Hidrológiai Közlöny 1981 (61. évfolyam)
4. szám - Dr. Kozák Miklós–Dr. Horváth László: A szabadfelszínű permanens áramlások számítása rendszertechnikai szemlélettel
Dr. Kozák M.—dr. Horváth L.: A szabadfelszínű permanens Hidrológiai Közlöny 1981. 4. sz. 153 görbére (melyből a rendszer vízszállítóképességének növekedése is becsülhető). A felsorolt egyes eseteket változatoknak tekintjük. Az egyes változatoknak megfelelő csatornák teljesítőképessége annál kedvezőbb, minél alacsonyabban helyezkedik el az ugyanazon torkolati vízszinttől kiinduló — s végső soron a számítás végeredményét jelentő — Z =Z(x) felszíngörbe. Feladatunk jelen esetben csupán a felszíngörbék meghatározására korlátozódik, feltételezve, hogy a meder mindenütt elegendően mély ahhoz, hogy a víz ne öntsön ki. E feltételezés talán abszurdnak tűnik éppen egy belvízelvezető rendszer esetében; hangsúllyozzuk azonban, hogy az egyes változatok összevetése így is lehetsége, most pedig ez a fő célunk. 3.1.2. Az alkalmazott szubrutinok. A számítás azon az elven alapul, hogy a teljes rendszer egymáshoz műtárgyakkal vagy más — hidraulikai szempontból változást előidéző — módon kapcsolódó bögék sorozatából áll. Definíciószerűen bögének nevezünk egy olyan prizmatikus, állandó vízhozamú csatornaszakaszt, melynek alsó szelvényében ismerjük a vízszintet (és természetesen a Q-t), s melyet felülről valamilyen változás (műtárgy, mellékág, /!Q, Ix stb.) „határol". Egv-egy bögén belül a felszíngörbeszámítást a PRIZFG szubrutin végzi, mely a prizmatikus medrekben kialakuló áramló mozgásállapotú felszíngörbék meghatározására alkalmas. (Az 1. ábrán az «. t, b v ó 4, b 5 görbék.) Ennek lehívásakor azonban aktivizálódik a CR1TTR szubrutin is, melv az adott vízhozam és szelvényhez tartozó h c r kritikus vízmélységet számítja ki. A bögét lezáró „változás" jellegét a főprogramban egy KOI) nevű változó adja meg. Ennek értékétől függően aktivizálódik a — hídvisszaduzzasztás számítására szolgáló BR1DGE; — az átereszek v. bújtatok számítására szolgáló ÁTBÚJ, vagy — a hirtelen szel vény változás számítására szolgáló SZEVAL szubrutin. (Ugyancsak a KOD értékével „tudatosítjuk" a főprogrammal a mellékágcsatlakozás tényét, vagy azt, hogy egy-egv ágon a számítás befejeződött.) 3. 1. 3. Kiindulási adatok. A 4. ábrán bemutatott csatornarendszerre összesen 7 változatot futtattunk le az alábbi input adatokkal: a) Valamennyi változatnál geometriailag azonos méretű medrekkel dolgoztunk, a fenékesés mind a fő, mind a mellékágaknál 5 cm/km, a rézsűhajlás pedig — ugyancsak egységesen — £>=1,5 volt. A b fenékszélesség a vízhozamnak megfelelően szakaszonként változik, mégpedig úgy, hogy hozzávetőleg az adott Q-hoz tartozó permanens egyenletes vízmélységgel képezzen hidráulikailag kedvező szel vény alakot. b) A 0 szelvényben — a szivattyútelepnél — három üzemállapotot vizsgáltunk, a „leszívás" mértéke — a felszíngörbe számítás szempontjából az indító vízmélység — az egyes változatoknál a következő volt: H =1,50 m (leszívási görbe) H =3,30 m (quasi-egyenletes) H= 4,00 m (duzzasztott állapot) Ezeknél a vizsgálatoknál mind a fő-, mind a mellékágak simasági tényezője k =40 m 1' 3/s volt, a műtárgyak önduzzasztása a „normális" (hidaknál 1—5 cm, átereszeknél 5—15 cm) értéken belül maradt. (A műtárgyak szelvényméretének megválasztása ennek figyelembevételével történt.) c) Ugyanezekre a II értékekre lefuttattuk a programot megnövelt (háromszoros) műtárgyellenállást és csökkentett simasági tényezőt (a főágakon k -20, a mellékágakon k 15) feltételezve. Ez a változat egy elhanyagolt, nagy ellenállású rendszert szimulál. d) Végül - ismét „normális" hidraulikai jellemzőket feltételezve — II =1,50 m kezdeti vízmélységgel újraszámítottuk a rendszert, úgy, hogy a 7000-es szelvényben egy újabb szivattyúállást tételeztünk fel, mely a vízszintet ismét H= 1,50 m értékre csökkenti. 3. 1. 4. Az eredmények értékelése. A futások eredményeit az 5.—8. ábrákon vázoltuk. Mivel a változás egyes szakaszokon igen heves (pl. a H = 1,50 m-es leszívás első 1000 m-én), ugyanezen felszíngörbe felső szakaszain viszont alig figyelemreméltó, az arányhelyes ábrázolás szinte lehetetlen, ill. az ábra áttekinthetőségét nehezítette volna meg. Ezért pl. az 5. ábrán vázolt felszíngörbék ábrázolásánál a görbék jellegének kidomborítására törekedtünk, eltérve a vízmélység — és duzzasztási-értékek tényleges arányaitól. (A valódi vízmélységértékeket a görbék jellemző pontjain feltűntettük, így a vízszintek összehasonlítására, a következtetések levonására meg van a lehetőség.) Az 5. ábrán a főágban a legalsó szivattyúállásnál lévő különböző kezdeti vízszintek hatására kialakuló felszíngörbéket adtuk meg. Látható, hogy a vízszintek a teljes szakaszon erősen elkülönülnek egymástól, bár közöttük a távolság természetesen egyre csökken. A számítás kimutatta, hogy a duzzasztott állapotnak megfelelő kisebb középsebességeknél a hidak duzzasztása lényegesen kisebb, mint a leszívott (viszonylag nagy középsebességű) állapotban. A felső szakaszon elhelyezett átereszek természetesen lényegesen kevésbé érzékenyek a kiindulási szintekre. A legalsó görbe a 7000 m-es szelvényben bekövetkező ismételt leszívás hatását mutatja. (A 0— 7000 m szakasz felszíngörbéje természetesen azonos a 0 szel vénybei i Ii = \ ,50 m-es görbével.) E közbenső leszívás erőtel jes vízszintcsökkentő hatása már a főágban is jól megmutatkozik, a mellékágakban azonban az eltérés még szembetűnőbb (6. ábra). Megemlítjük, hogy a mellékág túl rövid ahhoz (2000 m), hogy a felszíngörbék közeledése észrevehető lenne, a két vízszint tehát lényegében egymással párhuzamosan halad, távolságukat alapvetően a torkolati szelvények szintkülönbsége szabja meg. Mint a 7. és 8. ábrákon látható, a meder, ill. a műtárgyak elhanyagolt állapota következtében a vízfelszín számottevően megemelkedik, ill. — ami ennek a valóságban megfelel — a víz kiont, helyesebben nem folyik le.
