Hidrológiai tájékoztató, 2004

DIPLOMAMUNKA PÁLYÁZATOK - Ficsor Johanna: Az árvíz-levezetési viszonyok vizsgálata numerikus modellezéssel a Tiszán, a Vezsenyi-kanyar térségében

VITUKI Rt. egydimenziós numerikus modellkísérletet végzett az árhullámok levonulásának, különös tekintettel az árvízi vízszintek emelkedésének vizsgálatára a Tisza 164+772 - 400+700 fkm szakaszán. Az Észak-dunántúli Vízügyi Igazgatóság a nicki hidraulikus mozgómedrü kisminta-telepén a Szolnok alatti, mintegy 30 km-es folyószakasz nagyízi lefolyás-vizsgálatát végezte el. Tanszékünkön pedig kétdimenziós numerikus modellezés folyt a különböző árvízi események elemzésére, az árhullámok levonulásának 2D-s vizsgálatára, az itt kifejlesztett SWAN kétdimenziós numerikus modell segítségével. A diplomamunkám során a Tisza 297 és 318 fkm közötti szakaszának áramlási viszonyait vizsgáltam, bekapcsolódva a tanszéken folyó modellezési munkákba. Az alkalmazott modell a hidrodinamikai folyamatokat az ún. sekélyvízi áramlások parciális differenciál egyenleteivel írja le, a fenékcsúsztató feszültség meghatározására a Manning-féle kvadratikus képletet használva. Hidrosztatikus nyomáseloszlást és áramló vízmozgást feltételez, ezért használata nem ajánlott vízmélység-léptékű folyamatok, sűrűségkülönbségből adódó erősen rétegzett áramlások vizsgálatánál és olyan helyzetekben, ahol jelentős függőleges gyorsulás lép fel. A véges-differencia elvű modell egy irányonként azonos méretű cellákból álló derékszögű rácsháló alapú digitális terepmodellel dolgozik. E rácsháló minden rácsponti értéke a saját, cella nagyságú környezetét jellemzi. A modell ezekben a rácspontokban, diszkrét időlépésekben számítja a vízmélységeket és a fajlagos vízhozamok térés időbeni alakulását. Folyószakaszok permanens áramképének előállításához legalább egy-egy nyitott peremfeltétel megadása szükséges, a befolyási és a kifolyási szelvényben. (A befolyási szelvénynél vízhozam-, a kifolyási szelvénynél vízszint-típusú peremfeltételeket írunk elő.) A sekélyvízi egyenletek megoldásaként adódó vízmélység és sebességmező alapján számos, a folyamat dinamikáját mértékadóan jellemző paraméter (vízfelszín, fajlagos vízhozam) területi eloszlásának becslésére (térképezésére), továbbá egy-egy pontjában való időbeni alakulásának nyomon követésére van lehetőleg. A számítás köztes eredményeinek eltárolásával - a vízmélység és a fajlagos vízhozam rácshálójának megadott gyakorisággal történő kiíratásával -mód nyílik a számítás későbbi folytatására, a modell visszajátszására is. A modell a vizsgált folyamat jellemzőinek különkülön vagy együttesen történő grafikus megjelenítésére számos jól értelmezhető módozatot kínál (skalár jellegű értékek színskálás vagy izovonalas, vektormennyiségek vektormezős ábrázolása, mindezek tetszőleges kombinációja), ezen túlmenően a rácsháló-alapú modell adatkezelése módot ad táblázatkezelő és térinformatikai alkalmazások lehetőségeinek kiaknázására, mind a bemenő alapadat-mezők fogadására, mind a számítási eredmények mezőinek kiírására. A modell-előkészítés során a rendelkezésre álló digitális terepmodellt a modellezés számára megfelelő felbontásúvá kellett alakítani, vízhozam, vízállás adatokból peremtérképet, a vektoros területhasználati térképből attribútum-térkép kellett előállítani. Ezt követően került sor a modell kalibrálására, amely a simasági tényezők, és az alsó peremfeltétel értékének meghatározását jelentette. A paraméterek beállításához érzékenység-vizsgálatot végeztem, melyben az értékek megváltoztatásának a felszíngörbe alakulására gyakorolt hatását vizsgáltam. Ennek eredményei alapján meghatároztam a megfelelő érdességi értékeket, és alvízszintet, mellyel a modell visszaadja a 2000. áprilisi vízállásokat a területen fekvő Martfűi, és a martűi révnél lévő vízmércékre vonatkozóan. A modell lehetőséget ad a vizsgált állapot térbeli (2D-s) elemzésére, a kialakult vízszintek, sebességviszonyok bemutatására. Az így kalibrált modellel különböző, az árvízi levezető-képesség javítását célzó beavatkozási változat hatásának vizsgálatára nyílt mód. A vizsgált változatok a helyi vízügyi igazgatóságtól kapott adatok alapján kerültek kialakításra, és a lehetőségekhez mérten összhangban voltak a fizikai modellezés során vizsgáltakkal. A vizsgálandó változatok között olyan is volt, aminek a futtatása a rendelkezésre álló modelltartományban nem adott elfogadható és értékelhető eredményt. Dolgozatomban végül négy, jellegében különböző változat értékelését tettem meg. Az egyik változatban egy árapasztó sáv került kialakításra Vezseny keleti határában, egy másik esetben a község nyugati oldalán egy átmetszés beépítésére került sor. Vizsgáltam még a területen lévő nyárigát megszüntetésének, és végül a főmeder mentén húzódó galériaerdff kiirtásának hatását. A Vezsenytől keletre kialakított árapasztó sáv - ami a nyárigáttal védett területen, a nyárigát két helyen történő megbontásával, tereprendezéssel 600-700 m szélességben került kialakításra - és a nyárigát elbontása nem hoztt jelentős csökkenést a vízszintek alakulásában. A Vezseny alatt (~313 fkm alatt) az eltérés mmnagyságrendű, a vizsgálati terület felső szakaszán 1 -2 cm között adódott. A nyárigát-elbontás csekély vízszintcsökkentő hatásának az lehet a magyarázata, hogy a nyárigát azon részein, ahol a gát vonala az áramlásra merőlegesen húzódik, a vizsgált 2700 m

3/s vízhozam esetén a vízszint a gátkorona felett 1.5-2 m-el alakul ki, számottevő vízmozgással. A nyárigát középső szakaszán a korona feletti vízszint jóval kisebb, 0.5 m körüli, de ezen a szakaszon a gát vonala az áramlási iránnyal párhuzamos, ezért a gátkorona feletti vízcsere nem jelentős. A másik két beavatkozásnál - a falutól nyugatra kialakított átvágásnk\, valamint a galériaerdff megszüntetésénél - hasonló, cm nagyságrendű eltérések alakultak ki az alapállapothoz képest. A 313 és 303 fkm szelvények között a különbség egységesen 7-10 cm között volt, a 313 fkm feletti szakaszon azonban a két változat között is volt némi eltérés. Az átvágás beépítése esetén az alapesettel közel azonos eséssel futó felszíngörbe alakult ki, annál kb. 20 cm-el alacsonyabb vízfelszínnel, a galériaerdő megszüntetése esetén pedig a felszíngörbe az alapesettől 20 - 30 cm-es eltérést mutatott és a felső szakaszon meredekségében is eltért attól (1. ábra). Annak elemzésére, hogy a beavatkozás hatása hol számottevő, meredekség vizsgálatot végeztem a kialakult felszíngörbékre. Megvizsgáltam a felszíngörbék meredekségének az alapállapottól való eltérését. A vizsgált 16