Laurinyecz P.
Római part 2D modell
A RÓMAI PARTI MOBILGÁT HATÁSA A DUNA NAGYVÍZI LEFOLYÁSI VISZONYAIRA LAURINYECZ PÁL 1. Előzmények, a terv tárgya A hajdani Aquincum polgárairól elnevezett partszakasz az Újpesti vasúti hídtól Pünkösdfürdő hajóállomásig terjed, magában foglalva a Kossuth Lajos üdülőpartot, valamint a Királyok útja - Nánási út közötti területet (1. ábra). Az 1953 évi árvíz során épült meg a Nánási út és a Királyok útja mentén futó jelenlegi védtöltés. Ez a védmű nem tekinthető kiépítettnek sem magassági sem keresztmetszeti értelemben továbbá állékonysága sem kielégítő. 1981-re készült el a Duna mellett futó Békásmegyeri lakótelepet is védő Pünkösdfürdői töltés. A védmű hagyományosnak tekinthető homogén földmű, amely a Barát-patak – Pünkösfürdő utca közötti 1729 m hosszan illeszkedik a Szentendrei Duna szabályozási vonalához. Azonban a Pünkösdfürdő utca – Pók utca közötti mintegy 70 ha-os területet jelenleg semmi sem védi az árvízi elöntéstől, az elöntések rendszeresek. Budapest főváros önkormányzata 2011 júniusában döntött a Római partot védő árvízvédelmi mű megépítéséről, aminek a tervezésére szerződést kötött 2012 augusztusában a gyulai székhelyű Erbo-Plan Kft-vel. A műszaki megoldás, amely a Nánási út-Királyok útja mentén található jelenlegi árvízvédelmi töltéstől a Duna felé eső mintegy 70 ha-os terület ármentesítését biztosítja szivárgáscsökkentő résfallal kiegészített alumínium anyagú mobil árvízvédelmi fal. Jelen tanulmányban arra keressük a választ, hogy a Római part ármentesítése milyen hatással bír a Duna nagyvízi levezető képességére. Megvizsgáljuk hogyan alakul a Duna vízfelszín eloszlásainak a különbsége, vagyis a kétdimenziós duzzasztás elolszlás valamint a vízsebességek és a fajlagos vízhozam térbeli eloszlását is elemezzük, hogy milyen mértékben változnak az áramlás jellemzői a tervezett beavatkozás hatására. A hidrodinamikai modellezéshez a River2D modellt használtuk és a következő vizsgálat változatokat elemeztük:
Duna kisvízi hozamának modellezése (a meder érdesség kalibrálása és validálása)
Duna árvízi (2006. évi) modellezése a tervezett beavatkozásokkal és nélküle
Duna árvízi modellezése az 1%-os valószínűségű vízhozamával a tervezett beavatkozásokkal és nélküle.
-1-
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
É 1. ábra: A tervezési terület átnézetes helyszínrajza (Forrás : www.index.hu)
2. Tervezett létesítmény A hozzávetőleg 3 km hosszú tervezési szakasz (Duna 1654,600-1657,600 fkm) alsó végének közelében található az Óbudai vízmérce melynek üzemeltetését a KözépDuna-völgyi Vízügyi Igazgatóság (KDVVIZIG) végzi. A vízmérce az 1654,500 fkmben található „0” pontja 95,35 mBf, nem készültség elrendelő vízmérce. A vízmércén észlelt legmagasabb vízállás 880 cm (www.vizugy.hu). A tervezési területen a MÁSZ 103,39-104,11 mBf között változik, az LNV 104,15 -104,53 mBf között változik. A kiépítési szint 104,97-105,25 mBf között változik, ami a Vígadó térnél mért ~920 cmes vízállásnak felel meg, tehát a jelenlegi budapesti LNV fölött 80 cm-rel magasabb vízállásig nyújt biztonságot. A védvonalat két szakaszra bonthatjuk: I. szakasz (0+000-1+365 tkm): A védvonal a parttól a Duna irányában mintegy 30 m-re került meghatározásra. Az így kialakított feltöltés koronaszintje 103,11/103,05 mBf között változik. A feltöltés koronaszintje 754 cm vízállásnak felel meg, mely I. fokú árvizek ellen megfelelő biztonságot ad. II. fok a mobilfalat fel kell állítani (2. ábra). A vízállás gyakoriságok alapján ennek felállítására átlagosan 2 évente lehet számolni. A II. szakasz az 1+365 tkm-től tart a 3+000 tkm-ig. A szakaszon a mobil alumínium fal alá vb. alaptest és szivárgáscsökkentő résfal kerül. Az útburkolat mentett oldala alá, a vasbeton alaptesttől 5,00 m-re mélyszivárgó épül.
-2-
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
2. ábra: Tervezett mint akeresztszelvény a II. szakasz on
A szivárgófal- és az annak aljába tervezett drénszivárgó ezeket a felszín alatti vizeket gyűjti össze, amelyeket árvízmentes időben gravitációsan, árvíz idején szivattyúval a Dunába lehet juttatni. A feladat tehát nem más mint a fentebb röviden bemutatott műszaki megoldás áramlástani vizsgálata. Meghatározni hogyan alakul a Duna vízfelszín eloszlásainak a különbsége, vagyis a kétdimenziós duzzasztás eloszlás valamint a vízsebességek és a fajlagos vízhozam térbeli eloszlását is elemezzük, hogy milyen mértékben változnak az áramlás jellemzői a tervezett beavatkozás hatására. 3. River2D hidrodinamikai modell bemutatása A River 2D hidrodinamikai modellt a kanadai Albertai Egyetemen fejlesztették ki a természetes nyíltfelszínű permanens vagy tranziens áramlások kétdimenziós mélységátlagolt modellezéséhez. egy széles körben alkalmazható ingyenesen letölthető és használható numerikus modellről beszélünk, ami viszonylag gyors konvergenciát biztosít az egyensúlyi állapotokhoz. A modellezés során a következő egyszerűsítő kijelentéseket, feltételek tettük:
Függőlegesen
kiátlagolt
áramlási
mező
(csak
vízszintes
képezünk) le
A víz összenyomhatatlan
A víznyomás hidrosztatikus
A súrlódási ellenállás kifejezhető a függély középsebességgel
Elhanyagoljuk a Coriolis erőt.
-3-
változásokat
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
Az alapegyenleteket a viszkózus, összenyomhatatlannak tekintett folyadék egy adott pontjában, a turbulens mozgás időben átlagolt közepes értékeire érvényes, háromdimenziós Reynolds-egyenlet mélység menti integrálásából kapjuk. A kiindulási Reynolds-egyenlet származtatása a Navier-Stokes-egyenletekből, egyetemi jegyzetekben, irodalmakban megtalálható. A mélységmentén integrált, szabadfelszínű, kétdimenziós, egyrétegű, nem permanens vízmozgás számításánál a következő alapegyenletekből indulunk ki (Rátky 1986, Rátky és Rátky 2010): A tömegmegmaradás egyenlete: A cellaoldalakon be-és kilépő fajlagos vízhozamok különbsége megegyezik az időegység alatti vízmélység változással (3. ábra).
+
+
=0
3. ábra: A tömegmeg maradás egyenleté nek cellán belüli értelmezése (Forrás: Steffler és Blackburn, 2002)
ahol: q x és q y a fajlagos vízhozam megfelelő irányú komponense, ami egyenesen kapcsolódik a sebesség komponenshez. = é = Impulzus egyenletek: Az áramlás impulzuserejéből és az abból származó tehetetlenségi erő valamint a hidrosztatikus nyomóerők és a fenéken fellépő súrlódási ellenállás egyensúlyát fejezi ki (4. ábra). x irányban: +
(
)+
(
)+
2
=
−
+
=
−
+
1
ρ
(
) +
1
ρ
(
)
(
)
y irányban: +
+
+
2
1 ρ
+
1 ρ
Ahol: H a vízmélység, U és V a mélységátlagolt sebesség egyenként az x és y koordináta irányban.
-4-
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
4. ábra: A dinamikai egye nlet tagjainak értelmezése (Forrás: Steffler és Blackburn, 2002)
Továbbá g a nehézségi gyorsulás, irányban.
és
a víz sűrűsége .
súrlódási veszteség.
és ,
,
a mederfenék esés x és y ,
és
a turbulens
pótfeszültségek tenzorai. A számítás eredményeképpen többek között: h = h(x,y,t) q x = q x (x,y,t) q y = q y (x,y,t) függvények diszkrét pontbeli értékeit kapjuk. A három állapotváltozónk tehát a vízmélység valamint a fajlagos vízhozam x és y irányú komponense. Meder ellenállás és súrlódási veszteség A súrlódási veszteség egyenes arányban áll a fenék csúsztatófeszültséggel és fordítottan arányos a vízmélységgel. Az összefüggés x irányban a következőképpen alakul: =
ahol
=
√
+
a fenék csúsztatófeszültség x irányban, C s dimenziómentes Chezy együttható.
Turbulens energia disszipáció Turbulens áramlásban a folyadékrészecskék egymás között állandóan cserélődnek. Nagyobb sebességű részecskék kisebb sebességűek közé kerülnek, azokkal ütköznek és fordítva. Ennek következtében nemcsak a Newton féle viszkózus súrlódásról beszélünk, hanem az ütközésekből származó turbulens pótfeszültség is fellép. Teljesen kifejlődött turbulenciában gyakorlatilag csak turbulens feszültségről beszélhetünk, hiszen a viszkozitás ehhez képest elhanyagolhatóan csekély. Az ebből származó feszültségeket szoktuk Reynolds feszültségnek nevezni amit Boussinesq javaslatára a kinematikai viszkozitásra analóg örvény viszkozitásként írhatunk fel. -5-
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
=−
=
+
Ahol: u’ és v’ – az x és y irányú sebesség komponensek pulzáló tagjai, U, V – a mélységátlagolt sebességek x és y irányban, – turbulens kinematikai viszkozitás, vagy örvény viszkozitás. Az River2D az örvény viszkozitást három komponensből számítja, egy konstans tag ( ), csúsztató feszültségből származó tag ( ) és egy keresztirányú sebességeloszlásból származó feszültséget leíró együttható ( ) összegeként a következő formában: =
+
√
+
+
2
+
+
+2
Numerikus megvalósítás A numerikus megoldást egy véges elem módszeren alapuló eljárással („Streamline Upwind Petrov-Galerkin” nevű súlyozott maradék formulán) állítja elő a modell, amely részletes leírása (Steffler és Blackburn, 2002 magyar nyelven Kránicz 2012) tanulmányában megtalálható. A fenti egyenletek megoldásához a vizsgált területet egy görbe vonalú strukturálatlan rácshálóval fedjük le. A görbe vonalú rácshálóval jól követhető a modellezett tartomány határa a strukturálatlanság előnye pedig, hogy ahol szükséges lokálisan is finomíthatjuk a rácsfelbontást. A vizsgált ~ 4 km hosszú Duna szakaszt, 10015 db csomóponttal fedtük le melyek változó sűrűsége lehetővé teszi a geometria pontosabb leképzését olyan helyeken is, ahol a nagyobb a nagyobb sebesség-gradiens várható a domborzat vagy az áramlás útjában lévő akadályok miatt
5. ábra: Részlet a diszkretizálási hálóból
-6-
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
A számítás eredményeképpen többek között: h = h(x,y,t) u = u(x,y,t) v = v(x,y,t) függvények diszkrét pontbeli értékeit kapjuk. 4. Modellezés előkészítése Terepmodell készítése A modellezet terület határa Délen a Duna ~ 1553, 400 fkm-re (Óbudai vízmércétől mintegy 100 m-rel lejjebb), az Aranyhegyi patak bal parti töltése, nyugati irányban a Nánási út- Királyok útja, a meglévő árvízvédelmi töltés, valamint a Pünkösdfürdői töltés. Északi irányban a Duna ~1659 fkm-re a Vízművek alagútjának szelvénye, keleti irányban pedig a meglévő árvízvédelmi töltés. Említésre érdemes itt az Észak-Pesti Szennyvíztisztító töltése, amely a bal oldali hullámteret szűkíti le hozzávetőleg 250 m-rel. A medermodell előállításához a FŐMTERV által 2003-ben felvett keresztszelvényeket, valamint a hajózási térképeket vettük alapul. A hullámtér geometriáját pedig a Fömi 1000-es méretarányú térképeiről digitalizáltuk. Az így előállított pontfelhőre interpoláltunk egy 5x5 méteres rácshálót.
6. ábra: A digitális tere pmodellből előállított domborzati té rkép
-7-
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
Területhasználat A modellezés során az egymástól jelentősen eltérő érdességgel rendelkező jellegzónájú területek lehatárolása már kielégítő pontossághoz vezet és a paraméterek száma is kellően alacsonyan tartható. A modelltartomány érdességi viszonyait ortofotók és Google-Earth műholdfelvételek alapján térképeztük föl (7. ábra). Az áramlási viszonyok szempontjából fontos három egymástól jelentősen eltérő jellegzónát határoltunk le:
Főmeder
Beépített terület
Bozótos, erdős területek
7. ábra: Területhasználatok
5. A modell kalibrálása A modell bearányosítása többek között a meder érdességi együtthatójának megváltoztatásával történhet. A River 2D modellben a meder érdességet nem a szokásos Manning féle érdességgel [n, sm -1/3 ] deklaráljuk, hanem az érdesség magassággal [Z o , m]. A bearányosításnál három féle kategóriát különböztettem meg a terület borítottsága szerint, főmeder, beépített területek, erdős-bozótos területek. A főmeder kalibrálása a 2012. december 12.-i vízrajzi állapotoknak megfelelően végeztük. Ekkor a Vígadó téri vízmércén 7:00-kor 128 cm volt a vízállás, ami 96,25mBf szintnek felel meg Q = 1340 m 3 s -1 mellett. Ekkor az Óbudai vízmércén mért vízállás 156 cm, 96,91 mBf. A vízhozamot a Szentendrei Duna és a fő Duna ág között 30-70%-os arányban osztottuk meg a Váci 940 m 3 s -1 szerint (www.vizugy.hu).
-8-
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
97.18 97.16 Z_Pünkf (mBf)
97.14 97.12 97.1 97.08 97.06 97.04 97.02 97 0
0.01
0.02 0.03 0.04 Főmeder érdesség magassága (m)
0.05
0.06
8. ábra: A különböző érdességekhez tartozó vízszinte k a Pünkös dfürdő utcánál
Felhasználva a korábbi előtanulmányban (Thesis-Konstruktőr, 2005) készített azon összefüggését, amely egyértelmű kapcsolatot teremt a tervezési terület felső végén kialakuló vízszint és a Vígadó téri vízállás között (Z Pünkösfürdő =95,83+H Budape st ), a Pünkösfürdő utcánál a vízszint 97,11 mBf. Az eltérő érdesség magasságok mellett kerestük azt az értékét az ellenállási paraméternek, amellyel ez a vízszint előállítható. A futtatások eredményeire fektetett polinom (8. ábra) alapján az érdesség magasság értéke Z 0 =0,024 m. Kezdeti feltétel és peremfeltételek Minden változatnál ún. „hideg indítás” volt a kezdeti feltétel. Ez azt jelenti, hogy az alsó határon csak a vízszintet, felső határom pedig a vízhozamot írtuk elő. A modell ezekből vízszintet állított elő minden csomópontra zérus sebességek mellett. Permanens állapotokat vizsgáltunk. A kezdeti feltételtől kiindulva addig futtatuk a modellt, míg a vizsgált területen be nem állt a kvázi-permanens állapot. Kvázipermanensnek azt fogadtuk el, amikor a ki-és befolyási szelvényben a vízhozam ± 10 m 3 s -1 pontosan be nem konvergált. Felső határfeltétel: A Duna 1658,8 fkm-énél - 940 m 3 s -1 vízhozam A Szentendrei Duna 1,2 fkm-nél 400 m 3 s -1 . Alsó határfeltétel: A Duna 1553,4 fkm-énél 96,91 mBf.
-9-
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
6. A középvízi érdességek igazolása Az áramlási modell igazolásához, 2012. január 7-én a tervezési terület mentén vízszintrögzítést végeztünk, és újrafutattuk a modellt óbudai 100,49 mBf (514 cm) és Q = 4090 m 3 s -1 peremfeltételek mellett. Annak ellenére, hogy a felszíngörbe rögzítés egy kisebb árhullám áradó ágára esett - mérés ideje alatt az óbudai mércén mért vízállás 28 cm-t emelkedett - jó egyezést mutatnak a számított és rögzített vízszintek, amik négyzetes eltérése mindössze 4,40 cm. Így a modellt a középvízi tartományban igazoltnak tekinthetjük. 101.00
Vízszintrögzítés (2012.01.07.) és a modellszámítás eredménye 100.90
Z (mBf)
100.80 100.70 100.60 Mért pontok
100.50
Számított vízfelszín
100.40 1654.5
1655
1655.5
1656 Fkm
1656.5
1657
1657.5
9. ábra: A vízszintrögzítés és a modell által meghatározott felszíngörbék
7. Nagyvízi viszonyok vizsgálata A hullámtéri érdességek beállítását a 2006. áprilisi árhullám alapján végeztük el. A tetőzés környezetének kvázi-permanens állapotát vizsgáltuk. Ekkor dőlt meg a Vígadó téren is az LNV (2006.04.04.), ekkortól kezdve ennek napjainkban is érvényes jégmentes értéke 860 cm. Óbuda állomás tekintetében a fenti időszakra vonatkozóan nem állt rendelkezésünkre vízállás idősor, így a mércekapcsolati összefüggésünket felhasználva a budapesti vízállásból származtattuk az Óbudai tetőzést 892 cm-es értékben. Ez az érték összevág a KDVVIZIG tetőzési vízszintrögzítésével, ami 104,39 mBf (902 cm). Itt jegyeznénk meg, hogy a 11/2010. (IV.28.) KvVM rendelet a folyók mértékadó árvízszintjeiről című jogszabály az Óbudai vízmércére hibásan az 1970-es 880 cm-t adja, meg mint jégmentes LNV. A vízügyi igazgatóság és a Fővárosi Csatornázási Művek által rendelkezésünkre bocsátott mérések szerint Római part térségében a tetőzések a következőképpen alakultak:
- 10 -
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
Mérés helye
Mérte
1654+040 fkm 1654+900 fkm A tervezési terület alsó végén A tervezési terület felső végén
KDVVIZIG KDVVIZIG FCSM FCSM
Vízszint (mBf) 104,37 104,41 104,45 104,70
1. táblázat: Tetőz ő vízszinte k 2006-ban a Római part me nté n
Négyzetes hiba (cm)
A modellvizsgálathoz alsó peremfeltételként előírt vízszint 104,39 mBf míg a felső peremfeltételként szolgáló vízhozam Q = 8500 m 3 s -1 . A hullámtéri érdesség beépített területen értelmezett értékét a főmederi érdességhez hasonlóan fokozatos közelítéssel határoztuk meg. A legjobb illeszkedésnek azt az érdességet fogadtuk el ahol a számított és a rögzített vízszintek közötti négyzetes eltérés a legkisebb volt (18. ábra). A legjobb eredményt az optimalizációs függvény Z 0 ht =0,45 m-nél adta, ekkor a vízszinteket átlagosan 2 cm-es pontossággal tudtuk reprodukálni. 6 5 4 3 2 1 0 0
0.1
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Beépített hullámtér érdesség magassága (m)
0.7
10. ábra: A beépített területek érdességének optimalizác iós függvénye
- 11 -
0.8
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
11. ábra: Vízfelszín eloszlás - 2006
12. ábra: Sebességeloszlás- 2006
- 12 -
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
13. ábra: Víz mélységek eloszlása - 2006
Az áramlás néhány főbb jellemzőjének térbeli eloszlását láthatjuk a 11-13. ábrákon. A modellvizsgálatok is visszaigazolták az árvíz-védekezési tapasztalatokat miszerint jelentős terhelés éri a Nánási úti töltést a Mátyás király utcától fölfele, itt a töltés 0,81,3 m vízoszlopot tart, ami a Duna felé haladva gyors ütembe növekszik. Szintén jelentős terhelés (3,9-4,7 m vízoszlop) éri a Pünkösfürdői töltést is. A vízfelszín keresztirányú eloszlásában jelentős szerepet játszik az Észak-Pesti Szennyvíztisztító védtöltése ami a bal parti hullámteret szűkíti le mintegy 250 m-rel, jelentősen lecsökkentve a mögöttes terület vízszállítását, ami kitűnik a kis sebességekből is. A szűkület környezetében jelentős kereszt- és hosszirányú esést figyelhetünk meg, ~ 500 m-es szakaszon mintegy 10 cm a szelvényszűkületből származó visszaduzzasztás mértéke (19. ábra). A szűkület környezetében jelentős sebesség növekedés érzékelhető, míg a felső szakaszon a főmederben 1,3 ms -1 körül alakultnak a sebességek, addig a szűkületben 1,8 ms -1 -ra emelkednek, aminek hatására egy lokális depresszió alakul ki ebben a nagy sebességű zónában. Az alsóbb szakaszon a sebességek visszacsökkenek 1,6-1,7 ms -1 -ra a főmederben. A hullámtér Római partot érintő részén rendkívül kicsiny sebességek alakulnak, ki (12. ábra) nem tölt be jelentős szerepet a vízszállításban. Az áramlási inaktivitásnak az oka, hogy az áramlás főiránya párhuzamos a Római parttal, a sebességvektorok nem frontálisan lépnek be a hullámtérbe, hanem inkább laterálisan. Ennél fogva inkább tározási szerepe van mintsem vízszállítási.
- 13 -
Laurinyecz P.
Római part 2D modell 25 Rozgonyi u "0" állapot Fajlagos vízhozam (m^2/s)
20 Mátyás király utca "0" állapot
15
10
5
0 0
250
500 Hossz (m)
750
1000
14. ábra: Fajlagos vízhozamok mezője a két
15. ábra: A fajlagos víz hoz amok eloszlás a a két
szelvénnyel
szelvénybe n
A fajlagos vízhozamok eredménymezőjén (14. ábra) a Rozgonyi Piroska utcán és a Mátyás király utcán vettünk föl metszeteket (15. ábra). Míg előbbi egy szűkületi addig az utóbbi egy teljes hullámteret magában foglaló szelvény. Általánosságban elmondhatjuk, hogy a víztömeg majdnem teljes egésze a főmederben folyik le, a Római partot magában foglaló hullámtér mátyás király utcai részén a vízszállítás 375 m 3 s -1 . Ugyanitt körülbelül 1000 m 3 s -1 folyik le bal oldali hullámtérben, így a főmeder fajlagos vízhozama természetesen kisebb. A jobb oldali hullámtér vízszállításának jellege az előző szelvénnyel megegyező. A rozgonyi utcai metszeten a hullámtér még kisebb szerepet tölt be (~175 m 3 s -1 ).
Fajlagos vízhozam (m^2/s)
7.1. A tervezett beavatkozás hatása a nagyvízi áramlási viszonyokra A tervezett mobilgát-rendszer nagyvízi hatását a nagyvízi mederrész kalibráláshoz használt 2006. évi árhullámon elemeztük. A futtatást ebben az esetben úgy végeztük el, hogy a tervezett nyomvonal mentén kizártuk a számításból a mögöttes területeket, miközben a peremfeltételeket nem változtattuk. Másképp fogalmazva azt vizsgáltuk, hogy miként alakultak volna a lefolyási viszonyok, ha már akkor rendelkezésre állt volna a mobilgát? Ahogy azt korábban megállapítottuk a Római part nem képvisel jelentős szerepet az árvízi szelvény vízszállításában nem meglepő, hogy kizárásának hatása nem okozott számottevő változást az árvízi hidraulikai jellemzők térbeli eloszlásában. 25
Rozgonyi u "0" állapot
20
Rozgonyi utca "Mobilfal" Mátyás király utca "0" állapot Mátyás király utca "Mobilfal"
15 10 5 0 0
250
500 Hossz (m)
750
16. ábra: A fajlagos víz hoz amok térbeli eloszlása a fejleszté s után 17. ábra: A fajlagos víz hoz amok eloszlás a a két jellemz ő sze lvényben fejlesztés előtt és után
- 14 -
1000
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
18. ábra: A fajlagos víz hoz am különbségéne k területi eloszlása
A fajlagos vízhozamok különbségét vizsgálva rendkívül változatos képet kapunk (18. ábra). Míg a Sajtház alatti szakaszon a parthoz közel a vízhozamok és sebességek növekedését tapasztaljuk addig a szennyvíztisztító töltése mentén ezek számottevően csökkennek. A 18. ábrát vizsgálva megállapítható a sodorvonal kismértékű jobbra helyeződése a meder közepe felé. A nagyvízi sodorvonal elmozdulásának hosszú távon lehet némi morfológiai hatása, az eddigi bal parthoz közelebbi kimélyülés töltődése, a meder középső részén kimélyülése lehetséges bár ehhez az árvízi vízhozamok tartóssága nem elegendő. A mederváltozás becslése külön morfológiai vizsgálatokat igényelne. Az viszont biztonsággal kijelenthető, hogy az esetleges mederváltozásnak nagy időigénye van, hiszen a tervezett beavatkozás a középvízi áramképet nem befolyásolja, és a meder alakításában köztudottan ennek van a legnagyobb szerepe.
19. ábra: A Római part árvíz mentesítéséne k hatás ára kialakuló vízszintkülönbségek a 2006. évi tetőzés hez képest
15
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
A vízsebesség különbség alakulásában is hasonló következtetéseket lehet levonni, átlagosan 2-4 cms -1 -el növekszik a sebességmező (20. ábra). A tisztítótelep gátja fölötti szakaszon már számottevő változást nem lehet kimutatni, a Szentendrei Duna torkolata alatt láthatunk némi vízhozam növekményt. A szennyvíztisztító környezetében valamint az alatta lévő Duna szakaszon nagyon csekély mértékű vízszintemelkedést (duzzasztást) tapasztalhatunk, amely mértéke nem haladja meg a 2 cm-t sem. A telep töltésének felső végén már korábban is tapasztalt helyi depresszió további 4-6 cm-rel növekszik, aminek hatásaként fölötte látható egy rendkívül kis kiterjedésű lokális visszaduzzasztás. A teleptől fölfele eltekintve néhány helyi duzzasztástól (pl: Sajtház fölött, Pümkösdfürdő utca) a vízszintek 11,5 cm-es csökkenését tapasztaljuk (27. ábra).
20. ábra: A sebességkülönbség területi eloszlása
7.2. A tervezett beavatkozás hatása Q 1%- os vízhozam esetén További vizsgálatokat végeztünk abból a célból, hogy meghatározzuk az áramlási viszonyokat a 100 éves visszatérési idejű árhullámhoz. A Duna 1%-os valószínűségű vízhozama jó közelítéssel felvehető 10000 m 3 s -1 értékűnek. Mivel a vízszintek tetőzése a vízhozamok kulminálása után következik csak be ezért a befolyási szelvény vízhozamát kis mértékben redukáltuk Q = 9500 m3 s -1 értékben. Az alsó peremfeltételhez a korábbi hidrológiai vizsgálatok során meghatározott budapesti 1%-os valószínűségű évi legnagyobb vízállást (899 cm) a mércekapcsolati összefüggés segítségével extrapoláltuk Óbudára 104, 67 mBf értékben. Ez az érték 28 cm-el magasabb, mint amit a 2006. évi árhullám okozott. Ennek megfelelően változnak a vízszintek a tervezési terület mentén 104,74-104,92 mBf között, ami még így is 20-30 cm-rel alatta marad a mobilgát kiépítési szintjének (104,97-105,25 mBf). A védmű a budapesti vízmércén mért 920 cm-es vízállásig nyújt biztonságot.
16
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
21. ábra: Vízszinte k eloszlás a a 100 éves visszatérési ide jű árhullám (Q 1 % ) esetén
22. ábra: Sebességek eloszlás a a 100 éves visszatérési ide jű árhullám (Q 1 % ) esetén
17
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
A sebességek eloszlása (22. ábra) a korábban vizsgált nagyvizes állapotokhoz hasonlóan alakul. A Római part elöntött területein jellemzőek a kis áramlási sebességek, míg a főágban a szennyvíztelepi szűkület okoz sebességnövekedést. A mentesített terület vízszállítása a Rozgonyi Piroska utcánál ~400 m 3 s -1 , a teljes hozam mintegy 5%-a. A tervezett beavatkozások hatására A meder szűkítése következtében az előző változatban részletezett hatásokat figyelhetjük meg némileg nagyobb léptékben. A sebességek jelentős növekedése várható a jobb part mentén, míg a túloldalon a szennyvíztelep környezetében lényeges csökkenés tapasztalható (32. ábra).
25
q (m^2/s)
b.)
20 15 q(x) - Mobilgáttal
10
q(x) "0" állapot
5
x (m)
0 0
100
200
300
400
500
a.) 600
23. ábra: A fajlagos víz hoz amok különbségének eloszlása Q 1 % -nál valamint a híd fölötti szelvé nybe n kialakuló fajlagos víz hoz am keresztirányú alakulása a tervezett létesítmény előtt és után
24. ábra: A sebesség különbségek Q 1 % -nál
18
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
Tovább látszik erősödni a sodorvonal távolodása a bal parttól a meder közepe felé, amivel együtt a vízszállítás keresztirányú kiegyenlítődését is megfigyelhetjük, a vasúti híd fölött felvett metszeten (23/b. ábra). A jobb oldal vízszállítása 450 m 3 s -1 -al növekszik meg, aminek egy része várhatóan az Óbudai Duna ágba fog továbbfolyni.
25. ábra: A Római part árvíz mentesítéséne k hatás ára kialakuló vízszintkülönbségek a Q 1 % -osárhulámnál
Vízszintek tekintetében érdekesebb képet kapunk a korábbi vizsgálatokhoz képest. Három egymástól jól elkülöníthető szakaszt figyelhetünk meg a vízfelszín különbségek mezőjén. A felső harmadban 1-2 cm-es vízszintemelkedést tapasztalunk, míg a középső szakaszon nem változnak a tetőzések. A szennyvíztelepi szűkületnél és az alsó szakaszon viszont a vízszintek érdemi ~ 5 cm-es csökkenését láthatjuk, ami a felgyorsult áramlás hatására alakul (25. ábra). 8. Összefoglalás A Fővárosi Közgyűlés 2011. július 8-ai ülésén fogadta el a Római parton építendő árvízvédelmi műről indítványozott előterjesztést, majd a versenytárgyalás győztesével a gyulai székhelyű Erbo-Plan Kft-vel 2012 augusztusában kötött szerződést a tervek elkészítéséről. A tervezett alumínium anyagú mobilgát 3 km hosszan mentesítené a mintegy 70 ha-os nagy értékű ingatlanokkal beépített területet. A mobilgát nyomvonala a Duna parttól mintegy 30 m-re került meghatározásra igazodva az ingatlanok határvonalához. Jelen tanulmányban megvizsgáltuk, hogy a tervezett beavatkozás milyen hatással bír a Duna nagyvízi áramlási viszonyaira. A vizsgálatot a kanadai Albertai Egyetemen kifejlesztett River 2D kétdimenziós mélységátlagolt numerikus hidrodinamikai modellel végeztük. A tervezett létesítmény Dunára gyakorolt hatásának vizsgálatához minta árhullámként a 2006. évi árvizet használtuk. A modell érdességi paramétereinek kalibrációja során a főmeder ellenállási paraméterét az általunk végzett vízszintrögzítés során, míg a hullámtérét az árvíz tetőzésekor rögzítettek szerint állítottuk be. A tervezett árvízvédelmi beavatkozás hatására a főmedri sebességek 0,02-0,04 m/s-al növekednek valamint a római parti hullámtér kizárásával a 19
Laurinyecz P.
Római part 2D modell
főáramlás mederközép fele történő elmozdulása várható a fajlagos vízhozamok keresztirányú kiegyenlítődése mellett. Vízszintek tekintetében a gyakorlat szempontjából lényeges változás nem tapasztalható, a hozzávetőleg a Rozgonyi Piroska utcától lejjebbi szakaszon 2 cm-es vízszintemelkedést, míg ettől fölfele 1-1,5 cm mértékű vízszintcsökkenés észlelhető. A 100 éves visszatérési idejű árhullám viszonylatában szintén hasonló jelenségeket figyelhetünk meg a mozgásjellemzők tekintetében. A főáramlás középre helyeződése még markánsabban, a modellterület alsó végén a jobb part 100 m széles sávjának vízszállítása ~ 450 m 3 s -1 -al növekszik meg. A sebességnövekmény az előző vizsgálathoz hasonló mértékű, a vízszint 20-30 cm-el a mobilgát kiépítési szintje alatt alakul. A mobilgát hatására a sebességek és a fajlagos vízhozamok növekednek, aminek a szennyvíztisztítói szűkületben 5 cm-es vízszintcsökkentő hatása van. Az e fölötti szakaszon elhanyagolható mértékben 1-1,5 cm-rel emelkedik a vízszint. 9. Hivatkozások FŐMTERV (2003): Tanulmányterv a fővárosi hullámterek beépítése következtében létrejövő mederszűkítések árvízvédelmi hatásainak vizsgálatára Kránicz Gábor (2012): Az Almásfüzitői Erőmű Dunához csatlakozó létesítményeinek kétdimenziós áramlási modellvizsgálata. Diplomamunka-BME Peter Steffler and Julia Blackburn (2002): River2D Two-Dimensional Depth Averaged Model of River Hydrodynamics and Fish Habitat. (Introduction to Depth Averaged Modeling and User’s Manual) Peter Steffler University of Alberta (2002): R2D - Bed Topography File Editor (User's Manual) Rátky I. (1986): Mélységmentén integrált kétdimenziós áramlás matematikai modellje. Vízügyi Közlemények, LXVIII. évf. 1986. 3. füzet. Rátky I és Rátky Éva (2010): Folyami tározók töltő-ürítő műtárgyainak vizsgálata 2D numerikus modell segítségével. http://www.hidrologia.hu/vandorgyules/28/dolgozatok/word/ratky_istvan.pdf Thesis-Konstruktőr tanulmányterve
(2005):
Budapest,
III.
www.kdvvizig.hu www.vizugy.hu www.index.hu
20
Római
parti
gát
döntés
előkészítő
