Hidrológiai Közlöny, 2020 (100. évfolyam)
2020 / 2. szám
Kovács Attila: A mennyiségi igénybevételi határérték meghatározásának szempontjai és modellezési háttere 55 Az egyes modellezési módszerek különböző vízadók esetén történő alkalmazhatóságát az 1. táblázat szemlélteti. Míg porózus rendszerek nagyléptékű (regionális) modellezésére az EPM módszer alkalmas, addig például karsztrendszerek modellezése a diszkrét elemek (karsztjáratok) szimulációját is megkívánja. Ilyen estben a CDC módszer alkalmazása válik szükségessé. Habár karsztok esetében a DC modell is kalibrálható, ez nem adja vissza a valós fizikai folyamatokat, és a DC modell tartalma a kalibrációs adatok függvénye. Hasadozott rendszerek esetében a DFN módszer alkalmazása válhat szükségessé, főként lokális léptékben, és szennyezőanyag transzport szimulációja esetén. A DCN módszer kizárólag lokális léptékben alkalmazható a karsztjáratokban lezajló folyamatok modellezésére, de mivel a kőzetmátrixban lezajló áramlást elhanyagolja, nem alkalmas a teljes rendszer működésének leírására. Az erősen heterogén rendszerek kritikus csoportját alkotják a dolomitos vízadók. Ezek a hidrogeológiai rendszerek egyes esetekben karsztosodnak, míg más esetekben repedezett rendszerként viselkednek. Amennyiben karsztos hidraulikai működést mutatnak, úgy CDC módszer alkalmazása szükséges. Amennyiben nem mutatható ki hidraulikai alapon karsztosodottság, úgy EPM módszerrel modellezhetők (Kovács 2003, Kovács és társai 2005). 1. táblázat. Az egyes modellezési módszerek alkalmazhatósága vízadó típusonként Table 1. Applicability of numerical modelling approaches for various hydrogeological systems Vízadó típus EPM DC CDC DFN DCN Porózus vízadók igen nem igen nem nem Karsztok nem igen igen nem igen Hasadozott vízadók igen* nem igen* igen* igen* * A módszer alkalmazhatósága függ a modell léptékétől és a modellezni kívánt folyamattól. A jelenlegi hazai gyakorlatban használt szoftverek közül a MODFLOW különféle verziói, illetve a FEFLOW használatos hidrogeológus körökben. A MODLFOW kizárólag az EPM módszer implementációját teszi lehetővé, ami az esetek túlnyomó részében elegendő a porózus rendszerek regionális modellezésére. A szoftver előnye a könynyű kezelhetőség, hátránya a diszkretizáció rugalmatlansága (FDM), valamint a véges differenciák miatt a modellbe bevitt mesterséges anizotrópia, ami azonban regionális léptékben elhanyagolható. A FEFLOW előnye a rugalmas diszkretizáció (FÉM), illetve a különböző dimenziószámú véges elemek kombinálhatósága, ami a CDC módszer alkalmazását lehetővé teszi. További előnye, hogy a sűrűségfüggő és termális folyamatok szimulációjára is alkalmas. Hátránya, hogy nagyfokú gyakorlatot és szaktudást igényel, valamint a területi vízmérlegek számítása pontatlanabb, mint a MODFLOW esetében. Egyes vízadó típusok realisztikus modellezése (pl. karszt) azonban nem lehetséges hagyományos MODFLOW környezetben. Regionális porózus rendszerek modellezésére tehát, vagy a MODFLOW, vagy a FEFLOW kódokat javasoljuk. Geotermális és karsztos rendszerek modellezésére a FEFLOW kódot javasoljuk. Amennyiben kapcsolt felszíni és felszín alatti vízáramlás integrált modellezése válik szükségessé, a MIKE-SHE, vagy HYDROGEOSPHERE kódok alkalmazása válik szükségessé, ezek a modellek - a komplexitásuk és adatigényük miatt - azonban előre láthatóan korlátozott mértékben alkalmazhatóak hatósági feladatok időhatékony végrehajtására. Modellgeometria és diszkretizáció meghatározása A modellterület kiválasztása során figyelembe kell venni a feladatban meghatározott térrész (víztest vagy annak egy része) kiterjedését, valamint a lehetséges vízhasználatok és hatásviselők elhelyezkedését, a vízhasználatok hatásának (depressziók) aktuális és várható kiterjedését, valamint az alkalmazható peremfeltételek térbeli helyzetét. A modell területet úgy kell megválasztani, hogy természetes peremfeltételek alkalmazása legyen lehetséges, és a modell megfelelő puffer zónát tartalmazzon a perem hatások elkerülése érdekében. A modell dimenziószámát a modellezni kívánt folyamatok és a geológia szabja meg. Sekély rendszerek lokális léptékű modellezéséhez 2D modellek alkalmazása is elegendő lehet, azonban rétegzett mélységi rendszerek, geotermális folyamatok, valamint vertikális áramlási komponensek esetén 3D modellek alkalmazása szükséges. A modell diszkretizációját a modell méretaránya és a modellezett folyamat, valamint a számítási kapacitás szabja meg. A véges elemek előnye, hogy a diszkretizáció térben változtatható, és a helyi viszonyokhoz szabható, ami lényeges előnyt jelent. Például egy termelőkút, vagy kapcsolt felszíni víztest környezetében finomabb diszkretizáció alkalmazható. A véges elemek módszerének további előnye, hogy lehetőség nyílik strukturálatlan végeselem-hálók alkalmazására, ami megoldást jelent a kiékelődő rétegek, illetve a vetők menti elmozdulások megfelelő geometriai kezelésére. A véges differenciáknál kedvezőbb diszkretizáció érhető el a véges térfogatok alkalmazásával is, melyet többek között a VISUAL MODFLOW FLEX szoftver is lehetővé tesz. Paraméterezés A modell paraméterek meghatározása alapvetően hidraulikai tesztek alapján történik. Amennyiben ilyen nem áll rendelkezésre, az adott területre, vagy az adott vízadóra vonatkozó korábbi adatok, irodalmi értékek alapján lehet a paramétereket definiálni. Az alkalmazott paraméterek a modell kalibrációja során módosulnak.
