Hidrológiai Közlöny, 2019 (99. évfolyam)

2019 / 4. szám

Rátky István: Mesterséges neurális háló alkalmazása expedíciós lebegtetett hordalék mérési adatokra

29

(van Rijn 1984b). Mások a kritikus Shields-paraméter alábecsléséről írnak (Cao és társai 2006), vagy megemlítik, hogy a .S'/iiWt/.v-diagram nincs hitelesítve kis szemátmérők tartományában (Guo 2014). Korábban egy tanulmányunkban mi is foglalkoztunk ezzel (Rátky 2016), ennek a tanulmánynak az 1. ábráján láthattuk, hogy d < 0,10 mm tartományban a mozgás-nyugvás határsebességét (így a kritikus fenék-csúsztatófeszültséget) a különböző szerzők nagyon tág határok között értelmezik.

A mért átlagos szemátmérők (dg,mm = 0,031 mm, dg,max = 0,118 mm), és a D*=Dso[(Ps/p*A)-g/ o2]1/3)-ként definiált dimenziótlan szemátmérő esetén, ha D*< 4, akkor van Rijn szerint a kritikus Shields-paraméter 6a, = 0,24ID* a teljes tartományban, most D*,max = 2,8. Ha 6a, = 0,24/D* helyett 6a, = 0,24-3,1 l/ű*-al számolunk, (a határállapotot megadó görbét feljebb toljuk), akkor 179 db mérésnél a számított és a mért lebegtetett hozamértékek arányára a következő jellemzőket kapjuk: r„,i = 1,00; rSZÍ■„= 0,42; rm,n = 0,26; rmax= 2,50. Az eredmények számottevően jobbak, mint az eredeti, javítás nélküli módszerrel kapott értékek. Később, e módszerre, ill. eredményeire vRijn* névvel hivatkozunk, (a * jellel utalva a kritikus Shields-paraméter javítására). Természetesen a 3,11-es szorzót próbálgatással határoztuk meg úgy, hogy /**;= 1,00 legyen. így ez csak a dunaújvárosi szelvényben, a vizsgált adatok esetén érvényes, nem általános érvényű. Valószínűleg hely és időfüggő is.

DIMENZIÓELEMZÉSEN ALAPULÓ MÓDSZER, ('DimRy ’-módszer)

A hordalékmozgással kapcsolatban - pl. a kritikus sebességre, vagy a hordalékhozam számítására - elfogadott módszer dimenzióanalízis segítségével meghatározott paraméterek közötti kapcsolat felhasználása. Főleg a görgetett hordalék kutatásánál fordul elő egy a hordalékszállítás intenzitását (<P) és egy a vízfolyás-intenzitást (ip) kifejező paraméterek közötti kapcsolat keresése. Itt még vázlatosan sem lehetne összefoglalni azt a sok-sok összefüggést, amellyel a kutatók megpróbálták leírni 0=f(ip) függvény kapcsolatot. Csak néhány ismertebbet szerzőt említve: Bogárdi 1971, Einstein, Einstein-Brown, Rouse (in Bogárdi 1971), Mayerle és társai (in Ebtehaj és Bonakdari 2013), Ab. Ghani (1993) stb. Mi a dimenziómentes hordalékszállítás intenzitásként,

(1)

és a dimenziómentes vízfolyás-intenzitásként,

(2)

összefüggéseket alkalmaztuk, ahol a még ismeretlen változók értelmezése: Cv (m3/m3) a relatív hordaléktöménység, (térfogati koncentráció); u* (m/s) a csúsztató sebesség, u*=(gHS)il2; S (-) a vízmozgás energiavonalának relatív esése; g (m/s2) a nehézségi gyorsulás; A a hordalékszem víz alatti ’súlyerejét’ veszi figyelembe, A = pjp-\. Az ismeretlen S értéket Chézy-összefüggésbő\ határoztuk meg, S=\t2/(C2El). A C Chézy-együtthatót az előző alfejezetben a van Rijn módszernél felvett ks =0,1 m értékkel számítottuk.

Megjegyezzük, hogy a paraméterek formái (benne a változók) és a neveik is igen változatosak, 0: hordalékhozam-intenzitás, röviden hordalékhozam-transzport paraméter, dimenziómentes hordalékhozam, Einstein-féle dimenziómentes hordalékszállítás intenzitás; *//: a vízfolyásintenzitás, mobilitási paraméter (vagy annak reciprokra), ellenállási paraméter, Einstein-féle dimenziómentes szállítási intenzitás, dimenziómentes fenékcsúsztató feszültség. Az általunk alkalmazott paraméterek csak kis mértékben térnek el az Ebtehaj és Bonakdari (2013) tanulmányában találhatótól.

A dunaújvárosi szelvényben rendelkezésre álló, mért lebegtetett hordalék töménység és geometriai, hidraulikai változók ismeretében (1970-2008. évek mért, ill. származtatott adataiból), határoztuk meg a dimenzió nélküli paramétereket. A pontpárokra illeszkedő kiegyenlítő kapcsolatot a

0 = 673,13-105- t/r1-TM75 (3)

függvény írta le - ’hordalékos’ gyakorlatban - elfogadható illeszkedéssel (R2=0,757). A (3) kapcsolat alapján meghatározott 179 db Cnszám értéket összehasonlítottuk a Cv,m«értékekkel, ráti 1,11, r0,53, rmin 0,29, r„!U, 3,45.

Bár az rm kismértékben rosszabb és szóródás is nagyobb, mint vRijn* eredményei, de az lényeges, hogy e DimRymódszernél nem próbálgatással, - külön bearányosítási paraméterrel (a 3,11-es szorzóval) - kaptuk ezeket az értékeket. Később a különböző módszerekkel kapott jellemző r-értékeket táblázatokban, eloszlásukat (relatív gyakoriságukat) hisztogramon is összehasonlítjuk.

A 2. ábrán láthattuk, hogy a kiegyenlítő regressziós görbéktől való nagyobb eltérések többsége a nagyobb vízhozamok tartományában van. (Hasonló tendencia figyelhető meg, ha a sebesség vagy a vízállás függvényében ábrázoljuk a hordalék koncentrációt.) Nagyobb vízhozam tartományban a hidraulikai paraméterekből számított, egyensúlyi koncentráció (hordalékszállító-kapacitás) kevesebb, mint a mért (lehet, hogy hibás a számítás?), vagy a többet mértek, mint amekkorát a Duna egyáltalán képes lebegésben tartani, (a mérés hibás, vagy intenzív leülepedési fázis volt méréskor?). Megvizsgáltuk, hogy ha a ’kisvizes ’ tartományra és a Q > 3500 m3/s-os (Ha> 320 cm) tartományra külön 0 =f(ip) kapcsolatot illesztünk (osztott 0 = f(ip) kapcsolat), milyen eredményeket kapunk Kismértékben javultak az összesített eredmények: r,;,i = 1,10, rSzór= 0,52, rmin= 0,32; rmiu= 3,05.

A 3. ábrán látható, hogy osztott 0 = f(ip) kapcsolat alkalmazása esetén a nagyobb Cv tartományban a Cv,SZám értékek kisebb mértékben térnek el a Cv.mérrtöl, mint nem osztott 0 = í(tp) kapcsolatnál. (Pl. Címért = 4,5-105 m3/m3- hez a számított Cv ha a teljes tartományra egy görbét illesztünk Cv,szám = 2,38-105 m3/m3, míg osztott 0 = f(ip) kapcsolat esetén CVi= 3,97 -105 m3/m3.

A 4. ábra hisztogramjai - többek között - a DimRymódszerrel számított eredmények r eloszlásait is mutatja. A DimRy_1 jelű oszlopoknál az összes számított Cv-t egyetlen 0 = t'(ip) kapcsolatból, a DimRy_2 jelűeket 2 db legjobban illeszkedő 0 = f(<p) függvénnyel közelítettük.