Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)

5. szám - Homoródi Krisztián–Krámer Tamás–Józsa János: Szél keltette hullámzás mérése és becslése a Fertő-tó példáján

I Szél keltette hullámzás mérése és becslése a Fertő tó példáján Homoródi Krisztián, Krámer Tamás, Józsa János Bp. Műszaki és Gazdaságtud. Egyetem, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rkp. 3. Kmf. 4. Kivonat: A partvédő müvekre ható terhelésben illetve a mederanyag felkeveredésében a hullámzás meghatározó folyamat, ezért annak becslése fontos a partvédőművek és a szükséges mederkotrási munkálatok megtervezésekor. Ennek fontossága ellenére a szakirodalomban ismert képletek általában a mélyvízi viszonyokra lettek optimalizálva, így ezek sekély viszonyokra csak gondos ellenőrzés, szükség esetén bearányosítás után használhatók. Az általam is felhasznált Shore Protection Manual (SPM, 1984) a sekély vizekre vonatkozó tapasztalati képleteit elsősorban a Nagy Tavakon végzett mérésekkel támasztotta alá. Ezzel szemben a hazai legnagyobb kiterjedésű tavaink mélysége a Nagy Tavak mélységének töredéke. A hullámzás szempontjából döntő különbség miatt szükséges tehát a szél keltette hullámzás becslési módszereinek érvényességét vizsgálni a hazai állóvizekre, és a vizsgálatok alapján esetleg a módszerek finomítását elvégezni. A vizsgálatok során az SPM hullámzásbecslési módszerének eredményeit a 2005 július és október havában a Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék által a tavon Illmitz térségében végzett egyidejű szél- és hullámzás mérés eredményeivel vetettem össze. A hullámzás méréséhet nyomásváltozáson alapuló műszerrel végezték. Az eredmények igazolták a módszernek a Fertő tó északi, nagytavi részén való alkalmazhatóságát. A hullámmagasság képletének érzékenységvizsgálata pedig megmutatta, hogy a fizikai paraméterek -szélsebesség, vízmélység és meghajtási hossz - közül a szélsebességre a legérzékenyebb a becsült hullámmagasság. Egy, a helyi viszonyokra igazolt becslési módszer pedig alkalmas a tó hullámklímájának becslésére. Ezek az eredmények megadják például a partvédelmi és a kotrási munkálatok tervezésének hidraulikai alapját. Kulcsszavak: hullámbecslés, partvédelem, hullámklíma, iránygyakoriság, sekély tavak. 1. Bevezetés A szél keltette tavi hullámzással számos mérnöki feladat áll kapcsolatban. Ilyen feladatok a partvédelem, a kikötők vagy a kotrási munkálatok tervezése. A partvédő művek állékonyságát a hullámzásból adódó terhelés veszélyeztetheti, ezért a tervezés során meg kell vizsgálnunk, milyen hatással lesz a tervezett létesítményre a hullámzásból adódó dinamikus többletterhelés. A partvédő müvek tervezése során figyelembe veendő a parti rézsűre történő hullámfelfutás is. A hullámfelfutás nagyságának számításában az 1. ábrán H-\al jelölt hullámmagasságnak döntő a szerepe (Starosolszky, 1970). 1. ábra. Hullámzás és annak felfutása a parti rézsűre A kérdés fontosságát az illmitzi strand partvédelmét biztosítani hivatott műtárgy példáján keresztül szemléltetjük. Illmitz a Fertő-tó keleti partján fekszik, így az uralkodó észak-északnyugati szelek itt nagy meghajtási hoszszakkal érik el a partot, ami nagy hullámmagasságokat eredményez. A helyi viszonyok olyanok, hogy míg a nagy hullámok és a belőlük származó felkeveredés rombolja a partot, addig nincsenek olyan kis hullámok, amelyek lerakva a vízben lebegtetett hordalékot építenék azt. Ellentétben az óceánokkal és tengerekkel, a kisebb kiterjedésű tavakon szélcsendes időszakban nem jelentősek a távoli tórészekről partra érkező, a távoli helyi szelek által keltett ún. döghullámok. Ezek a döghullámok építik vissza a partot, amit a szeles időszakok nagy hullámai elsodortak, így a tengerpartok helye kvázi állandó. A Fertő tó esetén azonban a döghullámok hiánya miatt olyan visszaépítő folyamat nem figyelhető meg, ami a hullámzásnak kitett, védelem nélküli partszakaszok hátrálását eredményezné. A part berágódása ellen építették ki az illmitzi strandon a 2. ábrán is látható vasbeton védmüveket. Bár mind a tervezés, mind pedig a kivitelezés során láthatóan gondosan jártak el, ennek ellenére a nagy szilárdságú betonból épített védművön az átbukó hullámok okozta erózió jelei már megjelentek. 2. ábra. Az illmitzi strandot védő vasbeton mü A partvédelem mellett sekély és átmeneti mélységű tavak esetén a hordalékmozgással kapcsolatos kérdésekben is fontos szerepet játszik a felszíni hullámzás. A sekély vizekben lévő lebegő mederanyag-koncentrációt döntően három folyamat alakítja: a kiülepedés, a hullámzás okozta felkeveredés és a víz általi elszállítás. A kiülepedést a gravitáció és a szemcsék víznél nagyobb sűrűsége okozza, a mederanyag felkeveredését a hullámzás keltette turbulencia. Sekély vízben ugyanis a fenék közelében számottevő a vízrészecskék hullámzásból származó pulzációja. Ez a „sikáló" mozgás okozza a mederanyag felkeveredéséért felelős turbulenciát. Ha a kiülepedés és a felkeveredés egyensúlyban van, állandó lebegőanyag-töménységet tapasztalunk. Bár nem ugyanazok az üledékszemcsék tartózkodnak folyamatosan a víztérben, a tóra vetített össz-mennyiségük mégis állandó marad (eltekintve a tóba befolyó és onnan kifolyó hordalékhozamoktól). Ott azonban, ahol a kiülepedés a döntő és alig van felkeveredés, a lebegőanyag koncentrációja csökkenni fog. A tó felől a nádasba kifutó áramlatok a nyílt vizű részeken magas lebegőanyag-töménységet érhetnek el, mivel a nyílt vízen hullámzás okozta mederanyag-felkeveredés a meghatározó folyamat. Ám amikor az áramlat a nádasba érkezik, a felszíni hullámzás hirtelen, rövid távon lecsillapodik, így a víz lebegtetett hordalék-szállító képessége lecsökken, és a kiülepedés kerül túlsúlyba. A lerakott üledékből a nádas nyíltvízhez közeli részén a fo-