Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

2. szám - Székely Ferenc: Éghajlati, víz- és hőáramlási folyamatok kölcsönhatása felszín alatti áramlási rendszerekben

45 r Éghajlati, víz- és hőáramlási folyamatok kölcsönhatása felszín alatti áramlási rendszereinkben Székely Ferenc HYGECON Kutató és Szolgáltató Kft., 1204, Budapest, Bocskai utca 13. Kivonat: A tanulmány a földtudományok különböző területei (hidrogeológia, geotermika, klimatológia) közötti kapcsolatokat világítja meg. A természeti folyamatok egymással igen bonyolult kölcsönhatásban állnak, a modellvizsgálatok ezeket a szerteágazó kapcsolatokat három változatban mutatják be. A klíma hatása eltérő formákban (felszíni hőmérséklet, hőkisugárzás, csapadék beszivárgás, evapotranszspiráció) az összes modelltanulmányban megjelenik, ugyanez vonatkozik a felszín alatti vízáramlásra is. A felszín alatti hőáramlás az első két modellvizsgálatban kapott szerepet. Az első és az utolsó esettanulmány a természetes folyamatok eredőjét, a második modellvizsgálat viszont az emberi tevékenység hatását elemzi. Az utóbbi szimuláció rámutatott arra, hogy a kis mélységű geotermikus energiapotenciál felmérésekor a felszín alatti hőáramlás mellett figyelembe kell venni a megújuló napenergia, tehát a klimatikus tényező hatását is.. Kulcsszavak: víz- és hőáramlás, felszín alatti áramlások. 1. Bevezetés A természeti erőforrások (elsősorban az energia- és vízkészletek) beszűkülésével párhuzamosan napjainkban sürgető igény mutatkozik az alternatív energiafajták kiterjedtebb hasznosítása (Vajda 2001), és a víztakarékos gazdálkodás iránt. Hazánk kedvező adottságainak köszönhetően különösen fontos szerepet játszhat a geotermikus energia fokozottabb kiaknázása (Mádlné Szőnyi 2006, Mádlné Szőnyi et al. 2009, MTA Energiastratégiai Munkabizottság 2010). A természetes erőforrások csökkenésével egyidejűleg, hazai és nemzetközi szinten egyaránt növekvő figyelem irányul a klimatikus tényező szerepének, valamint a klímaváltozás következményeinek a felmérése is. A közvetlenül érzékelhető légköri, csapadék, árvízi, belvízi és aszály jelenségekkel szemben a felszín alatti vizekben ébredő, klimatikus eredetű változások nem szembetűnők, a folyamatok lassabbak, megjelenésük késleltetett, hatásuk időben elhúzódik. A vázolt, sokrétű problémáknak a vizsgálata a hidrogeológus szakemberek számára jelentős kihívás, mivel a címben hivatkozott természeti folyamatokat lehetőség szerint egységben, de legalábbis összefüggésükben kell elemezni. Szerencsére az interdiszciplináris szemlélet térhódítása elősegítette, a megvalósításhoz szükséges eszköztár megjelenése pedig lehetővé tette a komplex szemléletű mennyiségi elemzést. Az eltérő, de egymással összefüggő folyamatok leképzésének legkorszerűbb eszköze a hidrogeológiai modellezés. Az ÉK Alföld területére irányult előző nagytérségi kutatásaimat (Székely 2006, 2007, 2010) a talajvízszint és a klímaváltozás közötti kapcsolat szimulációjára is kiterjesztettem. A talajvíz-hő hasznosításának árnyaltabb támogatása céljából tovább fejlesztettem a felszín közeli termikus folyamatok korábbi (Székely 2009) szimulációs technikáját. Tanulmányom a fenti, klímahatással befolyásolt újabb modell-vizsgálatok eredményeit összegzi. A hidrogeológiai modellezés két kutatási terület eredményeire épül. Az egyik terület a vízföldtani modellek kialakítása. Ez olyan adatbázis, amely a vizsgált térség vízföldtani viszonyaira vonatkozó ismeretanyagot foglalja össze. A vízföldtani modell magába foglalja a földtani képződmények elhelyezkedését, hidraulikai és termikus jellemzőit, a víz és a hő utánpótlási valamint megcsapolási viszonyait továbbá a vízminőségi paramétereket. A Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) és a Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Rt. (VITUKI) együttműködésével a jellemző földtani felületek meghatározásával a kilencvenes években megtörtént az ország területére korlátozódó vízföldtani modell kialakítása. A több ezer vízkútból nyert földtani információkkal kiegészített adatbázis képezte az 5 modellréteget tartalmazó Országos Vízföldtani Modell (OVM) földtani elemét. A 2 kmt meghaladó mélységű felső pannon hévíz-tárolóig terjedő modell vízszintes felbontása 500 m. Ennek részét (területi kivágatát) képezi a bemutatott vizsgálatokban szereplő ÉK Alföld modell (Székely 2006, 2007). A MÁFI ebben az évtizedben a modellterületet az országhatáron túli területrészekre is kiteijesztette, a 2-2 km

2 alapterületű kőzetblokkokból képzett ún. Pannon-medence modell a porózus gravitációs áramlási rendszer folyamatainak leképzésére szolgál. A modellvizsgálat másik összetevője a folyamat-elemzésre alkalmas eszköz, amely egy kiválasztott vagy saját fejlesztésű „in house" szimulációs szoftver (rendszer). A hazai gyakorlatot elsősorban kereskedelmi forgalomba került külföldi szoftverek felhasználása jellemzi. Az ismertetésre kerülő számítógépes szimulációs vizsgálatok az elmúlt évtizedek során általam fejlesztett FSH (Flow-Solute-Heat) 3D-s numerikus modellező szoftvercsomag alkalmazásával történtek. Az összes vizsgált folyamatot egységben kezelő modellező környezet biztosította a megoldások koherenciáját. 2. Folyamatok, paraméterek, kölcsönhatások A címben hivatkozott természeti folyamatok ismertetését a klimatikusan befolyásolt külső hatásokkal (terhelésekkel) kezdem. Ezek az összes modellvizsgálatban szerepelnek, és döntő mértékben befolyásolják a felszín alatti áramlási rendszer felső (hidraulikai valamint termikus) peremfeltételeit. Az hidrológiai jellegű klimatikus folyamatokat a csapadék beszivárgása és a talajvíz-párolgás vagy evapotranszspiráció képezi. A talajvíz-párolgás összetett folyamat. Egyik összetevője a víz-gőz átmenettel jellemezhető fizikai párolgás (evaporáció), a másik a növényzet párologtatása (transzspiráció). Gyakorlati modellszámításoknál a pozitív előjelű beszivárgás és a negatív evapotranszspiráció eredőjét összevontan függőleges talajvíz-forgalomnak, TVF nevezik. A m/d dimenziójú TVF függvény értékeit a KHVM Munkabizottság (1999) által javasolt módszer alapján (Székely 2006) számítottam. A függőleges talajvíz-forgalom és a talajvíz-mélység kapcsolatát leíró függvény a mélységgel növekszik, nagy talajvíz-mélység esetén az evapotranszspirációs veszteség megszűnik, és a pozitív előjelű beszivárgás dominál. A függvénykapcsolatban szereplő paramétereket a VITUKI -ban kidolgozott módszer alapján (VITUKI 1994) vettem figyelembe. A változó előjelű függőleges talajvízforgalom területi változását a fedőréteg összetétele és a klimatikus folyamatok befolyásolják, de a növényzet típusa is jelentős szerepet játszik. A jövőben várható a biomassza energetikai hasznosításának fokozódása. A nagy vízigényü energianövények elteijedésével az evapotranszspiráció erőteljes növekedésére és a talajvízszint jelentős helyi süllye-