Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)
1. szám - Szigyártó Zoltán–Rátky István: A vízszint-tartás mellett levonuló árhullámok néhábi törvényszerűsége
36 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2012. 92. ÉVF. 1. SZ. rozására legalább közelítő jellegű összefüggéseket tudunk adni (Kozák 1958, Szigyártó 1985/a, Szigyártó 1985/b, Rátky 2000). 1. táblázat. A vizsgálatok alapját képező vízfolyás és a vizsgált árhullámok főbb jellemzői Mindez indokolja tehát azt, hogy - hazai adottságaink között a gyakorlat számára támpontul szolgáló törvényszerűségeket keresve az 1. táblázat szerinti, mesterséges körülmények között levonuló árhullámokat vizsgáltunk. Részletesebben: - A vizsgált meder fenékesése a Közép-Tisza hazai esésviszonyainak felelt meg, s az a hossz mentén nem változott, továbbá a keresztszelvények nedvesített területe nagyjából ugyancsak a tiszai kis-, illetve középvízi szelvények területének felelt meg. - Minél egyszerűbb szelvényalak felvételére törekedve a nedvesített keresztszelvény alakjául a téglalapot választottuk. - Az árhullámok levonulását nem befolyásolták sem mellékfolyókon, sem a befogadón levonuló árhullámok. A kialakuló árhullámot egy másik árhullám sohasem követte, s a vizsgált árhullámokat mindig egy, már állandósult alapvízhozamnak megfelelő permanens szintre engedtük rá. —Azért, hogy az áradás és az apadás hatását egymástól elkülönítve, megbízhatóan ellenőrizhessük, a vizsgált folyószakaszra (a 2. ábra szerint) olyan háromszög alakú vízhozam-hullámokat bocsátottunk, amelyeknek a permanens szinthez tartozó vízhozamhoz viszonyított tetőző vízhozama mindig ugyanakkora volt, s amelyeknél a vízhozam-hullám apadásának, majd áradásának az intenzitása vizsgálatonként, lépésről lépésre változott. - Az árhullám térfogatát a permanens vízhozam fölötti, 2. ábra szerinti háromszögek területéből számítottuk. - Azért, hogy a vízmélységnek (a meder teltségének) a hatását is elemezni lehessen, ugyanazon vizsgálatot két, egymástól jelentősen eltérő alap-vízhozamnak megfelelő permanens színt alapul vételével is elvégeztük. Végül még csak annyit, hogy az árhullámok levonulásának a számításánál a de Saint Venant egyenlet megoldását számítógép-programmal végeztük el. Az alkalmazott numerikus program az Amerikai Hadmérnöki Kar és az Amerikai Vízgazdálkodási Intézet mérnökei által létrehozott Hidrológiai Mérnöki Központ (a HEC) által kifejlesztett HEC-RAS egydimenziós hidrodinamikai program volt ( Hydrological Engineering Centre, 2010). A vizsgálatok A bemutatott vizsgálati módszernek megfelelően első lépésként azt határoztuk meg, hogy a felvett két permanens szintre ráfutó vízhozam-hullámok esetében (2. ábra), vízszinttartás nélkül és vízszinttartással miként alakul a 300 fkm-es és a duzzasztómű alatti 50 fkm-es szelvényben a tetőző vízállás magassága. Ezzel együtt mindig rögzítettük azt is, hogy a tetőző vízállás a 300 és az 50 fkm közötti szakaszt mennyi idő alatt tette meg. Ezt követően a kérdés az volt, hogy a kapott számszerű értékeket miként ábrázoljuk annak érdekében, hogy az ábrák segítsék a törvényszerűségek felismerését, s azok megfogalmazását. Ezt szem előtt tartava, s a lehetőségeket mérlegelve döntöttünk úgy, hogy az ábrákon feltüntetendő fiiggő változó - abban az esetben, amikor az árhullám ellapulását vizsgáltuk - mind a vízszinttartás nélkül, mind a vízszinttartás mellett levonuló árhullámok esetében a 300 és az 50 fkmes szelvényben előálló tetőző vízállások különbsége, - abban az esetben pedig, amikor - ugyancsak mind a vízszinttartás nélkül, mind a vízszinttartás mellett levonuló árhullámok esetében - a tetőzés időbeni előrehaladását vizsgáltuk, ez a változó a 300 és az 50 fkm-es szelvényben előálló tetőzések időpontjának a különbsége legyen. Kérdés volt továbbá az, hogy mi legyen az a független változó, amelynek függvényében az előzőek szerinti függő változó értékeket ábrázoljuk. A 2. ábrát szem előtt tartva erre elvileg két lehetőség volt. A független változó lehetett volna az áradó vagy apadó vízhozam-változás időtartama, de lehetett volna az árhullámnak megfelelő vízhozam-hullám - korábban már definiált - térfogata is. E lehetőségeket mérlegelve független változónak végül is az utóbbit, a vízhozam-hullám térfogatát választottuk. Főleg azért, mert így nem volt zavaró az, hogy a független változó, a vízhozam-változás, áradás estén pozitív, apadás esetén pedig negatív volt, s így nem kellett minden árhullámot két részre bontva vizsgálni (3-6. ábra). A vízszinttartásnak az árhullámok ellapulására gyakorolt hatását, s ennek mértékét a 7. ábrán mutatjuk be. Ebből kitűnik az, hogy a 300 és az 50 fkm-es szelvény között - egymáshoz viszonyítva - miként alakul a vízszint-tartással és a vízszint-tartás nélkül levonuló árhullámok ellapulása. Továbbá ugyanezen az ábrán azt is feltüntettük, hogy miként alakul a helyzet akkor, ha az ellapulást a vizsgált alacsonyabb, illetve a vizsgált magasabb permanens szintre ráfutó árhullámok adatai alapján határozzuk meg. 1. A vizsgált szakasz négyszög szelvényű 200 m fenékszélességgel, 3 cm/km fenékeséssel és k= 40 m /s simasági együtthatóval. 2. A vízszintmérés 0 pontja minden esetben a fenékszint. 3. A vizsgált, 50 fkm-es szelvényében egy vízszinttartásra alkalmas duzzasztó van (/. ábra). 4. Ha a duzzasztó teljesen nyitva van (azaz visszaduzzasztást egyáltalán nem okoz) a teljes 300 fkm-es szakaszon kialakuló permanens egyenletes vízmozgás esetén az első vizsgálat sorozatnál a vízmélység 1,00 m és a vízhozam 43,6 m 3/s, a második vizsgálat sorozatnál a vízmélység 3,00 m és a vízhozam 268,2 m 3/s. 5. Ha a duzzasztó vízszinttartással üzemel, akkor az ±5 cm-es pontossággal tartja a fenéktől számított 6 m-es vízmélységet. Emellett permanens vízmozgás esetén (az előző, 4. pont szerinti permanens vízhozamoknak megfelelően, (1. ábra) az első vizsgálat sorozatnál a vízhozam ugyancsak 43,6 m 3/s, a második vizsgálat sorozatnál a vízhozam ugyancsak 268,2 m 3/s. 6. Ha a duzzasztó teljesen nyitva van (azaz visszaduzzasztást egyáltalán nem okoz) a 300 fkm-es szelvényből elinduló vízhozamhullámok a 4. pont szerinti permanens szintekre futnak rá. 7. Ha a duzzasztó vízszinttartással üzemel a 300 fkm-es szelvényből elinduló vízhozam-hullámok a duzzasztó felett permanens duzzasztott, a duzzasztó alatt permanens egyenletes szintre futnak rá (a 4. és 5. pont szerinti permanens vízhozamoknak megfelelően) 8. A 300 fkm-es szelvényben a vízhozam-hullámok alakja a permanens vízhozamra illeszkedő, olyan különböző alaphosszúságú háromszög, melynél a háromszög magassága állandó, (2. ábra). 9. Az árhullámok térfogata azonos az előző pont szerinti "háromszögek" területéből számított térfogattal. 10. Az árhullámok tetőzésére a 300 fkm-es szelvényben - mind a nem duzzasztott, mind duzzasztott állapotban - az alábbiak a jellemzők: az első sorozatnál a tetőző vízhozam 43,6+100=143,6 m 3/s, a második sorozatnál a tetőző vízhozam 268,2+100=368,2 m 3/s.
