Kozák Miklós: A szabadfelszínű nempermanens vízmozgások számítása digitális számítógépek felhasználásával (Akadémiai Kiadó, Budapest, 1977)
Első rész. A szabadfelszínű permanens és nempermanens vízmozgások elmélete - 1. A szabadfelszínű permanens és nempermanens vízmozgások
1.3. NEMPERMANENS VÍZMOZGÁSOK KÜLÖNBÖZŐ MEDREKBEN ÉS FOLYÓ RENDSZEREKBEN A meder alakja, annak hosszmenti változása és a meder típusa számottevően befolyásolja a hullám deformációját. Különösen a természetes medrekben állhatnak elő olyan hidraulikai viszonyok, amikor a hullám különleges módon deformálódik. Ä nempermanens vízmozgások számításának lehetősége és nehézsége elsősorban éppen a szelvény hidraulikai jellemzőinek változásától és számos egyéb körülménytől függ. A továbbiakban ilyen szempontból tekintjük át röviden a nempermanens vízmozgásokat. Fő célkitűzésünk, hogy már itt rámutassunk a meder jellegétől függő elméleti és gyakorlati nehézségekre. 1.3. 1. NEMPERMANENS VlZMOZGÁSOK MAGÁNYOS MEDREKBEN Ide soroljuk azokat a csatornákat és vízfolyásokat, melyek mellékág nélküliek, tehát magányosak. A nempermanens vízmozgás számítása szempontjából megkülönböztetünk prizmatikus és természetes magányos medret. 1.3.1.1. Prizmatikus medrek Számítástechnikailag a meder prizmatikus jellege általában kedvező annyiban, hogy a szelvény jeliege és — feltehetően — érdességi viszonya az áramlás mentén állandó. A megbízható számítási eredményeknek azonban egyik döntő feltétele a vízmélységek szélesség menti állandósága. Az (1.2 — 13) összefüggés alapján ui. [93] a hullám felszínének h = állandó vízmélységű pontjai W = v + h — (1.2-13) 3 h sebességgel terjednek lefelé. Ebből az összefüggésből következik, hogy a hullám terjedése döntően a h vízmélységtől függ. Széles, négyzetes keresztmetszetű medrekben tehát a hullám felszínének valamennyi pontja közelítően azonos sebességgel halad. Az ilyen medrekben a számítás különböző elméletei jól alkalmazhatóak. Minél jobban változik a vízmélység a vízszintszélesség szerint (pl. háromszögszelvény esetén), a számítás annál pontatlanabb lesz. Az (1.2—13 alapján a probléma így fogalmazható meg: minél inkább eltér az egész kereszt- szelvényre vonatkoztatott v középsebesség a keresztszelvény függélyeiben levő függély közópsebességektől, annál pontatlanabb az egydimenziós elmélet [102]. A számítás megbízhatósága azonban döntően függ a csatornaszakasz hosszúságától is. Minél rövidebb a számítandó szakasz, a számítás annál pontosabb. Minden olyan műtárgy, amelyik a keresztszelvényt megváltoztatja, nemcsak a számítás nehézségeit, hanem a pontatlanságot is növeli [110]. 1.3.1.2. Természetes medrek A folyókban kialakuló nempermanens áramlások a medrek szabálytalansága miatt sokkal bonyolultabbak, mint a szabályos csatornákban. így a természetes medreknél fokozatosabban fennállnak azok a nehézségek, amelyek csak közelítően teszik lehetővé a nempermanens vízmozgások számítását. Nehézséget jelent a hidraulikai jellemzők vízfolyásmenti változása is. E tekintetben a következő körülmények okozzák a problémákat: a vízmélysé47
