A DUNA VÍZJÁTÉKÁNAK ÉS A KÖRNYEZŐ TERÜLET TALAJVÍZSZINTJEINEK KAPCSOLATA. Mecsi József egyetemi tanár, Pannon Egyetem, Veszprém

Átírás

1 A DUNA VÍZJÁTÉKÁNAK ÉS A KÖRNYEZŐ TERÜLET TALAJVÍZSZINTJEINEK KAPCSOLATA Mecsi József egyetemi tanár, Pannon Egyetem, Veszprém mecsij@almos.uni-pannon.hu, jmecsi@gmail.com ÖSSZEFOGLALÓ A Duna illetve a nagy folyók közelségében épített építményeknél lényeges kérdésként vetődik fel, hogy milyen hatása lehet a talajvízszint időszakos változásainak az építményekre. A Duna árhullámainak jellegzetességei, szélsőségességeinek időbeli változásai különös figyelmet igényelnek. A Dunán megfigyelt minimum és maximális vízszintek között 8,0 m nagyságrendű az eltérés, ezért fontos, hogy elemezzük, hogy ennek a jelentős vízszínt változásnak - fluktuációnak, milyen kiterjedésű és mértékű hatása lehet a környező talajvízszintek és víznyomások alakulására? Milyen hatások jöhetnek létre a hirtelen bekövetkező vízszintváltozások hatására, és milyen mértékű lehet az építményekre a hosszabb időszakot is felölelő folyamatos vízszintváltozás? Van-e és milyen mértékű korreláció a folyó vízszintje és a talajvízszint között a Dunától távolodva? Milyen alapvető tendenciák érvényesülnek a folyó vízjátékában, mennyire becsülhető előre a talajvízszint változása a nagy folyók vízjátéka alapján. Kulcsszavak: Mértékadó árvízszint (MÁSZ), Duna vízszintváltozása, talajvízszint változások, Duna vízszint-talajvízszint kapcsolata. 1 BEVEZETÉS A műszaki feladatok megoldásánál alapvető jelentősége van a talajvízszintek meghatározásának, a szélső talajvízállások ismeretének, a megépült szerkezetekre ható jelentősebb víznyomások kialakulási lehetőségeinek ismeretére, az építmények szigetelési és /vagy víz-levezetési vízáramlás szabályozási rendszerének kialakításkor. A talajvízszintek változása, a változások jellege is lényeges, mert például nagyobb talajvízszint süllyedés hatására a talajtömeg belsejében fellépő függőleges önsúlyfeszültségek jelentősen megnövekedhetnek a víz felhajtó erejének megszűnésével, azaz a korábbi talajvízszint alatti talajtömeg súlyosabbá válik és nagy kiterjedésben jelentős terheléstöbbletet ad át a mélyebb talajtömegnek, ezáltal többletsüllyedéseket indukál, a talaj egyre tömörebbé válik. Különösen nagykiterjedésű építményeknél alakulhat ki az évek hosszú sora alatt jelentősebb, de egyre csökkenő intenzitású építménysüllyedés. Külön figyelmet igényel az árhullám hatása, az esetlegesen megnövekedő felhajtóerő a környező építményekre, csővezetékre. 1

2 Árvízszint mbf. Újpesti vízmérce; 1653; 104,08 Vigadó téri vízmérce 102,6 102,44 102,38 102,9 103,1 102,53 102,45 Árvízszint mbf 103,51 102,95 103,32 103,18 104,24 104,2 104,18 104,11 104,07 103,96 103,88 103,71 103,68 103,88 104,21 104,08 102,78 Csepeli vízmérce; 102,78 104,53 2. A DUNA ÁRHULLÁMAINAK HATÁSÁRA KIALAKULT ÁRVIZEK 2.1 A mértékadó árvízszintek Az 1. számú ábra mutatja be a Duna árvízszintjeit Budapest területén a fkm szelvények között. Az 1. ábrán a különböző forrásokból szerkesztett árvízszinteket ábrázoltuk. Forrásként használtuk a Budapest Csatornázása című könyv 191 oldalán található adatokat, Pécsi Márton: Budapest természeti földrajza 1959, 273 oldalán adott táblázatot, valamint az évi árvíz 150 éves évfordulójára rendezett kiállítás adatait a Bp-i Történeti Múzeumban. Ezek az adatok egységes sorozatot alkottak. A 11/2010. (IV. 28) számú KvVM rendelet melléklete a mértékadó árvízszinteket a tervezési munkákhoz adta meg, az előző értékeknél alacsonyabb szinteken. 105,0 104,5 104,0 ÁRVÍZSZINTEK A fkm SZELVÉNYEK KÖZÖTT A vízszint - esés mértéke 5,8 (6,3) cm/km A vízszint - esés mértéke 8,8 (7,4) cm/km 11/2010. (IV. 28.) KvVM rendelet a folyók mértékadó árvízszintjeiről 103,5 103,0 102,5 102, Folyamkilométer ábra 2. ábra 105,0 104,5 104,0 2. ábra ÁRVÍZSZINTEK A VIGADÓ TÉRI VÍZMÉRCÉNÉL A 100 Duna év Fővárosi szakaszán telepített vízmércék helyei 11/2010. (IV. 28.) KvVM rendelet a folyók mértékadó árvízszintjeiről 103,5 103, ,5 102, Év 2050

3 Feljegyzett árvízszint észlelések száma 50 év adőtartamban Átlagos árvízszint 50 éves időtartam alatt mbf. Részlet a KvVM rendeletből: A folyók mentén, az azokba torkolló vízfolyások, csatornák visszatöltésezett szakaszain az árvízvédelmi műveket, a folyók medrét vagy az árvízvédelmi műveket keresztező, e műveket egyéb módon érintő nyílt ártéren, hullámtéren lévő építményt, épületet, vezetéket vagy más művet, létesítményt (a továbbiakban együtt: létesítmény) a folyókra jellemző hidrológiai viszonyok alapján, az 1. mellékletben meghatározott mértékadó árvízszintek figyelembevételével kell tervezni, méretezni és megvalósítani. A 3. számú ábra a Vigadó téri vízmérce adatai alapján mutatja be az árvízszinteket az 1750 évtől kezdődően 50 éves időintervallumokban meghatározott átlagos értékekkel. Az ábra alsó részén azt is szemléltetjük, hogy hány alkalommal fordult elő 102,5 mbf. szintű 103, , , , , ,4117 vízmagasság a Duna ezen szelvényénél. 103,6 103,5 103,4 103,3 103,2 103,1 103,0 102,9 102,8 102,7 12,0 102,6 10,0 8,0 102,7 102, ,48102, , , , ,40 102,97 102,95 ÁTLAGOS ÁRVÍZSZINTEK mbf ÉSZLELÉSEK SZÁMA 103,02 103,41 Csak év időtartam 7 alatt 11 Csak 13 év időtartam alatt ,0 4,0 2,0 0,0 4 Források: Budapest Csatornázása könyv 191 oldal, Pécsi Márton: Budapest természeti földrajza 1959, 273 o. az évi árvíz 150 éves évfordulójára rendezett kiállítás a Bp-i Történeti Múzeumban. Év ábra A Vigadó téri vízmérce adatai az évek közötti 50 éves átlag árvízszintek és az előfordulási gyakoriságokkal. Megállapítható, hogy az árvizek gyakorisága az 1800-as évtől kezdődően 7-11 alkalom volt 50 éven belül. A nagyobb gyakorisághoz cm-rel alacsonyabb átlagos vízmagasság 3

4 tartozik. Figyelemreméltó, hogy évtől évig már három alkalommal volt jelentősebb árhullám igen magas vízmagassági értékekkel. A júniusi árvíz a Duna szinte teljes hazai szakaszán az elmúlt évszázad legmagasabb jégmentes vízállásai fölött tetőzött és ezzel rendkívüli kihívás elé állította a védekezést. A tetőző vízszintek Budapest fölött több deciméterrel meghaladták az mértékadó árvízszintet. (MÁSZ) Mindezen tények alapján újra át kell gondolni a MÁSZ fogalmát és szabályozási kérdéseit, a merev szabályozás feloldását a hatóságok is fontolóra vették és kutatási munkákra, részletes elemzésekre támaszkodva új szabályozást vezetnek be. Ennek megfelelően módosulhat a Mértékadó árvízszint definíciója is. Javaslat a MÁSZ értelmezésére: A mértékadó árvízszint: a mindenkori kormányzat által - a társadalmi-gazdasági lehetőségek alapján felvállalt - adott kockázati értékhez (előfordulási valószínűséghez) tartozó árvízszint. A felvállalt kockázat mérteke térben (kockáztatott érték függvényében) és időben változó. (Márfai László OVF) Az Országos Vízügyi Igazgatóság (OVF) felülvizsgálta a Duna magyarországi szakaszán a már 40 évvel ezelőtt meghatározott mértékadó árvízszinteket. Indokolta a vizsgálatokat, hogy vízjárási és medermorfológiai bizonyítékok vannak az árvíz-levonulási körülmények (meder, hullámtér, tározás) megváltozására, továbbá lehetőségként adódott, hogy fejlettebb modellezési és informatikai módszerek állnak már rendelkezésre. Az eddigi MÁSZ vízállás meghatározása statisztika alapú volt, de megállapítható, hogy az árhullám kialakulásának oka a vízfolyáson levonuló víztömeg vízhozam-idősora, melynek a vízállás csak az átfolyási szelvény által transzformált okozata, így a vízhozamokra - mint kiváltó okra - alapozott statisztika homogénebb. (Márfai László OVF) Fontos lépés, hogy a mértékadó árvízszintek meghatározásához a vízgazdálkodástudományban jelenleg rendelkezésre álló legújabb és feltehetőleg legjobb gyakorlatot felhasználva, a BME Vízgazdálkodási és Vízépítési Tanszék koordinálásával elvégezték a legfontosabb folyóink mértékadó árvízszintjeinek felülvizsgálatát. A módszertant Szilágyi József professzor dolgozta ki, a munkát Józsa János irányította és a fő megvalósító Krámer Tamás volt. Az új MÁSZ jogszabály valószínűleg a közeljövőben hatályba lép. Ezt követik majd az új árvízszinteknek megfelelő vízgazdálkodási/árvízvédelmi fejlesztések, amelyekhez nagy szükség lesz kutatás-fejlesztésre. 2.2 A Duna vízjátéka a vízállási adatok elemzése alapján A vízállási adatok eloszlása nem szimmetrikus - a magasabb vízállási adatok irányában jellemzően a Dunára- egy elnyújtott diagramot kapunk. Ez azt jelenti, hogy jellemzően az alacsonyabb vízállások dominálóak, és csak kisebb előfordulási gyakorisággal jelentkeznek a nagyobb vízállások. (4. ábra) 4

5 JANUÁR FEBRUÁR MÁRCIUS ÁPRILIS MÁJUS JÚNIUS JÚLIUS AUGUSZTUS SZEPTEMBER OKTÓBER NOVEMBER DECEMBER 95,76 95,96 96,05 95,56 95,86 95,53 95,59 95,60 95,71 95,66 95,62 95,94 Duna vízszint magasság mbf. 97,3 97,6 97,9 97,7 97,3 97,0 97,0 97,2 98,3 98,4 98,3 98,2 101,32 101,22 100,8 102,21 102,65 102,2 101,55 100,96 100,95 101,84 102,72 103,42 Gyakorisági eloszlás 0,5 m intervallumoknál % VISSZADUZZASZTÁS Vigadó téri vízmérce cm Vigadó téri vízmérce gyakorisági adatai 1970 és 2013 évek között 400 9, ,98 mbf DUNÁHOZ ÁRAMLÓ VÍZ 16,7 17,2 15,3 13,3 12,6 5 1,7 1,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 0, ,4 6, A DUNA VÍZSZINTJE mbf. 4. ábra A Duna vízszintjeinek gyakorisági eloszlása a Vigadó téri vízmércénél 2,5 0,0 0,0 0, A Duna átlagos vízszintjeinek havi eloszlása is érdekes képet mutat, az augusztusi hónapokban is kiemelkedő átlagos vízmérce leolvasásokkal találkozhatunk. (5. ábra ) 104,0 103,0 102,0 101,0 100,0 99,0 98,0 97,0 96,0 95,0 94,0 93,0 Átlagos Duna vízszint egy hónapon belül 92,0 5. ábra A maximális minimális és átlagos Duna vízszintek különböző hónapokban a Vigadó téri vízmércénél. Az ábrán az átlagtól való szórás értékének tartománya is látható. 5

6 86,46 86,72 87,44 87,30 87,42 87,32 87,16 88,26 88,10 87,90 87,95 87,90 88,25 88,31 88,12 87,99 88,06 87,95 87,93 88,80 88,72 88,50 88,48 88,52 89,13 88,97 88,86 88,95 88,81 88,72 88,70 89,53 89,33 89,13 88,93 89,08 89,33 89,63 89,82 89,83 89,68 90,15 90,47 A vízjáték szélsőségei megnövekedtek, és különösen az áprilisi májusi - júniusi vízmagasságok átlagos vízszintmagasságok növekedtek meg drasztikusan. A nagy vízmagasságokat viszont a többi negyedévben egyre csökkenő vízszintmagasságok követték. A 6. számú ábra szemlélteti az április - május - júniusi átlagos Duna vízmérce leolvasásokból képzett átlagértékeket a Balti tengerszint feletti magasságokban a Vigadó téri vízmércénél. Különös tendencia látható, mert az1970 évektől kezdődően az 1,2 m tartománytól már a 4 m nagyságrendet megközelíti a minimum és maximum értéktartományú napi vízmérce leolvasásokból képzett negyedéves átlag Az április-május-júniusi átlagos Duna vízszint adatok a különböző években év év 6. ábra A Duna átlagos negyedéves vízszintje az április május- júniusi hónapban Év Mindezen megfigyelések fokozottabb óvatosságot igényelnek, gondosabb mérnöki szemléletű odafigyelést például az elmúlt években elhanyagolt talajvízszint észlelő hálózat méréseinek újraindítását, adatgyűjtéseket. 3 A DUNA VÍZSZINT- TALAJVÍZSZINT KAPCSOLATA 3.1 A megfigyelések adatsorai A vizsgálatokat a Duna Vígadó téri vízmérce 1645,5 fkm szelvénynél megfigyelt Duna vízállások és a tőle m távolságban lévő 2 talajvízszint-érzékelő kút részletes adatsorának összefüggéseit mutatja be. A vízmérce 0 pontjának magassága 94,98 mbf. szinten van. A vizsgálat célja alapvetően az volt, hogy hosszabb időtartamot figyelembe véve megismerjük a Duna vízszintjének hatását a környező területre egy mélygarázs építésével kapcsolatban, és lehetőséget adjunk arra, hogy a többszintes mélygarázs építése utáni megváltozott talajvízviszonyok hatásait és értékelni tudjuk. A vizsgálat helyszínét a 7. ábra mutatja be. A vizsgált területen a két talajvízszint észlelő kútnál évtől kezdődően egyenként 900 talajvízszint megfigyelési adatot gyűjtött a FÖMTERV, közel heti megfigyelésekkel, továbbá rendelkezésünkre állt a Duna vízállásainak a részletes adatsora is a Vigadó téri vízmércénél, napi leolvasásokkal. A vízállási adatsor az interneten hozzáférhető volt a következő web címen: 6

7 HELYSZÍNRAJZ 300m 600 m 7. ábra A vizsgálat helyszínrajza a talajvízszint észlelő kutakkal. (Fotó. Budapest - Ortofotók székely és Társa Kiadó, 2004) 3.2 A vizsgált terület talajmechanikai-geológiai rétegsora A talajfeltárások és in situ szondabehatolási vizsgálatok alapján megállapítható volt, hogy a vizsgált terület környezetében az altalaj rétegződése közel egyenletes. A tömör, gyakorlatilag vízzárónak tekinthető szürke soványagyag réteg felszíne a terepszint alatt 14,0-14,5 m alatt kezdődik, és ez a réteg nagy ellenállású kőzetszerűen viselkedő réteg. Ez a talajréteg adja a Duna meder alját képező talajréteget is. Az alapkőzetre települt a Duna-terasz szemcsés anyaga, alul görgeteges kavics, feljebb apróbb szemű kavics, kavicsos homok. A tömör, szinte vízzárónak tekinthető agyagréteg fölötti homokos-kavics rétegből hiányzik a homokliszt és az iszapfrakció. A réteg igen jó vízszállító képességű 7,5-8,0 m vastagságú. A kavics illetve homokos kavicsrétegek jó vízadó, vízvezető és teherbíró rétegek, közvetlen vízszállítói a Duna vízének, illetve víz betáplálói a Dunának. A homokos kavicsréteg tárolja a talajvizet és annak felszíne magas talajvízállás esetében is az összletben jelentkezik. A hordalékréteg változó összetételű, túlnyomórészt homokos-kavicsos rétegekből áll, de egyes helyeken kisebb iszap és agyagcsíkok- rétegek is előfordulhatnak a partvonalak szeszélyes változása miatt. A kavicsos réteg összlet felett iszapos homok, felette homok, majd 1,8-2,6 m vastagságban feltöltés zárja a rétegsort. 4. A DUNA VÍZJÁTÉKÁNAK HATÁSA 4.1 A vizsgálat módszere A Duna vízszintjeit 1 m-es intervallumokra osztva azt vizsgáltuk, hogy a kiválasztott Duna vízállás intervallum esetén milyen szinten van a V1 és V2 megfigyelőkútban a talajvízszint. A nagyszámú mérési adat alapján ezen vízszintek átlagát és a mérési adatok szórását is meghatároztuk. A vizsgálat módszerét a 8. ábra, a vizsgálat eredményeit a 9. számú ábra mutatja be. 7

8 > <94 A V1 talajvizsintészlelő kútban megfigyelt vizszint mbf 8. ábra A vizsgálat módszere Visszaduzzasztás 101,5 Dunához áramló víz 100,5 99,5 V1 kútban észlelt talajvizszint mbf 99,1 98,2 98,5 97,8 98,2 98,5 98,7 98,5 97,5 97,1 97,5 Gyakoriság %-ban 11,7% 2,5% Duna vizszintje 96,5 24,0% Dh 95,5 31,9% 28,7% 94,5 0,7% 93,5 Duna vizszintje a Vigadó téri vizmércénél mbf 9. ábra. A V1 jelű talajvízszint észlelő kút és a Duna vízszintje közötti összefüggés. Az ábrán a mérési adatok átlaga, továbbá a mért talajvízszintek gyakorisága is fel van tüntetve (900 mérési adat 40 év időtartamban.) Megjegyzés: A gyakoriság a talajvízszint megfigyelésekhez igazodik, a Duna vízszintjeinek gyakorisági eloszlása ettől eltérő. 8

9 Ha a Duna alacsony vízállású volt, akkor a talajvízszint megfigyelő kutakban rendre magasabb vízszintek alakultak ki, ami azt jelenti, hogy a Dunához való vízbetáplálás a domináló. Fontos ellenőrzési lehetőség, hogy a Duna vízállásainak eloszlási diagramja, hasonló legyen a talajvízszint megfigyelési idősorhoz tartozó gyakorisági diagramhoz. A Duna vízszintjének változása csak igen csillapítottan jelentkezik a terület talajvízszintjében. Míg a Duna vízszintje a 92,5-100,5 mbf. magasságokban változik, azaz a vízszintkülönbség 8,0 m nagyságú, ugyanakkor viszont a V l kútban megfigyelt vízszintváltozás mértéke csupán két méter nagyságrendű. A vízállási adatok eloszlása nem szimmetrikus - a magasabb vízállási adatok irányában jellemzően a Dunára- egy elnyújtott diagramot kapunk. Ez azt jelenti, hogy jellemzően az alacsonyabb vízállások dominálóak, és csak kisebb előfordulási gyakorisággal jelentkeznek a nagyobb vízállások. Ha a Dunához közel olyan mesterséges akadályokat építünk be a talajba, amelyek a Dunához áramló talajvíz áramlási szelvényét lecsökkentik, akkor ez kedvezőtlen hatásokat eredményezhet.(például nagyobb kiterjedésű mélygarázsok beépítésével képzett áramlási akadályokra gondolva.) A lecsökkent áramlási szelvény miatt, a talajban áramló víz sebessége megnövekedhet, és kedvezőtlen geológiai viszonyok miatt a szemcsés talajrétegek fölé lerakódott iszapréteg szemcséit mozgásba hozva a meglévő épületek alapjainak megsüllyedése jöhet létre. Ilyen jellegű süllyedésre több példa is utal. Természetesen a Duna különböző szelvényeinél más és más geológiai viszonyok érvényesülnek, így általánosítható megállapítások csak igen körültekintően tehetők. A vizsgálatok alapján érzékelhetővé vált, hogy a Duna illetve a nagy folyók hatása a környező területek vízháztartására jelentős, és mindenképpen alapos és elemző vizsgálatokat igényel. A talajvízszint változások mértéke jelentősen mérséklődik a bővizű vízfolyástól távolodva, mégis jelentősnek ítélhetjük a hatást, mert idővel ismétlődő folyamatról van szó. Különösen figyelemre méltó az a körülmény, ha tartós magas vízállásokat tartós alacsony vízállás követ. Ilyen esetekben következhet be az altalaj súlyosabbá válása, a belső feszültségek megnövekedése, az a körülmény, hogy a nagy volumenű önsúlyfeszültség növekedés a mélyebb altalaj tömörödését váltja ki, ezáltal többletsüllyedéseket indukál. 5 ÖSSZEFOGLALÁS A vizsgálatok és elemzések azt mutatták, hogy a Dunának igen jelentős szerepe van a vízfolyást környező területek talajvízszint változásaira. Nem tekinthető elegendőnek csak a talajvíz magasságok szélső értékeinek meghatározása, de szükséges ismerni a vízmozgások jellegzetességeit is. Fontos, hogy megfigyeléseket tegyünk a talajvízszintek változásaira, a talajvíz áramlási viszonyainak meghatározására, a korábbi értékes adatbázisokat újabb adatokkal egészítsék ki. A beépítéseknél, különösen a mélygarázsos kialakítású építményeknél olyan műszaki megoldásokat alkalmazzunk, hogy lecsökkenthető lehessen a talajszemcsék kimosódását eredményező vízmozgás. 9

10 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS: A cikk szerzője köszönetet mond a Pannon Egyetemnek és konzorciumi partnereinek a Felsőoktatási Együttműködés a Vízügyi Ágazatért pályázat (TÁMOP C-12/1/Konyv ) keretében végzett kutatómunka támogatásáért. IRODALMI HIVATKOZÁSOK [1] Garami T., Gőbel J., Párnay Z., (1962) Budapest csatornázása. Pest város évi csatornázási szabályrendeletének 125 éves évfordulójára. Kiadó: Mezőgazdasági Könyvkiadó [2] Márfai László [2013] A mértékadó árvízszintek országos felülvizsgálata. Tájékoztató május 7. OVF [3] Mecsi J. (2007) Talajmechanikai és hidrogeológiai szakvélemény a Budapest V. kerület József Nádor téri mélygarázs hidrogeológiai vizsgálatáról. Készítette a ME- SZI Mérnök Szakértői Iroda Kft. (Mecsi József) [4] Mecsi J. (2007) A Duna vízszintjének és a környező területek talajvízszintjeinek kapcsolata. Mérnökgeológia- Kőzetmechanika Szerk: Török Á., & Vásárhelyi B. ISBN , oldal [5] Pécsi Márton (1959) Budapest természeti földrajza. Akadémiai Kiadó [6] VITUKI a Duna vízállásainak a részletes adatsora [7] 11/2010. (IV. 28) számú KvVM rendelet [8] Összeállítás a Duna vízszintje, és a környező területek talajvíz helyzetének jellemzőinek kapcsolatáról Budapest környezetében. (Vízügyi Virtuális Tudományos Egyetemi Központ összeállítása a TÁMOP C-12/1/Konyv program keretében július. Pannon Egyetem, Veszprém 10