Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 1. szám
61 Nádassziget hullámzásmódosító hatása - numerikus vizsgálatok Szilágyi Mariann*, Homoródi Krisztián*, Józsa János* és Krámer Tamás* * Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. (Email: szilagyi.mariann@emk.bme.hu; homorodi.krisztian@emk.bme.hu; jozsa.janos@emk.bme.hu; kramer.tamas@emk.bme.hu) Kivonat Tavi környezetben a szél-keltette folyamatokra jelentős hatással van a vízből kiemelkedő növényzet: befolyásolja a szelet, a hullámzást és az áramlást, és ezeken keresztül végül a mederviszonyokat is alakítja. Cikkünkben az áramlástani hatások közül a felszíni hullámzás módosulására összpontosítunk, és egy Fertő tavi nádassziget esettanulmányával választjuk szét a sziget környezetében végbemenő hullámjelenségeket. Azt állapítottuk meg, hogy ezek közül legnagyobb jelentőséggel a diffrakció (és kisebb mértékben a refrakció) révén a nádassziget árnyékterébe oldalról behatoló energia bír, és meghatározó még az ámyéktér fölött fokozatosan megerősödő szél energiabevitele. A visszaverődés és a nádason áthaladó hullámok megmaradó energiája ugyanakkor nem jelentős. Jelen tanulmányunkban e hatásokat pontbeli terepi megfigyelésekkel vizsgáljuk, amelyeket kalibrált numerikus modellel választunk szét egymástól és terjesztünk ki más tóállapotokra. Kulcsszavak Nádassziget, hullámzásterjedés, numerikus modellezés, SWAN, refrakció, diffrakció Wave modification by reed island - a numerical study Abstract In a shallow lake environment, wind-induced processes are significantly influenced by emergent vegetation, which affects wind, waves, currents, and consequently bed changes. From these hydrodynamic effects, in our paper we focus on the modification of surface wind waves, and we decompose wave phenomena in the vicinity of a circular reed island in a case study in Lake Neusiedl (NW Hungary). We found that from these, wave diffraction and, to a lesser degree, refraction have the highest significance because they convey wave energy laterally into the wake of the island, moreover the energy input of the gradually strengthening wind above this zone is also relevant. In contrary, reflection and the residual energy of waves passing through the island are not important. In this study, these processes are investigated by field measurements, then separated and extended to other lake conditions with numerical modelling. Keywords Reed island, wave propagation, numerical modelling, SWAN, refraction, diffraction BEVEZETÉS A szél keltette hullámzás fontos szerepet játszik a sekélytavi hidrodinamikai és ökológiai folyamatokban {Felföldi 1981). Befolyásolja a meder alakulását, a víz turbulenciáját, átlátszóságát és általában a környezeti jellemzőit, de a tó hasznosításának tervezésénél is figyelembe kell venni az adott területen kialakuló hullámzási viszonyokat. A sekély tavainkban - a Fertőben, a Velencei-tóban vagy a Kis-Balatonban - megjelenő növényzetborítás nem csak a parti sávban, hanem a tó teljes területén meghatározó. A vízből kiemelkedő makrofiták a légkör és a víz oldalán is porózus közeget alkotnak, így megváltoztatják a széljárást, továbbá közvetlen hatással vannak a hullámzásra és az áramlásra, ezáltal a hordalékmozgást is befolyásolják. A vízi növényzet hullámzással szembeni viselkedése már régóta foglalkoztatja a kutatókat. Számtalan laboratóriumi, terepi, numerikus és analitikus vizsgálat irányult arra, hogy a növényzet és a hullámzás kölcsönhatását minél pontosabban leírják. Kobayashi és társai (1995) laboratóriumi mérések alapján különböző ellenállási tényezőjű növényzetfoltok hullámzási paraméterekre való hatását írták le analitikus úton. Laboratóriumi vizsgálat útján számszerűsíthető az is, hogy a különböző sűrűségű növényzet milyen mértékben csillapítja a becsapódó hullámfrontokat (Anderson és Smith 2014), illetve egy-egy növényszár milyen egyedi, mikroszkopikus hatást fejt ki (Luhar és Nepf 2016). A természetben ténylegesen lezajló folyamatokhoz azonban elengedhetetlen a helyszíni megfigyelés. Lövstedt és Larson (2010) terepi mérések és matematikai modellezés alapján jellemezte a hullámzás nádas hatására fellépő csillapodását különböző távolságokban a nádas szélétől, különböző vízmélységek mellett. Az említett kutatások a növényzetfoltok lokális hatásait vizsgálták, jelen tanulmányunkban a növényzet körül kialakuló nagyobb léptékű hullámzást vizsgáljuk, terepi mérések alapján kalibrált numerikus modellel. A terepi mérések egy rövidebb időszak adatait tudják átfogni, míg a numerikus modellezés lehetővé teszi olyan időszakok elemzését, melyek mérésére nincs lehetőség, esetleg olyan szélsőséges hatások számszerűsítését, melyek az adott területen ritkán fordulnak elő. A növényzetfoltok körüli hullámzás vizsgálata nagymértékben igényli a pontbeli mérések térbeli kiterjesztését, mivel egyidőben más-más jelenségek alakulnak ki a növényzetfolt környezetének különböző pontjain. Korábbi vizsgálataink során a drónfelvételek útján történő elemzések alkalmazhatóságát vizsgáltuk sekély tavi környezetben (Szilágyi és társai 2019), e munka során azonban a terület méretei miatt a térbeli elemzéseket a modell által adott eredmények biztosítják.
