8.3 A vízszintváltozások megjelenítése

A vízszintváltozások megjelenítésére és értelmezése előtt nagyon fontos, hogy csak azon méréseket ábrázoljuk egy térképen, amelyek ugyanabból a vízadóból származnak. Ennek eldöntéséhez természetesen ismernünk kell a terület földtani felépítését és a kút kialakítását, szűrőzési mélységét. Amennyiben megfelelő adatok nem állnak rendelkezésre, akkor érdemes az egyes kutak vízszint-idősorát (hidrográfját) összehasonlítani, mivel ugyanarra a víztartóra szűrőzött kutak vízszintingadozásának hasonló lefutásúnak kell lennie. A vízszintváltozások megjelenítésére az alábbi lehetőségeket érdemes alkalmazni:

8.3.1 Talajvízszint- és potenciometrikus kontúrtérképek (h(x,y,t) t:t1,t2)

Amennyiben kellően sok egyidejű vízszintmérés áll rendelkezésre, akkor a számított hidraulikus emelkedési magasságokat kontúrtérképen ábrázolhatjuk különböző időpontokra. Fedetlen víztartó esetén talajvíszint-térképről, fedett, leszorított víztükrű vízadó esetén potenciometrikus térképről beszélhetünk. Az utóbbi esetben mindig meg kell adnunk azt az elevációközt, melyre szűrőzött kutak mérési pontjaiban (P) ábrázoljuk a hidraulikus emelkedési magasság értékeket P(h).

Tekintsünk egy példát. A a Kelemenszék-tó és környezete két különböző időpontra elkészített talajvízszint-térképét mutatja. Az ábrán folyamatos vonalak jelzik az ekvipotenciálokat a talajvízszintben (ahol hwt=zwt), a nyilak pedig a fluxusvektor horizontális komponenseinek irányát mutatják. Az ábrák összehasonlításából leolvashatjuk a tó és a felszín alatti víz kapcsolatának időbeli változását.

A Kelemenszék-tó környezetének talajvízszint-kontúrtérképe 2006 márciusában és májusában

8.3. ábra: A Kelemenszék-tó környezetének talajvízszint-kontúrtérképe 2006 márciusában és májusában (Simon, 2010)

Ha viszonylag kevés adat áll rendelkezésre, és az alacsony adatsűrűség nem teszi lehetővé kontúrtérkép szerkesztését, akkor a felszín alatti vízáramlás irányát és a gradiens mértékét legalább három kútban mért vízszintérték alapján,hg az ún „háromszög”-módszer segítségével hozzávetőlegesen megbecsülhetjük.

8.3.2 Vízszintkülönbség-térképek (Δh(x, y, Δt) Δt: t1, t2)

Vízszintkülönbség térképek szerkesztésekor a vízadó egyes pontjaiban két különböző időpontban mért hidraulikus emelkedési magassági értékeinek különbségét ábrázoljuk. Ezekből a térképekből ‒ a hidraulikus emelkedési magasságok különbségeinek izovonalas ábrázolásából, annak előjeléből, „+” vagy „-”‒ a víztartóban a két időpont között lejátszódó folyamatokra lehet következtetni. Jól alkalmazhatóak vízmérleg számításoknál: a víztartóban lévő vízmennyiség kiszámításra is. Továbbá vízutánpótlódás és kivétel hatásai is becsülhetők  e térképekből (8.4. ábra).

a) Talajvízszinttérkép (t1 = 1986), b) talajvízszinttérkép (t2 = 1987), c) egymásra vetített talajvízszinttérképek (a), b)) a különbségek feltüntetésével, d) talajvízszintkülönbség-térkép. A talajvízszintkülönbség-térképen beazonosítható, hogy a vízszintemelkedés a délnyugati zónában, míg a vízszintcsökkenés az északkeleti régióban következett be.

8.4. ábra: a) Talajvízszinttérkép (t1 = 1986), b) talajvízszinttérkép (t2 = 1987), c) egymásra vetített talajvízszinttérképek (a), b)) a különbségek feltűntetésével, d) talajvízszintkülönbség-térkép. A talajvízszintkülönbség-térképen beazonosítható, hogy a vízszintemelkedés a délnyugati zónában, míg a vízszintcsökkenés az északkeleti régióban következett be (Brassington, 1988).

8.3.3 Vízszintmélység térképek d(x, y, t)

A vízszintmélység térképeket ritkán alkalmazzuk a hidrogeológiában, mivel kevés vízföldtani információt hordoznak magukban. A felszín alatti víz áramlási irányának meghatározására nem alkalmasak, ugyanis a felszínhez képest mutatják a víztükör helyzetét energetikai tartalom nélkül. Annál nagyobb a jelentőségük ezeknek a térképeknek a mezőgazdaságban.

8.3.4 Hidraulikus keresztszelvények h(s, z, t)

A hidraulikus keresztszelvények segítségével az áramkép függőleges vetületét tanulmányozhatjuk. Egy függőleges (s, z) síkkal vágjuk el a vizsgált térrészt, és a hidraulikus emelkedési magasságokat (h) ábrázoljuk a mérési pont P(s, z) helyzete  függvényében. A hidraulikus keresztszelvények szerkesztésénél is használjuk az áramkép szerkesztésnél a 7. fejezetben tanultakat. Fontos a vertikális és az alsó határfeltételek megfelelő megválasztása. A talajvíztükör helyzete, ill. a fölső domborzati határfeltétel is segítségünkre lehet az ekvipotenciálok megszerkesztésében. Ha több időpontra is rendelkezünk hidraulikus emelkedési magasság adatokkal, akkor több különböző időpontra is elkészíthetjük a keresztszelvényt.

A Duna-Tisza közére készült hidraulikus keresztszelvény (8.5. ábra) hátterét képező hidrosztratigráfiai tagolás regionális léptékben sárgával a vízvezetőket, a zöld árnyalataival a vízfogókat mutatja a Dunától a Tiszáig mélyülő medencealjzatra, a főbb tipizálható szerkezeti jellemzőkkel. Az ekvipotenciálokat folyamatos vonalak jelzik. Ezekre merőlegesen az áramvonalak szelvényirányba eső komponenseit mutatják a nyilak. A zöld nyilak a csapadékból beszivárgó és a térfelszín, azaz a talajvíztükör magasság-különbségei által vezérelt gravitációsan hajtott vízáramlásokat jelzik. A piros nyilak a medencealjzat túlnyomása következtében a felszín felé migráló vízrészecskék pályáit mutatják. A kétféle íredetű és kétféle mechanizmus által mozgatott vizek határa megfigyelhető a szelvényvonalba eső és egyébként eltérő jegyeket mutató tó, a Kolon- és Kelemenszék-tó között. A túlnyomásos medencealjzatból felfelé migráló vizek alapvetően nátrium-kloridos jellegűek. A csapadék beszivárgásból származó vizek pedig kalcium-magnézium-hidrogénkarbonátosak. Így a kétféle víz hidraulikai keresztszelvényen történő feltérképezése segít az összetett hidrogeokémiai folyamatok értelmezésében is. Ezen túlmenően a felszínen a talajvíztükör szintjében található tavak eltérő jellege is (a Kelemenszék egy szikes tó, a Kolon-tó édesvízi) megmagyarázható a hidraulikai keresztszelvény és a hidrogeokémiai jellegek különbözősége alapján.

A hidraulikus keresztszelvények az ekvipotenciálok eloszlásának bemutatása révén alkalmasak a hajtóerő tér (folyadékpotenciál tér) térképezésére. Ez azért nagyjelentőségű, mert az összes többi, kutakban mérhető adat: hőmérsékleti, vízkémiai, környezeti izotóp) a hajtóerőtér ismeretében értelmezhető. Önmagukban ezek az adatok nem alkalmasak az áramtér rekonstruálására, csak kiegészítő információként használhatók.

Egy Duna-Tisza közi hidraulikus kersztszelvény

8.5. ábra: Egy Duna-Tisza közi hidraulikus kersztszelvény (Mádlné Szőnyi  és Tóth, 2009)

8.3.5 Hidrográfok vagy kútidősorok h(t); d(t)

Ha a megfigyelő kutakban rendszeresen, ill. szabályos időközökkel mérjük a vízszintadatokat, ill. van egy digitális vízszintrögzítő rendszerünk, amely megteszi ezt helyettünk, akkor a mért vízmélységet (d) vagy az átszámított hidraulikus emelkedési magasságot (h) az idő függvényében kútidősorként vagy más néven hidrográfként ábrázolhatjuk. Ezek szintén fontos szerepet játszanak a vízszintek/hidraulikus emelkedési magasságok időbeli változásának vizsgálatában.

Amennyiben a vízszint idősor mellett az adott területre vonatkozó csapadékadatokat is feltüntetjük, akkor azon felül, hogy megfigyelhetjük és értékelhetjük a nyugalmi vízszintek időbeli változékonyságát, a csapadékmennyiség felszín alatti vízre gyakorolt hatását is vizsgálni tudjuk ezen idősorokon keresztül. A 8.6. ábra egy a Duna-Tisza közén elhelyezkedő talajvízkút ötéves idősorát mutatja. A mérések havi rendszerességgel történtek. E mellett a diagramon feltüntettük a közeli meteorológiai állomás havi csapadékadatait is. Látszik, hogy az talajvíz mélységének ingadozása nem követ éves periodicitást, és viszonylag mélyen, mintegy 6 m-es mélységben helyezkedik el a homok összetételű víztartóban. A csapadékesemények közvetlenül nem eredményeznek a kútban mérhető vízszintemelkedést.

Éves talajvíz mélység ingadozás d(t) (Borota talajvízkút-003617) és a bajai meteorológiai állomás havi csapadékadatainak összesített diagramja (1966-1970) a rétegsorral

8.6. ábra: Éves talajvíz mélység ingadozás d(t) (Borota talajvízkút-003617) és a bajai meteorológiai állomás havi csapadékadatainak összesített diagramja (1966-1970) a rétegsorral

A hidrográfok alapvetően az idősorok hosszúsága és amplitúdója szerint csoportosíthatók. Ennek megfelelően három csoportjuk különíthető el:

(1) A hosszú idősorok elsősorban hidraulikailag egységes regionális víztartóban előforduló tározott vízmennyiség változások követésére alkalmasak. A hosszú idősorok esetében több éves/évtizedes (szekuláris) vízszintingadozásokat tudunk megfigyelni. A 8.7. ábra alföldi talajvízkutak havi idősorait és az azokból levezetett vízjárási jelleggörbéit mutatja, amelyek mintegy 14-17 éves periodicitást mutatnak, amely az azonos klimatikus hatás miatt érvényesül (Rónai, 1961 in Mádlné Szőnyi, 1994).

(2) A kis amplitúdójú változásokat rövid idősorokban többnyire mechanikai hatások idézik elő, a kompresszibilitás és tározóképesség révén érvényesülő rugalmas folyamatok következtében. Az árapályhatás is ide tartozik, amely témakörrel, jelentőségénél fogva, külön fejezetben foglalkozunk. Itt napi két-két maximális és minimális vízszint a jellemző.

Alföldi talajvízkutak vízjárási és jelleggörbéi. A vízszitek az idősorok legnagyobb (100%) és legkisebb (0%) értékei függvényében vannak ábrázolva. Az ábra mutatja az éves vízfluktuáció „kisimításával” nyert úgynevezett vízjárási jelleggörbéket is.

8.7. ábra: Alföldi talajvízkutak vízjárási és jelleggörbéi. A vízszintek az idősorok legnagyobb (100%) és legkisebb (0%) értékei függvényében vannak ábrázolva. Az ábra mutatja az éves vízfluktuáció „kisimításával” nyert úgynevezett vízjárási jelleggörbéket is. (Rónai, 1961 nyomán in Mádlné Szőnyi, 1994)

(3) A jelentős, trendszerű változásokat melyek hosszabb idősorokban is megfigyelhetők, gyakran emberi hatások okozzák. A 8.8. ábra a Dunántúli főkarsztvíztároló rendszert feltáró kutakból származó idősorokat mutatja. Az 1950-1990-es idősszakban a bányavízkivételek miatt gyakorlatilag minden kútban trendszerű vízszintcsökkenés volt megfigyelhető. Ugyanakkor, egy rövid szakaszt kiragadva valamennyi idősorból látszik, hogy a trendszerű hatás mellett a rövid, a csapadék éves eloszlásának hatását mutató vízszintváltozás is jelentkezik (Mádlné Szőnyi, 1994).

A Dunántúli főkarszvíztárolóra szűrőzött kutak vízjárás görbéi kiemelve a rövid idő alatt bekövetkezett nagy amplitúdójú, a csapadékosabb meteorológiai körülményekhez kötődő vízszintingadozásokat

8.8. ábra: A Dunántúli főkarszvíztárolóra szűrőzött megfigyelő kutak trendszerű változást mutató vízjárási görbéi, kiemelve a rövid idő alatt bekövetkező nagy amplitúdójú, a csapadék hatását tükröző  vízszintingadozásokat (Mádlné Szőnyi, 1994).