Hidrológiai Közlöny 1999 (79. évfolyam)

4. szám - Horváth Emese: Az ökológiai vízhozam- és sebességállapot

HORVÁTH E : Az ökológiai vízhozam- és sebességállapot 215 ban, a vízfolyás szélességében és a vízhőmérsékletben. Az utóbbi években az ökológiai minimum vízhozam meghatározása céljából kifejlesztett módszereket két nagy csoportba oszthatjuk: 1 Az elméleti módszerek a minimális ökológiai vízhozamot matematikai formulák segítségével írják le (svájci módszer), vagy arányossági tényezőket használnak fel (Tennant, 1976). 2. A tapasztalati módszerek - az előbbiekkel szemben - az adott vízgyűjtő megismerése alapján határozzák meg az élőlények minimális életfeltételeit. E módszert követi a nedvesített kerület módszere, és a Bovee (1978) és Stalnaker (1979) által kifejlesztett eljárás. A Bovee-féle módszer (IFIM-PHABSIM, Instream Flows Incremental Methodologv Physical Habitat Simulation) alapja az. élőhely egyik jellegzetes élőlényét jellemző preferencia görbék elkészítése Az IFIM-PHABSIM módszer itt bemutatandó részben módosított változata hidrológiai, geomorfológiai és biológiai adatokat vesz figyelembe, illetve a Fleckinger féle folyó-leírást alkalmazza. A RHYHABSIM (Ríver Hydrctulics and Habitat Simulation) nevű programot I. G. Jowett fejlesztette ki Új Zélandban. A program - különböző vízhozam értékek mellett - grafikusan mutatja be a vízszín-emelkedést, a parti vízborítottságot, illetve a vízsebesség értékét a keresztszelvények függélyeiben. E módon meghatározható, hogy hol adottak a vizsgált fajú élőlény életfeltételei. 3.1. A fizikai modell leírása A meder fizikai jellemzését kétféleképpen lehet elvégezni. Az egyik esetben a vízfolyás egyes szakaszain az arra jellemző keresztszelvényeket jelöljük ki, s ezek vizsgálata alapján vonunk le következtetéseket. A másik esetben egy, a vízfolyást jól jellemző szakaszt tárunk fel, illetve ezen a szakaszon veszünk fel egymást követő keresztszelvényeket. E szakaszt úgy választjuk ki, hogy a vízfolyás minden jellemző állapota képviseltetve legyen (lassú-, gyors folyású szakasz, illetve kisebb mederüst). Tíz jellemző keresztszelvényt választunk ki. A szelvényekben vízhozamot-, a szelvények közötti vízszínesést mérünk 3.2. Hidraulikai jellemzés A keresztszelvény geometriai adatainak ismeretében (mélység, szélesség) kiszámítható a terület és a nedvesített kerület; míg a vízhozam a függélyekkel elválasztott szelvényrészekben (lamellákban) mért sebességek segítségével határozható meg. Mivel a meder alakja folyamatosan változik, a hidraulikai modell felállítása összetett. A vízhozamot (Q) a vízállás (h) függvényében kifejező, megbízható Q-h görbe előállításához több mérésre is szükség lehet. A hidraulikai jellemzés alapja a Chézy képlet (pl.: Kontúr, Kőris, Winter, 1993), amely a vízszín-esés (/) ismeretében számítható. v

k = c-JrI v

t = szelvény-középsebesség (m/s), A = nedvesített szelvényterület (m

!), K = nedvesített szelvénykerület (m), R = A/K = hidraulikus sugár (m), 1 1 c = —R

6 n n = Manning-féle, táblázatból kapható érdességi tényező. 3.3. Az élőlények preferenciagörbéi Az élőlények különböző fajtái esetében megvizsgálható, hogy azok a hidrológiai paramétereknek milyen értékhatárai között tudják fenntartani életfeltételeiket. Vagyis az élővilág minden bennünket érdeklő egyedéhez és minden hidrológiai paraméterhez preferencia-görbe rendelhető. Az egyszerűsítés érdekében a folyó élővilágának egyik reprezentatív faját (leginkább a pisztrángot) választjuk. Az 1. ábrán olyan preferencia-görbe látható, amelyről leolvasható, hogy a különböző életkorú pisztráng milyen vízsebesség értékeket részesít előnyben (Garcia de Jalón et al., 1993). A függőleges tengelyen 0 érték jelöli, hogy a halfaj életfeltételei az adott tartományú paraméter (vízsebesség) mellett nem állnak fenn. Az 1 érték az optimális sebességállapot jelölője. A 0 és 1 közti értékek utalnak az optimalitás viszonylagos mértékére. Felnőtt Növendék Ivadék Ivó 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Sebesség (cm/s) 1. ábra Különböző életkorú pisztrángok vízsebességre vonatkozó preferencia görbéi (Garcia de Jalón et al, 1993) 3.4. A súlyozott hasznos terület meghatározása A súlyozott hasznos terület (A,J (angolul: weighted usable area) megmutatja, hogy a folyó milyen mértékben biztosítja az adott faj vagy fajok számára az életfeltételeket, figyelembe véve a vízhozam változását, összefüggést állít fel a hidraulikai paraméterek (sebesség, vízmélység), a meder tulajdonságai (anyag és árnyékoltság), ill. a vízminőségi paraméterek és a vizsgált fajok optimális életfeltétele között. A súlyozott hasznos területet (A

j

H) úgy állítjuk elő, hogy minden szelvénydarab területet egy megfelelőségi tényező segítségével súlyozunk: A

s

h = Q.Ai C, ' megfelelőségi tényező, A, = ari vonatkozó szelvénydarab területe. A megfelelőségi tényező számítása: Ci - C/, C, Cf C

m c, C* a mélységre, C, a sebességre, Cf az árnyékoltságra, C„ a mederanyagra, és C, a hőmérsékletre vonatkozó megfelelőségi tényező. A megfelelőségi tényezők értéke minden egyes szelvénydarabra leolvasható az előzőleg elkészített preferencia görbékről. A 2. ábrán a spanyolországi Pisuerga folyónak olvashatjuk le a súlyozott hasznos terület értékeit a vízhozam függvényében (Dominguez, M. M. 1999). s* y-m-^t 012345678 Q(rrtVs) —»- Felnőtt —NtWendék —hadék -w— Wó 2. ábra A súlyozott hasznos keresztmetszet összefüggése a vízhozammal, pisztrángra vonatkozóan a Pisuerga folyón