Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

4. szám - Marton Lajos: Felszín alatti vizek hidraulikai vizsgálata az Alföldön – radiokarbon koruk ismeretében

29 Felszín alatti vizek hidraulikai vizsgálata az Alföldön radiokarbon koruk ismeretében Marton Lajos H-2683 Acsa, Petőfi u. 4. E-mail:lamarton@invitel.hu Kivonat A hidrogeológia egyik fő kérdése a felszín alatti vizek rétegek közötti átszivárgásának meghatározása. Ezen belül különösen fontos feladat annak megállapítása, hogy lehetséges-e vízátszivárgás vastag agyagrétegen keresztül. A környezeti izotópok megismerése eredményeként kialakult szaktudomány, az izotóphidrológia új hidraulikai paramétert adott a kutatók kezébe: a vizek korának megismerhetőségét. Egyik leggyakrabban használt „óra" a víz 1

4C-koncentrációja alapján történő kormeghatározás. A víz korának ismeretében végezhető hidraulikai számítások eredményei meggyőzően bizonyítják, hogy az Alföld negyedidőszaki és pliocén rétegeiben tárolt vizek kapcsolatban vannak egymással, de a rétegek vizei közötti korkülönbség nagyságrendje ezer években mérendő. Az agyag-rétegekben végbemenő vízmozgás jellemzésére a „molekuláris szivárgás" elnevezés tűnik alkalmasnak. Kulcsszavak izotóphidrológia, a víz kora, átszivárgás, agyagásványok, molekuláris szivárgás, nano-rendszerek. 1. Bevezetés A Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) Kelet-magyarországi Területi Földtani Szolgálata (Debrecen) az 1970-'80-as években különböző laboratóriumokkal számos környezeti izotóp-mérést végeztetett az Alföld negyedkori és pannóniai képződményeinek vízmintáin. Mivel a MÁFI területi hivatalai megszűntek, feladatukat 1993-tól a Magyar Geológiai Szolgálat vette át, de 2007. január l-jével ez utóbbi intézményt is megszüntették, az ott végzett tudományos kutatások eredményei csak rész-jelentésekben láttak napvilágot, az adatok összefoglaló feldolgozása nem történt meg. A jelentések irattárakban, részletekben megtalálhatók, de publikálásra összefoglalóan soha nem kerültek. Mivel a mérési adatok nagy tudományos értéket képviselnek, fontos érdeknek tekintjük, hogy azok a következő nemzedékek számára megőriztessenek. Összefoglaló feldolgozása folyamatban van, ennek keretében Szerző mint a Geológiai Szolgálat volt tudományos tanácsadója, hidraulikai számításokat végzett, amelyeknek eredményei első ízben most kerülnek közzétételre. 2. Elméleti áttekintés A hidroszférában a vizek háromféle mozgástípussal közlekednek. A felszínen, a folyókban és a tengerekben áramlásnak, a felszín alatt általában szivárgásnak nevezett módon mozognak. A vízfelületekről, a talajból és növényzetről azonban párolgás útján kerül a levegőbe hatalmas víztömeg, amely a hidrológiai ciklus fenntartását biztosítja. A párolgás folyamatában a víz molekulák formájában mozog. Bizonyos körülmények fennállása esetén a felszín alatti vizeknél is tapasztalunk molekuláris vízmozgást. Mivel a felszín alatti vizeket a csapadék táplálja, nyilvánvaló, hogy a hidrogeológiai rendszerek felülről nyitottak Egy vízadó képződmény helyi léptékben lehet nyomás alatti zárt (confined) réteg, amely egy nagyobb méretű medence kisebb része, a medencék azonban regionális léptékben nyitottak. Valójában a „zárt"-nak mondott és a mérnöki számításokban zártnak tekintett vízadó sem tökéletesen zárt, csupán azt mondjuk, hogy az áteresztőképesség olyan kicsi, hogy a gyakorlatban elhanyagolható. Az Alföld vízkészletei eredetének és utánpótlódásának tudományos vizsgálata során komoly nézeteltérések merültek fel az elmúlt évtizedekben. Elsőként Erdélyi Mihály az 1970-es években vázolta fel egységes elméleti keretben a magyar medence felszín alatti vizeinek gravitációs áramlási rendszerét (Erdélyi 1976). Rónai András a Magyar Alföld felszín alatti vizeinek nyomásállapotait és áramlási viszonyait az Erdélyi-féle leírással megegyező módon jellemezte átfogó munkájában (Rónai, 1985). Az áramlási rendszerek tekintetében sokáig vitatott volt néhány megállapítás, sőt esetenként az egész koncepció, nevezetesen az, hogy az Alföld mélységbeli víztartóiban egyáltalán van-e áramlás. Erről a kérdésről Juhász József és Urbancsek János munkáiban találunk részletes fejtegetéseket (Juhász 1987, 2002; Úrbancsek 1978 ). Őket követte Halász Béla, aki potenciálelméleti alapon mutatta ki a rétegzett áramlási rendszerek működését, az Alföld vertikális vízmozgásainak lehetőségét és szükségességét (Halász 1995), Székely Ferenc pedig a rétegzett rendszerek elméletének fejlesztésében mutatott fel új hazai eredményeket (Székely 1988). Az Alföld felszín alatti rétegvizeinek potenciál-eloszlását és annak értelmezését legújabban Tóth József és Almási István (2001) adták meg, eddig ez a legtöbb adatra támaszkodó és a legnagyobb mélységig terjedő feldolgozás a medencéről. A múlt század második felében kialakult izotóp-hidrológia jelentősen hozzájárult a hidrogeológiai ismeretek bővüléséhez. A vizeknek az izotóptartalmuk alapján meghatározható „kora" új hidrogeológiai paraméterré vált. A tartósan szivattyúzott, több kúttal működő vízmüvek területén kimutathatóvá vált a rétegek közötti átszivárgás mértéke, amely értelemszerűen a mindenkori termelési intenzitásnak is függvénye (Marton 2009). A nézeteltérés, amely a vizekkel foglalkozó mérnök-társadalomban alkalmakként még mindig megtalálható a földtani képződmények zártsága vagy nyitottsága tekintetében, abból ered, hogy egészen a 20. század közepéig a mérnökök munkájuk során a vízmozgás mérhető tartományaival találkoztak. A laboratóriumi kísérletek során jól látható méretekkel és néhány napos, esetleg hónapos mérési időtartammal dolgoztak. A múlt század első fele jól ismert módon a kúthidraulika „aranykora" volt, sok száz és ezer helyszíni kísérlettel alátámasztva, amelyek során mérni tudták a vízadó rétegbe mélyített kút vízhozamát, s meg tudták határozni a réteg paramétereit. Amikor azonban elkövetkezett a regionális méretű és több évtizedig tartó vízkivételek időszaka, a geológiai időléptékű jelenségek sorával kezdtek szembekerülni. Kiderült, hogy az az üledékes kőzet, amely vízzáróként működik a mérnöki létesítményeknél, korántsem tekinthető vízzárónak medence méretű kiterjedésben. Ha egy agyagnak nevezett képződményben a víz évente néhány millimétert halad, azt mondjuk, hogy az vízzáró, hiszen szinte mérni sem lehet a napi század milliméternyi haladást. Nem kis feladat, hogy miként lehet érzékeltetni a mérnök- és geológus-társadalommal azokat a rendkívül kicsiny mértékű vízmozgásokat, amelyek az Alföld rétegvizei közötti vízcserét biztosítják. Ezek ténylegesen olyan kis mértékűek, hogy érzékelni alig lehet és elképzelni is nehéz. Beszélünk arról, hogy vannak leáramlási és feláramlási területek. Amikor a magyar nyelvben az „áramlás" szót használjuk, akkor mindenki szeme előtt valami szemmel is látható vízmozgás képe jelenik meg. De nevezhetjük-e a szó mindennapi értelmében áramlásnak azt a vizmozgást, ami évente 3-4 mm elmozdulást jelent? Ennyit kapunk a Kelet-Al-