Hidrológiai Közlöny, 2015 (95. évfolyam)
2015 / 1. szám - Baranya Sándor - Józsa János - Török Gergely T. - Kondor Gergely - Ficsor Johanna - Mohácsiné Simon Gabriella - Habersack, Helmut - Haimann, Marlene - Riegler, Angelika - Liedermann, Marcel - Hengl, Michael: A Duna hordalékvizsgálatai a SEDDON osztrák-magyar együttműködési projekt keretében
44 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2015. 95. ÉVF. 1. SZ változékonyság meghatározása. A közös mérések során, a műszerek összehangolásában szerzett tapasztalatok alapján mérési protokollok és kézikönyvek kerültek kidolgozásra. 4. Numerikus hordaléktranszport-modellezés A terepi mérések során a hordaléktranszport jellemző paraméterei a műszeres mérés és mintavételezés szűk időszakára és környezetére határozhatóak csak meg. A hordalékjellemzők térbeli és időbeli kiterjesztésére a számítógépes modellezés ad lehetőséget, aminek a vizsgált mintaterületek térségében való, ésszerű megbízhatóságú alkalmazhatóságát korábbi projektek külön-külön már igazolták (pl. Baranya és Józsa, 2006; Baranya et al., 2008; Habersack et al. 2008). Jelen projekt során lehetőség nyílt az eltérő modellek összehasonlítására és együttes alkalmazásukra. A modellek mindkét Duna-szakaszra - tehát Ausztriában és Magyarországon is - alkalmazásra kerültek. Ezeken a szakaszokon hasonló, morfodinamikai szempontból problémás jelenségek adódnak, mint például a medermélyülés, azonban a szakaszok eltérő hordalékjellemzőkkel bírnak, mint pl. különböző mederanyag (az osztrák mintaszakaszon a kavics, a magyar területen a homokos kavics dominál), amelyek a modellezés szempontjából különböző eljárások és korlátozások alkalmazását indokolták. A projekt 2. munkacsomagjában („hordaléktranszport-monitoring”) elvégzett mérésekből származó hordalékjellemzők szolgáltatták a modellek paraméterezéséhez, valamint kalibrálásához és validálásá- hoz szükséges adatokat. A hidrodinamikai és hordaléktranszport-modellezéshez a projektpartnerek különböző numerikus modelleket használtak. A MIKE 11 modell (DH1 2009) egy 1D hidrodinamikai modell, amit a projekt keretében az ÉDUVÍZ1G szerzett be és alkalmazott. Az 1D modell alacsonyabb számítási igényéből adódóan (vagyis relatíve nagy számítási sebesség) alkalmas lehet a hosszabb folyószakaszokra kiterjedő (akár több száz km) és hosszabb időszakot átfogó (több év) vizsgálatokra, jóllehet a modell által alkalmazott egyszerűsítések miatt, elsősorban aggregált mederfejlődési tendenciák kimutatására használható. Finomabb tér- (folyószakasz-, műtárgy-lépték) és időléptékű morfodinamikai folyamatok számítására bonyolultabb leírást adó 2- és 3D modelleket alkalmazunk. Jelen projektben a részletes vizsgálatok a SSIIM 3D numerikus modell (Olsen 2013) segítségével (BME) , illetve a BOKU által használt 2D/3D iSed szoftverrel kerültek végrehajtásra (Tritthart et al. 2009, Tritthart et al 2011). Az iSed numerikus hordaléktranszport-modell önmagában nem számolja a hidrodinamikai jellemzőket, ezért szükséges annak hidrodinamikai modellel való összekapcsolása. A MIKE 11 és a SSIIM hordaléktranszport-modellek tartalmaznak hidrodinamikai modult az áramlási mező és a fenék- csúsztató-feszültség meghatározására. Az iSed és SSIIM modellek a lebegtetett- és görgetett hordaléktranszport számítását különválasztva végzik. A MIKE 11 modellben a lebegtetett és görgetett hordaléktranszport számítására több formula alkalmazására van lehetőség, amelyek a két folyamatot külön-külön, vagy egyben kezelik. Az 1. táblázat mutatja be a projektben használt szoftvercsomagok legfontosabb jellemzőit. A numerikus modellek alkalmazásával közelebb kerülünk a morfodinamikai folyamatok jobb megértéséhez, és segítségükkel olyan állapotokra is tudunk szimulációt végezni, amelyekre nem állnak rendelkezésre mérési adatok. I- lyen eset lehet pl. az egyáltalán nem, vagy nehezen mérhető zónákra jellemző hordalékvándorlás feltárása, vagy tervezett beavatkozások hatására bekövetkező hidro- és morfodinamikai változások előrejelzése. A körültekintően elvégzett számítógépes vizsgálatok eredményei így közvetlenül hozzá tudnak járulni a folyami hordalék-gazdálkodás fejlesztéséhez. 1. táblázat - A projekt során alkalmazott szoftverek összehasonlítása Szoftvercsomag Paraméterek MIKE n iSed SSIIM Lebegtetett hordalék Ashida & Nfichiue Konvekciós-diffúziós egyenlet Konvekciós-diffúziós egyenlet Közelítő formulák Engelund&fredsoe Lane-Kalinske Van Rijn Görgetett hordalék Ashida & Mchiue Meyer-Peter & Muller Van Rijn Közelítő formulák Ashida, Takahashi & Mizuyama Van Rijn Einstein Engelund & Fredsoe Egiazaroff Wilcock & Crowe Meyer-Peter & Müller Hunziker Engelund & Hansen Sato, Kikkawa & Ashida Ackers & White Van Rijn Teljés hordaléktranszport Ackers & White Közelítő formulák Engelund & Hansen Smart & Jaeggi Szemösszetétel frakcióinak száma (Felső korlát; Korlátlan)) K [k |k Mederfenék rétegzettsége Rétegek száma(Korlátlan] K K 3 Kiülepedés okozta réteg kialakulásának figyelembevétele X x Térdíszkretizáció FOM/FEM/FVIV^D |v |v Grafikus megjelenítési opciók Helyszínrajz Hossz-szelvény Keresztmetszet X X X X X X X X X FDM ffl Finite Differenzen MethodefEM 0 Finite Elemente MethodefVM 0 Finite Volumen Methode 7. ábra - Modellezett fajlagos görgetett hordalékhozam eloszlása a magyar vizsgált szakaszon (Q = 3200 m/s ) 8. ábra - Modellezett görgetett hordalékhozam eloszlása az osztrák projektszakaszon (Q = 3020 m3/s) A projekt keretében elvégzett szimulációkból a 7. és 8. ábrák a 3D modellekkel vizsgált folyószakaszok egy-egy eredménymezőjét mutatják be. A modellvizsgálatok során előállítottuk az osztrák és magyar projektterületekre vonatkozó fajlagos görgetett hordalékhozamának eloszlását. A modellezést egymáshoz közeli vízhozamoknál végeztük el (3200 m3/s a magyar szakaszon és 3020 m3/s az osztrák szakaszon).
