Felszín alatti vizbázisok védelme Simonffy Zoltán Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék MTA Vízgazdálkodási Kutatócsoport Felszín alatti vizbázisok védelme I. Mennyiségi kérdések Felszín alatti rendszer: kőzetek, áramlási viszonyok A vízkivétel hatása a vízmérlegre A felszín alatti vízmozgás differenciál-egyenlete A Víz Keretirányelv előírásai A hasznosítható készlet fogalma és meghatározása Víztestek és mennyiségi állapotuk Az éghajlatváltozás lehetséges hatásai

Magyarországon az ivóvízellátás 95 %-a felszín alatti vizekből történik 1,8 millió m3 vizet fogyasztunk naponta kb. 7000 kútból termelnek ivóvizet

Az energetikai vízhasználatokat leszámítva a vízhasználatok 80 %-a a felszín alatti vizeket érinti

Merev vázú közetekben tárolt vizek Víztípusok növényzet transzspiráció felszíni vizek FELSZÍN ALATTI VIZEK Merev vázú közetekben tárolt vizek hasadékvizek karsztvizek Porózus kőzetekben tárolt vizek rétegvíz talajvíz partiszűrésű víz talajnedvesség telített zóna telítetlen zóna források alaphozam termálvizek

Geológiai képződmények elterjedése

egy többrétegű felszín alatti áramlási rendszer összetevői vízvezető réteg (kavics,homok) karsztos hegyvidék féligáteresztő réteg (iszap, agyag) ablak lencse

egy többrétegű felszín alatti áramlási rendszer összetevői Utánpótlódás: csapadékból történő beszivárgás Megcsapolás: párolgás vagy vízfolyás 1000 év 10 év 100 év Utánpótlódási és megcsapolási helyek közötti áramlási pályák, ennek megfelelő potenciálviszonyok!!!

vízkivétel hatása a regionális áramlási rendszerre

Felszín alatti vizektől függő növényzet (szárazföldi ökoszisztémák) Magyarország síkvidéki területeinek ökoszisztémája érzékeny a talajvízviszonyokra

A Duna-Tisza közi tájak Utánpótlódás + hasznosítható a vízkivételek készlet ökológiai korlátai

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

Felszíni és felszín alatti vizek kapcsolata A nagy hordalékkúpokon és a duzzasztott szakaszokon a felszíni vizek táplálják a talajvizet  A talajvíz terep alatti szintje ennek függvényében alakul, és hat a szárazföldi ökoszisztémákra

Eső után elhúzódik a kiürülés A csapadék után a felszíni eredetű lefolyás átvált felszín alatti eredetűvé A vízfolyások kisvizeinek jelentős része származik felszín alatti vízből Őszi csapadékmentes időszakban a vízi élővilág éltetője

Mennyiségi és minőségi védelmük egyaránt fontos Szóval a felszín alatti vizek fontosak, mert … Környezeti és használati értékük nagy Mennyiségi és minőségi védelmük egyaránt fontos

v v ΔV A VÍZMÉRLEG ELEMEI Efsz Kfa P Lfsz Kfsz Bfsz ETtn ETtv Btv Qfsz-fa Qfsz,be-Qfsz,ki Qfa-fsz Qbe ΔV Qki

A VÍZMÉRLEG Vízmérleg a telített zónára Btv ETtv Qbe Qki Qfa-fsz Qfsz-fa Kfa ΔVtv 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 telített zónában (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)

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)

A kezelhetőség érdekében a q forrást h-tól kell függővé tenni HIDRAULIKAI JELLEMZŐK --- A VÍZMOZGÁS DIFFERENCIÁLEGYENLETE s ·Δh/Δt = (Qbe - Qki)/V + q 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

2000: EU Víz Keretirányelv Az EU új, egységes víz politikája, amely fokozatosan átveszi a különböző direktívák szerepét A fenntartható vízgazdálkodás gyakorlati megvalósításának jogi háttere. ökológiai(!), közgazdasági és társadalmi szempontok Szigorú végrehajtási ütemezés, tervezés, társadalmi kontrollal Veszélyes anyagok kibocsátása Ivóvízminőség szabvány Fürdővíz szabvány Természet-védelem (NATURA 2000) EU Víz Keretirányelv 2000. december 22. Települési szennyvíz-elhelyezés Mezőgazd. nitrátszennyezés elleni védelem Felszín alatti vizek védelme

Felsz. alatti vízgyűjtő határa Fel- és leáramlási zónák határai Felszín alatti víztestek kijelölése Lokális jelentőségű porózus vízadó Felsz. alatti vízgyűjtő határa Hasadék- víz Hideg karszt Fel- és leáramlási zónák határai talajvíz rétegvíz termál karszt- (> 30 oC) termálvíz (> 30 oC) porózus kőzetben alaphegység

Felszín alatti víztestek kijelölése Medencebeli, uralkodóan porózus kőzetekben lévő vizek Hideg vizek Felszín alatti vízgyűjtők Leáramlási területek alatti víztestek Feláramlási területek alatti víztestek Termál vizek Főbb hidrodinamikai egységek szerinti víztestek Karsztvizek Szerkezeti egységek Hideg vizek Források vízgyűjtői szerinti víztestek Termál vizek Főbb hidrodinamikai egységek szerinti víztestek Hegyvidéki területek vegyes összetételű kőzeteiben lévő vizek (kivéve az előző csoportba sorolt karsztvizeket) Szerkezeti egységek, felszíni vízgyűjtők szerinti víztestek

Medencebeli porózus és hegyvidéki víztestek

Karszt víztestek

Porózus termál víztestek

MENNYISÉGI ÁLLAPOT

A mennyiségi állapot értékelése A felszín alatti víztest mennyiségi szempontból jó állapotban van, ha az igénybevételek, azaz a közvetett és közvetlen vízkivételek nem okoznak folyamatos készletcsökkenést (tendenciaszerűen csökkenő vízszinteket), nem csökkentik jelentősen az alaphozam mennyiségét azokban a vízfolyásokban, ahol az jelentős a jó ökológiai és kémiai állapot elérése szempontjából, nem csökkentik a talajvízből származó transpirációt, olyan mértékben, amely a felszín alatti vizektől függő szárazföldi ökoszisztémák jelentős károsodásához vezetne, nem indítanak el a receptorok szempontjából káros vízminőség változást (nagy sótartalmú vizek átszívása, szennyezett talajvíz leszívása..stb)

A mennyiségi állapot értékelése számítással VKI: Sokévi átlagban a vízkivételek nem haladják meg a hasznosítható készletet Hasznosítható készlet: Az utánpótlódás sokévi átlagos mértéke csökkentve a felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) vízigényével Utánpótlódás: A víztestbe csapadékból, felszíni vízből és a vele szomszédos víztestekből belépő vízmennyiség A FAVÖKO-k felszín alatti vizekből származó vízigénye: a felszíni vizek jó ökológiai állapotának eléréséhez szükséges forráshozam és alaphozam, illetve a vizes és szárazföldi ökoszisztémák talajvízből származó párolgása

A mennyiségi állapot értékelése számítással „Bottom up” megközelítés: Az egyes élőhelyek állapotát közvetlenül befolyásoló állapotjellemzők ellenőrzése (lokális feladat) „Top down” megközelítés: A vízkivétel és a hasznosítható készlet összehasonlítása a víztestek szintjén történik

Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) , lokális értékelés

FAVÖKO-k térképe

A hasznosítható készlet „top-down” becslése Leáramlási terület Feláramlási terület Ha az evapotranszspiráció a talajvízből, az alaphozam és az áramlás a szomszédos víztestek felé az ökoszisztémák vízigénye szerint megállapított kritérium, akkor a maradék a hasznosítható készlet Beszivárgás csapadékból felszíni vízből Evapo transzspiráció alaphozam Evapo- transzspiráció alaphozam Oldalirányű áramlás a szomszédos víztestek felé Termál víztest

A HASZNOSÍTHATÓ KÉSZLET ΔV/Δt = Btv – ETtv + Qbe – Qki + Qfelszíni – Qalap(forrás) = 0 (sokévi átlag) Btv,k – ETtv,k + Qbe,k – Qki,k + Qfelszíni,k – Qalap(forrás), k - Kfav= 0 ( nincs tartós süllyedés) A vízkivételt a vízmérleg egyéb elemeinek megváltozásai kompenzálják Vízforgalom szomszédos víztestekkel FAVÖKO vízigény Utánpótlódás Hasznosítható készlet Btv,h + Qfelszíni,h + Qbe,h– Qkih - ETtv, FAVÖKO– Qalap(forrás), FAVÖKO = HK Mennyire használhatjuk a szomszédos területek vízkészletét? Terület-használat, Természet-védelem Mederben hagyandó vízhozam Regionális vízkészlet-gazdálkodás, érdekeltekkel való egyeztetés!

Példa: Duna-Tisza köze, Duna vízgyűjtő, déli rész (ezer m3/nap) - 20? - 20? -30 4 km2-en 400 mm/év 185 km2-en 50 mm/év 163 45 mm -19 10 % 4km2-en 400 mm/év -18 0,6 l/s/km2, 20 % -20 Szerbia felé 24 83 % 52 39 % -100 Terület: 1282 km2 1794 km2 (~ 60 %)

Hasznosítható készlet és víztermelés - kihasználtság 25 20 250 40 35 40 (ezer m3/nap-ban) A határmenti vízforgalom megjelenik a határral szomszédos területek hasznosítható készletében (kék oszlopok) 90 80

Az Alföld (kritikus terület) felszíni alatti vízkészlete és a vízhasználatok Az ivóvízkivétel a legnagyobb: (47%) Öntözés főként illegálisan (18 %) A csatornákkal való megcsapolás jelentős (30%), helyenként >50%. m3/nap-ban

Hazai szabályozás 219/2004-es Kormányrendelet a felszín alatti vizek védelméről http://www.kvvm.hu/szakmai/karmentes/jogszab/jogszab12/219_2004.htm Vízkivételek nem haladhatják meg az ún. igénybevételi határértéket. igénybevételi határérték: a víztestek lehatárolt zónáiban elvonható felszín alatti víz mennyisége – a vízgyűjtő-gazdálkodási tervre alapozva

A hasznosítható készlet területi megoszlása Az ökoszisztémáktól függő területi korlátozások (Vízgyűjtőgazdálkodási Terv!): egy adott körzeten belül a lehető legnagyobb + összes, ill. a hatásvizsgálat előírásának korlátja Részletes elemzések

ÉGHAJLATVÁLTOZÁS

Mi várható Európában 2100-ban? és a Kárpát medencében? 3,3 oC 3,7 oC 3,5 oC IPCC, 2007 Hőmérséklet (oC) Csapadék (%) Éves átlag Dec, Jan, Feb Jún, Júl, Aug Az átmeneti zónában vagyunk!!! 0 % + 7 % -10 %

Várható változások a Kárpát medencében A nagyobb, mint 2K félgömbi hőmérsékletnövekedés tartományában a változások nem lineárisak – a csapadék akár nyáron is növekedhet A mediterrán klíma irányába való eltolódás (gyorsan!) tél: nedvesebb és enyhébb nyár: szárazabb és melegebb, szélsőségesen nagy csapadékok!!! Hasonló időszakok a múltban: 1984 - 2003 (bár ebben az időszakban a telek is általában szárazabbak voltak az átlagosnál )

Várható változások a Kárpát medencében Hőmérséklet: 0,2 – 0,45 oC/évtized változás Csapadék: télen: 8 - 13 mm/oC növekedés nyáron: 10 - 12 mm/oC csökkenés Lehetséges párolgás: télen: 15 – 20 mm/ oC (~ 15 %) nyáron: 60 – 80 mm/oC (~ 10 %) Bartholy, Schlanger, Mika és Domonkos nyomán

A beszivárgásra gyakorolt hatás Téli félévi csapadék Talajvizet tápláló beszivrgás talajvizet tápláló beszivárgás A telítetlen zóna feltöltődése a beszivárgáshoz + téli pot. párolgás Kicsit nagyobb csapadék Növekvő feltöltődési szakasz

Valószínű hatások a felszín alatti vízkészletre A téli félévi csapadék nő, de a párolgás még inkább Felszín alatti vizek utánpótlódása csökken Beszivárgási területeken 10 mm/oC csökkenés (nagy területeken tűnhet el a kicsi, 10-20 mm/év-es beszivárgás)