Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)
1. szám - Kiss Melinda: Gátszakadáskor kialakuló sebességmezők feltárása részecskekövető laboratóriumi méréssel és numerikus modellezéssel
KISS^^^Gátszakadá^ 21 (lásd pl. Sokoray-Varga, Józsa, 2008b). Túl nagy sebességek és sebesség-gradiensek esetén a részecskekövetés lehetetlenné válhat, ha egy-egy részecske körüli csoport elrendeződése két képkocka között jelentősen változik, igy felismerhetetlenné válik. Mivel a kamera képrögzítési frekvenciája nem növelhető a méréshez rendelkezésre álló készülékekkel jelen PTV eljárás csak egy bizonyos sebességhatárig készíthet elemezhető mérést. 2. ábra: Maximális sebességek különböző kezdeti fel víz-szintek (h), illetve nyílásszélességek (B) esetén A kezdeti felvízszint és a nyílásszélesség hatását a maximális sebességekre a 2., a nyílásszélesség változtatásának hatását a hullámfront terjedésének mértékére a szakadás után 3 s-mal a 3. ábrán mutatom be. D b = 40 cm b = 60 cm 3. ábra: Hullámfront-alak 20, 40 és 60 cm nyílásszélességnél (t = 3 s) Ezek az eredmények 5 cm cellaméretü rácshálóra diszkretizált értékek voltak. A numerikus modell rácsfelbontását finomítva szándékoztam megvizsgálni, hogy mennyire érzékeny a modell a rácsfelbontás változtatására. Megfigyelhető a 4. illetve 5. ábrákon, hogy a vízmélységek, valamint a sebességek tekintetében is elhanyagolható különbséget eredményezett az, hogy lokálisan az Rl-nek nevezett legfinomabb felbontást 5 cm-ről, 2,5, majd 1,125 cm-re változtattam. Az ábrákon látható, hogy az eltérések olyan jelentéktelenek, hogy nem szükséges nagyobb finomságú rácshálót generálni (ami a futtatási idő nagyfokú növekedésével jár), mivel ez nem növeli jelentősen az eredmények pontosságát. 0.07 £ 0.06 I 0.04 0.03 Tivoteig [ml « R1=0 Q5m - R 1=0.025 m R1=0 0125m| Tivoiság [m] • R1=0.Ó25m 4.5 R1=0.0125IT>í 4. ábra: Vízmélység alakulása különböző cellaméreteknél, t = 3 s-nál 5. ábra: Sebességek alakulása különböző cellaméreteknél, t = 3 s-nál 4. A simasági együttható meghatározása A kismintában kialakított terep egyik legfontosabb paraméterét, a Manning-féle simasági együtthatót (k) közvetlen méréssel nem lehet meghatározni, viszont ismerete, mint bemeneti paraméter szükséges a numerikus modellezéshez. A 2008-ban folytatott TDK-kutatásaim során végzett elöntés-vizsgálatoknál úgy jártam el, hogy mint egyetlen szabad paraméter, a simaságot változtattam a bearányosítás során, az összehasonlítás alapja pedig a terjedő hullámfront alakja volt. így k = 70 m 1 / 3/s értéket kaptam a simasági együtthatóra (Kiss 2008). Ekkor a modell-láda feneke kőszórással volt érdesítve. Jelen mérésekhez teljesen sima, érdesítés nélküli felület lett kialakítva, így nagyobb simaságra számítottam. A k simasági együttható meghatározásához a mérési terület szélén kialakításra került egy csatorna, ahova ismert vízhozamot beeresztve, a csatorna végén szabad kifolyást biztosítva, a kialakuló felszíngörbe alapján, a Chézy-képlet segítségével k értéke számítható. Annak megállapítására, hogy érdemes-e egyáltalán belefogni ennek a csatornának a kialakításába, vagyis mérhető lesz-e kellő pontossággal a rendelkezésre álló 8 m hosszon kialakuló vízfelszín-esés, numerikus futtatásokat végeztem a HEC-RAS egydimenziós hidrodinamikai modellező szoftverrel (HEC-RAS 2008). Megállapítottam, hogy 0,4 m-es szélességűre kialakított csatornában akár még k = 100 m l/ 3/s-os simaság mellett is mérhető a vízszintkülönbség, ugyanis azt mm-es pontossággal tudjuk leolvasni. A paraméter-meghatározást így tehát egy 0,4 m széles csatornában végeztük. A csatornába ismert vízhozamot bevezetve (Qi = 4,59 l/s, illetve Q 2 = 3,41 l/s), a kialakuló felszíngörbét
