Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)

1. szám - Szigyártó Zoltán–Rátky István: A vízszint-tartás mellett levonuló árhullámok néhábi törvényszerűsége

35 A vízszinttartás mellett levonuló árhullámok néhány törvényszerűsége Szigyártó Zoltán

1 - Rátky István

2 11118. Budapest, Somlói út 30/B, 2Vízgazdálkodási és Vízépítési Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rakp. 3. Kivonat: A Szerzpk Tisza-menti árvízi tározórendszer hidrológiai méretezésével kapcsolatos vizsgálatai - többek között - arra az eredményre vezettek, hogy meg kell vizsgálni azt, hogy a Tiszalöki- és Kiskörei-duzzasztó vízszinttartó üzemeltetése milyen hatást gyakorol a magas árhullámok levonulására, árhullám, Tisza, duzzasztómű. Kulcsszavak: Előzmények és a tanulmány célja A Tisza-menti árvízi tározórendszer hidrológiai méretezésével kapcsolatos vizsgálataink (Szigyártó-Rátky 2010) többek között - arra az eredményre vezettek, hogy meg kell vizsgálni azt, hogy a Tiszalöki- és Kiskörei-duzzasztó vízszinttartó üzemeltetése milyen hatást gyakorol a magas árhullámok levonulására. Itt kell megjegyezni, hogy a gyakorlat kétféle vízszinttartást ismer. Az öntözőcsatornákon a vízszinttartás azt jelenti, hogy a duzzasztóknál a vízszintet a levonuló vízhozam nagyságától függetlenül, meghatározott határokon belül mindig tartják. A folyami duzzasztóknál pedig a meghatározott tartományon belül tartott szint magassága általában függ a levonuló vízhozam tetőző magasságától is; oly módon, hogy magas tetőző vízhozamot várva a tározott vízmennyiség egy részét leengedik, s egy alacsonyabb vízszint tartására állnak át. A törvényszerűségek meghatározása érdekében a hidraulikailag szabatosan vizsgálható alapjelenség nyilván egy adott szinten a folyamatos vízszinttartás. Ezért a következőkben a vízszinttartást mindig így értelmezzük', azzal a megkötéssel, hogy a tartott szint mindig a vizsgálatok során előforduló legnagyobb vízhozam permanens szintje felett helyezkedik el. Rátérve az előzményekre, a prizmatikus, természetes és vízszinttartással nem befolyásolt vízfolyás-szakaszokon az árhullámok ellapulásával és a tetőzés levonulási sebességével Kozák Miklós már korábban, részletesen foglakozott. Az általa áttekintett irodalom és a de Saint Venant egyenletből levezetett összefüggések alapján tudjuk, hogy egyszerűbb hidraulikai esetekben (prizmatikus medrü, vízszinttartással nem befolyásolt folyószakaszokon), mely változóktól és hogyan függ az árhullám ellapulása és az árhullám tetőpontjának az előrehaladási sebessége. így erre a munkára hivatkozva - amely az 1950es évekig feltárta az ide vágó hazai és nemzetközi irodalmat - nem tartjuk szükségesnek a részletek megismétlését. Már csak azért sem, mert, ahogy Kozák fogalmazott: „az árhullám levonulási sebességével számtalan szerző (Forchheimer, Bachet, Dachler, Eschler, Hayashy, Suppinö) foglalkozott, de ... újat nem alkottak. Vizsgálatuk lényegében Kleitz módszerének ismétlése, a matematika újabb eredményének csillogtatásával." (Kozák 1958). E téren pedig a helyzet az az óta eltelt fél évszázadban sem változott. Az idézett megállapítás mind az árhullám tetőpontjának a levonulási sebességére, mind az árhullám ellapulására ma is igaz. A levezetett függvénykapcsolatokat tükröző egyenletek lényeges tulajdonsága, hogy még a legegyszerűbb hidraulikai esetekben is igen bonyolult, a gyakorlatban nehezen számítható változókat tartalmaznak (amilyen például a vízmélység hosszirányú másodrendű deriváltja vagy annak a hossz- és idő-menti vegyes deriváltja). Ezeken túl tovább nehezíti az általános és a gyakorlatban is használható törvényszerűségek megállapítását az, hogy itt most az árhullámok ellapulását és a tetőző vízállások levonulási idejét duzzasztott és vízszinttartással üzemelő folyószakaszon kívánjuk vizsgálni. Ilyen körülmények között pedig az említett összefüggésekből - vízszinttartás nélküli állapothoz viszonyítva - néha még a változás tendenciája sem mutatható ki. így például a hullám ellapulásának a számítására használt összefüggésben a vízmélység növekedésével az ellapulást növelő egyik változó a képlet szorzataként, egy másik, ugyanilyen hatású változó annak osztójaként szerepel. Vagyis ezek összegzett hatása - a nagyságrendekre vonatkozó ismeretek hiányában - semmiképpen sem állapítható meg. Tovább menve, ahhoz, hogy a duzzasztók beépítése a felettük levő hosszabb-rövidebb szakaszon a hidraulikai viszonyokat jelentősen befolyásolja, kétség nem férhet. Viszont kérdés, hogy a duzzasztómű vízszinttartása, az árhullámok levonulását a duzzasztómű feletti szakaszon miként befolyásolja, s ez milyen változásokat okoz az alvízi vízjárásban. Ezért azt vizsgáltuk, hogy a vízszinttartás milyen hatást gyakorol az árhullámok ellapulására és a tetőző vízállások előrehaladására. A vizsgálatok módszere A magas árhullámok kedvezőtlen hatásainak a kivédése érdekében az ármentesítésnek és az árvédekezésnek (persze sok más adat mellett) feltétlenül szüksége van az árhullámok tetőzési magasságának az ismeretére is. Az árvédekezés megszervezése szempontjából pedig rendkívül fontos az is, hogy a tetőző vízállások milyen sebességgel haladnak előre. Ez az oka annak, hogy a bemutatásra kerülő vizsgálatok az árhullámok e két fontos jellemzőjének az alakulásával foglalkoznak. Pontosabban azzal, hogy a duzzasztómű szelvénye felett, attól nagy távolságban felvett szelvényből elindított árhullámok, közvetlenül a duzzasztómű szelvénye alatt milyen magas vízállással tetőznek, s az árhullám tetőzése mennyi idő alatt teszi meg a szóban forgó két szelvény közötti távolságot. Szólni kell továbbá arról is, hogy az árhullámok levonulását természetesen befolyásolja az árhullám alakja, a vízfolyás medrének esése, a folyó keresztszelvénye, a meder érdessége és mindezek folyó menti változása, továbbá a vízfolyás medrében levő, különböző lefolyási akadály. De az árhullám levonulását gyakran befolyásolja a befogadó vízállása vagy egy betorkoló mellékvízfolyás vízhozamának és vízállásának az alakulása, továbbá az árhullámot időben megelőző, vagy követő másik árhullám levonulásának a módja is. így a sok befolyásoló tényező miatt a tetőtőző vízállások alakulására és a tetőzés előrehaladására természetes körülmények között jelentkező árhullámok jellemző adataiból, szabatos módon, általános törvényszerűségeket levonni csaknem lehetetlen. Ezért hasznos, ha bizonyos gyakorlati feladatok megoldása érdekében (megfelelő feltevésekkel élve) ezekre és a nem-permanens viszonyok közötti vízhozam meghatá-