MEDENCEHIDRAULIKAI kutatások
A felszínalatti vízáramlási rendszerek medenceléptékű vizsgálatánál a hidraulikus folytonosság paradigmájából indulunk ki, mely szerint nincs vízzáró kőzet, így regionális összefüggések határozzák meg a felszínalatti vizek lokális folyamatait is. A kutakból rendelkezésre álló hidraulikai adatok medenceléptékű, azaz medencehidraulikai értelmezése a folyadék-potenciál (avagy hajtóerő) tér feltérképezésével állítja elő a valós vízáramlási rendszermodellt. A feldolgozást a Pannon-medence számos részmedencéjére elvégezve folyamatosan bővülnek ismereteink a hierarchikusan fészkelt áramlási rendszereket és azok felszíni hatásait illetően. Megérthetjük a szikesedés okait, valamint a tavakkal és folyókkal való kölcsönhatásokat. Az eredmények lehetővé teszik a megfigyelések értelmezését és az előrejelzést a felszínalatti víz, geotermikus vagy szénhidrogén kutatás kezdeti szakaszában, továbbá az eredmények a numerikus modellezés előkészítéseként is szolgálnak.
A medencehidraulikai megközelítéssel és módszerekkel előállított ’Duna-Tisza köze hidrogeológiai típus szelvénye’ (Mádl-Szőnyi és Tóth 2009)
FELSZÍNI ÉS FELSZÍNALATTI VIZEK KÖLCSÖNHATÁSÁNAK kutatása
A felszíni vizek folyamatainak értelmezése gyakorlatában korábban a felszínalatti vizeket sok esetben figyelmen kívül hagyták. Azonban e vízrendszerek szoros kapcsolatban állnak egymással. A felszíni vizek környezetében a víz mennyiségi és minőségi jellemzőkre egyaránt hatással van a köztük lévő kölcsönhatás. Ezáltal egy folyó vagy tó környezetében felmerülő árvíz, belvíz, kiszáradt tómeder vagy szikesedés, algásodási probléma esetében a két rendszer kapcsolatának ismerete vezethet csak megoldásra. Kutatásaink során hazai tavak és felszíni vízfolyások esetében hidraulikai és vízkémiai módszerekkel feltérképezzük a kapcsolat jellegét és mértékét, valamint numerikus szimulációval vizsgáljuk az időjárás különböző léptékű következményeit és a klímaváltozás hatását. A felszínalatti vizek növényzetre és ökoszisztémákra gyakorolt hatását is értékeljük, ami a vizes élőhelyek megőrzése érdekében kiemelt fontosságú.
Tó és felszínalatti víz kölcsönhatásának éves évszakos változása sekély szikes tavak esetében (Simon, 2010)
FELSZÍNALATTI VIZEK RADIOAKTIVITÁSÁNAK kutatása
Hazánk kiemelkedően gazdag, stratégiai fontosságú vízkészletének jelentős része felszínalatti víz. Ivóvizünk döntő többsége is a felszín alól származik. Az ásványvizek, az ásványvíz alapú üdítőitalok és az ivókúrás gyógyvizek pedig kizárólagosan ezt az erőforrást használják. A felszínalatti vizek a szervezetünk számára fontos oldott ásványi anyag tartalmuk mellett olykor nem kívánatos, természetes eredetű komponenseket is hozhatnak magukkal folyamatos kölcsönhatások által kísért, felszín alatti útjukról. Ezen kölcsönhatások eredményeképpen a vízben felhalmozódó egyes radioaktív izotópok mértéke akár egészségre is káros lehet, így azok vizsgálatát 2015 óta törvény írja elő. Fizikai és kémiai tulajdonságaikból fakadóan leggyakrabban az urán, a rádium és a radon izotópjai fordulnak elő számottevő koncentrációban a felszínalatti vizekben oldva. Kutatásaink célja, hogy a felszínalatti vizek áramlási rendszereinek elméletét segítségül hívva feltárjuk a felszínalatti vizek radioaktivitását okozó természetes és mesterséges folyamatokat, segítve ezzel a veszélyeztetett területek azonosítását, hozzájárulva ezáltal Magyarország biztonságos vízellátásához.
A radionuklidok előfordulása és a fiziko-kémiai paraméterek változása a felszínalatti vízáramlási rendszerekben (Gainon 2008 után módosítva Erőss et al. 2014)
KARSZTHIDROGEOLÓGIAI kutatások
A karsztok összetett hidrológiai–földtani-ökológiai rendszert alkotnak, melyben a felszínalatti víznek kitüntetett szerepe van. A karsztos jelenségek, a barlangok vagy a források mind a felszínalatti vízáramlás megnyilvánulásaiként foghatók fel. A kutatásaink során a felszíni csapadék beszivárgása során kialakuló epigén és a mélységi vízáramlás miatt kialakuló hipogén karsztokat is kutatjuk. A karsztos víztartók jellemzője a nagyfokú tér- és időbeli változékonyság, valamint a beszivárgás, porozitás, vízáramlás és tározás kettőssége. E tulajdonságok miatt vizsgálatuk a porózus víztartókétól több ponton eltérő, speciális eszközkészletet igényel. Kutatásaink során a karsztos tájainkat alakító folyamatokat többek között hidrográf-elemzések, vízkémiai vizsgálatok, geostatisztika módszerek és karsztsérülékenységi térképezések segítségével igyekszünk megismerni. E kutatások eredményei természetvédelmi és vízgazdálkodási kihívások kezeléséhez nyújtanak alapokat. Kiemelt karbonátos hegységeink üledékes medencével érintkező peremterületein zajló komplex folyamatok, köztük a hipogén karsztosodás megértéséhez is a regionális felszínalatti vízáramlási rendszerek elméletét hívjuk segítségül.
Vastag fedetlen ill. részben fedett és csatlakozó sziliciklasztos képződményekkel fedett karbonátos vízadó rendszer vízáramlási hipotézismodellje a kapcsolódó jelenségekkel együtt (Mádl-Szőnyi és Tóth Á. 2015 után módosítva). A sekély karsztok lokális vízáramlási rendszerként illeszthetők be a medenceléptékű modellbe (Goldscheider és Drew 2014 nyomán)
GEOTERMIKUS kutatások
A medenceléptékű felszínalatti vízáramlást többféle hajtóerő, topográfia, nyomáskülönbség, sűrűségváltozás együttes hatása alakítja ki, melyet mérési adatokkal kalibrált numerikus modellezés segítségével vizsgálunk. Munkánk során általános érvényű következtetéseket próbálunk levonni mind a regionális (~100 km), mind a lokális (~1–10 km) léptékben zajló hő- és tömegtranszport folyamatokra vonatkozóan. Eredményeink támpontot adnak hazánk kedvező geotermikus potenciállal jellemezhető területeinek kijelölésére. Továbbá, a numerikus modellezés kiváló eszközt biztosít geotermikus erőművek, kétkutas, valamint a sekély fúrólyukhőcserélő rendszerek optimális működtetéséhez.
Kényszer termikus konvekció a Budai termálkarszt rendszer egy kétdimenziós szelvényén (módosítva Szijártó et al. 2019 nyomán)
FELSZÍNALATTI VIZEK ÉS KLÍMAVÁLTOZÁS kutatása
Az elmúlt évtizedek mérési adatai számtalan bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy a klímaváltozás révén módosuló vízutánpótlás emberi időléptékben mérve is közvetlen hatást gyakorol a felszínalatti vízszintekre és ezáltal a vízáramlási rendszerek dinamikájára. A folyamat megértése és következményeire történő felkészülés a vízellátási szempontok mellett a víztől függő ökoszisztémákra gyakorolt hatása révén természetvédelmi szempontból is kulcsfontosságú. A kutatás során numerikus szimulációs vizsgálatok segítségével keressük a választ arra, hogy a csapadékmennyiség és hőmérséklet változásai miként hatnak a felszínalatti vízáramlási rendszerek hierarchiájára, és ez milyen hatást gyakorol a tágabb környezetre.
A klímaváltozás lehetséges hatása a felszínalatti vízáramlási rendszerek hierarchiájára a Tihanyi-félsziget példáján. A numerikus szimuláció a jelenlegi (felső szelvény) és a klíma előrejelzések alapján 100 év múlva várható (alsó szelvény) felszínalatti vízáramlási képet mutatja (Havril et al. 2018).
MAR (Managed Aquifer Recharge) kutatás
A klímaváltozás hatására egyre szélsőségesebbé válnak az időjárási viszonyok, hosszabb aszályos és csapadékosabb periódusok jelentkeznek, így a vízhiánnyal és vízbőséggel jellemezhető időszakok is nagyobb változékonyságot mutatnak. Ezen egyenlőtlenségek mérséklésére alkalmas módszer a célzott felszínalatti vízutánpótlás (Managed Aquifer Recharge – MAR). Ez a megoldás hozzájárulhat a felszínalatti vízszintcsökkenés rehabilitálásához, a víztartók nyomásszintjének helyreállításához, a csökkenő hozamok elkerüléséhez, a térszínsüllyedés megállításához, illetve javíthatja a vízminőséget és segíthet a felszínalatti víztől függő ökoszisztémák (FAVÖKO) fenntartásában is. További előnyei közé tartozik, hogy szemben a felszíni víztározókkal, kisebb léptékben is gazdaságos lehet és könnyebben kiküszöbölhető az evaporáció miatti vízveszteség. E módszer alkalmazási lehetőségeit vizsgáljuk elsősorban Magyarországon, alkalmassági térképezéssel (suitability mapping), terepi kísérletekkel, illetve a telített és telítetlen zónában zajló folyamatok numerikus modellezésével, a felszínalatti vízáramlási rendszerek tükrében.
Javaslat a MAR rendszerek alkalmazási lehetőségeire a hazánkban jelenlévő vízgazdálkodási problémák megoldásának elősegítésére (Szabó et al. 2019)