Hidrológiai Közlöny, 2020 (100. évfolyam)
2020 / 3. szám
Kerék Gábor: A videó alapú vízsebességmérés alapjai, és annak alkalmazhatósága jégzajlásos folyószakaszon 89 meghatározzuk a már tárgyalt IA és SA lekérdezési mezők pixelben meghatározott méretét. Ezek az Rab hasonlósági index meghatározásának alapparaméterei. E paraméterek felvétele körültekintést igényel, mivel a túlságosan kis értékre megválasztott IA a felszíni jelzőanyag fizikai mérete, és annak két képkocka közötti esetleges megváltozása az elmozdulás azonosítását elnagyolja, a túlságosan magas IA pedig a program futásidejének drasztikus megnövekedésével jár, viszont a végeredmény nem lesz feltétlenül megbízhatóbb. Az elemzés megkezdése előtt az említett paramétereken túl az észlelési terület diszkretizálása szükséges, ami az ortogonális képsorozaton egy fix osztásközű rácshálót jelent. A rácspontok kiosztására a 2. ábrán látható példa. 2. ábra. Számítási rácsháló definiálása, FUDAA-LSPIV Figure 2. Defining computational grid in FUDAA-LSPIV A sebességmező meghatározása előtt célszerű érzékenység-vizsgálatot végezni, ami alkalmas egyrészt a szükséges „mérési” idő meghatározására, másrészt a képkockák mintavételi frekvenciájának és az IA, SA területek optimális méretének kiválasztására. Több teszt során vált bizonyossá, hogy elnagyolt képmintázási frekvencia egyes, gyorsan változó mintázatú jelzőanyagok esetében azok folyamatos detektálásához nem elegendő, mivel két egymást követő képkocka között az áramlás turbulenciája olyan mértékben átrendezi a felszíni jelzőanyagot, hogy a helyszínen tapasztalt sebességviszonyokat az eljárás nem képes még közelítően sem reprodukálni. A képsorozat elemzésének végeredménye a rácspontokra meghatározott felszíni sebességmező lesz. Ennek alapján kiegészítő numerikus módszerek alkalmazásával közelítő számítást végezhetünk a szállított vízhozam meghatározásával kapcsolatban, amely a hidrológiai - hidrometriai gyakorlat egyik legfontosabb mérőszáma. SEBESSÉGPROFIL-BECSLÉS, VÍZHOZAMOK MEGHATÁROZÁSA A számított LSPIV sebességmező gyakorlati haszna akkor kamatoztatható, amennyiben a mérési szelvény vízhozamát kielégítő pontossággal meg tudjuk határozni. Ehhez feltétlenül ismernünk kell a nedvesített keresztszelvény geometriáját, a víz szintjét a videófelvétel készítésekor, valamint a sebességprofi 1 mélység menti eloszlását. Utóbbihoz tapasztalati eljárások nyújtanak támogatást. Minthogy az ilyen jellegű feladatok rendszerint szélsőséges vízjárási események hidraulikai jellemzőinek utólagos reprodukálásakor adódhatnak, a medergeometria és a vízszintek utólagos meghatározása (pl. víznyomokból) jelen kor technikai színvonalán rutinjellegű tevékenység. A következőkben ismertetek két numerikus hidraulikai módszert, amelyek segítségével az LSPIV felszíni sebességmező egy kitüntetett keresztirányú metszőkében meghatározom a sebességprofil szelvény mentén feltételezett alakját. A sebességprofil származtatása a turbulens határréteg-elmélet felhasználásával A sebességprofil származtatásának általánosan alkalmazott módszere az ún. turbulens faltörvény figyelembevételével számított logaritmikus sebesség-eloszlás. A turbulens határréteg-elmélet hidromechanikai levezetését a következőkben ismertetem (Józsa 2011). Sík perem (pl. fal, mederfenék) mentén azt tekintjük teljesen kifejlődött áramlási állapotnak, ha a sebesség már nem változik sem időben, sem a perem mentén (legyen az áramlásnak ez az x iránya), pusztán a peremre merőleges irányban (ami meg legyen a z-irány). Erre az esetre az egyszerűsített Reynolds egyenlet (elhagyva a feltételekből következően zérus deriváltakat) a következő (Józsa 2011):-i* —+ —| p dx dz ' du v-----u *w , dz = i / P dP 1 d tv 1 dzt *----1 * —-\ * —L p dx p dz p dz (4) ahol szétválasztjuk a viszkozitásból, illetve a turbulenciából eredő nyírófeszültségeket, és amiből a egyszerű, kétváltozós differenciálegyenletet kapjuk. Mivel az egyenletben a nyomás-gradiens csak x függvénye, az eredő nyírófeszültség pedig csak z-é, a megoldás létezéséhez mindkettőjük konstans kell, hogy legyen. Következésképpen maguk a függvények lineárisak x, ill. z szerint. Fenti egyszerűsítések mellett a következőkben a gyakran előforduló, ún. hidraulikailag érdes perem esetét vizsgáljuk. A viszkozitásból eredő nyírófeszültség a turbulenshez képest általában elhanyagolható nagyságú, és különösen az érdes perem esetén. Tekintsük az egyszerűsítés után megmaradt egyetlen, így már indexelést sem igénylő t = — p * u' * w' (6)
