Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

4. szám - Koncsos László–Jolánkai Zsolt–Kozma Zsolt: A WateRisk integrált vízkészlet-gazdálkodási modellrendszer egydimenziós hidrodinamikai almodelljének összehasonlító tesztelése az HEC-RAS modellel

54 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2011. 91. ÉVF. 4. SZ. automatikusan leszabályozta, így a legnagyobb időlépésre 113 másodperc, míg az átlagosra 73 másodperc adódott. A legnagyobb tapasztalt időlépés a Bukóteszt 1.1 esetében 150 másodperc volt, ez igazolja Roesner (1988) állítását az időlépés érzékenységgel kapcsolatban. Alulról befolyásolt átbukás esetén (Bukóteszt 2) a teljes vízhozamhoz viszonyítva 2%-os eltérés volt megfigyelhető, a WR modell bukóképlete ennyivel több vízhozamot számolt, mint a HR. Ez az eltérés abból adódott, hogy a modellek másképpen kezelik az alulról befolyásolt bukást, így eltérő vízhozamok jutnak át a bukón az alvízi vízszint növekedésével. Bukóteszt 1 - Vízmélység alakulása a középső szelvénynél 2000.01.01 12.00 2000.01.02 12.00 2000.01.03 12:00 Dátum, idő [év/hónap/nap, óra:perc] 0.01.04 12:00 j —WateRisk 11-es szelveny •-BME-VTT1D 11-es »-HEC-RAS 11-es szelvény 6. ábra — Oldalbukó alkalmazása egyszerűprizmatikus trapéz medernél Vízállások a kifolyási pont alatt 2.5 kmre lévő szelvényben. Szabad átbukás. Bukóteszt 3 - Vízállás alakulása a mederben a középső szelvénynél 2000. 1. 1. 12:00 2000.1.2.12:00 2000.1.2.12:00 Dátum. Idő lév/tiónap/nap, úra:pcrc) WateRisk 11-es szelvény -•- HEC-RAS 2000. 1. A 12:00 'i szelvény OME VTT10 11-es szelvény 7. ábra — Oldalbukó és tározó alkalmazása egyszerű prizmatikus trapézmedernél. Vízállás alakulása a középső mederszelvényben. Folyás iránya megváltozik a bukón. Az átbukás vizsgálatának harmadik lépésében (Bukóteszt 3) a bukó alvízi (medren kívüli) oldalán bukószint feletti tározószint volt, mely hatására a tározóból a folyóba történik átbukás, majd az árhullám emelkedésével a bukón az áramlás iránya megfordul. Ennek a vizsgálatnak az eredménye (7. ábra) szintén azt jelzi, hogy az alulról befolyásolt bukás kezelésében a három modell némi eltérést mutat. A WR és a HR eredményeinek összevetésekor 8 cm-es eltérést lehet tapasztalni, mely 2%-nak felel meg a legnagyobb vízállásnál. A bukón átjutó vízhozam tekintetében az eltérés a befelé irányuló alaphozamnál 0.18 m

3/s, ami 0.27%-os eltérést jelent az átbukó vízhozamhoz képest. Ez a különbség 7.85 m

3 /s-ra nő a csúcs vízhozam esetén, ami 7.55%-os eltérést jelent. A VT modell az alap vízhozamnál minimális elérést produkált a bukón átengedett vízhozam esetében, ellenben még nagyobb eltérést mutatott a HR-hoz képest a csúcs vízhozamnál. Az eredményekben tapasztalható eltérés egyik oka az, hogy három vizsgált szoftver más módon kezeli a bukó hossza mentén kialakuló vízszint és bukókorona esést. A HR képes figyelembe venni a bukó hosszán a vízszín profil és a bukókorona dőlésszöge közti különbséget, így az átjutó vízhozamokat ez a modell számítja a legpontosabban. A WR számol a bukó mentén kialakuló vízszin-eséssel, ugyanakkor egyszerűsítésként a bukókoronát vízszintesnek tételezi fel. (Ennek az a magyarázata, hogy a WR az átbukás számítását elsősorban a folyómeder és a terep között kialakuló vízforgalom meghatározására alkalmazza. A modell által használt lépcsőzetes terepmodellben egy-egy cellában a terepmagasság állandó, így a terep - és egyben a bukókorona - esése nem értelmezhető). A VT a bukó műtárgyat pontszerű objektumként kezeli, így sem a vízszint, sem pedig a bukókorona esését nem veszi figyelembe. Azaz ebben az esetben egy egyszerűsített leírásmódról beszélhetünk. Az alulról befolyásolt átbukásnál az eltérések abból is adódnak, hogy a modellek eltérő módszereket használnak ennek leírására. A HR-nál több lehetőség is van (Brunner, 2010), esetünkben széles koronájú téglalap keresztmetszetű bukót vizsgáltunk, melyhez egy a hidakon való túlfolyásnál is használt görbét használ, mely segítségével az átbukási vízhozam-tényezőt csökkenti az alvízi vízszint és a felvízi energiamagasság arányától függően. Ez a görbe egy nem-lineáris összefüggést fejez ki. A WR és a VT modellek a Poleni összefüggést alkalmazza, mely a vízhozam-tényező és az alvízi, illetve felvízi vízmélység egymáshoz viszonyított aránya között lineáris összefüggést feltételez (Peter, 1996). Mindezek mellett elmondható, hogy bár más megközelítéssel, de mindhárom modell képes számolni a bukót teljes alámerültség esetén is. 4.2. Teszt hullámtérrel rendelkező prizmatikus mederben Az 8. ábrán látható mederben történt szimulációkat annak bemutatására vettük be a tesztünkbe, hogy megvizsgáljuk a hullámtéri kiöntés hatásait a vízmélységek és vízhozamok alakulására az egyes vizsgált modelleknél. Ebben az esetben a főmeder Manning tényezője n= 0.025 s/m

1/

3 volt, míg a hullámtéré n=0.2 s/m

1'

3. A teszteken háromszög árhullámot (vízhozam) alkalmaztunk felső peremfeltételként, melynél a vízhozam 100 m

3/s-ról 400 m

3/s-ra növekszik egy nap alatt, majd visszaáll 100 m

3/s-ra ugyancsak egy nap alatt. A Hullámtér 1 teszt esetén alsó peremfeltételként permanens vízszintet adtunk meg. Az időlépés ebben az esetben is 60 másodperc volt, a folyómeder esése 0.0001 m/m. Plan: Plan 02 7/22/2009 8. ábra - Prizmatikus meder hullámtérrel Hullámtér 1 - vízmélység alakulása a középső szelvényben 2000.01.01 12:00 2000.01.02 12:00 2000.01.03 12:00 Dátum, idő (év/hónap/nap, óra:perc) •-WateRisk 11-es szelveny 2000.01.04 12:00 S 11-es szelvény 9. ábra - Vízmélység idő szerinti alakulása a hullámtérrel rendelkező meder középső mederszelvénynél A 9. ábrán láthatóak a három modell vízmélység idősor eredményei a középső mederszelvénynél, mely alapján el-