Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)

2. szám - Alföldi László: Egy kis brain storming a vízről

3 Nem szorul bizonyításra, hogy a magasabb térszíni helyzetben lévő vízgyűjtő terület által táplált vízfolyások a mélyhelyzet felé haladva a szintkülönbségekben rejlő kinetikus energiának köszönhetik létüket. A vízfolyások által táplált fajlagos kinetikus energia mértékét a mederesés és a mozgó víz tömege határozza meg. Természetes körülmények között a mederesés lassan, de folyamatosan változik, a vízhozam azonban véletlenszerűen és évszakosan változik, ingadozik, vagyis a folyóvíz adott pontját képviselő kinetikus energia rendkívül változó. Ha valamely vízfolyás haladását duzzasztógát építésével visszatartjuk, akadályozzuk, akkor a kinetikus energia jól meghatározó hányadát összegyűjtve tároljuk, és az így megnövelt vízszintkülönbség mellett villamos energiatermelés lehetősége kínálkozik. Jól tervezett folyóhasznosítás esetén megfelelő távolságban elhelyezett vízerőmüvekkel maximális energiahasznosítás érhető el és/vagy a környező területekre gravitációs vízpótlás vezethető ki. Ugyanakkor a felduzzasztott víz a hajózáshoz is kedvező körülményeket teremt. Jelentősebb vízfolyások (folyók) saját korábban lerakott hordalékmezején haladnak, ezért a porózus hordalékba bevágódó meder és a korábban lerakott porózus hordalék tartós és közvetlen hidraulikus kapcsolatba kerül, ezért a folyó nagyvizeknél tölti, kisvizeknél csapolja saját vízadóját. Tulajdonképpen az ártéri üledékekben mozgó víz jelentős hányada már a folyóvízzel együtt késleltetve halad a porózus közegben. A meder és a vízadó határán egy mikrobiológiai aktivitással jellemzett néhány mm és/vagy néhány cm vastag természetes szűrőzóna alakult ki, ami a folyó közelében telepített kutakban már tisztított víz termelését teszi lehetővé. Az ilyen hordalékban áramló vízkészletet parti szűrésű vízkészletnek nevezzük. Az ország ivóvíz termelésének jelentős hányadát a part menti nagyvárosok vízszükségletét parti szűrésű vizekből elégítik ki. A part mentén telepített kutakkal akár egyes kisvízfolyások folyóvize a kavicsmezőn keresztül kitermelhető. A Szigetköz vizsgálata során észleltük, hogy a gyorsan kifejlődő árvizek hatása a kavicsban mozgó víz szintemelkedésével megelőzi, kvázi előrejelzi az árvíz érkezését, ami csak úgy lehetséges, hogy a vízadóban nyomáshullám halad végig, nem pedig gyorsan áramló víztömeg. A Tisza több száz méter vastag hordalékában lévő tárolt víz nyomásingadozásában az árvízi hatások kimutathatók voltak (Rónai). A felszín alatti vizekről A felszín alatti vizek viselkedése érdemben különbözik a felszíni vizektől. A felszín alá kerülő víz vagy az üledékek pórusaiban, vagy már a konszolidálódott karsztos üregekben egymással összefüggően mozog. A felszín alatti kőzettérben az üledékképződés során a kőzetszemcsék közötti pórusokba beszorulva (eltemetődés), vagy függőleges beszivárgás útján kerül. A vízzel telített képződmény fokozatos eltemetődése során egyre mélyebb helyzetbe kerül, ahol a vízmozgás lehetőségét a kőzetterheléses konszolidáció során fellépő viszonylag kis pórustartalom, majd a fizika-kémiai konszolidációs folyamatok szabályozzák. Ebben a fokozatosan konszolidáló víztartó kőzettérben sokféle hatás eredőjeként felszín alatti vízáramlások indikálódnak. Tapasztalataink szerint az alföldi laza, fokozatosan szilárduló kőzettérben a leülepedéstől napjainkig folyamatos vízcsere zajlik, vagyis az üledékképződés során bezáródott (szingenetikus) víz többszörösen kicserélődött. A sekélyebb régiókban átlag 100-200 m-es mélységhatárig 810 000 éves vizek találhatók, lejjebb kb. 500 m-re számítható régiókban lévő vizek 20-30 000 évesek. A mélyebb régiókba 40-50 000 évesek, ami kevesebb mint cm/év elmozdulást jelent. Nagyjából maximum 800 m mélységben kvázi horizontális vízcsere lehetősége a hézagtérfogat csökkenés következtében csökken és megjelennek a függőleges vízmozgással kapcsolatos jelenségek is. 1000 m-nél mélyebb mélységtartományban már a függőleges tendenciájú vízmozgás válik uralkodóvá, különösen akkor, ha a felsőbb vízadókban vízelvonás következtében (térbeli depresszió, térbeli nyomás csökkenés) indukálja a függőleges vízáramlást. Ennél mélyebb régiókban a még oly lassú minimális horizontális vízmozgás megszűnik, és vertikális (függőleges) migráció válik uralkodóvá. Bárhogy kerül a víz felszín alá, mozgása korlátozott, mert vagy az üledék (kőzet hézagai) és/vagy a már konszolidálódott szilárd kőzettestek repedés, rés karsztrendszere áll rendelkezésre. Röviden szólva a felszín alatti vízmozgás a kőzettérben rendelkezésre álló kényszerpályára kerül. A tengeri üledékek jellegzetesen rétegzettek a folyami eredetűek horizontálisan, rapszodikusan, de az üledékképződés törvényszerűségének megfelelően változik. Az üledékképződés során bezárt vízben azonnal megkezdődik az intenzív mikrobiológiai aktivitás, a mikrobiológiai katalizáció mellett az oxidációs folyadék (a víz) fokozatosan reduktív közeggé válik. Ez a magyarázata annak, hogy a felszínről bekerülő nitrát néhány méteres mélység alatt eltűnik, a három vegyértékű vas két vegyértékűvé válik, vagy képződhet szulfátból kénhidrogén, vagy átalakulhat a huminsav egy része és képződhet kerogén. Az egyre mélyebbre kerülő víz egyre inkább geokémiai, biokémiai hatásnak is ki van téve és az eredeti szingenetikus víz kicserélődés vagy keveredés nélkül is változtatja kémiai összetételét, maga is átalakuláson megy keresztül. A kőzetvíz érintkezési felülete bonyolult fázishatásként szerepel, ahol az ioncserélő folyamatokat katalizáció és mikrobiológiai hatások befolyásolják. A víz dipolmolekulái a kőzetfelületen monomolekuláris hártyát alakítanak ki, amihez egy lazább molekulaburok járul. Jó tudni, hogy a szénhidrogén molekulák (kőolaj, földgáz) nem tapadnak a kőzethez, szakszerűen szólva nem nedvesítik azokat. A tapadó víz gyakorlatilag a porózus kőzetek pórusainak a felületét beborítja és a kőzetszemcsék érintkezésénél a szögleteket is kitölti. Nem tudjuk a tapadó víz molekula összetételét. A tapadó víz hártya közvetlenül csak 100 °C fölé való melegítéssel, hevítéssel távolítható el, vagyis a mono-molekuláris hártya nem tartalmazhat cibatikus halmazokat, annál inkább tartalmazhat a laza tapadó burok. A gyakorlatban alkalmasint megkülönböztetünk aktív és passzív hézagtérfogatot. Minél kisebbek a kőzetszemcsék annál kisebb az aktív pórustér, mert a tapadó vízféleségek kitölthetik az egészet, így aztán meghatározott szemcseösszetétel esetén nem marad hely a víz mozgására. Az ilyen víztartókat vízrekesztőnek tekintjük, azért nem vízzárónak, mert meghatározható térbeli nyomáscsökkenés (küszöb gradiens mellett) az így bezárt víz részben, vagy egészben mobilizálható. A tapadó víz a rétegterhelés és a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan leszakad és már 60 °C-tól kezdve a mono-molekuláris hártya azonban legalább 100°C kőzethő-