Hidrológiai Közlöny 1999 (79. évfolyam)
4. szám - Krámer Tamás–Józsa János–Bakonyi Péter: Ártéri öblözetek töltségszakadást követő elöntési folyamatainak modellezése: 2. Az ártéri modell
JÓZSA J. - KRÁMER T. - BAKONYI P.: Ártéri öblözetek elöntése. 239 A tartományban egy átvágott terelö-töltést is elhelyeztünk, amelynek az árasztást befolyásoló hatása az ábrákon jól nyomon követhető. A 60 m széles szakadási szelvényen konstans, 200 m 3/s vízhozam ömlik a terepre. A bemutatott példában érdes terepet tételeztünk fel, a Manning-f. meder-simaságot k = 20 m l/ 3/s-ra választottuk. A számításokat megismételtük simább terepre, k = 60 m l/ :Vs értékkel (2. ábra). Megállapítható, hogy a mcderérdességnek (a várakozásnak megfelelően) mind a hullámfront teíjcdési sebességére, mind a kialakuló vízmélységekre jelentős hatása van a simaság csökkenésével az elárasztás sebessége csökken, az elárasztott területrészeken a vízmélység nő. Következésképpen, a jövőbeni gyakorlati számítások során nagy figyelmet kell fordítani az ártéri öblözet simasági viszonyainak feltárasára, s a modellezésben eloszlásuk reális megadására (figyelembe véve akár a terep növényzete hidraulikai ellenállásának évszakos változását is). Nagy kiterjedésű, összetett terepre - száraz hullámtér és főmeder mellett - engedtünk, annak baloldali végén szakítva a töltést, konstans 3000 m 3/s vízhozamot. A terepet 200 m cellaméretű rácshálón reprezentáltuk Az elöntés folyamata a 3. ábrán látható A beömlő víz megtalálja a fómedret, abban előrehalad, feltölti, majd fokozatosan feltölti a mellékágakat, végül a teljes tartományt. naso TOOOO I (S000 I 40000 -A J3000 - g iOOJO tsooo 40000 Ml 10 - 5. ábra. A hullámfront érkezési idejének izokron görbeserege a minta-öblözetben. A szomszédos vonalak 30 perces időközöket jeleznek. A folyómodell és egy emelkedő fenékszintű ártéri öblözet összekapcsolásával végzett számítás egy köztes ártéri állapotát (4. ábra), továbbá az ártéren a teljes elöntési folyamatot végigkísérve, a hullámfront érkezési idejének izokron vonalait láthatjuk (5. ábra) Az utóbbi nagyon hasznos segédeszközként szolgálhat pl. egy szakadás bekövetkezte után, amikor a mentéshez ill. meneküléshez a rendelkezésre álló időelőny jó nagyságrendi becslése rendkívül fontossá válik. Összefoglalás A szakadási szelvényen keresztül kiömlő víztömegek terepen való mozgását mélységintegrált, kétdimenziós hidrodinamikai közelítéssel modellezzük. Tapasztalatok szerint, a szakadási szelvény, valamint a többnyire száraz terepen terjedő hullámfront környezetében a vízmozgás ugyan erősen háromdimenziós jellegű is lehet, ezen a viszonylag kis területeken kívül azonban a fiiggély menti nyomáseloszlás hidrosztatikusnak tekinthető. A fiiggély menti sebességeloszlás - eltekintve a fenék közeli határrétegtől - nem mutat jelentős egyenlőtlenségeket, és így az elöntés hidrodinamikai folyamata jó közelítéssel leírható az ún. sekélyvízi áramlások parciális differenciál-egyenleteivel, amelyekben ismeretlenként a vízszint (ill. vízmélység), és a két, egymásra merőleges, fajlagos vízhozam (ill. függély-középsebesség) összetevő szerepel. Az ártéri öblözet elöntésének numerikus számítására a fenti egyenleteken alapuló, a speciális feladatra továbbfejlesztett kétdimenziós numerikus áramlási modellt alkalmaztunk. A véges differencia elvű modellben az öblözet topográfiáját derékszögű rácsháló alapú digitális terepmodellel reprezentáljuk, amelyen az adott kezdeti-, valamint külső és belső peremfeltételek (tipikusan a szakadási szelvény(ek)) mellett a vízmélységek és a fajlagos vízhozamok tér- és időbeni alakulását a rácsháló diszkrét csomópontjaiban, diszkrét időlépésekben számítjuk. A modellek által szolgáltatott eredményeket és azok használhatóságát néhány mintapéldán keresztül jellemeztük. így a folyóoldalon a szakadás vízhozamokra és vízszintekre gyakorolt hatását mutattuk be. A folyó különböző részein kialakuló vízhozam- és vízszint-idősorok jellegzetes alakot mutatnak. A maximális vízszintek burkológörbéje jól mutatja szakadás „távolhatását". Az ártér modelljénél alkalmazhatóságát két mesterséges és egy természetes domborzatú öblözet modellezésén keresztül mutattuk be. Az eredmények szemléletesen ábrázolják az elöntési folyamat egészét. A folyamat dinamikáját mértékadóan jellemző paraméter öblözetbeni eloszlásának becslésére (térképezésére), továbbá egy-egy pontjában való időbeni alakulásának nyomon követésére alakítottunk ki a modellben opcionális lehetőségeket. Az eddig beépített, a teljes modellezett területre értelmezhető mezők az alábbiak: - a hullámfront érkezésének időpontja, - a maximális vízborítás mértéke, - a maximális vízborítás bekövetkezésének időpontja, - a vízborítások tartósságának területi eloszlása. Összefoglalóan megállapítható, hogy a töltésszakadást követő hidrodinamikai folyamatok numerikus modellel leírhatók és követhetők. A modellek által szolgáltatott paraméterek mind a védekezés előkészítésére, tervezésre, mind a gyakorlati védekező számára hasznos adatokat szolgáltatnak. Irodalom [ I [Bakonyi P. - Krámer T. - Józsa J.: Ártéri öblözetek töltésszakadást követő elöntési folyamatainak modellezése: Az ártéri modell. Jelen tanulmány. [2] Burchard, H.: Presentation of a new numerical model for turbulent flow in estuaries and wadden seas. Proc. Hydroinformatics '98., Copenhagen, A. A. Balkema, Rotterdam, 1998. [3] Józsa J. - Bakonyi P.: Gátszakadási árhullámok vizsgálata. Magyar Hidrológiai Társaság V. Országos Vándorgyűlés Kiadványa, Salgótarján, 1987. |4] Józsa J.: A Markazi-tározó gátszakadási árhullámainak vizsgálata. VITUK1jelentés, Tsz.: 7613/2/2305, 1992. [5] Józsa J.: A Keszthelyi-öböl víz- és üledékmozgásának mérése és modellezése a kotrási beavatkozások kialakításához. Kutatási jelentés, BME Vízgazdálkodási Tanszék, Tsz.: 21323/97. KK, 1997 [6] Hromadka II, T. V. - Yen, C G; A diffűsion hydrodynamic model (DHM). Advances in Water Resources, Vol. 9, September 1986. [7] Tesla, G. - Di Filippo, A. - Ferrari, F. - Gatti, D. - Pacheco, R.: Two-dimensional model for flood simulation over flat dry areas with infrastructure. Proc. Hydroinformatics '98, Copenhagen, A.A. Balkema, Rotterdam, 1998. [8] Xanthopoulos, T. - Koutitas, G: Numerical simulation of a two-dimensional flood wave propagation doe to dam failure. J. Hydr. Research, Vol. 14. Pp. 321-331, 1976. A kézirat beérkezett: 1999. június 21.
