Földtani ismeretek 11. témakör:
Vízföldtani alapfogalmak
Előadó: Dr. Cserny Tibor egyetemi docens
Földtani ismeretek 11. témakör:
Vízföldtani alapfogalmak
Előadó: Dr. Cserny Tibor egyetemi docens
Témavázlat
A földi vízkészlet eredete, körforgása
A felszín alatti vizek osztályozása
A kőzetanyaggal szingenetikusan keletkezett (szerkezeti és kristályvíz)
A szemcsék felületéhez kötött (adszorbeált, gyengén kötött hártyavíz és kapilláris víz)
Szabadvíz (gravitációs): talajvíz, rétegvíz, karsztvíz, hasadékvíz
Források
Darcy törvénye, hidrogeológiai paraméterek (hézagtérfogat, hézagtényező, „k”-tényező, szivárgási sebesség, stb.)
A földi vízkészlet eredete, körforgása
A víz kritikus állapota: 374oC alatt és 22 Mpa nyomás mellett már cseppfolyós.
Jelen van: a kéregben és a külső geoszférában
Eredet szerint: juvenilis (ifjú, fiatalos), mely a víz körforgásában nem vesz részt, és vadózus a hidrológiai ciklusban résztvevő típus (kondenzációs, infiltrációs, fosszilis, konszolidációs, vibrációs és izzadmányvíz).
A víz mennyisége: 1,36 Md km3, ennek 97,16%-a a világóceán, 2,22%-a a felszíni víz, 0,62%-a felszínalatti és mindössze ezred %-a a légköri vízkészlet.
A vízkészlet állandó körforgásban van, melyet a Nap hőenergiája és a Föld nehézségi erőtere szabályozza és tartja fenn.
A víz körforgása
A víz körforgása
Idő (a légkör pillanatnyi fizikai állapota) – időjárás (előbbi változása) - éghajlat (egy adott földrajzi hely időjárási rendszere).
Időjárási (vagy éghajlati) elemek: napsugárzás, léghőmérséklet, légnyomás, légmozgás, légköri vízháztartás, jelenségek).
A hidrogeológiai jelenségek színtere a litoszféra
A felszín alatti vizek osztályozása
1. A kőzetanyaggal szingenetikusan keletkezett víz
Szerkezeti (OH-) víz és kristályvíz (H2O a kristályrácsban): csak hevítéssel távozik
2. A szemcsék felületéhez kötött víz (a szemcsefelülettől távolodva)
Adszorbeált (erősen kötött) víz: a felületaktív kőzetszemcsékhez kötődik, vékony felszíni hártya formájában, vastagsága néhányszor 10 vízmolekula-átmérő, sűrűsége a kőzethez hasonló, belső nyomása meghaladja a légkör nyomásának negyvenszeresét.
Gyengén kötött víz (hártya és kapilláris víz)
Hártyavíz: vastagsága néhány száz vízmolekula-átmérő, a vízmolekulák irányítottak, az adszorbeált kationok által gerjesztve
Kapilláris: az erősen kötött vízburok és a meniszkuszok által határolt szemcseközi tartomány vize a szegletvíz, ezek összeolvadása a finom kapilláris víz. Függő kapilláris víz: összefüggő vízszál, alul és felül meniszkusszal határolva, ha megindul lefelé – szivárgó, ha megreked támaszkodó. Kapilláris emelkedő víz (alul gravitációs víz, innen felfelé emelkedik).
3. Szabadvíz (gravitációs) víz fajtái: talajvíz, rétegvíz, karsztvíz és hasadék / repedések vize
Talajvíz
Meghatározása: A felszíntől az első nagy kiterjedésű, hidrogeológiai értelemben vett vízzáróig terjedő víztest, melynek felszínén a mindenkori természetes légnyomás mérhető, vízkémiai tulajdonságai, elhelyezkedése és mozgásának változása viszonylag rövid időn belül követik az időjárás változásait és a mesterséges beavatkozásokat.
Talajvíz
Talajvízszint: geodéziailag meghatározható, általában a tengerszinthez viszonyított magasság.
Piezometrikus (nyomás) szint vagy nyomómagasság nem egyenlő a víztest felső határfelületével. A víztükör nyomásviszonyai szerint: nyílt (szabad) víztükrű és zárt (nyomás alatti) víztükrű lehet.
Nyílt tükrű rendszer: aerációs zóna, kapilláris tartomány, gravitációs tartomány.
Zárt tükrű rendszer: ha a talajvízszint a vízáteresztő réteg felső szintjénél magasabbra emelkedik, azaz a vízzáró leszorítja, nyomás alatt tartja. Ekkor a víztartó réteg fedőszintjén a légnyomásnál nagyobb nyomás van (artézi).
A víztükör geometriai alakja, kissé kisimítva követi a domborzatot. Anomáliák: vízdóm, lebegő talajvíz, általajvíz, talajvíz tó, talajvíz választó.
A nyilt tükrű talajvíz
Talajvíz
Talajvízjárás: napi és évi periodikus vízszint változás, melyet döntően a csapadék, a párolgás, a felszíni és felszínalatti hozzá és elfolyás és a növényzet párologtatása szabályoz.
Napi max. nyáron és ősszel 8-10 cm. Évi max. március-május, min szeptember-november, általában 70-90 cm, max. 2-2,5 m.
Az ingadozás mértéke függ a talajvízszint mélységétől, a talaj tömörségétől (hézagtérfogat) és vízáteresztő képességétől.
Talajvíz
A talajvíz áramlását a topográfia és a földtani adottság, azaz a terepfelszín és a vízzáró fekü lejtése határozza meg. A felszíni és a felszínalatti vízgyűjtő jelentősen eltérhet egymástól.
Az áramlás irányának és sebességének meghatározása fúrásokban történő vízszint és marker észlelés segítségével.
Rétegvíz
Meghatározása: Az első regionális kiterjedésű vízzáró réteg alatt elhelyezkedő porózus kőzetben tárolt víz, mely rendszerint hidrosztatikus és kőzetnyomás alatt áll. Szerepe az ivóvíz ellátásban, bányászati és alagút építésben van.
Rétegvíz típusok
Hőfok szerint: hideg és termális (hévizek) vizek, határ: 30-37oC. Hazánk az átlagos 33 km-esnél vékonyabb kéreg (23-26 km) miatt termális energiában gazdag. Geotermikus gradiens: 1oC emelkedés hány méteren következik be (Mo.-on átlagosan 18 m/oC, a Földön 25 m/oC).
Összetétel szerint: egyszerű, ásvány (1000 mg/l-nél nagyobb oldott só vagy biológiailag aktív elem: jód, bróm) és gyógyvíz (vegyi összetétel és/vagy fizikai tulajdonságai révén bizonyítottan gyógyhatású).
Rétegvíz típusok
Nyomásának a terepszinthez viszonyított helyzete alapján: nyugalmi vízszint a terepszint alatt akkor negatív, ellenkező esetben pozitív.
Rétegvíz típusok
Az áramlási rendszer nyomásállapota szerint: a rétegvizek áramlási módja a mikroszivárgás. Megcsapolási (feláramlási) övezet: a piezometrikus nyomás a mélység felé a hidrosztatikusnál nagyobb mértékben növekszik, és beszivárgási (utánpótlódási) régió: ha a nyomás lefelé a hidrosztatikusnál kisebb mértékben nő.
A rétegvizek jelentősége
A rétegvizek az ipari és ivóvíz ellátás jelentős bázisai, ezen belül is az 1-2 km vastag felső-pannóniai üledékes rétegek.
Intenzív kitermelésükkor jelentős mértékű felszínsüllyedések tapasztalhatók (pl. Debrecen). Ennek oka a semleges feszültség (a víz által közvetített) csökkenése és a hatékony (fedőrétegek súlya) rétegnyomás növekedése.
Karsztvíz
Meghatározása: A karsztosodó kőzetek (mészkő, dolomit, kősó, gipsz) hasadékaiban és üregrendszereiben található gravitációs víz.
A karsztosodás lényege: kémiai mállás.
Karszt-típusok (a kőzet földtani helyzete és településviszonyai alapján):
Leszálló, támaszkodó, szabadtükrű
Sekély és mélykarszt (az erózió bázishoz viszonyított helyzete alapján)
Fedett és nyílt karszt (a vízzáró fedő meglétének függvényében)
Szabadszintű és leszorított szintű karszt
A karsztosodás folyamata
a karbonátos kőzetek leülepedése
tektonikai igénybevétel hatására összerepedezése
a földkéreg mozgása következtében a kőzettestek kiemelkedése az erózióbázis fölé
a felszín felől megindul a karsztosodás, mely elsősorban kémiai, másodsorban mechanikai jelenség:
H2CO3 + CaCO3 = Ca(HCO3)2
utóbbi egy egyensúlyra törekvő reverzibilis folyamat
a vízben oldott szabad CO2 és a víz hőmérsékletének függvényében válik ki/oldódik a karbonát
keveredési korrózió
Karsztvíztípusok
A karsztvíz jellegzetességei
A karsztvíz mindig kemény víz, benne uralkodnak a hidrogénkarbonátok. Műszakilag kedvezőtlen vízkőlerakódások tapasztalhatók.
A vízmozgások a közlekedőedényben szokásoshoz hasonlítanak, gyakran turbulens a vízáramlás, ezért a Darcy törvény itt nem alkalmazható.
A felszínnel való közvetlen kapcsolata miatt (nyitott karszt esetén) nagyon érzékeny a felszíni utánpótlásra (pl. csapadék) és a szennyeződésekre.
Comments