Tisza-völgyi Műhely alapító konferencia Szolnok, 2011. március 30.
Hordalékviszonyok hatása az árvízi biztonságra a Tisza-völgyben avagy mit tudunk manapság mérni, modellezni és mindebből becsülni Dr. Józsa János, tszv. egyetemi tanár BME, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék
A magyarországi felszíni vizek hidromorfológiai monitoringjának intézményfejlesztése - Tanszék vezette országos projekt, 2007-08. - Intézményi háttér kialakítása az Európai Unió Víz Keretirányelvében (EU VKI) foglaltak megvalósításához - A Vízrajzi Szolgálat alkalmassá tétele új, komplex feladatok ellátására - A hidromorfológiai eljárások, adatok és feldolgozások kialakítása, információs rendszer (http://hidromorfologia.vizugy.hu/) felállítása és az első mérésekkel való feltöltése - Kiemelten fontosak a vízgyűjtő-gazdálkodási tervek, melyekhez 2007-től az országos monitoringhálózat szolgáltatja a megalapozást jelentő adatokat.
BME Vízmérnöki MSc képzés 2009Hidromorfológia alapozó tantárgy Elméleti tananyag: - Kinematika, hidrodinamika, Navier-Stokes-egyenletek - Turbulencia, Reynolds-egyenletek, határréteg-elmélet - Elkeveredés, lebegtetett hordalékmozgás - Görgetett hordalékmozgás - Meder-, kanyar- és ágfejlődés, tektonikai hatások - Geo-referált mederváltozások – mederalakító vízhozamok - Mederfelszín-formák, víz-üledék-növényzet kölcsönhatás - Geofizikai mederfelszín- és rétegzettség-feltárás - Áramlás és hordalékmozgás 1- és 2D leírása - Mérésekkel támogatott térbeli morfológiai modellezés
BME Vízmérnöki MSc képzés 2009Hidromorfológia alapozó tantárgy Számítási feladatok: - ADCP mérési módszertan, sebességeloszlás-számítások - Lebegetett és görgetett hordalékmérési módszertan szem- és koncentráció-eloszlás számítások - Mederfelszínformák mérési módszerei, adatok feldolgozása - ADV mérési módszertan, mért sebesség-idősorok feldolgozása
A Tisza hidromorfológiai feltárásának alapeszköze: akusztikus Doppler-elvű sebességeloszlás-mérő (ADCP) 2001-től
Függélysebesség eloszlás 9 8 7
y = 9E-05e13.065x R2 = 0.8746
6
Z (m)
5 4 3 2 1 0 -0.5
0
v (m/s)
0.5
1. függ. seb. pontok_2010 Expon. (1. függ. seb. pontok_2010)
1
ADCP működése Sebességméréshez: frekvencia megváltozás Hordalék töménység becsléshez: jelerősség megváltozás
Visszavert jelerősség szelvény menti eloszlása
Pillanatnyi és időben átlagolt függély menti sebességeloszlások Példa: 90 s valós idő 0,4 sec felbontással
7
Egy tiszai alkalmazási példa: A folyó mindszenti szakasza
Mozgó és rögzített hajós mérések
Mért
3D modellel számított
Erős kanyarulat modellezett áramlási viszonyai
Példa a Tisza egy városi szakaszára: Szeged 181+000 fkm Tisza
Szeged 0+000 fkm 1+000 fkm
Maros
168+000 fkm
Cél: az üdülőterületre való árvízi rááramlási viszonyok, elsodró és hordalékmozgató erők megismerése
QTisza zTisza
Tömörkény István üdülőterület
Tisza
Yacht kikötő
Maros
QMaros
Árvízi modelleredmények övzátonyok
feliszapolódás
medermélyülés
Az üdülőterületre vonatkozó, részletes modellvizsgálat: Q2006, Q2000, Q1999 felhasználásával, finomabb rácshálófelbontással
zTisza
Q2006, Q2000, Q1999
A házak hidrodinamikai terhelése és a területen kialakult fenékcsúsztató feszültségek
ADCP-alapú hordalékmozgás- és medermorfológia-mérés
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
A kapott eredmények:
128051.0 737670.0
EOV X 737672.0 737674.0 737676.0 Mérőhajó_RTK GPS_B.p.-tól 75m Mederfenék_Bottom Tracking_B.p.-tól 75m
737678.0
ks
0,0928 m
z0
0,0031 m
k
38,63 m1/3/s
Medervándorlás keresztmetszet menti eloszlásának becslése Tisza 210+400 fkm Q2010=582 m 3/s, Q2008=479 m 3/s
70
0
100
200
Tisza meder hosszelvény 210+100 - 210+700 fkm 2010. október 11. 300 400
500
600
Távolság (m) 700
0
86
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
66
2
Folyásirány Mélység [h, m]
30
Magasság [Z, mBf]
Medersebességek [vmed, m/h]
50 Li
Hi
4
6
8
10
180
Medersebesség adatok_2008 Mederszelvény_2008
12 Dűnemérés_bal part
Dűnemérés_középvonal
Dűnemérés_jobb part
Lebegtetett hordalék és mederanyag-összetétel feltárása Mederanyag szemeloszlás diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2010. október 11.
100
100
90
90
80
80
Átesett tömegszázalék [Si, %]
Átesett tömegszázalék [Si, %]
Függély átlagolt lebegtetett hordalék szemeloszlás diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2010. október 11.
70 60 50 40 30 20
70 60 50 40 30 20 10
10 0 0 1. függély átlag 4. függély átlag Modellben leképzett
0.1 2. függély átlag 5. függély átlag
Szemcseátmérő [d, mm] 0.2 3. függély átlag Szelvény átlag
0
Szemcseátmérő [d, mm]
0 1. függély_2010
1 2. függély_2010
4. függély_2010
5. függély_2010
Szelvény átlag_2010
Modellben leképzett
Lebegtetett hordalék paraméterek
Mederanyag paraméterek
d, mm
frakció, %
wü, m/s
0,006 (d10)
20
0,00006
0,045 (d60)
60
0,115 (d90)
20
d, mm
frakció, %
wü, m/s
0,0017
0,057 (d10)
20
0,0026
0,009
0,185 (d50)
60
0,02
0,295(d90)
20
0,04
Lebegtetett hordalékkoncentráció szelvény menti átlaga: 0,0248 g/l
2
Lebegtetett hordaléktöménység és hozam ADCP-alapú térbeli becslése Mért sebesség
Számított töménység
Számított hordalékhozam
Mindezek birtokában 3D áramlási és morfológiai modell-paraméterezés Kanyarátvágás modellvizsgálata egy felső-tiszai szakaszon (kanyarvándorlás, hajózási szelvény más osztályba sorolása, árvízlevezetés)
Az egyik lehetséges változat
Egy év vízjárása alapján modellezett morfológiai változások
Mindeközben fontos figyelemmel lenni a meanderező Tisza esés – vízhozam – kanyarfejlettség – kanyarfejlődés viszonyaira: Kanyarfejlődés a Közép-Tiszán az I. és II. katonai felmérésből A folyó önszabályozása: a nagyobb esésű szakaszokon nagyobb kanyarfejlettséggel „tartja fenn” a saját lejtését – legalábbis szabályozatlan állapotában.
Összefoglalás Jelen lehetőségek: - Akusztikus sebességméréssel az áramlások összetettsége hoszabb folyószakaszokra is jól feltárható - A méréseket árvizek alatt is el tudjuk végezni - Mindezt hordalékhozam- és mederanyag-mérésekkel összekötve részletes morfodinamikai ismereteket nyerhetünk - Erre alapozva általános érvényű térbeli áramlási és medermorfológiai modelleket kalibrálhatunk
Összefoglalás Terv: - A Tiszán a térbeli áramlások mederfejlődésre gyakorolt hatásának szisztematikus, összehangolt vizsgálata - Hordalékhozam-összefüggések felállítása - Árvizek jellemző időszakainak részletgazdag mérése - A mederfejlődés lokálisan finomított numerikus modellezése Hasznosulás: - A VTT-ben a morfológiai hatások figyelembe vétele és becslése - Duna Régió Stratégia hordalék-kutatásainak tudományos megalapozása és kiterjesztése a Tiszára
Felhasznált anyagok: Dr. Baranya Sándor doktori értekezése 2010. Dr. Timár Gábor doktori értekezése 2003. Sági Rajmund MSc diplomadolgozata 2011. Zsóri Edit MSc diplomadolgozata 2011. Horváth Andrea BSc diplomadolgozata 2011.
Egycsatornás vízi szeizmikus mérések: Tisza
Recens folyami üledékek
Idősebb folyami üledékek
Egycsatornás vízi szeizmikus mérések: Tisza
Ősmeder a Tisza alatt
Tervezett sarkantyúk kikényszerítette mederváltozás folyamatának modellezése a Mohács alatti (Bédai) Duna-szakaszon
2011.03.31.
30
Egy másik szakasz
2011.03.31.
31
