Hidrológiai Közlöny 1989 (69. évfolyam)

3. szám - Gayer József: A korszerű csapadékcsatornázásról

GAYER J.: Csapadíkcsatornázás 135 3.2.1. A mai gyakorlat alapjai A hidrológia területén az utóbbi években a megfelelő tervezési és mértékadó csapadék kiválasztásának kérdése került napirendre. A tervezési csapadék általánosabb fogalom, szemben a méretezési célokra alkalmazott, mértékadó csapadékkal. Kiválasztása az adott feladat jellegétől (vízmérlegkészítés, hosszú távú fejlesztési koncepció kialakítása, real-time üzemirányítás, méretezés, ellenőrzés stb.) függ. A mai gyakorlat számára három megközelítési mód áll rendelkezésre: — intenzitás-tartósság-gyakoriság (IDF) görbék, — a statisztikai vizsgálatokon alapuló, a csapadék tér- és időbeli eloszlását figyelembe vevő megközelítés, — folyamatos csapadékadatok figyelembevétele. A választás a feladat jellegétől függ. Ha a cél a csapadékvíz real-time, „egyidejű", kormányzása, a tényleges folyamatos csapadékadatok és az előrejelzések képezik a kiindulási alapot. Ekkor nincs jelentősége a csapadékesemény gyakoriságának, ill. korábbi események statisztikai vizsgálatának. Méretezési célra az IDF-görbék akkor megfelelőek, ha a tározómedencék nincsenek a rendszerben, ill. ha árhullámkép-áthelyezés nem szükséges. Ellenkező esetben viszont választani kell a statisztikai és a folyamatos adatok megközelítése között. Ez utóbbiak azonban a valószínűségszámítási szempontból nem különböznek jelentős mértékben egymástól. A kutatások jelenlegi iránya a csapadékmérők pontossági igénye, térbeli elhelyezése, a diszkretizálás mértéke felé mutat. A csapadékmérők száma csökkenthető, ha a zivatarfront iránya és sebessége ismert, az információtartalom csökkenése nélkül. Felvetődik annak a lehetősége is, hogy záporok mozgását a folyadékok mechanikájában a turbulens áramlások kutatásához hasonló módon vizsgálják, tekintettel a kétféle mozgás bizonyos hasonlóságára (Yen, 1987). A hatékony csapadék meghatározásánál a párolgás, intercepció és evapotranszspiráció gyakorlatilag elhanyagolható szerepet játszanak városi vízgyűjtő területeken. A felületi tározódást vízzáró felületeken a tereplejtéstől függően, 0,5—3,0 mmrel, míg vízáteresztő területen kb. 10 mm-ig veszik figyelembe. Az időtől függő beszivárgásra leggyakrabban a Horton-egyenletet alkalmazzák (3. ábra): 3. ábra. A Horton-görbe f(t) = f « + (fo — f ~ ) ek* (1) ahol /o és / ~ a talaj kezdeti, ill. állandósult beszivárgási intenzitása, k a csökkenési tény?ző Adathiány esetén a célszerű alaDértékek rendre: 75 és 13 mm/h, ill. 4.1/h, ha a t idő [h], A csapadékcsökkentő tényezők összevonásából adódik a lefolyási tényező, melyet a racionális formulában alkalmaznak. Hátránya, hogy egy adott vízgyűjtőre időben állandónak tételezik fel. További nehézség, hogy zavar tapasztalható helyes értelmezése körül, mivel gyakran a lefolyási hányadot alkalmazzák csúcsvízhozamot jellemzi lefolyási tényező helyett. A jogos kritika ellenére, a felszíni lefolyás, fi. az eredő csúcsvízhozam számítására még ma is a több mint száz éve létező racionális formula a legelterjedtebb (különböző, de azonos alapokon nyugvó változatokban). Yen (1987) a hagyományos Q = C i A képlet helyett a csúcsvízhozamra a Q.n = C k i'2 A°'9 (2) alakot javasolja, ahol C a csúcsvízhozamho? tartozó lefolyási tényező, fc = 5,4 10~

5, i az intenzitás [mm/h] és A a vízgyűjtő terület nagvsága [ha]. Ez az egyenlet kiküszöböli a hagyományos formula másik sokat vitatott hibáját, miszerint C az intenzitással növekszik, a vízgyűjtőterülettel pedig csökken Az összegyülekezési időre a kinematikus hullámból (L n)°'

G tc = a (3) i0,4 S

oo,3 ahol L a lefolyási hossz [m], n a felszín Manningféle érdességi tényezője, S

0 felszínlejtés [m/m], i a csapadék intenzitása [mm/h]. Az a mértékegység-állandó értéke 6,99. Ezzel tc min-ben adódik. A csatornabeli lefolyás modellezésének módszerei a de Saint-Venant-féle differenciálegyenletek valamilyen szintű megoldásán alapulnak. A de Saint-Venant-féle differenciálegyenletek a folytonossági és a dinamikai (mozgásmennyiség-megmaradási) egyenletből állnak. A dinamikai egyenlet bizonyos feltéte

1 ek mellett egyszerűsíthető és az egyszerűbb, gyorsabb megoldási módszerek a'ka'mazását teszi lehetővé. Kis lejtésű csatornákban, ill. hevesen változó árhullámok esetén a teljes dinamikus hullámegyenletet kell megoldani. Nagy lejtés esetén a dinamikai egyenletből az inerciatagok (1—4 tag) elhagyhatók és ilyenkor az egyenlet azt fejezi ki, hogy a vízfelszín lejtése és a súrlódásból származó energiavonal lejtése megegyezik. Egyszerű átalakításokkal bebizonyítható, hogy ilyenkor a folytonossági és az egyszerűsített dinamikai egyenlet egy konvekc

;ós-diffúziós folyamatot ír le. Ezért az interciatagok elhagyása után maradt egyenleteket ,. diffúz hullám" egyen

1 eteknek nevezik. Végül nagyon meredek csatornákban, ill. rohanó vízmozgás esetén, a vízmé'ység hosszmenti változása is elhanyagolható a fenéklejtéshez (S„) képest. Ilyen esetekben a kinematikus" hullám egyenletéhez jutunk. Ez utóbbi kínálja a legegyszerűbb megoldási módot, de ellentétben az előző két egyenlettel, az alvízi visszahatást nem tudja figyelembe venni.