37
vízmintát veszünk a henger aljától különböző magasságokban. Azt várjuk, hogy a többletlevegő mennyisége a henger alja felé nőni fog.
2. Kigázosodás vizsgálata: a homokkal feltöltött hengerbe tiszta nitrogént fújunk mindaddig, amíg a szemcsék közötti levegőt teljesen ki nem öblítjük (8. ábra).
Ezután alulról feltöltjük az oszlopot ASW-vel. Néhány nap múlva vízmintát veszünk a henger aljától különböző magasságokban. Azt várjuk, hogy a betöltött ASW-hez képest kisebb nemesgáz-koncentrációkat kapunk. Az oszlop alján kisebb kigázosodást várunk, mint a fenti részeken, mivel az oszlop alján kisebb buborékok vannak a nagyobb hidrosztatikai nyomás miatt.
3. Kigázosodás hatása a 3H/3He-vízkorra (kigázosodás az teljes időtartam alatt): Az előző kísérletet ismételjük meg, azonban itt olyan vizet fogunk használni, amelynek magas a trícium koncentrációja. A vizet nem néhány napig hagyjuk az oszlopban, hanem 1-2 hónapig. Azt várjuk, hogy a trícium bomlásából származó 3He egy része is kikerül a vízből. Ha itt figyelembe vesszük a kigázosodás során elvesztett nemesgázok mennyiségét, akkor a 3H/3He-vízkor számításánál vissza kell kapnunk a ténylegesen eltelt időt.
4. Kigázosodás hatása a 3H/3He-vízkorra (kigázosodás a nulladik időpillanatban): Az előző kísérletet ismételjük meg úgy, hogy csak az oszlop egyik felében létesítünk kigázosodási körülményeket. A kigázosodási részt feltöltjük tríciumgazdag ASW-vel. Az oszlop másik felét úgy töltjük meg vízzel, hogy ne legyenek becsapdázódott levegőbuborékok sem. Néhány nap múlva a kigázosodott vizet átáramoltatjuk a levegőmentes homokot tartalmazó részbe. A kigázosodott részben lévő vizet megfestjük, hogy jobban követni tudjuk ezen fázis helyzetét. Ez esetben azt várjuk, hogy a kigázosodás megtörténik a folyamat elején, de mivel aztán ez a víz átkerül egy kétfázisú (homok + víz) helyre, további kigázosodás nem történik. Így noha a hélium kigázosodást szenvedett el a kísérlet elején, az 1-2 hónapig képződő 3He nem fog elveszni a vízből.
A két utolsó kísérlet a természetben előforduló esetek két szélsőséges esete. Ugyanis amikor vízkor meghatározást végzünk 3H/3He-módszerrel, és kigázosodásra utaló koncentrációkat kapunk, akkor nem tudjuk, hogy a kigázosodás mikor történt. Ezért a nemesgáz-koncentrációk rossz interpretálása során túl is becsülhetjük a kort. A nemesgáz- és trícium méréseket is laboratóriumunkban fogjuk végrehajtani. [8] [9] Laboratóriumi vizsgálatainkkal szeretnénk megerősíteni a CE- és az SD-modell létjogosultságát.
38
időjárási viszonyok modellezésénél. A másik féle vizsgálatoknak eredményei még nincsenek, a megvett minták egyszerre lesznek analizálva, és a mérési eredmények is a későbbiekben lesznek kiértékelve.
7. ábra A víztartalom változása a 0,2-0,6 mm szemátmérőjű minta esetén 4. ÖSSZEFOGLALÁS
Összegzésként elmondható, hogy az oszlopmodell kísérletek alkalmasak a telítődési folyamatok és a felszín alatti szivárgások vizsgálatára, azonban jelen eredményekből csak közelítő megállapításokat vonhatunk le. A jövőben szeretnénk eredményeinket pontosítani és számszerűen megfogalmazni, melyhez ezen kutatások kiváló alapot adhatnak. A későbbiekben heterogén rendszereket is vizsgálni fogunk, ahol modellezhető lenne a különböző rétegek hatása a beszivárgási folyamatokra. A többletlevegőt és kigázosodást modellező vizsgálatok nagymértékben pontosítják majd a későbbi kutatásainkat, egyéb izotóphidrogeológiai kutatások alapjait szolgálják majd, illetve a kapott eredmények pontosabb értelmezését fogják segíteni.
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS
A kutató munka a Miskolci Egyetemen működő Fenntartható Természeti Erőforrás Gazdálkodás Kiválósági Központ TÁMOP-4.2.2/A-11/1-KONV-2012-0049 jelű „KÚTFŐ”
projektjének részeként – az Új Széchenyi Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
Eltelt idő [sec]
39 IRODALOMJEGYZÉK
[1] JUHÁSZ J.,Hidrogeológia, Akadémiai Kiadó, Budapest, 2002.
[2] KOVÁCS GY.,A szivárgás hidraulikája, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1972.
[3] CRILE D.,JAMES M.H.,CRISTOPHER J.D.,Soil Column to Demonstrate Soil- Water Movement, J. Nat. Resour. Life Sci. Educ., Vol. 27, 1998.
[4] H.JANG, H.RAHARDJO,E.C.LEONG,Behavior of Unsaturated Layered Soil Columns during Infiltration, Journal of Hydrogeologic Engineering, July/August, 2006.
[5] KÉZDI Á.,Talajmechanikai praktikum, Tankönyvkiadó, Budapest, 1964.
[6] W.AESCHBACH-HERTIG,F.PEETERS,U.BEYERLE,R.KIPFER, Palaeotemperature reconstruction from noble gases in ground water taking into account equilibration with entrapped air, Nature, 405, 2000 1041-1044.
[7] W.AESCHBACH-HERTIG,H.EL-GAMAL,M.WIESER,L.PALCSU, Modeling excess air and degassing in groundwater by equilibrium partitioning with a gas phase, Water Resources Research, 44, 2008. 449-461.
[8] PALCSU L.,MAJOR Z.,KÖLLŐ Z.,PAPP L.: Using an ultrapure 4He spike in tritium measurements of environmental water samples by the 3He-ingrowth method. Rapid Communications in Mass Spectrometry 24, 2010. 698-704.
[9] PAPP L.,PALCSU L.,MAJOR Z.,RINYU L.,TÓTH I.: A mass spectrometric line for tritium analysis of water and nolbe gas measurements from different water amounts in the range of microlitres and millilitres. Isotopes in Environmental and Health Studies, 48, 2012. 1:494-511.
40
A BÜKKI KARSZTVÍZSZINT ÉSZLELŐ RENDSZER (BKÉR) 1992-ES LÉTREJÖTTÉNEK OKA ÉS CÉLJA, A MÉRŐRENDSZER
ÜZEMELTE-TÉSE, KAPCSOLÓDÁSOK MÁS PROJEKTEKHEZ, FŐBB EREDMÉ-NYEK 2013-IG, JÖVŐBENI CÉLJAI
THE REASON OF ESTABLISHING THE BÜKK KARST WATER MONI-TORING SYSTEM IN 1992, ITS OBJECTIVES, ITS OPERATION, AND
ITS RELATION WITH OTHER PROJECTS. THE MAIN RESULTS UNTIL 2013 AND FUTURE PLANS
LÉNÁRT László1, SZEGEDINÉ DARABOS Enikő2, CZESZNAK László3, KOVÁCS Péter4, HERNÁDI Béla5, BALLA Béla6, SŰRŰ Péter7, TÓTH Márton8
1PhD, egyetemi docens; 2,7,8PhD hallgató; 3geofizikus mérnök; 4tudományos munkatárs; 5hidrogeológus mérnök;
6informatikai munkatárs
Miskolci Egyetem, Környezetgazdálkodási Intézet e-mail: hgll@uni-miskolc.hu
Cikkünk tisztelgés Stéfán Márton vízügyi igazgatósági főmérnök emléke előtt, aki a bükki karszthidrológiai méréseket mindig messzemenően támogatta
és Böcker Tivadar előtt, aki a jelenlegi monitoring rendszer alapjait képező első karsztvízfigyelő kutakat létesítette a Bükkben rendszeres karsztvízszint figyelő céllal
Kivonat: Miskolc és a Bükk-térség mintegy 90 településének vízellátása nagyrészt a bükki karsztvízből biztosí-tott. Miskolc esetében éppen 100 esztendeje készült el a karsztvízbázisra alapozott vezetékes ivóvíz ellátó rend-szer. Az 1980-as évek elejétől egy hosszantartó száraz időszak köszöntött be. Ez időszak legvégén, 1992-1993 során volt a legalacsonyabb az éves csapadékmennyiség az elmúlt 62 évben. A Bükk-térségben a rendkívüli mó-don megnövekedett (ma már tudjuk, hogy sok esetben túlzó és pazarló) vízigény kielégítése veszélybe került. A bükki karsztvízbázist a túltermelés mellett a csapadékból történő utánpótlás jelentős csökkenése is fenyegette. A karsztvíztermelés biztonságának segítésére hozatta létre a vízügyi hatóság (ÉVIZIG) főmérnöke, Stéfán Márton a Bükki Karsztvízszint Észlelő Rendszert (BKÉR-t), alapvetően figyelő és előrejelző rendszerként. A méréseket, az előrejelzést megalapozó kutatásokat és az előrejelzést a Miskolci Egyetem végezte a hatóság és a bükki vízterme-lők részére, a Bükkből termelő vízművek anyagi támogatásával. Az 1992-ben kialakított automata vízszint (he-lyenként hőmérséklet és vezetőképesség) monitoring rendszer alapját a Böcker Tivadar által 1983-ban tervezett és kivitelezett karsztvízszint észlelő kutak jelentették. Az 1992-ben megkezdett mérőrendszer az évek során folya-matosan érte el mai formáját. Az évek során összesen több mint 80 helyen – termelő hévízkutakban, hidegvizű megfigyelő kutakban, forrásokban, barlangok víztereiben – mértünk, (ill. zömmel mérünk), általában 15-60 per-ces, szükség esetén 1-10 perces gyakorisággal, főleg DATAQUA mérő-rögzítő műszerekkel. A BKÉR mérőrend-szerét több ízben tudtuk más kutatásokhoz is kapcsolni. 2005-2007 között a VIMORE projekt keretében 14 bar-langi mérőhelyet telepítettünk. Ezáltal a rendszer térben, ill. tematikailag is jelentősen tovább bővült. 2010-ben indult – sok éves késéssel – a miskolci vízműforrások diagnosztikai vizsgálata. Ennek keretében sok régi kút rendbetétele és mérésre alkalmassá tétele mellett új figyelőkutak lemélyítésére is sor került, esetenként éppen a meglévő BKÉR tapasztalatai alapján. (A kácsi-sályi, ill. az egri védőidomokon az együttműködés ez előtt szintén megvolt, de kevesebb érdemi kapcsolódási ponton keresztül.) 2012-ben indult a Mályi-Kistokaj térségébe a fűtési célú meleg karsztvíztermelő (és visszasajtoló) rendszer kialakítása. Ez a város lakossága szempontjából igen fontos, de a vízkészletek fenntartható védelme szempontjából semmiképpen sem elhanyagolható hatást jelenthet.
A BKÉR tapasztalatai alapján új helyekre telepített műszerekkel a termelés monitoringozására alkalmas figyelő-rendszert építettünk ki, alapvetően a feltételezett hatások vizsgálatára. A BKÉR eddigi adatai, vizsgálati eredmé-nyei a Miskolci Egyetemen 2012 végén indult „Kútfő” projekt egyik vezér-moduljaként szerepelnek. A kutatás-ban a mérések folytatása, bővítése és új szempontok szerinti vizsgálata a fő cél. A kutatási eredmények több modulhoz is szorosan kapcsolódnak. A BKÉR legfontosabb vizsgálati célja, hogy a Bükk-térség területén a hid-rogeológiai szempontból kiemelt fontosságú mérőhelyek adatai alapján a vízkészleteket, aktuális változásokat
41
mennyiségi oldalról nyomon követni, ill. előre jelezni tudja. Előadásunkban és dolgozatunkban ismertetjük a rendelkezésre álló vízkészlet becslésére, időjárási helyzettől függő előrejelzésére alkalmazott módszereket. Vizs-gálataink során kiemelt figyelmet fordítunk az extrém időjárási körülmények (árvizek, hosszú periódusú száraz-ság) alatt kialakult hidrológiai helyzetekre, ill. az ezek segítségével megállapítható kutatási eredményekre, fej-lesztési lehetőségekre. Hasonlóan rendkívül fontos a talajfagy hatásának vizsgálata a lefolyásra, ill. a beszivár-gásra, illetve az árhullámok tartósságának vizsgálatára vonatkozóan. A kutatás „melléktermékeként” nagyon sok esetben meg tudtuk oldani pl. az esetleges adatvesztések miatti adatpótlásokat. A karsztvízszint függőleges mozgását is a vizsgáltuk a Hold és a Nap árapálykeltő hatásával együtt, mivel ezzel a kutak egymásra hatásának kutatását tudtuk segíteni. A barlangi adatok alapján kutattuk a víz térbeli összegyülekezésének lehetőségeit is a barlangokban, valamint a karsztos területeken. A hideg karsztvízrendszer önmagában is sérülékeny, de a Bükk esetében a termál karsztvíz rendszerrel, ill. ezek sokszíntű kapcsolatával is számolni kell. Hidrogeológiai szem-pontból a Bükk-térség területén a hideg és a meleg karsztvíztestek egységes rendszert alkotnak. Ennek a kapcso-latnak a jobb megismerése számunkra ma a kutatások középpontjában áll. A Bükk-térségben igen jelentős (és rendkívüli módon fejlődik) a balneológiai, rekreációs és gyógyászati célú vízhasználat is Eger, Egerszalók, Mis-kolc-Tapolca, Mezőkövesd, Bogács területén. Emellett egyre fontosabb lesz a létesítményekből eltávozó víz által szállított „hulladékhő” visszanyerésének kérdésköre is. A BKÉR pillanatnyilag 16 millióra tehető adata a felso-roltakon kívül sokféle kutatáshoz ad nélkülözhetetlen kiindulási alapot. A vizsgálatokról, vizsgálati eredmények-ről a dolgozat további fejezeteiben fogunk részletesebben szólni, ill. utalunk az eddigi szakirodalmi tevékenysé-günkre.
Kulcsszavak: Bükk, karsztvíz, karsztvízkutatás, termálkarszt, figyelőrendszer
Abstract: The water supply of about 90 settlements in the Bükk area, including the city of Miskolc, is provided using the karst water of the Bükk Mountains. In case of Miskolc, the pipeline system supplying drinking water, based on the karst water available, was constructed exactly one hundred years ago. At the beginning of the 1980s, a long dry period started. The lowest yearly precipitation of the last 62 years was recorded at the end of this period, in 1992 and 1993. Meeting the greatly increased water demands in the Bükk area was at high risk.
Today it is clear that the demand in many cases was unrealistically high and it involved wasting water as well.
The karst water base of the Bükk became endangered because of the following factors: over-exploitation of the supplies, and significantly decreased water replenishment due to lack of precipitation. Securing the karst water resources and keeping its exploitation at a safe level was the reason behind the establishment of the Bükk Karst Water Monitoring System. It was called into life by Márton Stefán, an engineer of water authority (ÉVIZIG). The system’s main functions are both monitoring and forecasting. The preparational work, including measurements, research on which the forecasting is based, and the forecasting itself was carried out by the University of Mis-kolc, for the authorities and the water users of the Bükk area. The water works, exploiting the karst water of the Bükk, supported the project financially. The system was established in 1992. It automatically records the water levels (in certain sites, it records the temperature and the conductivity as well). The system is based on the karst water monitoring wells designed and realized by Tivadar Böcker in 1983. The monitoring system has been constantly changing since its establishment in 1992. Since the monitoring system came into being, measurements have been carried out at more than 80 locations. These sites include yielding thermal water wells, cold water monitoring wells, springs and water bodies of caves. The measurements usually take place once in every 15 to 60 minutes but, if necessary, it is done in 1 to 10 minutes frequency. In most cases DATAQUA measuring and recording (logging) equipment is used. In a number of cases, the Karst Water Monitoring System have been related to and used in many other research projects. Between 2005 and 2007 a further 14 in-cave measurement sites were established within the framework of the VIMORE project. With this addition, the system extended not only physically but also in scope. The diagnostics evaluation of the springs used by the water works of Miskolc was started in 2010, much later than originally anticipated. Within this project, many old wells were refitted to be suitable for measurements, and also new wells were drilled; the work often based on the experience gathered so far from using the Bükk Karst Water Monitoring System. (Cooperation existed before involving the Kács-Sály, and the Eger protected areas, but there were much less significant linking points.) In 2012 a project was started to realize a warm karst water system, suitable for heating purposes, in the Mályi and Kistokaj area. This is very important for the population of the town. It is also really important from the point of view of the sustainable protection of water resources as it would have a significant impact. Based on the experience originating from the Bükk Karst Water Monitoring System, new measuring sites were established to observe the production, thus creating another monitoring system, in order to analyze the forecasted impacts. The data and the results of the Bükk Karst Water Monitoring System form the chief module of the “KÚTFŐ” project that was started at the University of Miskolc in 2012. The main objective of the research is to continue the measurements, to extend not only the network and but also the scope of the project. The results of the research are linked to many other
42
modules as well. The most important research objective of the Bükk Karst Water Monitoring System is to be able to observe the water resources and the changes in quantity, and to provide reliable forecast with regards to these; all based on the data originating from the hydrogeologically most significant measurement sites. In this paper and presentation let us introduce the methods used to estimate the available water resources and to provide forecast depending on the weather situation. During out research we paid extra attention to hydrological situations originating in extreme weather conditions, such as floods or long dry periods. We also used the results of these periods to find further research results and opportunities for developments. Another important survey is the impact of soil freezing: how it affects runoff water, infiltration and the length of flood waves. One positive side effect of the research is the fact that it often was possible to determine the missing data when it was unavailable in the original range of data. The vertical movement of water levels were also monitored, together with the tide effects of both Moon and Sun, since this helped determine the interaction and relations of the wells. Based on the data logged in-cave, the research included the probabilities of the spatial gathering of water in caves and on the karst areas. The cold karst water system is vulnerable as it is, but in the case of Bükk, the thermal karst water system and the interconnectedness and relations of the two system must be taken into account as well. From a hydrogeological point of view, the cold and warm karst water bodies of the Bükk belong to one unified system. A better understanding of this unit and the relations of the water bodies is at the center of the research today. Balneology, and both recreational and medicinal water use is significant and constantly developing in the Bükk region, including Eger, Egerszalók, Miskolc-Tapolca, Mezőkövesd, Bogács.
Another issue that is quickly gaining attention is the usability of the so-called waste heat that is carried by the used water leaving buildings. At present, the data count of the Bükk Karst Water Monitoring System is about 16 million individual records. It gives a solid working foundation for many other research projects, not only the ones listed so far. The further chapters of this paper include more details of our research and research results, and of our publications.
Keywords: Bükk, karst water, research of karst waters, thermal karst water, karst monitoring system