Hidrológiai Közlöny 1967 (47. évfolyam)

12. szám - Rákóczi László: Újabb irányzatok a hordalékmozgás laboratóriumi kutatásában

HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 47. ÉVFOLYAM 12. SZÁM 529—576. oldal Budapest, 1967. december HIDRAULIKA Újabb irányzatok a hordalékmozgás laboratóriumi kutatásában Dr, RÁKÓCZI LÁSZLÓ* Bevezetés A görgetett hordalék mozgása köztudomás szerint egyike a legbonyolultabb hidrofizikai jelenségeknek, és folyamata a természetben egyáltalán nem vagy csak egészen kivételes esetben figyelhető meg közvetlenül. A hidraulikai laboratóriumok üvegfalú csatornáiban, vagy a mozgómedrű kismintákban ugyan szemmel látható a hordalókszemcsék mozgása, mégis számos olyan tényező hatásának mérése bizonytalan vagy megoldhatatlan, amelyek a mozgás jellemzőit jelentős mértékben befolyásolják. Igen szembetűnő a kísérleti csatornában, ill. a kismintában áramló víz hidraulikai paramétereinek és a hordalékmozgás jellemzőinek, ill. az azokat befolyásoló tényezőknek mérésében mutatkozó különbség. Ugyanis, míg a vízfolyás középsebessége és sebességeloszlása, a vízmélység, a vízszín esése, a víz hőmérséklete stb. különböző, kialakult módszerekkel és sorozatban gyártott műszerekkel megbízhatóan mérhető, a hordalékmozgás sebessége, a vegyes szemcseösszetételű hordalékanyagok megindulás szempontjából kritikus sebessége, a szemcseösszetétel és a szemcsék alaki tényezőjének hatása a mozgás kezdetére, a vegyes összetételű hordalók szemcséinek menetközben, nagyság szerinti kiválasztódása, időszakos eltemetődése stb., végül maga a görgetett hordalékhozam még laboratóriumi viszonyok között is pontatlanul, nehézkesen vagy egyáltalán nem mérhető. A szakirodalomból tudjuk, hogy a hordalék mozgásával foglalkozó kutatók főleg az egyes szemcseméretekhez tartozó kimozdítási, ill. kritikus sebességek megállapítása, valamint a különböző mederalakzatok kialakulásának tisztázása és jellemzése céljából végeztek laboratóriumi kísérleteket. Az előbbiekben felsorolt és egyéb hordalékmozgási jellemzők és tényezők kísérleti meghatározása azonban csak igen kis mórtékben sikerült (a még nem megfelelő mérési eljárások és berendezések miatt). A hordalókmozgás elméleti kutatása időközben igen nagy lépésekkel haladt előre, a matematika legújabb, legkorszerűbb számítási módszereinek, főleg a dimenzióanalízisnek, legújabban a valószínűségszámításnak egyre fokozottabb alkalmazása révén [1, 2]. A kutatók figyelme egyre inkább az elméleti ós a kísérleti kutatás összehangolására irányult, és a hordalékmozgást befolyásoló számos tényező közül egyet-egyet elkülönítve vizsgáltak abból a célból, hogy minél több mérési adattal támasszák alá az elméleti eredményeket. Ilyen hasznos törekvések voltak hazánkban az elmúlt években a szemcsék alaki tényezőjének, kopási sajátosságainak vagy a turbulens sebességpulzáció jellemzőinek megállapítására iránvuló laboratóriumi vizsgálatok [3, 4, 5]. * Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet, Budapest. A kísérleti kutatás a legutóbbi évtizedben a hordalékmozgás terén is új mérési eljárásokat kapott a radioaktív és egyéb nyomjelzős méréstechnika kialakulása révén. Főleg a hordalókmozgás helyszíni tanulmányozásában alkalmazzák egyre kiterjedtebben a különféle jelzőanyagos eljárásokat. A szakirodalomban egyre gyarapodó számú közlemények azt tanúsítják, hogy a jelzőanyagok elsősorban a hullámzás hatására előálló tengerparti homoksodrás, valamint az árapályos folyótorkolatokban lejátszódó váltakozó irányú hordalékmozgás tanulmányozásánál nyújtanak segítséget [6]. A legtöbb esetben egyébként egyáltalán nem vagy csak igen körülményesen mérhető hordalékmozgási jellemzők (irány, intenzitás, esetleg hozam stb.) megállapítását teszik lehetővé. Bár nem vitatható, hogy a jelzőanyagokat joggal használják elsődlegesen a tengerparttal rendelkező országokban, alkalmazásuk folyók ós tavak hordalékmozgásának vizsgálata, valamint a laboratóriumi alapkutatások során is szükséges és indokolt lehet. Hazánkban 1962-ben kezdtük meg a lumineszcens hordalékszemcsék előállítására vonatkozó előkísérleteket, majd megkezdtük azok rendszeres alkalmazását mind a hidraulikai laboratóriumban, mind a helyszínen [7]. A lumineszcens jelzőanyagos méréstechnika hazai módjai Minden olyan esetben, amikor a vizsgálandó hordalék szemcsemérete a finom homok vagy ennél durvább kategóriába esik, a természetes szemcsék felületének bevonásával állítjuk elő a lumineszcens nyomjelzőket. A bevonat olyan vékony, hogy sem a szemcsék méretét, sem súlyát nem változtatja meg számottevően, viszont ibolyántúli fényben élénken világítva többezer jelzetlen szemcse között is azonnal felismerhető. A lumineszcencia jelenségével ezen a helyen csak egészen röviden foglalkozhatunk. Azt az állapotot, melybe valamely anyag atomjai akkor jutnak, ha valamilyen külső hatásra energiát vesznek fel, gerjesztett állapotnak hívjuk. Az atom a gerjesztett állapotból igyekszik visszajutni az alapállapotba, és miközben ez megtörténik, energia-feleslegét különböző rezgósszámú elektromágneses sugárzás alakjában leadja. A gerjesztett állapotba jutás végbe mehet többek között nagyfrekvenciájú elektromágneses hullámok (esetünkben az említett ibolyántúli fény) hatására. A gerjesztett atomok alapállapotva való visszatérése közben keletkező optikai sugárzást nevezik gyűjtő néven lumineszcenciának. A lumineszkálás különböző formái időtartamuk szerint különbözők. Egyes esetekben a sugárzás a gerjesztés megszakadásakor gyakorlatilag megszűnik (fluoreszká-