A VÁROSI H Ő SZIGET MEGJELENÉSE A FELSZÍN ALATTI H Ő MÉRSÉKLET ÉRTÉKEKBEN

A felszín alatti vizek hőmérsékletének mélység szerinti változásának elemzése elsősorban a mélyebb rezervoárok vizének vagy hőtartalmának hasznosításában, paleoklimatológiai, medencefejlődési vizsgálatokban kapott jelentős szerepet. A mérési technológiák fejlődésével egyre több és pontosabb hőmérsékleti adatot gyűjtöttek a felszín alatti térrészből is, így a sekély zónák hőmérsékleti értékeinek gyakorlati vonatkozásai is felértékelődnek. A jelenlegi energetikai trendeknek megfelelően ezeket az adatokat a városi hőtöbblet tanulmányozásában, a néhány tíz méter mélységű térrész geotermikus energia tartalmának megállapításában, a vízhasznosítás lehetőségeinek bővítésében, illetve a felszín alatti építmények és a környezet közötti hőcsere megismerése szempontjából is hasznosítják [1], [2].

A világon számos helyen elvégzett elemzések arra mutatnak, hogy különösen a hosszabb ideje jelen lévő települések, és a nagy lakosságszámnak köszönhetően a városok alatt hőmérséklettöbblet alakul ki. Ez a jelenség megfelel a felszíni hőmérséklet emelkedésének, amit klasszikusan városi hőszigetnek hívnak, és kialakulása részben a felszíni léghőmérséklet növekedésének, részben az antropogén eredetű hőkibocsájtásnak és hőterjedésnek köszönhető [3], [4], [5].

41

A Debreceni Egyetem Földtudományi Intézetében végzett kutatásaink (pl. [6], [7], [8]) rámutattak arra, hogy Debrecen esetében a felszínen általánosan, a felszín alatti térrészben pedig a vizsgált városperemi pontokon ez a rurális térségekhez képest megjelenő hőtöbblet kimutatható. Emellett ismert volt a Hajdúszoboszló-Debrecen rezervoáron a termálkutakra vonatkozó hőmérséklet-mélység összefüggés is [9], melyeket egy szélesebb, de kevésbé pontos hőmérsékleti adatokkal rendelkező adatbázis alapján jól össze lehetett kötni (1. ábra).

Jelen kutatás célja, hogy egy területileg és az adatok elfogadhatósága szempontjából szűkített és pontosított adatbázison feltárjuk a hőmérséklet mélység szerinti összefüggését a 20–200 m mélységű rezervoárokban Debrecen területén, vizsgálva a területi és időbeli változások kimutathatóságát is.

1. ábra. A korábbi vizsgálatok által feltárt hőmérséklet-mélység összefüggések [9]

A vizsgálati terület a Hajdúság és a Nyírség középtájak határán helyezkedik el. Mindkét táj fiatal fejlődésének alapját a pleisztocén folyóvízi üledékképződési környezetek, illetve időszakosan a tavi fáciesek rétegsorai alkotják [10]. Az alapvetően törmelékes üledékek kifejlődése változatos, víztermelési szempontból a pliocén fekü felett Marton és Szanyi három vízadót és köztük két félvízzárót különít el [11]. A vizsgált hőmérsékletadatok elsősorban a vízadókból származnak, melyek jellemző mélysége Debrecen vonalában: első vízadó: 5–50 m, 2. vízadó: 80–100 m, míg a 3. vízadó, mely az úgynevezett vízműves réteg 130–200 m. A rétegek között hidraulikus kapcsolat van, a víztermelés hatására kialakuló nyomáseloszlás pedig vertikális lefelé szivárgást eredményez. Ez utóbbinak a hőmérsékleteloszlásra gyakorolt hatását jelen tanulmányban nem vizsgáltam.

2. MÓDSZEREK

2.1. A felhasznált adatok

A vizsgálati területen 216 fúrás adatait dolgoztam fel. Ezek döntő többsége vízműkút, kisebb számban öntözőkutak és monitoringkutak is megjelennek. Míg az előbbiek döntően a 3.

vízadóra lettek szűrőzve, azaz talpmélységük, szűrőmélységük eléri a 130–150 m-t, addig az utóbbiak a sekélyebb zónákról is adatot szolgáltatnak. A vizsgálatba bevont kutak nagy része

42

1980-ban vagy később létesültek, de az időbeliség és a városközponttól való távolság vizsgálata miatt a kutak között 82 db korábban, 1960 és 1979 között létesült kút is fel lett dolgozva Ezek elsősorban a IV. számú vízmű, a város délkeleti és nyugati részén lettek kijelölve (2. ábra). A kutakra vonatkozó adatokat a Magyar Állami Földtani, Geofizikai és Bányászati Adattárban megtalálható Vízföldtani naplókon túl a korlátozottabb adattartalmú, digitálisan elérhető „Magyarország fúrásponttérképe” [12], illetve a Magyarország mélyfúrású kútjainak katasztere XXXVII. [13] és XXXVIII. kötete [14] szolgáltatta.

2. ábra. A vizsgálatba bevont kutak elhelyezkedése és létesítésének ideje 2.2. Hőmérsékletadatok értelmezési lehetőségei

A kutakban létesítéskor, illetve kútvizsgálatok során mért hőmérsékletadatok alapvetően három csoportba tartoznak. Minden kút esetében mérnek kifolyó víz hőmérsékletet, illetve az elmúlt időszak gyakorlata alapján a legtöbb kútban mérnek talphőmérsékletet is. Emellett a sekély kutakban is előfordul hőmérséklet karrotálás is nem termelt állapotban. Ez utóbbiról a vizsgált kutakban nem áll rendelkezésre adat, bár ez jelentené az adott földrajzi helyre értelmezhető hőmérséklet-mélység összefüggést. Néhány kút esetében a kiépítés során történt különböző mélységekből próbatermelés, melynek hőmérséklet adatai szintén rendelkezésre állnak. Ezek és a talphőmérséklet felhasználásával egy kút esetén is kirajzolódhat a hőmérséklet-mélység profil, de jellemzőbb, hogy egy adott, vagy a teljes terület összes adatát figyelembe véve egy közelítő függvénykapcsolat határozható meg.

A mérés során használt hőmérők pontossága (felbontása és érvényessége) és a megbízhatósága is jelentősen befolyásolja az értelmezhetőséget. A vizsgált tartományban 13–

20 °C-os hőmérsékleteket várunk. A korai kútdokumentumokban általában 1 °C felbontással adták meg a hőmérsékletértékeket, mely a részletes vizsgálathoz nem elegendő. Szerencsére a későbbi dokumentumok már 0,1 °C felbontású adatokat is tartalmaznak. A fúrás során a kialakításra kerülő kút környezete általában melegszik, a hőmérsékletet tovább növeli a kútkialakítás során elvégzett cementezés is. Ezek a hatások az idő előrehaladtával csökkennek, de nem kizárható, hogy a mérések időpontjában még jelen vannak. A fentiek figyelembevételével a talphőmérsékleteket korrekció nélkül a mérés mélységéhez lehet rendelni.

43

A kifolyó víz hőmérséklete a szűrőzött szakaszokat jellemzi. A vizsgált kutak 1-4 szakaszban voltak beszűrőzve, azaz a víz több különböző hőmérsékletű rezervoárból is származhatott. A víz kitermelése során a víz hőmérséklete ráadásul változhat is, minimális hűlés és melegedés is előfordulhat. A kutatás jelen fázisában az egy-két (működő) szűrővel rendelkező kutak adatait használtam fel. Az egy (működő) szűrővel rendelkező kutak száma 109 db, itt (amennyiben a reométeres vizsgálatokból más nem következett) a szűrő középértékéhez rendeltem a kifolyó víz hőmérsékletét, mint rezervoárhőmérsékletet. Két szűrő esetén a szűrők hossza, mélysége és a fajlagos hozamok segítségével adtam meg ezt a hőmérsékletértéket.

A kapott adatokra a hővezetési modellből levezethető lineáris összefüggést használva egyenest illesztettem, ahol az egyenes meredekségéből a geotermikus gradienst, tengelymetszetéből egy felszíni hőmérsékletet lehet meghatározni. Ez utóbbi azonban a felszínközeli rétegek melegedése miatt csupán teoretikus.

3. A FELSZÍN ALATTI HŐMÉRSÉKLET IDŐBELI ÉS TÉRBELI VÁLTOZÁSA