A magyarországi Tisza egy reprezentatív szakaszának hidromorfológiai jellemzése

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar

A magyarországi Tisza egy reprezentatív szakaszának hidromorfológiai jellemzése Tudományos Diákköri Konferencia 2010.

Készítette: Sági Rajmund, Infrastruktúra-építőmérnök MS.c. hallgató Konzulens: Dr. Baranya Sándor, okl. mérnök, egyetemi adjunktus Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék

Budapest, 2010. november

Sági Rajmund

Tudományos Diákköri Konferencia 2010

Tartalmi kivonat A TDK dolgozatomban a Tisza folyó Mindszent alatti szakaszának hidromorfológiai állapotjellemzésével foglalkozom. A téma aktualitását az EU Víz Keretirányelvének hazai szinten való alkalmazása indokolja, melynek egyik alapfeladataként a víztestek hidromorfológiai állapotjellemzése került megfogalmazásra. Korszerű technológiával (ADCP mérőműszerrel), új mérési módszerekkel részletes áramlás (sebesség, vízhozam)- és morfológiai (medergeometria, lebegtetett és görgetett hordalék, valamint mederanyag) felmérések és mintavételek felhasználásával hidrodinamikai és hidromorfológiai paraméter-eloszlás számítását és ábrázolását készítem el. A függély menti sebességeloszlások és hordaléktöménység mérési adatok, valamint a hordalékminták szemeloszlási görbéinek felhasználásával a Tisza folyó görgetett és lebegtetett hordalékszállítását kívánom meghatározni a mért vízjárási tartományban. A hosszirányban végrehajtott mozgó hajós ADCP mélységmérések segítségével és a folyószakaszon vett mederminták szemeloszlási görbéinek felhasználásával számítom a folyószakaszon található mederformák alaktani és morfológiai jellemzőit. A korábban már felmért adatok segítségével a hidromorfológiai és környezeti paraméterek időbeli változásának követését is célom bemutatni. A TDK dolgozatom alapul szolgál majd egy numerikus hidrodinamikai és hordaléktranszport modell bearányosításához és paraméterezéséhez, ezáltal kellően megbízhatóvá téve a modellt a vele történő kanyarulatfejlődés és medervándorlási folyamatok előrejelzésére és számszerű becslésére.

Sági Rajmund


KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS Köszönetemet fejezem ki Dr. Baranya Sándor Ph.D. okl. mérnök, a Budapesti Műszaki Egyetem adjunktusának, aki konzulensemként végig irányította és segítette a TDK dolgozatom eredményes elkészítését és Dr. Józsa Jánosnak, a BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszékének tanszékvezetőjének aki nagyban hozzájárult a mérések megvalósulásához, valamint Dr. Kozák Péter Ph.D. okl. mérnök, az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság igazgatójának, aki mind anyagi támogatással, mind az ATIKÖVIZIG szakembereinek biztosításával segítette és támogatta a terepi mérések sikeres elvégzését.

Megköszönöm Édesapámnak, Sági Jánosnak, az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság Szegedi Szakaszmérnökség vezetőjének, hogy végig segítette, támogatta és irányította a terepi mérések probléma nélküli lebonyolítását, valamint munkatársainak Kohn Sándornak és Dobos Péternek a terepi mérésekben és a laboratóriumi feldolgozásban nyújtott segítségüket. Lábdy Jenőnek az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság Vízrajzi és Környezetkezelési Osztály vezetőjének, valamint munkatársainak Seres Tibornak, Juhász Tamásnak, Paku Zoltánnak és Lázár Miklósnak a terepi vízrajzos mérések és laboratóriumi feldolgozásokban nyújtott segítségüket, valamint a vízrajzi adatokat rendelkezésemre bocsájtását. Borza Tibornak az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság Árvízvédelmi és Folyószabályozási Osztály vezetőjének, valamint munkatársainak Marjanovic Dusánnak a terepi geodéziai mérésekben nyújtott segítségét, továbbá Sári Csabának és Keller Péternek a folyamos adatok és térképek rendelkezésemre bocsátását.

Sági Rajmund


TARTALOMJEGYZÉK ELŐZMÉNYEK ........................................................................................................................................ 6 BEVEZETÉS .............................................................................................................................................. 8 1.

A VGT VÍZTEST ÁLLAPOTÉRTÉKELÉSE ÉS A FELSZÍNI VIZEK HIDROMORFOLÓGIAI MONITORINGJA KÖZÖTTI KAPCSOLAT ............................................................................... 10

2.

VIZSGÁLATI TERÜLET BEMUTATÁSA .................................................................................. 12 2.1 2.2 2.3

3.

A TISZA ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE ÉS SZABÁLYOZÁSA ................................................................. 12 AZ ALSÓ-TISZA JELLEMZÉSE ........................................................................................................ 13 A REFERENCIA SZAKASZ RÉSZLETES LEÍRÁSA .............................................................................. 14

VÉGREHAJTOTT TEREPI MÉRÉSEK, AZOK ESZKÖZEINEK ÉS MÓDSZEREINEK BEMUTATÁSA ................................................................................................................................ 15 3.1 GEODÉZIAI -ÉS MEDERFELMÉRÉS ................................................................................................. 15 3.1.1 Referencia völgyszelvény felvétele ..................................................................................... 15 3.1.2 Mederszakasz felvétele ....................................................................................................... 16 3.1.3 Vízszínesés mérése ............................................................................................................. 17 3.2 VÍZHOZAM -ÉS ÁRAMLÁSMÉRÉSEK............................................................................................... 17 3.2.1 Keresztszelvényben végrehajtott ADCP mérés (vízhozammérés) ....................................... 17 3.2.2 Rögzített pontú ADCP mérések .......................................................................................... 18 3.2.3 Mozgóhajós ADCP mérések (cikk-cakk) ............................................................................ 19 3.3 MORFOLÓGIAI MÉRÉSEK............................................................................................................... 19 3.3.1 Lebegtetett hordalék mintavétel ......................................................................................... 19 3.3.2 Mederanyag mintavétel ...................................................................................................... 20 3.3.3 Medervándorlás mérés ....................................................................................................... 20 3.3.4 Hossz-menti dűnemérés (ADCP-vel) .................................................................................. 20 3.3.5 Iszapvastagság mérés ......................................................................................................... 21 3.4 KÖRNYEZETI FELMÉRÉS ............................................................................................................... 21

4.

MÉRÉSI ADATOK FELDOLGOZÁSA ........................................................................................ 22 4.1 LEBEGTETETT HORDALÉK KIÉRTÉKELÉS....................................................................................... 22 4.1.1 Lebegtetett hordalék töménységének meghatározása......................................................... 22 4.1.2 Lebegtetett hordalék szemeloszlásának meghatározása ..................................................... 23 4.2 MEDERANYAG MINTA KIÉRTÉKELÉS ............................................................................................. 23 4.2.1 Mederanyag szemeloszlásának meghatározása ................................................................. 23

5.

HIDROMORFOLÓGIAI MÉRÉSEK EREDMÉNYEINEK ÉRTÉKELÉSE ÉS BEMUTATÁSA ............................................................................................................................................................ 25 5.1 GEODÉZIAI -ÉS MEDERFELMÉRÉS EREDMÉNYEI ............................................................................ 25 5.1.1 Referencia völgyszelvény.................................................................................................... 25 5.1.2 Mederszakasz ..................................................................................................................... 26 5.1.3 Vízszínesés .......................................................................................................................... 28 5.2 VÍZHOZAM -ÉS ÁRAMLÁSMÉRÉSEK EREDMÉNYEI ......................................................................... 29 5.2.1 Keresztszelvényben végrehajtott ADCP vízhozammérés .................................................... 29 5.2.2 Rögzített pontú ADCP mérések .......................................................................................... 29 5.2.3 Mozgóhajós ADCP mérések (cikk-cakk) mérés .................................................................. 35 5.3 MORFOLÓGIAI MÉRÉSEK EREDMÉNYEI ......................................................................................... 36 5.3.1 Lebegtetett hordalék ........................................................................................................... 36 5.3.2 Mederanyag........................................................................................................................ 42 5.3.3 Medervándorlás ................................................................................................................. 43 5.3.4 Hossz-menti dűnemérés ...................................................................................................... 44 5.3.5 Iszapvastagság ................................................................................................................... 47 5.4 KÖRNYEZETI ÁLLAPOT JELLEMZÉS ............................................................................................... 47

ÖSSZEFOGLALÁS ................................................................................................................................. 48

Sági Rajmund


ÁBRAJEGYZÉK ..................................................................................................................................... 50 KÉPJEGYZÉK ........................................................................................................................................ 51 TÁBLÁZATJEGYZÉK ........................................................................................................................... 51 IRODALOMJEGYZÉK .......................................................................................................................... 52

Sági Rajmund


ELŐZMÉNYEK Az Európai Környezetvédelmi Ügynökség (EEA) 1998-as jelentése szerint az európai vizek általános szintje a nyolcvanas évek óta nem javult jelentősen, és első sorban a kisebb vizeket és a felszín alatti vizeket fenyegeti romlás. A 2003-ban megjelenő, a Vizek állapota Európában című kisebb összefoglaló jellegű dokumentum szerint a helyzet az előző évekhez képest jobb, a vizek védelme és minősége javuló tendenciát mutat (Nagy 2007). 1996-ban négy alkalommal (az Európai Unió Tanácsa 1996. június 25-én, a Régiók Bizottsága 1996. szeptember 19-én, a Gazdasági és Szociális Bizottság 1996. szeptember 26án és az Európai Parlament 1996. október 23-án) szólították fel az Európai Bizottságot, hogy terjesszen elő javaslatot egy olyan Tanácsi irányelvre, amely meghatározza az európai vízpolitika kereteit. 2000. december 22-én - európai vízügyi mérföldként is jegyzett - 2000/60/EC direktíva (Európai Unió Víz Keretirányelv, későbbiekben EU VKI vagy Direktíva) jogerőre emelkedett, mely a fontosabb, modern vízgazdálkodási kérdéseket tartalmazza. Fő célkitűzése Európa összes vizére vonatkozóan a 2015-ig elérendő „jó állapot” megvalósítása. A Víz Keretirányelv az eddigi uniós gyakorlati vízgazdálkodás területén merőben új elemeket, új megközelítést tartalmaz, minden eddiginél komplexebben kezeli a vízgyűjtő területét. Az irányelv a vízi környezet fenntartását és javítását tűzte ki célul, főként az érintett vizek minőségére irányul, de a vizek jó mennyiségi állapotára vonatkozó részleteket is tartalmaz. Alapvetően ökológiai szemléletű, ami az európai gondolkodás újirányú változását mutatja, és előmozdíthatja, illetve tovább mélyítheti a párbeszédet a mérnökök, természetvédők és a társadalom között. Az Európai Unióhoz való csatlakozásunk óta Magyarországra nézve is kötelező a Direktívában előírt feladatok végrehajtása, Magyarország - elhelyezkedése miatt - alapvetően érdekelt abban, hogy a Duna vízgyűjtőkerületben mielőbb teljesüljenek a VKI célkitűzései. A Víz Keretirányelv legfőbb célja, hogy a felszíni (folyók, patakok, tavak) és felszín alatti víztestek „jó állapotba” kerüljenek 2015-re. A keretirányelv szerint a „jó állapot” nemcsak a víz tisztaságát jelenti, hanem a vízhez kötődő élőhelyek minél zavartalanabb állapotát, illetve a megfelelő vízmennyiséget is. Amennyiben a természeti vagy a gazdasági lehetőségek nem teszik lehetővé a jó állapot megvalósítását 2015-ig, úgy a határidők a VKI által felkínált mentességek megalapozott indoklásával 2021-re, illetve 2027-re kitolhatók (következő két 6 éves ciklusba) (VKKI 2009). A VKI célok eléréséhez szükséges intézkedéseket a vízgyűjtő-gazdálkodási terv (VKI eszköze) foglalja össze, amely egy gondos és kiterjedt tervezési folyamat eredményeként született meg. A vízgyűjtő-gazdálkodási terv (továbbiakban VGT) tartalmazza az összes szükséges információt, amely a víztestekről rendelkezésre áll, az állapotértékelések eredményét, azt, hogy milyen problémák jelentkeznek a tervezési területen és ennek milyen okai azonosíthatók, továbbá, hogy milyen környezeti célokat tűzhetünk ki, és ezek eléréséhez milyen műszaki és szabályozási intézkedésekre, illetve pénzügyi támogatásokra, ösztönzőkre van szükség. A VGT elsősorban azoknak a szabályozásoknak és programoknak az összefoglalása, amelyek biztosítják a környezeti célkitűzések elérését (azaz a jó ökológiai, kémiai és mennyiségi állapot elérését).

-6-

Sági Rajmund


A VGT nem kiviteli terv, hanem a vizek állapotát feltáró és annak „jó állapot”-ba hozását megalapozó koncepcionális és stratégiai terv. Célja az optimális intézkedési változatok átfogó (műszaki, szabályozási és gazdasági-társadalmi szempontú) ismertetése, amely meghatározza az intézményi feladatokat, és amely alapján folytathatók, illetve elindíthatók a megvalósítást szolgáló programok.

-7-

Sági Rajmund


BEVEZETÉS Magyarország Európai Unióhoz való csatlakozásával vállalta az Európai Unió Víz Keretirányelvéban (EU VKI, 60/2000 EC) foglalt célok megvalósítását és az ehhez szükséges intézkedések végrehajtását. A EU VKI-ben meghatározott célok eszköze az ún. vízgyűjtő-gazdálkodási tervben (VGT) megfogalmazott intézkedések, melyek alapjául a vízfolyásokat reprezentatívan jellemző víztestek állapot-meghatározása szolgál, amelyekhez 2007-től az országos monitoring hálózat szolgáltatja a megalapozást jelentő adatokat. Az állapot-meghatározásnak egyik kiemelten fontos alappillére a víztestek hidromorfológiai állapotértékelése. Ennek keretében valósult meg „A magyarországi felszíni vizek hidromorfológiai monitoringjának intézményfejlesztése” című pályázati projekt, mely módszertani, végrehajtási és irányítási eszközöket, illetve speciális adatbázis-hátteret és feldolgozó szoftvereket valósított meg. A projekt keretében néhány folyószakaszra elvégzett célirányos expedíciós mérésekkel lehetővé vált a víztestek hidromorfológiai állapotértékelése, mely szoros kapcsolatban van az ökoszisztémával, az ökológiai állapotértékeléssel. Jelen TDK dolgozatomban a magyarországi Tisza egy reprezentatív szakaszának (Mindszent városa alatt) hidromorfológiai állapotát és időbeli állapotváltozásának jellemzését kívánom bemutatni, alapozva a „hidromorfológia” című projekt 2008 novemberében és a dolgozatom keretében 2010 októberében újonnan végrehajtott expedíciós mérések (feltáró és felügyeleti monitoring) mérési adataira. A vizsgálatok során a leíró paraméterek pontbeli, hossz- és felület mentén értelmezett értékeit elemeztem, különös súlyt fektetve ez utóbbira, hiszen elsősorban a folyószakaszok teljes (nem szelvények mentén definiált) jellemzését írja elő a Víz Keretirányelv. A mérési tervek is ez alapján készültek, így a pontbeli és szelvények menti mérések mellett a teljes szakaszra kiterjedő mérések eredményeit is szeretném bemutatni. A mérési adatok célirányos feldolgozásával a mederfenék közeli áramlási paraméterekre is számszerű becslést kívánok adni, majd azok mezőszerű eloszlásait bemutatni. Korábbi szakirodalomi tanulmányokra és mérési tapasztalatokra alapozva a 2010-es expedíciós mérések alkalmával az eddigi legjobb gyakorlatot és méréstechnikát követve próbáltuk eljárni, melyeket dolgozatomban ismertetek. A korszerű technológiával (ADCP mérőműszerrel) és az új mérési módszerekkel részletes áramlás (vízsebesség, vízhozam)- és morfológiai (medergeometria, lebegtetett hordalék és mederanyag) felmérések és mintavételek felhasználásával hidrodinamikai és hidromorfológiai paraméter-eloszlás számítását és ábrázolását kívánom bemutatni. A függély menti sebességeloszlások és hordaléktöménység mérési adatok, valamint a hordalékminták szemeloszlási görbéinek felhasználásával meghatározni a Tisza folyó görgetett és lebegtetett hordalékszállítását a mért vízjárási tartományban. A kereszt- (cikk-cakk) és hosszirányban (módszertani bővítés) végrehajtott mozgó hajós ADCP áramlás és- mélységmérések segítségével, valamint a vett mederminták szemeloszlási görbéinek felhasználásával számítom a folyószakaszon található mederformák alaktani és morfológiai jellemzőit.

-8-

Sági Rajmund


Mindezzel célom bemutatni, hogy a piacon jelenleg kapható finom beállítású műszerekkel és eszközökkel ma már sokkal gyorsabb és részletesebb felmérésre és adat elemzésre vagyunk képesek, mint korábban. Az így kapott részletes mért és számított paraméter eloszlások felhasználhatók a VKI szerinti hidromorfológiai állapotértékeléshez, illetve a vízépítési tervezésekben és elemzésekben ma már elengedhetetlenül fontos, gyorsan fejlődő numerikus modellek bearányosításához és paraméterezéséhez.

-9-

Sági Rajmund


1. A VGT VÍZTEST ÁLLAPOTÉRTÉKELÉSE ÉS A FELSZÍNI VIZEK HIDROMORFOLÓGIAI MONITORINGJA KÖZÖTTI KAPCSOLAT A vízgyűjtő-gazdálkodás tervezés (VGT) tervezési folyamata többlépcsős, iteratív jellegű, ennek során össze kellett hangolni az ökológiai, műszaki, társadalmi és gazdasági szempontokat. A tervezés legfontosabb lépéseit a következő szerkezeti ábra (1. ábra) mutatja (VKKI 2009).

Biológiai elemek FP K

FB K

MF K

MZ K

Hal K

J

J

J

J

J

M

M

M

M

M

Gy

Gy

Gy

Gy

Gy

R

R

R

R

R

Legrosszabb osztály

Ökológiai állapot K

Fizikai-kémiai elemek Szerv. Táp. Sót. Sav. K K K K J

J

J

J

M

M

M

M


J M Gy R

Hidromorfológiai elemek Hossz. Duzz. Ártér Favíz. Vízj. Morf. K K K K K K J

J

J

J

J

Víztest állapota K


J M

J

Gy R Veszélyes anyagok Elsőbbs. 4 fém Jó Jó Nem

Kémiai állapot Jó

Rosszabb osztály

Nem

Nem

1. ábra: A felszíni vizek hidromorfológiai állapotjellemzésének helye a VGT folyamatában

- 10 -

Sági Rajmund


Mint, ahogy azt a fentebbi ábra is mutatja a tervezés első lépéseként az alapegységnek számító ún. víztestek kijelölése és a víztesthez tartozó vízgyűjtők meghatározása volt a feladat. A VKI célkitűzései szerint a 2008-2009 között elkészítendő vízgazdálkodási tervekhez 2007-től az országos monitoring hálózat szolgáltatja a megalapozást jelentő adatokat, sőt a tervezés, majd a későbbi végrehajtás hatásvizsgálatánál is fontos a monitoringozás (víztestek általános állapotáról, az emberi hatásokkal érintett területekről, az intézkedések hatásáról, valamint ide tartozik az emberi tevékenységekre vonatkozó adatgyűjtés is) eredményeinek felhasználása. Ennek hatására valósult meg (továbbá a VKI 8. cikkelye, valamint V. melléklete is kötelezően előírja) „A magyarországi felszíni vizek hidromorfológiai monitoringjának intézményfejlesztése” című pályázati projekt, mely módszertani, végrehajtási és irányítási eszközöket, illetve speciális adatbázis-hátteret és feldolgozó szoftvereket valósított meg. A hidromorfológiai monitoring fő célja a hidromorfológiai és az ökológiai állapot felmérése és időbeli követése, melyet a VGT későbbi 2x6 éves ciklusának, 1-1 kiválasztott éveiben a VKI kötelezően elő is ír felügyeleti monitoring címen. Ez a cél vezérelte a mért paraméterek körének és a mérési helyeknek a kiválasztását. Ezen projekt keretében került kijelölésre és 2008 novemberében egy expedíciós mérés (feltáró monitoring) alkalmával felmérésre - a vizsgálatomat is képező -, egy, a Tisza Mindszent városa alatti reprezentatív szakasza. A dolgozatom bevezetőjében leírtak szerint ezen szakaszra végeztem el a víztest állapotértékelésének egyik alappillérét jelentő részletes hidromorfológiai állapot-és időbeli állapotváltozás jellemzést, melynek alapját a 2008-as novemberi és a dolgozatom keretében 2010 októberében újonnan végrehajtott expedíciós mérések („felügyeleti monitoring) eredményei jelentik.

- 11 -

Sági Rajmund


2. VIZSGÁLATI TERÜLET BEMUTATÁSA 2.1 A TISZA ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE ÉS SZABÁLYOZÁSA A Tisza a Duna leghosszabb mellékfolyója, Közép-Európa egyik legjelentősebb folyója, amely az Ukrajnában levő Máramarosi-havasokban 1886 m magasságban eredő Fekete- és Fehér-Tisza összefolyásából keletkezik, majd Szerbia területén, Titelnél torkollik a Dunába. Magyarország területének kereken a fele tartozik a Tisza vízgyűjtőjéhez, 46737 km2, a teljes vízgyűjtője 157000 km2. A Tisza-völgy szabályozásának munkáit 1846 nyarán kezdtek el Tiszadobnál Vásárhelyi Pál töltésezési és átvágási elgondolásai szerint, melyet hivatalosan 1908-ban nyilvánítottak késznek. Az átvágások rendszerével a Tiszaújlak és Titel közötti 1214 km hosszúságú folyószakaszt 756 km-re megrövidítették (2. ábra).

2. ábra: A Tisza hossz szelvénye a szabályozás előtt és után (Lászlóffy 1982)

A megrövidített folyónak az 5/6-a régi, érintetlen folyómeder, és csak 1/6-a az ásott meder. Az átvágások leginkább enyhe hajlású ívként fejlődtek ki a nagyjából egyharmad szelvényfelülettel készített, és a víz kimosó ereje által teljes méretűre bővített vezérárkokból. A kanyarulatok, elfajult meanderek, vagy kettős kanyarodású szűrflexiók megszüntetése nemcsak a hajózást segítette, hanem a jégtorlaszok odafagyását is gátolta, illetve ki is küszöbölte. Az átvágások száma összhangban állt a szűk töltésközökkel is, hiszen az árvízi sodorvonalnak is őrányt szabó lefolyási út vonala szélesen kanyargó anyamederben nem lett volna elkészíthető. A szabályozás nagyságrendjére vonatkozó adatokat az 1. táblázat illusztrálja.

- 12 -

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.


Az esés megváltozása b:a

A tiszai átvágások és az általuk előidézett mederváltozások jellemző időszakonként összefoglalva A folyószakasz Az átvágások A kisvízszín esése hossza Jellegzetes szakaszokat a szabályoMegjegyzés meghoszmeghatározó pontok zás 1842 1890/91 rövi- száma sza % a% b előtt után dült % km km km A dunai torklat maTorkolat 69,7 gassága adva lévén, a 100 62 38 6 12,9 0,0212 0,0129 0,59 meder kimélyülése Törökbecse 70,6 eséscsökkenéssel járt 147 109 26 5 15,5 0,0177 0,0222 1,26 E szakaszok voltak legkevésbé ámegrövidítMaros-torok (Szeged) 73 hetők átvágásokkal 109 77 29 8 13,6 0,0225 0,0293 1,30 Körös-torok (Csongrád) 75,3 139 95 32 4 6,6 0,0198 0,0354 1,79 Nagy esésváltozások, Zagyva-torok (Szolnok) 78,6 ezért labilis meder 151 75 52 10 16,5 0,0183 0,0509 2,78 Tiszaderzs 82,3 80 45 43 7 8,4 0,0429 0,0636 1,48 A Sajó hordalékkúpja, Ároktő 85,1 ezért nagyobb esés 57 39 31 6 7,2 0,0511 0,0676 1,32 Sajó-torok 87,5 95 55 42 5 12,8 0,0157 0,0321 2,04 Nagy esésváltozások, Bodrog-torok (Tokaj) 89,4 ezért a partok erősen 166 85 49 33 23,5 0,0515 0,0892 1,73 Csap 97,2 rongálódnak 83 57 31 14 8,7 0,0482 0,0791 1,64 Szamos-torok (Vásáros101,7 75 49 34 13 9,4 0,1104 0,151 1,36 A síkság pereme Borsa-torok (Mezővári) 108,8 13 15 -13 1 1,1 0,3671 0,4177 1,14 Tiszaújlak 115,3 206 206 Forrás 168 Összesen 1419 966 32 112 136,2 Az 1890. évi kisvízszint magassága m.A.f.

Sorszám

Sági Rajmund

1. táblázat: A tiszai átvágások és az általuk előidézett mederváltozások jellemzői időszakonként összefoglalva (Kardos et al. 1975)

2.2 AZ ALSÓ-TISZA JELLEMZÉSE A Tisza magyarországi szakaszát három részre tagolják, ebből az Alsó-Tisza megnevezés a Tiszaug - déli országhatár közötti szakaszra vonatkozik. Ezen szakasz jellemző vízhozama a csongrádi szelvényben kisvízkor 115 m3/s, közepes vízállásnál 550 m3/s (Szegednél 820 m3/s), árvíz idején pedig eléri a 3630 m3/s -ot (Szegednél), vízjátéka 10 m feletti. A folyó vízszintjének esése 2,9 cm/km, sebessége (Szentesnél) kisvízkor 0,1-0,4 m/s, középvízkor 0,6-0,9 m/s, nagyvízkor 1,5 m/s. A felsorolt értékek a Tisza ingadozó vízjárását tükrözik, az egyes hidrológiai állapotok közötti átmenet azonban lassú, amit az árvizek tartóssága is bizonyít, hiszen a kis esés miatt az egyes árhullámok utolérhetik egymást. A folyó hordalékszállítás a vízjáráshoz kötődően változik. A fenéküledék mennyisége ezredrésze a lebegtetett szállított üledéknek. Közepes vízhozam értékek mellett az alsó szakasz hordalék-töménységének sokéves átlaga 365 g/m3 (Fiala et al. 2006). Tisza medre Kiskörétől Szegedig kanyarogva bevágódó jellegű, melynek oka, hogy bár e szakaszon esése az átvágások ellenére sem növekedett számottevően, egészen a Maros torkolatáig nem kap érdemi hordalék-utánpótlást. Medrének anyaga többnyire finomszemcsés, amelyet még a lassú folyású víz is könnyen magával ragad, így medre itt fokozatosan kimélyül, és kisvízszintje is csökken (Wikipédia: Tisza).

- 13 -

Sági Rajmund


2.3 A REFERENCIA SZAKASZ RÉSZLETES LEÍRÁSA A vizsgálatomat képező, az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság területén elhelyezkedő referencia szakasz Mártély és Mindszent között, a mindszenti komp alatt kb. 6,5 fkm-re, a folyó 210+100 - 210+700 fkm-re között helyezkedik el (3. ábra).

3. ábra: Részletes helyszínrajz a referencia szakaszról

Mártélytól Mindszent felé ~3,5 km-t haladva, ott balra - a MOL Földgázszállító Zrt. szakaszoló állomásához vezető - burkolt útra fordulva érhető el a szelvény autóval, míg hajóval való megközelítése a mindszenti kompátkelőtől lehetséges. Maga a referencia szelvény a Tisza alatti gázátvezetés nyomvonalában, az erdőirtás sávjában, a Tisza 210+400 fkm-ben helyezkedik el. A folyószakaszt hidromorfológiai jellemzés céljából azért választottuk konzulensemmel, Dr. Baranya Sándorral, mert a „hidromorfológia” című projekt egyik mintaszakasza volt, ezért minőségi, nyers mérési adatok álltak rendelkezésemre a 2008-as évből. A dolgozatom keretében - az ATIKÖVIZIG mérőcsoportja segítségével – idén, 2010. október 11-12. között, egy 2 napos mérési expedíció alkalmával újból felmérésre került az ismertetett folyószakasz egy másik vízjárási állapotban, ezáltal lehetőségem nyílt a hidromorfológiai állapotváltozás jellemzésére is.

- 14 -

Sági Rajmund


3. VÉGREHAJTOTT TEREPI MÉRÉSEK, AZOK ESZKÖZEINEK ÉS MÓDSZEREINEK BEMUTATÁSA E pontban kívánom bemutatni, hogy a végrehajtott mérési módszerekkel és eszközökkel milyen hidromorfológiai paraméterek mintázhatók, illetve, hogy a 2008-as és 2010-es évék terepi mérései közötti miben jártunk el másképpen.

3.1 GEODÉZIAI -ÉS MEDERFELMÉRÉS 3.1.1

REFERENCIA VÖLGYSZELVÉNY FELVÉTELE

A víztestek alaktani változásainak egy részét a geodéziai pontossággal felmért referencia szelvényben, illetve völgyszelvényben végbemenő, szelvény mentén definiált változásokkal tudjuk jellemezni. A referencia völgyszelvény (1. kép) felvétele magába foglalja mind a vízzel borított folyómedret, mind a száraz, jobb és bal parton húzódó hullámtéri részt a töltéskoronák szintjéig. A száraz parti részen a mérésnek tartalmaznia kell a jellegzetes meder -és töltéspontokat (vízszél, partél, töltésláb és töltéskorona), illetve a terepen előforduló egyéb jellegzetes tereppontokat (magaslatok, mélyedések, övzátonyok, hullámtéri csatornák, műtárgyak), míg a vízzel borított részen fel kell jegyezni a sodorvonal helyét. A hullámtéren a mért magassági pontok sűrűségét a mérést végző, míg a vízzel borított szelvényrészen a vízhozammérés során alkalmazott pontsűrűség (mintavételezési frekvencia és a hajózási sebessége függvénye) határozza meg.

Bal parti hullámtér

Tisza középvízi medre

1. kép: A referencia völgyszelvény részei

A 2010-es mérés alkalmával - a 2008-ban használt szintezéssel történő terepmagasság meghatározás helyett - kézi RTK GPS vevőt használtunk fel. Ezen korszerű helymeghatározó technika segítségével lehetőségünk van 1-2 cm pontosságú magassági adatok mérésére a vízszintes értelmű koordináták meghatározása mellett. A műszer alkalmazásával a számunkra kellően pontos terepmagasságok meghatározása mellett időt és munkaerőt (figuránst) tudtunk „spórolni”, mert egy személy elegendő volt a mérések elvégzéséhez (2. kép). Az RTK GPS működésének részletesebb leírásáról bővebben pl. Fényi (2008) tanulmányában olvasható.

- 15 -

Sági Rajmund


ADCP által mért ksz. cellái és medergeometria

RTK GPS

2. kép: Mérési eszközök

A meder szelvény (referencia szelvény) felvételére, a jelenlegi vízrajzi gyakorlatban egyre szélesebb körben alkalmazott akusztikus Doppler leven működő mérőműszert használtunk fel. A műszert elsősorban térbeli sebességvektorok mérésére fejlesztették ki, azonban egy másodlagos funkciójaként mederletapogatásra is alkalmas. A keresztszelvény felmérése alatt a hajónk sebességét a Tisza akkori átlagsebessége (0,6 m/s) és 1m/s értékek között próbáltuk tartani, míg a mintavételezés frekvenciáját 1,5 Hz-re állítottuk, amiből így egy méter alatti térbeli felbontás adódik, érzékelhető tehát, hogy mind időben mind térben meglehetősen nagy pontosságú adatokat eredményez a felmérés (2. kép). A felmérés vízszintes helyzetét az ADCP műszer tengelyére helyezett RTK GPS vevő szolgáltatta. Az ADCP műszerről részletesebb leírásáról bővebb pl. Sokoray-Varga (2004) tanulmányában olvasható 3.1.2

MEDERSZAKASZ FELVÉTELE

A víztestek alaktani változásainak legtöbb részét az egy szakaszon végbemenő változások nyomon követésével tudjuk legfőképpen jellemezni, melyet a VKI is megkövetel. Egy kellő pontossággal felmért meder, majd az ebből készített medermodell alapján, a szakaszon előforduló mederalakzatok jól beazonosíthatók. A sodorvonal helyzete egyértelműen kirajzolható, és az esetleges feltöltődések, gázlós szakaszok, lokális kimélyülések is megjelennek rajta. Egy későbbi felmérés alkalmával a beazonosított mederformák fejlődésére, annak sebességére, tendenciájára lehet rámutatni, és mint ilyen különösen fontos szerepet játszik a hidromorfológiai és medermorfológiai állapotértékelésben. Az ADCP nagy előnye, hogy a gyors mérési eljárás következtében a szakasz viszonylag nagy részletességgel felmérhető és a szelvény menti adatok helyett a teljes mederfelület előállítható. Ezért egy cikk-cakk nyomvonalat követve a referencia szakasz felmérésre került, azonban a 2010-es mérés alkalmával a mérés útvonalát megváltoztattuk a 2008-as felméréshez képest. Ezt azért tettük, mert a korábbi tanlányok és elemzések rámutattak arra, hogy a partmenti ismeretlen magasságú zónák meghatározására alkalmazott interpolációs technikák sok esetben a partvonal magasságát interpolálják a sekélyebb részek magasságaihoz, ezáltal a partmenti részek hibásan, cirádásszerű kitüremkedések formájában képződnek le. Ezen interpolációs hiba kiküszöböléséhez a partvonal mentén is szükséges méréseket végezni, melyet 2010-ben helyesen végre is hajtottunk (4.ábra).

- 16 -

Sági Rajmund


4. ábra: 2008-as (kék) és 2010-es (fekete) mozgójós ADCP cikk-cakk felmérés közti különbég

A mérési keresztszelvényeket egymástól a vízfolyás irányra merőlegesen, 30-40 m távolságokban vettünk fel, a két szelvénymérés között pedig végig a part vonala mentén haladtunk. 3.1.3

VÍZSZÍNESÉS MÉRÉSE

Amellett, hogy a vízszínesés egy nagyon fontos hidrológiai paramétere az adott vízjárásnak, fontos szerepe van a feldolgozás során a felmérések helyén kialakult vízszintek pontos balti feletti magasságra való emelésében. Ismervén a Tisza nagyon kis esését, szükséges volt egy nagyobb távolságon elvégzett vízfelszín rögzítése elvégzése. Ezt úgy hajtottuk végre, hogy a mindszenti vízmércén leolvastuk a mérés kezdete előtt a vízszintet, majd a mérési szelvényben RTK GPS- szel is rögzítettük azt. A kellően nagy távolság hatására (~7 km) a GPS 1-2cm-es pontatlanságából adódó hiba elenyészővé válik, így az esés számítható. A biztonság kedvéért a mindszenti vízmércére rámérve, ellenőriztük annak „0” pontjának balti feletti magasságát is a szükséges korrigálások céljából. A mérések végeztének időpontjainak rögzítésével és a vízmérce mellett párhuzamosan működő automatikus (10 percenként rögzít) vízszintregisztráló segítségével meghatározható vált a mérés ideje alatt végbemenő vízszintváltozás is, amivel szükség esetén korrigálni lehet a kapott eredményeket.

3.2 VÍZHOZAM -ÉS ÁRAMLÁSMÉRÉSEK 3.2.1

KERESZTSZELVÉNYBEN VÉGREHAJTOTT ADCP MÉRÉS (VÍZHOZAMMÉRÉS)

- 17 -

Sági Rajmund


Ezen mérés alkalmával a szelvény-menti sebességviszonyok kerültek meghatározásra a referenciaszelvényben végrehajtott 2x oda-vissza történő keresztirányú mozgóhajós ADCP felmérés segítségével, mellyel meghatározhatóvá válik a mérésünk idején uralkodó, az adott vízjárási állapothoz tartozó vízhozam. Az ADCP műszer a meder bizonyos tartományát (műszer jelkibocsájtója alatti, közvetlen felső vízréteg, valamint a meder fenék körüli zónákat) nem képes mérni, ez az ún. „vak zóna”, mely rétegekre a legközelebb mért sebességadatok extrapolációja útján ad értékeket, melyekkel így már meghatározhatóvá válik a szelvényben szállított helyes vízhozam érték. A vízhozammérés alkalmával állítjuk be – a későbbi ADCP-s áramlásmérésekhez is használt a tapasztalt áramlási viszonyokhoz legjobban illeszkedő ADCP cellaméretet és mérőhajó sebességet. A cellaméretet úgy állítjuk be, hogy a műszer a felvétel során a lehető legkevesebb hibás mérési cellát jelezzen (minél kisebb cellaméretet használunk, annál részletesebb képet kapunk az áramlásról, azonban a turbulencia okozta sebesség pulzáció miatt, annál több hibás mérési cellát is kaphatunk), a hajó sebességével pedig az aktuális szelvényátlag sebességét ne lépjük túl. A hajó pozícionálása a korábban említett módón RTK GPS-szel történik, mely koordináta adatokat az ADCP az általa mért sebességadatok mellet eltárol. 3.2.2

RÖGZÍTETT PONTÚ ADCP MÉRÉSEK

E mérés során a függélymenti sebességviszonyok kerültek felmérése rögzített hajó segítségével. A mérések célja az volt, hogy az adott víztest egy-egy függélyére jellemző, időben állandósult sebességeloszlást állítsuk elő. A mért sebesség idősor ismeretében előállítható a turbulens sebességprofil, számíthatók a mederre és a hosszirányú elkeveredésre jellemző paraméterek és származtatható az áramlásra jellemző turbulens energiatartalom is. Az említett adatok mellett kimérhetővé válik az esetleges csavaráramlás jelenléte is folyókanyarulatok (és folyószabályozási művek) környékén. A mérést a referencia szelvényben 5, előre rögzített helyű függélyben kellett elvégezni, továbbá a vizsgálandó szakasz elején és végén további 3-3 függélyben. A függélyeket úgy kellett a szelvényben kiosztani, hogy egy függély jusson a szelvény legmélyebb pontjába, a többit pedig ennek figyelembe vételével, lehetőség szerint egyenletesen kellett szétosztani. A mérőhajót horgonnyal kellett rögzíteni (3. kép).

3. kép: Rögzített pontú ADCP felmérés képei

A mérés során alkalmazandó cellaméret 10-25 cm között legyen, a szelvény átlagos vízmélységének függvényében (lehetőség szerint a legkisebb mélységű függélyben se legyen

- 18 -

Sági Rajmund


5-nél kevesebb érvényes cella). A mérést egy függélyben 5 percen keresztül kellett elvégezni, mely időt a korábbi tanulmányok (Baranya et al. 2008) elegendőnek vélték ahhoz, hogy egy állandósult sebességprofil előállhasson. A függély helyét az előirányzott ± 0,5 m pontossággal, célszerűen RTK GPS-szel határoztuk meg. Az adatok tárolását minden esetben nyers mérési adatok formájában kellett megtenni. 3.2.3

MOZGÓHAJÓS ADCP MÉRÉSEK (CIKK-CAKK)

Ezen mérés alkalmával a szakasz teljes sebességviszonyainak rögzítése történik meg mozgóhajós ADCP felmérés segítségével az adott vízjárási állapotra, melyet a teljes vizsgálati szakasz áramlási viszonyainak megismeréséhez kellett elvégeznünk. A rövid idejű (teljes szakaszra néhány óra alatt elvégzett) méréssel az áramlási viszonyokról egyfajta pillanatfelvételt kapunk. A mérőhajóval, kis sebességgel, parttól partig tartó cikk-cakk útvonalon jártuk be a teljes szakaszt a 3.1.2.-ban leírtak figyelembevétele szerint (4. ábra).

3.3 MORFOLÓGIAI MÉRÉSEK 3.3.1

LEBEGTETETT HORDALÉK MINTAVÉTEL

A lebegtetett hordalék mintavétel célja, hogy meghatározható legyen a folyó adott vízjárás állapotához tartozó lebegtetett hordalékhozam mennyisége. Meghatározható legyen a lebegtetett hordalék koncentráció mind szelvénymenti, mind függélymenti eloszlása, a hordalék jellemző szemeloszlása és szemcsemérete, mely jellemzőkkel kapcsolatot tudunk felállítani a részletes áramlásmérések adataival és ezek egymás közti kölcsönhatásairól következtetéseket vonhatunk le. Az áramlásmérésekkel egyidejűleg a lebegtetett hordalékminták vételét is szükséges elvégezni. Ennek azonban sok esetben eszköz- és létszámbeli akadályai vannak, mint esetünkben is. Ezért ismervén a pontbeli ADCP függélymérések koordinátáit, a második mérési napon vettünk csak lebegtetett hordalékmintákat. A két mérési nap közti vízállásváltozás mindössze 8-10 cm volt, ezért a mért adatok biztonsággal elfogadhatók. A lebegtetett hordalék mintavétel módjában is változtattunk a korábbi mintázással szemben. Ugyanis 2008-ban szivattyús mintavevő (4. kép) segítségével a rögzített pontú áramlásmérés teljes függélyében vettek 10 l-nyi lebegtetett hordalékmintát, melynek eredményeként a hordalék függély menti eloszlásáról nem kapunk képet. Ezzel szemben a 2010-es mérés alkalmával ugyanazokban a függélyekeben - a vízmélységek függvényében - eltérő függély mélységekben vettünk, egyenként 10 l-nyi lebegtetett hordalék mintát, mellyel a hordalék függélymenti eloszlásán kívül, a függélysebesség eloszlás adatainak felhasználásával függélymenti hordalékhozam előállítására is képesek vagyunk. A vett mintákat talajmechanikai laboratóriumban szükséges kiértékelni, koncentráció és szemeloszlás meghatározásával, mely adatok birtokában a teljes szelvény menti hordalékhozam is számítható.

- 19 -

Sági Rajmund


Szivattyús lebegtetett hordalék mintavevő

Mederanyag mintavevő („Kajmánka”)

4. kép: Hordalék mintavételi eszközök

3.3.2

MEDERANYAG MINTAVÉTEL

A mederanyag mintavételből tudjuk meghatározni a vizsgált szakaszra jellemző mederanyag szemeloszlási görbét és jellemző szemcseméreteket, melyekből következtetni lehet meder ellenállására és annak elragadható képességére. Minden olyan függélyben mederanyagot kellet venni, ahol lebegtetett hordalék mintavétel is történt (itt jegyezném meg, hogy a 2010-es mérés alkalmával a meder sodorvonalában (3. függély) nem sikerült mintát vennünk, ezért csak 4 db mederminta került elemzésre). A mederanyag mintavételt az ATIKÖVIZIG saját műhelyében, a serleges mintavevő mintájára készült mederanyag mintavevővel („Kajmánka”) (4. kép) végeztük el. A mintavétel során 0,51,0 kg-nyi zavart mintát vettünk, amit a VIZIG laboratóriumában kellet kielemeznünk. 3.3.3

MEDERVÁNDORLÁS MÉRÉS

Ezen mérési eljárás alkalmazásával a meder vándorlásának sebességére tudunk számszerű becslést adni az adott vízjárási állapotokban. A vizsgálathoz a rögzített pontú függélymérések adatait használtam fel a következő formában. Az ADCP áramlás- és mélységmérő műszer rendelkezik egy ún. Bottom Tracking funkcióval, mely segítségével képes a meder relatív elmozdulása alapján számítani a csónak elmozdulását (megtett útját). Laza mederben a meder (görgetett hordalék) mozgása miatt úgy érzékeli, mintha a csónak mozogna, pedig az fixen, lehorgonyozva áll. Így az ADCP által vélt elmozdulás és a mérési idő hányadosaként számítható válik az adott függélyben lévő medervándorlási sebesség. 3.3.4

HOSSZ-MENTI DŰNEMÉRÉS (ADCP-VEL)

A keresztszelvény menti mederletapogatás során nem kapunk részletes képet a meder hosszmenti alaktani változékonyságáról. Az interpolációs eljárás során ugyanis a két keresztszelvény közti ismeretlen rész a szelvénypont magasságok alapján „kisimítódik”, holott a domború partok mentén bizonyos dűneformációkat feltételeznénk a Tisza finom

- 20 -

Sági Rajmund


homokmedrű anyagából kifolyólag. Ezen formációk ugyan nem befolyásolják számottevően a víz mozgását és a meder alakulását, a mederérdességet azonban igen, ezért szükséges ezen értékek számszerűsítése is. A 2010-es mérés kapcsán erre gondolván, egyfajta módszertani bővítéssel kívántunk élni a „hidromorfológia” című projekt során korábban előirányzott vizsgálati paraméterek tekintetében. Ezen dűneformációk kimutatására hosszirányú mozgóhajós ADCP mederfelmérést készítettünk az mélységmérő funkciójának kihasználásával. Mind a jobb, mind a bal part közelében, valamint a középvonalban is felmérésre került a mintaszakasz. 3.3.5

ISZAPVASTAGSÁG MÉRÉS

Az iszapvastagság mérésével képet kaphatunk a mederből felkavart és lebegtetett formában szállított, majd kiülepedett finomabb hordalékfrakcióik szelvény menti eloszlására. Ez a későbbiekben kapcsolatba hozható a lebegtetett hordalék és mederanyag szemeloszlások görbéinek szelvénymenti változásaival. Ha a mederfenék nem kemény, hanem iszappal borított, akkor meg kellett mérni a lágy iszap vastagságát. A mérést a hordalékmérésre kijelölt szelvényben kell elvégezni. A mérés szondarúddal történik, a mélységmérésnek megfelelően, egyszer tárcsával (az iszapfelszínig), majd pedig tárcsa nélkül (ameddig a rúd gyenge nyomásra lehatol). A két mérés különbsége az iszapvastagság.

3.4 KÖRNYEZETI FELMÉRÉS Ezen felmérési rész nem méréseken, hanem megfigyeléseken és fényképes felvételek dokumentációján alapszik. E pontban jegyezzük fel és térünk ki azon, - a két felmérés közötti bekövetkezett – állapotváltozást okozó hatásokra, amik jelentősen befolyásolták az élőhely és hidromorfológiai állapotjellemzők megváltozását. A felmérésben ki kell tehát térni a vizsgált szakaszra vonatkozó hidromorfológiai (terepviszonyok, medervonalazás, kanyarviszonyok, meder/hullámtér viszony, mesterséges beavatkozások stb.) és a növényzet állapotára (zónaszerkezet, vízfelület benőttsége, hullámtéri/parti sáv jellege) vonatkozó jellemzésre, amelyek megváltozásait követnünk kell. Majd részletes helyszínrajzon szerepeltetni kell a vizsgált szakasz minden olyan jellemzőjét, ami a hidromorfológiai állapot megítélését segítheti és a későbbi vizsgálatok szempontjából összehasonlítási alapot képez.

- 21 -

Sági Rajmund


4. MÉRÉSI ADATOK FELDOLGOZÁSA A terepi méréseket követő feladatom a mintavételi adatok feldolgozása volt, mely jellemzően a lebegtetett hordalék és mederanyagok minták kiértékelését jelentette, azok tömegének (töménységének) és szemeloszlásának meghatározását.

4.1 LEBEGTETETT HORDALÉK KIÉRTÉKELÉS 4.1.1

LEBEGTETETT HORDALÉK TÖMÉNYSÉGÉNEK MEGHATÁROZÁSA

A 25 db 10 l-es kannákban beérkezett vízmintákhoz először pelyhesítőszert (ammóniumhidroxidot, NH4OH) adagoltunk, majd 24 órán át nyugalomban tartottuk, hogy a lebegő hordalék teljes mennyisége leülepedhessen. Ezt követően a megtisztult vizet gumicső szivornyán keresztül óvatosan leszívtam, ügyelve, hogy a leülepedett hordalékot fel ne kavarjam (5. kép). A kanna alján maradt hordalékos vizet - a már előre táramérlegen (5. kép) lemért - lepárlócsészékbe öntöttem (közben gondosan ügyelven a helyes feliratozásukra), és szárítószekrényben (5. kép) 105 oC-on tömegállandóságig szárítottam. A szárítás befejeztével a csésze (5. kép) újbóli lemérésével (most már a hordalékkal együtt) számíthatóvá vált a hordalék tömege és így a koncentrációja.

Tiszta víz elkülönítés

Táramérleg

Kiszárított lebegtetett hordalékminták

Szárítószekrény

5. kép: Hordaléktöménység meghatározásához szükséges folyamatok és eszközök

- 22 -

Sági Rajmund 4.1.2


LEBEGTETETT HORDALÉK SZEMELOSZLÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSA

A szemeloszlás meghatározásához a kiszárított hordalékminta tömegének legalább 0,1 g-nak kell lennie. A hordalékminta 0,15 mm-nél nagyobb szemcséjű részének szemeloszlását szitálással kell meghatározni az erre vonatkozó talajmechanikai előírások betartásával Az ennél kisebb szemcsék részarányát ülepítéssel kellet megállapítanunk. Az ülepítési vizsgálatot a Papfalvy-féle ülepítő (6 .kép) berendezéssel végeztük el, melynek legfőbb méreteit és kalibrálásának leírását a VMS 231/8-82 tartalmazza. Az ülepítés megkezdése előtt a tömegállandóságig szárított hordalékmintából kis porcelántálba ki kellett mérni 0,2-0,5 g (minimális mennyiség 0,1 g) anyagot. A vizsgálathoz 68 ml/10 l 25%-os technikai minőségű ammónia oldatot tartalmazó desztillált vizet szükséges volt használni, majd pár csepp oldattal a kimért anyagot csomómentesre kellett keverni. Az ezt követő ülepítési vizsgálatot nem részletezem, annak részletes leírását ugyancsak a VMS 231/8-82 tartalmazza. Az ülepítést követően a hordalékokmintákat tömegállandóságig kellett szárítani, majd az egyes szemnagyságokhoz tartozó tömegszázalékot a megmért tömegek alapján kellett meghatározni, figyelve arra, hogy a tömeg-százalékok kiszámítása során nem a vizsgált anyagminta kezdeti tömegét, hanem a megmért tömegek összegét kellet alapul venni.

Papfalvy-féle ülepítő berendezés

Szitasor rázógéppel

6. kép: Hordaléktöménység meghatározásához szükséges folyamatok és eszközök

A feldolgozás során kapott eredmények a dolgozat 5.3.1 és 5.3.2 pontjaiban kerülnek bemutatásra és jellemzésre.

4.2 MEDERANYAG MINTA KIÉRTÉKELÉS 4.2.1

MEDERANYAG SZEMELOSZLÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSA

A mederanyagok szemeloszlásának meghatározásához vegyes eljárást alkalmaztunk. Ez azt jelentette, hogy a mederanyagot először egy rázógéppel egybeépített szitasoron (6.kép) frakcionáltuk, majd a legkisebb lyukméretű (0,063 mm) szitasoron átesett mederanyag szemeloszlását a fentebb részletezett ülepítéses eljárással határoztuk meg. Első lépésként a szitasor befogadó méretéhez igazított mederanyag mennyiséget a 105 oC-os szárítószekrényben tömegállandóságig kiszárítottuk, majd a szitasorba helyezve összeráztuk. A szitálás végén az egyes szemcseméreteken fennmaradt tömegeket és a maradékot lemérve,

- 23 -

Sági Rajmund


meghatározhatóvá vált az egyes frakciókhoz tartozó fennmaradt tömegszázalék. Ebből aztán könnyedén számíthatóvá vált az egyes frakciókhoz tartozó átesett tömegszázalékok értékei. A szitasor legkisebb lyukméretén átesett mederanyag szemeloszlását ülepítéssel határoztuk meg. Azonban megjegyzendő, hogy mivel az ülepítéses eljárással maximum csak 0,5 g anyag mérhető, ezért az eljárás végén az eredményül kapott fennmaradt tömegeket a maradék tag nagyságára kellett emelni, hogy a szitálás eredményeivel együtt ábrázolható legyen egy közös szemeloszlási diagramon.

- 24 -

Sági Rajmund


5. HIDROMORFOLÓGIAI MÉRÉSEK ÉRTÉKELÉSE ÉS BEMUTATÁSA

EREDMÉNYEINEK

E pontban szeretném bemutatni, hogy a végrehajtott mérésekkel hogyan és milyen hidromorfológiai paramétereket számszerűsíthettünk, illetve, hogy a 2008-as és 2010-es évék eltérő vízjárási állapotai és a felmérések módjában eszközölt változtatások során, kapott eredmények közötti milyen kapcsolatok, eltérések, összefüggések állíthatók fel. A számításaimhoz és vizsgálataimhoz MS Office Excel és TecPlot nevű adatfeldolgozó és megjelenítő szoftvereket használtam fel.

5.1 GEODÉZIAI -ÉS MEDERFELMÉRÉS EREDMÉNYEI 5.1.1

REFERENCIA VÖLGYSZELVÉNY

A 2008-as szintezéssel és a 2010-ben RTK GPS-szel való magasságmérés eredménye 5. ábrán látható. Tisza - 210+400 fkm Referencia völgyszelvény változások

90

Magasság [Z, mBf]

B.p. töltéskorona

J.p. töltéskorona

85 Bal parti hullámtér

Jobb parti hullámtér

80 VSZ_2010 75

VSZ_2010=76,27mBf Q_2010=582 m3/s

70

VSZ_2008=75,74mBf Q_2008=479 m3/s

65 0

100

200

Ref_2008

300

400

500

Ref_2010

600

700 800 900 1000 Távolság (bal parttól) [m]

VSZ_2008

VSZ_2010

5. ábra: Referencia völgyszelvény változása 2008-2010 között

Az ábráról megállapítható, hogy az RTK GPS-szel kapott eredmény jól illeszkedik a 2008-as felmérésre, ami azt jelenti, hogy számottevő feltöltődés a hullámtéren nem jelentkezett. A jobb parti hullámtéren látszólag feltöltődés mutatkozik, azonban ez csak a 2010-es ritkább magassági felméréséből adódott, az első magassági pont csak ~ 200 m-re lett felvéve a partéltől. Ezen okulva a jövőben sűrítendő. A folyó vonalvezetéséből adódóan (enyhe jobb ívben helyezkedik el) a bal part fele szorul az áramlás, melyet jelöl a mederszelvény bal parti kimélyülése, utalva a nagyvízi sodorvonal helyzetére is. Jelentéktelen, ám de bal part irányába mutató rágódása látszik a sodorvonalnak, illetve a jobb part meder mélyülése is megfigyelhető. Ezekből azonban messzemenő következtetés. - 25 -

Sági Rajmund

5.1.2


MEDERSZAKASZ

A mederszakasz terepmodelljének előállításához első lépésként elő kellet állítani egy a szakaszt kellő sűrűséggel lefedő rácshálót, melyet SMS 8.1 program segítségével valósítottam meg. Ennek eredményeket egy ~ 3,5x3,5 méteres hálót hoztam létre a vizsgált szakaszra. A következő lépés az volt, hogy az így előállított rácshálóra interpoláljam a mozgóhajós cikkcakk ADCP mélységmérések adatit. Ehhez olyan programot használtam fel, mely képes olyan interpolációs eljárás elvégzésére is, ami figyelembe veszi az adatok keresztszelvény mentén végrehajtott felmérését. Ehhez a SSIIM morfodinamikai modellt használtam fel. Az alkalmazott interpolációs eljárás az ismeretlen magasságú pontra úgy határoz meg magassági értéket, hogy veszi a hozzá két legközelebb eső alsó és felső felmért keresztszelvény magasságát és lineáris interpolációt végez a távolság függvényében (Baranya 2009). Az eljárással az áramlás irányára jól illeszkedő, a valósághoz legjobban közelítő medermodellt kapunk (6. ábra).

6. ábra: Medermodell készítés (balról: ADCP felmérés, középen:generált rácsháló, jobbról:medermodell)

Mielőtt rátérnék a szakaszt jellemző mederformák jellemzésére, előtte szeretnék rámutatni a korábban már említett, a mederletapogatás nyomvonalából adódó, a medermodell előállítása során kialakuló interpolációs hibák okozta part menti torzulásokra. Ahogy az a 7. ábrán is látható, a 2008-as felmérés során (4. ábra) a part mentén nem haladt el a mérőhajó, csak cikkcakk szerűen „bekötött” a partokhoz. Ennek eredményeként a valóságra nem jellemző, cirádás partvonalak alakultak ki, szemben a 2010-es, a partok mentén végighaladó mérés adataiból előállított medermodell partvonalával szemben. Továbbá az is megjegyzendő, hogy a 2010-es felmérés módszerének alkalmazásával (4. ábra) fele olyan hosszú út bejárásával is előállíthatóvá válik ugyan az a részletes medermodell, mint ami a 2008-as felmérés adataiból előállt, és csak fele annyi időt venni igénybe a szakasz felmérése.

- 26 -

Sági Rajmund


7. ábra: A mederletapogatás nyomvonalából adódó mederfelületbeli különbségek

A következő ábrán (8. ábra) a két felmérés közti mederváltozást szeretném bemutatni. A különbségtérkép előállításakor úgy jártam el, hogy a 2010-es rácshálóra interpoláltam a 2008as felmérés mélység adatait. A két azonos alapú rácsháló segítségével a különbségtérkép könnyen elkészíthető. A skála felbontását úgy állítottam, hogy csak a fél méternél nagyobb mederváltozások látszódjanak. Az ábráról megállapítható, hogy jelentős mederváltozás nem tapasztalható. A partok mentén kialakult mederváltozásokra mind az eltérő vízjárás állapot, mind pedig a mederfelmérés módszeréből adódóan - a korábban említett part menti interpolációs hibák okozta eltérések miatt - nem lehet jellemzést készíteni.

8. ábra: Mederfelület és mederkülönbség térképek

A szakasz felső részénél azonban jól látható helyi kimélyülés figyelhető meg. Sőt az is megfigyelhető, hogy ez a helyi kimélyülés a bal part felé elmozdult, ezért ennek részletesebb vizsgálatához keresztmetszeteket készítettem a területről (9. és 10. ábra). Ezekből megállapítható, hogy a legintenzívebb mederrágódás a legfelső szelvényben jelentkezik. Amellett, hogy fenékszintje közel 10 m-t mozdult a bal part irányába és ez alatt kb. 0,5-1,0 mrel vált mélyebbé, a part vonala ehhez hasonlóan ~ 4 m-t berágódott. Majd ez a tendencia

- 27 -

Sági Rajmund


folyamatosan csökken a legalsó szelvényig, ahol már szinte lényegi változás nem mutatható ki.

9. ábra: A keresztszelvény metszetek helyei Keresztszelvény változások 78

76

76 Magasság [Z,mBf]

Magasság [Z,mBf]

Keresztszelvény változások 78

74 72 70 68 66

74 72 70 68 66

64

64

0

20

40

60

1. ksz_2010

80

100

1. ksz_2008

120 140 160 Távoság (ref. ponttól) [m]

0

20

40

80

100

3. ksz_2008


Keresztszelvény változások

Keresztszelvény változások 78

78

76

76 Magasság [Z,mBf]

Magasság [Z,mBf]

60

3. ksz_2010

74 72 70 68 66

74 72 70 68 66

64

64 0

20

40

60

2. ksz_2010

80

100

2. ksz_2008


0

20

40

4. ksz_2010

60

80

100

4. ksz_2008


10. ábra: A helyi kimélyülésben vett keresztszelvény változások

5.1.3

VÍZSZÍNESÉS

A mérési adatok feldolgozása során megállapítható volt, hogy a mindszenti vízmérce „0” pontjának balti feletti magassága a bejegyzetthez képest nem változott, így kellő biztonsággal felhasználható a róla leolvasott és az automata vízszintregisztráló által szolgáltatott rögzített adatok. A feldolgozás eredményeit az lentebbi két táblázatban közlöm:

- 28 -

Sági Rajmund


Hkorr=

172 cm

Q= 582 m3/s 2010 Z Távolság Vízfelszín esés mB.f. fkm cm/km Mércéről leolvasott 76,54 217,7 3,60 RTK GPS-szel bemért 76,28 210,4 2. táblázat: 2010-es év jellemző adatai Hkorr=

107 cm

Q= 479 m3/s 2008 Z Távolság Vízfelszín esés mB.f. fkm cm/km Mércéről leolvasott 75,89 217,7 2,10 Szintezéssel bemért 75,74 210,4 3. táblázat: 2008-es év jellemző adatai

5.2 VÍZHOZAM -ÉS ÁRAMLÁSMÉRÉSEK EREDMÉNYEI 5.2.1

KERESZTSZELVÉNYBEN VÉGREHAJTOTT ADCP VÍZHOZAMMÉRÉS

Az ide vonatkozó adatok az 5.1.3. ponthoz tartozó 2. és 3. táblázatokban olvashatók. 5.2.2

RÖGZÍTETT PONTÚ ADCP MÉRÉSEK

Első lépésben 11. ábra segítségével szemléltetni szeretném a mérések alkalmával végrehajtott felméréseket, köztük a fix pontú ADCP függélysebesség mérések helyeit is.

11. ábra: A 2010-ben és 2008-ban az expedíciós mérések alkalmával végrehajtott felmérések

- 29 -

Sági Rajmund


A rögzített helyű, hosszú idejű mérési adatokból előállíthatók a teljes mérési időre vonatkozó átlagsebesség profilok. Ehhez a művelethez minden egyes rétegben a mért sebesség-idősorból kellett képezni az átlagértéket. A 12. ábra egy kiragadott függélyben a ~5 percre számított sebességátlagokat mutatja, megjelenítve az irodalomból átvett, hosszúidejű sebességekre illesztett logaritmikus profilt is (bal oldali ábra) az illeszkedés jóságának feltüntetésével, és ugyan ez szemilogaritmikus ábrán is ábrázolva (jobb oldali ábra) . Függélymenti sebességeloszlás szemilogaritmikus ábrája

Függélysebesség eloszlás 9

ln(Z) (m)

10 8 8 7

y = 9E-05e 13.065x R2 = 0.8746

Z (m)

6

6

y = 13.065x - 9.319 4

5

2

4

0

U (m/s) -0.5 -2

2

-4

1

-6

0.5

1

1.5

-8

0 -0.5

0

3

0

v (m/s)

0.5

1 -10

1. függ. seb. pontok_2010 Expon. (1. függ. seb. pontok_2010)

Ln(Z)-U adatsor párosok

Lineáris (Ln(Z)-U adatsor párosok)

12. ábra: Rétegenként átlagolt sebességadatok és arájuk illesztett logaritmikus sebesség profil

Az áramlás erős turbulens jellegéből adódóan a rétegenként átlagolt sebességekre illesztett logaritmikus görbe jósága a várt korreláltsághoz képest gyengébb, ezért a legközelebbi függélymérések alkalmával szükséges lehet a mérési időtartamot megduplázni, hogy ebből fakadó bizonytalanság ne terhelje a majdan számítandó paraméterek értéket. A további vizsgálatoknál a logaritmikus profilra és az összes abból számolható jellemzők kiszámítására a hivatkozott irodalomban található összefüggéseket használtam fel (BME VVT 2009). Turbulens határrétegszerű áramlás (érdes mederfenék esetén) viszonyaira a függély menti sebességeloszlás (alakja) az alábbi összefüggéssel írható le (Elder 1959) (ha a sebességek szemilogaritmikus ábrán vannak ábrázolva):

u(Z ) 

 u

u z  ln K Zo

 U ( Z )  ln( Z 0 )  ln Z

=

Ax  B  y  Ebből tehát: A 

 u

; B  ln( Z 0 ) ; y  ln Z

x  U (Z )

Ahol: Z0 = hidrodinamikai érdesség magasság Z = adott cella mederfenéktől való távolsága - 30 -

Sági Rajmund


= cellára jellemző sebesség (adott mélységben) = fenékcsúsztató sebesség = Kármán féle állandó (0,4)

u(Z) u* K

Ezt átrendezve igaz az alábbi kapcsolat: 

Z  Z0  e

u

u

.

A nyílt felszínű turbulens áramlásokra jellemző függély menti sebességeloszlás alakjából kvantitatív becslés adható a mért pontban jellemző érdességmagasságra és fenékcsúsztatósebességre. Az előbbi paraméter a meder vizsgált pontjának a mederanyag összetételéből, valamint a mederformákból adódó makro-érdességét reprezentálja, míg utóbbi a fenék közeli áramlási sebességek okozta nyírófeszültség mértékét jelzi. A függélymenti sebességeloszlás szemilogaritmikus ábrájának az átlagolt sebességekre illesztett regressziós egyenes A paraméterének értékekből számolható ki a függélyhez tartozó fenékcsúsztató-sebesség értéke (u*) (13. ábra), melyből származtatható a fenékcsúsztatófeszültség (τ) (13. ábra értéke is, továbbá a B paraméteréből pedig számolható a mederanyag összetételéből adódó érdesség:

B  ln( Z 0 )  Z 0  e B

A



 u 

u

u 

 A

 w

  u 2   w Ahol: A u* τ ρw

= szemilogaritmikus sebességprofilra illesztett regressziós egyenes meredeksége = fenékcsúsztató sebesség (m/s) = fenék-csúsztatófeszültség (N/m2) = víz térfogatsűrűsége (kg/m3)

Mérési adatok hiányában a fenékcsúsztató-feszültség nagyságrendi becsléséhez az alábbi képlet használható:

 becslés   w  g  h  S Ahol:

τbecslés = fenék-csúsztatófeszültség (N/m2) ρw g

= víz térfogatsűrűsége (kg/m3) = nehézségi gyorsulás (m/s2)

- 31 -

Sági Rajmund h S


= vízmélység (m) = energiavonal esése (~5 cm/km)

A kiválasztott függélyemre kapott eredmények: 8,97*10-5 m 0,0306 m/s 0,937 N/m2 3,112 N/m2

Z0 u*

τ τ(becsült)

Megállapítható, hogy a τbecslés értéke közel háromszor nagyobbra adódott, mint az általunk számított fenékcsúsztató-feszültség, így Tisza esetében nem alkalmazató (ismervén a többi függély feszültségértékek közti eltérést) megbízhatóan az eljárás (képlet) mérés hiánya esetén. Logaritmikus sebességprofilból számított fenékcsúsztató-sebesség szelvény menti eloszlása Tisza 210+400 fkm referencia keresztszelvény 2008-as és 2010-es évek 0.10

106

0.09

101

0.08

91

0.06 0.05

86

0.04

81

Magasság [Z, mBf]

Fenékcsúsztató-

sebesség [u*, m/s]

96 0.07

0.03 76 0.02 71

0.01 0.00 0

20

40

60

80

100

120

140

66 160

Távolság (bal parttól) [m] 1. függély_2008

2. függély_2008

3. függély_2008

4. függély_2008

5. függély_2008

1. függély_2010

2. függély_2010

3. függély_2010

4. függély_2010

5. függély_2010

Fenékszint_2008

Fenékszint_2010

Logaritmikus sebességprofilból számított fenékcsúsztató-feszültség szelvény menti eloszlása Tisza 210+400 fkm referencia keresztszelvény 2008-as és 2010-es évek 106

8

101

7 96 6

Magasság [Z, mBf]

Fenékcsúsztató-feszültség [T*, N/m2 ]

9

91

5 4

86

3

81

2

76 1 71

0 -1 0

20

40

60

80

100

120

140

66 160

Távolság (bal parttól) [m] 1. függély_2008

2. függély_2008

3. függély_2008

4. függély_2008

5. függély_2008

1. függély_2010

2. függély_2010

3. függély_2010

4. függély_2010

5. függély_2010

Fenékszint_2008

Fenékszint_2010

13. ábra: Referencia szelvény menti fenékcsúsztató-sebességek és feszültségek értékei

- 32 -

Sági Rajmund


A 13. ábrán jól kivehető, hogy a sodorvonal közelében jelentősen megnőnek az értékek, ezt is vártuk, míg a gyengébb áramlások miatt a partok felé csökkenő értékek alakulnak ki. A rögzített pontú mérések esetében elsősorban a teljes mérési időre vett átlagértékeket használjuk fel. A mérési pontokra jellemző függély menti sebességeloszlás alakjából az áramlási irányok, nagyságok és az előzőekben bemutatott paraméterek adhatók meg. A mérési tervben előirányzott függély kiosztás elegendő számú ahhoz, hogy a származtatott jellemzők hossz- és keresztirányú változásai már kimutathatók legyenek, valamint hozzájárul a mozgóhajós mérésekből számított eloszlások ellenőrzéséhez. A mintaszakaszon elvégzett mérésekből kapott sebességeloszlásokat a 14. ábra mutatja. .

14. ábra: A teljes mérési időre átlagolt sebességvektorok cellarétegenkénti nagysága és iránya

Az ábrán is jól láthatóan, a vizsgált szakaszunk áramlását a meder enyhe íve határozza meg, ennek megfelelő csavaráramlási struktúrák mutathatók ki a hosszidejű rögzített mérésekből. De meg lehet azt is figyelni, hogy egy-egy lokális medergeometriai hatás (középső szelvény bal parthoz legközelebbi függély) miként módosítja az áramlást (16. ábra) (ezek természetesen szoros kapcsolatban és kölcsönös viszonyban vannak egymással). Megfigyelhető, hogy a bal partnál erős áramlás (vektorok nagysága), míg a domború oldalon (rá jellemzően) egy lassú (főáramláshoz képest) áramlási zóna mutatkozik. Sőt azt is tapasztaljuk, hogy a felső szelvényben kimutatható csavaráramlás hatására egy másik, kisebb csavaráramlás is kialakul a jobb part mentén (15. ábra). A szakirodalmakban mát többen is megfigyelték ezt az ún. kétcellás áramlás jelenségét (K. Blanckaert és H. J. de Vriend 2003, Robert I. Ferguson és Dan R. Parsons 2003), azonban ezen szakirodalmak olyan esetről nem mutattak be példát, amikor a csavaráramlás a domború parton alakul ki. Feltételezésünk szerint a nagy impulzussal érkező főáramlás (és abban az ívnek megfelelő szekundér áramlás) fogaskerékszerű mechanizmussal képes létrehozni a sekélyebb, lassabb áramlási zónák ellenkező értelmű szekundér struktúráját.

- 33 -

Sági Rajmund


15. ábra: Kétcellás áramlást kimutató sebesség vektorok a felső szelvényben

A felső ábrán, mint látható a jelenség nem egy egyszeri észlelés eredménye, hanem 2008-ban, a Tisza egy kisebb vízhozamánál is kimutatható volt, bár kisebb mértékben. A korábban jellemzett és bemutatott helyi kimélyülés is utal az erős áramlás jelenlétére.

16. ábra: A partviszonyok hatására kialakuló helyi csavaráramlás

- 34 -

Sági Rajmund


A fenti ábrát azért készítettem, hogy rámutathassak arra, hogy egy folyó áramlását bizonyos helyi hatások milyen látványosan befolyásolhatják. Látszólag semmi nem indokolja a szélső függély mély zónájában az áramlás elcsavarodását, amit a mellette lévő függélysebesség eloszlások sem támasztanak alá, azonban mind a két vízjárási állapotban is kimutatható a jelenléte. Ez csak valamilyen helyi hatással magyarázható. Találgatásokba nem bocsátkoznék, de véleményem szerint a part megnövekedett íve és a fentebbi kimélyülésből felszükó vizek együttes hatása okozhatja. 5.2.3

MOZGÓHAJÓS ADCP MÉRÉSEK (CIKK-CAKK) MÉRÉS

A mozgóhajós - cikk-cakk útvonalat bejáró - ADCP felméréssel egy „pillanatképet” kapunk az áramlási viszonyokról az adott vízjárás állapotára. A felmérés során rögzített „nyers” sebességnagyságokat a 17. ábra mutatja. A nagy időbeli felbontás miatt és az áramlás turbulens jellegéből adódóan a pillanatnyi sebességek nagy szórást mutatnak. Korábbi tapasztalatok és kutatási eredmények (Baranya et al. 2008) alapján belátható, hogy az adatok alkalmasak a vízhozam meghatározására, azonban az itt elvégzett számításokhoz és további adatfeldolgozási lépésekhez a sebességeken bizonyos mértékű simítást hajtottunk végre. Az eljáráshoz egy azonos súlyú, 20-as mozgóátlagot használtam fel, az ablak mértékét pedig korábbi vizsgálatok alapján vettük fel. Az ily módon elvégzett szűrés a mérőhajó mozgásából adódóan mind tér mind időbeli szűrést jelent. A simítás után kapott sebességeloszlást 17. ábra mutatja be.

17. ábra: A mért (bal) és simított (jobb) mozgóhajós ADCP sebességadatok axonometrikus megjelenítése

Az adatok szűrésével a különböző sebességű zónák már jól elkülöníthetővé válnak. Egyértelműen látszik, hogy a sodorvonal a folyó vonalvezetéséből következően a bal part felé szorul, illetve ezen a szakaszon figyelhető meg a sebességek átrendeződése a nagyobb sebességű zónák beszőkülésén keresztül. A nagy tér- és időfelbontású mérési adatok tehát részletes képet adnak az áramlási képről, a mért sebességek alapján egy, az adott szakaszra és a mérés idejére jellemző sebességtest is definiálható. A térbeli sebességadatok függély menti átlagértékeit képezve előállítható a sebességek kétdimenziós területi eloszlása, mellyel ugyan elveszítjük az információt a sebességek mélység menti változásáról, de néhány speciális esettől eltekintve a mélységátlagolt leírás jó képet ad a folyószakaszok áramlási viszonyairól. A sebességek területi eloszlása közvetlen kölcsönhatásban van a mederalakkal, vagyis a medermorfológiával, így azonos vízjárási állapotok mellett elvégzett ADCP mérésekből a morfológiai változásokra is megfogalmazhatók következtetések.

- 35 -

Sági Rajmund


A vízmélységek mellett az áramlási sebességek nagysága az egyik fő indikátora az élőhely jellemzésnek, a két paraméter kombinálásával már elvégezhetővé válhatna az adott vízjárásra és a kiválasztott élőlényekre vonatkozó élőhely alkalmassági jellemzés (ezt az idő rövidsége miatt sajnos nem sikerült elkészítenem, azonban fontosnak tartottam itt megemlíteni). A leírtakból megállapítható, hogy a mérések során előirányzott áramlásmérési eljárások jól illeszkednek a Víz Keretirányelv előírásaihoz, és a hidromorfológiai állapotleírás mellett közvetlen kapcsolat alakítható ki a környezeti állapotértékeléssel.

5.3 MORFOLÓGIAI MÉRÉSEK EREDMÉNYEI 5.3.1

LEBEGTETETT HORDALÉK

Elsőként a mintavételi függélyek elhelyezkedését szeretném szemléltetni a 18-as ábrával. Lebegtetett hordalék és mederanyag mintavétel függély kiosztások Tisza - 210+400 fkm referencia keresztszelvény 2010. október 12. 82 Bal part

Jobb part

80

Magasság [Z, mBf]

78

76

74

72 VSZ_2010=76,27mBf Q_2010=582 m 3/s

70

VSZ_2008=75,74mBf Q_2008=479 m 3/s

68

66 -20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Távolság (bal parttól) [m] Ref_2010 3. függély pontok_2010 VSZ_2008 4. függély_2008 1. füg_mederanyag_2010 2. füg_mederanyag_2008

VSZ_2010 4. függély pontok_2010 1. függély_2008 5. függély_2008 2. füg_mederanyag_2010 4. füg_mederanyag_2008

1. 5. 2. 6. 4. 6.

függély pontok_2010 függély pontok_2010 függély_2008 függély_2008 füg_mederanyag_2010 füg_mederanyag_2008

2. függély pontok_2010 Ref_2008 3. függély_2008 7. függély_2008 5. füg_mederanyag_2010

18. ábra: Lebegtetett hordalék és mederanyag mintavételek függély menti kiosztása 2008-ban és 2010-ben

A következőkben - az adott vízjárásra jellemző - függélymenti- és szelvénymenti hordalékhozam meghatározásához szükséges számításokat mutatom be. (Itt újból megjegyezvén, hogy a két terepi mérés során alkalmazott eltérő mintavételi eljárás miatt csak a 2010 mérés eredményeit lehetett részletesen kielemezni.) A korábbi pontban már ismertetett mélység menti sebességeloszlás előállítása után a laboratóriumban kiértékelt függély menti töménységadatokból elő kellett állítanom a sebességmérés mélységeiben jellemző hordaléktöménység adatokat lineáris interpolálással. Mind a sebességeloszlás, mind a töménység eloszlás adatokat ki kellett egészíteni a

- 36 -

Sági Rajmund


mederfenék és a vízfelszín közelében érvényes értékekkel. A két sebességadatot az illesztett logaritmikus profilt leíró függvény segítségével tudtam előállítani: Ax  B  y  x 

yB (, ahol x  U (Z ) ) A

A lebegtetett hordalék töménység adatokra is szükség volt ugyanebben a két pontban, amihez a következőképpen jártam el: a vízfelszín közeli rétegben a legfelső mért töménység érték vettem, a mederfenék közelében pedig számítottam egy ún. egyensúlyi lebegtetett hordalék koncentrációt (ca) van Rijn-féle összefüggéssel (lásd később). A van Rijn-féle összefüggés a töménységet (ca-t) térfogatarányban adja meg, ezért ahhoz, hogy valós töménység értéket kapjunk a hordalék sűrűségével (ρs = 2650 kg/m3) azt be kellet szorozni. A függély menti hordalékhozamot (19. ábra) az áramlási sebesség és a hordaléktöménység szorzatával képezzük, minden mélység menti rétegre. qc( z)  c( z)  v( z) Függélymenti hordalék koncenráció eloszlás

Függélysebesség eloszlás

10

10

9

9

8

8

y = 0.0941e 5.2428x

7

7

6 Z (m)

Z (m)

6 5 4

4

3

3

2

2

1

1 0

0 -0.5

5

0

0.5

1

0

v (m/s)

4 6 3 c (g/l v. kg/m )

Mért hordalék koncentráció

Felsz. és fen. köz. seb.

Expon. (2. Füg. seb.)

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

0.5

1

1.5 2 qc (kg/m/s)

2.5

3

3.5

Számított fajlagos hordalékhozam adatok

19. ábra: A 2.függélyben előállt fajlagos lebegtetett hordalékhozam eloszlás

- 37 -

8

Interpolált hord. konc.

Felsz. és fenék köz.hord. konc.

Fajlagos hordalékhozam függély menti eloszlása

10

Z (m)

2. Füg. seb.

2

10

Sági Rajmund


Az egyensúlyi lebegtetett hordalék koncentráció (ca) meghatározása van Rijn-féle (1984) empirikus összefüggéssel:

c a  0.015

   c     c 

1.5

d 50  ( s ) 1 / 3 0.3 a     ( s   w )g   d 50    2    w  

Ahol: ca = egyensúlyi hordalék koncentráció (g/l = kg/m3) d50 = a kapott hordalékminta szemeloszlási görbéjén az 50%-hoz tartozó szemátmérő a = egy vonatkoztatási szint, ami itt az érdesség-magassággal egyenlő (az egyensúlyi hordalék koncentráció távolsága a mederfenéktől (m) τ = fenék-csúsztatófeszültség (N/m2) τc = kritikus fenék-csúsztatófeszültség (, melynél megindul a hordalékmozgás- Shieldsdiagram alapján (N/m2) ρw = víz térfogatsűrűsége (kg/m3) ρs = hordalék térfogatsűrűsége (kg/m3) g = nehézségi gyorsulás (m/s2) ν = víz kinematikai viszkozitása (m2/s) A fajlagos hordalékhozam függély menti eloszlás profiljának ismeretében számoltam a függélyre jellemző fajlagos hordalékhozamot (q) az adatok függőleges mentén való Z

integrálásával qleb   c( z )  v( z )dz . Ehhez célszerűen a téglalap-szabályt alkalmaztam. 0

A folyó teljes hordalékhozamának meghatározásához görgetett hordalékmérési adatokra is szükségünk lenne: Qteljes  Qleb  Qgör Ennek mintavételezése a 2 napos mérési expedícióba már nem félt bele. A korábbi tanulmányok viszont arra engedtek következtetni, hogy a szakasz hordalékhozamának csak töredéke az, ami görgetett hordalék formájában vesz részt, ezért ennek mennyiségét van Rijn (1984) által meghatározott empirikus formula segítségével becsültem:

q gör d

1.5 50

( s   w )g

w

   c     c 

 0.053 d

0.3 50

2.1

 ( s   w ) g    2   w 

0.1

- 38 -

Sági Rajmund

q gör  0.053

Ahol: qgör d50 τ τc ρw ρs g ν


   c     c 

2.1

0.3  (  s   w ) g  d 50   2   w 

0.1

1.5  d 50

( s   w ) g

w

= görgetett fajlagos hordalékhozam (kg/m/s) = a kapott hordalékminta szemeloszlási görbéjén az 50%-hoz tartozó szemátmérő (m) = fenék-csúsztatófeszültség (N/m2) = kritikus fenék-csúsztatófeszültség (, melynél megindul a hordalékmozgás- Shieldsdiagram alapján (N/m2) = víz térfogatsűrűsége (kg/m3) = hordalék térfogatsűrűsége (kg/m3) = nehézségi gyorsulás (m/s2) = víz kinematikai viszkozitása (m2/s)

A szelvényre jellemző teljes hordalékhozamot az egyes függély szélességek és a hozzájuk tartozó fajlagos hordalékhozamok szorzatösszegeként számítható. A kapott eredmény: Qleb Qgör

131,18 kg/s 0,07 kg/s 132,25 kg/s

Qteljes (számított)

Az eredmény az eddigi mérések (20. ábra) ezen vízállástartományához tartozó értékek középtartományába esik. Q-Hordalákhozam kapcsolati diagram TISZA_MINDSZENT 3500000

y = 2.2847x1.6643 R2 = 0.7378

3000000

Hordalékhozam [Q, g/s]

y = 518.64x - 142849 R2 = 0.6506 2500000

y = 0.0006x3 - 1.3574x2 + 1126.4x - 162953 R2 = 0.8415

2000000

1500000

1000000

500000

0 0

500

1000

1500

2000

2500

Vízhozam [Q, m 3/s] 2002-2009-es mérések

Hatvány (2002-2009-es mérések)

Lineáris (2002-2009-es mérések)

Polinom. (2002-2009-es mérések)

20. ábra: Körös torkolata alatti Tisza szakasz vízhozam-hordalékhozam kapcsolati görbéje

- 39 -

Sági Rajmund


További vizsgálataimat képezte a lebegtetett hordalékok koncentrációk- és szemeloszlások elemzése. A 21. ábrát szemlélve furcsa dolgot vehetünk észre, azt, hogy a 2010-es mérés alkalmával egy ~100 m3/s-al nagyobb vízhozammal rendelkező Tisza kb. fele akkora hordalék koncentrációval rendelkezik, mint 2008-ban. Ennek több magyarázata is lehetséges. Tudva lévő, hogy egy árhullám áradó vagy apadó ágában vett vízminta koncentráció tartalma teljesen más értéket mutat, ezért elképzelhető, hogy míg 2008-ban éppen egy áradó ágban, addig 2010-ben egy apadó ágában mintáztuk. Az is elképzelhető, hogy 2008-ban éppen a Kőrösön folyón vonult le egy kisebb árhullám, ami „zavart” okozhat a mért értékek tekintetében. Harmadik feltevésem, hogy a 2010-es év kiemelten csapadékos volta miatt jelentősebb felszín alatti hozzáfolyás táplálta a Tiszát, ami viszont hordalékhozamának növekedésében nem jelentkezett. (De lehet, hogy a mintavételezés nem volt egyenletes). Pontos megválaszolása további vizsgálatok elvégzését igényli, szükséges lesz a mintavételeket megelőző időszakok vízhozam-idősorainak elemzését mind a Tisza, mind a Kőrösön tekintetében elvégezni (idő és adatok hiányában ezt nem tudtam elvégezni). Mért függélyátlagolt lebegtetett hordaléktöménység eloszlás Tisza 210+400 fkm referencia keresztszelvény 2008-as és 2010-es évek 106 101 0.050 96 0.040 91 0.030

86 81

0.020

Magasság [Z, mBf]

Hordalék koncentráció [c, (g/l v. kg/m3]

0.060

76 0.010 71 0.000 0

20

40

60

80

100

120

66 140 160 Távolság (bal parttól) [m]

1. függély_2008

2. függély_2008

3. függély_2008

4. függély_2008

5. függély_2008

6. függély_2008

7. függély_2008

1. függély_2010

2. függély_2010

3. függély_2010

4. függély_2010

5. függély_2010

Fenékszint_2008

Fenékszint_2010

21. ábra: Függélyátlagolt lebegtetett hordalék koncentrációk szelvény menti eloszlása a két vízjárási állapotban

A következő két ábrán az ülepítéssel történő hordalék szemeloszlások néhány eredményét ábrázoltam. A mélység-menti szemeloszlások görbéi (22. ábra) nagyon jól alátámasztják azt a tényt, miszerint a fenék közelében a durvább, míg a felszín közelben finomabb frakciójú anyag előfordulása a jellemző. A 23. ábrán feltüntettem a 2008 és 2010-es évek felmérési eredményeiből előállított szelvénymenti lebegtetett hordalékra jellemző szemeloszlási görbéket. Megállapítható, hogy a nagyobb vízhozamnak, vízsebességeknek köszönhetően, a mederanyag finomabb frakcióinak

- 40 -

Sági Rajmund


felkavarodásával a lebegtetett hordalék szemösszetétele megdurvul. Ezt támasztja alá a szemcsék mennyiségének frakciókon belüli előfordulási gyakorisága is. Lebegtetett hordalék szemeloszlási diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2010. október 11. Agyag

Iszap finom

100

közepes

Homok durva

finom

Kavics

közepes

durva

közepes

finom

Átesett tömegszázalék [Si, %]

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.001

0.01 3/1. függély

0.1 3/2. függély

1

3/3. függély

3/4. függély

Szemcseátmérő [d, mm] 10

3/5. függély

3. függély átlag

22. ábra: A 3. függélyben vett lebegtetett hordalékminták mélységmenti szemeloszlási görbéinek eloszlása Függély átlagolt lebegtetett hordalék szemeloszlási diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2008-as és 2010-es évek Agyag

Iszap finom

100

közepes

Homok durva

finom

Kavics

közepes

durva

közepes

finom


90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.001

0.01

0.1

1

Szelvény átlag_2010

Szemcseátmérő [d, mm]

10


Függély átlagolt lebegtetett hordalék szemcseméret megoszlás diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2008-as és 2010-es évek Agyag

Szemcseméret frakció %-os megoszlása [P, %]

100

Iszap finom

közepes

Homok durva

finom

közepes

Kavics durva

finom

közepes

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.001

0.01

0.1


1



23. ábra: A 2008-as és 2010-es szelvényátlagolt lebegtetett hordalékok szemeloszlási görbéinek eloszlása és azok frakción belüli előfordulási gyakoriságaik

- 41 -

Sági Rajmund 5.3.2


MEDERANYAG

A szitálással és az ülepítéses eljárással vegyesen meghatározott tömegek eredményeit a 24. ábrával szemléltetem. A 2010-es mintavételezésnél megállapítható, hogy a sodorvonalban vett mederanyag volt a legdurvább (piros folytonos vonal), míg a finomabb mederanyagok a jobb part közelében helyezkedtek el (kék, lila vonalak). Ennek oka a nagyobb vízsebességek okozta szortírozó hatás. A durvább szemcsék maradnak, míg a finomabb szemcséket elragadva a víz a partok mentén méretüktől függően leülepednek. Megnyugtató volt továbbá az is, hogy a 2008-as mérésnél ugyan abban a jobb parti függélyben még finomabb anyag volt jelen (lila szaggatott vonal). Mindkét vízjárási állapotban a mederanyagok szelvény menti átlagát leginkább a finom és közepes szemnagyságú homokfrakciók jellemezték. Mederanyag szemeloszlási diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2008-as és 2010-es évek Agyag

Iszap közepes

finom

100

Homok durva

finom

közepes

Kavics durva

közepes

finom


90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.001

0.01 1. függély_2010 2. függély_2008

2. függély_2010 4. függély_2008


0.1 4. függély_2010 6. függély_2008

1 5. függély_2010 Szelvény átlag_2008


Mederanyag szemcseméret megoszlási diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2008-as és 2010-es évek Agyag

Iszap finom

közepes

Homok durva

finom

közepes

Kavics durva

finom

közepes

Szemcseméret frakció %-os megoszlása [P, %]

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.001 Bal parttól mérve:

0.01 1. függély_2010 2. függély_2008

2. függély_2010 4. függély_2008

0.1 4. függély_2010 6. függély_2008

Szemcseátmérő [d, mm]

1 5. függély_2010 Szelvény átlag_2008

10 Szelvény átlag_2010

24. ábra: A 2008-as és 2010-es mederminták szemeloszlási görbéinek eloszlása és azok frakción belüli előfordulási gyakoriságaik

- 42 -

Sági Rajmund 5.3.3


MEDERVÁNDORLÁS

Az ADCP ún. Bottom Tracking funkciójával képes a meder relatív elmozdulása alapján számítani a csónak elmozdulását (25. ábra). Az eljárás során a függélymérés időtartama alatt megtett elmozdulásból a medervándorlás sebessége számítható az adott vízjárási állapotra.

128055.0

EOV Y

128056.0

Medervándorlás becslése (Q=582 m 3/s) Tisza 210+400 fkm 2010. október 11.

128054.0

128053.0

128052.0 EOV X 128051.0 737670.0

737672.0 737674.0 737676.0 Mérőhajó_RTK GPS_B.p.-tól 75m Mederfenék_Bottom Tracking_B.p.-tól 75m

737678.0

25. ábra: Az ADCP Bottom Tracking funkciója során előállt mederelmozdulás

Az így kialakult medervándorlás szelvénymenti sebességének eloszlását a 26. ábra szemlélteti. Az ábráról megállapítható, hogy a legnagyobb medervándorlási sebességek a bal parttól ~75 m-re alakultak ki, a partélek irányába pedig egyre jobban csökkent az értékük. A bal partnál ez, a már korábban említett nagyobb vízsebességek szortírozó hatásával magyarázható, a víz az ellenállóbb (durvább szemcséjű) medret nem képes oly mértékben mozgatni, mint a középvonal menti lazább részeket. A jobb partnál viszont ezzel ellentétben a kis sebességek nem tudják elmozdítani a medret. Az ábrán az is megfigyelhető, hogy a vízhozamok nagyságához mérten a medervándorlást 2008-ban kisebb, míg 2010-ben nagyobb sebességek jellemezték, csúcssebessége közel 4-szer nagyobbra adódott. Medervándorlás keresztmetszet menti eloszlásának becslése Tisza 210+400 fkm Q2010=582 m 3/s, Q2008=479 m 3/s

70

86

30

81

10 76

-10 -30

71

-50 Távolság (bal parttól) (m)

-70 0

20

40

60

80

Medersebesség adatok_2010 Mederszelvény_2010

100

120

140

160

Medersebesség adatok_2008 Mederszelvény_2008

26. ábra: Medervándorlás keresztmetszet menti eloszlása

- 43 -

66

180

Magasság [Z, mBf]

Medersebességek [vmed, m/h]

50

Sági Rajmund

5.3.4


HOSSZ-MENTI DŰNEMÉRÉS

Ebben a pontban szeretném bemutatni és számszerűsíteni a folyószakaszon hosszirányban végrehajtott (27. ábra) ADCP mélységmérés által felmért dűneformációk alaktani és morfológiai jellemzőit, felhasználva a folyószakaszon vett mederminták szemeloszlási görbéinek jellemzőit is.

27. ábra: Dűnemérés helyszínrajzi nyomvonala és a meghatározott dűneformáció határa UH UH

Az ADCP-vel letapogatott mederfenék hossz-szelvényét a 28. ábrán szemléltetem. távolság, távolság, m m 00

50 50

00

0.5 0.5 100

0

200

100 100

Tisza meder hosszelvény 210+100 - 210+700 fkm 2010. október 11. 300 400

150 150

500

200 200

600

250 250

Távolság (m) 700

2

m mélység, m mélység,

0 11 UH UH

Mélység [h, m]

1.5 1.5 Folyásirány

4

6

Li

Hi

22

2.5 2.5

8

10

12 Dűnemérés_bal part

Dűnemérés_középvonal

Dűnemérés_jobb part

28. ábra: ADCP mélységmérés eredményeként kapott dűneformáció a felmért szakaszon

- 44 -

Sági Rajmund


A dűnék rendszerint a homokanyagú mederfenéken (mint esetünkben), zátonyokon a görgetett hordalékmozgás során kifejlődő, elnyújtott háromszög alakú mederalakzatok, létrejöttük a természetben nem befolyásolja számottevően a víz mozgását és a meder alakulását, a mederérdességet azonban igen. A dűnék mögött leváló áramlások hatására áramlási holtterek alakulnak ki, melyek nem vesznek részt a vízszállításban, és energiát emésztenek fel a főáramlástól (29. ábra).

29. ábra: A dűneformáció következményeként kialakuló leváló áramlások

A dűnéket két fő paraméterük alapján lehet jellemezni, mely a hosszúságuk (Li) és a magasságuk (Hi) (28. ábra). Ezen értékek meghatározását kézi úton végeztem el, azaz a fenti ábráról jól kivehető dűnék felső pontjainak távolságát egyesével leolvasva meghatároztam Li értékeket egymásuk különbözetéből. Továbbá leolvastam a dűnék alsó pontjainak távolságát is, melyekhez hozzárendeltem a hozzájuk tartozó, felmért mélységadatokat, meghatározhatóvá váltak Hi értékek is. A kapott értékekből (Li, Hi) meghatároztam a felmért folyószakaszra jellemző méretüket (egyszerű átlagolással): Átlagos dűnehossz meghatározása:

L

1 k  Li k i 1

Átlagos dűnemagasság meghatározása:

H

1 k  Hi k i 1

A kapott eredmények:

ΔLADCP ΔHADCP

19,06 m 0,27 m

Az így kapott alaktani paraméterek, valamint a felmérés útvonalára jellemző mederanyag fizikai paraméterének (itt most d90) függvényében meghatározhatóvá vált ezen dűneformációkra jellemző hidrodinamikai érdességmagasság (z0) és a folyó e szakaszára jellemző simasági együtthatót (k) értékek. Először kiszámoltam az ekvivalens érdességmagasságot: H   25  k s  3 d 901,1  H 1  e L  

   

Ahol: - 45 -

Sági Rajmund


3 d 90 = a Nikuradze-féle érdesség szemcséhez kötődő értéke (m) H   25  1,1  H 1  e L   és ahol:

   

= Nikuradze-féle érdesség mederformához kötődő értéke (m)

= ekvivalens érdességmagasság (m) = a kapott mederminta szemeloszlási görbéjén az 90%-hoz tartozó szemátmérő (m) = átlagos dűne magasság (m) = átlagos dűne hosszúság (m)

ks d90 H L

A kapott ekvivalens érdességmagasságból számítható a hidrodinamikai érdességmagasság (fal törvényből levezetve):

z0 

ks 30

Ahol: ks = ekvivalens érdességmagasság (m) z0 = hidrodinamikai érdességmagasság (m) Továbbá az ekvivalens érdességmagasságból számítható a Manning-féle simasági együttható értéke is:

k

26 k s1/ 6

Ahol: k = Manning-féle simasági együttható (m1/3/s) A kapott eredmények: ks z0 k

0,0928 m 0,0031 m 38,63 m1/3/s

Együtt vizsgálva a felmérés helyszínrajzi útvonalát és a felmérés hossz-szelvényeit, a vizsgált szakasz meder alján található dűneformációk jól körülhatárolhatók. A mélyebb, nagyobb sebességű zónáknál nem, azonban a sekélyebb áramlási zónákban ki tudott alakulni. Az így meghatározott makro érdességet a numerikus modellek paraméterezésére kiválóan felhasználható. Ezért is lenne fontos ennek mérése, hogy az időbeli változása lekövethető legyen. A kapott eredmények az adott középvizes állapotot jellemzik, tartós nagyvizek mellett nagyobb dűneformációkra számítunk.

- 46 -

Sági Rajmund

5.3.5


ISZAPVASTAGSÁG

A 2010-es expedíciós mérés alkalmával az iszapvastagság értékének szelvény menti meghatározása nem képezte a vizsgálatunk tárgyát, a 2008-as felmérés során 0-21 cm között változott az értéke.

5.4 KÖRNYEZETI ÁLLAPOT JELLEMZÉS A környezeti állapotértékelés sem képezte vizsgálatunk tárgyát a 2010-es felmérés alkalmával. Mivel ennek vizsgálatát legfőképpen a referencia szakaszról és annak környezetéről készített képek kiértékelése és feldolgozása jelenti, elmondható, hogy a mérésünk alkalmával nem tapasztaltunk semmi szokatlan elváltozást a korábban készített képeket látván, melyet a lentebbi összehasonlító fényképekkel szeretnék alátámasztani.

Referencia völgyszelvény_2010

Referencia völgyszelvény_2008

Referencia szakasz partvonala_2010

Referencia szakasz partvonala_2008

7. kép: Környezeti állapotértékeléshez illeszkedő, összehasonlító képpárok

- 47 -

Sági Rajmund


ÖSSZEFOGLALÁS Jelen TDK dolgozatomban a magyarországi Tisza egy reprezentatív szakaszának hidromorfológiai állapotát és időbeli állapotváltozásának jellemzését készítettem el, az állapotot leíró paraméterek pontbeli, hossz- és felület mentén értelmezett változásainak bemutatásával és értékelésével. Továbbá dolgozatom tárgyát képezte a legjobb gyakorlatot követő mérési- és mintavételezések technikáinak (völgyszelvény felvétel, kereszt- és hosszirányú ADCP mélységmérés, mélységmenti lebegtetett hordalék mintavétel) meghatározása és a korábbi mérések során meghatározott vizsgálati paraméterek körének (medervándorlás sebesség, dűne alaktani és morfológiai jellemzők, valamint függélymenti lebegtetett hordalék-koncentráció eloszlás meghatározás) kibővítése. Bizonyítást nyert, hogy a referencia völgyszelvény felvételére alkalmazott gyors, „csak” egy ember személyét igénylő RTK GPS technológia kiválóan alkalmazható erre a célra, a szintezéssel történő meghatározással szemben. Az új gyakorlatként rögzített, a partvonal mentén is végighaladó ADCP cikk-cakk keresztirányú mozgóhajós mederfelméréssel, nem csak az ADCP „másodlagos” mélységmérési funkciója által meghatározott mederletapogatás bizonyult alkalmazandó mederfelmérési eljárásnak a jövőben, hanem az újonnan előirányzott mederfelmérési útvonal következtében a mederfelület modell előállítása során a part menti interpolációs torzításokból adódó hibák is kiküszöbölhetők. A mederfelületek eltéréséből kapott különbségtérképről megállapítható, hogy a vizsgálat tárgyát képező enyhe kanyarulat a vonalvezetésből adódóan fejlődik (vagyis a homorú part felé mozdul el a meder) ami a különbségtérképen egy lokális kimélyülésként jelenik meg, ezt leszámítva a meder nem mutat szignifikáns változást a két expedíciós mérés között eltelt idő alatt. A rögzített hajós ADCP függélysebesség mérésekből meghatározott, a mérés időtartamával átlagolt rétegenkénti sebességvektorok alapján a meder enyhe ívének megfelelő csavaráramlási struktúrák mutathatók ki, sőt a felső szelvényben egy ún. kétcellás áramlás is megmutatkozott. A cikk-cakk mozgóhajós ADCP áramlásmérések eredményeként az adott vízjárási állapotra jellemző, különböző sebességű zónák váltak elkülöníthetővé, melyekből egyértelműen meghatározhatóvá vált a sodorvonalnak a meder vonalvezetéséből adódó helyzete. A pillanatfelvétel során előállt térbeli sebességvektorokból a szakaszra jellemző hidro- és medermorfológiai paraméterek szakaszmenti eloszlásaik állíthatók elő, melyek elősegítik a Víz Keretirányelv szerinti, szakaszra jellemző ökológiai állapotváltózások jellemzésének elkészítését. A függélyek bizonyos mélységeiben vett lebegtetett hordalékmintákból a mélységmenti hordalékkoncentráció-eloszlások mellett a függély lebegtetett hordalékhozam-eloszlása is meghatározhatóvá vált az azonos függélyekben végrehajtott fix pontú ADCP függélysebesség mérések eredményeinek párosításával. Az alkalmazott lebegtetett hordalék mintavételi eljárással, tapasztalati képletek alapján a függélyek görgetett fajlagos hordalékhozam is meghatározhatóvá válik.

- 48 -

Sági Rajmund


A teljes szelvényre meghatározott hordalékhozam az eddigi mérések középtartományába esik, az adott vízállástartományához tartozó értékeknek megfelelően. Az alkalmazott mérési eljárásból adódóan a lebegtetett hordalékok mélységmenti szemeloszlásai jól alátámasztják a hordalékszemcsék függőleges irányban értelmezett szemcseméretbeli elhelyezkedésüket, azaz a durvább szemcsék a meder közelében, míg a finomabbak a vízfelszínhez közel helyezkednek el. A mederanyag minták szelvénymenti eloszlásaira, a nagyobb áramlási sebességek szortírozó hatása érvényesült, miszerint a sodorvonaltól a part szélekig csökken a jellemző szemcseméretük. A medervándorlás sebességének szelvénymenti eloszlásából meghatározhatóvá vált, hogy a legnagyobb sebességek nem a sodorvonalban, hanem a folyó középvonala mentén alakulnak ki, utalva ugyancsak a sebességek mederanyag szemcseméretének szelvénymenti szortírozódására. A hosszirányú mederletapogatás eredményeként feltártuk a vizsgált szakaszon kialakuló mederformákat, melyek rámutattak arra, hogy a dűnesorok elsősorban a sekélyebb zónákban alakulnak ki. Numerikus modellvizsgálatoknál a mederformák hatását egyfajta makroérdességként tudjuk majd figyelembe venni, ezért a mérési eredmények elsősorban itt fognak hasznosulni. A TDK dolgozatomban ismertetett vizsgálatokon túl a jövőben tervem a részletes mért és származtatott paraméter eloszlások alapján az irodalomból átvett élőhely értékelési módszerrel a folyószakasz ökológiai jellemzését elvégezni. A dolgozat alapul szolgál majd egy numerikus hidrodinamikai és hordaléktranszport modell bearányosításához és paraméterezéséhez, ezáltal kellően megbízhatóvá téve a modellt a vele történő kanyarulatfejlődés és medervándorlási folyamatok előrejelzésére és számszerű becslésére. A TDK dolgozatomban a frissen kidolgozott hidromorfológiai állapot-feltárási módszertan továbbfejlesztését tűztem ki célul és egy valós folyószakasz példáján keresztül sikeresen illusztráltam a mérési módszerek, az adatfeldolgozás és az adatértékelés részletes lépéseit.

- 49 -

Sági Rajmund


ÁBRAJEGYZÉK 1. ábra: A felszíni vizek hidromorfológiai állapotjellemzésének helye a VGT folyamatában 10 2. ábra: A Tisza hossz szelvénye a szabályozás előtt és után (Lászlóffy 1982) ...................... 12 3. ábra: Részletes helyszínrajz a referencia szakaszról ............................................................ 14 4. ábra: 2008-as (kék) és 2010-es (fekete) mozgójós ADCP cikk-cakk felmérés közti különbég ................................................................................................................................... 17 5. ábra: Referencia völgyszelvény változása 2008-2010 között .............................................. 25 6. ábra: Medermodell készítés (balról: ADCP felmérés, középen:generált rácsháló, jobbról:medermodell) ............................................................................................................... 26 7. ábra: A mederletapogatás nyomvonalából adódó mederfelületbeli különbségek ................ 27 8. ábra: Mederfelület és mederkülönbség térképek .................................................................. 27 9. ábra: A keresztszelvény metszetek helyei ............................................................................ 28 10. ábra: A helyi kimélyülésben vett keresztszelvény változások ........................................... 28 11. ábra: A 2010-ben és 2008-ban az expedíciós mérések alkalmával végrehajtott felmérések .................................................................................................................................................. 29 12. ábra: Rétegenként átlagolt sebességadatok és arájuk illesztett logaritmikus sebesség profil .................................................................................................................................................. 30 13. ábra: Referencia szelvény menti fenékcsúsztató-sebességek és feszültségek értékei ........ 32 14. ábra: A teljes mérési időre átlagolt sebességvektorok cellarétegenkénti nagysága és iránya .................................................................................................................................................. 33 15. ábra: Kétcellás áramlást kimutató sebesség vektorok a felső szelvényben ........................ 34 16. ábra: A partviszonyok hatására kialakuló helyi csavaráramlás .......................................... 34 17. ábra: A mért (bal) és simított (jobb) mozgóhajós ADCP sebességadatok axonometrikus megjelenítése ............................................................................................................................ 35 18. ábra: Lebegtetett hordalék és mederanyag mintavételek függély menti kiosztása 2008-ban és 2010-ben .............................................................................................................................. 36 19. ábra: A 2.függélyben előállt fajlagos lebegtetett hordalékhozam eloszlás ........................ 37 20. ábra: Körös torkolata alatti Tisza szakasz vízhozam-hordalékhozam kapcsolati görbéje . 39 21. ábra: Függélyátlagolt lebegtetett hordalék koncentrációk szelvény menti eloszlása a két vízjárási állapotban ................................................................................................................... 40 22. ábra: A 3. függélyben vett lebegtetett hordalékminták mélységmenti szemeloszlási görbéinek eloszlása .................................................................................................................. 41 23. ábra: A 2008-as és 2010-es szelvényátlagolt lebegtetett hordalékok szemeloszlási görbéinek eloszlása és azok frakción belüli előfordulási gyakoriságaik .................................. 41 24. ábra: A 2008-as és 2010-es mederminták szemeloszlási görbéinek eloszlása és azok frakción belüli előfordulási gyakoriságaik ............................................................................... 42 25. ábra: Az ADCP Bottom Tracking funkciója során előállt mederelmozdulás .................... 43 26. ábra: Medervándorlás keresztmetszet menti eloszlása ....................................................... 43 27. ábra: Dűnemérés helyszínrajzi nyomvonala és a meghatározott dűneformáció határa...... 44 28. ábra: ADCP mélységmérés eredményeként kapott dűneformáció a felmért szakaszon .... 44 29. ábra: A dűneformáció következményeként kialakuló leváló áramlások ............................ 45

- 50 -

Sági Rajmund


KÉPJEGYZÉK 1. kép: A referencia völgyszelvény részei ................................................................................ 15 2. kép: Mérési eszközök ........................................................................................................... 16 3. kép: Rögzített pontú ADCP felmérés képei ......................................................................... 18 4. kép: Hordalék mintavételi eszközök .................................................................................... 20 5. kép: Hordaléktöménység meghatározásához szükséges folyamatok és eszközök ............... 22 6. kép: Hordaléktöménység meghatározásához szükséges folyamatok és eszközök ............... 23 7. kép: Környezeti állapotértékeléshez illeszkedő, összehasonlító képpárok .......................... 47

TÁBLÁZATJEGYZÉK 1. táblázat: A tiszai átvágások és az általuk előidézett mederváltozások jellemzői időszakonként összefoglalva (Kardos et al. 1975) ................................................................... 13 2. táblázat: 2010-es év jellemző adatai..................................................................................... 29 3. táblázat: 2008-es év jellemző adatai..................................................................................... 29

- 51 -

Sági Rajmund


IRODALOMJEGYZÉK Baranya Sándor (2009): Three-dimensional analysis of river hydrodynamics and morphology. Ph.D. thesis, BME, Budapest Baranya Sándor, Dr. Józsa János, Dr. Krámer Tamás (2008): Veszélyes Duna-szakaszok hidrodinamikai modellezése folyószabályozás tervezéshez. Kutatási jelentés, Budapest Sándor Baranya, János Józsa, Barbara Kéri (2008): Methodological analysis of fixed and moving boat ADCP measurements on three Hungarian river reaches. In: Proceedings of the International Conference on Fluvial Hydraulics, Izmir, Törökország BME VVT (2009): A magyarországi felszíni vizek hidromorfológiai monitoringjának intézményfejlesztése. Projekt Zárójelentés, BME, Budapest Elder, J. W. (1959): The dispersion of marked fluid in turbulent shear flow. J. Fluid Mech., 5, 544-560.o. Fényi István (2008): Ultrahangos folyómeder-felmérési módszerek pontossági vizsgálata. TDK dolgozat, BME, Budapest Fiala K, Sipos Gy, Kiss T. (2006): Szabályozások hatására bekövetkező morfológiai változások a Tisza és a Maros alsó szakaszán. In Táj környezet és társadalom, Tanulmányok Keveiné Bárány Ilona professzor asszony tiszteletére, Kiss A, Mezősi G, Sümeghy Z (szerk). SZTE, Szeged; 203-211 o. Józsa János (2010): Hidromorfológia MSc. Oktatási jegyzet, BME, Budapest Józsa János, Baranya Sándor (2010): Hidromorfológia MSc c. tantárgy előadás- és gyakorlat diái, BME, Budapest Kardos Imre et al. (1975): A Tisza-völgy szabályozása (ármentesítés). Szeged árvízvédelmi rendszere c. könyvben 55. o. VŐZDOK, Budapest K. Blanckaert and H. J. de Vriend (2003): Secondary flow in sharp open-channel bends. Cambridge University Press, United Kingdom, Cambridge Lászlóffy Woldemár (1982): A Tisza vízgyűjtő területe. A Tisza c. könyvben 47. o. Akadémiai Kiadó, Budapest Lászlóffy Woldemár (1982): A Tisza medre. A Tisza c. könyvben 78-93. o. Akadémiai Kiadó, Budapest Nagy Zsuzsanna (2007): A biológiai elemek állapotát befolyásoló főbb hidromorfológiai tényezők meghatározása magyarországi kisvízfolyásokra. Doktori értekezés, Budapest Rákóczi, László (1979): Mederanyagminták információtartalma és hasznosítása a folyószabályozásban., in A Magyar Hidrológiai Társaság országos vándorgyűlése, Keszthely.

- 52 -

Sági Rajmund


Robert I. Ferguson and Dan R. Parsons (2003): Flow in meander bends with recirculation at the inner bank. Water Resources Research Varga Károly (2007): Homokmedrű vízfolyások medermorfológiai jellemzése a Duna magyarországi szakaszának példáján. Diplomamunka, BME, Budapest VKKI (2009): A Víz Keretirányelv hazai megvalósítása: Vízgyűjtő-gazdálkodási terv. Országos jelentés, Budapest VMS 231/8-82: Lebegtetett hordalék mérés. Vízügyi műszaki segédlet http://hu.wikipedia.org/wiki/Tisza http://hidromorfologia.vizugy.hu/

- 53 -

A magyarországi Tisza egy reprezentatív szakaszának hidromorfológiai jellemzése

Recommend Documents