Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 1. szám - SZAKCIKKEK - Kozák Miklós: Vízlépcsők üzembe helyezése utáni rendellenességek, okaik, elhárításuk és tanulságaik
10 Hidrológiai Közlöny 2018. 98. évf. 1. sz. rési adatok ismeretében a Vízépítési Tanszéket az alábbi kérdésekkel kereste fel: 1) az erőmű öblözetének süllyedése és az alvíz utáni erózió miért alakulhatott ki; 2) a mélyedés feltöltése megfelelő lesz-e; és 3) a vízlépcső biztonságos üzemeltetését milyen rekonstrukcióval lehet elérni. A válaszokra a helyzetet, tervet és a medererózió okait kellett elemezni. 4. ábra. A forgó által erodált meder mélységi rétegvonalas ábrája - a duzzasztómű felőli nézet- (VITUK11974-es mérése alapján) Figure 4. Depth contour lines of the vortex eroded riverbed (VITUKI measurement in 1974) mJSULzI ül u. Jd w-----ss~ 35-----55 Jő— 20 •0 Iff 5. ábra. Keresztszelvény az erózió legmélyebb helyén Figure 5. Cross section at the deepest location of the erosion Az erózió okai a felmérésekből és a terv elemzése alapján, a következő okokkal magyarázható. A vízerőtelep alvízi öblözetének vonalvezetése nem optimális. Az 1. képen is jól látható, hogy az alvíz vonalvezetése hamar beszűkíti az öblözetet, mert belelóg az intenzív áramlás térségébe. Az alvízi öblözet beszűkítését ajánlatosabb minél távolabbra helyezni a fő műtárgytól, de a forgó okozta kimélyülés, alluviális medrekben kialakuló aszimmetrikus áramlások esetében - a meder védelme nélkül - nem kerülhető el. A vízerőtelep aszimmetrikus elhelyezkedése, az ezzel járó egyenlőtlen sebességeloszlású áramlás, és az alvízi öblözet kialakítása elősegítette, hogy az alvízben egy nagyméretű függőleges tengelyű hosszú forgó alakuljon ki. Ez hozta létre az erózió egyik alapvető feltételét. A medererózió másik oka a mederfenék durva kőterítékes burkolatának és a rézsűlábazatának, nem megfelelő ágyazat. A terveken be van jelölve egy ismeretlen szerkezetű ágyazat, a tervező azt mondta, hogy a burkolat és a rézsű lábazat durva kőterítését egyrétegű ágyazatra terítették rá. Minden esetre a medermélyülés oka döntően, az aszimmetrikus áramlás mellett, a kőszórás és a partburkolat alatti nem megfelelő szűrő-védő ágyazat kialakítása és az alvízi medernek az utófenékhez történő nem megfelelő áramlástani kapcsolata lehetett. Csúcsüzem idején a turbinákból az alvízbe áramló nagysebességű (kb. 2,5 m/s) aszimmetrikus áramlás elérve a kőburkolatot, a kövek közötti hézagokon keresztül kialakult örvénylések szinte akadálytalanul hatolhattak le a fmomszemcsés mederanyagig, melyet fokozatosan megbontottak. Az intenzív örvénylés hatására felgyorsult a homokos altalaj eróziója és a kövek fokozatosan lesüllyedtek, ill. helyzetük átrendeződött. A forgó térségében a védtelen mederanyag (finom homok) természetesen erodálódott, az új áramlási viszonyoknak megfelelően. Hiba volt, hogy a kőszórás alatt nem volt többrétegű szűrő-védő ágyazat (ennek igazolását ld. később). Ezen kívül, az erőtelep utáni mederfenék szintjét is, legalább 1-2 méterrel mélyebbre lehetett volna tervezni (ld. később). A partvonalnak a kisminta kísérletekkel javasolt kialakítása is elősegítette a nagyméretű forgót, és fokozatos közeledését a műtárgyhoz. Az alvízi öblözet áramlástani- lag helyes kialakítása, növelte volna az erőmű hatásfokát is. Végül az eróziót segítő hatás a sebességek igen gyors, helyi- és idő menti változása is, mert csúcsüzemkor, a szívócsőből nagysebességgel (kb. 3 m/s) az alvíz felé áramló víz erózió képessége jelentősen (felére) csökkenthető lett volna, ha az alvízi meder mélyebb és a turbina szívócsövéből kiáramló víz áramvonalasán, és nem iránytöréssel áramlik tovább az alvízi mederbe. (3. ábra) Erre a kisminta kísérleteknél kellett volna javaslatot tenni (1. később). A tervező ezért nem felelős. A MEDERERÓZIÓ MEGÁLLÍTÁSA ÉS STABILIZÁLÁSA A tervezők elképzelése az volt, hogy az egész erodált területet feltöltik, (ld. a 4. ábrán a tervezett mederfenék feltöltést), ami igen költséges és megint bizonytalanná válhat a meder stabilitása, mert a forgó azt újból erodálja. De az erodált forgó sem hagyható védelem nélkül, mert annak helyzete - a változó áramlási körülmények következtében — idővel vándorolhat. Az erőmű és duzzasztómű biztonságos üzemeltetésére, a burkolat, illetve a kőszórás pótlására, a feltöltés helyett a következőkben állapodtunk meg. A kimélyülést nem kell feltölteni (Kozák és Sabathiel 1978) , mert az abban tározott nagytömegű víztest, hatékonyabban csökkenti a turbinákból kiáramló nagysebességű áramlást, melyet egyenletesebb sebességeloszlással továbbít az alvíz felé. Emellett, a feltöltés költséges és az alább javasolt megoldás megbízhatóbb. A kimélyült eróziós felületre előbb, egy 30 cm vastagságú sóder, majd erre 20 cm vastagságú durva (5-10 cm) zúzott kőszórás leterítésében állapodtunk meg. A kivitelező feladata a terítések egyenletes vastagságának biztosítása, amit a kimélyülés legmélyebb pontjától kell indítani. Végül 1 méter vastagságú durva kőszórás, legyen a fedőréteg. A munkálatokat így hajtották végre, a meder az óta is stabil. Újabb eróziót már évtizedek óta nem észleltek, amit a VITUKI rendszeres évenkénti felmérései is igazoltak (6. ábra). A rekonstrukció utáni mederfelmérések is azt igazolták, hogy a rekonstrukciót feltöltés nélkül hajtották végre, és az alvízi meder lényegében már 40 éve stabil. (A pár dm-es mélységi eltérésnél vegyük figyelembe a kőhányás köveinek méretét). A többrétegű ágyazat mederstabilizáló hatása növelhető, ha a kőterítés hézagaiba kevés durva zúzott (5-10 cm) követ szórunk, és így a kövek hézagaiba besüllyedve már itt megkezdődik az örvények diszperziója. Alluviális medreknél ajánlatos, hogy a meder stabilitását hosszirányban is biztosítsuk, amit a kőszórás után, előbb egy kb. 10 m hosszú zúzott kőterítéssel, majd egy 10 m hosszon közvetlenül, sóderterítéssel lehet elérni.
