Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)
3. szám - Varga István–Varga Ádám: A szél hatása tavakban kialakuló áramlásokra
38 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2005. 85. ÉVF. 3. SZ. repi érdességi és topográfiai viszonyokra vonatkozó pontosabb adatok hiányában - mintegy 23 %-kal növelt, W l 0(F = 500) =11.7 m/s értékét vettük figyelembe. (Ez a szárazföldi mérési hely és a vízfelület átlagos relatív érdességeinek viszonyában egy mérsékelt aja k ü~ 100, az egyenértékű aerodinamikai érdességek viszonyában pedig z 0 jJz 0 v = 200 értéknek felel meg.) A Balaton vízállás-változásai a fizikai folyamatokra is hatással vannak. Jelen tanulmányban bemutatott eredmények a 104.20 mBf. (0.80 mSf.) szintű, közepesnek tekinthető balatoni vízállásra vonatkoznak. 4. 2. Szél-kelíette hullámmozgások A szél-események közvetlenül a víztér periodikus jellegű mozgását eredményezik, melynek jellemzéséhez a mértékadónak tekintett szélirány és szélsebesség mellett kialakuló hullámmozgás jellemzőinek (szignifikáns hullámmagasságoknak és periódus időknek) függélyenkénti meghatározása volt szükséges „közepes" balatoni vízállás mellett. A szél-esemény további, figyelembe vett jellemzői: - A Keszthelyi Meteorológiai Állomás helyén értelmezett szélsebesség az adott irányban - mintegy 0.5 órás felfutási időt követően - időben állandó; - A szélirány időben állandó; - A Keszthelyi Meteorológiai Állomás terepszint feletti 10.23 m magasságra adott szélsebességéből becsülhető, a turbulens határréteg magasságában értelmezett szélsebesség térben-időben állandó, a nyugalmi vízszint felett 10 m magasságban számítható, levegő-víz kölcsönhatásnál figyelembe vett, szélsebesség a meghajtási hossz mentén változó; - A hullámjellemzők értékei a szélesemény kezdetétől számított mintegy 0.5-1.0 óra múlva kialakuló kvázi-állandósult állapothoz tartoznak. A hullámmozgás jellemzők meghatározásához használt, a Balatonra is jól alkalmazható (Györké, 1976) CERC 84 szerinti, Bretschneider- f. sekélyvízi összefüggések jellege: gh gF.ff //. =<t>, T=<X>. W t n W„ W W " 10 " 10 gh g f,ff 2 1 0 'w 2'w V "10 "10 H,: szignifikáns hullámmagasság [m]; T, :a hullám szignifikáns periódus ideje [s]; h: vízmélység [m]; F e ff. hatékony meghajtási hossz [m]; W, 0\ szélsebesség a nyugalmi vízszint felett 10 m magasságban [m/s]; 7. ábra. A H, hullámmagasság térbeni változása a Balaton Ay vízterében (W m = 500) = 11.7 m/s; szélirány: É-ÉÉN) A 4. változathoz tartozó (1. 4.4 pontban) hullámmagasságok térbeli eloszlását a Balaton nyugati vízterében a 7. ábra mutatja be. A számított szignifikáns hullámmagasságok jellemzően mintegy 0.05-0.5 m, a periódus idők pedig 1-3 s között változnak. 4. 3. A szél hatását meghatározó paraméterek Az áramlást kiváltó, közvetve a légmozgás, közvetlenül a hullámmozgás által meghatározott két paraméter a (9) szerinti C D.io ellenállási tényező felhasználásával a levegő-víz között súrlódás által átadódó x w/p„ valamint a (10) szerinti K w, fajlagos erőhatások, melyeknek a 4. változathoz tartozó (1. 4.4. pont) térbeni változását a (8. és 9. ábra) szemlélteti. Az ábrák mutatják, hogy a két eltérő fizikai tartalmú hatás térbeli változása hasonló, mintegy követve a hullámmagasságok térbeni eloszlását. A súrlódási tag 2.0-2.9* 10" m /s 2, a tömegtranszport hatását tartalmazó tag pedig 0.2-1.0* 10" 4 m 2/s 2 között változik az adott feltételek mellett. A térbeni növekedés meghatározóan a meghajtási hosszak mentén, szélirányban mutatkozik. Az értékek és érték-változások jól mutatják, hogy az adott feltételek mellett a Balaton nyugati vízterében a hullámmozgásból származó, szélirányban mutató hatás mértéke nagyságrendileg a levegő-víz közötti súrlódásból származó hatással közel megegyező. A hullámmozgás tömegtranszportjából származó, a cirkulációs áramlási rendszerek kialakulását befolyásoló hatás meghajtási hossz menti változása (növekedése) mintegy ötszörös, a fajlagos levegő-víz közötti fajlagos súrlódási erő csak kb. 40 %-os. 8. ábra. A levegő-vízfelület közti súrlódásból származó r«/ p fajlagos erő térbeni változása a Balaton Ny víztér ében 4. 4. A szél hatása a vízforgalomra A szélhatás különböző megközelítéseinek érzékelhető (számítható) következményei a Keszthelyi- és a Szigligetiöböl közötti É-D irányú keresztszelvény (8. és 9. ábrákon, EOV Y = 520400) modellvizsgálat szerinti vízforgalmának számottevő módosulásain keresztül mutathatók be. Az adott balatoni keresztszelvényben az adott szélhatásra kialakuló állandósult K-N irányú vízmozgás intenzitásának É-D irányú megoszlását a következő szélhatás-megközelítés változatokra vizsgáltuk: 1. változat: Térben változatlan szélsebesség (W l 0 = 9.5 m/s) és ellenállási tényező (C D, 1 0= 1.42 xlO" 3); 2. változat: A 10 m magasságban mért szélsebesség a terep-vfzfelület között és a meghajtási hossz mentén változó, az ellenállási tényező a hullámzás jellemzőitől független; 3. változat: Térben változó szélsebesség és a hullámzás jellemzőitől függő ellenállási tényező; 4. változat: Térben változó szélsebesség és a hullámzás jellemzőitől függő ellenállási tényező, a hullámmozgás tömegtranszportjából származó erőhatás - fajlagos kinetikai energia - figyelembe vételével („valóság-közeli" változat). 5. változat: Mint a 4. változat, de a vízfelszín feletti, meghajtási hossz menti szélsebesség-csökkenés figyelembe vétele nélkül. A változatok feltételrendszere mellett az adott keresztszelvényben kialakuló, állandósult állapothoz tartozó vízforgalom intenzitás térbeni változását a 10. ábrán mutatjuk be. Az eredmények alapján az egyes változatok ill. az azokat meghatározó hatások eredménye a következő:
