Hidrológiai Közlöny 1980 (60. évfolyam)

7. szám - Muszkalay László: A vízfolyások háromdimenziós turbulenciájának szerepe az elkeveredésben

Hidrológiai Közlöny 1980. 7. sz. 310 A vízfolyások háromdimenziós turbulenciájának szerepe az elkeveredésben MUSZKA LAY LÁSZLÓ* Bevezetés Á A befogadókba jutó szennyező anyagok elkevefedését számos tényező határozza meg. Ezeknek a hatása az elkeveredés folyamatára jelentősen változik részint az egyes tényezők típusa, részint az egymáshoz való viszonyuk szerint. Ennek megfelelően az elkeveredés szempontjából mértékadó hatást kiváltó tényezö(k) típusa sem azonos eltérő helyi adottságok esetében. Korábbi vizsgálatok eredménye azt mutatta, hogy a leggyakoribb befogadó, a természetes vízfolyás esetében jelentős szerepe van az elkeveredésben a vízmozgás jellegének és főleg a turbulenciának [1, 2]. A vízfolyások turbulenciájának jellemzésére a sebességvektorok három, egymásra merőleges komponensének időbeli változásait határoztuk meg. Az elvégzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a kis és nagyméretű vízfolyásokban egyaránt a pontbeli sebesség mindhárom komponense általában az időben jelentősen ingadozik. Az ingadozások véletlen jellegűek, vagy periodikusak, illetve a kétféle változásból tevődnek össze. A vízfolyás irányába eső sebességkomponens ingadozása elsősorban a szennyezési felhő elnyúlásának mértékét befolyásolja. A folyamatos szennyezés esetében keletkező csóva szétterülése, elkeveredése azonban nem függ tőle. Ebben az esetben viszont a szelvény síkjába eső függőleges és vízszintes, keresztirányú sebességkomponensek ingadozásának van jelentős hatása az elkeveredés mértékére. A továbbiakban azt vizsgáltuk, hogy a természetes vízfolyások áramlási viszonyai között, ahol a keresztirányú sebességkomponensek szórása nagyobb 0,01 m/s-nál, milyen módon számítható az elkeveredési tényező értéke a sebesség keresztirányú szórásaiból és ezek hatása milyen mértékben tekinthető mértékadónak. A pulzációs jellemzők meghatározása A pulzációs jellemzőket olyan magyarországi vízfolyásokban határoztuk meg, ahol a közepes vízhozam megközelítően 0,1 és 2000 m

3/s és a középsebesség 0,2—1,5 m/s között van. A vizsgált mederszakaszok között voltak egyenes, kanyargós, burkolt, rendezett és növényzettel benőtt szakaszok. A mérések alapján meghatároztuk a v

x, v

y, v

z főirányú, illetve vízszintes és függőleges keresztirányú sebességkomponenseket m/s-ban, valamint ezek időbeli változásának a

x, a

v, cr

2 szórásait m/s-ban relatív szórásait százalékban 1 mp-es időalapokra vonatkoztatva a sebességkomponensek pulzációs tagjainak jellemzésére. Az 1 mp-es időalapot azért választottuk, mert a különböző műszerekkel vézett mérések szerint ez az a legnagyobb időintervallum, aminél a számítható szórásértékek gyakorlatilag még függetleneknek tekinthetők az időalap értékétől [3]. A továbbiakban a sebességidősorok alapján a Jordan-féle periodikus kiegyenlítő számítás segítségével meghatároztuk a sebességkomponensek periodikus változását, az így számított kiegyenlítő görbe körüli, tisztán véletlen jellegű ingadozás s' relatív szórását, valamint az R (r) autokorrelációs függvényeket, ahol Az adatsorok elemzése azt mutatta, hogy tisztán véletlen jellegű sebességingadozás a természetes vízfolyásokban csak a hosszú, egyenes, rendezett medrű, vagy burkolt szakaszokon fordid elő. Kanyarokban, erősen tagolt medrekben a teljes ingadozást jellemző szórásnak csak 30—50 százaléka származik véletlen jellegű ingadozásból és átlagos esetben sem emelkedik ez az érték 80—85% fölé. A keresztirányú elkeveredésre gyakorolt hatása a kétféle ingadozásnak gyakorlatilag azonosnak vehető, ha a szennyezés kellő hosszú ideig folyamatos. Emiatt a továbbiakban a teljes ingadozást jellemző szórásértékeket vettük figyelembe. * Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Központ, Budapest. A legnagyobb mért s

x relatív szórások 60—70% között voltak. Ezeket a műtárgyak alvizében a vízugrást követő szakaszon mértük. Magában a vízugrásban ennél nagyobb érték is előfordulhat. A vízugrást megelőző, fedőhenger nélküli rohanó mozgásban viszont a legkisebb, 0,5—1,2%-os relatív szórásokat mértük egy zsilip kismintájában. A sebességingadozás a műtárgytól távolodva rohamosan csökken, az s

v, s

z főirányú sebességre vonatkoztatott relatív szórások értéke nem haladja meg a 15—25%-ot és az ingadozás csak kis mértékben tartalmaz periodikus változást. Műtárgyakkal nem befolyásolt szakaszokon a pulzációs tagok a kanyarok első irányváltozása környékén, a mederfenék közelében a legnagvob-