Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

3. szám - Csáfordi Péter–Kalicz Péter–Gribovszki Zoltán: Erdősült kisvízgyűjtő éves hordalékhozamának becslése – és egy hordalékkúp hatásának vizsgálata

46 Erdősült kisvízgyűjtő éves hordalékhozamának becslése és egy hordalékkúp hatásának vizsgálata Csáfordi Péter, Kalicz Péter, Gribovszki Zoltán Nyugat-magyarországi Egyetem, Erdőmérnöki Kar, Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet, 9400. Sopron, Bajcsy-Zsilinszky u. 4., Tel.: +3699518146, E-mail: csafordip@emk.nyme.hu Kivonat: Az erdősült kisvízgyűjtők hordalékszállítása térben és időben erőteljesen ingadozik. Az ingadozáshoz hozzájárul az egyes természetes, illetve mesterséges hordalékdepóniák szakaszos feltöltődése és kiürülése is. A hordalékszállítási dinamika ismeretét műszaki és környezetvédelmi szempontok egyaránt indokolják. Tanulmányunkban lebegtetett hordalék-transzport -modell segítségével és a görgetett hordalékmennyiség mérésével megkíséreltük számszerűsíteni a Soproni-hegység egyik mellékvölgyének teljes hordalékhozamát a 2008. október és 2009. október között időszakra. Külön-külön számítási módszert alkalmaztunk az árhullámok le- és felszálló ágára, a középvízhozamnál nagyobb és kisebb vízhozam-tartományra. Árhullámok esetén figyelembe vettük a vízhozam mellett a megelőző csapadékindex és az eső erozivitásának lebegtetett hordalékszállításra gyakorolt hatását is. A vizsgált patak medrében jelentős hordalékkúp halmozódott fel egy csőáteresz előtt. Azért, hogy a víz szabad átfolyását biztosítsuk, megindítottuk a hordalék-lerakódás elszállitódását. Ezt követően geodéziai úton és trendvizsgálattal meghatároztuk, mennyi hordaléktöbbletet okozott a depónia a vízfolyásban, lebegtetett hordalék-szállítási modell, hordalékdepónia, erdősült kisvízgyűjtő. Kulcsszavak: 1. Bevezetés A vízfolyások hordalékszállításának minőségi-mennyiségi ismerete, előrejelzésének szükségessége műszaki és ökológiai szempontból egyaránt indokolt. A szállított hordalék — többek között - csökkentheti a vízi műtárgyak élettartamát, a meder és partfal stabilitását, hozzájárul a víztározók feltöltődéséhez, a vizes élőhelyek átalakulásához (pl. élőhelyek betemetődése, turbulencia-viszonyok megváltozása). A lebegtetett hordalékszemcsékhez kötődő anyagok az ökoszisztéma elszennyeződéséhez vezethetnek (pl. eutrofizáció, nehézfémek). A túl magas lebegőanyag-koncentráció károsíthatja az öntöző-rendszereket, és gondot okozhat az ivóvíz -felhasználásban is. E hatásokat számos szerző ismertette, illetve összefoglalta (Shen és Julien 1993, Gordon et al. 2004, Owens és Collins 2006, Chang 2006). A mederben leülepedő hordalék megnövelheti az árvízszinteket, akadályozhatja a víz útját, és ez által további károkat okozhat. Napjainkban jelentős természeti katasztrófákat okoznak a nagy intenzitású csapadékesemények, illetve a tartós esőzések, melyek ritkán tapasztalt árhullámokat idéznek elő. Ezért különösen fontos lenne ellenőrizni, hogy a vízfolyások utak alatti szabad átfolyása megfelelően biztosított-e. A vízépítési műtárgyak megváltoztatják a hordalékszállítási körülményeket. A felvízi oldalon az esés- és sebességcsökkenés hatására a vízfolyás által szállított hordalék nagy része leülepedik. Az ülepedés törvényszerűségeit főleg víztározók esetében - sokan vizsgálták (Bogárdi 1971, Verstraeten 2003). Az erdőgazdálkodásban gyakori probléma, amikor egy-egy árhullám által szállított fauszadék eltömíti az út alatti átereszt, és a befolyási szelvény környezetében jelentős mennyiségű szerves és szervetlen anyagból álló hordalék-depónia halmozódik fel, elgátolva a víz útját. Ha a műtárgy kialakítása nem megfelelő, a feltorlódó víztömeg az útpályát is megrongálhatja. A hordalékdepóniák tanulmányozása a hordalékszállítás dinamikájának megismerésében is fontos szereppel bír, mivel szakaszos feltöltődésük és kiürülésük hozzájárul az erdősült kisvízgyűjtők hordalékszállításának erőteljes tér- és időbeli ingadozásához. Tanulmányunk előzményeként Kucsara és Rácz (1991) a soproni-hegységi Tacsi-árok eróziós talaj veszteségét vizsgálta, a Vadkan-árok és a Farkas-árok hordalékszállítását Gribovszki (2000) számszerűsítette. A Rák-patak táplálta víztározóban (Fehér-úti-tó) 1981 és 2006 között leülepedett hordalék mennyiségét Csáfordi et al. (2009a) határozta meg. A Farkas-ároki-patakon létesített, erdészeti út alatti, 40 cm átmérőjű csőáteresz felvízi oldalán hordalékkúp alakult ki. Jelen tanulmány céljai a következők voltak: - A teljes hordalékhozam megbecslése a Farkas-árok kisvízfolyásán 2008. október 22. és 2009. október 16. között lebegtetett hordalék-szállítási modellel és a görgetett hordalék-mennyiség mérésével. - A hordalékkúp mesterséges megindítását követően két terepfelvétel időpontja között (2008. október 22. és 2009. október 16.) elszállítódott hordalék-depónia térfogatának meghatározása geodéziai módszerekkel. - Kimutatni, hogy milyen arányban járult hozzá a hordalékkúp - az egyéb hordalékforrások mellett - a patak hordalék-szállításához. A Rák-patak felső részvízgyűjtőjének hordalékszállítási dinamikáját ismerve a jövőben következtetéseket lehet tenni az alsó vízgyűjtőn található víztározó feltöltődési ütemére és a kisvízgyűjtő erózióveszélyeztetettségére. A vízfolyás útját akadályozó fauszadék hordalékszállításra gyakorolt hatásának kutatása a vízi műtárgyak védelmében is hasznosítható. 1.1. A hordalékszállítás becslési és előrejelzési módszerei A hordalékmozgást általánosságban tárgyalva a hordalékot görgetett és lebegtetett hordalékra célszerű felosztani. A görgetett hordalék a mederfenéken csúszva, gördülve mozog, egész rövid szakaszok kivételével. A lebegtetett hordalékanyag a vízben lebegve szállítódik, sebessége közel azonos a vízsebességgel. Mennyisége jelentősebb a görgetett hordalék mennyiségénél (Bogárdi 1971). A görgetett hordalékhozam állandó mérése hordalék-csapdázó berendezésekkel közvetlenül megoldható. Ezzel szemben a lebegtetett hordalék folyamatos mérésére csak közvetett megoldások állnak rendelkezésre (pl. zavarosságmérés), illetve a hordalék mennyisége időszakos mintavételekkel számszerűsíthető. Mivel a kísérleti vízgyűjtőn a lebegtetett hordalék folyamatos mérésére nem volt lehetőség, a modellezés technikájához folyamodtunk. A lebegtetett hordalékmennyiség fizikai, valószínűségi illetve empirikus modellekkel egyaránt előrejelezhető. A fizikai módszerek közül említhető a hordalékszállító-képesség meghatározása a hordalékszemcsékre ható tényleges nyírófeszültség és a részecskét mozgásba hozó kritikus nyírófeszültség összehasonlításával (Shields-féle nyírófeszültség kritérium). A szállított hordalékmennyiség levezethető a kritikus vízsebesség (Hjulstrom-görbe) és a mederfenékhez közeli sebesség hányadosából számított Jowett-féle relatív mederstabilitás alapján is (Shen és Julien 1993, Chang 2006). A lebegtetve szállított hordalék nagy része igen finomszemcséjű anyag, amelyet a vízfolyások mindig képesek