Hidrológiai Közlöny 1985 (65. évfolyam)

6. szám - Dr. Kovács György: Szempontok a Dunántúli Középhegység vízforgalmát szimuláló modellek felülvizsgálatához

Dr. Kovács Gy.: A Dunántúli Középhegység vízforgalma Hidrológiai Közlöny 1985. 6. sz. 347 tében. Azzal érvelnek, hogy a karsztos víztartók már önmaguk diszkretizált rendszerek, hiszen a vízszállítás túlnyomó tömege néhány nagy törésben és járatban mozog, ezeknek helyzete bár rögzített, azonban ismeretlen. A numerikus módszerek alkalmazásához szükséges önkényesen felvett hálózat (akár szabályos derékszögű rendszer a véges differenciák alkalmazásakor, akár szabálytalan, ha véges elemeket alkalmazunk) nem követheti a tényleges járatok hálózatát és ezért a modellekkel elérhető eredmények is kérdésesek (.BARBONI, 1975.) Ezt az érvelést kétségtelenül el kell fogadnunk a kilépési pontok környezetében, ahol a vízszállítás néhány nagy járatra koncentrálódik. Bizonyítható azonban a folytonos mező elvének alapján, hogy a folytonos szivárgási tartomány feltételezése és annak átlagos paraméterekkel történő jellemzése elfogadható feltételezés karsztos rétegek modellezésekor is, ha kizárjuk a mezőből az említett pontok minimálisan 30... 50 REU-val egyenlő sugarú környezetét és a diszkretizáláshoz használt tömbök oldalhossza sem kisebb ennél az értéknél. Azt állíthatjuk tehát, hogy az említett határokat megtartva alkalmazhatjuk a szokásos modelleket a karsztvíz regionális áralmási rendszerének szimulálására, azonban külön feladatként meg kell oldanunk a kilépési pontok környezetében létrejövő áramlásnak a helyi adottságoktól függő jellemzését, biztosítva egyidejűleg a két eltérő számítási rendszer illeszkedését azok érintkezési vonalában. A regionális hidrodinamikai modellek alapja minden esetben a lineáris Darcy-törvény érvényességének feltételezése. Minthogy a karsztjáratokban lényegesen nagyobb a nem-lamináris áramlás kialakulásának valószínűsége, mint laza üledékek pórusaiban, ennek a feltételnek kielégítetlen volta is akadálya lehet a karsztrendszerek modellezésének. A helyi sebesség rohamosan csökken, amint a vizsgált pont és a kilépési pont távolsága növekszik. Kétdimenziós áramlást feltételezve a fluxus az említett távolság négyzetével fordítottan arányos. A tényleges csökkenés még ennél is gyorsabb, mert a kilépési ponttól távolodva a vízszállítás eloszlása a kőzet tömegében egyenletesebbé válik és az áramlási tartománynak a kiterjedése a harmadik térdimenzió irányában is valószínű. Amikor tehát a közvetlenül megcsapolt tömböket kizárjuk a regionális szivárgási mezőből, gyakorlatilag elhárítjuk az áramlás nem-lamináris jellegéből adódó problémákat is. Feltételezhetjük ezért, hogy a lamináris jellegtől való eltérés sem számottevő a kilépési ponttól mért 30... 50 REU-nak megfelelő távolságon túl. Az elmondottak figyelembevételével a Dunántúli Középhegység szimulálására kidolgozott modellek felülvizsgálata és egységesítése során az első feladat a megcsapolási helyek környezetének részletes vizsgálata. Az egységes regionális modellből ezeket a tömböket ki kell zárnunk, viszont szükséges olyan számítási módszerek kidolgozása, amelyek segítségével a helyi adottságoktól függő nyomásveszteség számítható, figyelembe véve a mozgás bárom-dimenziós és nem-lamináris jellegét, valamint a vízszállítás koncentrálódását is. Az említett feltétel még egy irányelvet megszab a modell szerkesztésével kapcsolatosan. Minthogy nem mutatkozik előnye a véges elemek alkalmazásának, a véges differencia módszerének használata javasolható, a négyzethálót azonban 2... 3 km-nél rövidebb oldalhosszúságú ráccsá szűkítenünk nem szabad. Figyelembe kell vennünk, hogy a hidraulikai paraméterek (porozitás, szivárgási tényező) változékonysága és ezért bizonytalansága sokkal nagyobb a karsztos rétegekben, mint a szemcsés üledékekben. Nagyszámú mérési adat összegyűjtése szükséges, ezért annak érdekében, hogy a paraméterek várható értékét valamint valószínű szórási tartományát statisztikailag számíthassuk. A természetes folyamatok megfigyeléseit is fel kell használnunk annak érdekében, hogy a karszt hidraulikai viselkedését leíró mennyiségeket megbízhatóan becsülhessük. A paraméterek területi eloszlását végül mindenképpen az ún. inverz probléma megoldásával, tehát a modell kalibrálásával kell meghatároznunk. A Dunántúli Középhegységben megoldandó feladattal kapcsolatosan ezen a téren elsősorban a különböző területeken és rétegekben már elvégzett vizsgálatok adatait kell összegyűjtenünk és újra kell értékelnünk azokat. A korábbi feltárások száma valószínűsíti annak lehetőségét, hogy a kívánatos statisztikai elemzés elvégezhető és így minden területre megadhatjuk a paraméterek várható értékét és szórását. A karsztvízszint változásait feltüntető és évente kidolgozott térképek ismeretanyagát felhasználva felül kell vizsgálnunk az éves vízmérlegeket és ezeknek az elemzéseknek az alapján is becsülnünk kell a hidraulikai paraméterek valószínű területi eloszlását. Természetesen a transzmisszibilitás és a fajlagos vízadó képesség végső mátrixát a valószínű tartományok figyelembevételével a modell kalibrációja során kell meghatároznunk. Az inverz feladat megoldása egyben a modell pontosságát és megbízhatóságát jelzi majd. A határfeltételek felvételével kapcsolatosan is érvényesítenünk kell néhány olyan szempontot, amelyek a karsztos víztartók különleges adottságait tükrözik. így ismert potenciál, vagy fluxusként adott határfeltételt kell számításba vennünk nemcsak az áramlási mező peremén, hanem a hegységet felszabdaló völgyek vonalában is. A korábban bemutatott példák közül a 14. ábra a Móri-árokra merőleges metszetben mutatja a víztükör alakulását, a 16. ábrán közölt térkép pedig a Séd-völgy leszívó és megcsapoló hatását jellemzi. Fel kell tárnunk azokat a további völgyszakaszokat, amelyeknek hatása a vízforgalom alakulását befolyásolja és ezek helyét a modell szerkezetének kialakításakor figyelembe kell vennünk. Számítanunk kell itt is, továbbá a peremek mentén (amelyre példát a 15. ábra mutat) a határfeltételek valószínű számértékét, valamint annak időbeli változását. A felsorolt határfeltételek becsült számértékeit felhasználhatjuk a vízháztartási vizsgálatok pon-