Felszín alatti vizek Földkérget alkotó kőzetek elhelyezkedő vízkészlet

Az előadások a következő témára: "Felszín alatti vizek Földkérget alkotó kőzetek elhelyezkedő vízkészlet"— Előadás másolata:

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

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

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

4 Felszín alatti vizek Telítetlen zóna Háromfázisú Víztartalom profil
Porózus (szilárd) közeg Víz Levegő Döntően vertikális vízmozgás Fő hajtóerő a víztartalom egyenlőtlen vertikális eloszlása Párolgás és kondenzáció Víztartalom profil száraz nedves Telítetlen magasság Víz tartalom Kap. zóna Telített talajvíztükör

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

6 Felszín alatti vizek Problémaleírás Mennyiségi
Telítetlen zóna víztartalma Talajvíztükör helyzete, nyomásviszonyok, áramlás iránya, sebessége Vízforgalom a felszín és a két zóna között (talajvíz-háztartási jelleggörbe, stb.) Minőségi (további szempontok) Diszperzió Adszorpció (Bio)kémiai átalakulások

7 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

8 Felszín alatti vizek Dinamikai leírás Alapvető jellemzők Szivárgó víz
Piezometrikus nyomásmagasság Szivárgási sebesség Talaj Porozitás Fajlagos tározóképességi együttható Szivárgási együttható Geodéziai és nyomás-magasság összege „Virtuális” mennyiség, a tényleges (effektív) sebességből származtatható Relatív hézagtérfogat Egységnyi nyomásváltozás hatására történő porozitás-változás (tározódás) Darcy-tényező Víztartalomtól függ Irányfüggő tenzormennyiség

9 Felszín alatti vizek Dinamikai leírás 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; tehetetlenségi erő elhanyagolható)

10 Felszín alatti vizek Dinamikai leírás 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

11 Felszín alatti vizek Dinamikai leírás
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

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

13 MODFLOW Alapinformáció
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)

14 MODFLOW Numerikus megoldás Tér- és időbeli diszkretizáció

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

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

17 MODFLOW Numerikus megoldás 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

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

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

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

21 MODFLOW Mézes madzag

22 MODFLOW Bemutató példa Preprocesszor, GUI Modell…
Felhasználói grafikus kezelőfelület Rácsgenerálás, adatbevitel, modellbeállítások Grid-es és vektoros állományok kezelése Modell…

23 MODFLOW Bemutató példa Szituáció, Tér- és időbeli diszkretizáció
Hálózás Számítási tartomány lehatárolása Időlépés felvétele Szivárgáshidraulikai paraméterek

24 MODFLOW Bemutató példa Peremek Háló finomítása Modellfuttatás
Folyó Kút Háló finomítása Modellfuttatás Eredmények megtekintése

25 MODFLOW Bemutató példa Preprocesszor, GUI Modell… Posztprocesszor
Felhasználói grafikus kezelőfelület Rácsgenerálás, adatbevitel, modellbeállítások Grid-es és vektoros állományok kezelése Modell… Posztprocesszor Számítási eredmények megjelenítése Exportálás, stb.