Hidrológiai Közlöny 2009 (89. évfolyam)
1. szám - Rátky István–Rátky Éva: Lehetőségek a Tisza vízszállító-képességének javítására
36 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2009. 89. ÉVF. 1. SZ. heti a leglényegesebb kapcsolatok megértését. Pl. tudjuk azt, hogy mellékágak hatásától mentes folyószakaszon egy 'magányos' árhullám tetőzésekor a kialakuló H ma x vízállás és Q ma x vízhozam értéke közelítőleg meghatározható a permanens Q-H görbéből - a nem-permanens hurokgörbét a permanens görbe a tetőpont közelében metszi. Tehát, ha csak a H és a Q tetőző értékeire vagyunk kíváncsiak, azok jó közelítéssel meghatározhatók a permanens vízhozam-görbe matematikai kifejezéséből, a Chézy-összefliggésböl. Ugyanakkor e modellel a hidraulikai folyamat bizonyos jelenségeire nem kapunk még közelítő értékeket sem: pl. a mennyiségek időbeni változásáról, a tetőzések időpontjáról, a hullám levonulás sebességéről, az ellapulásról ezen az alapon semmit sem tudunk mondani. Hasonlóan, a geometria hossz-menti változásából (a nem-prizmatikusságból) adódó hatások sem mutathatók ki ezzel az összefüggéssel, és ami mostani vizsgálatunk szempontjából lényegesebb, a Chézy-összefiiggéssel csak közelítőleg tudjuk meghatározni egy összetett meder fő- és hullámtere közötti vízhozam megoszlást (Rátky 2003). Egy lényeges megjegyzés ez egyszerű modell alkalmazhatóságához szükséges geometriai egyszerűsítéssel kapcsolatban. Szerencsés esetben a kívánt vízszállító-képesség javítása a tetőző vízszintekben maximálisan 0,5-1,0 m-es változást eredményezhet, ami a medergeometriában nagy változást nem okoz. így a Chézy-összefiiggés egy széles, összetett szelvényű (hullám teres) mederben a jelenlegi első feladatunk megoldására jó közelítéssel alkalmazható. Elméleti alapok a vízszállító-képességet alapvetően befolyásoló paraméterek meghatározásához A vízszállító-képesség javításához először tisztázni kell azt, hogy mik a vízszállítást befolyásoló leglényegesebb (geometriai, hidraulikai, stb.) tényezők. Kiindulva a folytonossági egyenletből és a Chézy-összefüggésből Q = VA = Cn/RS A = kR 2/ iAS // 2 = K S 1/ 2 (1) ahol az eddig még nem alkalmazott jelölések: v - a szelvény középsebesség, A - a nedvesített szelvényterület, C — a Chézy-féle sebességi együttható, R - a hidraulikus sugár, S - az energiavonal relatív esése (közelítőleg megegyezik a vízfelszín relatív esésével, a továbbiakban a szakmában elfogadott módon röviden csak esésként hivatkozunk rá), k - a simasági együttható, K - a fajlagos vízszállító-képességi együttható, a 5/3 K =k R A = k —— (2) p ÍH Széles vízfolyásokon (ahol a víztükörszélesség, B több mint 15-ször nagyobb, mint a legnagyobb vízmélység) alkalmazhatjuk a következő közelítéseket: = KB Hh 5/ 3 (3) ahol: P - a nedvesített kerület, H h - a hidraulikus középmélység. A fajlagos vízszállítóképességi együtthatót a gyakorlatban röviden csak vízszállítóképességnek (még rövidebben vízszállításnak vagy vízvezetésnek) nevezik, és ez alatt általában vízhozamot értenek. Ennek az alapja az, hogy az (1) összefüggésben K (m/s) megegyezik avval a vízhozammal, melyet a meder egységnyi relatív energiavonal-esésnél szállítana. Tehát ha egy vízfolyás vízszállító-képességének (vízhozam szállító-képességének) változását vizsgáljuk, akkor elsősorban a fajlagos vízszállító-képességi együttható változását kell vizsgálni. Az (1) összefüggés értelmében a vízhozam a fajlagos vízszállító-képességi együtthatótól és a vízfelszín esésétől függ. Tehát, ha a vízszállító-képesség változását (változtatási lehetőségét) akarjuk nyomon követni, akkor a K és az S mennyiségeket meghatározó összetevőket kell vizsgálni. Általánosan Q = f(K,S) =f{K[k, geometria(B, HJJ, S}, (4) tehát a vízszállító-képesség a simasági együtthatótól, a geometriától és a vízfelszín eséstől függ. Ebben a matematikai formában a k, B. H h és S a független változók. A valóságos hidraulikai folyamatnál a vízfelszín-esés a Q mellett a k, B és H h (vagy R) helyi értékeitől és hossz-menti változásuktól függő, 'eredő' mennyiség. Pontosabban, S - és ezen keresztül a vízszint - elsősorban e mennyiségektől biztosan és további morfológiai és egyéb tényezőktől (pl. növényzet-fajta, sűrűség, stb.) is függ. E tanulmányban a vízszállításnak elsősorban a fajlagos vízszállító-képességi együtthatótól való függését vizsgáljuk. Gyakorlati fogalmakkal kifejezve, a vízszállító-képességet befolyásoló leglényegesebb tényezők: - a nagyvízi meder felületének (fenekének) növényzettel való borítottsága (döntően a középvízi-meder partjainak és a hullámtérnek a fedettsége), - a nedvesített szelvényterület nagysága és hosszmenti változása, - a keresztszelvény alak és annak hosszmenti változása (nem-prizmatikusság), - az akadályok: ővzátonyok, nyárigátak, tuskógátak. utak, építmények, hidak, stb. - a feliszapolódás, - a főmeder és a hullámtér kapcsolata: 'meanderezés', a két sodorvonal szögeltérése. E leglényegesebbnek ítélt befolyásoló tényezők mellett számos további, megítélésünk szerint kevésbé lényeges tényezőt is meg lehet említeni. így a vízszállító-képességet nyílván befolyásolja a hordalék-, jég-, uszadék mennyisége, a felszín-süllyedés, a mederfenék mikró- és makró egyenetlenségei, stb. Az alábbiakban sorra vesszük, hogy a legfontosabb befolyásoló tényezőket hogyan veszi figyelembe a K. A fajlagos vízszállítóképességi együttható A növényzettel való borítottságot i-val veszi figyelembe'" Nedvesített szelvényterület nagyságát A-val veszi figyelembe A nedvesített szelvényterület hossz menti változását nem tudja figyelembe venni A keresztszelvény alakot /f-el, P-vel veszi figyelembe (közelítőleg) A keresztszelvény alak hossz menti változását nem tudja figyelembe venni Az akadályokat A, Rt s S-vel veszi figyelembe A feliszapolódást A és /f-el figyelembe lehet venni A főmeder és a hullámtér kapcsolatát nem tudja figyelembe venni 11 1 meglehetősen durva közelítéssel, (2 ) az ütközés dinamikus hatását nem veszi figyelembe, ez a szokásos sebességeknél különben is elhanyagolható.
