Hidrológiai Közlöny, 2015 (95. évfolyam)
2015 / 3. szám - Fleit Gábor - Baranya Sándor - Krámer Tamás - Józsa János: Hajók keltette hullámzás hatásának terepi feltárása a litorális zónában
29 Hajók keltette hullámzás hatásának terepi feltárása a litorális zónában Fleit Gábor1, Baranya Sándor1, Krámer Tamás1, Józsa János1 'BME, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rakpart 3. Kivonat: Jelen tanulmányban a hajók keltette hullámok partközeiben megjelenő áramlástani hatásait vizsgáltuk a Duna Sződligeti szakaszának egy limányos területén, különös tekintettel a fenék-csúsztatófeszültségre. Kellően nagy feszültségnövekmények esetén, a mederfenéken élő makrogerinctelenek és halikrák elsodródhatnak olyan áramlási sebességek uralta területekre, ahol túlélési esélyük zérushoz közeli. Ezen paraméter számszerűsítése szinkronizált akusztikus sebességmérő műszerek terepi alkalmazását igényelte. A nagy időbeli felbontású sebesség-idősorok alapján statisztikai módszerekkel jellemeztük különböző elhaladó hajók (szállodahajó, uszály, szárnyashajó, motorcsónak) hatására kialakuló hidrodinamikai változásokat a mederfenéken. A cikk továbbá bemutatja a Large Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) egy újszerű alkalmazását, mellyel a hullámzás part menti mozgásának időben változó sebességmezövei való leírását végeztük el. Az eredmények rámutatnak a hullámjelenségek térbeli és időbeli összetettségére, de egyúttal igazolják azok kimérhetőségét is. Kulcsszavak: ADV, Duna, fenék-csúsztatófeszültség, hajók keltette hullámzás, LSPIV, terepi mérés. 1. Bevezetés A hajókkal történő utas- és áruszállítás napjaink egyik legkörnyezetkímélőbb fuvarozási formájaként ismeretes, mindazonáltal számos olyan káros mellékhatása is ismert, melyek nem elhanyagolhatók. Itt egyrészt gondolni kell a közvetlen vízminőségi problémákra, melyet a hajókból szivárgó olajok, üzemanyagok és más poliaromás szénhidrogének okoznak, de számos közvetett hatás is felismerésre került az utóbbi években, melyek hosszú távon a vizes élőhelyek biodiverzitásának degradációjához vezethetnek. Ilyen például a hajók keltette hullámzás hatására a part közelben megnövekvő lebegtetett hordalék koncentráció, melynek a vízi ökoszisztéma szempontból messzemenő következményei lehetnek. Ezen túlmenően a hullámzások jelentős hatással lehetnek egy adott területet jellemző hidrodinamikai paraméterek tér- és időbeli eloszlására is, melyek a vizes élőhelyek egyik legfontosabb abiotikus jellemzői. A hajók keltette hullámzás hatására a partközeiben jelentősen megnövekvő fenék közeli áramlási sebességek és fenék-csúsztató feszültségek alakulnak ki, melyek a mederfenék élővilágát veszélyeztethetik. Megfelelően nagy fenék-csúsztatófeszültségek esetén, a mederfenéken található halikrák, ivadékhalak, makrogerinctelenek, és más bentikus élőlények elsodródhatnak a számukra biztonságot nyújtó part közeli zónából olyan áramlási sebességek uralta területekre, ahol túlélési esélyük zérushoz közeli. A makrogerinctelenek kapaszkodási képességeinek, valamint a különböző halfajok megiramodási sebességének vizsgálata ugyan kívül esik a klasszikus vízmérnöki ismereteken, azonban fejlett, naprakész terepi mérési és adatfeldolgozási módszereink alkalmazásával lehetőség nyílik interdiszciplináris vizsgálatok végzésére, és a témát gondozó biológusok támogatására. A hajók keltette hullámzások hatását vízmérnöki szemszögből már vizsgálták korábban (Krouzecky et al., 2013 és Liedermann et al., 2009). azonban ezek a vizsgálatok a hullámelméleti paraméterek, jellemző hullám- magasságok hullámhosszak stb. meghatározására fektették a hangsúlyt. Különböző makrogerinctelen fajok hullámzás hatására megjelenő fenék-csúsztatófeszültség növekmény okozta elsodródását már vizsgálták külföldi kutatók {Gabel, 2012), azonban a hangsúly itt a biológiai vizsgálatokon volt, a hidraulikai jelenségek részletes vizsgálata nem történt meg. Jelen tanulmány a hajók keltette hullámok mederfenéken jelentkező hidrodinamikai hatásait vizsgálja, azonban fontos hangsúlyozni, hogy a hullámzás csak egy a számos ismert kedvezőtlen hatás közül, valamint, hogy az általunk végzett vizsgálatok a hullámzások hatásainak is csak egy szűk spektrumát ölelik fel. Munkánk során teszteltük a Large Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) {Jodeau et al. 2013) sebességmérési módszer egy újszerű alkalmazását, a megtörő hullámok dinamikájának vizsgálatára, és annak kvantitatív jellemzésére. A PIV algoritmus videofelvételek alapján képes időben változó, felszín közeli áramlási sebesség mezők számítására. A módszert ilyen célokra a szerzők ismeretei szerint korábban még nem alkalmazták. 2. Vizsgálati terület Az esettanulmányra kiválasztott terület a Duna 1675,3 és 1675,0 fkm szelvényei közt található. Ez Sződliget térsége, a folyó jobb partján a Szentendrei sziget, bal partján Sződliget községe található. A Duna teljes vízhozamának közel kétharmada folyik ezen az ágon, melyből következik, hogy a hajóforgalom is itt zajlik, mely esetenként kedvezőtlen hatással lehet a vízi ökoszisztémára. A sződligeti Duna szakaszon két, a hajózóút biztosítására megépített sarkantyúpár helyezkedik el, melyek komplex áramlástani és morfológiai viszonyokat kölcsönöznek a területnek. Jelen vizsgálatban az északi, jobb parton elhelyezkedő sarkantyúpár közötti áramlási holttérben végeztük a terepi adatgyűjtést (1. ábra), ahol kis- és középvízi állapotban a part menti áramlási sebességek zérushoz közeliek, így közvetlenül a hullámzás hatására 1. ábra — A vizsgálati terület és a mérések helye (fehér ellipszissel jelölve) 3. Mérőműszerek, terepi mérések A mederfenék közeli áramlási sebességek három dimenziós, nagy időbeli felbontású adatsoraira volt szükségünk, hogy a kialakuló hidrodinamikai jelenségeket megértsük, valamint, hogy lehetséges legyen a fenékcsúsztatófeszültségek számszerű becslése. A terepi mun-
