

24 MODFLOW Numerikus megoldás

25 Tér- és időbeli diszkretizáció Differenciál egy. Differencia egy. egy cellára: anyagmérleg MODFLOW Numerikus megoldás

26 Tér- és időbeli diszkretizáció Differenciál egy. Differencia egy. egy cellára felírható az anyagmérleg 1 egyenlet (minimum) 7 ismeretlen összes (n db) cellára felírva adódik n egyenlet (minimum) n ismeretlen Ezek szimultán megoldása – a peremfeltételek ismeretében – iteratív úton lehetséges MODFLOW Numerikus megoldás

27 Tér- és időbeli diszkretizáció Differenciál egy. Differencia egy. Véges differenciák implicit módszere MODFLOW Numerikus megoldás Explicit séma Implicit séma

28 Tér- és időbeli diszkretizáció Differenciál egy. Differencia egy. Véges differenciák implicit módszere Peremfeltételek MODFLOW Numerikus megoldás

29 Tér- és időbeli diszkretizáció Differenciál egy. Differencia egy. Véges differenciák implicit módszere Peremfeltételek Numerikus megoldó sémák, iterálási módszerek Kezdeti feltételek Csak nyomásszint-változás számítása MODFLOW Numerikus megoldás


Letölteni ppt "Felszín alatti vizek Kozma Zsolt Környezeti rendszerek modellezése."

Hasonló előadás


Google Hirdetések