Transcript Vízkészletgazdálkodás (szerző: Simonffy Zoltán)

MEZŐGAZDASÁGI VÍZGAZDÁLKODÁS
Szakirányú továbbképzés
Simonffy Zoltán
Vízkészletgazdálkodás
VÍZHÁZTARTÁSI
ALAPOK
TEMATIKA
A vízkészletekkel való gazdálkodás elemei, alapelvek,
a fenntarthatóság követelményei
Vízigények becslése
A vízkészlet, mint a hidrológiai körforgás része, vízháztartási alapok,
a megújuló és hasznosítható készlet
A hasznosítható felszín alatti vízkészlet becslése: utánpótlódás, környezeti
és vízminőségi szempontok
A hasznosítható felszíni vízkészlet becslése: lefolyás, mederben hagyandó
hozam, módszerek, vízminőségi szempontok
A hazai viszonyok ismertetése
Mezőgazdasági hasznosításra vonatkozó példák
Vízkészletek:
Általában a víz összes megjelenési formája
légnedvesség, csapadék, mederben lefolyó víz, tavakban tározott víz, felszín alatti vizek)
l. A jegyzetben lévő ábrát is
Kapcsolatok
Vízkivételek
Vízvisszavezetések
Figyelembe vett vízkészletek
• Felszíni vízkészlet (vízfolyások és tavak)
• Talajnedvesség
• Talaj-, réteg-, karszt és hasadékvizek
a vízmérleg elemei
P
Es
K
Ls
Bfsz
Btv
ETtn
ETtv
Qbe
ΔV
v Qfsz-fa
Ks
v
Fs,be-Fs,ki
Qfa-fsz
Qki
Evapotranszspiráció a felszínről (Es),
Külön vízmérlegek
a mederre,
A mederbeli
lefolyás két
összetevője:
felszíni
lefolyás
csapadékból (Ls)
a telítetlen
zónából
(ETtn)
és
a felszín alatti rendszerre
ezen(alaphozam)
belül
és
talajvízből
(Qfa-fsz)
a talajvízből (ETtv)
a telítetlen zónára és a
a telített zónára
a vízmérleg
Vízmérleg a telítetlen zónára
ETfsz
Bfsz
Btv
Vtn
ETtv
ΔVtn/Δt = A·(Bfsz – Btv + ETtv – Etfsz) és (P – Es – Ls = Bfsz)
A:
Δt:
ΔVtv:
Bfsz:
Btv:
ETtn :
ETtv:
vízgyűjtőterület (L2)
a vízmérleg időszaka (T)
a tárolt készlet megváltozása a telítetlen zónában (L)
beszivárgás a felszínen (L/T)
beszivárgás a talajvízbe (L/T)
párolgás a talajfelszínen (L/T)
párolgás a talajvízből (L/T)
a talajvízháztartási jelleggörbe
Hosszú idejű átlagos viszonyok esetén a tározás zérus,
Btv - ETtv a talajvíz szintjén jelentkező átlagos vízforgalom
ennek az átlagos talajvízszinttől való függését mutatja a jelleggörbe
(Btv - Etv )átl = f (Hátl)
Btv - ETtv
Btv
ETtv
Egy talajvízháztartási jelleggörbe
• adott talajszelvény típusra,
• adott meteorológiai viszonyokra és
• adott növényzetre
vonatkozik
a talajvízháztartási jelleggörbe
Sokévi átlag: Bfsz = P – Es – Ls
ETfsz = ETP - Es
ETfsz
Bfsz
-800 mm/év
500 mm/év
Btv - ETtv
ETtv
2m
ETA
4m
6m
Bo
Btv
a talajvízháztartási jelleggörbe
Sokévi átlag: Bfsz = P – Es – Ls
ETfsz = ETP - Es
ETfsz
Bfsz
-800 mm/év
500 mm/év
Csökkenés
a kapilláris
vízemelésben
Nagy párolgási
többlet,
A talajvíz
időnként a
felszínre
emelkedik
2m
Tározódás és
közvetlen párolgás
a talajnedvességből
Btv
ETtv
4m
megcsapolás
6m
a talajvízháztartási jelleggörbe
Sokévi átlag: Bfsz = P – Es – Ls
ETfsz = ETP - Es
ETfsz
Bfsz
-800 mm/év
500 mm/év
2m
ETtv
Párolgási
többlet
Btv
4m
megcsapolás
6m
a talajvízháztartási jelleggörbe
Sokévi átlag: Bfsz = P – Es – Ls
ETfsz = ETP - Es
ETfsz
Bfsz
Egyensúlyi
állapot
Kapilláris vízemelés
-800 mm/év
500 mm/év
2m
ETtv
Btv
4m
6m
a talajvízháztartási jelleggörbe
Sokévi átlag: Bfsz = P – Es – Ls
ETfsz = ETP - Es
ETfsz
Bfsz
-800 mm/év
500 mm/év
Talajvízmélységtől
független tározódás
2m
Beszivárgási
többlet
Kapilláris vízemelés
ETtv
utánpótlódás
Btv
4m
6m
Bo
a talajvízháztartási jelleggörbe típusai
Btv - ETtv
Btv
Btv - ETtv
ETtv
Btv
Btv - ETtv
ETtv
Homokos talaj,
Sekély gyökérzet
Btv
ETtv
Iszapos talaj
Sekély gyökérzet
Iszapos talaj
Mély gyökérzet
a vízmérleg
Vízmérleg a telített zónára
K
Btv
Qfsz-fa
ETtv
Qpbe
Qfa-fsz
ΔVt
Qpki
v
ΔVtv/Δt = A·(Btv - ETtv) + Qbe - Qki + Qfsz-fa – Qfa-fsz – K
A: vízgyűjtőterület (L2)
Δt: a vízmérleg időszaka (T)
ΔVtv: a tárolt készlet megváltozása a viszonyítási szint alatt (L)
Btv: beszivárgás a talajvízbe (L/T)
ETtv: párolgás a talajvízből (L/T)
Qbe: oldalirányú beáramlás (L3/T)
Qki: oldalirányú kiáramlás (L3/T)
Qfsz-fa: a felszíni vizekből származó szivárgás (partiszűrés is!) (L3/T)
Qfa-fsz: a felszíni vizeket tápláló felszín alatti víz (L3/T)
K: vízkivétel (L3/T)
Számítás alapja:
regionális vízháztartási modell
Teljes vízmérleg:
Vfsz + Vfav = t[Qfsz Qfav + A(P – ETA) – Kfsz – Kfav)]
Mederbeli vízmérleg:
Vfsz/t = Qfsz + ALF – Qfsz-fav + Qfav-fsz– Kfsz
Területi vízmérleg:
Vfav/t = Qfav + A(P – ETA) – ALF + Qfsz-fav – Qfav-fsz– Kfav
Utánpótlódás: A.Btv + Qfsz-fav + Qfav,be (Btv ???)
A területi vízháztartási mérleg típusai
Hosszúidejű átlag, tehát Vfav = 0
1. megközelítés:
a területi vízmérlegből a lefolyást fejezzük ki, de ehhez meghatározandó
a párolgás, a felszíni vízzel való kapcsolat és az oldalirányú vízforgalom
ALF = Qfav + A(P – ETA) + Qfsz-fav – Qfav-fsz – Kfav
ETA: empirikus formulák (pl. TURC, BUDIKO, ANTAL),
vagy fizikai modellek (pl. MORTON)
ETAtv = ETA - ETAk
és
B = P – LF – ETAk
ETAk = ?
Qfav, Qfsz-fav, Qfav.fsz: modell vagy becslések
A területi vízháztartási mérleg típusai
Hosszúidejű átlag, tehát Vfav = 0
2. megközelítés:
a területi vízmérlegből a párolgást fejezzük ki, de ismeretlen a
a felszíni lefolyás, a felszíni vízzel való kapcsolat és az oldalirányú vízforg
A ETA = Qfav + A(P – LF) + Qfsz-fav – Qfav-fsz – Kfav
LF: empirikus módszerek, általában LF = a.(P – Ph)
ETAtv = ETA - ETAk
és
B = P – LF – ETAk
ETAk = ????
Qfav, Qfsz-fav, Qfav.fsz: modell vagy becslések
a feladat ugyanaz
A területi vízháztartási mérleg típusai
3. megközelítés:
további felbontások, az 1. és a 2. megközelítés kombinációja
AETAk = Qfav + AP + Qfsz-fav – Qfav-fsz - ALF – Kfav – A.ETAtv
LF: empirikus módszerek, általában LF = a.(P – Ph),
külön a téli és a nyári félévre
B:
(P – ETAk - W – LF)tél + Bnyár
ETAk,tél, W, Bnyár (becslés, külön modellezés),
Qfsz-fav : egyedi becslések
Qfav-fsz
ETAtv:
Qfav:
A teljes utánpótlódás (A.B + Qfsz-fav + Qfav,be )
„szétosztása” a terület jellege alapján (iteráció szükséges)
vagy modellezés
A lefolyási paraméterek becslése
intercepció
P
közvetlen párolgás a felszínről
P
a felső talajréteg nedvesítése (Horton effektus)
P
a felszíni lefolyáshoz szükséges tározódás
P
lokális mélyedésekben összegyülekező víz
P
A paraméterek becslése a következők alapján:
•Morfológiai jellemzők(hegyvidék, dombvidék, hátság és peremvidék,
alföld)
•Geológia (karszt, repedezett, porózus)
•A fedőréteg típusa (homokos, iszapos)
•Felszín alatti áramlási rendszer (felfelé, átmeneti, lefelé)
Csapadék – lefolyás kapcsolatok
a terep függvényében
7 ,0 0
SÍKVIDÉKI TERÜLETEK
7,00
6,00
hátság
S ÍK - É S D O M B V ID É K I, ÁT M E N E T I T E R Ü L E T E K
alföld
6 ,0 0
5 ,0 0
5,00
4 ,0 0
4,00
3 ,0 0
3,00
2,00
2 ,0 0
1,00
1 ,0 0
0,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
22,00
24,00
26,00
28,00
30,00
0 ,0 0
1 0 ,0 0
csapadék (l/s/km2)
1 2 ,0 0
1 4 ,0 0
1 6 ,0 0
1 8 ,0 0
2 0 ,0 0
2 2 ,0 0
2 4 ,0 0
2 6 ,0 0
2 8 ,0 0
3 0 ,0 0
c s a p a d é k (l/s /k m 2 )
7,00
7,00
DO M BV IDÉKI T ERÜL ET EK
6,00
6,00
5,00
5,00
4,00
4,00
3,00
3,00
2,00
2,00
1,00
1,00
0,00
0,00
10,00
hegyvidék
HEG YV IDÉKI T ERÜL ET EK
dombvidék
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
cs ap ad é k (l/s /k m 2)
22,00
24,00
26,00
28,00
30,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
20,00
cs ap ad é k (l/s /k m 2)
22,00
24,00
26,00
28,00
30,00
A területi vízháztartási mérleg típusai
3. megközelítés:
további felbontások, az 1. és a 2. megközelítés kombinációja
AETAk = Qfav + AP + Qfsz-fav – Qfav-fsz - ALF – Kfav – A.ETAtv
LF: empirikus módszerek, általában LF = a.(P – Ph),
külön a téli és a nyári félévre
B:
(P – ETAk - W – LF)tél + Bnyár (ETAtv,tél= 0)
ETAk,tél, W, Bnyár (becslés, külön modellezés 
talajvízháztartási jelleggörbe),
Qfsz-fav : egyedi becslések
Qfav-fsz : empirikus becslés a hazai viszonyok alapján
Qfav:
a teljes utánpótlódás (A.B + Qfsz-fav + Qfav,be )
függvényében a terület jellege alapján (iteráció szükséges)
ETAtv: B + (Qfav+ Qfsz-fav – Qfav-fsz)/A
Időbeli és térbeli felbontás
regionális vizsgálatokhoz
Térbeli felbontás:
113 részterület a vízháztartási
számításokhoz
23 vízgyűjtő a regionális
értékeléshez
19
15
3
1
5
2
8
20
16
4
17
9
21
12
10
6
7
18
11
13
14
22
23
Kalibráció az 1961 - 90-es időszakra
3 0 ,0
2 5 ,0
2 0 ,0
v iz h á z t a r t á s i m o d e ll
le f o ly á s i t é r k é p e k ( S z a la y - P á lf a i)
m 3/s
T URC - V a r g a
1 5 ,0
1 0 ,0
5 ,0
0 ,0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
A kalibráció alapjai: Szalay lefolyási térképe
Pálfai belvízi lefolyási térképe
TURC párolgási összefüggése
23
Országos vízmérleg
Közvetlen párolgás
502
14
110*
evaporáció:
505
110*
427*
3
transpiráció:
Talajvízpárolgás:
436*
27
KÜLFÖLDI FELSZÍNI
VÍZ
1201
Külföldre távozó
felszíni víz:
felszíni eredetű
lefolyás:
CSAPADÉK:
alaphozam:
42
600
1256
Felszíni vízkivétel:
32
21
8
5
24
32
beszivárgás
felszíni vízből:
KÜLFÖLDI FELSZ:
ALATTI VÍZ:
5
48
1
1
8
Felszín alóli
vízkivétel:
10
csapadékból származó beszivárgás:
Külföldre távozó
felsz. alatti víz
15
6
1
56
Megújuló készletek
(utánpótlódás):
Hasznosított
készletek:
Hasznosítás nélkül távozó készl.:
1802 + 47 = 1849
483
1367
Vízháztartási jellemzők területi eloszlása
Csapadék és párolgás
64 1
éve s átlago s c sap adé k [m m ]
55 9
57 3 50 1
éve s átlago s ak tuális p árolgás [m m ]
62 3
54 7
58 4
55 9
56 2
60 8
54 8
58 6
50 8
51 5
57 4 48 7
50 9
50 3
65 5
58 1
52 6 49 4
65 9
54 0
60 2
51 5
56 5 51 9
54 8 51 6
73 2
61 0
66 0
57 8
58 1
50 3
53 5
64 9
53 9 50 5
55 7
56 9 51 7
73 5
60 9
48 4
K ö r di ag r a m : a pá r o lg á s m e g os zl á s a
T é li f él év i
K ö z v e tle n ny á r i
T a la jv i z bo l
A la p té rk é p: n y á r i fé lé v i p á r o lg á s [m m ]
38 0 - 4 1 0
41 0 - 4 4 0
44 0 - 4 7 0
47 0 - 5 0 0
50 0 - 5 3 0
Vízháztartási jellemzők területi eloszlása
Felszíni lefolyás
35 7
49 3
99
12 5
19 2
75
29 0
48
17 6
40 8
23 4
27 1
25 8
37 3
31 2
18 5
18 0
22 9
18 6
12 0
27 5
39
83 5
K ö rd ia g r a m : f e ls zí n i le f o lyá s + a la p h o za m [ m illió m 3 / é v ]
FFeelslszin
z íni_i ee r e d etû l ef ol yá s
AAla
lapphhooza
zamm
F a jla g o s á t la g o s s o k é v i le f o ly á s [ m m /é v ]
20 - 4 0
40 - 6 0
60 - 8 0
A k ördiag ra m te rü le te az értéké ve l arán yos , a m ely m egtalá lh ató szá m sz erûen is a d iagram b an.
80 - 1 00
> 10 0
Vízháztartási jellemzők területi eloszlása
Beszivárgás a talajvízbe és
oldalirányú áramlás
21 3 .2
54 .6
76 .3
2.3
39 .1
53 .2
-0 .8
0.3
57 .6
79 .7
41 .6
35 .9
69 .5
10 3 .0
-0 .4
-1 .3
8.5
7.3
56 .0
-2 2 .3
28 .0
21 .3
6.5
-7 .8
60 .8
67 .5
46 .0
70 .5
91 .6
-3 .4
3.3
-0 .3
53 .5
1.6
56 .9
-4 .3
-1 .7
-2 .6
33 .1
41 .3
7.9
-1 .0
69 .6
O s z lo p di ag r a m o k
59 .8
É v e s á tla g o s b e s z iv á r g ás [m m ]
-2 .1
-8 .2
É v e s á tla g o s o ld a lir á n yú á r a m lá s [m m ]
Ala pté rké p : fels z ín ala tti u tá n p ó tlód á s [m m ]
20 - 40
40 - 60
60 - 80
80 - 10 0
> 100
Csapadékváltozás hatása
a párolgás
csökkenése
21 mm
a közv. párolgás
csökkenése:
4 mm
a csapadék
csökkenése:
43 mm
a talajvízpárolgás
csökkenése:
17 mm
a felszíni lefolyás
csökkenése:
13 mm
a beszivárgás
csökkenése:
26 mm
az alaphozam
csökkenése:
9 mm
a lefolyás
csökkenése:
22mm