Hidrológiai tájékoztató, 2013
DIPLOMAMUNKA PÁLYÁZATOK - Kéri Barbara: A hajózás hatásai egy sarkantyúkkal szabályozott folyószakasz áramlási viszonyaira
A hajózás hatásai egy sarkantyúkkal szabályozott folyószakasz áramlási viszonyaira* KÉRI BARBARA A diplomamunka a hajózás hatásait vizsgálja egy sarkantyúkkal szabályozott folyószakasz áramlási viszonyaira. Bevezetés, cél Sarkantyúkat hagyományosan a hajózásnak megfelelő vízmélység kikényszerítése érdekében építenek, miközben belátható, hogy a hajózásnak a sarkantyúk közti területre visszahatása van, végeredményben tehát egy bonyolult kölcsönhatás-mechanizmus alakul ki. A magyar Duna-szakasznak, ami része a hetedik európai közlekedési folyosónak, nagy a hajózási jelentősége, azonban több helyen nehezíti a hajózást az, hogy a 25 dm-es merülési mélységhez szükséges vízmélység kisvízi viszonyok mellett nincs meg. Kihasználva, hogy a hollandiai Waal folyó (a Rajna egyik ága), a Dunával azonos hajóút kategóriába esik, a Delfti Műszaki Egyetemen folytatott kutatásaimat erre a folyóra, mint itthon is hasznosítható esettanulmányra összpontosítottam. A munka során több részkérdésre is kerestem a választ, amelyek köre röviden így fogalmazható meg: Milyen hatásai vannak a folyami hajózásnak a hidromor- fológiára? Módszer A fenti kérdésre két módon kerestem a választ: fizikai alapon nyugvó egyszerűbb analitikus illetve bonyolultabb 2D numerikus áramlási modell segítségével is vizsgáltam. Először a tolóhajók által kifejtett fenékcsúsztatófeszültség változásokat, illetve azok hatását elemeztem a sarkantyúk közötti területekre. A tolóhajók főként az elsődleges hullámokkal okoznak változásokat a fenék-csúsztatófeszültség eloszlásában, elsősorban eróziót a sarkantyúk közötti terület sodorvonalhoz közelebbi felén. Az alapul vett fizikai modellvizsgálatok azt az eredményt mutatták, hogy a legnagyobb áramlási sebességek a sarkantyúk alvízén jelentek meg, miután a hajó elhagyta a területet. Nagyobb vízhozamok esetén a hajózás hatása kisebb, míg a hat bárkás tolatmányok valószínűleg nagyobb és mélyebb kopolyákat fognak eredményezni. A kétdimenziós numerikus modellt (FINEL2D) a Svasek Hydrualics bocsátotta a rendelkezésemre, amely egy végeselemes program, amely a mélység-integrált sekély vízi egyenleteket oldja meg nem-strukturált hálón. Több modulja is létezik, amelyek a hidrodinamika, hordalékszállítás és hidromorfológia, valamint hajómozgás területén felmerülő feladatokat is képesek modellezni, azonban egyelőre nem mind működik párhuzamosan. Eredmények A különböző hajójellemzők változtatásának fenékcsúsztatófeszültségre kifejtett hatását szintén vizsgáltam. Itt azt az eredményt kaptam, hogy legnagyobb hatása a vizsgált jellemzők közül a hajó szélességének, és a hajó merülési mélységének van, ehhez képest a hajó sebességének és a sarkantyúk valamint a hajó közti távolságnak hatása mérsékeltebb, a hajóhosszának pedig elenyésző. Az áramlási modellen túlmenően a morfológiai változások becslésére alkalmas modul felállítása szintén nagyon hasznos lenne, mivel a fenék-csúsztatófeszültség csupán kvalitatív eredményeket szolgáltat, míg a hordalékmozgás vizsgálata a hidrodinamikai viszonyok létrehozta mederváltozások közvetlen számítását tenné lehetővé. A FINEL2D szoftvernek a hajómozgás által okozott hidrodinamikai folyamatok reprodukálására való képességét bizonyítottam. Ugyan a FINEL2D csak az advektív gyorsulást leíró tagokat tartalmazza, így a (turbulens) viszkozitás hatása legfeljebb az advekció közelítő megoldását terhelő numerikus viszkozitással kerülhet ennek az erős turbulenciájú folyamatnak a számításába, a modell kielégítő egyezést mutatott a korábbi kisminta-modelleredményekkel. Következtetések, ajánlások Általánosságban a fenékcsúsztató-feszültségek nőnek a sarkantyúmezőn, amikor egy hajó elhalad a sarkantyúk mellett. A különböző hajóméreteknek bizony nagy hatásai lehetnek, illetve a FINEL2D képes a hajómozgás okozta hidrodinamikai folyamatok reprodukálására. A későbbiekben magán a Dunán is végzendőek ilyen irányú vizsgálatok. Ezekhez szükség van valós mérési adatokra. A numerikus modell kiválasztásakor a következő ajánlásokat fogalmaztam meg:- Egy kevésbé robosztus, turbulencia modellt használó numerikus megoldóval is kellene hasonló vizsgálatokat folytatni- 3D-s modellt használata is hasznos lenne- Más alakú, elhelyezkedésű sarkantyúkat beépíteni, illetve több hajót egyszerre modellezni Összefoglalás Diplomamunkámban részletesen kitértem a sarkantyúk áramlásra kifejtett hatásaira illetve a hajózás által okozott hatásokra. Ezen belül a Verheij és Vermeer által 1987-ben végzett kisminta modellezés eredményeit is leírtam, melyre aztán a numerikus modellt alapoztam. Ismertettem a felhasznált numerikus modellt, a modell felállítását, a kalibrálást és validálást, mely során kiválasztott pontokban a numerikus modell vízszintsüllye- désre és legnagyobb előforduló sebességre adott eredmé* A 2012. évi Lászlóffy Woldemár diplomamunka pályázaton MSc kategóriában III. díjat és Mosonyi Emil különdíjat nyert diplomamunka kivonata. 27
