Hidrológiai Közlöny 2008 (88. évfolyam)

4. szám - Kiss Tímea–Fiala Károly–Sípos György: A terepi hordalékhozam-mérő eszközök és módszerek. I. (Hagyományos eszközök és a hazai gyakorlat)

59 c,) Optikai és akusztikus szenzorok Optikai és akusztikus érzékelők külföldön elterjedtek a lebegtetett hordalékhozam-mérés során (az egyes módszerek leírását lásd Wren és Kuhnle 2002). Előnyük, hogy használatuk gyors, azonban mivel a hordalék koncentrációját nem direkt módon mérik, szükség van a kalibrációjukra. Ez azonban változik a szemcse bizonyos tulajdonságaival (szemcseméret és szín), így limitáltan alkalmasak vegyes szemcseméretü lebegtetett hordalék mérésére (Yogesh és Pottsmith 2002). d. Űrfelvételek A vízfelszín közeli lebegtetett hordalék-koncentrációt multi- és hiperspektrális űrfelvételek segítségével is lehet mérni. A fmomszemü hordalék szétszórja a látható és az infravörös hullámhossz-tartományú sugarakat, így a reflektancia segítségével mérhető a hordalék koncentráció. Természetesen ezt kalibrációnak kell megelőznie, különböző koncentrációjú üledék-víz keverékek reflektancia vizsgálata és ellenőrző terepi mintavételek alapján (Gilvear és Bryant 2003). Ugyanakkor felmerül a kérdés, hogy mi az a vízfolyásméret, aminél ez alkalmazható, hiszen az űrfelvételek felbontása rendszerint 4-30 méteres. Ráadásul a készítés időpontja nem feltétlenül a legjellemzőbb hidrológiai helyzeteket tükrözi, hiszen a műhold pályájától függően félhavonta, havonta érkezhetnek az adott földrajzi hely fölé, ráadásul ha az égbolt felhős, a műholdfelvétel nem használható. 1.2. A mérések hazai története Az első hazai publikált hordalékmérés sorozatot Balló végezte 1871-72-ben a Dunán. A Lánchídról eresztette le I literes gyűjtőedényét, így véve a vízfelszínhez közeli mintát a szelvényben összesen 3 pontból (Takáts 1930, Bogárdi 1954). Pasteiner (1905) a Tiszán egy éven keresztül (1901 márciusától decemberig) mért lebegtetett üledékhozamot. Ötnaponta a folyó sodorvonalából 4 liter vizet vettek, gyors áradáskor vagy apadáskor sűrítették a méréseket. A mintavételhez széles szájú, 2 literes űrtartalmú üveget használtak, amelyet egy súllyal és csörlőkkel eresztettek le. Később Pasteiner 1901-02-ben a Tiszán, Horusitzky 1903-ban a Vágón végzett lebegtetett hordalékméréseket (Takáts 1930). A Balló-féle mérést ismételte meg Takáts a Dunán, 1930-ban, csónakból, a víz felszínéről vette a feltehetően 1 liter mintát (Takáts 1930). A Tiszán és főbb mellékfolyóin Schick (1933) végzett méréseket, összesen 16 mintavételi helyről gyűjtve be mintáit, egy 200 cm

3-es üveg segítségével. A hazai folyókon a rendszeres mérések 1942-től kezdődtek (Bogárdi 1947, 1954). A mérésekhez több mintavevőn kísérleteztek (Bogárdi 1949), illetve egy amerikai mintára elkészített, illetve egy általuk kikísérletezett mintavevőt használtak. A rendszeres mintavétel hiányában a vízállás/vízhozam és a lebegtetett hordalékhozam közötti összefüggések feltárása nem volt lehetséges. Ezért egy éven át hetente Mezősi és Donáth (1953) a Tiszán és a Maroson végeztek méréssorozatot. A mintákat a sodorvonalból gyűjtötték, 10 különböző mélységből l-l liter vizet vettek, majd a 10 1 vizet ülepítették. Csépes et al. (2003) a Közép-Tiszán végeztek lebegtetett hordalékhozamra vonatkozó méréseket 1998-2002 között. Mintáikat sodorvonalból vették, majd a lebegőanyag-tartalmat a MSZ szerint mérték. 1.3. A lebegtetett hordalékmérés jelenlegi gyakorlata A jelenlegi gyakorlatban palackos mintavevőt alkalmazhatók, ha a függély középsebessége nem haladja meg a 2,5 m/s-ot és a vízmélység legalább 1 m. A méréshez széles-szájú, 1,0 liter űrtartalmú, nyitható szájú palackos vízminta-vevőt használnak. A függélyekből 10 pontról, egymástól egyenletes mélységben veszik a mintát, amit egy 10 literes tárolóedénybe öntenek, így az átlagmintává válik. A mintát ülepítik, majd kiszárítják, meghatározzák szemcseösszetételét. A lebegtetett hordalékméréshez szivattyús mintavevőt is alkalmaznak, ha a legnagyobb függély-középsebesség nem haladja meg az 1,8 m/s-ot, és ha a szívócső elegendő hosszúságú ahhoz, hogy a legmélyebb mérési függély legalsó pontjából is elvégezhető legyen a mintavétel. A mintavétel a palackoshoz hasonló sűrűséggel történik. Ebben az esetben azonban fontos a mintavétel hossza, azaz a mintavételt olyan szivattyú fordulatszám, illetve hozam mellett kell végezni, hogy a mintavevő csonkon belépő víz sebessége a folyó becsült, pontbeli áramlási sebességétől ne térjen el jelentős mértékben. A vízminták kezelése, laborvizsgálatok stb. egyezik a palackos vízminta-vevőnél leírtakkal. Sajnos a lebegtetett hordalékhozam-mérések csak a főbb vízmércéknél történnek, és mivel egy évre előre meghatározzák a vízmintavétel időpontját, ezért a jellegzetes hidrológiai helyzetekkel csak elvétve esnek egybe. Ez azért problematikus, mert így a folyók tényleges lebegtetett hozama nem határozható meg pontosan. A mérések térbeli és időbeli sűrítésére Tamás (1999) is felhívta a figyelmet. 2. A görgetett hordalék hozamának vizsgálata A mederfenéken szállított homokos-kavicsos hordalék mennyiségének terepi mérése egyike a legnehezebb feladatoknak. Ennek egyik oka a hordalékmozgás szakaszos jellege, mint majd látni fogjuk a megbízható és széles körben elfogadott műszerek hiánya, illetve főbb folyóink nagy vízmélysége. Talán ezért is van az, hogy a görgetett hordalékhozamot inkább statisztikai elemzéssel és becsléssel próbálják közelíteni. Rákóczi 1961-ben már rámutatott, hogy a hordalékmérés technikája lassan fejlődik, és ezért az 1960as évek óta az elméleti kutatások, számítások kerültek előtérbe. Józsa és Stelczer (1988) szerint „a görgetett hordalék tömegáramát - a tökéletes mérőműszer ... feltalálásáig közvetetten, számítással célszerű meghatározni". Hasonló megállapításokat tesznek azok a külföldi kutatók is, akik a görgetett hordalékhozamot különböző modellekkel kívánják közelíteni (pl. Li et al. 2008). Ugyanakkor véleményünk szerint szükség van a terepi mérésekre is, hiszen azokkal ellenőrizhetőek a statisztikai eszközökkel számított értékek. 2.1. A görgetett hordalék hozamának hagyományos mérőeszközei a) Hordalékcsapdák és hordalékfogók A hordalékcsapdák és -fogók a görgetett hordalék hozamát közvetlenül mérik. A kis mélységű (1-1,5 m) és szélességű (10-15 m) vízfolyásokon lehetőség van arra, hogy a keresztszelvénybe hordalékcsapdát építsenek. Az általában betonból készült tálcába jutó hordalék mennyiségét vizsgálják (Leopold és Emmett, 1976), de nyomás-érzékelők segít-