Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)
5. szám - Koncsos László–Kozma Zsolt: A hullámtéri feltöltődés becslése a Tisza magyarországi szakaszán
KONCSOS L. - KOZMA ZS.: A hullámtéri feltöltődés becslésa . 61 (i) a lebegőanyag ülepedésre hajlamos frakciója sűrűség és ülepedési sebesség tekintetében homogén. Bár ez a feltételezés a számítások elvégzését jelentősen egyszerűbbé és gyorsabbá tette, egyben hibához is vezetett, hiszen a lebegtetett hordalékot - különösen nagy vízhozamok idején széles szemcseméret-tartomány jellemzi. Utóbbi tényből pedig az ülepedő frakció sűrűség- és ülepedési sebességbeli inhomogenitása következik. (ii) a lebegőanyag koncentrációja független a hidraulikai jellemzőktől, azt időben állandónak tekintettük, térbeli eloszlását a később részletezett és indokolt módon állapítottuk meg. A lebegőanyag-koncentráció meghatározása A (ii) feltevés bevezetése előtt kísérletet tettünk egy, a térfogat-áram és a lebegőanyag koncentrációja között fennálló, érdemi kapcsolati összefüggés meghatározására. Ennek érdekében elvégeztünk egy, a törzshálózati adatbázis ( www.vizadat.h u. Vízrajzi Evkönyvek) vízminőségi idősoraira alapuló regresszió-analízist A Tisza magyarországi szakaszán található tizenegy vízminőségi mérőállomás (lásd 1. ábra) méréseiből - a maximális főmedri vízmélységek segítségével - válogattuk ki azokat az összetartozó koncentráció- és vízhozam-értékeket, amelyeket a hullámtérre is kilépő folyóban figyeltek meg. Ennek eredményeként állomásonként átlag 37, összesen 415 árvízi vízhozam-koncentráció adatpárt kaptunk. Az adatsorok elemzése azonban nem biztosított sem az áradás különböző szakaszaira - felfutás, tetőzés, apadás -, sem pedig az árvízi állapotokra általánosan vonatkozó szignifikáns összefüggést. Ezért vizsgálatunk során a lebegőanyag koncentráció időbeli állandósága - hidrodinamikától való függetlensége - valóban szükségszerű feltételezés volt. Ugyancsak feltételeztük a lebegőanyag-koncentráció szakaszonkénti térbeli homogenitását is. A számításokhoz használt térbeli eloszlás meghatározása érdekében a folyót a törzshálózati mérőállomások elhelyezkedése alapján tizenkét szakaszra osztottuk. Ezeket lebegtetett hordalék szempontjából a hozzájuk tartozó alvízi állomáson regisztrált idősorokból meghatározott átlagos árvízi koncentrációval jellemeztük - a folyásirány szerinti utolsó szakasz esetében a felvízi határán található állomás adatait vettük figyelembe. Bár utóbbi eljárás fizikailag nem megalapozott, adott körülmények között mégis ez bizonyult a legmegfelelőbb megoldásnak - szemelőtt tartva azt is, hogy így a becslés során érvényre jutottak a több évtizedre viszszanyúló idősorokból leszűrhető statisztikai sajátosságok is. A feliszapolódás mértékének meghatározása A feliszapolódás becslése során a alábbi logika szerint jártunk el: az áradó folyó a hullámtérre lépve a vízzel borított területeken lerakja a lebegtetett hordalékának egy részét. Utóbbi mennyiségről feltételezzük, hogy az a hullámtéri tartózkodási idő lineáris függvénye. Ez alapján, valamint a mederbeli és a hullámtéri vízmozgásokat modellezve a kiülepedő tömeg becsülhető. A vízzel borított hullámtéri terület nagyságának átlagos értékét is kiszámítva a lerakódó anyag tömegére fajlagos, [g/m 2] dimenzióban megadott közelítés állítható elő. Ezek után - a felhalmozódó üledék sűrűségét ismertnek feltételezve - megkapható a lerakódott iszapréteg [m]-ben kifejezett értéke. Elvégzett számítások A fent vázolt módszertan segítségével tetszőleges időszak esetében becsülhető az árvíz okozta iszap-felhalmozódás hossz menti eloszlása. Vizsgálatunk során ezt az eljárást használva terepi mérésekből származó és generált hidrológiai adatokra is végeztünk számításokat. A lebegőanyagra vonatkozó paraméterek értékeit irodalmi forrás alapján választottuk meg (Chapra, 1997). Első lépésben a 1998-200l-es időszak árvízi eseményeinek feliszapolódásra gyakorolt hatását becsültük. A számítások hidrodinamikai szempontból a törzshálózati mérőállomások által rögzített idősorokra alapultak. Ezek - a Tiszabecsnél és a mellékfolyókon belépő térfogat-áramok, valamint a szegedi vízállások - jelentették a tiszai vízmozgások modellszintű leírásához szükséges peremfeltételeket. A négyéves időszak esetében mindig csak az első vagy a második - az árvizek által aktuálisan érintett - hat hónapot vizsgáltuk. A feliszapolódás-becslést tehát erre a négyszer fél éves időszakra végeztük el - évenként külön-külön. Ezen számítások eredményei alapján előállíthatóak a hosszmenti feliszapolódás-profilok, melyek jellegükben jó egyezést mutatnak a generált adatokkal elvégzett vizsgálatokból nyert eloszlásokkal. Ennek megfelelően jelen cikkben csak utóbbiakat közöljük. Vizsgálatunk második része a már említett generált hidrodinamikai adatokra épült. Az adatok gépi előállítása a következőket jelentette: A Tiszára és a meghatározó mellékfolyóira mért, 1984 és 2003, illetve esetenként 1993 és 2002 közötti vízhozam, illetve vízmélység idősorok algoritmikus elemzése útján meghatároztuk azok fő statisztikai jellemzőit - többek között a havi és éves várható értéket, szórást, korreláció-mátrixot, stb. Egy ilyen célokra kifejlesztett generátor-programot használva (Koncsos, 2006) utóbbi információk alapján tetszőleges hosszúságú időszakra előállíthatók vízhozam, és vízmélység idősorok. E generált adatsorok statisztikai paraméterek szempontjából éves és havi szinten megegyeznek az alapul vett időszak adathalmazával. A hidrodinamikai adatok generálása lehetővé tette, hogy tetszőleges számban állítsunk elő egy év hosszúságú, realisztikus vízhozam-, illetve vízmélység adatsorokat a Tisza felvízi és alvízi peremein, valamint a mellékvízfolyások esetében is. így a teljes folyóra elvégeztük a feliszapolódás éves szintű becslését egy tíz, egy húsz, és egy ötven év hosszúságú modell-időszakra. Mindhárom esetben szelvényenként képeztük az éves feltöltődés teljes időszakra vonatkozó átlagát, valamint az egyes, évenkénti eredmények ezen átlaghoz képesti szórását. Eredmények A következőkben a generált hidrodinamikai adatokra elvégzett vizsgálatok eredményeit ismertetjük. Az 2. és 3. ábra az ötven évből álló időszakra számított eredményeket az átlagos feliszapolódás és az ehhez tartozó szórás hosszmenti profilját - mutatják be. A Tisza teljes magyarországi szakaszára vonatkozó üledék felhalmozódás átlagos értéke 0,77 cm/év. Az 2. ábra alapján látható, hogy a becsült feltöltődés hozzávetőlegesen az 500. és a 300. fkm közé eső szakaszt érinti legintenzívebben. Ez a megállapítás egybevág korábbi feltételezéseinkkel, miszerint a hullámtéri feltöltődés a közép-tiszai régióban a legjelentősebb. A folyó ezen részén a átlagos évenkénti feliszapolódás meghaladja a 0,01 m-t, értéke 1,34 cm/ év. Fontos még megjegyezni, hogy az általunk a Tisza hazai szakaszára számított kiülepedés a Kiskörei tározó környezetében bizonyult a legintenzívebbnek, átlagos értéke 1,91 cm /évnek adódott. A felső-tiszai szakaszon szintén megfigyelhető néhány kiugró érték. Ezek azonban valószínűleg jellegzetes, egyedi medergeometriai sajátosságoknak tudhatók be, mivel a szóban forgó szakaszon alapvetően alacsony feltöltődési értékek tapasztalhatóak.
