Hidrológiai tájékoztató, 1974

Dr. Horváth Imre-Tuzson Tihamér: A hidraulikai kutatások néhány fotogrammetriai vonatkozása

A hidraulikai kutatások néhány fotogrammetriai vonatkozása DR. HORVÁTH IMREBME Vízgazdálkodási 1. Bevezetés: a probléma felvetése Az elmúlt néhány évben megjelent hazai és külföldi közlemények nyomán megállapítható, hogy a geodézia vízépítési és vízgazdálkodási vonatkozásai egyre inkább jelentős szerepet kapnak mind elvi, mind pedig gyakorlati alkalmazások tekintetében. Itt elsősorban a geodézia klasszikus módszereinek alkalmazása emelhető ki (mint például a vízszintes és a magassági alappontsűrítés, a terepfelvétel, a területkisajátítás és -felmérés, a megépült létesítmények felmérése stb.), amelyekről az utóbbi időben több összefoglaló hazai ismertetés is megjelent [1, 10, 14, 17], Viszonylag kevesebb figyelmet fordítottak a geodéziai módszereknek az áramlástani jelenségek kutatásában való alkalmazhatóságát illetően, jóllehet külföldi vonatkozásban több újszerű eljárást ismertettek, elsősorban a sík- és a sztereofotogrammetria elveinek felhasználásával [2, 5, 13], Jelen tanulmányunk célja áttekintő képet adni a fotogrammetriai, fényképezési eljárásoknak a hidraulikai kutatásokban való alkalmazásáról és annak lehetőségeiről — részben az irodalomban található példák, részben pedig saját kísérleti vizsgálatok alapján. E tanulmányban ismertetésre kerülő anyag részletét képezi egy átfogóbb kutatási munkának, amit e témakörben a Budapesti Műszaki Egyetem Vízgazdálkodási Főiskolai Karán 1972-ben kezdtünk el. 2. Áramlástani feladattípusok A fotogrammetriai eljárások alkalmazhatóságának szemszögéből tekintve az alábbi feladattípusokat emelhetjük ki, ami egyúttal célszerű csoportosítást is jelent: A) Az áramlási tér jellemzése a) Potenciálos síkáramlások, amelyek jó közelítéssel kétdimenziós áramlásokként kezelhetők, és úgynevezett szeletmodelleken vizsgálhatók (például egyenes koronájú gátakra merőlegesen rááramló víz mozgása; hoszszanti átfolyású ülepítőkben és homokfogókban végbemenő áramlás; talajban lejátszódó szivárgás galériák esetében stb.). b) Körszimmetrikus áramlások, amelyek alapösszefüggéseit általában henger-koordinátarendszerben célszerű felírni, és úgynevezett szektormodelleken vizsgálhatók (például kör alaprajzú Dorr-típusú ülepítőik; kutak körül kialakuló szivárgó vízmozgás; körbukók hidraulikai viszonyai stb.). c) A tipikusan térbeli áramlások, amelyeket kizárólag térbeli modelleken lehet vizsgálni (például keverők, flokkulátorok, függőleges tengelyű levegőztető rendszerek áramlási viszonyai stb.). B) Felszíni áramképek meghatározása, aminek alapján bizonyos mértékig következtetni lehet a térbeli áramlás jellemzőire is (például felszíni vízfolyások, oxidációs árkok a szennyvíztechnológiában stb.). C) A mikrokörnyezet és a struktúra rögzítése az áramló közegben (például a mikroturbulencia és a határréteg szerkezetének vizsgálata). Fenti áramlástani csoportosítás a megfelelő fotogrammetriai módszer célszerű megválasztására is utal. Nyilvánvaló, hogy síkáramlások elemzése és a felszíni áramképek meghatározása esetén a síkfotogrammetria, térbeli áramlások esetéin pedig a sztereofotogrammetria lehet célravezető. Az áramló közeg belsejében rögzíthető mikrokörnyezet és struktúra vizsgálata esetében a közeifotogrammetria alkalmazása jöhet számításba. Az alkalmazások alapvető feltétele, hogy az áramlási tér a fényképezés számára hozzáférhető legyen. Modellkísérleteknél éppen ezért szokás üvegfalú mérőcsatornákat és modell-műtárgyakat készíteni. Megemlítjük, hogy az áramlási mikrokörnyezet konk-TUZSON TIHAMÉR Főiskolai Kar, Baja rétan a határréteg hidraulikai viszonyainak fotomikroszkópi módszerekkel történő jellemzésére Wenzel és Mathews dolgoztak ki eljárást [21],A mérési módszer előnyét elsősorban a nagyon kis méretekkel (mikron nagyságrendben) jellemezhető áramlási tér kvantitatív értékelési lehetősége jelenti. Felvetődik a kérdés, hogy a hidraulikai kutatásban milyen módon lehet hasznosítani a fentiekben említett elveket. Ilyen vonatkozásban a következő példák emelhetők ki: a) A fényképezési módszerek lehetőséget adnak az áramlási tér meghatározott pontjaiban a sebességvektorok nagyságának számítására. Térbeli áramlás esetén az eredő sebességvektor x, y és z irányú komponensei is meghatározhatók [6]. b) Másik, gyakorlati szempontból hasznosítható módszer az áramlási tér jellemző szelvényeiben kialakuló sebességeloszlások rögzítése [4], c) Fenti kvantitatív értékelésen túlmenően hasznos információkat kapunk a holtterek, a lassú átfolyású terek, valamint a vízhengerek és a forgók helyének fényképezési módszerekkel történő rögzítésével is. Utóbbi megoldás elsősorban kvalitatív értelemben hasznosítható, azonban — például a műtárgyhidraulikában — e módszert is eredményesen alkalmazzák [9, 11]. A sebességek nagyságának és térbeli-időbeli eloszlásának fotogrammetriai úton történő meghatározásához az áramló közeg jól definiálható pontjaiban fényképezési módszerekkel rögzíthető részecskéket, úszókat kell elhelyezni. Ennek gyakorlati megvalósítási lehetőségei közül az ismertetésre kerülő példák kapcsán a leglényegesebbeket megemlítjük. Fenti elvi megfontolásokból kitűnik, hogy a hidraulikai vizsgálatok célszerűvé teszik a korszerű fényképezési, fotogrammetriai módszerek alkalmazását, amivel a kísérletek eredményei értékelhetők, szemléletesebb kísérleti dokumentációt tesznek lehetővé és bizonyos mértékben segédmunkaerő megtakarítást is eredményezhetnek. Az alábbiakban konkrét kutatási eredményék felhasználásával bemutatunk néhány példát, amelyek különböző feladattípusok esetében jól szemléltetik az említett módszerek alkalmazását. 3. Gyakorlati alkalmazások a hidraulikai kutatásban 3.1 Vízfolyások modellezése Vízfolyások szabályozása, duzzasztóművek beépítése stb. kapcsán a tervezési munkálatokat általában modellkísérletek előzik meg. Ezek célja a hidraulikailag kedvező kialakítások kidolgozása. Áramlástani szempontból általában a felszíni áramképeket célszerű elsősorban jellemzőként figyelembe venni. Ezek rögzítése természetes viszonyok között általában rendkívül költséges, és ezért modellkísérleteket kell végezni. A modellek alkalmazhatóságának előfeltétele az, hogy kölcsönös és egyértelmű kapcsolat legyen a modell és a modellezett rendszer között. Ha e kapcsolat fennáll, akkor a hasonlóságelmélet tételei alapján — a vonatkozó modelltörvények segítségével — következtetni tudunk a modellméretről a természetes nagyságú rendszerre, és megfordítva. A bemutatásra kerülő első példa a Duna nagymarosi szakaszának vizsgálati eredményét szemlélteti. A Budapesti Műszaki Egyetem II. Vízépítéstani Tanszéke 1953-ban az említett Duna-szakaszról áramlási felvételeket készített úszó fáklyás vizsgálat alapján, aminek részleteit Szepessy J. ismertette [15]. Az eljárás fotogrammetriai értékelését Hankó G. végezte, és az eredményeket a Földméréstani Közleményekben közreadta [3], Ezt követően a II. Vízépítéstani Tanszéken 1:80, illetve 1:500 méretarányú torzított modellen, a Vízgazdálkodási Tudományos Intézetben pedig 1:75 méretará-