Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)
2. szám - Csáfordi Péter–Griborszki Zoltán–Válint Zsuzsanna–Kalicz Péter: Kisvízfolyások anyagszállításának vizsgálata két árhullám példáján
CSÁFORDT P. - GRIBOVSZKI Z. - VÁLINT ZS. - KALICZ P.: Kisvízfolyások hordalékszállítása 57 A WMO 198l-es ajánlása szerint, ha a hordalék-töménység a 100 mg/l koncentrációt meghaladja, 1 liter vízminta elegendő a kisvízfolyás lebegtetett hordalék-koncentrációjának meghatározásához (Gordon et al. 2004). Ezért mi is minden egyes vízállás-észleléshez kapcsoltan l-l liternyi vízmintát gyűjtöttünk. A vízminták hordalék-töménységét szűrőpapíros módszerrel határoztuk meg. A tiszta szűrőpapírok légszáraz tömegét és a szűrőpapíron fennmaradt lebegtetett hordalék tömegét analitikai mérleggel mértük. A higroszkópos szűrőpapírok tömege a szárítószekrényből való kivétel után, a leggondosabb eljárás ellenére is növekedik a légnedvesség hatására. Ezért kontroli-papírokat alkalmazunk, melyekkel a tömegnövekedés kiszűrhető. A görgetett hordalékmérés a csillapító vízládában felfogott anyagmenynyiség köbözésével történt. A vízminták vezetőképességét, mely az oldott szervetlen anyagkoncentrációt jelzi, CONSORT típusú műszerrel mértük. Az árhullámokat kiváltó csapadék-eseményeket egy 0,5 mm érzékelési küszöbű billenő-edényes csapadékmérő regisztrálta, melyet kiegészített a Hellmann-féle ombrométer által és egy 18 cm átmérőjű tölcsér alatti edényben felfogott csapadékmennyiségek kézi kimérése. Terepi adatgyűjtésünk eredményei a 3-6. ábrákon követhető nyomon. 3.2. Adatfeldolgozás Az árhullámok lebegtetett hordalékszállítását az 1 liter vízmintában mért hordaléktöménységből becsültük. A vízhozam függvényében ábrázoltuk a vízminták lebegtetett hordalék-koncentrációját, majd a két mennyiség közötti függvénykapcsolat leírására a C = m-Q" regressziós modellt alkalmaztuk (ahol C: lebegtetett hordaléktöménység [mg/l]; Q: vízhozam [l/s]; m, n: empirikus együtthatók). A június 18-i árhullám esetén annak felszálló, illetve leszálló ágára külön-külön illesztettünk egy-egy regressziós egyenletet. Az augusztus 4-i árhullámnak felszálló ágából már csak egy vízmintát tudtunk venni, így itt a vízhozam - hordalék-koncentráció összefüggésre egy regressziós modellt alkalmaztunk. A regressziós egyenlet szolgált a lebegtetett hordaléktöménység-adatok sűrítésére. így a perces gyakoriságú — manuális leolvasások alapján korrigált - automata vízszintészlelésekhez már hordalékhozam-adatokat is tudtunk számolni az 1. képlet alapján. A percenkénti lebegtetett hordalékhozam-adatok összegzésével megkaptuk az árhullám alatti teljes lebegtetett hordalékhozamot (2. egyenlet). QSS = CQ, (1) ahol Q s s: a lebegtetett hordalékhozam [mg/s]; C és Q jelölések magyarázatát lásd előbb. ZQ SSár h=(Q Ss^ Qssi^ -H Qss,)- 60' d) ahol EQ ssár h: a megfigyelt árhullám teljes lebegtetett hordalékhozama [kg]; Q SS v: a percenkénti vízhozamokhoz tartozó lebegtetett hordalékhozam [mg/s]; v (alsó indexben): vizsgált árhullám hossza [min] - itt dimenzió nélkül áll; 60: szorzótényező a másodperc-perc átszámításhoz. A görgetett hordalékhozam számításakor a következő módon jártunk el. A csillapító vízládában felfogott anyagmennyiség kimérése, a hordalék eltávolítása általában több nappal a két tanulmányozott árhullám előtt, illetve után történt meg. Ezért a teljes mennyiségből ki kellett vonni az alapvizekre jellemző átlagos görgetett hordalékhozamot, mely a két görgetett hordalékmérés között az alapvizek időtartamában a ládába érkezett. A szakirodalomban (Kontur et al. 2003) ajánlott legegyszerűbb módszerrel szeparáltuk a két görgetett hordalékmérés között eltelt időszakban levonult árhullámokat. (A módszer lényege, hogy az árhullám kezdetét és a közel felszíni lefolyás végét jelölő pontokat egy egyenes vonallal összekötjük.) Meghatároztuk az árhullámok számát és azok teljes vízhozamának összegét. Számításaink során azzal a feltételezéssel éltünk, hogy az árhullámok teljes vízhozam-összege és a görgetett hordalékhozam között egyenes arányosság van. Megvizsgáltuk, hogy mekkora a tanulmányozott árhullámok vízhozam-összegének az aránya a teljes, árhullámok során levonuló kumulált vízhozamhoz képest. Ha ezzel az arányszámmal beszorozzuk az adott időintervallumra jellemző, átlagos alapvízi görgetett hordalékhozammal csökkentett kimért mennyiséget, akkor ez elfogadható becslést ad a vizsgált árhullám által szállított görgetett hordalékhozam menynyiségére. A számítás menetét a 3. képletben foglaltuk össze. f) ) f VQun, ^ (3) Z&u^-ff&i-ífl BLalapáll ahol ZQ B I | ár h: a megfigyelt árhullám becsült görgetett hordalékhozama [kg]; XQ m:a csillapító vízládában két kimérés között/két hordalék-eltávolítás között összegyűlt görgetett hordalék-mennyiség [kg]; Q BLaia Páti : átlagos alapvízi görgetett hordalék-hozam [kg/min]; t: árhullámtól mentes időszak hossza két görgetett hordalékmérés között [min]; IQ| ir h: a megfigyelt árhullám teljes vízhozam-összege; IQárh : a két görgetett hordalékmérés között levonult árhullámok teljes vízhozam-összege. Az árhullámok oldott szervetlen anyagkoncentrációját a vezetőképességből számítottuk a 4. egyenlet alapján. K • 0,8 • Q • 60 = Q, (4) ahol K: vízminta elektromos vezetőképessége [mS/cm]; 0,8: vezetőképesség-anyagkoncentráció átszámításhoz szükséges szorzótényező a HC0 3-os víztípusnál (Németh 1998); Q,: oldott szervetlen anyagáram [mg/min]. Azokra a percekre, ahol nem történt mintavétel, szintén regressziós modell segítségével sűrítettük az adatokat. A percenkénti oldott szervetlen anyagáramok összegzése a lebegtetett hordalékhozamok számításához hasonlóan történt. Az árhullámok anyagáramát összehasonlítottuk egy alapvizes időszak anyagszállításával, mely időszak hossza a mért árhullám kezdete és a közel felszíni lefolyás vége között eltelt percek számával egyezik meg. Az alapvízi lebegtetett hordalékhozamot az 1997-óta mért megfelelő lebegtetett hordalék-koncentráció adatok alapján becsültük az 5. és 6. egyenletek szerint. Qssaia P M=ÁTLAG(C ala p-Q ala D) (5) (6) ' alap *~-alap > 60 • v > ^Qssalap Qssalapátl ahol Qssaiapáti- átlagos alapvízi lebegtetett hordalékhozam [mg/s]; C a| a p és Q ala p hordalék-töménység és vízhozam alapvizes időszakban; SQ SS ai a p: alapvízi lebegtetett hordalékhozam [kg], A vízhozam-idősorokat tanulmányozva a Vadkan-ároknál alapvizes időszakról beszélhetünk, ha a vízhozam 3 1/s-nál kisebb, míg a Farkas-ároki patak alap-vízhozama nem haladja meg a 2,5 l/s-t. Adatbázisunkból csak a vegetációs periódusra vonatkozó koncentráció-adatokat használtuk fel. Téli időszakban, fagypont körüli talaj-hőmérsékletek mellett már a hordalékmozgás (utánpótlás, szállítás) feltételei megváltoznak, és nem felelnek meg a vizsgálat időpontjában tapasztaltaknak. (Egy téli alap-vízhozam lebegtetett hordalékhozama alacsonyabb a nyáron mérhetőknél, mely okai például a talajszemcsék összefagyottsága és - feltételezéseink szerint - a kevesebb rendelkezésre álló szerves lebegőanyag.)
