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)

60 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2008. 88. ÉVF. 4. SZ. ségével is meghatározható a csapda fölött elhaladó hordalék mennyisége (Hicks és Gomez 2003). Ennek az eszköznek az az előnye, hogy az egész mederről áttekintő képet adhat illetve 100 %-os hatásfokkal működik, ugyanakkor a meder bolygatásával jár és a tálcák is gyorsan megtelhetnek (Goudie 1990). Nagyobb mélységű vízfolyásoknál a mederfenékre engedett hordalékcsapdák alkalmazhatók. Ezeknek változatos típusai vannak, az egyszerű teknőktől és serpenyőktől, a fogózsákokon át a nyomáskülönbséggel működő hordalékfogóig. Európában a Mülhofer-féle hordalékfogó és változatai terjedtek el, ilyen a Károlyi-féle hordalékfogó is (Károlyi 1947), míg az USA-ban a Helley-Smith hordalékfogót használják (ld. Helley és Smith 1971). A Károlyi-féle hordalékfogó inkább kavicsos, míg a Helley-Smith mintavevő inkább homokos hordalék vizsgálatára alkalmasabb (Rákóczi és Szekeres 2003). A hordalékfogók általában rossz hatásfokkal, megbízhatatlanul működnek. Ennek legfőbb okai, hogy nagy ellenállást fejtenek ki a vízzel szemben, illetve hordalékgyüjtő részük „szitaszövete" átengedi a homokfrakciót (Hicks és Gomez 2003). A hordalékfogók hatásfoka 30-60 % közötti, a magyar Károlyi-féle hordalékfogóét Bogárdi (1956) először 90 %-osra becsülte, majd 45-60 %-ra (Bogárdi 1971). Később a Károlyi-féle és a Helley-Smith mintavevőt vízalatti video-felvételek segítségével tesztelték a Dráván, és arra a következtetésre jutottak, hogy a Károlyi-féle mintavevő gyakran a mederfenékre való nem megfelelő illeszkedéséből adódóan nem mért még a korábbi várakozásoknak megfelelően sem (Rákóczi és Szekeres (2003). Ezért Rákóczi és Szekeres (2003) javasolták, hogy a méréseket videóval ellenőrizzék, ha a körülmények engedik. A Károlyi-féle mintavevőt később Szekeres módosította (Rákóczi 2005). A hordalékcsapdákkal történő mérések során további hiba forrása lehet a mérés hosszának helytelen megválasztása, hiszen túl hosszú mintavételi idő esetén a mintavevő megtelik (Li et al. 2007). Ráadásul, nem túl praktikus a mechanikai mintavevőket nagy területen használni, hiszen a mérések lassúak, ezért csak kis gyakorisággal lehet használni őket ugyanazon ponton. b.) Nyomjelző anyagok Nyomjelzőket alkalmazó módszer lényege, hogy a hordalékszemeket valamilyen módszerrel megjelölik, majd a folyóba juttatják, így a szemcsék mozgási tulajdonságai a természetben, akár nagyon különböző hidrológiai körülmények között is vizsgálhatók. A legáltalánosabb a megfestett kavicsok használata (sekély medrekben). Az egyik leghatásosabbnak azonban a radioaktív anyagok alkalmazása bizonyult, hiszen így akár az eltemetődött szemcsék helyzete is meghatározható. De ide sorolható a fluoreszcens, fémes, mágneses vagy akár rádió-adóvevő transmitter anyagok használata is. (A egyes módszerek előnyeit és hátrányait foglalta össze Hassan és Ergenzinger 2003). Elgondolkodtató azonban, hogy általában a megjelölt szemcséknek csupán 50 % követhető ezekkel a módszerekkel, és csak a felszínen lévő szemeket mutatja. c.) Egyéb megfigyelés Kísérletek történtek arra, hogy a görgetett hordalék mozgása közben keletkező zörej energiája alapján mérjék a hordalékhozamot. Ehhez olyan érzékelőket fejlesztettek ki, amelyek az áramlást nem zavarták, és olyan érzékenyek voltak, hogy néhány mm átmérőjű szemcsék mozgását is érzékelték (Ivicsics 1956). A módszer azonban nem terjedt el. A kavicsok mozgását nyomon lehet követni víz alatti filmezéssel is (Drake et al. 1988) Ez információt ad a mozgás sebességéről és módjáról. A módszer túl költséges, ráadásul a szemcsemozgás szakaszossága miatt hosszan tart. d.) Medermorfológiai mérések A fenti mérésekkel, bár csak egy ponton, de néhány percen keresztül lehet meghatározni a mozgásban lévő hordalék mennyiségét, és így a hozamát. Azonban ezek a mérések csak a mederfenék felszínén, fodrok vagy diffúz leplek formájában mozgó anyag mennyiségének meghatározására alkalmasak. Ezzel szemben a mederfelvételeken alapuló morfológiai közelítés során egy szelvényben vagy sávban lehet meghatározni a mederfenék helyzetét, így bár itt nagyobb terület vizsgálható, de csak egy pillanatnyi állapot. Ezért gyakorlatilag itt az idő-dimenzió túl rövid ahhoz, hogy üledékhozamot lehessen mérni. Két felmérés között eltelt hosszabb idő alatt pedig erózió és akkumuláció is történhetett a szelvényben, ezért a hozam helyett nettó üledékegyenleg határozható meg. Ugyanakkor a morfológiai módszerek jelentősége abban rejlik, hogy a nagyobb formákban - zátonyokban és antidünékben - mozgó anyag mennyiségére ad adatot. A módszerek ismertetése a cikk második részében „A terepi hordalékhozam-mérő eszközök és módszerek II. A görgetett hordalék egyenlegének meghatározása a medermorfológia felhasználásával" címmel található. 2.2. A mérések hazai története Amint azt az előbbiekben bemutattuk, a görgetett hordalék hozamának mérése jóval eszközigényesebb a lebegtetett hordalékánál, a magyarországi mérések is később kezdődtek. Először Károlyi a Duna mozgó görgetett hordalékából vett mintát, egy kb. 10 literes fenék-mintavevővel (azóta: Károlyi-féle magyar mintavevőként terjedt el), amelynek segítségével fajlagos görgetett hozamot számított (Károlyi 1953). A mérések tökéletesítésére való szándékot mutatja, hogy ebben az időben többféle készülékkel és módszerrel is kísérleteztek. A hordalék mozgásának tér- és időbeli változásáról jó közelítést adott a korábbi Mühlhofer-féle hordalékzörej-mérő készülék továbbfejlesztése, de a szerzők szerint ez nem helyettesíthette a hordalékfogókat (Ivicsics 1956). A kutatások másik irányát a radioaktív izotóppal megjelölt hordalék követése képviselte (Rákóczi 1961). A VITUKI az 1960-as és 1970-es években végzett a Dunán ilyen radioaktív izotópos vizsgálatokat 15 éven keresztül vizsgálva a megjelölt szemcsék mozgási sebességét és irányát (Stelczer 1970, Fiedler 1981). Mivel a pontszerű hordalékfogós méréseket továbbra is a legmegfelelőbbnek tartották, ezért a mindennapi vízügyi gyakorlatban továbbra is ezt használták. A mérés kiegészítéseként Rákóczi és Szekeres (2003) egy kísérletsorozatban víz alatti kamerával a kevés lebegtetett hordalékot szállító Dráván figyelték a hordalékszállítás módját, és a hordalékfogó működését. Sajnos, a rendszeres, klasszikus görgetett hordalékhozam mérések hiányoznak Magyarországon. Összegzés Érdekes, hogy a korábbi hordalékmérésekkel foglalkozó szakemberek fél évszázada milyen hiányosságait látták a méréseknek, és érdemes azon elgondolkodni, hogy ezekből vajon mennyi oldódott meg azóta. Már Károlyi 1962-ben megjegyzi, hogy a lebegetett hordalékról „bőséges" anyagunk van, de ahhoz nem, hogy „a hordaléktöménység különböző hidrológiai okok