A Tisza nagyvízi mederkezelési tervhez kapcsolódó hidrodinamikai modellvizsgálat eredményei az ATIVIZIG területén

ALSÓ-TISZA-VIDÉKI VÍZÜGYI IGAZGATÓSÁG SZEGED

A Tisza nagyvízi mederkezelési tervhez kapcsolódó hidrodinamikai modellvizsgálat eredményei az ATIVIZIG területén

Készítette:

Sági Rajmund ATIVIZIG, árvízvédelmi referens

Szombathely, 2015.07.02.

Tartalomjegyzék Bevezetés Modellvizsgálati terület Alkalmazott áramlási modell Modell előkészítése, kalibrálás, validálás Tervezett beavatkozások bemutatása Zonációs térképek előállítása Következtetések, konklúziók ----------------------------------------------------------------------------------------------Függelékek 2015.07.02.

XXXIII. Országos Vándorgyűlés

2

Bevezetés A Kormány az 1022/2003. (III.27.) Korm. határozatában megfogalmazza a Tisza-völgy árvízi biztonságának növelésére vonatkozó koncepciótervét Alapelve: „a Tisza folyó árvizeit elsősorban a mértékadó védképességűre kiépülő árvízvédelmi töltések közötti nagyvízi mederben kell levezetni, és ezért - az ökológiai szempontokra is figyelemmel - javítani kell az áramlási, vízszállítási feltételeket;” (VTT, 2003). Ennek elemei …

A folyók hullámterének használatát - a korábban érvényben lévő 21/2006. (I.31.) Korm. rendelet helyett - a 83/2014. (III. 14.) Korm. rendelet szabályozza ezáltal a hullámterek használata a Nagyvízi Mederkezelési Tervek szerint lehetséges, melyet a vízügyi, illetve az árvízvédelmi szempontok elsőbbsége mellett tesz lehetővé

a kedvezőbb áramlástani viszonyok elérése érdekében tervezett intézkedések megalapozására hidrodinamikai modellvizsgálatot ír elő

A modelleredmények felhasználásával kerülnek a jelenlegi hullámtéri viszonyok és tervezett beavatkozások számszerűsítésre, elősegítve ezzel a hatékony tervezést.

2015.07.02.


3

Bevezetés Közvetlen előzmények: 2013-as év során országosan 3 db nagyvízi mederkezelési mintaterv készült, ezek közül egy a Tisza folyó Szeged közigazgatási területét érintő szakaszára készült el

Alapja: BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszéke által készített "A Tisza folyó Szeged város közigazgatási területén elhelyezendő nagyvízi medrének hidromechanikai vizsgálata" című kutatási jelentés (BME-VVT 2012) Részletes vizsgálatokat végezetek: - hullámtéri beépítettség (üdülő, gazdasági célú területek), - növényi-fedettség (erdők, ligetek, aljnövényzet), azok rendezett, karbantartott, ill. elhanyagolt állapot. - a főmederbe épített vagy telepített objektumok

nagyvízi áramlási viszonyokra kifejtett hatásainak megismeréséhez

Az itt bemutatott elvek és eredmények alapul szolgáltak e modellvizsgálati tanulmány elkészítéséhez.

2015.07.02.


4

Modellvizsgálati terület bemutatása QTisza

QHKörös

Érintett NMT tervek:

11.NMT.01 Szeged Csongrád

QMaros

ZTisza 2015.07.02.


5

Alkalmazott áramlási modell MIKE 21 FM (DHI által kifejlesztett 2D-os áramlást leíró) szoftver: -

vízmozgás állapotváltozóinak (h, p, q) térbeli eloszlását és változását a vízmozgás térfogat- és impulzus-megmaradását kifejező Reynolds-átlagolt sekélyvízi egyenletekkel közelíti

-

alapegyenleteket háromszög-elemekből álló strukturálatlan rácshálón, explicit véges-térfogat módszerrel oldja meg

-

numerikus megoldója kezeli az áramló-rohanó vízmozgást, valamint a elöntést/szárazra kerülést

-

sebesség függély menti eloszlását egyenletesnek feltételezi (2D leírás)

A modell részletes matematikai és numerikus leírása Krámer-Józsa 2010; Krámer és társai 2012; BME-VVT 2013; BME-VVT 2014 forrásmunkákban megtekinthetők

teljes rácshálót

~650 ezer cella alkotja (inhomogén cellakiosztással)

2015.07.02.


6

Modell előkészítése, kalibrálás, validálás Szentesi kanyarulat

DTM előállítása Felhasznált adatok: -

2000/2001 Tisza felmérési adatok

-

2014 torkolati Lidar adatok

-

Mellékfolyók VO ksz. és DTM adatok

-

SRB: Tisza Hec-Ras 1D ksz. adatok

-

FÖMI M=1:10.000 adatok

-

Terv. beavatkozások geometriai adatai

-

Partmenti háromszögelési hibák jav.

-

Holtágak, vonalas létesítmények jav. 2D numerikus modell egyik fontos alapadata a nagyvízi medret (modellezett területet) kellő részletességgel és pontossággal lefedő -, a létrehozandó számítási rácsháló felbontásához illeszkedő - domborzatmodell, mely döntően befolyásolja a modelleredmények megbízhatóságát. 2015.07.02.

Körtvélyesi- és Mártélyi öblözet

Szeged, Tisza-Maros torkolat


7

Modell előkészítése, kalibrálás, validálás Fedettségi térkép előállítása Felhasznált adatok: -

Tisza-Atlasz térképszelvények

-

Fömi Madop légifotók

-

KÜVET térképek

-

Erdészeti térképek

-

Google Maps űrfelvételek

-

Településrendezési tervek

A vízmozgást leíró hidrodinamikai alapegyenletekben a hidraulikai ellenállás a Manning-féle simasági együtthatón keresztül jut figyelembevételre, ezért szükséges a vizsgált folyószakaszra jellemző fedettségi viszonyok ún. attribútum-térképen keresztüli leképezése, mely a területhasználat alapján becsülhető.

2015.07.02.


8

Modell előkészítése, kalibrálás, validálás Felhasznált adatok (2D permanenes vizsgálatokhoz): -

Árvízi tetőzés permanens vízrajzi adatok (H, Q) (2006 (LNV) ill. 2000. évi) + vízszintrögzítés Z

-

DTM (2000/2001)

-

Fedettségi viszonyok (2005) + az egyes kategóriák érzékenységvizsgálatainak eredményei

2015.07.02.


9

Tervezett beavatkozások bemutatása T1: mértékadó hullámtéri fedettségi viszonyok figyelembevétele (referencia állapot) T2: ideális hullámtéri „fenntartási típusú” beavatkozások feltételezése T3: főmeder állékonyságát távlatosan elősegítő „műszaki” + további „fenntartási típusú beavatkozások kialakítása Felhasznált adatok (2D permanenes vizsgálatokhoz): -

2014. évi MÁSZ permanens vízrajzi adatok (H, Q)

-

Aktualizált DTM (2000/2001) + tervezett beavatkozás

-

Fedettségi viszonyok (2005) + tervezett beavatkozás Tisza NMT 2D hidrodinamikai modellvizsgalatok Határfeltételek 2006. év

Domborzat és beavatkozások leírása

T0 (Kalibráció)

Tisza 2000/2001 DTM

Tisza 2000/2001 DTM + NV lef. sav. (600m) + 600 m-be eső nyári gátak, terepakadályok elbontása + rendezett üdülő kialakítás Tisza 2000/2001 DTM + T2 beavatkozás + szentesi töltésáthelyezés és vápa + körtvélyesi hidraulikai foly. kialakítás + maradó nyári gátak és betöltésezések elbontása

2015.07.02.

2000. év

T0_ell (Validáció)

MÁSZ 1% (2014. év)

T1 Terv változat (Referencia/jelen állapot, nincs beavatkozás) (zonáció jelen állapotra) T2 Terv változat (VTT ideálisan fenntartott hullámtér) NMT zonációra előirányozható T3 Terv változat (Műszaki beavatkozás hatása)


10

Tervezett beavatkozások bemutatása T1: mértékadó hullámtéri fedettségi viszonyok figyelembevétele (referencia állapot) Jelen állapotot tükröző domborzati és fedettségi viszonyok, azonban az erdőművelési ágú területeken sűrű erdő fedettség kerül figyelembevételre (Zonáció jelen állapotra)

2015.07.02.


11

Tervezett beavatkozások bemutatása T1: mértékadó hullámtéri fedettségi viszonyok (referencia állapot) 2D modellvizsgálati eredménye:

-

figyelembevétele

4,2 m-es vízszintkülönbség tapasztalható, ami ~ 4,45 cm/km átlagos esésnek felel meg. Ez azonban nem egyenletes, szűkületekben 5-6 cm/km, míg bővületekben 1-2 cm/km esés tapasztalható. Jól kivehető a kanyarulatokban jelentkező keresztirányú felszínesések is (lásd pl.: Szeged szűk belvárosi szakasza)

2015.07.02.


12

Tervezett beavatkozások bemutatása T1: mértékadó hullámtéri fedettségi viszonyok figyelembevétele (referencia állapot) 2D modellvizsgálati eredménye: -

jól kivehető az áramlási viszonyok összetettsége, a főmeder és hullámtér közötti szignifikáns különbség, ill. árvízlevezetés szempontból kritikus zónák

-

szűk hullámtérrel, a nagyobb felszíneséssel rendelkező szakaszok főmedrében v>1m/s, hullámtéren v~0,2m/s, míg

-

kiszélesedett öblözetek főmedrében v~0,5-0,8 m/s, hullámtéren v~0,1m/s v. az alatti

-

hullámtéren az átlagos értékekhez képest sebességnövekedés figyelhető meg a kisebb hidr. ellen. töltésmenti gyep fenntartású, és szántó műv. ter., valamint a meglévő rampák, holtágak környezetében

2015.07.02.


13

Tervezett beavatkozások bemutatása T1: mértékadó hullámtéri fedettségi viszonyok figyelembevétele (referencia állapot) 2D modellvizsgálati eredménye: -

q=v*h árvízlevezető kapacitás egyik legfontosabb eredménymezője, így a zonációs térkép alapja is

-

ábra jól rámutat a főmeder és a nálánál sokkal sekélyebb, ráadásul a területhasználata folytán sokkal érdesebb hullámtéri területek közötti vízszállítás különbségére

-

sűrű erdő fedettségű területek fajlagos vízhozam értékei 10-20-szor alacsonyabbak, mint a főmedri értékek árvízi hozam döntő hányada a főmederben vonul le, ami a beszűkült nagyvízi mederrel rendelkező szakaszokon jelentősebb vízfelszínesés és sebesség növekményt eredményez, fokozva ezzel a védművek árvízi kitettséget és a főmeder állékonyságának csökkenését

2015.07.02.


14

Tervezett beavatkozások bemutatása T2: ideális hullámtéri „fenntartási típusú” beavatkozások feltételezése A T1-es változathoz képest ~600-800m széles nagyvízi lefolyási sáv (közepes sűrűségű, felgallyazott erdő) és lábakon álló üdülőépületek kialakítása, valamint a lefolyási sávba eső terepakadályok elbontása (NMT Zonáció, tervezett állapot)

2015.07.02.


15

Tervezett beavatkozások bemutatása T2: ideális hullámtéri „fenntartási típusú” beavatkozások feltételezése A T1-es változathoz képest ~600-800m széles nagyvízi lefolyási sáv (közepes sűrűségű, felgallyazott erdő) és lábakon álló üdülőépületek kialakítása, valamint a lefolyási sávba eső terepakadályok elbontása (NMT Zonáció, tervezett állapot)

2015.07.02.


16

Tervezett beavatkozások bemutatása T2: ideális hullámtéri „fenntartási típusú” beavatkozások feltételezése 2D modellvizsgálati eredménye:

-

Maros torkolatáig nem alakul ki érdemi vízszintváltozás (ok: kis hatásterület + beszűkült hullámtér) E felett folyamatos vízszintcsökkenés tapasztalható (NV meder kiterjedésétől függően) Csongrádnál 80 cm-es vízszintcsökkenést eredményez

2015.07.02.


17

Tervezett beavatkozások bemutatása T2: ideális hullámtéri „fenntartási típusú” beavatkozások feltételezése 2D modellvizsgálati eredménye: -

A főmederrel párhuzamosan futó sávokban az áramlási sebesség megnövekszik, miközben a vízszint csökken, összességében helyileg növekvő fajlagos hozamot eredményezve, ami az árvízi vízszállítás területi átrendeződéséhez vezet

-

A beavatkozással érintett hullámtéren 2-3-szoros sebességnövekedés , míg a főmederben a sebességek 5-10% csökkenése tapasztalható

-

Visszabontott terepakadályok eredményeként nem érzékelhető változás mindössze lokális sebességcsökkenés figyelhető meg.

2015.07.02.


18


víztömegek átrendeződése tapasztalható a főmederből a hullámtér irányába a jobb hidraulikai feltételeknek köszönhetően

2015.07.02.


19


Szentes Qfőm.81% -11%; Qhull. +48%

-

Körtvélyes Qfőm.46% -5%; Qhull. +5%

-

Szeged Qfőm.90% -5%; Qhull. +51%

-

Elmondható, hogy a főmeder jelentősebb teherkönnyítése a túlfejlett kanyarulati és a kis hullámtérrel rendelkező folyószakaszokon figyelhető meg (kivéve Maros torkolat alatt)

2015.07.02.


20

Tervezett beavatkozások bemutatása T3: főmeder állékonyságát távlatosan elősegítő „műszaki” + további „fenntartási típusú” beavatkozások kialakítása A T2-es változathoz képest jobb parti töltésáthelyezés és vápa kialakítás Szentes térségében, ugyanakkor hidraulikai folyosó létrehozása a Körtvélyesi öblözetben, továbbá a megbontott terepakadályok még megmaradt részeinek eltávolítása (Műszaki beavatkozás hatásvizsgálata)

2015.07.02.


21

Tervezett beavatkozások bemutatása T3: főmeder állékonyságát távlatosan elősegítő „műszaki” + további „fenntartási típusú” beavatkozások kialakítása A T2-es változathoz képest jobb parti töltésáthelyezés és vápa kialakítás Szentes térségében, ugyanakkor hidraulikai folyosó létrehozása a Körtvélyesi öblözetben, továbbá a megbontott terepakadályok még megmaradt részeinek eltávolítása (Műszaki beavatkozás hatásvizsgálata)

2015.07.02.


22

Tervezett beavatkozások bemutatása T3: főmeder állékonyságát távlatosan elősegítő „műszaki” + további „fenntartási típusú” beavatkozások kialakításának 2D modellv. eredménye:

-

A számított vízszintek nem változnak a hidraulikai folyosó alvízi szelvényéig, e felett a szentesi kanyarulatig mindössze 5 cm, a töltésáthelyezés hatásaként pedig további 10 cm, összesen 15 cm vízszintcsökkenés alakul ki Csongrádnál T2-hoz képest, ami összességében 95 cm-rel alacsonyabb vízszintet eredményez.

2015.07.02.


23

Tervezett beavatkozások bemutatása T3: főmeder állékonyságát távlatosan elősegítő „műszaki” + további „fenntartási típusú” beavatkozások kialakításának 2D modellvizsgálati eredménye: -

Számottevő változás csak a beavatkozással érintett folyószakaszok területein tapasztalható

-

A víz a hidraulikai folyosó sávjában kisebb energiaveszteséggel áramlik, melynek eredményekét jelentősebb sebességnövekedés tapasztalható a hullámtéri területek felől a víz a folyosó irányába törekszik, ezáltal a fajlagos vízhozamok keresztirányú átrendeződése figyelhető meg

2015.07.02.


24


A hidraulikai folyosó nem eredményez érdemi árvízszint csökkenést, sőt a korábban létrehozott nagyvízi lefolyási sáv is elveszti vízszállításban betöltött szerepét.

-

Mindez azzal magyarázható, hogy a hidraulikai folyosót egy kiszélesedett hullámtéri öblözetben tervezik kialakítani, ahol a mértékadó árvízi hozamnak eleve jelentős hányada vonul le - a rendelkezésre álló nagyméretű nedvesített szelvényterület következtében - rendkívül kis vízfelszín esés mellett, így a kialakított folyosó kedvező hatása sem tud már további érdemi eséscsökkenést, ezáltal jelentősebb vízszint apadást eredményezni.

-

A szentesi kanyarulat töltésáthelyezéssel történő tehermentesítése nemcsak a főmeder állékonysági helyzetét javítja, hanem kedvező hatást fejt ki az árvízszintekre azáltal, hogy a nagyvízi meder jelentős szelvénynövekedésének eredményeként kisebb esések, ezáltal alacsonyabb vízszintek alakulnak ki.

2015.07.02.


25


A szentesi kanyarulat q ksz. menti eloszlása jól rámutat a főmederbeli és a hullámtéri árvízi hozamok térbeli átrendeződésére, sőt a kialakított vápában a főmederrel egyező mértékű vízszállítás is megfigyelhető

-

A hullámtéri vízszállítás háromszorosára nő, miközben a teljes vízszállításnak már csak az 1/4-de vonul le a főmederben a korábbi 80%-os arányhoz képest

-

A vápa belépési szelvényének környezetében relatíve nagy, 1 m/s feletti értékek alakulnak ki, ami az esetleges eróziós károk elleni védelem szükségességére hívja fel a figyelmet.

-

További jelentős sebességváltozások, káros leváló áramlások nem tapasztalhatók, így a tervezett beavatkozások összességében a folyószakasz állékonyságának fenntarthatóságát támogatja

2015.07.02.


26


A hullámtéri vízszállításnak ~13%-ka vonul csak le a mélyvezetésű vápában, így kialakítása - az üzemeltetési, fenntartási és egyéb szempontokat is figyelembe véve - megfontolandó

2015.07.02.


27

Zonációs térképek előállítása A nagyvízi mederkezelési tervekre vonatkozó előírások alapján a fajlagos vízhozam az a hidrodinamikai paraméter, ami a zonációs térképek elkészítéséhez alapul szolgál. A kapcsolódó jogszabály értelmében négy kategóriát szükséges definiálni a vizsgált területre, amely az egyes zónák árvízi vízszállításban való szerepét reprezentálja. Fajlagos vízhozam (q, m2/s) > 4,0 1,7 - 4,0 0,3 - 1,7 < 0,3

Zóna megnevezése Elsődleges levezető sáv Másodlagos levezető sáv Átmeneti zóna Áramlási holttér

-

T2 zonáció másodlagos levezető sáv területének bővülése a tervezett „fenntartási típusú” beavatkozás érdemi hatásterületét mutatja

-

T3 zonáció esetén: a vápa elsődleges, közvetlen környezete másodlagos, és a hidraulikai folyosó is másodlagos levezető sáv kategóriába kerül

2015.07.02.


28

Következtetések, konklúziók A nagyvízi lefolyási sáv kialakításának kedvező hatása van az árvízszintek csökkentésére, ezért javasolt annak kialakítása, különös tekintettel, a beszűkült, sűrű erdővel borított hullámtéri területeken. Megjegyzendő azonban, hogy a nagyobb öblözetekben csak csekély mértékű hatása mutatható ki a jelentős szelvénybővület következtében, így kialakítása ezeken a területeken megfontolandó. Ezzel szemben a Maros torkolat alatti folyószakaszon a beavatkozás csak kis területeket érint a beszűkült hullámtér miatt, így nem alakul ki érdemi változás, ezért számottevő vízszintcsökkentés eléréséhez radikálisabb „fenntartási típusú” gazdálkodást érdemes előirányozni ezeken a területeken. A vizsgált területen elhelyezkedő üdülőterületek részben másodlagos levezető sáv kategóriába esnek, ezért - szem előtt tartva az árvízlevezetés hatékonyságát - szükséges a terepszinten való beépítés elkerülése. A hullámtéri lefolyásban akadályként jelentkező terepakadályok (rampa, nyárigát, depóniatöltés, töltésmaradvány) eltávolításával nem mutatható ki érzékelhető vízszintcsökkentés, ezért elbontásuk meggondolandó. A Körtvélyesi öblözetben tervezett hidraulikai folyosó hatására csak csekély mértékű (5 cm) vízszintcsökkenés figyelhető meg és az érintett folyószakaszon létrehozott nagyvízi lefolyási sávnak is mérséklődik a vízszállítása a fajlagos vízhozamok hullámtéri átrendeződése következtében, ezért a folyosó kialakítása mindenképp megfontolandó az érintett szakaszon. 2015.07.02.


29

Következtetések, konklúziók A szentesi kanyarulat töltésáthelyezéssel történő tehermentesítése nemcsak az érintett folyókanyar elfajulását csökkentheti a főmederben radikálisan lecsökkenő sebességek által, hanem az egyenletesebb áramlási viszonyok következtében kedvező hatást fejt ki az árvízszintekre is, ennek eredményeként 1 dm nagyságrendű vízszintcsökkenés figyelhető meg a felvízi folyószakaszon. A tervezett árapasztó vápában a főmederrel egyező mértékű vízszállítás figyelhető meg és káros leváló áramlások nem tapasztalhatók -, mindössze a vápa belépési szelvényének környezetében alakulnak ki relatíve nagy, 1 m/s feletti sebesség értékek, ami az esetleges eróziós károk elleni védelem szükségességére hívja fel a figyelmet -, ezáltal az érintett folyókanyar állékonyságát támogatja. Azonban meg kell jegyezni, hogy a hullámtéri vízszállításnak csak mindössze 10-15%-ka vonul le a vápában, így kialakítása - az üzemeltetési, fenntartási és megközelítési stb. szempontokat is figyelembe véve - mindenképp átgondolandó. A fentieket összegezve elmondható, hogy a számított vízszintek az érvényben lévő MÁSZ értékek közelében alakulnak, így igazolva azt, hogy a tervezett beavatkozások hatására a mértékadó árhullám levonulása a kívánt biztonság mellett lehetővé válhat.

2015.07.02.


30

Összefoglalás, konklúziók

2015.07.02.


31

Összefoglalás, konklúziók

2015.07.02.


32

FÜGGELÉKEK

2015.07.02.


33

FÜGGELÉKEK

2015.07.02.


34

IRODALOMJEGYZÉK Bakonyi P., Krámer T. és Józsa J., (1999): Ártéri öblözetek töltésszakadást követõ elöntési folyamatainak modellezése: I. A folyó és a szakadási szelvény modellje”. Hidrológiai Közlöny, 79. kötet, 4. szám, pp. 227-233. BME-VVT. (2012): Tisza-Maros folyók Szeged város közigazgatási területére eső hullámterének hidromechanikai vizsgálata. Kutatási jelentés. BME. Budapest. BME-VVT. (2013): Numerikus modellezéssel támogatott nagyvízi mederkezelési mintaterv a Duna Komárom és Pilismarót közötti szakaszáról. Nagyvízi Mederkezelési Mintaterv. BME. Budapest. BME-VVT. (2014): A Maros folyó nagyvízi mederkezelési tervéhez kapcsolódó 2D-s hidrodinamikai modellezési feladatrészeinek az elkészítése. Kutatási jelentés. BME. Budapest. BME-VVT, OVF, VIZIG, VIZITERV ENVIRON Kft. (2014): A mértékadó árvízszintek országos felülvizsgálata (V2). Műszaki dokumentáció. Budapest DHI (2009): MIKE 21 Flow Model FM, Hydrodynamic Module, User Guide. 2009. DHI. Horsholm. Denmark. K&K Mérnöki Iroda (2013): A Tisza folyó nagyvízi medrének kezelése Szeged közigazgatási területén. Nagyvízi Mederkezelési Mintaterv. Csongrád. Krámer T., Józsa J. (2010): Folyók árvízi elöntési veszélytérképezése: Mintaöblözetek 2D vizsgálata és értékelése. Magyar Hidrológiai Társaság XXVIII. Országos Vándorgyűlése. Sopron. 2010. július 7-8. Krámer T., Bakonyi P., Baranya S., Józsa J., Keve G., Napoli E. (2010): Vízrendszerek modellezése MSc. Oktatási jegyzet. BME. Budapest. VTT (2003): A Vásárhely-terv továbbfejlesztése hivatalos honlapja. http://www.vizugy.hu/vtt/index.html Zsóri E. (2011): A szegedi Tisza-szakasz hullámtér beépítési koncepciótervének támogatása numerikus áramlásmodellezéssel. Diplomamunka. BME. Budapest.

2015.07.02.


35

Köszönöm megtisztelő figyelmüket!

2015.07.02.


36

A Tisza nagyvízi mederkezelési tervhez kapcsolódó hidrodinamikai modellvizsgálat eredményei az ATIVIZIG területén

Recommend Documents