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
FLE1T G. és mtsai: Hajók keltette hullámzás hatásának terepi feltárása a litorális zónában 31 periódus-idejének meghatározását igényelte, melyet spe- ktrál-analízis segítségével végeztünk el, ami alátámasztotta a fenti értékeket. A Reynolds-féle szétválasztott idősorok felhasználásával lehetőség van a turbulens fluktuációból eredő fenék-csúsztatófeszültségek számítására. Folyami körülmények közt ez az egyik leggyakrabban alkalmazott módszer, melynek több változata is létezik. Amennyiben az áramlási sebességeket három dimenzióban vizsgáljuk, úgy a szétválasztás is mindhárom merőleges sebességkomponensre (tt a fő áramlási iránnyal megegyező, *' az áramlás irányára merőleges; az RT síkra merőleges) elvégzendő. Az ~U'W’ pulzációs összetevők átlaga, valamint az R- fenékcsúsztató feszültség közt a következő, Reynolds-féle összefüggés áll fenn:-u’w' u ,2 V 1 Ä (l) ahol * a von Kármán konstans (—0,4), 1' a víz kinematikai viszkozitása (1,6X 10'6 mV), R a Reynolds- szám. Turbulens áramlások esetén a Reynolds-szám, KU,Z R =--------» 1 v , Így_______ —uw~u.2 (2) Továbbá, mivel a ?b fenék-csúsztatófeszültség T b=P'Um3 (3) ezért Tb — p{ —U’W' ) (4) ahol P a víz sűrűsége. Korábbi tanulmányokból ismert, hogy a fenék-csúsztatófeszültség és a mederfenéken kialakuló turbulens kinetikai energia mértéke között lineáris kapcsolat áll fenn (Soulsby és Dyer, 1981). Az arányossági tényező Cj ''•0,19 (Stapleton és Huntley, 1995). A turbulens kinetikai energia (TKE ) mértéke a sebességkomponensek turbulens fluktuációjából számítható: így \Tb\ = CipE (6) Létezik továbbá egy alternatív formula is, mely kizárólag a függőleges irányú sebesség fluktuációjából származtatja a fenék-csúsztatófeszültséget (Soulsby és Dyer, 1981): \Tb\ = (7) ahol az arányossági tényező konstans Cl . Hullámzások keltette turbulencia hatására kialakuló fenék-csúsztatófeszültség növekmény számítása esetén azonban ezek a számítások nem triviálisak, hiszen az á- ramlás iránya időben változó, továbbá a fő áramlási i- rány sem egyértelmű (pl. jelen tanulmány esetén, a mérések sarkantyúk közti limányban történtek, ahol a nyugalmi állapotban megjelenő áramlási sebességek jelentősen kisebbek a főmedrinél, így a hullámzás hatására kialakuló, partra merőleges áramlási irány volt a mértékadó). A fenti módszerek alkalmazhatósága ily módon nem egyértelmű, így egy negyedik számítási eljárást is teszteltünk, mely kifejezetten hullámzási paraméterek alapján becsli a fenék-csúsztatófeszültség értékét (Jonsson, 1966) T? = \pfKvJ (8) fw a hullám súrlódási tényező (Pleskachevsky, 2005): (9) ahol a maximális orbitális sebesség a mederfenéken, továbbá .-f = M 2 nr (10) Ez a módszer a vizsgált időintervallum alatt megjelenő legnagyobb feszültség értékét adja meg. 5. LSPIV Az LSPIV egy modern, fejlődésben lévő mérési-adatfeldolgozási módszer, mellyel videofelvételek alapján van lehetőség kétdimenziós felszíni áramlási sebességmezők számítására (pl. Musté et al., 2008). A módszer elsősorban vízhozam becslésre lett kifejlesztve, és sok szempontból jobb alternatívát jelent a klasszikus mérési eljárásokhoz képest (gyorsabb, olcsóbb). Az LSPIV az egymást követő képkockákon keres jól beazonosítató foltokat vagy mintázatokat, melyek elmozdulását képes számszerűsíteni, így az egyes képkockák közt eltelt idő ismeretében számítható azok sebessége is. A módszer e- reje gyorsaságában és egyszerűségében rejlik, terepi alkalmazásához mindössze egy videokamera szükséges. Az adatfeldolgozás során a felvételeket képkockákra bontottuk, majd a szoftver (Jodeau et al., 2013) a terepi mérések során rögzített referenciapontok alapján elvégzi a szükséges transzformációkat, hogy a vízfelszínre merőleges felülnézeti képet kapjunk: _ «í* + Q3.V + a3z + a4 c±x + c2y+caz+1 nn btx+bsy+b2z + bA ; 1 ~ ctx + cty+ caz +1 ahol Ü.ß koordináták a kép vonatkoztatási rendszerében (pixelben) és [-V, V, z] valós koordináták (méterben). A képek transzformációját követően néhány számítási paraméter beállítása szükséges. Ezen paraméterek definiálása jelentős hatással van a későbbi eredmények minőségére.- Vizsgálati cella (interrogation area - JA) mérete: annak a négyzetnek a területe [pixel2] amelyen belül a követni kívánt foltot/mintázatot keresi a program.- Keresési téglalap méretei (search area —SA): azon téglalap oldalainak az IA középpontjától pixelben mért távolsága, melyben az algoritmus a következő időlépéshez tartozó képen keresi az IA-ban felismert mintázatot.- Időlépés nagysága (&JL): két képkocka rögzítése közt eltelt idő. Az elmozdulások meghatározását követően ez alapján kerülnek számításra a sebességvektorok. A fenti paraméterek beállítását követően egy rácshálót definiálunk a vizsgálni kívánt területre, melynek minden rácspontja egy IA középpontja lesz. Ezt követően a szoftver minden képkocka, minden pontjának IA-ja és az azt
