Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 1. szám
20 Hidrológiai Közlöny 2021. 101. évf. 1. szám nuló árhullámokat eredményez a valósághoz képest. Belátható tehát, hogy az összegyülekezési idő értékének pontos becslése szükségszerű és nagy haszonnal bírhat a tervezőmérnökök számára is. Ez motiválta, hogy szülessen egy átfogó tanulmány a témában, és hazai viszonylatban is képet kapjunk az összegyülekezési idő becslésének pontosságáról. Ahogy Zsuffa (1996) is írja „Ma...is csak anynyit mondhatunk, hogy a r összegyülekezési időt megbízható módon kizárólag a vízgyűjtőn szimultán működő csapadék és vízállásírók által regisztrált záporcsapadékok és árhullámok adataiból lehet meghatározni.” Jelen cikkben bemutatjuk hazai vízgyűjtők esetén a grafikus definíciók közötti különbségeket, illetve számszerűsítjük a Wisnovszky-képlet és más empirikus összefüggések megfelelőségét az összegyülekezési idő becslésére. Továbbá számos morfológiai paraméter közül azonosítottuk azokat, amelyek egy új és pontosabb empirikus módszer kidolgozásához alapul vehetők. ELMÉLETI ÁTTEKINTÉS A nemzetközi és hazai szakirodalomban leggyakrabban tárgyalt, vízgyűjtők válaszidejét jellemző paraméterek az összegyülekezési idő (Time of Concentration), késleltetési idő (Lag Time), tetőzésig eltelt idő (Time to Peak) és az egyensúly beálltáig eltelt idő (Time To Equilibrium). Utóbbi a hazai szaknyelvben nem meghonosodott kifejezés, annak ellenére, hogy valójában az egyensúly beálltához köthető időt alkalmazzuk a vízgyűjtő karakterisztika módszerénél is, tehát egyensúly alatt a vízgyűjtő vízszállításának állandósulását értjük. A közelmúltban Beven (2020) világított rá arra a problémára, hogy az összegyülekezési idő (nemzetközi szószedetben is szereplő) definíciója, miszerint az egyenlő a leghosszabb hidraulikai úthossz megtételéhez szükséges idővel egy adott vízgyűjtőn, bírálandó. Felvetette, hogy a vízgyűjtők válaszidejét hidraulikai szempontból érdemesebb az árhullámok terjedési sebessége alapján jellemezni és nem egy vízrészecske sebessége alapján. Előbbi megközelítés köthető az egyensúly beálltához szükséges időhöz, utóbbi takarja az összegyülekezési idő hagyományos definícióját. A nemzetközi és hazai szakirodalom jellemzően összemossa a két fogalmat, annak ellenére, hogy a különbségre már az 1960-as években rámutattak (Laurenson 1964). A vízgyűjtők válaszidejét leíró paraméterek meghatározása történhet: a) mérésen keresztül, b) fizikai alapon és c) félempirikus/empirikus módszerekkel. Mérések végezhetők jelzőanyag segítségével a valós vízgyűjtőkön vagy laboratóriumi körülmények között, kisminta modelleken. Ezenfelül mért értékeknek tekinthetők a vízgyűjtőn észlelt csapadék és lefolyás idősorok felhasználásával számított értékek. A fizikai alapú számítások különböző, a mederbeli és/vagy a felszíni áramlást leíró egyenleteken alapulnak. A szakirodalomban fellelhető összefüggések közül legtöbb esetben a Chézy-képlet egyszerűsítésével, átalakításával dolgoznak ki félempirikus összefüggéseket, ahogy azt Wisnovszky is tette. Empirikus módszereknek a tisztán statisztikai módszerekkel előállított öszszefüggéseket tekintjük. Utóbbi két kategória gyakran összemosódik, emiatt a továbbiakban nem különböztetjük meg a félempirikus módszereket az empirikus egyenletektől. Olyan átfogó tanulmány, amely mindegyik módszert összehasonlítaná, jelenleg nem létezik. A jelzőanyaggal végzett kísérletekre és a kisminta modellek használatára kevés példát lehet találni (Zhang és társai 2007, Azizian 2019). Az ilyen típusú vizsgálatok végzése vélhetően azok időigényessége és költségessége miatt ritka. Efstratiadis és társai (2014) enigmaként hivatkoznak az összegyülekezési időre és kiemelik, hogy a mérnöki gyakorlatban alkalmazott hidrológiai módszerek jelentősen el vannak maradva a hidrológia más, frekventáltabb területeihez képest. Grimaldi (2012) és társai hangsúlyozzák, hogy a tapasztalati módszerek széleskörű használatának ellenére, azok hátteréről és megbízhatóságáról igen keveset tudni. Ennek vizsgálatára a mért idősorokból meghatározott értékeket hasonlítják össze a gyakrabban használt tapasztalati módszerekkel kapott értékekkel. Ezek közül előbbit tekintik az összegyülekezési idő közvetlen, mért értékének, míg az empíriák révén kapott értékeket származtatott értékekként nevezik meg. Ezzel szemben Kaufmann (2017) és társai a mért adatokból való számítást titulálják megbízható közelítésnek az empirikus módszerekkel kapott eredményekhez képest, míg Michailidi (2018) és társai egyszerűen lehetetlennek tekintik a mért adatokkal történő igazolását a hidraulikai módszerrel számolt értékeknek, a mért adatokból történő számítás bonyolultságára hivatkozva. A mért idősorokból történő számítás valóban nem egyértelmű. A különböző fogalmak keveredése és azok fizikai jelentésének mért idősorokhoz való viszonya számos különböző grafikus definícióhoz vezetett. Grafikus definíció alatt a mért idősorok adott pontjai között eltelt idő értendő. Az 1. ábra szemlélteti, hogy mely definíciók lelhetők fel leggyakrabban a nemzetközi és hazai szakirodalomban. A felszíni lefolyás kezdete és a teljes lefolyás maximuma között eltelt idő (VII.) a tetőzésig eltelt idő (Time to Peak). A késleltetési idő (Lag Time) meghatározására leggyakrabban a lefolyásképző csapadék súlypontjától a felszíni lefolyás maximumáig vagy a felszíni lefolyás súlypontjáig vett időt (III. és VI.) használják, bár Chow (2010) hangsúlyozza, hogy előbbi a helyes meghatározás. Hazai szakirodalomban (Wisnovszky 1958, Kontur és társai 2003) is a súlypontok között eltelt időt (III.) tekintik késleltetési időnek. Az összegyülekezési idő (Time of Concentration) két leggyakrabban használt definíciója a lefolyásképző csapadék súlypontjától vagy a lefolyás képző csapadék végétől vett idő a felszíni lefolyás végéig (I. és II.). A Wisnovszky (1958) által használt definíció szerint az összegyülekezési idő a csapadék hullás kezdetétől az árhullám tetőzésének időpontjáig tart (VIII.). Ez a definíció nem egyezik a sokat használt két változat egyikével sem, azonban azonos azzal a meghatározással, amit Beven (2020) az egyensúly beálltáig eltelt idő (Time to Equilibrium) definíciójaként említ. Utóbbiak közül azonban mindegyik definíciót megtalálhatjuk az összegyülekezési idő definíciójaként említve különböző szakirodalmakban (Wisnovszky 1958, Loukas és Quick 1996, McCuen 2009). Fontos kihangsúlyozni, hogy a legtöbb meghatározás számításához szükség van az alaphozam és a lefolyásképző csapadék szétválasztására, ami komoly kétségeket vet fel a vizsgálatok eredményeinek összehasonlíthatóságával kapcsolatban, illetve a levont következtetések általános érvényűségét is megkérdőj élezhető vé teszi.
