Felszín alatti vizbázisok védelme

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

1 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

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

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

4 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

5 Geológiai képződmények elterjedése

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

7 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!!!

8 vízkivétel hatása a regionális áramlási rendszerre

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

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

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

12 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

13 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

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

15 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

16 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)

17 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)

18 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

19 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

20 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

21 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

22 Medencebeli porózus és hegyvidéki víztestek

23 Karszt víztestek

24 Porózus termál víztestek

25 MENNYISÉGI ÁLLAPOT

26 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)

27 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

28 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

29 Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) ,
lokális értékelés

30 FAVÖKO-k térképe

31 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

32 A HASZNOSÍTHATÓ KÉSZLET
ΔV/Δt = Btv – ETtv + Qbe – Qki + Qfelszíni – Qalap(forrás) = (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!

33 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: km km2 (~ 60 %)

34 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

35 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

36 Hazai szabályozás 219/2004-es Kormányrendelet a felszín alatti vizek védelméről Vízkivételek nem haladhatják meg az ún. igénybevételi határértéket. igénybevételi határérték: a víztestek lehatárolt zónáiban elvonható felszín alatti víz mennyisége – a vízgyűjtő-gazdálkodási tervre alapozva

37 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

38 ÉGHAJLATVÁLTOZÁS

39 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 %

40 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: (bár ebben az időszakban a telek is általában szárazabbak voltak az átlagosnál )

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

42 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

43 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, mm/év-es beszivárgás)