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

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

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

VÍZKIVÉTEL HATÁSA A REGIONÁLIS ÁRAMLÁSI RENDSZERRE

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)

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)

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)

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)

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

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

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

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?)

Felszín alatti vizek védelme védelem bekövetkezett szennyezések esetén Simonffy Zoltán

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

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!

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)

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 )

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!!!

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

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

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

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

áramlási holttér létrehozása terelőfallal munkagödörben hagyott veszélyes anyag kis vastagságú talajvízadóban

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

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

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