Hidrológiai Közlöny 1983 (63. évfolyam)

11. szám - Nováky Béla: A vízhálózati elemek növekedésének törvényszerűségei a Zagyva–Tarna vízrendszerben

Hidrológiai Közlöny 1983. 11. sz. 517 A vízhálózati elemek növekedésének törvényszerűségei a Zagyva-Tarna vízrendszerben SOVÁKY B É 1. A* Közismert és teljesen nyilvánvaló, hogy a forrástól a befogadó felé haladva a vízfolyások hossza növekszik, a fővízfolyás ugyanezen irányba haladva egyre több mellékvízfolyást vesz fel, ezáltal újabb és újabb vízgyűjtők kapcsolódnak be a vízszállításba, növekszik magának a fővízfolyásnak is a vízhozama. Hasonlóképpen növekszik számos más vízrajzi, hidrológiai és morfológiai jellemző értéke is. Kevésbé nyilvánvaló és még kevésbé közismert, hogy ezen növekedés meghatározott rend szerint történik, a növekedés üteme csak meghatározott értékek között lehetséges. A vízfolyások hálózata különböző, de egymással is kölcsönhatásban álló természetföldrajzi (éghajlati, geológiai, geomorfológiai stb.) folyamatok eredményeképpen egyáltalán nem véletlenül és rendszertelenül alakul ki, maga a vízhálózat és felépítése mintegy integrál jellemzője e folyamatoknak. Egy adott vízrajzi rendszeren belül a különböző nagyságrendű vízfolyások egymáshoz kapcsolódása, a vízhálózat felépítése meghatározott hierarchikus rendet követ, ezt a hierarchikus rendet követik a különböző vízhálózati elemeknek a vízfolyás nagyságrendje függvényében történő változásai is. A vízhálózati eleinek metrikus elemzésének alapjait Horton II. E. (1945) vetette meg, munkássága nyomán vált a vízhálózati elemek leíró vizsgálata mennyiségi tudománnyá. Eredményeit mindenekelőtt Langbein XV. B. és a Columbia University-n dolgozó munkatársai fejlesztették tovább. A vízhálózati elemek geometriájának elemzésével ma már számtalan tanulmány foglalkozik, ezek között lehet találni valószínűségi, információ és gráfelméleten alapuló eljárásokat egyaránt. Ez utóbbihoz tartozik Holló Oy. (1972) hazai vízfolyás hálózatot elemző vizsgálata is. Az alábbiakban a tanulmányunk tárgyához, a vízhálózati elemeknek rendűséggel való összefüggései vizsgálatához szorosabban kötődő irodalmat tekintjük csak át közel sem a teljesség igényével. A vízfolyások rendűségének a fogalmát Horton R. E. vezette be a mérnöki gyakorlatba. Megfogalmazása szerint minden olyan időszakos vagy állandó vízfolyás, amelynek kifejezett medre van, s ugyanakkor nincsen hasonló kifejezett medrű mellékága, elsőrendű vízfolyásnak tekinthető. Két elsőrendű vízfolyás összefolyása másodrendű, két másodrendűé harmadrendű vízfolyást alkot és ígv tovább, azaz a rendűség növekedése a vízfolyás azon szakaszán következik be, ahol a/, önmagával azonos rendű vízfolyást felvesz. Ennek megfelelően egy adott vízfolyás rendűsége a forrástól a torkolatig haladva a csatlakozó vízfolyások számától és rendűségétől függően vízfolyásszakaszonként is változik. Horton az azonos rendű vízfolyások száma és a rendűség között szoros összefüggést fedezett fel. A két egymást követő rendűséghez tartozó vízfolyás számának a hányadosa, a folyóelájmzási arány (R

b)— vagy Horton megnevezése szerint a bifurkáeiós arány — viszonylagos állandóságot mutat. Egy olyan vízgyűjtőben, ahol /.' jelöli a legmagasabb rendű vízfolyás rendűségét, egy alacsonyabb u rendűhöz tartozó vízfolyásszakaszok száma (Nu) az N

u=R

b

k~

u képlettel fejezhető ki. E kapcsolat szemilogaritmikus hálózatban logA

T

u = a—bu alakú egyenessel írható le. * Vízgazdálkodási Intézet, Budapest. 1 A'vízgyűjtők többségére, olyanokra, amelyek nagyjábó» körtealakúak a fővízfolyás torkolata feléelkeskenyedően a b értéke Ii és 5 között változik. A k—d rendű vízgyűjtő összes vízfolyásának a száma a 2>= Rb-1 'R

b-1 képlettel írható le. A vízfolyások rendűsége és száma kapcsolatához hasonló összefüggéseket fogalmazott meg Horton a rendűség és a vízfolyások metrikus elemei (vízfolyáshosszak, vízgyűjtőterületek nagysága, a völgyfenék esés, vízhálózat sűrűsége stb.) között. Ezen összefüggéseket az Egyesült Államok számos vízfolyására kidolgozták (Schümm S. A., Leopold L. B., Miller ,1. P., Morisawa M. E., Broscoe A. J. stb.). A vízhálózati sűrűségre felállított képlet, amely magában foglalja valamennyi lényeges vízhálózati elemet, Horton szerint úgy tekinthető, mint a Piaifair által 1802-ben megfogalmazott vízhálózati felépítési törvényszerűség kvantifikált összefoglalása. A vízhálózati sűrűség valóban az egyik legintegráltabb vízhálózati elem, amely különösen jó kapcsolatba hozható a vízgyűjtő éghajlati, növényzeti stb. adottságaival (M. A. Melton, Ii. .1. Chorlcy ). Tekintve, hogy számos vízhálózati elem szoros összefüggést mutat a rendűséggel, logikusan várható, hogy ezek a vízhálózati elemek egymással is jó kapcsolatba hozhatók. Az előzőekben felsorolt és számos más szerző vizsgálata ezt alá is támasztja. A vízhálózati elemek adott vízgyűjtőn belüli változásainak törvényszerűségeit, a vízhálózati elemek és a rendűség összefüggéseit a Szovjetunió folyóira V. A. Rzsanyicin (1962) elemezte részletesen. A vizsgálatokat számos hidrológiai elemre (vízfolyáshossz, vízgyűjtőterület, ill. vízgyűjtőnövekmény, a vízhálózat sűrűsége, sokévi átlagos vízhozam, az átlagos nagyvízi hozam, a kisvízi meder átlagos mélysége és szélessége, vízszintesén) kiterjesztette. Vizsgálatai eredményeképpen megállapította, hogy a vízhálózati eleinek és a rendűség közötti összefüggések az általános földrajzi adottságok (mindenekelőtt az éghajlat) szerint differenciáltak. A Vízgazdálkodási Intézet szakértői közreműködésével készült mongóliai Kerulen folyó regionális keretterve a vízgyűjtő vízfolyásainak rendűség szerinti hierarchiáját is vizsgálta, s jé> összefüggést talált a vízhálózati felépítés és a régió változó természetföldrajzi adottsága között. A Holton féle geometriái összefüggéseket a hazai irodalomban Pécsi M. (1971) ismerteti. 1. A vízfolyások rendűsége és hierarchiája a Zagyva—Tarna vízrendszerben Az elsőrendű vízfolyások térképi kijelölésének elősegítésére kövessük végig még egyszer a csapadék összegyülekezési folyamatát. E folyamatban három szakasz különíthető el. Az első szakaszban az eső vagy olvadékvíz lepelszerű mozgással halad a lejtőoldalon. A lejtőn mozgó víz már ekkor is lényegében számtalan kisméretű barázdát kialakítva vonul le, amelyek azonban olyan sűrűek, hogy szinte lepelszerűen összefüggnek. Ez a vízmozgás a vízválasztóhoz közel eső viszonylag keskenyebb sávban alakul ki. A vízválasztótól távolodva e kis vízsugarak mindinkább koncentrálódnak. A koncentrálódó vízsugarak már elegendő energiatartalommal ren-