Hidrológiai Közlöny 1980 (60. évfolyam)
7. szám - Harkányi Kornél: Természetes vízfolyások simasági paramétereinek sztohasztikus vizsgálata
Hidrológiai Közlöny 1980. 7. sz. 318 Természetes vízfolyások simasági paramétereinek sztochasztikus vizsgálata HARKÁNYI KORNÉL* 1. Bevezetés A folyami vízépítő mérnöknek számos feladata megoldásánál gyakran van szüksége a különböző hidraulikai feltételeket kielégítő felszíngörbék meghatározására. A kis- és középvízi meder szabályozása, a folyók csatornázása, duzzasztóművek, tározók és vízkivételek tervezése, valamint hajózási kérdések megoldása során a meder simasági paramétere a felszíngörbe számítás egyik igen fontos hidraulikai paramétere. Gyakran felmerül a kérdés, hogy a folyó hossza mentén a simasági paraméterek értékeinek a változása törvényszerű-e, vagy csak a véletlen függvénye; egyértelműen jellemezhetők-e ezek a paraméterek csupán a várható értékükkel és a szórással; a determinisztikus és a véletlen komponenseknek mi az aránya; az egymást követő keresztszelvények közötti szakaszokra jellemző simasági paraméterekből álló adatsorok tartalmaznak-e periodikus összetevőket; a simasági paraméterek meghatározása mennyire megbízható; és az értékük mennyire függ a számításukhoz alkalmazott számítási modell egyes paramétereiben rejlő bizonytalanságoktól. Az itt felsorolt kérdések megválaszolása céljából indult kutatómunka a VITUKI Vízrajzi Intézetében, mely kutatás első lépéseiről és eredményeiről számol be jelen tanulmány. Természetesen most még korai lenne messzemenő következtetéseket levonni ezekből az eredményekből, további kutatásokra van még szükség, melyek irányaira és céljaira a tanulmány egyes helyein is utalni fogunk. Arra azonban már most egyértelműen fény derül, hogy a vízfolyások simasági paramétereinek vizsgálatát sztochasztikus módszerek alkalmazásával lehet és kell folytatni, mivel a véletlen jelenségek döntő befolyást gyakorolnak a simasági paraméterek értékeire. Az itt bemutatott vizsgálati módszerek a hidrológiai idősorok elemzésénél jól bevált eljárások, melyek a hidraulikai vizsgálatoknál is célszerűen alkalmazhatók. Sajnos a sztochasztikus vizsgálatok a hidraulikai folyamatok tanulmányozása során nem terjedtek el megfelelően széles körben így az ezzel foglalkozó hazai és külföldi irodalmak száma is viszonylag kicsi (a sztochasztikus hidraulikával foglalkozó Első és Második Nemzetközi TAHR Szimpózium kiadott anyagában levő tanulmányokon kívül). Ezért a tanulmány megírásakor főleg az idősor elemzéssel [1—5], valamint azok hidrológiai alkalmazásaival foglalkozó [6—12] irodalmakra támaszkodtunk. * Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Központ, Budapest 2. A simasági paraméterek meghatározása A sztochasztikus vizsgálatok és azok eredményeinek ismertetése előtt tekintsünk át néhány hidraulikai fogalmat, valamint a simasági paraméterek számítási módszerét. Nem célja a tanulmánynak a különböző hidraulikai módszerek áttekintése és megbízhatóságuk jellemzése, így csupán a magyarországi vízügyi gyakorlatban leggyakrabban alkalmazott módszert választottuk ki, és annak segítségével számított paramétereket fogjuk vizsgálni. A természetes vízfolyások medrében a folyadékmozgást a legáltalánosabban a Navier-Stokesegyenlet írja le, melynek a Gromeko alakja a következő (lásd [13]-ban) dt =P -— — vx rot v = 1 . a — grad j>-\-— -rot - rot v (1) amelyből a nehézségi erőtérre nézve leverethető a Bernoulli egyenlet, illetve ennek általánosításával a már nemcsak egyes áramvonalakra, hanem keresztszelvényekre érvényes energiaegyenlet [13]; 2 g y vl i Pi , I T, , 1 í d v A <*~i ^H—-+z 2-\-h v-\ / 37 dr. 2g y g J í)t (2) A folytonossági egyenlet legáltalánosabb alakja: Az (1—3) egyenletekben alkalmazott jelölések; v — a sebességvektor P — a tömegerő jp — a nyomás y — a fajsúly Q — a sűrűség fi — a viszkozitás a — a kinetikus energia diszperziós tényezője z — geodéziai magasság Q — a vízhozam F — a szelvényterület Az (1—3) egyenletekből a Chezy-StricklerManning-Szigyártó-féle egyenlet levezethető (A részletes levezetést a [14]-benSzigyártó adta meg). Az egyenletből k-t kifejezve (4) k=Q. r y ahol k — a simasági paraméter (két szelvény közötti szakaszra jellemző paraméter)
