A magyarországi Tisza egy reprezentatív szakaszának hidromorfológiai jellemzése

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar A magyarországi Tisza egy reprezentatív szakaszának hidromorfológiai jellemzése Tudományos Diákköri Konferencia Készítette: Sági Rajmund, Infrastruktúra-építőmérnök MS.c. hallgató Konzulens: Dr. Baranya Sándor, okl. mérnök, egyetemi adjunktus Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék Budapest, november

2 Tartalmi kivonat A TDK dolgozatomban a Tisza folyó Mindszent alatti szakaszának hidromorfológiai állapotjellemzésével foglalkozom. A téma aktualitását az EU Víz Keretirányelvének hazai szinten való alkalmazása indokolja, melynek egyik alapfeladataként a víztestek hidromorfológiai állapotjellemzése került megfogalmazásra. Korszerű technológiával (ADCP mérőműszerrel), új mérési módszerekkel részletes áramlás (sebesség, vízhozam)- és morfológiai (medergeometria, lebegtetett és görgetett hordalék, valamint mederanyag) felmérések és mintavételek felhasználásával hidrodinamikai és hidromorfológiai paraméter-eloszlás számítását és ábrázolását készítem el. A függély menti sebességeloszlások és hordaléktöménység mérési adatok, valamint a hordalékminták szemeloszlási görbéinek felhasználásával a Tisza folyó görgetett és lebegtetett hordalékszállítását kívánom meghatározni a mért vízjárási tartományban. A hosszirányban végrehajtott mozgó hajós ADCP mélységmérések segítségével és a folyószakaszon vett mederminták szemeloszlási görbéinek felhasználásával számítom a folyószakaszon található mederformák alaktani és morfológiai jellemzőit. A korábban már felmért adatok segítségével a hidromorfológiai és környezeti paraméterek időbeli változásának követését is célom bemutatni. A TDK dolgozatom alapul szolgál majd egy numerikus hidrodinamikai és hordaléktranszport modell bearányosításához és paraméterezéséhez, ezáltal kellően megbízhatóvá téve a modellt a vele történő kanyarulatfejlődés és medervándorlási folyamatok előrejelzésére és számszerű becslésére.

3 KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS Köszönetemet fejezem ki Dr. Baranya Sándor Ph.D. okl. mérnök, a Budapesti Műszaki Egyetem adjunktusának, aki konzulensemként végig irányította és segítette a TDK dolgozatom eredményes elkészítését és Dr. Józsa Jánosnak, a BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszékének tanszékvezetőjének aki nagyban hozzájárult a mérések megvalósulásához, valamint Dr. Kozák Péter Ph.D. okl. mérnök, az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság igazgatójának, aki mind anyagi támogatással, mind az ATIKÖVIZIG szakembereinek biztosításával segítette és támogatta a terepi mérések sikeres elvégzését. Megköszönöm Édesapámnak, Sági Jánosnak, az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság Szegedi Szakaszmérnökség vezetőjének, hogy végig segítette, támogatta és irányította a terepi mérések probléma nélküli lebonyolítását, valamint munkatársainak Kohn Sándornak és Dobos Péternek a terepi mérésekben és a laboratóriumi feldolgozásban nyújtott segítségüket. Lábdy Jenőnek az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság Vízrajzi és Környezetkezelési Osztály vezetőjének, valamint munkatársainak Seres Tibornak, Juhász Tamásnak, Paku Zoltánnak és Lázár Miklósnak a terepi vízrajzos mérések és laboratóriumi feldolgozásokban nyújtott segítségüket, valamint a vízrajzi adatokat rendelkezésemre bocsájtását. Borza Tibornak az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság Árvízvédelmi és Folyószabályozási Osztály vezetőjének, valamint munkatársainak Marjanovic Dusánnak a terepi geodéziai mérésekben nyújtott segítségét, továbbá Sári Csabának és Keller Péternek a folyamos adatok és térképek rendelkezésemre bocsátását.

4 TARTALOMJEGYZÉK ELŐZMÉNYEK... 6 BEVEZETÉS A VGT VÍZTEST ÁLLAPOTÉRTÉKELÉSE ÉS A FELSZÍNI VIZEK HIDROMORFOLÓGIAI MONITORINGJA KÖZÖTTI KAPCSOLAT VIZSGÁLATI TERÜLET BEMUTATÁSA A TISZA ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE ÉS SZABÁLYOZÁSA AZ ALSÓ-TISZA JELLEMZÉSE A REFERENCIA SZAKASZ RÉSZLETES LEÍRÁSA VÉGREHAJTOTT TEREPI MÉRÉSEK, AZOK ESZKÖZEINEK ÉS MÓDSZEREINEK BEMUTATÁSA GEODÉZIAI -ÉS MEDERFELMÉRÉS Referencia völgyszelvény felvétele Mederszakasz felvétele Vízszínesés mérése VÍZHOZAM -ÉS ÁRAMLÁSMÉRÉSEK Keresztszelvényben végrehajtott ADCP mérés (vízhozammérés) Rögzített pontú ADCP mérések Mozgóhajós ADCP mérések (cikk-cakk) MORFOLÓGIAI MÉRÉSEK Lebegtetett hordalék mintavétel Mederanyag mintavétel Medervándorlás mérés Hossz-menti dűnemérés (ADCP-vel) Iszapvastagság mérés KÖRNYEZETI FELMÉRÉS MÉRÉSI ADATOK FELDOLGOZÁSA LEBEGTETETT HORDALÉK KIÉRTÉKELÉS Lebegtetett hordalék töménységének meghatározása Lebegtetett hordalék szemeloszlásának meghatározása MEDERANYAG MINTA KIÉRTÉKELÉS Mederanyag szemeloszlásának meghatározása HIDROMORFOLÓGIAI MÉRÉSEK EREDMÉNYEINEK ÉRTÉKELÉSE ÉS BEMUTATÁSA GEODÉZIAI -ÉS MEDERFELMÉRÉS EREDMÉNYEI Referencia völgyszelvény Mederszakasz Vízszínesés VÍZHOZAM -ÉS ÁRAMLÁSMÉRÉSEK EREDMÉNYEI Keresztszelvényben végrehajtott ADCP vízhozammérés Rögzített pontú ADCP mérések Mozgóhajós ADCP mérések (cikk-cakk) mérés MORFOLÓGIAI MÉRÉSEK EREDMÉNYEI Lebegtetett hordalék Mederanyag Medervándorlás Hossz-menti dűnemérés Iszapvastagság KÖRNYEZETI ÁLLAPOT JELLEMZÉS ÖSSZEFOGLALÁS... 48

5 ÁBRAJEGYZÉK KÉPJEGYZÉK TÁBLÁZATJEGYZÉK IRODALOMJEGYZÉK... 52

6 ELŐZMÉNYEK Az Európai Környezetvédelmi Ügynökség (EEA) 1998-as jelentése szerint az európai vizek általános szintje a nyolcvanas évek óta nem javult jelentősen, és első sorban a kisebb vizeket és a felszín alatti vizeket fenyegeti romlás. A 2003-ban megjelenő, a Vizek állapota Európában című kisebb összefoglaló jellegű dokumentum szerint a helyzet az előző évekhez képest jobb, a vizek védelme és minősége javuló tendenciát mutat (Nagy 2007) ban négy alkalommal (az Európai Unió Tanácsa június 25-én, a Régiók Bizottsága szeptember 19-én, a Gazdasági és Szociális Bizottság szeptember 26- án és az Európai Parlament október 23-án) szólították fel az Európai Bizottságot, hogy terjesszen elő javaslatot egy olyan Tanácsi irányelvre, amely meghatározza az európai vízpolitika kereteit december 22-én - európai vízügyi mérföldként is jegyzett /60/EC direktíva (Európai Unió Víz Keretirányelv, későbbiekben EU VKI vagy Direktíva) jogerőre emelkedett, mely a fontosabb, modern vízgazdálkodási kérdéseket tartalmazza. Fő célkitűzése Európa összes vizére vonatkozóan a 2015-ig elérendő jó állapot megvalósítása. A Víz Keretirányelv az eddigi uniós gyakorlati vízgazdálkodás területén merőben új elemeket, új megközelítést tartalmaz, minden eddiginél komplexebben kezeli a vízgyűjtő területét. Az irányelv a vízi környezet fenntartását és javítását tűzte ki célul, főként az érintett vizek minőségére irányul, de a vizek jó mennyiségi állapotára vonatkozó részleteket is tartalmaz. Alapvetően ökológiai szemléletű, ami az európai gondolkodás újirányú változását mutatja, és előmozdíthatja, illetve tovább mélyítheti a párbeszédet a mérnökök, természetvédők és a társadalom között. Az Európai Unióhoz való csatlakozásunk óta Magyarországra nézve is kötelező a Direktívában előírt feladatok végrehajtása, Magyarország - elhelyezkedése miatt - alapvetően érdekelt abban, hogy a Duna vízgyűjtőkerületben mielőbb teljesüljenek a VKI célkitűzései. A Víz Keretirányelv legfőbb célja, hogy a felszíni (folyók, patakok, tavak) és felszín alatti víztestek jó állapotba kerüljenek 2015-re. A keretirányelv szerint a jó állapot nemcsak a víz tisztaságát jelenti, hanem a vízhez kötődő élőhelyek minél zavartalanabb állapotát, illetve a megfelelő vízmennyiséget is. Amennyiben a természeti vagy a gazdasági lehetőségek nem teszik lehetővé a jó állapot megvalósítását 2015-ig, úgy a határidők a VKI által felkínált mentességek megalapozott indoklásával 2021-re, illetve 2027-re kitolhatók (következő két 6 éves ciklusba) (VKKI 2009). A VKI célok eléréséhez szükséges intézkedéseket a vízgyűjtő-gazdálkodási terv (VKI eszköze) foglalja össze, amely egy gondos és kiterjedt tervezési folyamat eredményeként született meg. A vízgyűjtő-gazdálkodási terv (továbbiakban VGT) tartalmazza az összes szükséges információt, amely a víztestekről rendelkezésre áll, az állapotértékelések eredményét, azt, hogy milyen problémák jelentkeznek a tervezési területen és ennek milyen okai azonosíthatók, továbbá, hogy milyen környezeti célokat tűzhetünk ki, és ezek eléréséhez milyen műszaki és szabályozási intézkedésekre, illetve pénzügyi támogatásokra, ösztönzőkre van szükség. A VGT elsősorban azoknak a szabályozásoknak és programoknak az összefoglalása, amelyek biztosítják a környezeti célkitűzések elérését (azaz a jó ökológiai, kémiai és mennyiségi állapot elérését)

7 A VGT nem kiviteli terv, hanem a vizek állapotát feltáró és annak jó állapot -ba hozását megalapozó koncepcionális és stratégiai terv. Célja az optimális intézkedési változatok átfogó (műszaki, szabályozási és gazdasági-társadalmi szempontú) ismertetése, amely meghatározza az intézményi feladatokat, és amely alapján folytathatók, illetve elindíthatók a megvalósítást szolgáló programok

8 BEVEZETÉS Magyarország Európai Unióhoz való csatlakozásával vállalta az Európai Unió Víz Keretirányelvéban (EU VKI, 60/2000 EC) foglalt célok megvalósítását és az ehhez szükséges intézkedések végrehajtását. A EU VKI-ben meghatározott célok eszköze az ún. vízgyűjtő-gazdálkodási tervben (VGT) megfogalmazott intézkedések, melyek alapjául a vízfolyásokat reprezentatívan jellemző víztestek állapot-meghatározása szolgál, amelyekhez 2007-től az országos monitoring hálózat szolgáltatja a megalapozást jelentő adatokat. Az állapot-meghatározásnak egyik kiemelten fontos alappillére a víztestek hidromorfológiai állapotértékelése. Ennek keretében valósult meg A magyarországi felszíni vizek hidromorfológiai monitoringjának intézményfejlesztése című pályázati projekt, mely módszertani, végrehajtási és irányítási eszközöket, illetve speciális adatbázis-hátteret és feldolgozó szoftvereket valósított meg. A projekt keretében néhány folyószakaszra elvégzett célirányos expedíciós mérésekkel lehetővé vált a víztestek hidromorfológiai állapotértékelése, mely szoros kapcsolatban van az ökoszisztémával, az ökológiai állapotértékeléssel. Jelen TDK dolgozatomban a magyarországi Tisza egy reprezentatív szakaszának (Mindszent városa alatt) hidromorfológiai állapotát és időbeli állapotváltozásának jellemzését kívánom bemutatni, alapozva a hidromorfológia című projekt 2008 novemberében és a dolgozatom keretében 2010 októberében újonnan végrehajtott expedíciós mérések (feltáró és felügyeleti monitoring) mérési adataira. A vizsgálatok során a leíró paraméterek pontbeli, hossz- és felület mentén értelmezett értékeit elemeztem, különös súlyt fektetve ez utóbbira, hiszen elsősorban a folyószakaszok teljes (nem szelvények mentén definiált) jellemzését írja elő a Víz Keretirányelv. A mérési tervek is ez alapján készültek, így a pontbeli és szelvények menti mérések mellett a teljes szakaszra kiterjedő mérések eredményeit is szeretném bemutatni. A mérési adatok célirányos feldolgozásával a mederfenék közeli áramlási paraméterekre is számszerű becslést kívánok adni, majd azok mezőszerű eloszlásait bemutatni. Korábbi szakirodalomi tanulmányokra és mérési tapasztalatokra alapozva a 2010-es expedíciós mérések alkalmával az eddigi legjobb gyakorlatot és méréstechnikát követve próbáltuk eljárni, melyeket dolgozatomban ismertetek. A korszerű technológiával (ADCP mérőműszerrel) és az új mérési módszerekkel részletes áramlás (vízsebesség, vízhozam)- és morfológiai (medergeometria, lebegtetett hordalék és mederanyag) felmérések és mintavételek felhasználásával hidrodinamikai és hidromorfológiai paraméter-eloszlás számítását és ábrázolását kívánom bemutatni. A függély menti sebességeloszlások és hordaléktöménység mérési adatok, valamint a hordalékminták szemeloszlási görbéinek felhasználásával meghatározni a Tisza folyó görgetett és lebegtetett hordalékszállítását a mért vízjárási tartományban. A kereszt- (cikk-cakk) és hosszirányban (módszertani bővítés) végrehajtott mozgó hajós ADCP áramlás és- mélységmérések segítségével, valamint a vett mederminták szemeloszlási görbéinek felhasználásával számítom a folyószakaszon található mederformák alaktani és morfológiai jellemzőit

9 Mindezzel célom bemutatni, hogy a piacon jelenleg kapható finom beállítású műszerekkel és eszközökkel ma már sokkal gyorsabb és részletesebb felmérésre és adat elemzésre vagyunk képesek, mint korábban. Az így kapott részletes mért és számított paraméter eloszlások felhasználhatók a VKI szerinti hidromorfológiai állapotértékeléshez, illetve a vízépítési tervezésekben és elemzésekben ma már elengedhetetlenül fontos, gyorsan fejlődő numerikus modellek bearányosításához és paraméterezéséhez

10 1. A VGT VÍZTEST ÁLLAPOTÉRTÉKELÉSE ÉS A FELSZÍNI VIZEK HIDROMORFOLÓGIAI MONITORINGJA KÖZÖTTI KAPCSOLAT A vízgyűjtő-gazdálkodás tervezés (VGT) tervezési folyamata többlépcsős, iteratív jellegű, ennek során össze kellett hangolni az ökológiai, műszaki, társadalmi és gazdasági szempontokat. A tervezés legfontosabb lépéseit a következő szerkezeti ábra (1. ábra) mutatja (VKKI 2009). FP FB MF MZ Hal K K K K K J M Gy R Biológiai elemek J M Gy R J M Gy R J M Gy R Fizikai-kémiai elemek Szerv. Táp. Sót. Sav. K K K K J M J M J M J M J M Gy Hidromorfológiai elemek Hossz. Duzz. Ártér Favíz. Vízj. Morf. K K K K K K J J J J Veszélyes anyagok Elsőbbs. 4 fém Jó Jó Nem Nem J R J Legrosszabb osztály Legrosszabb osztály Legrosszabb osztály Rosszabb osztály Ökológiai állapot K J M Gy R Kémiai állapot Jó Nem Víztest állapota K J M Gy R 1. ábra: A felszíni vizek hidromorfológiai állapotjellemzésének helye a VGT folyamatában

11 Mint, ahogy azt a fentebbi ábra is mutatja a tervezés első lépéseként az alapegységnek számító ún. víztestek kijelölése és a víztesthez tartozó vízgyűjtők meghatározása volt a feladat. A VKI célkitűzései szerint a között elkészítendő vízgazdálkodási tervekhez 2007-től az országos monitoring hálózat szolgáltatja a megalapozást jelentő adatokat, sőt a tervezés, majd a későbbi végrehajtás hatásvizsgálatánál is fontos a monitoringozás (víztestek általános állapotáról, az emberi hatásokkal érintett területekről, az intézkedések hatásáról, valamint ide tartozik az emberi tevékenységekre vonatkozó adatgyűjtés is) eredményeinek felhasználása. Ennek hatására valósult meg (továbbá a VKI 8. cikkelye, valamint V. melléklete is kötelezően előírja) A magyarországi felszíni vizek hidromorfológiai monitoringjának intézményfejlesztése című pályázati projekt, mely módszertani, végrehajtási és irányítási eszközöket, illetve speciális adatbázis-hátteret és feldolgozó szoftvereket valósított meg. A hidromorfológiai monitoring fő célja a hidromorfológiai és az ökológiai állapot felmérése és időbeli követése, melyet a VGT későbbi 2x6 éves ciklusának, 1-1 kiválasztott éveiben a VKI kötelezően elő is ír felügyeleti monitoring címen. Ez a cél vezérelte a mért paraméterek körének és a mérési helyeknek a kiválasztását. Ezen projekt keretében került kijelölésre és 2008 novemberében egy expedíciós mérés (feltáró monitoring) alkalmával felmérésre - a vizsgálatomat is képező -, egy, a Tisza Mindszent városa alatti reprezentatív szakasza. A dolgozatom bevezetőjében leírtak szerint ezen szakaszra végeztem el a víztest állapotértékelésének egyik alappillérét jelentő részletes hidromorfológiai állapot-és időbeli állapotváltozás jellemzést, melynek alapját a 2008-as novemberi és a dolgozatom keretében 2010 októberében újonnan végrehajtott expedíciós mérések ( felügyeleti monitoring) eredményei jelentik

12 2. VIZSGÁLATI TERÜLET BEMUTATÁSA 2.1 A TISZA ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE ÉS SZABÁLYOZÁSA A Tisza a Duna leghosszabb mellékfolyója, Közép-Európa egyik legjelentősebb folyója, amely az Ukrajnában levő Máramarosi-havasokban 1886 m magasságban eredő Fekete- és Fehér-Tisza összefolyásából keletkezik, majd Szerbia területén, Titelnél torkollik a Dunába. Magyarország területének kereken a fele tartozik a Tisza vízgyűjtőjéhez, km 2, a teljes vízgyűjtője km 2. A Tisza-völgy szabályozásának munkáit 1846 nyarán kezdtek el Tiszadobnál Vásárhelyi Pál töltésezési és átvágási elgondolásai szerint, melyet hivatalosan 1908-ban nyilvánítottak késznek. Az átvágások rendszerével a Tiszaújlak és Titel közötti 1214 km hosszúságú folyószakaszt 756 km-re megrövidítették (2. ábra). 2. ábra: A Tisza hossz szelvénye a szabályozás előtt és után (Lászlóffy 1982) A megrövidített folyónak az 5/6-a régi, érintetlen folyómeder, és csak 1/6-a az ásott meder. Az átvágások leginkább enyhe hajlású ívként fejlődtek ki a nagyjából egyharmad szelvényfelülettel készített, és a víz kimosó ereje által teljes méretűre bővített vezérárkokból. A kanyarulatok, elfajult meanderek, vagy kettős kanyarodású szűrflexiók megszüntetése nemcsak a hajózást segítette, hanem a jégtorlaszok odafagyását is gátolta, illetve ki is küszöbölte. Az átvágások száma összhangban állt a szűk töltésközökkel is, hiszen az árvízi sodorvonalnak is őrányt szabó lefolyási út vonala szélesen kanyargó anyamederben nem lett volna elkészíthető. A szabályozás nagyságrendjére vonatkozó adatokat az 1. táblázat illusztrálja

13 Sorszám Az évi kisvízszint magassága m.a.f. Az esés megváltozása b:a Sági Rajmund Tudományos Diákköri Konferencia 2010 Jellegzetes szakaszokat meghatározó pontok Torkolat 69,7 előtt km után km ,9 0,0212 0,0129 0,59 Törökbecse 70,6 A tiszai átvágások és az általuk előidézett mederváltozások jellemző időszakonként összefoglalva A folyószakasz hossza Az átvágások A kisvízszín esése a szabályozás megrövidült % száma hoszsza km /91 % a % b ,5 0,0177 0,0222 1,26 Maros-torok (Szeged) ,6 0,0225 0,0293 1,30 Körös-torok (Csongrád) 75, ,6 0,0198 0,0354 1,79 Zagyva-torok (Szolnok) 78, ,5 0,0183 0,0509 2,78 Tiszaderzs 82, ,4 0,0429 0,0636 1,48 Ároktő 85, ,2 0,0511 0,0676 1,32 Sajó-torok 87, ,8 0,0157 0,0321 2,04 Bodrog-torok (Tokaj) 89, ,5 0,0515 0,0892 1,73 Csap 97, ,7 0,0482 0,0791 1,64 Szamos-torok (Vásáros- 101, ,4 0,1104 0,151 1,36 Borsa-torok (Mezővári) 108, ,1 0,3671 0,4177 1,14 Tiszaújlak 115, Forrás 168 Összesen , Megjegyzés A dunai torklat magassága adva lévén, a meder kimélyülése eséscsökkenéssel járt E szakaszok voltak legkevésbé ámegrövidíthetők átvágásokkal Nagy esésváltozások, ezért labilis meder A Sajó hordalékkúpja, ezért nagyobb esés Nagy esésváltozások, ezért a partok erősen rongálódnak A síkság pereme 1. táblázat: A tiszai átvágások és az általuk előidézett mederváltozások jellemzői időszakonként összefoglalva (Kardos et al. 1975) 2.2 AZ ALSÓ-TISZA JELLEMZÉSE A Tisza magyarországi szakaszát három részre tagolják, ebből az Alsó-Tisza megnevezés a Tiszaug - déli országhatár közötti szakaszra vonatkozik. Ezen szakasz jellemző vízhozama a csongrádi szelvényben kisvízkor 115 m 3 /s, közepes vízállásnál 550 m 3 /s (Szegednél 820 m 3 /s), árvíz idején pedig eléri a 3630 m 3 /s -ot (Szegednél), vízjátéka 10 m feletti. A folyó vízszintjének esése 2,9 cm/km, sebessége (Szentesnél) kisvízkor 0,1-0,4 m/s, középvízkor 0,6-0,9 m/s, nagyvízkor 1,5 m/s. A felsorolt értékek a Tisza ingadozó vízjárását tükrözik, az egyes hidrológiai állapotok közötti átmenet azonban lassú, amit az árvizek tartóssága is bizonyít, hiszen a kis esés miatt az egyes árhullámok utolérhetik egymást. A folyó hordalékszállítás a vízjáráshoz kötődően változik. A fenéküledék mennyisége ezredrésze a lebegtetett szállított üledéknek. Közepes vízhozam értékek mellett az alsó szakasz hordalék-töménységének sokéves átlaga 365 g/m 3 (Fiala et al. 2006). Tisza medre Kiskörétől Szegedig kanyarogva bevágódó jellegű, melynek oka, hogy bár e szakaszon esése az átvágások ellenére sem növekedett számottevően, egészen a Maros torkolatáig nem kap érdemi hordalék-utánpótlást. Medrének anyaga többnyire finomszemcsés, amelyet még a lassú folyású víz is könnyen magával ragad, így medre itt fokozatosan kimélyül, és kisvízszintje is csökken (Wikipédia: Tisza)

14 2.3 A REFERENCIA SZAKASZ RÉSZLETES LEÍRÁSA A vizsgálatomat képező, az Alsó-Tisza vidéki Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság területén elhelyezkedő referencia szakasz Mártély és Mindszent között, a mindszenti komp alatt kb. 6,5 fkm-re, a folyó fkm-re között helyezkedik el (3. ábra). 3. ábra: Részletes helyszínrajz a referencia szakaszról Mártélytól Mindszent felé ~3,5 km-t haladva, ott balra - a MOL Földgázszállító Zrt. szakaszoló állomásához vezető - burkolt útra fordulva érhető el a szelvény autóval, míg hajóval való megközelítése a mindszenti kompátkelőtől lehetséges. Maga a referencia szelvény a Tisza alatti gázátvezetés nyomvonalában, az erdőirtás sávjában, a Tisza fkm-ben helyezkedik el. A folyószakaszt hidromorfológiai jellemzés céljából azért választottuk konzulensemmel, Dr. Baranya Sándorral, mert a hidromorfológia című projekt egyik mintaszakasza volt, ezért minőségi, nyers mérési adatok álltak rendelkezésemre a 2008-as évből. A dolgozatom keretében - az ATIKÖVIZIG mérőcsoportja segítségével idén, október között, egy 2 napos mérési expedíció alkalmával újból felmérésre került az ismertetett folyószakasz egy másik vízjárási állapotban, ezáltal lehetőségem nyílt a hidromorfológiai állapotváltozás jellemzésére is

15 3. VÉGREHAJTOTT TEREPI MÉRÉSEK, AZOK ESZKÖZEINEK ÉS MÓDSZEREINEK BEMUTATÁSA E pontban kívánom bemutatni, hogy a végrehajtott mérési módszerekkel és eszközökkel milyen hidromorfológiai paraméterek mintázhatók, illetve, hogy a 2008-as és 2010-es évék terepi mérései közötti miben jártunk el másképpen. 3.1 GEODÉZIAI -ÉS MEDERFELMÉRÉS REFERENCIA VÖLGYSZELVÉNY FELVÉTELE A víztestek alaktani változásainak egy részét a geodéziai pontossággal felmért referencia szelvényben, illetve völgyszelvényben végbemenő, szelvény mentén definiált változásokkal tudjuk jellemezni. A referencia völgyszelvény (1. kép) felvétele magába foglalja mind a vízzel borított folyómedret, mind a száraz, jobb és bal parton húzódó hullámtéri részt a töltéskoronák szintjéig. A száraz parti részen a mérésnek tartalmaznia kell a jellegzetes meder -és töltéspontokat (vízszél, partél, töltésláb és töltéskorona), illetve a terepen előforduló egyéb jellegzetes tereppontokat (magaslatok, mélyedések, övzátonyok, hullámtéri csatornák, műtárgyak), míg a vízzel borított részen fel kell jegyezni a sodorvonal helyét. A hullámtéren a mért magassági pontok sűrűségét a mérést végző, míg a vízzel borított szelvényrészen a vízhozammérés során alkalmazott pontsűrűség (mintavételezési frekvencia és a hajózási sebessége függvénye) határozza meg. Bal parti hullámtér 1. kép: A referencia völgyszelvény részei Tisza középvízi medre A 2010-es mérés alkalmával - a 2008-ban használt szintezéssel történő terepmagasság meghatározás helyett - kézi RTK GPS vevőt használtunk fel. Ezen korszerű helymeghatározó technika segítségével lehetőségünk van 1-2 cm pontosságú magassági adatok mérésére a vízszintes értelmű koordináták meghatározása mellett. A műszer alkalmazásával a számunkra kellően pontos terepmagasságok meghatározása mellett időt és munkaerőt (figuránst) tudtunk spórolni, mert egy személy elegendő volt a mérések elvégzéséhez (2. kép). Az RTK GPS működésének részletesebb leírásáról bővebben pl. Fényi (2008) tanulmányában olvasható

16 RTK GPS 2. kép: Mérési eszközök ADCP által mért ksz. cellái és medergeometria A meder szelvény (referencia szelvény) felvételére, a jelenlegi vízrajzi gyakorlatban egyre szélesebb körben alkalmazott akusztikus Doppler leven működő mérőműszert használtunk fel. A műszert elsősorban térbeli sebességvektorok mérésére fejlesztették ki, azonban egy másodlagos funkciójaként mederletapogatásra is alkalmas. A keresztszelvény felmérése alatt a hajónk sebességét a Tisza akkori átlagsebessége (0,6 m/s) és 1m/s értékek között próbáltuk tartani, míg a mintavételezés frekvenciáját 1,5 Hz-re állítottuk, amiből így egy méter alatti térbeli felbontás adódik, érzékelhető tehát, hogy mind időben mind térben meglehetősen nagy pontosságú adatokat eredményez a felmérés (2. kép). A felmérés vízszintes helyzetét az ADCP műszer tengelyére helyezett RTK GPS vevő szolgáltatta. Az ADCP műszerről részletesebb leírásáról bővebb pl. Sokoray-Varga (2004) tanulmányában olvasható MEDERSZAKASZ FELVÉTELE A víztestek alaktani változásainak legtöbb részét az egy szakaszon végbemenő változások nyomon követésével tudjuk legfőképpen jellemezni, melyet a VKI is megkövetel. Egy kellő pontossággal felmért meder, majd az ebből készített medermodell alapján, a szakaszon előforduló mederalakzatok jól beazonosíthatók. A sodorvonal helyzete egyértelműen kirajzolható, és az esetleges feltöltődések, gázlós szakaszok, lokális kimélyülések is megjelennek rajta. Egy későbbi felmérés alkalmával a beazonosított mederformák fejlődésére, annak sebességére, tendenciájára lehet rámutatni, és mint ilyen különösen fontos szerepet játszik a hidromorfológiai és medermorfológiai állapotértékelésben. Az ADCP nagy előnye, hogy a gyors mérési eljárás következtében a szakasz viszonylag nagy részletességgel felmérhető és a szelvény menti adatok helyett a teljes mederfelület előállítható. Ezért egy cikk-cakk nyomvonalat követve a referencia szakasz felmérésre került, azonban a 2010-es mérés alkalmával a mérés útvonalát megváltoztattuk a 2008-as felméréshez képest. Ezt azért tettük, mert a korábbi tanlányok és elemzések rámutattak arra, hogy a partmenti ismeretlen magasságú zónák meghatározására alkalmazott interpolációs technikák sok esetben a partvonal magasságát interpolálják a sekélyebb részek magasságaihoz, ezáltal a partmenti részek hibásan, cirádásszerű kitüremkedések formájában képződnek le. Ezen interpolációs hiba kiküszöböléséhez a partvonal mentén is szükséges méréseket végezni, melyet 2010-ben helyesen végre is hajtottunk (4.ábra)

17 4. ábra: 2008-as (kék) és 2010-es (fekete) mozgójós ADCP cikk-cakk felmérés közti különbég A mérési keresztszelvényeket egymástól a vízfolyás irányra merőlegesen, m távolságokban vettünk fel, a két szelvénymérés között pedig végig a part vonala mentén haladtunk VÍZSZÍNESÉS MÉRÉSE Amellett, hogy a vízszínesés egy nagyon fontos hidrológiai paramétere az adott vízjárásnak, fontos szerepe van a feldolgozás során a felmérések helyén kialakult vízszintek pontos balti feletti magasságra való emelésében. Ismervén a Tisza nagyon kis esését, szükséges volt egy nagyobb távolságon elvégzett vízfelszín rögzítése elvégzése. Ezt úgy hajtottuk végre, hogy a mindszenti vízmércén leolvastuk a mérés kezdete előtt a vízszintet, majd a mérési szelvényben RTK GPS- szel is rögzítettük azt. A kellően nagy távolság hatására (~7 km) a GPS 1-2cm-es pontatlanságából adódó hiba elenyészővé válik, így az esés számítható. A biztonság kedvéért a mindszenti vízmércére rámérve, ellenőriztük annak 0 pontjának balti feletti magasságát is a szükséges korrigálások céljából. A mérések végeztének időpontjainak rögzítésével és a vízmérce mellett párhuzamosan működő automatikus (10 percenként rögzít) vízszintregisztráló segítségével meghatározható vált a mérés ideje alatt végbemenő vízszintváltozás is, amivel szükség esetén korrigálni lehet a kapott eredményeket. 3.2 VÍZHOZAM -ÉS ÁRAMLÁSMÉRÉSEK KERESZTSZELVÉNYBEN VÉGREHAJTOTT ADCP MÉRÉS (VÍZHOZAMMÉRÉS)

18 Ezen mérés alkalmával a szelvény-menti sebességviszonyok kerültek meghatározásra a referenciaszelvényben végrehajtott 2x oda-vissza történő keresztirányú mozgóhajós ADCP felmérés segítségével, mellyel meghatározhatóvá válik a mérésünk idején uralkodó, az adott vízjárási állapothoz tartozó vízhozam. Az ADCP műszer a meder bizonyos tartományát (műszer jelkibocsájtója alatti, közvetlen felső vízréteg, valamint a meder fenék körüli zónákat) nem képes mérni, ez az ún. vak zóna, mely rétegekre a legközelebb mért sebességadatok extrapolációja útján ad értékeket, melyekkel így már meghatározhatóvá válik a szelvényben szállított helyes vízhozam érték. A vízhozammérés alkalmával állítjuk be a későbbi ADCP-s áramlásmérésekhez is használt - a tapasztalt áramlási viszonyokhoz legjobban illeszkedő ADCP cellaméretet és mérőhajó sebességet. A cellaméretet úgy állítjuk be, hogy a műszer a felvétel során a lehető legkevesebb hibás mérési cellát jelezzen (minél kisebb cellaméretet használunk, annál részletesebb képet kapunk az áramlásról, azonban a turbulencia okozta sebesség pulzáció miatt, annál több hibás mérési cellát is kaphatunk), a hajó sebességével pedig az aktuális szelvényátlag sebességét ne lépjük túl. A hajó pozícionálása a korábban említett módón RTK GPS-szel történik, mely koordináta adatokat az ADCP az általa mért sebességadatok mellet eltárol RÖGZÍTETT PONTÚ ADCP MÉRÉSEK E mérés során a függélymenti sebességviszonyok kerültek felmérése rögzített hajó segítségével. A mérések célja az volt, hogy az adott víztest egy-egy függélyére jellemző, időben állandósult sebességeloszlást állítsuk elő. A mért sebesség idősor ismeretében előállítható a turbulens sebességprofil, számíthatók a mederre és a hosszirányú elkeveredésre jellemző paraméterek és származtatható az áramlásra jellemző turbulens energiatartalom is. Az említett adatok mellett kimérhetővé válik az esetleges csavaráramlás jelenléte is folyókanyarulatok (és folyószabályozási művek) környékén. A mérést a referencia szelvényben 5, előre rögzített helyű függélyben kellett elvégezni, továbbá a vizsgálandó szakasz elején és végén további 3-3 függélyben. A függélyeket úgy kellett a szelvényben kiosztani, hogy egy függély jusson a szelvény legmélyebb pontjába, a többit pedig ennek figyelembe vételével, lehetőség szerint egyenletesen kellett szétosztani. A mérőhajót horgonnyal kellett rögzíteni (3. kép). 3. kép: Rögzített pontú ADCP felmérés képei A mérés során alkalmazandó cellaméret cm között legyen, a szelvény átlagos vízmélységének függvényében (lehetőség szerint a legkisebb mélységű függélyben se legyen

19 5-nél kevesebb érvényes cella). A mérést egy függélyben 5 percen keresztül kellett elvégezni, mely időt a korábbi tanulmányok (Baranya et al. 2008) elegendőnek vélték ahhoz, hogy egy állandósult sebességprofil előállhasson. A függély helyét az előirányzott ± 0,5 m pontossággal, célszerűen RTK GPS-szel határoztuk meg. Az adatok tárolását minden esetben nyers mérési adatok formájában kellett megtenni MOZGÓHAJÓS ADCP MÉRÉSEK (CIKK-CAKK) Ezen mérés alkalmával a szakasz teljes sebességviszonyainak rögzítése történik meg mozgóhajós ADCP felmérés segítségével az adott vízjárási állapotra, melyet a teljes vizsgálati szakasz áramlási viszonyainak megismeréséhez kellett elvégeznünk. A rövid idejű (teljes szakaszra néhány óra alatt elvégzett) méréssel az áramlási viszonyokról egyfajta pillanatfelvételt kapunk. A mérőhajóval, kis sebességgel, parttól partig tartó cikk-cakk útvonalon jártuk be a teljes szakaszt a ban leírtak figyelembevétele szerint (4. ábra). 3.3 MORFOLÓGIAI MÉRÉSEK LEBEGTETETT HORDALÉK MINTAVÉTEL A lebegtetett hordalék mintavétel célja, hogy meghatározható legyen a folyó adott vízjárás állapotához tartozó lebegtetett hordalékhozam mennyisége. Meghatározható legyen a lebegtetett hordalék koncentráció mind szelvénymenti, mind függélymenti eloszlása, a hordalék jellemző szemeloszlása és szemcsemérete, mely jellemzőkkel kapcsolatot tudunk felállítani a részletes áramlásmérések adataival és ezek egymás közti kölcsönhatásairól következtetéseket vonhatunk le. Az áramlásmérésekkel egyidejűleg a lebegtetett hordalékminták vételét is szükséges elvégezni. Ennek azonban sok esetben eszköz- és létszámbeli akadályai vannak, mint esetünkben is. Ezért ismervén a pontbeli ADCP függélymérések koordinátáit, a második mérési napon vettünk csak lebegtetett hordalékmintákat. A két mérési nap közti vízállásváltozás mindössze 8-10 cm volt, ezért a mért adatok biztonsággal elfogadhatók. A lebegtetett hordalék mintavétel módjában is változtattunk a korábbi mintázással szemben. Ugyanis 2008-ban szivattyús mintavevő (4. kép) segítségével a rögzített pontú áramlásmérés teljes függélyében vettek 10 l-nyi lebegtetett hordalékmintát, melynek eredményeként a hordalék függély menti eloszlásáról nem kapunk képet. Ezzel szemben a 2010-es mérés alkalmával ugyanazokban a függélyekeben - a vízmélységek függvényében - eltérő függély mélységekben vettünk, egyenként 10 l-nyi lebegtetett hordalék mintát, mellyel a hordalék függélymenti eloszlásán kívül, a függélysebesség eloszlás adatainak felhasználásával függélymenti hordalékhozam előállítására is képesek vagyunk. A vett mintákat talajmechanikai laboratóriumban szükséges kiértékelni, koncentráció és szemeloszlás meghatározásával, mely adatok birtokában a teljes szelvény menti hordalékhozam is számítható

20 Szivattyús lebegtetett hordalék mintavevő 4. kép: Hordalék mintavételi eszközök Mederanyag mintavevő ( Kajmánka ) MEDERANYAG MINTAVÉTEL A mederanyag mintavételből tudjuk meghatározni a vizsgált szakaszra jellemző mederanyag szemeloszlási görbét és jellemző szemcseméreteket, melyekből következtetni lehet meder ellenállására és annak elragadható képességére. Minden olyan függélyben mederanyagot kellet venni, ahol lebegtetett hordalék mintavétel is történt (itt jegyezném meg, hogy a 2010-es mérés alkalmával a meder sodorvonalában (3. függély) nem sikerült mintát vennünk, ezért csak 4 db mederminta került elemzésre). A mederanyag mintavételt az ATIKÖVIZIG saját műhelyében, a serleges mintavevő mintájára készült mederanyag mintavevővel ( Kajmánka ) (4. kép) végeztük el. A mintavétel során 0,5-1,0 kg-nyi zavart mintát vettünk, amit a VIZIG laboratóriumában kellet kielemeznünk MEDERVÁNDORLÁS MÉRÉS Ezen mérési eljárás alkalmazásával a meder vándorlásának sebességére tudunk számszerű becslést adni az adott vízjárási állapotokban. A vizsgálathoz a rögzített pontú függélymérések adatait használtam fel a következő formában. Az ADCP áramlás- és mélységmérő műszer rendelkezik egy ún. Bottom Tracking funkcióval, mely segítségével képes a meder relatív elmozdulása alapján számítani a csónak elmozdulását (megtett útját). Laza mederben a meder (görgetett hordalék) mozgása miatt úgy érzékeli, mintha a csónak mozogna, pedig az fixen, lehorgonyozva áll. Így az ADCP által vélt elmozdulás és a mérési idő hányadosaként számítható válik az adott függélyben lévő medervándorlási sebesség HOSSZ-MENTI DŰNEMÉRÉS (ADCP-VEL) A keresztszelvény menti mederletapogatás során nem kapunk részletes képet a meder hosszmenti alaktani változékonyságáról. Az interpolációs eljárás során ugyanis a két keresztszelvény közti ismeretlen rész a szelvénypont magasságok alapján kisimítódik, holott a domború partok mentén bizonyos dűneformációkat feltételeznénk a Tisza finom