Debreceni Egyetem TEK Természetföldrajzi és Geoinformatikai Tanszék
Térinformatikai alapú morfometriai vizsgálatok a Bodrog folyó Bodroghalász és Szegi közötti szakaszán az első katonai felméréstől 2006-ig
Készítette: Mecser Nikoletta Földrajz BSc szakos hallgató Geoinformatika szakirány Témavezető: dr. Szabó Gergely
Debrecen, 2009.
0
Köszönetnyilvánítás
Ezúton szeretnék köszönetet mondani témavezetőmnek, dr. Szabó Gergely adjunktusnak a kutatómunkám során nyújtott segítségért, építő kritikáért, valamint türelméért. Külön köszönettel tartozom Demeter Gábor adjunktusnak a munkám során nyújtott értékes segítségéért. Útmutatásuk kialakították bennem a tudományos eredmények kritikus értelmezését, a több szemszögből való megközelítés képességét, valamint az összefüggések felismerését.
1
Tartalomjegyzék
I. Bevezetés, célkitűzés...........................................................................................................3 1. A Bodrog természetföldrajzi jellemzése ..........................................................................4 2. A magyarországi folyószabályozás rövid története..........................................................6 3. Az alkalmazott eljárások rövid történeti bemutatása........................................................6 1. Térképezés..................................................................................................................6 2. Távérzékelés ...............................................................................................................8 II. Anyag és módszer ............................................................................................................10 1. Felhasznált adatbázisok ................................................................................................10 1. I. és II. Katonai Felmérés (1763- 1785; 1806- 1869) .................................................10 2. A Bodrogköz térképe (1930) .....................................................................................10 3. Bodrog átnézeti térképe (1975) .................................................................................11 4. Légifelvételek (1952, 1988) ......................................................................................12 5. Digitális ortofotó (2006) ...........................................................................................13 2. Alapállományok feldolgozásának menete .....................................................................13 III. Eredmények....................................................................................................................20 1. A vizsgált mederszakaszt jellemző statisztikai eredmények:..........................................21 1. Hosszváltozás: ..........................................................................................................21 2. Középvonal elmozdulása: .........................................................................................23 3. A burkolóterület változásai: ......................................................................................26 4. Kanyarulatok tágasságának változásai:......................................................................27 5. Folyásfejlettség változásai:........................................................................................28 6. Az amerikai típusú osztályozás eredményei: .............................................................28 IV. Összegzés.......................................................................................................................31 V. Felhasznált irodalom........................................................................................................32
2
I. Bevezetés, célkitűzés
Napjainkban egyre fontosabbá válik a folyórendszerek vizsgálatának digitális feldolgozása. A térinformatikai szoftverek alkalmazásával folyamatokat, jelenségeket figyelhetünk és jeleníthetünk meg. Megfelelő adatbázis alkalmazásával ezeket nyomon is követhetjük. Az összegyűjtött adatokból modelleket tudunk létrehozni, amelyek időben visszamenőleg vagy akár előre vetítve új és a további fejlődési tendenciák szempontjából fontos többlet információkat adhatnak. A szakdolgozatom térinformatikai alapú morfometriai elemzés, amelynek célja jelen esetben a vízfolyam fejlődésének és intenzitásának feltárása. A Bodrog egy szakaszát választottam mintaterületnek, amelyet több időpontban készített (1763- 2006 között) térképek és légifotók alapján vizsgálok, és bemutatom, hogyan lehet a morfometriában egyes térinformatikai technikákat alkalmazni. A Bodrog jó lehetőséget nyújt ilyenfajta elemzések vizsgálatához, mivel az évszázadok folyamán
szembetűnően
formálódott
a
medre,
különösen
a
XIX.
századi
folyószabályozásoknak köszönhetően. Az addigi viszonyokat megváltoztatva (1. ábra), árvízmentes térszínt hoztak létre, amelyhez több helyen kellett átvágni a folyó kanyarulatait. A Tisza szabályozása és a tiszalöki vízlépcső megépülte szintén jelentősen befolyásolta a Bodrog vízháztartását, hordalékviszonyait és vízjárását, így a munkálatok hatására egy évszázad leforgása alatt nemcsak a Bodrog magyarországi szakaszának hossza változott, hanem ez által esése, partépítő-partromboló tevékenysége, s morfometriája is (Laczay I. 1975).
1. ábra. A Bodrog magyarországi szakasza „ A Kárpát Medence vízborította és árvízjárta területei az ármentesítő és lecsapoló munkálatok előtt” c. térképen. (Bp. 1938) 3
Dolgozatom célja összegyűjteni a Bodrog egy kiválasztott szakaszáról különböző időpontokban készült adatbázisokat, melyek segítségével meghatározom a folyómeder adott időszakban lezajlott változásait. Feladatom továbbá, hogy a kiválasztott és lemért paramétereket térinformatikai módszerekkel feldolgozzam, illetve kimutassam és magyarázzam a paraméterek értékeinek időbeli és térbeli változását, hiszen eddig a Bodrog kanyarulat-vándorlásának kevésbé tulajdonítottak nagy figyelmet, s nem tanulmányozták mélyrehatóbban, így a saját kutatásomra építhettem fel a munkámat. Helybéliként pedig fokozottan érdekel a folyó megismerése.
1. A Bodrog természetföldrajzi jellemzése
2. ábra: A mintaterület elhelyezkedése A Bodrog medrét a holocén közepén (kb. 5000 évvel ezelőtt) a Tisza alakította ki. Az ÉK-i Kárpátok mintegy 200 km hosszú szakaszának DNY-i lejtőin öt nagyobb folyó (Tapoly, Ondava, Ung, Latorca, Laborc) ered és folyik a Kárpát-medence belseje, a tiszai Alföld felé. Ezek összefolyásából jön létre a 65 km hosszú Bodrog, amelynek magyarországi 4
szakasza 51,133 km, ebből a vizsgált folyószakasz a 35-ös fkm-től (Bodroghalász) a 13-as fkm-ig (Szegi) tart (2. ábra). Teljes vízgyűjtő területének nagysága 13579 km2, ebből a magyarországi rész 972 km2 (Laczay I. 1975). A Bodrog vízgyűjtőjének éghajlatát, hőmérsékletét és csapadékviszonyait az Atlantióceán, valamint a kontinentális hatások befolyásolják. Az évi középhőmérséklet a torkolattól a hegyek lábáig 9-10°C között váltakozik. A csapadékátlag a Bodrog mentén 600-700 mm, a Bodrogközben 600 mm alatti. A csapadék évi járását az időjárási frontok és a domborzat együttesen határozzák meg; a maximum nyáron jelentkezik, a másodmaximum pedig októberben (Laczay I. 1975). A Bodrog vízjárása 1954 előtt adatok alapján határozható meg. Határozott márciusiáprilisi maximuma van, majd a havi középvízállások folyamatosan csökkennek, és szeptember- október körül érik el a legkisebb értéket, majd a decemberi-januári vízállások közel azonosak és februárban kezdenek el emelkedni az áprilisi maximumok felé. A tiszalöki duzzasztás a tavaszi maximum kivételével mérséklő hatással volt a vízjárásra (Laczay I. 1975). A szabályozások során (1860-as évektől -1954) a Zempléni- hegység felőli meanderívek összekötésével a folyó esése 3,5 cm-ről 6 cm-re nőtt km-enként, mivel a hosszcsökkenés hatására nőtt a meder lejtése és ezáltal a vízfolyás sebessége is (Borsy Z. et al. 1988). Ez az esésnövekedés elegendő ahhoz, hogy a hegység irányából érkező patakok hordalékát továbbszállítsa. Ennek következtében a meder feltöltődése figyelhető meg, melynek eredménye, hogy a folyó a Rust (1978)-féle alaktípus osztályozásban fattyúágas típusú lesz. Jellemzője, hogy a vízhozam döntő része a főágon vonul le, amely szinte egyenes, de kialakulnak fattyúágak is, amelyek szigeteket fognak közre, melyeknek helyzete stabil és sűrű növényzettel borítottak (Telbisz T.- Tímár G. 2005). A feltöltődést tovább erősíti a Tisza szabályozása és a tiszalöki duzzasztómű megépülése (Laczay I. 1975).
5
2. A magyarországi folyószabályozás rövid története A XVIII. századig nem volt lehetősége hazánknak a nagyobb folyószabályozási munkák megkezdésére. A XVIII. században következett be a fordulat; az alapfeltételek, mint a szakemberképzés, a térképészeti és a tervezési munkák is adottá válták (Szalai Gy. 1987). Ténylegesen a XIX. században kezdődött meg a magyarországi folyószabályozás és ármentesítés, amely a legnagyobb mértékű természetátalakító tevékenység volt. Ennek eredményeként az egykor Magyarország területének 24%-ára kiterjedő árterületek kiterjedése kevesebb, mint 2%-nyi ún. hullámtérre csökkent (A magyar vizimunkálatok története 18671927. 1929). A Bodrog szabályozásának a gondolatával is már 1775-ben találkozunk (Laczay I. 1975). Vásárhelyi Pál javaslatára a Kiegyezésig (1867) 12 átvágást létesítettek a folyón, ezek azonban kisméretűek voltak, valamint az 1880-as években a Bodrog két nagyobb mellékfolyóját, az Ondavát és a Tapolyt is szabályozták, melynek következtében a hordalékuk a Bodrogban rakódott le és a meder feliszapolódását okozta, így az 1890-es évekig folytatódtak a munkálatok a Bodrogon és összesen 15 átvágást hoztak létre, amelyből 8 esik magyar területre. A Bodrog belvízrendezésének céljából főcsatornákat és zsilipeket építettek. A Bodrogzug árvízmentesítésének ügye véglegesen az 1954-ben napirendre kerülő tiszalöki duzzasztó megépítésével zárult le (Ihrig D. 1973).
3. Az alkalmazott eljárások rövid történeti bemutatása
1. Térképezés A topográfiai felvételeken alapuló térképészet már a XVIII. század elején kezdett kibontakozni. A harcterekről, várakról, határvidékekről egyre több és pontosabb, részletesebb katonai térképek készültek, amelyek elsősorban regionális célfeladatokat elégítettek ki. Vetületi alapjuk általában nem volt, méretarányuk, jelkulcsuk is különbözött egymástól. Az alkalmi hadifelmérések végül is a rendszeres katonai topográfiai térképezés kezdetéhez vezettek (Szabó G. 2006).
6
Az I. Katonai Felmérés Az I. Katonai Felmérés (1763-1787) hazánkról az első olyan térképészeti alkotás, amely országnyi területre kiterjedően igen részletes és rendszeres információ tartalommal bír. A térkép a török uralom utáni, de még a nagy folyószabályozások előtti állapotában ábrázolja hazánkat A térképezés felvételi méretaránya 1: 28’800. A térkép vetület nélküli, egységes geodéziai hálózat és koordináta rendszer nélkül készült. A vetület hiánya miatt nagyobb területen már nem lehetett pontosan illeszteni a szelvényeket, sok igazítást kellett végezni, ami torzulásokat eredményezett, emiatt csak tájékoztató szerepük volt. A nagyfokú pontatlanság miatt kezdődött meg 1806-ban a II. Katonai Felmérés (Szabó G. 2006). A II. Katonai Felmérés A
felvételt
I.
Ferenc
császár
rendelte
el
a
napóleoni
háborúk
hatására.
Magyarországon a felmérések 1810-ben kezdődtek meg és több megszakítással 1869-ig tartottak. A mérés lényegesen magasabb tudományos követelmények alapján történt. A pontatlanság kiküszöbölésére a mérőasztal-felvételt alapvonalmérés, háromszögelés előzte meg. A pontosság lényeges eleme, hogy a térképmű vetületéül Cassini-féle hengervetületet választottak.
Sok
pont
magasságát
is
meghatározták,
ezáltal
pontosabb
lett
a
domborzatábrázolás. Fontos megemlíteni, hogy 1871-től áttértek a méter alapú mérési egységek használatára, felváltva az addigi mértékegységeket, s ezzel nagymértékben növelték a kompatibilitást más országok térképrendszereivel (Szabó G. 2006; Internetes hiv. 1). A II. Katonai Felmérés utáni térképezés fejlődése A térképezés a műszerek fejlődésének, új eszközök megjelenésének és a tudományos háttér fejlődésének köszönhetően egyre inkább javult. A folyamatos fejlődés motorja ugyanakkor a mindig változó társadalmi igények kielégítése is egyben. Egyre nagyobb méretarányú térképekre lett szükség, amikor olyan nagyhorderejű beruházásokat kellett véghez vinni, mint a folyószabályozások a XIX. sz. második felében (Internetes hiv. 2). A Bodrogközi Tiszaszabályozó Társulat 1846-ban alakult meg Széchenyi István kezdeményezésére. Célja a Tisza, a Bodrog és a Latorca által határolt Bodrogköz ármentesítése volt. Ehhez szükségük volt egy részletesebb, 1: 25’000-es méretarányú Bodrogköz térképre, amelyet 1930-ban készítettek el. 7
A II. világháború után a topográfiai térképezés két ágon zajlott. A katonai térképészet 1953-1959 között új felmérést hajtott végre, 1968-1982 között helyesbítette, 1984-1996 között felújította ezt a térképművet. A földmérés és térképészet polgári célokat szolgáló topográfiai térképezési munkába kezdett. Az ország háború utáni újjáépítéséhez a kataszteri térképek mellett nagyméretarányú, részletes térképekre volt szükség. A felmérési munka 1952-1980 között folyt, de közben többször változtak a térképezés alapjai. A felmérés és a térképfelújítás végeredményeként elkészült az ország teljes területét egységesen lefedő 1: 10’000-es méretarányú EOTR térképszelvény. 2003-ban készült el a raszteres, digitális változata (Internetes hiv. 3). A későbbi gát és-töltésépítésekhez, fejlesztésekhez már konkrétan csak a Bodrog közvetlen környezetét ábrázoló, generalizált átnézeti térképeket használtak. A térképezés és a technika, ezáltal a számítógépek, és különféle egyre tökéletesebben működő szoftverek megjelenésével előtérbe kerül a digitális térképek szerepe. Előnyük, hogy gyorsan előállíthatók, pontosak, az időközben felmerült igények könnyen korrigálhatók, naprakészek az egyszerű módosíthatóság miatt, valamint nagyobb az információ kinyerhetőség is (pl.: egyszerű, gyors koordináta-, távolság meghatározás) (Internetes hiv. 4). A térképek áttekintése azért volt lényeges, mert a geomorfológiai vizsgálatoknál az ezekre épülő adatbázisok pontosságát határozzák meg.
2. Távérzékelés A távérzékelés története egészen 1858-ig nyúlik vissza, amikor Tournachon francia fényképész elkészítette első légifényképét Párizs és környékéről egy léggömbből kihajolva. Az első, kifejezetten geológiai célból készített felvételt 1898-ban Heim svájci geológus fényképezte a Jura hegységben, innentől számíthatjuk a földtani légifényképezés megindulását. A légifényképezés a technika fejlődésével egyre jelentősebbé vált. Megjelentek az első motoros repülőgépek a Wright testvérek nyomán, s 1913-ban már olasz szakemberek összeilleszthető légifénykép-sorozatot állítottak össze földtani kutatás céljából a líbiai Bengázi térségről. Az első világháborúban már hagyományos és kettős fényképezőgépet is használtak a felderítő gépeken, mivel stratégiai szempontból rendkívül fontos volt a domborzat ismerete, amelyet könnyen elemezhettek a sztereoképeknek köszönhetően.
8
Később nemcsak a hadi, vagy geológiai kutatásokban volt fontos szerepe, hanem ásványi nyersanyag kutatásában is egyaránt. Az 1940-50-es években amerikai és szovjet kísérletek következtek arra, hogy minél magasabbra feljuttathassák a fényképezőket, melyet rakéták segítségével oldottak meg. 1960-as években a televíziós kamera megjelenésével felgyorsult az űrtávérzékelés fejlődése. A légifotók mellett megjelentek a műholdakról készített fényképek is, melyek használata a további évtizedekben egyre inkább teret nyert és folyamatosan fejlődött az űrtechnikával párhuzamosan (Lóki J. 2006). A XX. század végén jelentek meg a digitális ortofotók, melyek a terepre merőleges kameratengelyű légifényképek speciális feldolgozásának eredményei. A színes digitális ortofotókat nagypontosságú térképészeti légi felvételek alapján állították elő. Egyesítik a részletgazdag fénykép és a hiteles térkép tulajdonságait: pontos és az eredeti képből minden információt
megtart.
A
térképekkel
megegyező
(EOV)
vetülettel
rendelkezik,
információtartalma ugyanakkor a fotóéval azonos (Internetes hiv. 5).
9
II. Anyag és módszer 1. Felhasznált adatbázisok
1. I. és II. Katonai Felmérés (1763- 1785; 1806- 1869) A felmérések térképanyaga felbecsülhetetlen értékű forrásanyag nem csak a történészek és geográfusok, hanem geoinformatikai szakemberek számára is. Magyarország felmérési szelvényei a Hadtörténelmi Térképtárban eredeti méretű feketefehér fotó, ill. színes fénymásolat formájában találhatók meg (Jankó A. 2007). Az I. és II. Katonai felmérés térképeit a Debreceni Egyetem Természetföldrajzi-és Geoinformatikai Tanszékétől kaptam meg a vizsgált területről. A térkép már vetületbe volt transzformálva, de a pontosság növelése érdekében még egyszer elvégeztem rajta a vetületbe illesztést, amelyet a szakdolgozatom II. 2-es pontjában fejtek ki bővebben.
2. A Bodrogköz térképe (1930) A Bodrogközi Tiszaszabályozó Társulat által elkészítetett 1930-as 1: 25’000-es méretarányú belvízrendezési tervének helyszínrajzát (3. ábra) az Észak-Magyarországi Vízügyi Igazgatóságnak köszönhetően dolgoztam fel. A térkép elhasználódott az évek során, így beszkennelése elég körülményes volt. Nagy méretéből adódóan A3-as méretű szkenner alkalmazásával is csak több kisebb darabban volt lehetséges a digitálissá alakítása. A darabok ezután számítógépen ArcMap program alkalmazásával lettek összeillesztve, s ezt követően lehetett elvégezni rajta azokat a műveleteket, amelyek az összehasonlító vizsgálatokhoz szükségesek voltak.
10
3. ábra: Az 1930-as Bodrogköz térkép egy részlete
3. Bodrog átnézeti térképe (1975) Ez a térkép szintén az Észak-Magyarországi Vízügyi Igazgatóságnak köszönhetően kerülhetett az adatbázisaim közé. A Felsőbereckitől Tokajig tartó folyószakaszt hat darab 1: 25’000-es méretarányú szelvény fedi le (4. ábra), melyek a Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Központ 1: 10’000-es méretarányú vízrajzi térképeinek kicsinyítésével készültek 1975-ben. A mechanikus munka ebben az esetben is a térképek szkennelésével kezdődött, de itt elég volt A4-es méretű szkennert használni, ezt követően a vetületi rendszerbe illesztés következett, amelyet a II. 2-es pontban részletezek.
11
4. ábra: Az 1975-ös átnézeti térkép egy részlete
4. Légifelvételek (1952, 1988) A Hadtörténeti Intézet Térképtárából kaptam meg a területemet ábrázoló légifotókat, amelyek 6 mappában voltak elhelyezve, összesen 250 db. A képek A3-as szkenner segítségével kerültek digitalizálásra, mivel a légifotók mérete 23*23 cm volt. A képek 300 dpi geometriai felbontású és 24 bit színmélységű ’.jpg’ kiterjesztésű állományok, melyeket DVD adathordozón rögzítettem. Következő lépésben a képek északra tájolása következett, majd évfolyam szerinti különválogatásuk. 7 db évfolyamom lett: 1951, 1952, 1956, 1957, 1975, 1987, 1988, ezekből az 1952-es és 1988-as évfolyamot választottam ki. A legjobb minőségű felvételek év szerinti kiválasztásánál ügyelnem kellett arra, hogy a fotók ne legyenek felhősek, homályosak. A fotók adták az egyik legpontosabb alapállományomat a vizsgálatok során (5. ábra).
12
5. ábra: 1952-es légifotó részlete
5. Digitális ortofotó (2006) A digitális ortofotó minden tekintetben objektív, a valóságot tükrözi, az adott időszak hiteles kordokumentuma. Alkalmazásával nagy területeken lehet a tér összes apró részletét a valóságnak megfelelően, objektíven, megbízhatóan és gyorsan felmérni. Az ortofotó a széles színtérnek (több mint 16 millió színárnyalat) köszönhetően hűen tájékoztat a környezetről, a felület minőségéről. Rendkívül széleskörűen alkalmazható, térképezéshez; környezet- és természetvédelmi vizsgálatokhoz, talaj, felszíni víz és növényzet állapotfelméréséhez (Internetes hiv. 6). Legfrissebb adatbázisom egy 2006-os ortófotóra épül.
2. Alapállományok feldolgozásának menete A mechanikus munka a meglévő térképek és légifotók szkennelése volt, amely a geometriai adatnyerés gyors, eszközigényes eljárása, amelynek főként nagy mennyiségű forrás digitalizálásakor van jelentősége. A létrejött raszterállomány viszont csak grafikus megjelenítésre alkalmas (Detrekői, Á.-Szabó, Gy. 1995).
13
A geoinformatika lehetőséget nyújt arra, hogy ezeket a térképi állományokat, légifelvételeket digitális formátumban egymásra fektessünk, és közvetlenül hasonlítsuk össze információtartalmukat. Az összevethetőséghez az szükséges, hogy azonos vetületűek és méretarányúak legyenek. A transzformációt korszerű geoinformatikai szoftverekkel lehet elvégezni (Detrekői Á.- Szabó Gy. 2007). Ehhez szükségem volt az ESRI Magyarország Kft. ArcGIS családjába tartozó ArcMap térinformatikai szoftverre, valamint az adott területet lefedő EOV 1: 10’000-es méretarányú topográfiai térképszelvényekre, amelyeket a Debreceni Egyetem Természetföldrajzi-és Geoinformatikai Tanszékén használtam. A helyes transzformációhoz elengedhetetlenek a felszíni illesztési pontok, azaz a GCP-k pontos megadása. Ekkor a térképeken, és a légifelvételeken olyan pontokat keresek, amelyek lehetőség szerint nem természetes eredetűek-mivel azok pár évtized alatt is nagyfokú változásra hajlamosak, pl.: folyók partvonala-, hanem mesterséges, antropogén objektumok, például útkereszteződések, hidak, épületeket (templom, vár). A képtranszformáció annál megbízhatóbb, minél több szétszórtan elhelyezkedő GCP-t helyezünk el a teljes felületen (Mucsi L. 1995). A forrás file koordinátáinak transzformációjához polinomokat használunk. A felvétel torzultságától, a GCP-k számától és egymáshoz viszonyított elhelyezkedésétől függően határozzuk meg a polinom fokát a transzformáció végrehajtásához. A kifejezések bonyolultságát ez a fokszám mutatja (Kertész Á. 1997). Átlagosan 20-25 pontot és másodfokú- ill. harmadfokú polinomot használtam, mivel a torzult és erősen torzult légifelvételek, térképlapok korrigálására ilyen fokú transzformációt kell alkalmaznunk. A vetületi transzformáció pontos végrehajtásához szükség lehet a terület magassági adatainak ismeretére is (DEM). Mivel ebben az esetben egy gyakorlatilag sík területről van szó, magassági torzítás nem lép fel, így ilyen jellegű korrekcióra nem volt szükség. Az vetületbe transzformált képeket ’.img’ fájlként mentettem el. Ez a munkafázis eléggé időigényes volt, hiszen kiválogatni a megfelelő légifelvételeket úgy, hogy a kijelölt területet lefedje, valamint ezek pontos vetületbe transzformálása rengeteg munkámba került. Következő lépésben az ArcCatalog-ban hoztam létre minden raszteres állományhoz egy shape fájlt. A vektoros adatbázisba digitalizáltam körbe a folyót minden időpontból, de mivel több pixel széles, ezért polygonnal végeztem el. Ezt követően lett egy 1763-as, 1820-as, 1930-as, 1952-es, 1975-ös, 1988-as és 2006-os medret tartalmazó shape fájlom (összesen tehát 7 időpontból). Ahhoz, hogy ezeken a rétegeken 14
mérni tudjak, vizuálisan is be kellett rajzolnom azokat a paramétereket, amelyeket a későbbiekben használni fogok a kanyarulatfejlődés mértéknek meghatározásához, s így elő kellett állítanom a vonalas vektoros rétegeket minden időponthoz egy darabot rendelve. A kanyarulatfejlődés mértéknek kiszámításához először a légifotókon és a térképeken a partvonalak futása alapján meghúztam a kanyarulatok csúcspontjait összekötő burkolóvonalat (Internetes hiv. 7.), amelyek alapján meghatározható a meanderező övezet szélessége és területe. Megszerkesztettem a folyó középvonalát, mely alapján lemértem az adott év szerinti folyó hosszát (1. táblázat). A méréseket ArcMap programmal végeztem el, és Excel táblázatba vezettem és rendeztem a kapott adatokat (2. táblázat, 3. táblázat). A rendezés során minden folyókanyarulatot egyedi azonosítóval láttam el, hogy adott kanyarulat korábbi és későbbi állapotai összevethetők legyenek. 1. táblázat: Lemért középvonalhossz és burkolóvonal terület
15
2. táblázat: A lemért paraméterek összefoglaló táblázata
16
3. táblázat: A lemért paraméterek összefoglaló táblázata
A kanyarulat-fejlettség kiszámításához a következő paramétereket mértem le: h, m, i, R, gamma, béta, ahol a sodorvonal és a középvonal metszéspontját (inflexiós pontokat) összekötve kaptam meg a h=húr-t. Az m a kanyarulat magassága, amely a húrra állított merőleges hossza. Az i= a kanyarulat ívhossza, amely a két inflexiós pontot köti össze a sodorvonal mentén. Az R= a kanyarulatok görbületi sugara, amely lényegében a kanyarulatba illeszthető kör sugarát jelenti (Félegyházi E.- Kiss T.- Szabó J. 2006) (6. ábra).
17
6. ábra: 1952-es légifotó alapján készült shape fájl (burkolóvonal, húr, kerület, magasság, görbületi sugár) A kanyarulat-érettségének meghatározására szolgál a béta, amely az i/h hányadosból számolható ki. Ennek értéke adja meg, hogy a Laczay (1982) féle (4. táblázat) osztályozási rendszerben a kanyarulat melyik típusba tartozik. 4. táblázat: Kanyarulatok fejlettsége a béta értéke alapján (Laczay I. nyomán 1982.)
A kanyarulatérettség megadásához Schoklitsh (1950) meanderképletét is alkalmaztam, miszerint a meanderek ívhossza az átmérőként tekintett húr 1, 57-szerese, gyakorlatban, ha a
18
húrra rajzolunk egy félkört (k) és, ha ez a félkör hosszabb, mint az ívhossz, akkor egyszerű kanyarról beszélünk, ha kisebb, akkor meander az adott kanyarulat. A különböző típusú folyókanyarulatok vándorlásában jelentős eltérések tapasztalhatók, ezért a folyószélesség, a kanyargósság, a magassági viszonyok és a síkrajzi mintázat alapján különböző meandertípusokat különíthetünk el (Telbisz T.- Tímár G. 2005). Brice (1975)-féle meanderosztályozás szerint soroltam be a kanyarulataimat a 7 időpontból. Ez egy gyakorlati szempontokhoz igazodó osztályozás. Eszerint 9 kategória létezik, amelyet az ABC betűivel jelöl. Kiszámoltam a kanyarulat-elmozdulási rátát, amely Hickin és Nanson (1975, 1984) szerint a görbületi sugár (R) változásával mutat kapcsolatot. Az összehasonlíthatóság érdekében célszerű a görbületi sugarat a mederszélességgel elosztani (W), így eredményül megkapjuk, hogy hány év alatt vándorol az adott kanyar egy mederszélességnyit (Telbisz T.- Tímár G. 2005) (5. táblázat). 5. táblázat: Medervándorlás üteme (R/W)
Ezt követően az R/W értéket év szerint átlagoltam, valamint a teljes szakaszra nézve megállapítottam, hogy Brice (1975)- féle osztályozásban milyen meandertípus lenne, melynek számértéket adtam (1- G1; 2- B1). A kapott értékeket összevetettem, hiszen Lagasse at al. (2004) szerint a Brice-féle típusokba sorolt meanderek számszerű vizsgálata azt mutatja, hogy a B1 típusok vándorlási üteme lényegesen alacsonyabb, azaz magasabb az R/W értékük, mint B2 és C típusoké, ahol ez az érték alacsonyabb. Végül a tényleges mederhosszból kivonva a légvonalbeli távolságot a kezdő és végpont között, megkaptam a folyásfejlettség értékét is (Internetes hiv. 8.) (1. táblázat).
19
III. Eredmények A korábban medrét szabadon formáló Bodrog (7. ábra) életében drasztikus változásokat okoztak a 19. század folyószabályozás munkálatai. A kanyarulat-átvágások és az esésnövekedés hatására hosszabb-rövidebb szakaszokon megváltozott a folyó mintázata (8. ábra), de az intenzív antropogén hatások ellenére is önálló morfológiai rendszer, amely idomul megváltozott paramétereihez és egyensúlyi helyzet elérése felé tendál.
7. ábra: A mintaterület az I. és II. katonai felmérés idején, tematikus térképen
20
8. ábra: A szabályozások utáni Bodrog vizsgált szakasza tematikus térképen
1. A vizsgált mederszakaszt jellemző statisztikai eredmények: 1. Hosszváltozás:
9. ábra: Hosszváltozás 1763-2006-ig 21
A Bodrog hosszváltozását mutatja a 9. ábra. A Bodrog természetes viszonyok között az I. Katonai Felmérés idején 34287 km hosszú volt a vizsgált szakaszon. A II. Katonai Felmérésig több mint 4 km-rel hosszabbodott meg a folyó (éves átlagban kb. 66,6 m-rel). A hossznövekedést a meanderképződés hatására a kanyarulatok megnyúlása, kiszélesedése okozta. Az 1860-as években kezdődött meg a Bodrog középvízi szabályozása. A túlfejlett kanyarulatokat az árvíz levonulásának meggyorsítása érdekében levágták. Ezen a szakaszon 1884-ig 3 átvágást hoztak létre; a Sárospatak alatti nagy balkanyart levágó XIII. átvágást, XIV. átvágást Bodroghalász- Bodrogolaszi között, és a XV. Viss irányában. Ezek az átvágások olyan nagyméretű kanyarokat vágtak le, amelyek 15,8 km-rel rövidítették meg a vizsgált folyószakaszt, azaz csaknem 60%- ára csökkent az eredeti hossz. A következő 22 éves periódusban (1930 - 1952) 770 m-t hosszabbodott a folyó, amely átlagosan 35 m/ évet jelent a 22 fkm-es szakaszon. Ez az eredmény azt mutatja, hogy a folyó próbált visszatérni eredeti egyensúlyi helyzetébe, amely a megmaradt meanderek növekedésével indult, mely a nagyobb vízsebességhez köthető munkavégzés eredmény (Fiala K. 2006). Ezt láthatjuk az 1-es, 2-es (10/A. ábra), 4-es és 6-os (10/B. ábra) kanyarulatnál. A kanyarulatok növekedését az ívhossz (i) alapján is megállapíthatjuk, hiszen 1930-ról 1952-re 7%-kal növekedett meg az átlagolt értékük (11. ábra). 1952-től fokozatos csökkenés figyelhető meg. Ekkor állt be a folyó dinamikus egyensúlyi állapota. 1952 - 1975-ig eltelt 23 év alatt 50 m-rel lett rövidebb, amely -2,1 m-t jelent évenként. Az ezt követő 13 év alatt (1975-1988) 6 m-rel (-0,46 m/ év), majd 2006-ig 4 m-rel (-0,22 m/ év) rövidült a folyószakasz hossza.
10. ábra: A) Középvonal hosszabbodása 1930-1952 között az 1-es és 2-es kanyaron szerkesztő nézetben; B) Középvonal hosszabbodása 1930-1952 között a 4-es és 6-os kanyaron szerkesztő nézetben
22
11. ábra: A kanyarulat ívének hosszváltozásai
2. Középvonal elmozdulása: A kanyargási hajlamot a középvonal elmozdulásának és hosszváltozásának mértékével jellemeztem (Blanka V.- Kiss T. 2008). A vizsgált 293 év alatt a középvonal változásának maximális értéke 2275m, a minimális pedig 62m, ha a kezdeti időpontot (1763) és a mostani állapotot (2006) veszem alapul. Ez azt jelentené, hogy az előbbinek 7, 76 m/év, míg az utóbbinak 0,2 m/év elmozdulási értéke lenne, de mivel nemcsak természetesen úton játszódott le a középvonal mozgása (a szabályozások miatt), ezért két részre bontva vizsgáltam a teljes periódust. Kiszámítottam, hogyan változott a középvonal elmozdulása 1930 és 2006 között. Maximális hossznövekedésként 246 m-t (0,84 m/év), minimálisként pedig 8 m-t (0,0027 m/év) kaptam (12. ábra).
23
12. ábra: Teljes középvonal elmozdulás Szemléltető jelleggel mutatom be a 13. ábrán látható természetes állapotok között (I. katonai felmérés- II. katonai felmérés) a középvonal területi elmozdulását. 1025m (18 m/év) a maximális és 12m (0.2 m/év) a minimális érték, de ezek az adatok csak informatív jellegűek az I. katonai felmérés pontatlanságából adódóan.
24
13. ábra: Középvonal elmozdulás természetes viszonyok között
14. ábra: Középvonal elmozdulása a 4. kanyarulat (Olaszliszkától K-re) példáján az I. katonai felméréstől 2006-ig
25
3. A burkolóterület változásai: A Bodrog mederváltozásai által érintett övezet területét vizsgálva megállapíthatjuk, hogy az a középvonal hosszúságának és a kanyarulatok tágasságának változásaihoz igazodik. A szabályozási munkák előtti Bodrog arculata jelentősen eltért a maitól. Az I. és II. katonai felmérés meanderező mintázatról tanúskodik, amely széles burkolóvonal által határolt övezettel áll kapcsolatban. A szabályozásokig nőtt a terület aránya, majd erőteljesen lecsökkent (52%-kal) az átmetszéseknek köszönhetően. Az egyensúlyi állapotát kereső, ezáltal hosszabbodó folyó hatására a burkolóvonal területe 2%-kal (97m2, 4,4 m2/év) nőtt 1952-ig, majd a következő több mint 50 éves periódusban a meanderezés által érintett zóna fokozatos, lassú csökkenése jellemző (15. ábra).
15. ábra: Burkolóvonal által közrefogott terület m2-ben A 5. táblázaton láthatjuk, mennyivel nőtt, vagy csökkent a terület mérete két időpont között, valamint éves szinten ez hány m2 –t jelent.
26
6. táblázat: Burkolóvonalak által határolt területek nagyságának változása
4. Kanyarulatok tágasságának változásai: A kanyarulatok tágasságának térbeli változékonysága nagy eltéréseket mutat, amely párhuzamba állítható a burkolóterület nagyságával. Két időintervallumban vizsgáltam meg az adott folyószakaszt. Szemléltető jelleggel mutatom be a 16/ A. ábrán az I. Katonai Felmérésektől a folyószabályozásokig a mederváltozások által érintett övezetet. A folyó ekkor erősen meanderező típusú volt, így a sávok szélessége meghaladta a 2100m-t, a minimum 335m közeli. Az 1930-tól a maximális sáv szélessége 1360m, a minimum pedig 200m körüli értékre csökken, ez jelzi, hogy a folyó az átvágásokat követően szűkebb kanyarokban teszi meg útját a 22 fkm-en (16/ B. ábra).
16. ábra: A) a Bodrog mederváltozásai által érintett övezet 1763-1930 között és B) a mederváltozások által érintett övezet 1930-2006 között
27
5. Folyásfejlettség változásai: A folyásfejlettség a középvonal-hosszúság és a légvonalbeli távolság hányadosaként adható meg. Jól leolvasható a grafikonról, hogy az I. és II. Katonai Felmérés időpontja között (kb. 60 év) 27%-ot nőtt a folyásfejlettség értéke, mivel a természetes állapotok között egyre meanderezőbb folyó hossza növekedett. A hirtelen változás a folyószabályozás hatásának köszönhető. A következő 22 éves periódusban (1930-1952) 50%-ot emelkedett az értéke, igaz egy kisebb értékről, de a folyó gyorsan a korábbi állapothoz (a dinamikus egyensúly beálltáig) tér vissza, így a hossznövekedéssel párhuzamos nőtt a folyásfejlettség étéke is. Ez a „legveszélyesebb” periódus. 1952 után stagnál az értéke, de ez nem zárja ki a későbbi fejlődést (17. ábra).
17. ábra: Folyásfejlettség értékének alakulása
6. Az amerikai típusú osztályozás eredményei: A grafikonon jól látható (18. ábra), hogy az egyfázisú, egyenletes mederszélességű kanyarok (B1) minden időpontban megjelennek. A B2-es típus annyiban különbözik a B1estől, hogy itt a kanyarulatoknál kiszélesedik a folyó. A ’C’, amely szintén egyfázisú, kanyarulatíveknél kiszélesedő, de övzátonyos típus az 1952-es felvételen jelenik meg először. (Lehetséges, hogy korábbi időpontoknál is megjelent ez a forma, viszont csak a légifotókról 28
tudtam leolvasni.) Kialakulása a folyószabályozások, majd a tiszalöki duzzasztómű megépülésének köszönhető, hiszen a lassuló folyó az élesebb kanyarokban egyre inkább leteszi hordalékát, ezáltal övzátonyokat épít. Az ’E’ típusú kanyar-, amelyet szabálytalan mederszélességről ismerünk fel- a folyószabályozások előtt gyakori (több mint 50%). Ez a kanyarulattípus a tiszalöki duzzasztást követően is jelen van, bár százalékos aránya sokkal kisebb (12-22%). A szabályozás előtti időszakra jellemző a kétfázisú, kétmóduszú mederhullámhossz-spektrum egyenletes mederszélességgel (G1). Később ezek a részek lettek átvágva, és kiegyenlítve.
18. ábra: Brice (1975)- féle meanderosztályozás évekre lebontva százalékos arányban Megvizsgálva a kezdeti (1763) és vég (2006) időponthoz tartozó típusokat megállapíthatjuk, hogy a B1 típus maradt, a G1-es pedig ’E’ típusúvá alakult. A B2-es ’C’ típusú lett, bár előbbinek részaránya csökkent, utóbbinak nőtt (19. ábra).
29
19. ábra: Brice (1975)-féle osztályozás az I. Katonai Felmérés idején (1763) és napjainkban (2006) Megvizsgáltam, hogy a meandertípusok jellemző fajlagos vándorlási üteme (R/W) év szerint átlagolva milyen kapcsolatban áll az amerikai típusú meanderosztályozással. A kapott eredményeket mutatja a 20. ábra. Látható, hogy a szabályozások előtt G1 (1) típusú volt a 22 fkm-es szakasz, amelyhez alacsony vándorlási ütem párosul, míg a szabályozásokat követően B1 (2) típus lett a jellemző, s Lagasse at al. (2004) megállapításával párhuzamosan itt is magas vándorlási ütem társul. A meanderfejlődés szakaszai 3 részre bonthatók. Az 1988-as vándorlási ráta értéke nagyobb, mint 10, így az eleinte kialakuló, új kanyarulatok viszonylag lassan növekednek. Az 1930-as, 1952-es, 1975-ös és 2006-os értékek alapján a következő kanyarulatfejlődési szakaszt felgyorsuló növekedés jellemzi. A G1 típusú kanyaroknál az alak nagyjából stabilizálódik, és a legnagyobb mértékű vándorlási ráta erre az időszakra tehető.(Hickin E. 1974, Nanson G. C. 1984)
20. ábra: Év szerint átlagolt fajlagos vándorlási ütem és az amerikai típusú osztályozás kapcsolata 30
IV. Összegzés
A Bodrog vizsgált, meanderező mintázatú szakaszának fejlődését időben és térben 3 egységre oszthatjuk. A (1) XIX. századi szabályozások előtti természetes állapot; (2) a szabályozást követő állapot 1952-ig, amikor a folyó tendál az egyensúlyi állapot felé; (3) az 1950- es évek utáni periódus, amikor az átvágások jelentősen megváltoztatták a futásvonalat, és a folyó néhány évtized elteltével az esésnek és vízhozamnak megfelelő morfológiai állapotba került; A természetes viszonyok között fejlődő Bodrog hosszváltozása a két katonai felmérés között 4 km-rel nőtt a meanderképződés hatására, ekkor a folyó egész szakaszát vizsgálva a Brice-féle meanderosztályozásban G1 típusú volt. A hossznövekedéssel párhuzamosan nőtt a folyásfejlettség értéke, valamint a burkolóterület kiterjedése is. A természetes viszonyokat a XIX. századi folyószabályozások teljesen átalakították. A Bodrog e szakaszának hossza 60%-ára csökkent, amelynek következményeként nőtt a vízsebesség ( 3.5 cm-ről 6 cm-re km-ként), ezáltal a munkavégző képessége, így a megmaradt kanyarulatok növekedésnek indultak, ívhosszuk (7%), magasságuk is megnőtt, mivel a folyó próbált visszatérni eredeti
egyensúlyi helyzetébe. A hosszváltozással egyidejűleg csökkent a burkolóterület nagysága és a folyásfejlettség értéke. A megváltozott morfológiai viszonyokhoz a folyó folyamatosan igazodni próbált, és végül 1950-es évektől találja meg újra a dinamikus egyensúlyi állapotát. Tehát elmondható, hogy a szabályozások morfológiai hatásai rövidtávon jelentősnek mondhatók, ám néhány évtized alatt a vizsgált paraméterek lassú változása révén az új kanyarulati- és mederviszonyok új egyensúlyi állapotot tükröznek.
31
V. Felhasznált irodalom
Blanka V.- Kiss T. 2008: A kanyarulatfejlődés jellegének és mértékének vizsgálata a Hernád Alsódobsza feletti szakaszán, 1937 és 2002 között. Geographia generalis et special. Debrecen, KLTE Egyetemi Kiadó, pp. 147-155. Borsy Z. , Fehér A. , Félegyházi E. , Kurucz Gy. , Lóki J. 1988: Ember, táj, mezőgazdaság. A Bodrogköz. Miskolc, POLIGON Szociális Foglalkoztató Nyomda, 239 p. Detrekői Á.- Szabó Gy. 1995: Bevezetés a térinformatikába. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó, 250 p. Detrekői Á.- Szabó Gy. 2007: Térinformatika. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó Zrt., 380 p. Fiala K. – Sipos Gy. – Kiss T. 2006: Szabályozások hatására bekövetkező morfológiai változások a Tisza és a Maros alsó szakaszán. In Kiss A. – Mezősi G. – Sümegi Z. (szerk): Táj, környezet és társadalom. Ünnepig tanulmányok Keveiné Bárány Ilona professzor asszony tiszteletére. Pp. 203- 213. Félegyházi E.- Kiss T.- Szabó J. 2006: Természetföldrajzi gyakorlatok. Debrecen, Kossuth Egyetemi Kiadó, 170 p. Hickin E. J. 1974: The development of meanders in natural river- channels. Am. J. Sci. 274. Ihrig D. 1973: A magyar vízszabályozás története. Országos Vízügyi Hivatal. Pp. 309310.
32
Internetes hivatkozások: 1. Nagy Z.- Magyar topográfiai alaptérképművek. (letöltve: 2009) http://lazarus.elte.hu/hun/digkonyv/nagy_zoltan/nz.htm 2. Tímár G.-Molnár G. : A második katonai felmérés térképeinek közelítő vetületi és alapfelületi leírása a térinformatikai alkalmazások számára http://www.omikk.bme.hu:8080/cikkadat/bitstream/123456789/1552/1/2003_5bol 4.pdf 3. Mélykúti G. 2005: Topográfia (letöltve: 2009) http://geo2.fmt.bme.hu/mg/9%20Magyar%20topogr%C3%A1fiai%20t%C3%A9r k%C3%A9pez%C3%A9s%20t%C3%B6rt%C3%A9nete.pdf 4. Hiszi- Map. Kft (letöltve: 2009) http://www.hiszi-map.hu/index.php/ismerettar/3 5. Reginform Kft. 2004: A digitális ortofotó (letöltve: 2009) http://www.reginform.hu/review-ortho.htm 6. Környezetinformatika Központ (Letöltve: 2009) http://www.kornyezetinformatika.hu/?cat=8 7. Gönczy S.- Szalai K. 2004: Geomorfológiai fogalomgyűjtemény (letöltve: 2009) http://mek.niif.hu/02900/02911/02911.htm 8. Zseni A.- Bulla M. 2002: Vízminőségvédelem (letöltve: 2009) http://www.sze.hu/~horvbal/vizmin.pdf Jankó A. 2007: Magyarország katonai felmérései 1763-1950. Budapest, Argumentum Kiadó, 196 p. ISBN 978 963 4464 33X Kertész Á. 1997: A térinformatika és alkalmazásai. Budapest, Holnap Kiadó, 240 p. ISBN 963 346 199 5 Laczay I. 1975: A Bodrog hidrogeográfiája. Vízrajzi Atlasz sorozat- Bodrog 20. köt. Budapest, VITUKI 6-12. p. Laczay I. 1975: A Bodrog szabályozása. Vízrajzi Atlasz sorozat- Bodrog 20. köt. Budapest, VITUKI 17-20 p. Lóki J. 2002: Távérzékelés. Debrecen, KLTE Egyetemi Kiadó, 113 p. 33
Mucsi L. 1995: Műholdas távérzékelés és digitális képfeldolgozás I., Szeged, SZTE Press, 170 p. Szabó G. 2006: Katográfiai és térinformatikai módszerek pontosságának földrajzi szempontú vizsgálata. Debrecen 143 p. Szalai Gy. 1987: Ember és víz. Budapest, Mezőgazdasági Kiadó, 284 p. ISBN 963 232 4498 Tímár G., Telbisz T. (2005): A meanderező folyók alakváltozása és az alakváltozás sebessége. Hidrológiai Közlöny 85 (5): 48-54. ISSN 0018-1323 A
magyar
vizimunkálatok
története
1867-1927.
1929.
Stádium
Sajtóvállalat
Részvénytársaság. Budapest, Pp. 68-69.
34
