Hidrogeológia alapfogalmak
www.hidrotanszek .hu
Követelmények
Minden gyakorlaton részt kell venni Minden gyakorlatról jegyzőkönyvet kell készíteni Zárthelyit csak az írhat aki minden jegyzőkönyvet leadott és az elfogadásra került A jegyzőkönyvek leadási határideje mindig a következő gyakorlat időpontja A jegyzőkönyv formai követelményei a www.hidrotanszek.hu hallgatói oldal feladatkiírások menüpont alatt található meg Ha valaki késik a jegyzőkönyv leadással, minden egyes hét csúszás -1 jegy a maximális értékből (1 hét = 4 maximálisan megszerezhető jegy a jegyzőkönyvre) A ZH-án a gyakorlatok anyaga lesz számon kérve „A gyakorlati jegy” 1/3 arányban számít bele a vizsgajegybe www.hidrotanszek .hu
Alapfogalmak HIDROLÓGIA: A víz tudománya. A legszélesebb értelemben foglalkozik a Földön fellelhető összes víz előfordulásával, eloszlásával, mozgásával és kémiai összetételével.
HIDROGEOLÓGIA: A földkéreg vízzel való kapcsolatát tárgyalja. A felszín alatti vizeket földtani tényezőnek tekinti. A víz mozgása és kémiai összetétele nagymértékben függvénye a földtani viszonyoknak. A hidrogeológia leíró és analitikus tudomány is egyben.
www.hidrotanszek .hu
A Föld vízkészlete A víz eloszlása bolygónkon: 97,2 % sós víz 2,14 % jég + gleccser 0,61 % felszín alatti víz 0,009 % felszíni víz 0,005 % talajnedvesség 0,001 % légköri nedvesség A víz körforgása: 396000 km3/év www.hidrotanszek .hu
Vízkörforgás A víz körforgása: a víz elpárolog az óceán felszínéről (a párolgó víz sómentes) ha a légköri kondíciók megfelelnek, a pára kicsapódik (felhőképződés) a légkörből a csapadék visszahullik az óceánba vagy a szárazföldre • egy része azonnal raktározódik mint hó és jég, vagy víz a tavakban, • más része felszíni áramlásokon keresztül elszállítódik
a felszínen áramló víz egy része beszivárog a talajba (3 fázisú zóna) a víz egy része közvetlenül a felszínre migrálhat, vagy felveszik a növények, más része eléri a talajvizet (telített, vagy 2 fázisú zóna) a telített zóna vize a felszín alatt áramlik, míg felszínre nem ér, mint forrás, vagy táplál mocsarat, tavat, folyót vagy óceánt a víz körforgásába magmatikus vizek is bekapcsolódhatnak, ill. szubdukció során az óceáni eredetű víz a magma részévé válhat
Hidrológiai egyenlet Hidrológiai egyenlet a víz körforgásához az energiát a Nap szolgáltatja a hidrológiai egyenlet megpróbálja kvantitatívvá tenni a víz körforgását
Az alapegyenlet a tömegmegmaradás elvére épül
Beáramlás = Kiáramlás ± Tározott víz változása (ΔS)
az egyenlet bármilyen rendszerre, bármilyen méretben alkalmazható az egyenlet időfüggő a beáramlás általában jobban mérhető mint a kiáramlás
Hidrológiai egyenlet Hidrogeológiai input
Hidrogeológiai output
– csapadék – felszíni víz beáramlása – felszín alatti víz beáramlása – mesterséges vízbevezetés +
– evapotranspiráció – felszíni víz párolgása – felszíni vízelfolyás – felszín alatti vízelfolyás – mesterséges vízelvezetés -
Vízgyűjtő terület A vízgyűjtő terület: olyan terület, ahol az esőből és hóolvadásból származó víz lefelé folyik valamilyen vízbe, tehát patakba, folyóba, tóba vagy tengerbe. A vízgyűjtő területbe beletartoznak a területén átfolyó folyóvizek és a szárazföld, ahonnan a víz ezekbe folyik. A vízgyűjtő területeket vízválasztók, azaz hegy- vagy dombvonulatok választják el egymástól
Alapfogalmak Felszíni vizek: felszínen levő valamennyi mozgó és állóvíz (folyók, tavak, tengerek). Jellemzőjük az állandó körforgás (víz körforgása).
www.hidrotanszek .hu
Alapfogalmak
TALAJNEDVESSÉG ZÓNÁJA: Háromfázisú telítetlen zóna, szemcsék közötti hézagok vizet és levegőt egyaránt tartalmaznak. A szemcséket kétrétegű hidrátburok veszi körül, melynek belső rétegét a gyökerek szívóereje sem képes leszakítani.
TALAJVÍZTÜKÖR: Kétfázisú, telített zóna határa. Jellemzője, hogy a tényleges nyomás a légköri nyomással egyezik meg. Néhány cm-től, néhány 10 m-es mélységben található.
FELSZÍN ALATTI VÍZ: A Föld rétegeinek pórusaiban, üregeiben tárolt víz, mely a talajvíztükör alatt helyezkedik el.
Alapfogalmak Talajvíz: a terepszinthez legközelebb található felszín alatti víz. A talajvíz feletti rétegekben a kőzet/talaj pórusait jelentős részben már levegő tölti ki (háromfázisú zóna). Jogi értelemben a talajvíz a felszínhez legközelebbi összefüggő vízzáró réteg feletti állandó felszín alatti víz, amely legfeljebb 25 méter mély kúttal feltárható. Belvíz: akkor keletkezik a talaj felső rétegében, ha a talaj szabad pórusai vízzel telítődnek, jellemzője, hogy helyben képződik a kedvezőtlen meteorológiai és vízjárási tényezők hatására: hirtelen hóolvadásból, csapadék-tevékenységből, de keletkezhet magas talajvízállásból is, amikor a talajvíz kilép a felszínre. www.hidrotanszek .hu
Alapfogalmak A felszín alatti vizek osztályozása 1. A vizet tartó rétegek anyaga szerint 2. A rétegben elhelyezkedő vízre ható főerők szerint 3. A rétegben helyet foglaló víz nyugalmi nyomása szerint 4. Hidraulikai szempont szerint 5. Hőmérséklet alapján 6. Kémiai összetétel szerint 7. Gyakorlati osztályozás
1. Porózus és repedezett kőzetek. Kettős porozitású rendszerek. 2. Aktív erők: a nehézségi erő, a kapilláris erő, ozmotikus erő Passzív erők: molekuláris erők, súrlódás, tehetetlenség, kapilláris erő
A felszín alatti vizek osztályozása 3. A rétegben helyet foglaló víz nyugalmi nyomása szerint Szabad „nyílt tükrű” és nyomás alatti „zárt tükrű” rendszerek.
A felszín alatti vizek osztályozása
4. Hidraulikai szempont szerint Stagnáló és áramló vizek (I, hidraulikai gradiens)
A felszín alatti vizek osztályozása 5. Sokféle Hőmérséklet (T) osztályozás. Bélteky – Papp – Scmidt beosztása 18 C – hideg víz 18 C – 25 C langyos víz 25 C - 37 C meleg víz 37 C – hévíz 37 C – 60 C kevésbé forró víz 60 C – 90 C forró víz 6. Kémiai összetétel alapján 90 C igen forró víz Egyszerű víz, ásványvíz, gyógyvíz •Savanyú víz •Kalcium-magnézium hidrogénkarbonátos víz •Kloridos víz •Szulfátos (keserő) víz •Vasas víz •Kénes víz •Jódos, brómos víz
A felszín alatti vizek osztályozása 6. Kémiai összetétel alapján Egyszerű víz, ásványvíz, gyógyvíz Ásványvíz:
Termálvíz: vagy hévíz az a rétegvíz, amelynek hőmérséklete meghaladja a 30 °C-ot. A víz hőfokát az adott terület geotermikus gradiense határozza meg
Több mint 1000 mg/l oldott szilárd alkotórészt tartalmaz Az oldott összes szilárd ásványianyagtartalma 500-1000 mg/l között van, de tartalmaz aktív biológiai anyagokat Kevesebb mint 1000 mg/l oldott szilárd alkotórész, de az oldott gáztartalom jelentős (>500 mg/l)
Gyógyvíz: Gyógyvíznek azokat az ásványvizeket nevezzük, amelyek fizikai tulajdonságai, vagy kémiai összetétele miatt gyógyító hatásúak, és számukra rendelet alapján az ásványvíz, vagy gyógyvíz megnevezést engedélyezték.
A felszín alatti vizek osztályozása 7. Gyakorlati osztályozás • Parti szűrésű víz: felszíni víz közelében lévő felszín alatti vízkészlet, amelyben a kitermelt víz 50 %-ot meghaladó mértékben a felszíni vízből történő beszivárgásból származik. • Talajvíz (meteorológiai viszonyok számottevő hatása) • Rétegvíz: olyan vízbázis, amelynek vízkészlete az első vízzáró réteg alatt, vagy ilyen réteg híján 50 m-nél mélyebben települt porózus, törmelékes kőzetben található. • Karsztvíz: olyan vízbázis, amelynek vízkészlete a karsztosodott kőzetek (mészkő, dolomit) pórusaiban, hasadékaiban, üregeiben helyezkedik el.
A felszín alatti vizek osztályozása
Partiszűrésű kútsor Talajvíz
Rétegvíz bázis
Karszvíz bázis
A Darcy-törvény Henry DARCY (1856) készítette az első szisztematikus tanulmányt a vizek mozgásáról porózus közegben. Egy két végén nyitott hengert homokkal töltött meg, és folyamatosan vizet áramoltatott keresztül, míg a két vízszintészlelő csőben állandósult a vízszint (a rendszer egyensúlyba került). Tapasztalata szerint a kiáramló vízmennyiség arányos a cső két végén mért vízoszlop magasságkülönbségével és fordítottan arányos az áramlás során megtett úttal. Továbbá megállapította, hogy az időegység alatt kiáramló vízmennyiség arányos a porózus közegre jellemző koefficienssel.
A Darcy-törvény ahol Q: egységnyi idő alatt átáramló vízmennyiség [m3/d]; hA-hB: vízoszlop magassága A,B pontban [m]; L: A és B pontok távolsága [m]; k: szivárgási tényező (k tényező) [m/d]
ahol I: hidraulikus gradiens, hidraulikus esés [m/m]; k·I: a szivárgás átlagos lineáris térfogati sebessége
A hidraulikus gradiens Hidraulikus gradiens (I=dh/dl hányados) - =hidraulikus esés - arányos a közeg ellenállásával (egységnyi hosszon mekkora, szivárgás közben a nyomásesés) - dimenziónélküli szám - szabad szivárgás esetén dh=dl → I=1 - a szivárgás irányát a hidraulikus gradiens iránya határozza meg (h mint folytonos h(x,y,z) térfüggvény hely szerinti deriváltja a hidraulikus gradiens, a maximális meredekség irányába történik a szivárgás)
Permeabilitás (K) és szivárgási tényező (k) Permeabilitás: A kőzet fluidumáteresztő képessége, elsősorban a pórusösszeköttetések minőségének, méretének és megoszlásának függvénye, tehát csak a kőzet tulajdonságaitól függ. Jele: K. Egysége m2 vagy mD (milliDarcy) Szivárgási tényező: Jele: - K (angolszász irodalom) - k (egyes hazai műhelyek) • „sebesség” dimenziójú [m/d]. • egyaránt jellemzi a fluidumot és a közeget, amelyben a folyadék áramlik (értéke függ az áramlási és az áramló közegtől is)
K m k g s
Áramló közeg jellemzőitől függő rész – fajsúly (egyenes arányosság) • sűrűség • nehézségi gyorsulás (g) – viszkozitás (fordított arányosság) • egyes fluidumok viszkozitása erősen hőmérsékletfüggő Áramlási közegtől függő rész – szemcsék alakja – szemcsék mérete (átmérő négyzete)
ρ = a víz sűrűsége g = gravitációs gyorsulás μ = víz dinamikai viszkozitása
A transzmisszivitás, geotermikus gradiens, és a vízhozam 1. A transzmisszivitás jele: T. A réteg vízadó képességét jellemzi. A szivárgási tényező és a rétegvastagság szorzata T=k·m Mértékegysége: [m2/d] 2. Geotermikus gradiens a felszín alatti hőmérsékletnövekedés mérőszámaként használt mutató, az egységnyi mélységváltozásra jutó hőmérsékletváltozást fejezi ki. Értéke földi átlagban 3°C /100 m. A magyarországi átlagos geotermikus gradiens 5-7 °C /100 m között mozog. 3.
A vízhozam jele: Q. Az időegység alatt mozgó folyadék mérőszáma (kitermelt vagy felületen időegység alatt átáramló „vízmennyiség”) Mértékegysége [m3/d]
www.hidrotanszek .hu
Fajlagos tárolási tényező Fajlagos tárolási tényező jele: S. Az a vízmennyiség, amelyet az áramlási közeg egységnyi térfogata tárolni vagy kibocsátani képes egységnyi nyomásszint-változás (növekedés vagy csökkenés) hatására Mértékegysége [m3/d] Tárolt vízmennyiség változás okai: Kőzetmátrix összenyomódása vagy tágulása (hatékony feszültség változás), mely a kőzet összenyomhatóságától, kompresszibilitásától függ Pórusfolyadék összenyomódása vagy tágulása (semleges feszültség változás)mely a pórusfolyadék összenyomhatóságától, kompresszibilitásától függ
Porozitás (hézagtényező és hézagtérfogat) Porozitás: A kőzet hézagtérfogatának és teljes térfogatának a hányadosa.
n = Vhézag/Vteljes Hézagtérfogat v. Porozitás (n)
víz gáz térfogata 0,3 0,43 a talajt alkotó szemcsék térfogat 0,7
A víz mozgásában részt vevő pórustér térfogatának és a teljes térfogatnak az arányát szabad hézagtérfogatnak vagy effektív porozitásnak nevezik (jele: n0) A hézagtényező (e): a pórustérfogatnak a szemcsék térfogatához viszonyított aránya. e = Vhézag/Vszemcsék Kapcsolat a két tulajdonság között: e = n/(1-n); n = e/(1+e)
www.hidrotanszek .hu
Vízgazdálkodás alapfogalmai Vízgazdálkodás: a természet vízháztartásának a társadalom szükségleteivel való optimális összehangolására irányuló tervszerű tudományos, műszaki, gazdasági és igazgatási tevékenység; a vizek hasznosítása, hasznosítási lehetőségeinek megőrzése, a vizek kártételei elleni védelem és védekezés. EU Víz Keretirányelve : Az irányelv szerint meg kell akadályozni vizek állapotának romlását, illetve meghatározott időn belül (általában 15 év alatt) el kell érni a vizek “jó állapotát”, amely a természeteshez közeli ökológia állapotot és határértékek szerint szabályozott vízminőségi állapotot jelent. További fontos kritérium a vízzel kapcsolatos szolgáltatások megtérülésének elve és a szennyező fizet elv betartása (2000. december 22.)
Monitoring : valamely környezeti elem (pl. víz, talaj, levegő stb.) mindenkori állapotának és igénybevételének (beleértve a szennyezést is) megismerésére, illetőleg az állapotváltozás nyomon követésére szolgáló mérő-, megfigyelő-, észlelő- és ellenőrző hálózat az adatok mérésével, gyűjtésével, feldolgozásával, nyilvántartásával és értékelésével együtt.
Vízgazdálkodás alapfogalmai Vízháztartás: adott térben és időben a természetben a víz elhelyezkedésében vagy állapotában természetes erők hatására bekövetkező mennyiségi és minőségi változások összessége, illetve eredője. A vizsgált térbe az időhatárok között belépő és abból távozó vízmennyiségek egy vízháztartási állapotot jellemeznek, amelyben a tározott vízkészlet nő vagy fogy.
Vízmérleg: a vízkészletek és vízhasználatok viszonyát, pillanatnyi helyzetét mutatja meg. A vízmérleg nem csak a vízjogi engedéllyel már lekötött gazdasági célú vízhasználatokat veszi figyelembe, hanem azt is, hogy a vízkészletek egy meghatározott részét a meder és környezete ökológia igénye szerint természetes állapotban kell fenntartani. Vízkészlet-gazdálkodás: azoknak a tevékenységeknek az összessége, amelyeknek célja a vizek használatára irányul. A vízkészletgazdálkodás fogalma alatt ma már nemcsak a gazdasági célú felhasználók közötti elosztást értjük, hanem a vízkörforgás elemei közötti arányok figyelembe vételét, az ökológiai igények kielégítését, és a lehető legtöbb természeti és társadalmi kölcsönhatás szerinti szabályozást a vízgyűjtő egész területén.
Köszönöm a figyelmet!
