A FELSZÍN ALATTI H Ő MÉRSÉKLET ID Ő BELI ÉS TÉRBELI VÁLTOZÁSA DEBRECEN KÖRNYEZETÉBEN

3.1. Általános hőmérséklet-mélység összefüggések

A talphőmérsékletek mérési mélységei a 40–220 m mélységközt ölelik fel, de ennek első 50 métere eléggé adathiányos, mert a kis mélységű kutakban nem végeztek talphőmérséklet mérést (3. ábra). A számított összefüggések így a 100–200 méter közötti adatok hatását mutatják. A geotermikus gradiens 0,053 °C/m, a felszíni hőmérséklet 10,93 °C. A szűrőtartományok esetében az adatok mélységeloszlása már kiegyenlítettebb, a kisebb, akár 20 m körüli tartományból is szolgáltatnak adatokat, a maximum mélység itt 200 m. A kapott geotermikus gradiens érték 0,044 °C/m és 0,041 °C/m, míg a felszíni hőmérséklet 11,36 °C és 11,40 °C rendre az egy és kétszűrős kutak esetén.

3. ábra. A teljes területről származó talphőmérséklet-mélység (bal) és kifolyóvíz hő mérséklet-mélység összefüggések egy és két (működő) szűrővel (közép és jobb) rendelkező kutakban A monitoring kutak, illetve kútcsoportok egy része az egymás alatt elhelyezkedő vízadó rétegek nyomásviszonyainak, vízkémiájának rendszeres ellenőrzésére lett kialakítva. Ezek egy részében történt hőmérséklet-mélység profil meghatározás, másokban a létesítéskori

44

adatok lehetnek alkalmasak a hőmérsékletszelvény becslésére (4. ábra). A kutak egy része azonban a legsekélyebb rétegeket (talajvizes zónát) szűrőzi, melyekben a talajhőmérséklet éves ingadozása miatt a mért érték nem feltétlenül reprezentálja az éves középhőmérsékletet, másrészről korábbi kutatások alapján a város peremi részein, ahol a megfigyelő kutak nagyobbik hányada létesült a 10 és 20 méteres zóna átmeneti jellegű, a hőmérséklet a mélységtől függetlenül konstans. A 20 méter alatti zónában már a mélységgel növekvő és éves ingadozást nem mutató hőmérsékletértékek várhatók [8].

A termálkutak esetében elvégzett adatelemzés egyrészt a mélyebb zónák geotermikus gradiensének meghatározására is alkalmas (0,061 °C/m), másrészt egyes kutak mutatják a kis mélységben meghatározott hőmérsékletértékeknek a felszín alatti városi hőszigetre jellemző pozitív anomáliáját. Hasonló geotermikus gradiens határozható meg abból a kútból, ahol a kiépítés közben több réteget is vizsgáltak. Itt az egyik adat kiesik a trendből, vélhetően a nem egyenletes fajlagos hozam következtében pontatlanul meghatározott mélységérték miatt. A kútcsoportok egymás mellett telepített kutakból állnak, ahol feltételezhető az azonos hőmérséklet-mélység profil, azaz az adatok közösen is használhatók. A vizsgálati területen 7 olyan kútcsoportot sikerült feltárni, ahol a hőmérsékletnövekedés vizsgálható (4. ábra).

4. ábra. Azonos kútban (bal) és kútcsoport tagjaiban (jobb) eltérő mélységben mért hőmérsékletek

3.2. A hőmérséklet-mélység összefüggések változása a településközponttól mért távolsággal

A Debrecen keleti oldalán, a 48-as főút mentén fúrt kutak talphőmérsékleti adataiból azok kis száma (n=20) és kedvezőtlen mélység szerinti eloszlása miatt nem lehetett a városközponttól való távolság és a hőmérsékletek alakulására vonatkozóan egyértelmű következtetéseket levonni. A kifolyó vizek esetében 24 db, 1960 és 1983 között létesített kútra vonatkozó adatot lehettet feldolgozni, itt a mélységeloszlás is kedvezőbb volt. A kutak EOVY koordinátái alapján 2,5 km-ként csoportosítva a kutakat és a hőmérséklet-mélység profilt e csoportokra külön meghatározva a távolságtól való függés kirajzolódik, a közelebbi kutak adataira illesztett trendvonalak a vizsgálati tartományban magasabb hőmérsékletet adnak adott mélységben, mint a távolabbi kutak adataira illesztett egyenesek (5. ábra). Azonban a hőmérsékletadatok diszkrét volta és az adateloszlás miatt a kapott különbségek (0,5-1 °C) nem tekinthetők szignifikánsnak. Az adatsor teljes egészére meghatározott geotermikus

45

gradiens 0,033 °C/m, a felszíni hőmérséklet pedig 12,90 °C. Az előbbi kisebb, míg az utóbbi nagyobb, mint az összes kútra meghatározott érték. Ezen összefüggés segítségével meghatároztam, hogy az egyes kutak esetében a mért hőmérsékletadathoz rendelt mélységben mekkora a várható hőmérséklet, és megadtam a várható és mért hőmérséklet különbségét a várostól való távolság függvényében. A kapott adatokból 14 kisebb mértékben tér el a várható értéktől, mint 0,5 °C, ami az adatok felbontása, de összességében kimutatható itt is egy gyenge hőmérsékletcsökkenés a várostól távolodva (6. ábra).

5. ábra. Debrecentől keletre mélyített kutak kifolyó víz adataiból számolt hő mérséklet-mélység összefüggések a városközponttól mért távolság függvényében

6. ábra. Debrecentől keletre mélyített kutak kifolyó víz hőmérsékletadatainak eltérése a területre meghatározott hőmérséklet-mélység függvényből kiszámolható értéktől Hasonló vizsgálatokat végeztem a várostól délkeletre található kútsor adataiból. A kapott eredmények hasonló jellegűek, de még inkább bizonytalanok. A város nyugati szélén az adott típusba tartozó adatok kis száma miatt a vizsgálatot nem lehetett elvégezni.

46

3.3. A hőmérséklet-mélység összefüggések időbeli változása

Az összes vizsgált kútadatra elvégzett elemzés nem mutatta ki a hőmérséklet-mélység függvény szignifikáns időbeli változását. Ennek oka részben az, hogy a kutak elhelyezkedése és mélysége – a létesítés céljának megfelelően – változott: míg az 1960-1980 között létesített kutak nagy része az ivóvízellátás fejlesztése céljából készült, addig 1995 és 2005 között döntően figyelőkutak, 2005 után öntözőkutak kerültek az adatbázisba. Egyes területeken azonban kellően nagy a fúrások száma és kedvező az időbeli eloszlása ahhoz, hogy elvégezhető legyen a vizsgálat. Ezek közül a Debreceni I. számú vízmű környezetében készült adatsorok esetében kirajzolódik a mért hőmérsékletek növekedése az idő előrehaladtával, a növekedés kb. 1 °C (7. ábra). A hőterjedésre vonatkozó modellek (pl. [3]) alapján ez a növekedés a sekélyebb rétegekben erősebben jelentkezik, de az adatok mélységbeli eloszlásának adottságai miatt ez nem rajzolódik ki biztosan. A II. vízmű esetében azonban a melegedést nem lehetett kimutatni.

7. ábra. Debrecen I. vízmű környezetében mélyített kutak kifolyó víz hőmérsékletadatainak függése a mélységtől és a mérés időpontjától

4. KÖVETKEZTETÉSEK

A feldolgozott adatok alapján a városi környezet felszín alatti hőmérsékleteloszlást módosító hatása Debrecen esetében a 20–200 m-es mélységtartományban is kimutatható: a városközpont felé közeledve a rurális térségekhez képest a hőmérsékletek a kisebb mélységben 1–2 °C-kal is nőnek, illetve egyes területeken az 1960-as évektől napjainkig hasonló mértékű hőmérsékletnövekedés fordult elő. Az adatsorokból meghatározott lokális és térségi geotermikus gradiensek 0,03–0,06 °C/m tartományba esnek, a termelési és talphőmérsékleti adatok hasznosíthatósága és eredményei egymástól eltérnek.

Az elérhető adatstruktúra azonban a részletesebb kiértékeléseket nem teszi lehetővé. Ehhez részletes vizsgálatsorozatot kell indítani, mely magába foglalja a termelés alatt nem álló kutak hőmérséklet-mélység profiljának részletes felvételét, a termelés alatt álló kutak állapotfelmérése során meghatározott talphőmérséklet és termelési termo görbék adatainak elemzését. Mivel a vízműves zóna vízszintjei a terepszint alatti 30 m körül vannak, így az ezekre telepített kutakból a kis mélységű zónákra vonatkozóan adatok nem nyerhetők. Ezért is fontosak a (monitoring) kútcsoportok, ahol a több kútra vonatkozó adatok egy függvénnyé egyesíthetők, mivel a kisebb mélységbe beszűrőzött kutak nyugalmi vízszintje akár 3-6 m-re is megközelíti a felszínt.

47

Ezekkel az eljárásokkal elérhető, hogy a mérések kellő sűrűséggel történjenek úgy, hogy közben a tulajdonosok érdekei sem sérülnek. Ezek mellett fokozott figyelmet kell fordítani az elkövetkezendőekben mélyítésre kerülő fúrások (kutak, hőszivattyús rendszerek hőszondái stb.) hőmérsékleti viszonyainak minél teljesebb körű megismerésére. Ezekkel egy nemzetközi szinten is kiemelkedő részletességű 3D hőmérsékletmodell építhető fel, mely a bevezetésben bemutatott energetikai, mérnökgeológiai célokra felhasználható.

5. FELHASZNÁLT IRODALOM

[1] PRENSKY, S: Temperature Measurements in Boreholes. An Overview of Engineering and Scientific Applications,The Log Analyst, 1992, 33/3, p. 313-333.

[2] ZHU, K., BLUM, PH., FERGUSON, G., BALKE, K-D., BAYER, P.: The geothermal potential of urban heat islands, Environmental Research Letter, 2010 5, 044002

[3] BANKS, D., GANDY, C. J., YOUNGER, P. L., WITHERS , J., UNDERWOOD, C.: Anthropogenic thermogeological ‘anomaly’ in Gateshead, Tyne and Wear, UK.

Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 2009, 42, p. 307-312.

[4] FERGUSON, G., WOODBURY, A. D.: Urban heat island in the subsurface, Geophysical Research Letters, 2007, 34, L23713

[5] MENBERG, K., BAYER, P., ZOSSEDER, K., RUMOHR, S., BLUM, PH.:

Subsurface urban heat islands in German cities, Science of the Total Environment, 2012, 442, 123–133.

[6] SZEGEDI, S., TÓTH, T., LÁZÁR, I.: Role of urban morphology in development of the thermal excess in the city of Debrecen, Hungary, Environmental Engineering and Management Journal, 2014, 13, 2805–2808.

[7] SZEGEDI, S., CSÁKBERÉNYI-NAGY, G., LÁZÁR, I., TÓTH, T.: Examinations on development of thermal excess in suburban areas of Debrecen, Hungary, Air and Water Components of the Environment, Cluj-Napoca, Romania, 2014, p. 8.

[8] BUDAY, T.: A felső kéregbeli hőterjedés modellezése és alkalmazási lehetőségei Kelet-Magyarországon, PhD doktori értekezés, Debreceni Egyetem, 2015, p. 130., Doktori témavezető: Dr. Kozák Miklós

[9] BUDAY, T., SZŰCS, P., KOZÁK, M., PÜSPÖKI, Z., MCINTOSH, R. W., BÓDI, E., BÁLINT, B., BULÁTKÓ, K.: Sustainability aspects of thermal water production in the region of Hajdúszoboszló-Debrecen, Hungary, Environmental Earth Sciences, 2015, 74, p. 7511-7521.

[10] PÜSPÖKI, Z., DEMETER, G., TÓTH-MAKK, Á., KOZÁK, M., DÁVID, Á., VIRÁG, M., KOVÁCS-PÁLFFY, P., KÓNYA, P., GYURICZA, GY., KISS, J., MCINTOSH, R.W., FORGÁCS, Z., BUDAY, T., KOVÁCS, Z., GOMBOS, T., KUMMER, I.: Tectonically controlled Quaternary intracontinental fluvial sequence development in the Nyírség–Pannonian Basin, Hungary, Sedimentary Geology, 2013, 283, p. 34-56.

[11] MARTON, L., SZANYI, J.: Kelet-magyarországi pleisztocén üledékek geostatisztikai vizsgálata: 2. A rétegek között átszivárgás területi meghatározása, Hidrológiai Közlöny, 1997., 77., p. 241-248.

[12] https://map.mfgi.hu/furas/

[13] KOZOCSAY L. (szerk): Magyarország mélyfúrású kútjainak katasztere XXXVII.

kötet, Magyar Földtani és Geofizikai Intézet, Budapest, 2015, p. 50-52.

[14] KOZOCSAY L. (szerk): Magyarország mélyfúrású kútjainak katasztere XXXVIII.

kötet, Magyar Földtani és Geofizikai Intézet, Budapest, 2015, p. 34.

48

HALLÉPCS Ő K M Ű SZAKI ÉS ÖKOLÓGIAI ELEMZÉSE