Hidrológiai Közlöny 2006 (86. évfolyam)

5. szám - Tanulmányok, ismertetések - Sokoray-Varga Béla–Józsa János: Térbeli turbulencia –mérések felhasználása hallépcsők hidraulikai elemzésében

36 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2006. 86. ÉVF. 5. SZ. se, és ez így van a hallépcső medencesorán való áthaladásuk közben is. A medencékben két jellemző áramlási zóna különíthető (4. ábra). Az egyik a közvetlen átáramlási zóna, ami egy nagysebességű, a nyílásokat összekötő áramlási sáv, a másik egy az előzőhöz képest jóval lassúbb mozgású, köröző, visszaáramlási zóna (Wu et al., 1999; Pena et al., 2003). A két áramlási zóna lehetővé teszi a hal számára, hogy a szük nyíláson feljutva kiléphessen a nagy-sebességü közvetlen átáramlási zónából, és az ennél jóval kisebb sebességű visszaáramlási zónában haladhasson - továbbra is ellenáramban. Ezzel gyakorlatilag a nagyobb energia-befektetést igénylő, közvetlen átáramlási zónában megtett rövid szakaszokat a visszaáramlási zónában haladva pihenheti ki. Hal feltéte útja Közvetlen átáramlási zóna Visszaáramlási zóna 4. ábra. A kialakuló fő áramlási zónák Az ilyen medencesoros hallépcsőben a felvízi befolyási nyílást követően az áramlás igen erősen turbulenssé válik, még a nyílásra való nyugodt ráfolyás esetén is. A halak úszási teljesítőképességét a hidrodinamikai viszonyok függvényében vizsgáló halbiológiai kutatások azt mutatták, hogy a turbulencia hatása a halakra jelentős mértékben léptékfüggő (Nikora et al., 2003). Ebből a szempontból a halmérettel összevethető léptékű turbulens örvények tűnnek első megközelítésben a hal mozgására, úszási irányának tartására legnagyobb hatással lenni, erre a szempontra azonban az eddigi vizsgálatok eddig kevéssé terjedtek ki. A feltételezés alátámasztására, Odeh et al. (2002) alapján képzeljük el a halat különböző jellemző örvényméretü környezetben (5. ábra). Ahogyan az ábrán látható, ha az örvények mérete a hal méretéhez képest kicsi, akkor az örvények forgató hatása a hal iránytartását nem igazán befolyásolja. Ha az örvények mérete a hal méreténél jóval nagyobb, akkor a hal gyakorlatilag egy térben enyhén változó áramlást érzékel, tehát ez az örvényméret szintén nem zavarja abban, hogy testhelyzetét megőrizze. A harmadik esetben azonban, ha az örvényméret összevethető nagyságrendű a haléval, akkor az örvény erőteljes forgató, billentő illetve csavaró terhelést jelent a halnak. Ez az örvényméret kívánja meg tehát a legnagyobb erőfeszítést a haltól ahhoz, hogy a helyzetét, úszási irányát megőrizze. Adott víztérben a halra ható hidrodinamikai terhelés fenti szempontú számszerűsítéséhez szükséges a turbulencia különféle jellemzőinek, többek között a domináló örvényméreteknek a becslése. Jelen tanulmányban ennek végrehajtását és értékelő elemzését mutatjuk be. 5. ábra. A hal különböző örvényméretű környezethez viszonyítva (Odeh et al., 2002) 3. A mérések menete A medencék mindegyikét nagy sebességű, összetett turbulens áramlási viszonyok jellemzik, amihez a fenéken elhelyezett, érdességet fokozó, nagyméretű terméskövek is hozzájárultak. A feltárás a finom tér- és időbeli felbontást igényelt, ezért a méréseket korszerű ADV-vel végeztük el, amely egy időben finomfelbontású (maximum 64 Hz-es mintavételi gyakoriságú), a tervezett turbulencia-vizsgálatokhoz elegendően kis térfogatrészt reprezentáló sebességmérés végrehajtását tette lehetővé (lásd Sokoray-Varga, Józsa, jelen szám). A méréseket a medencesoros szakasz már jól kifejlődött, reprezentatív áramlási viszonyú középső részén, a harmadik medence alsó harmadában végeztük el 2003. októberében, a 6. ábrán feltüntetett két, A- és B-szelvényben, a 7. ábra szerinti 5-5 függély 6-6 pontjában. A mérések idején a duzzasztó felett, és így a hallépcsőben is kvázi-permanens viszonyok álltak fent, a medencében a közepes vízmélység 90 cm, az átfolyó vízhozam az áramlás-mérésekből becsülve 0,6 m

3/s volt. 2004. áprilisában az A-szelvény 5 függélyének 4-4 pontjában ellenőrző méréseket végeztünk. Akkor a medence közepes vízmélysége 120 cm, a vízhozam 1,5 m

3/s volt. A műszergyártó cég a mérésekhez alapbeállításban a 16 Hz-es mintavételi gyakoriságot ajánlja. Az ennél sűrűbb mérés ugyan lehetséges, de a mérések zajossá válhatnak, és jelentékenyen csökkenhet a mérési eredmények megbízhatósága. A mintázott térrész nagyságát illetően, ott a kis hengerszerü víztest hosszának gyári alapbeállítása 14 mm, amitől eltérni lehet, de a térfogatátlag pontosságának romlása árán. Mivel ezek az ajánlott gyári paraméterek megfeleltek a pontossági igényeknek, ezekkel hajtottuk végre a méréseket. A sebességvektor-idősorok reprezentatív hosszának biztosítására minden pontban 2 perces mérést végeztünk, így minden pontra egy 16x120 elemszámú térbeli sebességvektor-idősor állt rendelkezésre. A berendezést mobil, acél tartóállványra rögzítettük, és az eredmények könnyű térbeli interpretálása céljából a müszerfejet saját koordináta-rendszerével a medencéhez igazítottuk úgy, hogy az x-tengely a medence hossztengelye mentén az alvíz felé mutatott, a ztengely pedig felfelé mutató függőleges állású volt.