A HERNÁD Szemelvények a Hernád energiahasznosításáról és árvízi előrejelzéséről
Készítette: Slyizs Péter Konzulens: dr. Kontur István 2000. október 15.
Bevezetés: A közelmúltban tanulmányaim során több dolgozatot is készítettem a Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék egyes szabadon választható tantárgyaiból. Mindegyik dolgozat a Hernád folyóhoz kapcsolódott, ami nem véletlen, ugyanis egy közeli faluban (Halmajon) lakom. Ezen dolgozatok (Hayde László:A vízépítés-fejlődéstörténete című tantárgyból: Erőművek a Hernádon (1999 ősz), Kontur István: Víztáj-védelem című tantárgyból: A Hernád érintetlen vize (1999 ősz), Kontur István: A hidrológiai előrejelzés története című tantárgyból: Árvízi előrejelzés a Hernádon (2000 tavasz)) összegzéséből, készítettem el ezt a TDK dolgozatot. Így nem teljeskörűen, hanem néhány szemszögből mutatom csak be – a hozzám legközelebb álló folyót – a Hernádot.
Tartalomjegyzék: A Hernád Az árvizekről és előrejelzésükről Előrejelzés Az árhullámok felvitele Az árvízi előrejelzés Erőművek a Hernádon A fesődobszai és a gibárti erőművek története A villamos energia termelő szervekről Gibárton Felsődobszán A gátak és a duzzasztóművek kialakítása Gibárton Felsődobszán
1 2 3 5 6 7 7 7 7 7 8 8 8
A Hernád A Hernád teljes hosszának (286km) mintegy fele (118km) esik hazánk területére. A folyó az Alacsony-Tátra (Nízke-Tatry) keleti határán emelkedő, 1943 m magas Király-hegy (Král'ova hol'a) északi oldalán ered, s hazánkban a Sajóba torkollik. A teljes vízgyűjtő területe 5436 km2, ebből 4300 km2 Szlovákiához tartozik. A folyó az országhatárt Kéked községénél éri el, onnan a Mély-patak torkolatáig határvíz. A Zempléni-hegység és a Cserehát közötti 2-5 kilométer széles völgyben halad (Hernád-völgy). A medret sok-sok éles kanyar, duzzasztás, forgó, bukó, sziget, zátony, kompkötél, gyaloghíd, sarkantyú, hídláb, jégtörő, tüskegát, valamint sok betorkollás és kisebb holtág teszik változatossá (horgász szemmel nézve valamennyi ígéretes hely), további jellegzetessége, hogy egyetlen jelentős települést sem érint (szinte csak az erőművek hő- és zajszennyezése terheli), igazi vadvíz, eredeti természet. Vízjárását jelentősen befolyásolják a főbb be- ill. kitorkolások (1.táblázat) és a szlovákia területén található két részből álló nagyobb tározó, a Ruzsina. 1.táblázat:
F.km
Helység
Betorkolás
Kitorkolás
Part
(Szlovákia)
191, 128,
Gölnic (Hnilec) Tárca (Torysa)
jobb bal
(Magyarország)
116,1 Kéked Nádasdi-patak bal 114 Lapis-patak bal 110,6 Abaújvár Hosdát-patak bal 107,9 Mély-patak bal 102,2 Zsujta Csenkő-patak bal 97,2 Hidasnémeti Szártos-patak jobb 95,3 Hernádszurdok holtág bal 93, Bársonyos jobb 92, holtág bal 89,1 Hernádvécse Gönci-patak bal 83,8 Garadna-patak jobb 51 Kiskinizs Kis-Hernád jobb 43,9 Szentistvánbaksa Vasonca-patak jobb 29,7 Újcsanálos Vadász-patak jobb 13,6 Bőcs Kesznyétei-csat. bal 11 Bársonyos jobb A Hernád csak 30 km hosszban szabályozott, így megtartotta kanyargós jellegét, vadságát.
1
Több híd is keresztezi a folyót: Hidasnémeti, Novajidrány, Gibárt, Hernádszentandrás, Hernádkércs, Gesztely, Bőcs, Sajóhídvég. Ezek a hidak viszont nagyrészt elavultak, mind műszaki, mind funkcionális szempontból. A folyóvölgy esési adatai a duzzasztások, erőművek ( Hernádszurdok, épült 1860, Gibárt 1903, Felsődobsza 1906, Bőcs-Kesznyéten 1943 ) miatt eléggé tarka képet mutatnak. Szlovákiában néhol 7 métert is esik kilométerenként, nálunk már inkább „lazsál” a Hernád. Hernádszurdokig 56.7, Gibártig 48.3, Felsődobszáig 65.5, Bőcsig 51.7, a torkolat előtt 37.8 centiméter kilométerenként a folyómeder esése. Átlagsebesség: 2.1-6 km/h, átlagszélesség: 50–70 m, mélység 1-3 m néhol 6 méteres gödrökkel, alámosásokkal. A folyó átlagos vízhozama 28 m3/s, kisvíznél 5 m3/s, árvíznél 450 m3/s. Az átlagos hordalékhozam 55,1 kg/m3, -szállítás 1,734 millió t/év, képződés 38,4 t/km2*év. A part homokpados, kavicspados, az éles kanyarok külső ívén a leszakadt part jellemző. A víz II. osztályú, hőmérséklete nyáron 20-22 °C.
Az árvizekről és előrejelzésükről Ez a folyó rendkívül szeszélyes vízjárású. Vannak helyek, ahol nyáron térdig sem érő vízben át lehet gázolni, és van olyan árvíz, amikor két kilométer szélessé válva hömpölyög a folyó. Az emberek évszázadok alatt alkalmazkodtak a Hernádhoz, házaikat árvízmentes helyekre építették. A Hernád szép völgyében tipikusan sorakoznak a települések. A bal parton, ami általában meredek, mert a folyó kelet felé szélesíti a völgyet, a települések a domb oldalán helyezkednek el, és csak kis részük nyúlik le közvetlenül a Hernád partjára. Ilyenek Gibárttól lefelé egészen Gesztelyig (Gibárt, Hernádbűd, Pere, Felsődobsza, Hernádkércs, Nagykinízs, Szentisvánbaksa, Ócsanálos, Gesztely). Ezek a települések mentesek az árvizektől ugyan, de a jó minőségű földjeik nem. A másik településsor a Hernád-völgy nyugati oldalán, nagyjából az M3-as út mellett vonul végig. Ezek teljes mértékben mentesek az árvizektől. Nekik csak látvány jut. A harmadik, a völgy közepén végigvonuló települések teljes mértékben ki vannak téve a Hernád szeszélyének. Az itt megtelepedett emberek évszázadokkal ezelőtt kerestek és találtak néhány olyan dombot, ami egy-két méterrel magasabb az árvíz szintjénél. Akik ide telepedtek, vállalták a kockázatot, mert jó volt a termőtalaj. Ezen települések házai ki voltak téve az árvíz veszélyeinek, de túlélték. Nagyjából ezen okok miatt alakult úgy a Hernád gátrendszere, ahogy ma is található. Kassától Hidasnémetiig nincs védelmi rendszer, de persze itt még nem is alsószakasz jellegű a folyó, hanem inkább átmeneti. Hidasnémeti alatt egészen Gibártig mindkét oldalon találunk gátakat, illetve néhol természetes védvonalakat, mert itt az a kivételes eset fordul elő, hogy a Hernád átlósan szeli át a völgyet. Ez alatt egészen a Vadász-patak torkolatáig nincs a jobboldalon gát, de a völgy közepén lévő falvakat (pl. Hernádszentandrás, 2
Ináncs, Kiskinizs, Halmaj) körtöltés védi. Gesztely alatt, közel a Sajó torkolatához, illetve a kesznyéteni erőműhöz már bonyolultabb az épített védelmi rendszer. Itt sajnos a Sajó és a Hernád sokszor együtt támad, lévén egymáshoz közeli és hasonló jellegű a vízgyűjtő területük. Így volt ez 1974ben és 1975-ben amikor még Miskolcot sem kímélte az árvíz. Sajnos a műtárgyak tervezése, vagy kivitelezése nem mindig történt megfelelően. Így történhetett az 1952-es gátszakadás Gibárt felett, vagy így okozott komoly károkat -az 1989-es árvízkor- a helytelen tervezésű és kivitelezésű híd Hernádszentandrásnál. Árvíz esetén Hernádszentandrást teljesen körülveszi a víz. Keletről a Hernád medre és elöntött területek körülbelül egy kilométer szélességben, nyugatról a Bársonyos és a Kis-Hernád folyóméretű medre körülbelül hetven méter szélességben. Ezt a medret szűkítette le a híd, a fel- és levezető töltéssel együtt, és emelte meg a vízszintet 120-130 cm magassággal a nyugati oldalon (a keresztirányú áramlatokat figyelembe véve jól követhető), aminek következtében 1989-ben a falu közepétől nyugatra eső házakat teljesen lerombolta az árvíz. A híd is minden egyes árvíznél megrongálódott. A körgát 1990-ben megépült. Ez és a többi körgát –ináncsi, kiskinizsi, halmaji- már biztonságot nyújt a falvaknak. Voltak persze jeges árvizek is (régebben), illetve aratás utániak is, amikor búzakereszteket vitt (1955) az ár. Előrejelzés: A Hernád magyarországi szakasza az Észak-magyarországi Vízügyi Igazgatóság területéhez tartozik. A Vízügyi Igazgatóság központjában, Miskolcon történik az egész régióval kapcsolatos adatfeldolgozás, kiértékelés. Az éppen aktuális és az előre jelzett vízállást sok ember és intézmény hasznosítja (erőművek, hajózás, halászat, vízitúrázók, polgárvédelem stb.). Elsősorban a vízszint magasságára, változásának irányára (apadás-áradás) van szükség. Árvíznél a tetőzés időtartama és a levonulás módjára is fontos 1/a ábra: Mércekapcsolati vonal paraméter. A 70-es évekig grafikus módon, kézileg (számolás, interpolálás, rajzolás) történt az adatfeldolgozás, adatgyűjtés. Minden folyónak külön „anyaga” (1/a, 1/b ábra) volt, amely minden olyan adatot, táblázatot, rajzot, segédletet tartalmazott, ami az előrejelzéshez szükséges volt. A számítástechnika fejlődésének köszönhetően ma az adatbevitel, adatfrissítés kivételével minden műveletet elvégez a számítógép. 3
1/b ábra: Tetőzések
Jelenleg az ország legtöbb helyén az ARVIZ programcsomagot használják, melyet a VITUKI Hidrológiai Intézete megbízásából dolgozott ki Gauzer Balázs számítástechnikai szakértő. A programcsomag ismertetőjének felhasználásával próbálom bemutatni azt:
A megbízás keretében elvégzendő feladatok az alábbiak voltak: - Az árvízi adatok felvitelére, módosítására, listázására szolgáló „ARADAT ” program kidolgozása. - A lineáris, valamint másod- és harmadfokú polinomiális regresszió számítását lehetővé tevő „ ARELO ” programmal létrehozott árvízi események közül időszak és vízállástartomány szerint válogatott eseményhalmaz alapján működjön. - Árvízi vízmérce állomások törzsadatai kezelésének megoldása. - Az árvízi vízmérce állomások vízhozam-görbéi kezelésének a megoldása. - A programdokumentáció (FORTRAN forrásnyelvi lista) és a felhasználó útmutató elkészítése. A fentiekkel összhangban az ARVIZ programcsomag az alábbi programokból áll: program az árvízi események adatfájljának - HDBMNT inicializálására program az árvízi vízmérce állomások törzsadatainak a - ALLKEZ kezelésére program az árvízi események adatainak kezelésére - ARADAT program az árvíz vízmérce állomások vízhozam- QHEDIT görbéinek kezelésére - ARELO program az árvízi előrejelzés végrehajtására
4
A programrendszerrel szemben támasztott követelmények, s a programok főbb jellemzői: 1. A végrehajtandó feladat: Árvízi tetőző vízállás vagy vízhozam értékének és a tetőzés várható időpontjának az előrejelzése a múltbeli árvízi eseményhalmaz általunk definiált idő- és vízállás/vízhozam intervallumba eső részhalmaza alapján. Ezt elérendő számítógépi programcsomag készült FORTRAN és ASSEMBLER nyelven, IBM kompatíbilis professzionális személyi számítógépekre. A programcsomaggal szembeni igények az alábbiak voltak: - Oldja meg a múltbeli árvízi események kényelmes és megbízható tárolását, javítását, listázását, - Tegye lehetővé a tárolt árvízi események halmazából egy részhalmaz gyors és kényelmes definiálását, és a részhalmaz elemeinek gyors kigyűjtését, - Gyorsan és megbízhatóan végezzen el az előrejelzést, és az eredményeket világos, áttekinthető formába hozza a felhasználó tudomására. 2. A végrehajtandó lépések: A programcsomag installálásától számítva egy konkrét előrejelzés elvégzéséig a következő lépéseket kell megtennünk: - Az árvízi események adatait tartalmazó fájl inicializálása. Ezt a rendszer installálásakor kell elvégezni. - Az állomások törzsadatainak betöltése. Ezt a lépést természetesen csak egyszer kell megtennünk, ezt követően az állomás fájlhoz csak törzsadat módosulás, vagy új állomás megjelenése esetén kell hozzányúlni. - A múltbeli árvízi események (árhullámok) vízállás adatainak a felvitele az első lépés során inicializált adatfájlba. - Az így felvitt árvízi események tetszőleges részhalmazának a kiválasztása, és az előrejelzés elkészítése. Látható hogy a rendszer feltöltése után egy előrejelzés elvégzéséhez csak az utolsó lépést kell végrehajtanunk. Az árhullámok felvitele:
Az árvízi előrejelzés alapjául szolgáló árvízi események kezelését az ARADAT program végzi. A program kifejezetten az árvízi előrejelzést támogató adatokhoz készült. Ennélfogva működése maximálisan igyekszik alkalmazkodni az árvízi vízállás adatok kezelésének gyakorlati tapasztalataihoz. A programmal kezelt árvízi vízállás adatoknak két alapegysége az árvízi esemény és az árhullám. Árvízi eseménynek az egy időponthoz tartozó vízállások összességét nevezzük. Az egy árvízi eseményt alkotó adatok között mindig van egy tetőző vízállás, az árhullám szempontjából érdekes többi vízmércén ezzel egy időben észlelt vízállásokat 5
pedig egyidejű vízállásoknak nevezzük. Egy árhullám tehát árvízi események sorozataként fogható fel, mely során a tetőző vízállás mindig más és más vízmércén jelentkezik. A fentiekkel összhangban - mint azt már az adatfájl inicializálásánál láthattuk - a fájl egy logikai rekordjában egy árvízi esemény adatai foglalnak helyet, tehát a különböző vízmércéken azonos időpontban észlelt vízállás adatok, a vízmércéknek (állomásoknak) az állomás fájlon elfoglalt sorrendje szerint. Az árvízi előrejelzés: 2. ábra: Vízállások
Az előző pontban ismertetett ARADAT program segítségével felvitt adatok szolgáltatják az alapot egy árhullám levonulása során adott vízmércén várható tetőző vízállás, és a tetőzés várható időpontjának az előrejelzését (2. ábra), úgy hogy előrejelzésünk pontosságát is becsülni tudjuk. A pontos előrejelzés nagyban segíti az emberek életét, árvízkor meg is mentheti azt.
6
Erőművek a Hernádon A felsődobszai és gibárti erőművek története A gibárti erőmű 1903-ban épült a folyó 65,5 folyamkilométerénél. Kezdetben, mint vízimalom, majd báró Harkányi János földbirtokos Jajhalom nevű birtokának villamos energia ellátására. 1908-tól 1934-ig dízel üzemű segédgenerátor is működött. Az 1950-es évek végéig „sziget”-ként működött és ellátta energiával még Szerencs, Tállya, Mád, Abaújszántó helységeket. Utána csatlakozott Felsődobszával együtt az Országos Teherelosztó Hálózatra. Felsődobsza 1911-ben épült a folyó 54,6 folyamkilométerénél. Gibárthoz hasonlóan kezdetben mezőgazdasági munkákhoz (cséplőgép) használták. Majd becsatlakozott az O.T.H.-ra. A villamos energia termelő szervekről Gibárton: A generátorok tulajdonságai 1903-68 között: fordulatszám: 125 1/min feszültség: 12 kV áramerősség: 19.3 A 1968-tól (üzemzavarok miatt) áttértek más paraméterekre: fordulatszám: 150 1/min feszültség: 0.4 kV áramerősség: 400 A A generátorokat az ilyen kis esésnél szokásos Francis-turbinák hajtották, illetve hajtják. Egy tengelyen 3 járókerék található (az első kettő közös szívócsővel), az erőműben 2 tengely üzemel. Az erőmű 9 m3/s vizet használ tengelyenként (a Hernád átlagos vízhozama 28 m3/s (Qmin=5, Qmax=450m3/s)). 1968-ban nagy felújítás történt (elhasználódott turbinakerekek cseréje). A járókerekeket a Ganz Vagon- és Gépgyár gyártotta. A járókerekek vízszintes tengelyűek, közvetlenül csatlakoznak a generátorokhoz. Csapágyazásuk régen vízkenésű keményfacsapágy (ében), ma a fát fugatex nevű műanyag helyettesíti. A generátorok csapágyai hagyományos, olajkenésű, ón-bronz siklócsapágyak. A generátorok 20 póluspárú külső gerjesztésű szinkron generátorok, járásuk meglepően csendes, rezgésmentes. Működésük megbízható. A leadott teljesítmény időszaktól függően 250-280 kW. A transzformátorok szekunder feszültsége 20 kV. Felsődobszán: Itt is 2 darab Francis-turbina működik, melyek egyenként 8 m3 vizet hasznosítanak másodpercenként. A turbinák két 200 kW-os szinkron generátort hajtanak meg. 11 éve beépítettek még két 50 kW-os aszinkron generátort, melyeket Kaplan turbinák hajtanak. Ezeket csak nagyvíz eseten működtetik. A turbinák és egyéb alkatrészek itt is a Ganz gyárból származnak. 7
A gátak és a duzzasztóművek kialakításai
Gibárton: A duzzasztómű alapterülete 640 m2. A műtárgy síkalapozással készült. A magasan létesített küszöb magassága 131.92 m Af. Az engedélyezett duzzasztási szint 134.73 m Af. Kezdetben a duzzasztómű szabad nyílása 2*3.5 m . Az 1952 –es árvíz gátszakadást okozott, ezért 1954-ben 45 m széles surrantót, majd 12 méter széles árapaszót építettek. Ezek után megnövelték a nagyduzzasztót, mely két 13.5 méteres szabad nyílással rendelkezik. Az árapasztó és a duzzasztómű 400 m3/s víz levezetésére képes, szemben a mértékadó 300 éves visszatérési idejű 530 m3/s-os ágvíti vízhozammal. Az erőmű kiépítési vízhozama 18.2 m3/s 4.40 méteres szintkülönbség mellet. Ami 190 napos, azaz 52%-os tartósságot jelent. Jelenleg 2.8 millió kWh energiát termel. Felsődobszán: Az erőmű teljes terhelése mellett 3.5 méter a szintkülönbség az al- és a felvíz között. Ezt a szintkülönbséget 2 nagykapu, 2 surrantókapu és 8 kiskapu biztosítja. A nagykapukat és a surrantókapukat csak árvíz esetén nyitják meg.
A Tisza vízgyűjtőjének Felvidéki része, ill. a két erőmű helye
8
Köszönettel tartozom: Az ÉVÍZIG dolgozóinak: Felbermann Tamásnak, Tóth Erikának, Pataky Lászlónak és Kovács Péternek; A gibárti és a felsődobszai erőművek dolgozóinak segítőkészségükért; Szülőknek a fényképekért, adatfeldolgozásban való segédkezésért; Dr Kontur Istvánnak a támogatásért. Felhasznált irodalom: Házidolgozatok: Vízépítés-fejlődéstörténete c. tantárgyból Víztáj-védelem c. tantárgyból A hidrológiai előrejelzés története c. tantárgyból Lászlóffy Woldemár: A Tisza, Műszaki könyvkiadó, 1978 Internetes oldalak a Hernádról Sporthorgász c. folyóirat, 1997/07 Vízitúra térkép Személyes közlés: erőművek dolgozói, szülők
9
