Conceptualization and implementation of a groundwater flow model for the Buda thermal-karst system, Hungary

Abstract The purpose of this work was to characterize the flow system of the area by constructing a 3D steady-state model, which is able to describe the zone budget and potential levels of the flow system, and also be able to manage the different hydrostratigraphic units within different geologic zones. In this study hydrogeologic and hydraulics data of more than 100 observation and abstraction wells and springs, recorded over decades, were used and the first calibration results are presented. The VISUAL MODFLOW PRO software was applied to simulate the model

Budai karsztrendszer utánpótlódási viszonyainak hidrodinamikai vizsgálata vizgeokémiai adatok figyelembevételével

A dolgozat célja, hogy a budai termálkarszt rendszer egészére egy integrált vízföldtani-vízgeokémiai-izotóp hidrológiai értelmezés készüljön, mely jellemezi a felszín alatti áramlási rendszert 3D-s vízföldtani és transzport modell elkészítésével. A téziseim a következők: A termálkarszt hidrogeokémiai értékeléséhez elkülönítettem az áramlási rendszert leíró hidraulikus potenciálviszonyokat, mégpedig két egymástól eltérő, vertikálisan változó sűrűségeloszlású rendszerre: egy hideg-, (lefelé áramló, de fokozatosan geotermikus állapotra felmelegedő) és egy meleg- (felfelé áramló, de kissé lehűlő) ágra. Elméleti megfontolások során számszerűsítettem a nyomásviszonyokat mindkét sűrűségű áramlási rendszerben, így egyértelművé tettem a két eltérő hőmérsékletű és sűrűségű víztömeg között jelentkező felhajtó erő— vagyis a ”hőlift” — következményét, illetve a termálvíz feláramlását a meleg-langyos források felé. Így számszerűsítve tisztáztam a terület felszín alatti vízáramlási irányait. A tanulmányozott területre permanens állapotra 3 dimenziós numerikus modellt készítettem, melyben elkülönítettem a mély áramlású karsztvíz rendszert a sekély vízáramlási (talajvíz) rendszertől, majd a két rendszert egy egységbe foglaltam. Kiszámítottam a terület vízmérlegét, mely alapján az egész tanulmányozott területen beszivárgott víz, 75 %-a felső modell-rétegen a lokális áramlási rendszeren keresztül, míg 25%-a a kutak és források összhozamaként kerül újra felszínre. A vízmérleg számításnál a rossz vízvezető képességű paleogén–neogén üledékes összletet, mely a két víztartó réteg között helyezkedik, két külön felső és alsó zónára osztottam, így számításokkal is igazolt, hogy a paleogén-neogén komplex rétegre beszivárgott víz 42%-a a felső zóna peremén keresztül táplálja a karsztrendszert. Ez jól tükrözi a karszt rendszer érzékenységét, azaz a felszínen beszivárgó szennyeződés a takaró réteg felső peremén keresztül juthat a karszt rendszerbe. A δ18O és 14C indikátorok segítségével ellenőriztem a modell megbízhatóságát. A δ18O transzport modellezés eredményei alapján, a Budapest középső zónában elhelyezkedő mély kutakból és a déli kutakból nyert idős termálvizek az utolsó eljegesedés során szivárogtak be. A termálvizek 14C transzport folyamatok modellezése a karsztvíz 30 ezer év körüli tartózkodási idejét igazolja az áramlási rendszerben. Ez megerősíti a δ18O transzport modellezés eredményét. A terület karsztvizeinek geokémiai értékelsével és a karsztvizek térbeli eloszlása segítségével az 3D áramlási modell által kijelölt áramlási pályákat pontosítottam. Az eredmények alapján a Budapest középső zónájában jelölt keveredési pálya irányában a meleg források felé a fiatal vizek keveredési aránya az idős vizekkel 10%-től közel 50%-re növekszik. A Budapest déli kútjaira végzett geokémiai értékelés egy feláramlási pálya valószínűségét igazolta. A δ18O, 14C és δ34S adatok értékelése is a takaró réteg felső peremén áramló fiatal vizek keveredési valószínűségét igazolta, amelyet a zonebudget eredményei egyértelműen alátámasztanak. A komplex hidrogeológiai, hidrogeokémiai és izotóphidrológiai értékelések együttes alkalmazásával sikerült olyan 3D permanens állapotú vízföldtani modellt készíteni, ahol eltérő hőmérsékletű, sűrűségű és geokémiai tulajdonságú vizek áramolnak