Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)

5. szám - Koncsos László–Kozma Zsolt: A hullámtéri feltöltődés becslése a Tisza magyarországi szakaszán

59 A hullámtéri feltöltődés becslése a Tisza magyarországi szakaszán Koncsos László - Kozma Zsolt Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék 1111. Budapest, Műegyetem rkp. 3. E-mail: koncsos(ft'vkkt.bme.h

u, zsolt.kozma(g>

vkkt.bme.hu Kivonat: Kulcsszavak: Az utóbbi években hazánkban tapasztalt rendkívüli árhullámok, valamint az árvízi jelenségek jellegének kedvezőtlen alakulása egyértelművé tette, hogy új védelmi stratégia kidolgozására van szükség. Egy megfelelő hosszú távú terv elkészítéséhez nélkülözhetetlen a változások okainak felderítése. Kutatásunk alapjául ezen igény szolgált: célunk az árvízi eseményekhez köthető hullámtéri feltöltődés - mint potenciális ható tényező - mértékének becslése volt. Elsősorban az egy év alatt átlagosan bekövetkező ártéri feliszapolódás hossz menti eloszlását kívántuk meghatározni a Tisza esetében. A becslési eljárás során olyan saját fejlesztésű, egyszerűsített akkumulációs modellt használtunk, amely egy lebegőanyag-ülepedési és egy 1D hidrodinamikai modulból épül fel. Számításainkat a Tisza teljes hazai szakaszára elvégeztük generált, de statisztikai szempontból realisztikus idősorok segítségével. Eredményeink alapján azt mondhatjuk, hogy hosszú távon a lebegtetett hordalék hullámtéri felhalmozódása nagymértékű morfológiai változásokhoz vezethet. A Tisza vizsgált szakaszán a számított átlagos feliszapolódási ráta 0,77 cm/év. Ezen belül leginkább a közép-tiszai régió tekinthető érintettnek, mivel itt az üledékréteg képződésének sebessége 1,34 cm/év. Az eredményül kapott értékek az irodalmi adatokkal jó egyezést mutatnak. Jelen vizsgálat egyben további kutatások alapját is képezi: a becsült morfológiai változások ismeretében lehetőség nyílik a hullámtér vízszállító kapacitásában bekövetkező változások és a nemkívánatos árvízi események valószínűségének előre jelzésére, modellezés, hullámtér, feltöltődés Bevezetés Magyarország árvízi veszélyeztetettsége Európában a legnagyobb, ezért elengedhetetlen a megfelelő szintű védelmi stratégia és rendszer megléte. Az utóbbi években újabb és újabb rendkívüli árhullámok irányítottak egyre nagyobb figyelmet a rendszeres és gyakran igen heves árvizei miatt egyébként is kiemelt fontosságú Tiszavölgyre és vízgyűjtőre. A mintegy 100 év hosszúságú tiszai vízállás idősorok matematikai-statisztikai elemzése egyértelműen kimutatta (Koncsos, 2006) az árvízi események visszatérési idejének csökkenését, illetve az árhullámok LNV szintjeinek folyamatos és gyakran jelentős növekedését. Nyilvánvalóvá vált, hogy a töltések emelésére alapuló hazai árvédelmi stratégiát - az árvízi jelenségek átalakulását kiváltó folyamatok figyelembe vételével - újra kell gondolni. A Felső-Tiszán végzett terepi vizsgálatok rámutattak, hogy a hullámtéren - évszázados léptékben - akár több méteres feltöltődések is megfigyelhetők {Schweitzer, 2006). Bár a morfológiai változásoknak, illetve a hullámtéri növény-borítottságnak a maximális vízszintekre gyakorolt hatása egyelőre nincsen megfelelően feltárva, nyilvánvaló, hogy a megfigyelt feltöltődések szignifikánsan befolyásolhatják a töltéskorona meghaladási valószínűségeit és a gátrendszer tényleges árvédelmi biztonságát. Szükségessé vált tehát a hullámtéri feliszapolódás árvízi jelenségekre kifejtett hatásainak mélyrehatóbb vizsgálata. Mindezek fényében célunk a tiszai hullámtéren bekövetkező feltöltődés mértékének becslése volt. Azaz elemzésünkkel azt kívántuk meghatározni, hogy hogyan alakul a lebegőanyag kiülepedése miatt fellépő ártéri feltöltődés hosszúság dimenzióban kifejezett időbeli átlaga és szórása a folyó magyarországi szakaszán. Módszertan A feliszapolódás mértékét egyszerűsített ülepedési modell segítségével becsültük. Az eljárás arra a feltételezésre alapul, hogy a hullámtéren lerakódó hordalék anyag-mennyisége és a szállító közeg ártéri tartózkodási ideje között lineáris kapcsolat áll fenn. Módszertani szempontból a kifejlesztett modell két modulból áll: a lerakodó anyag mennyiségét meghatározó ülepedési részmodellből, és egy 1D hidrodinamikai modellből. A két modul az ülepedés számításához szükséges input adatok — a hullámtéri tartózkodási idő, és a vízzel borított terület nagysága - átadásával kapcsolódik egymáshoz. A hidrodinamikai modul tartalmaz további két szubrutint, amelyek a kalibrációért és a generált input-adatok előállításáért felelősek. Utóbbi lehetővé tette, hogy számításaink során bemeneti adatként ne csak mért, hanem generált idősorokat is alkalmazhassunk. A modell paraméterei részben térben osztottak - Manning-tényező - részben homogének - lebegőanyag sűrűsége és ülepedési sebessége. Hidrodinamikai modell A mederbeli hidrodinamikai folyamatok leírása a nempermanens vízmozgások általánosan elfogadott egydimenziós Saint-Venant egyenlet-rendszerét (1. és 2. egyenletek) alkalmazó modell segítségével történt. Az eljárás használatával megfelelően szimulálható az árhullámok levonulása. A számított vízszint tér- és időbeli alakulása alapján meghatározható a hullámtéri vízborítottság időtartama és mértéke. Az alkalmazott, saját fejlesztésű hidrodinamikai modell (Koncsos, 2006) a véges differenciák implicit módszerével oldja meg a - folytonossági és dinamikai egyenletekből álló - Saint-Venant egyenlet-rendszert: dQ dF dz aQ

2 dF — + — dx a Q dF + dQ a dQ . Q' gF

3 dx gF' dt gF

1 dx gF dt K

2 gF ahol Q - vízhozam[m

3/s] x - hosszirányú koordináta [m] t - idő [s] z - vízfelszín abszolút magassága [m] F - nedvesített keresztszelvény [m

2] q - mellékvízfolyások és vízkivételek térfogatáramai [m

3/s] dx dt (1) (2) g - gravitációs gyorsulás a ,a - a mozgásmennyiség és a lokális gyorsulás diszperziós tényezői (amelyek a keresztmetszeti sebesség-egyenlőtlenségek hatását fejezik ki)