Hidrológiai Közlöny 1975 (55. évfolyam)

11. szám - Dr. Rákóczi László: Vegyes szemcseösszetételű hordalék kritikus sebességének meghatározása

HIDROLOGIAI KÖZLÖNY 55. ÉVFOLYAM 11. SZÁM 481—528. Budapest, 1975. november Vegyes szemcseösszetételű hordalék kritikus sebességének meghatározása (I. rész) DU. RÁKÓCZI LÁSZLÓ* Bevezetés A vízfolyások által szállított szilárd, ásványi hordalék kritikus sebességén a szakirodalom a vízfolyásnak azt a középsebességét (egyes, esetekben a mederfenék közelében kialakuló úgynevezett ,,fenéksebesség"-ét) érti, amelynél egyes, a meder felszínén előzőleg nyugalomban levő hordalékszemcsék helyükről kimozdulnak. Mivel a középsebesség meghatározása, illetve mérése — különösen természetes vízfolyásokon —- egyszerűbb, mint a fenéksebességé, kritikus vagy kimosási sebesség alatt a legtöbb szerző a vízfolyás középsebességét érti. A kritikus sebesség ismerete számos gyakorlati szempontból igen fontos. Ezek közül itt csupán a folyószabályozás, a vízfolyások medrébe épülő vízépítési műtárgyak és az öntözőcsatornák tervezésének problémacsoportját említjük meg, valamint a nem vízépítési műtárgyak közül a hidak mederpilléreinek kimosás elleni védelmével kapcsolatos kérdéseket. A fentiek alapján érthető, hogy a század eleje óta számos kutató vizsgálta — főleg laboratóriumi csatornákban — a hordalókinozgás kezdetét és vezetett be tapasztalati összefüggéseket a vízfolyás ós a hordalék paraméterei, valamint a kritikus állapot bekövetkezése között. Ilyen jellegű kutatások ma is folynak világszerte, éspedig továbbra is csaknem kizárólag hidraulikai laboratóriumokban, mivel a hordalékmozgás megindulása természetes vízfolyásokon — egészen kivételes esetektől eltekintve — nem figyelhető meg közvetlenül. A laboratóriumi kísérletek azonban a természetes körülményeket többé-kevésbé leegyszerűsítik. A csatornák mérete miatt • elsősorban a vízmélység ós a relatív órdesség tér el élesen a természetes állapottól. Mivel a széles szemcsetartományt felölelő vegyes szemösszetételű hordalók egyes szemcsefrakcióinak kritikus állapotát még laboratóriumi csatornában is nehéz megfigyelni, a kísérletek túlnyomó többségét viszonylag szűk határok közötti szemcsefrakciókkal végezték és végzik a kutatók, holott ezek kritikus sebessége eltér az előbbiekétől. Tekintettel arra a tényre, hogy a természetben túlnyomórészt vegyes szemcseösszetételű hordalé* Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet, Budapest. kok fordulnak elő, az utóbbi évtizedben ezek kritikus állapotának kutatása került előtérbe. Az ilyen irányú kísérletek végzését elsősorban a nyomjelzőtechnika elterjedése tette lehetővé [18, 19]. A vegyes szemösszetételű hordalék behatóbb vizsgálatát nemcsak a homogén frakciók mozgáskezdetének észlelése alapján meghatározott kritikus sebességek módosítása tette indokolttá, hanem az úgynevezett „önburkolás", vagy ,,mederpáncélozódás" kutatása is. Az utóbbi jelenség főleg a folyami vízlépcsők építésével és üzemeltetésével kapcsolatos mederformációk vizsgálata során került az érdeklődés előterébe és a vegyes szemösszetételű, kohéziónélküli hordalékok szemszerkezetének olyan fokozatos átalakulását jelenti, mely során a finomabb szemcsefrakciók kimpsódnak és a mederfeneket egyre durvább szemcsék borítják. A mederpáncélozódás fogalmába tartozik ezen kívül az a folyamat is, amelyben a kisebb szemcsék kimosódása folytán instabil állapotba került durvább szemek is mozognak mindaddig, amíg stabilabb helyzetbe nem kerülnek. A mederpáncélozódás az árhullámok apadó ágán, tehát az áramlás energiakészletének fokozatos csökkenése során áll elő és a hordalék mozgás részleges, esetleg teljes megszűnéséig tart. Az önburkolat kialakulása során vett görgetett hordalékminták szemcseösszetétele rendszerint jellegzetes tulajdonságokat mutat : A szemcsék gyakorisági eloszlási ábrája a szokásos egyhez képest két vagy több csúcsértékű, esetleg szakadásos és ennek megfelelően a szemcseösszetételi görbe, mely az előbbinek integrálgörbéje, nem monoton emelkedő görbe, hanem töréseket, lépcsőket tartalmaz. Ilyen szemcseösszetételű görgetett hordalék gyakran fordul elő olyan folyókon (pl. a Rába középső szakasza), amelyeknek mederanyaga durva kavics, de partjuk könynyen erodálható homok és iszap. Nyilvánvaló, hogy a folyamatosan rombolt partszakaszokról a mederbe jutó finomszemcséjű anyag egy része kisvizek idején görgetett hordalékként halad tova a durva kavicsróteg felszínén. Mozgásának jellemzői azonban feltehetően mások, mintha saját anyagán, vagyis homokmederben mozogna, ós az is valószínű, hogy jelenlétével befolyásolja a durvább szemcsók stabilitását, illetve kimosódását.