Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

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

CSÁFORDI P. - KALICZ P. - GRIBOVS2KJ Z.: Erdösült kisvízg

yü

jtő hordalékhozama 49 legegyszerűbb módszerrel szeparáltuk. A módszer lényege, hogy az árhullám kezdetét és a közel felszíni lefolyás végét jelölő pontokat egy egyenes vonallal összekötjük. A vizsgált árhullámok esetén vízhőmérséklet adatok megfelelő gyakorisággal nem álltak rendelkezésre, ugyanakkor feltételeztük, hogy a vízhőmérséklet változása egy-egy árhullám alatt nem volt jelentős. Ezért az árhullámok lebegtetett hordalékszállítására jobban ható faktorokat kerestünk. Az árhullámok során elérhető hordalékkészletek mennyiségét a vízgyűjtő állandóan változó lefolyási viszonyai és a lejátszódó eróziós folyamatok nagymértékben befolyásolják, ezek pedig függenek a csapadék erozivitásától és a megelőző talajnedvességtől (Sadhegi et al. 2008). Utóbbi érték közvetetten számolható a megelőző csapadékindexből, amelyet az árhullámok előrejelzésénél is alkalmaznak (Fedora és Beschta 1989, Bousfield 2008, Bálint et al. 2009). A megelőző csapadékviszonyok a korábbi árhullámok hordalékkészleteket kimosó hatásáról is tájékoztatnak. Az árhullámok lebegtetett hordalékszállítását becslő modellbe ezért bevontuk a megelőző csapadékindexet (API

2O) és az árhullámot kiváltó csapadékesemény erozivitását (/?), vagyis az adott csapadék esemény erózió-potenciálját, mely magában foglalja a csapadék intenzitását és mennyiségét. Egy árhullámhoz egy az adott árhullám alatt állandónak tekintett - API

2o, valamint perces felbontású /{-értékeket használtunk. Korábbi vizsgálataink során (Csáfordi et al. 2010) a hiszterézishatást felismerve külön-külön regressziós modellt határoztunk meg az árhullámok fel-, illetve leszálló ágának lebegtetett hordalék-koncentrációjára: C

S= A -Q

H API

2

0

C R

D ,(9) ahol C

S: lebegtetett hordalék-koncentráció az árhullámok fel- illetve leszálló ágában [mgT

1]; Q: vízhozam [1-s'

1]; API

2o: megelőző csapadékindex [mm]; R: erozivitás [MJ-ha" 1 mmh"

1]; a, b, c, d empirikus tényezők. Többváltozós nem-lineáris regressziós egyenletünk a Leopold és Maddock-féle hatványfüggvényből {(1) egyenlet) indul ki, de a függvénykapcsolat nemlineáris természete a 3. ábra alapján is feltételezhető. A megelőző csapadékindexet Kontur et al. (2003) magyarországi kisvízgyüjtőkre adott ajánlása alapján számítottuk, mely szerint az árhullámot kiváltó csapadékot megelőző 1, 2, 3, ... 20 napon hullott csapadékot (h

u h

2, ... h

2

0) lineárisan csökkenő súlyszámokkal (p,) szorozzuk: API

I

W = £/>,- HT = 1.00Ä, + 0,95A

2 + 0,90^ + 0,85A

4 + ... + 0,1 OA,, + 0,05A

2

0 0°) A csapadék erozivitásának számításánál Schwertmann (1987), Sauerbom (1994) és Centeri (2001) útmutatásait követtük. Erozív csapadékeseményeknek azokat vettük, melyek során legalább 10 mm csapadék hullott, vagy ha ennél kevesebb, akkor a fél órás intenzitásuk meghaladta a 10 mm h '-t. Ha két csapadékesemény között eltelt 6 óra alatt 1 mm-nél kevesebb csapadék hullott, akkor az két külön csapadékeseménynek számított. Ha az erozív eső 30 percnél kevesebb ideig tartott, akkor a 30 perces intenzitásnak a teljes csapadékmennyiség felelt meg. Az egységnyi csapadékok energiájának számításakor 30 perces intenzitásokkal dolgoztunk. Az API

2

0 és az R számításánál is felhasználtuk mindkét csapadékmérő műszer adatait, ahol azok rendelkezésre álltak. Ebben az esetben a 0,1 mm-es felbontású műszer alulbecslő, és a 0,5 mm-es felbontású berendezés felülbecslő jellegét az értékpárok átlagolásával korrigáltuk. A 0,1 mm-es csapadékmérő meghibásodásakor csak a 0,5 mm -es műszer adataival számoltunk. A regressziós egyenlet illesztését öt árhullám (2009. március 30., június 22., június 24., július 18., augusztus 4.) fel- és/vagy leszálló ágából származó hordalék-koncentrációk alapján végeztük el. (A modell hibaelemzése (4.2 fejezet) csak ezekre az árhullámokra vonatkozik.) 3.4. A hordalék-depónia geodéziai felmérése, térinformatikai elemzések 2008. októberére a farkas-ároki csőáteresz előtt kialakult hordalék-depónia már nagymértékben akadályozta a víz átfolyását. Egy esetleges árvíz az erdészeti utat veszélyeztette volna. A hordalékkúp megindítása előtt mérőállomással elvégeztük a felvízi oldal geodéziai felmérését. Az adatokat térinformatikai módszerekkel dolgoztuk fel és értékeltük ki. A térképen ábrázoltuk a terep töréspontjait és a vízfolyás medrét, egymástól 2-2 méterre kijelölt, közel párhuzamos keresztszelvényenként. Az időközben - a meder-erózió során - elszállítódott hordalékkúp újabb felvétele 2009 októberében történt. A tereppontokból két háromszögháló alapú felületmodellt készült. A két felület különbsége megadta a vízfolyás által 2008. október 22. és 2009. október 16. közötti időszakban elszállított hordalék mennyiségét. 3.5. A hordalék-depónia hatásának elemzése a görgetett hordalékhozam- és vízhozam-idősoron A hidrológiai és hidrometeorológiai adatsorok konzisztenciájának elemzésére alkalmazható módszer, ha egy mennyiség azonos időperiódusonként kummulált összegeit az idő függvényében ábrázoljuk, illetve ha a függő változó kumulált értékeit egy másik változó ugyanabban az időszakban mért kummulált értékeinek a függvényében ábrázoljuk. A vizsgálat alapja, hogy az adott mennyiség dinamikájának illetve a két változó arányának valamilyen körülmény hatására történő megváltozása az eredeti trend változását is maga után vonja. így a grafikon pontjaira a változás bekövetkezési időpontjától kezdve eltérő meredekségü lineáris regressziós egyenes illeszthető (Albert 2004, Gao et al. 2010). Az elemzésekhez a 2006. január - 2009. októberi időszak görgetett hordalék-, vízhozam- és csapadékadatai szolgáltak alapul, a vízhozam-idősorban fellépő adathiányokat átlagértékekkel pótoltuk. Vizsgálataink során megtörtént a görgetett hordalék, a vízhozam és a csapadék havi összegeinek kumulálása, melyeket azután a következőképp ábrázoltunk: vízhozam és görgetett hordalékhozam az idő függvényében, görgetett hordalékhozam a vízhozam függvényében, vízhozam és görgetett hordalékhozam a csapadék függvényében. A depónia megindulásának és elszállítódásának időpontja ismeretében tanulmányoztuk a megelőző, a befolyásoló hatás alatti és megszűnése utáni időszakok trendjeit, valamint a havi átlagos görgetett hordalékhozamát. Az eredmények és értékelése A következő fejezetekben külön-külön mutatjuk be a görgetett és a lebegtetett hordalékhozamra kapott eredményeket. Az összegzésükkel kapott teljes hordalékhozamot összevetjük a hordalékkúpból elszállítódott hordalék menynyiségével. Jellemezzük a depónia hordalékszállítást módosító hatását is. 4.1. A görgetett hordalékhozam számítása A vizsgálati időszakban összesen 4,12 m

3 görgetett hordalékot mértünk a Farkas-árok kifolyó pontján elhelyezett vízládában. Az egyes mérési eredményeket a 2. ábra mutatja. Nyári időszakban a görgetett hordalék átlagos száraz halomsűrüsége 1,6 t-m"

3, télen - amikor elsősorban finomabb