Hidrológiai Közlöny, 2015 (95. évfolyam)
2015 / 3. szám - Fleit Gábor - Baranya Sándor - Krámer Tamás - Józsa János: Hajók keltette hullámzás hatásának terepi feltárása a litorális zónában
30 ka során ezért három korszerű, 16Hz-es mintavételi frekvencián működő akusztikus Doppler-elvű mérőműszert (ADV) alkalmaztunk (2. ábra). Az ADV-k a Doppler-elvet használják ki méréseikhez, mely a következő: ha egy hangforrás a vevőhöz képest mozog, akkor a vevő által fogadott hang frekvenciája a sebességkülönbséggel arányosan megváltozik a kibocsátott hang frekvenciájához képest. A műszer hangsugarakat bocsát ki, melyek a vízben lévő és azzal együtt mozgó apró részecskékről (pl. lebegtetett hordalék) visz- szaverődnek a jelvevőre a víz áramlási sebességétől függő mértékű frekvenciaváltozással. Az ADV rögzített geometriai kialakításából adódóan egy közel 1 cm’-es térfogatból gyűjt adatot, mely a kibocsátott és az érzékelt hangnyalábok metszetéből adódik. Az ADV tehát jó közelítéssel pontbeli sebességvektorok idősorainak mérésére alkalmas. A három műszert egymástól közel azonos távolságra helyeztük el a partra merőleges vonalban, egyre nagyobb vízmélységű pontokban. A műszerek rögzítésénél ügyeltünk arra, hogy a mintavételi térfogatuk közvetlenül a mederfenék fölötti vízrétegben legyen. Az ADV-k kezelését, valamint a mért eredmények szinkronizált rögzítését a partról végeztük egy laptop segítségével. A parttól legtávolabb elhelyezett ADV műszerhez egy nyomásérzékelő is tartozott, melyet a mederfenéken helyeztünk el, hogy detektálni tudjuk a hullámzás hatására változó nyomásviszonyokat. A mérési installáció része volt továbbá egy Full HD felvételek készítésére alkalmas videokamera, melyet egy állványon rögzítettünk, a partvonal felett. A nagy látó- szögű kamera így rögzíteni tudta a partra kifutó és ott megtörő hullámokat. Ezeket a felvételeket később az LS- PIV módszer segítségével dolgoztuk fel. A terepi mérő3. ábra - Terepi mérőműszer installáció fényképen (balra) és sematikus felülnézeti ábrán (jobbra) HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2015. 95. ÉVF. 3. SZ. A mérési kampányra 2014. szeptember 24-én került sor, 1750 mV’-os vízhozam idején. Ez egy középvízi állapot, a folyó nem hágta meg a sarkantyúkat, így a művek közötti zónában, annak part közeli részén az áramlási sebességek elhanyagolhatóan kicsik voltak. A terepi munka során a www.marinetraffic.com címen elérhető honlapról tájékozódtunk a közeledő hajókról, így megfelelően fel tudtunk készülni az általuk keltett hullámzások áramlástani hatásainak mérésére. A mérési kampány során négy szállodahajó, egy uszály, valamint egy szárnyashajó által keltett hullámok hatásait rögzítettük, valamint további adatnyerés céljából a saját mérőcsónakunk által keltett hullámzást is vizsgáltunk. 4. Adatfeldolgozás Az ADV-k háromdimenziós áramlási sebességméréseinek feldolgozása során lényegében azok előkészítését végeztük el, a későbbi fenék-csúsztatófeszültség becslései eljárásokhoz. A mért adatsorok időbeli szinkronizálását követően, a hibás mérések kiszűrését kellett elvégezni. Az adatsorok elkerülhetetlenül tartalmaztak hibás méréseket, melyek nagyságrendekkel nagyobbak voltak, mint az őket megelőző mérések. Ezek kiszűrése így gyorsan elvégezhető volt. A kiugró értékektől megtisztított adatsoron ezután elvégeztük a turbulencia okozta sebesség-fluktuáció vizsgálatát is. Erre a célra általános e- setben a Reynolds-féle szétválasztást szokás alkalmazni, vagyis egy adott pontbeli ö pillanatnyi sebességet egy alkalmas t időpontban egy W átlagsebesség és egy tí ’ pulzációs sebesség összegeként írjuk fel (4. ábra). * 4 5 V-H T7v t t 4. ábra — Turbulens áramlási sebességek Reynolds-féle szétválasztása A hullámzások hatására azonban olyan időben változó áramlási sebesség rendszer alakul ki, mely nem jellemezhető egy teljes idő szerinti átlagolással, így az átlagtól való eltérések sem határozhatók meg triviálisan. A szétválasztást a következő feltételezéssel végeztük el: átlagolt áramlási sebességnek egy mozgóablakos átlagolással (n= 11) simított adatsort tekintettük, és a nyers (hibás adatoktól megszűrt) adatsor ezen átlagoktól való eltérését definiáltuk turbulens fluktuációként (5. ábra). Áramlási sebességek mozgóablakos átlagolása Idő [sec] 5. ábra - Áramlási sebességidősor mozgóátlagolása A fenti ábrán látható, hogy a 11 adatból álló mozgóablak mérettel előállított adatsor jól felveszi a nyers idősor karakterisztikáját, kb. 3,5-4,0 másodperces periódusidő figyelhető meg. Mindazonáltal elvégeztük az ablakméret megválasztásának tudományos megalapozását is. Ez a sebesség adatsor domináns frekvenciájának, illetve
