XXX. ORSZÁGOS VÁNDORGYŰLÉS Kaposvár, július 4-6.

Átírás

1 1 / :41 XXX. ORSZÁGOS VÁNDORGYŰLÉS Kaposvár, július 4-6. CÍMLAP DOLGOZATOK NÉVMUTATÓ SEGÉDLET IMPRESSZUM SZEKCIÓK ÁRVÍZVÉDELMI GÁT SZIVÁRGÁS CSÖKKENTÉSE VÍZZÁRÓ FAL ALKALMAZÁSÁVAL A vízkárelhárítási szakterület időszerű feladatai Területi vízgazdálkodás Felszín alatti vizek Vízellátás - a víziközművek vízbiztonsági tervei Csatornázás, szennyvízelvezetés és -tisztítás Vízépítés A balneotechnika időszerű kérdései Medencék, fürdők vízmikrobiológiai kérdései Vizes élőhelyek védelme A vízgazdálkodás története Vízi túrizmus Magyarországon DR. MAHLER ANDRÁS, DR. NAGY LÁSZLÓ BME Geotechnikai Tanszék Az árvízvédelmi gátakról általában egyszerű, homogén gátkeresztmetszet jut eszünkbe. Gyakran azonban ezek jóval összetettebb szerkezetek, melyek a földgát-testen túl szivárgókból, vízzáró falból állnak. A műszaki és gazdaságossági szempontból idealizált megoldás kiválasztásához az árvízvédelmi gát viselkedésének ismerete szükséges különböző műtárgyak esetén. Ennek számításához korszerű számítógépes szoftverek állnak a rendelkezésünkre. Egy konkrét példán keresztül mutatjuk be, hogy a különböző mélységekbe lenyúló vízzáró fal esetén, hogyan változik az árvízvédelmi gátnál a szivárgás, nagyvíz esetén milyen a hatása az altalajban történő vízmozgásra. SZENTENDRE ÁRVÍZVÉDELME Szentendre városközpontja történelmi óváros zömében védett épületekkel, jellemzően műemlék házakkal. Településszerkezetét tekintve kisvárosias lakóövezet. Az ártéren a beépített területet a Szentendrei-Duna jobb partján (1. kép) már a XII. század közepén említik a feljegyzések, de a városon keresztül húzódó antik római limes kialakulása előtt már jóval lakott település volt. A rácok betelepülését engedélyező Habsburgok hűséges alattvalókat kaptak, a szerbek mind a Rákóczi, mind a 48-as szabadságharc idején a császár mellett álltak ki. A XIX. században a Zichy családdal állt folyamatos perben a város. 1. kép. Szentendre történelmi belvárosa A Szentendre belvárosi öblözetet határoló gát a város történelmi magjának Duna parti részét védi az elöntéstől. A védett terület az öblözet északi részén elkeskenyedik, a déli oldalán a Bükkös patak zárja le. Az öblözet területe Magyarországon a legkisebbek közé tartozik, ezzel ellentétben áll azonban a védett érték nagysága. Mivel az öblözet kicsi, esetleges gátszakadás esetén az öblözet percek alatt megtelik, kialakul a mentett oldalon is a vízoldali vízszint. Ilyen esetben a lakosságnak nem hogy az értékeinek mentésére nincs ideje, de a saját életének mentésére sem. Ezért fontos, a város árvízi biztonságának megteremtése. Különösen nagy a sebezhetőség az éjszakai gátszakadás esetén. Az itt élő embereket a történelem során kétféle természeti katasztrófa sújtotta: a tűzvész és az árvíz. Az emberek a XVIII. század második feléig fából építkeztek, kockáztatva ezzel a pusztító tűzvész kialakulását. Az víz elleni küzdelemre gondolva ketté kell választani a Duna áradásait, és a hegyekből lefutó patakok kártételeit. A kettő ugyanis nem minden esetben járt együtt. A Mária Terézia-féle évi úrbérrendezés azon kérdésére, hogy milyen hátrányokat kénytelen a lakosság itt elszenvedni, a dunai árvizet egy rövid mondattal intézi el: ha a Duna megárad, egyik része a városnak vészben vagyon.

2 2 / :41 2. kép. Kőszekrények építése a révkikötő alatti szakaszon 2002-ben A Duna áradásának sommás kezelésével szemben hosszasan taglalják, hogy a helyi vízkár nagyobb gondot okoz, az esőzések miatt megáradt hegyi patakok elárasztják a város rétjeit, és a sebesen lezúduló víz lemossa a szőlőhegyekről a földet. Ennek helyrehozatala igen sok munkát, és anyagi ráfordítást igényel. ÁRVIZEK SZENTENDRÉN Szerencsés esetben a Duna csak a mélyebben fekvő part menti területeket vette birtokba. Rosszabb esetben azonban még az Isten házát sem kímélte. Hiteles korabeli feljegyzések szerint 1744 és 1799 között tíz nagyobb árvíz sújtotta a várost. Közülük a legnagyobb kárt az évi okozta, amelyet országos viszonylatban is a század legnagyobb dunai árvizeként tartunk számon. Szentendrén kb. 170, Pesten és Budán 600-nál több lakóházat vitt el az ár, sok embert földönfutóvá téve. Kevesebb, mint egy emberöltővel később 1832-ben Győri Sándor ezt írta: mivel a jégtorlatot s a jeges árvizeket nemző okok nemcsak nem fogyatkoztak, sőt 1775-től fogva nevekedtek is, nagy jégjáráskor csak egy pillanati, még pedig naponként mindig hihetőbb történetes megakadástól függ, hogy az eddigleni legnagyobbnál nagyobb árvízzel elboríttassunk, s egy könnyen előre látható szerencsétlenség miatt: tízszer több kárral lakoljunk, mint amennyibe a veszedelemnek egészen elhárítása kerülne. Öt évet kellett várni az előrejelzés beigazolódására. Ez olvasható Szentendre egyik templomának historia domusában: december 25-én megállt a Dunán a jég a víz a hegyen is átterjedt majd így folytatódik: 1838-ban a víz még jobban kezdett terjedni az egész Preobrazsenszka (mai Kossuth Lajos utca és környéke) városrészt elöntötte. Március 2-án éjfélkor és hajnalban 208 ház dűlt össze A Kopaszi-zátonynál és a Csepel-sziget északi csücskénél megállt jég visszaduzzasztása még Szentendrén is éreztette hatását, a mai gátkoronával közel megegyező víz árasztotta el a várost. 3. kép évi árvízjel a Dumtsa Jenő utca 20. szám alatti ház oldalában A kép a Dumtsa Jenő utca 20 szám alatti ház oldalában, fejmagasságban! lévő árvízjelről készült, szövege: walserhohe am 15. Marz 1838 (3. kép). A következő négy év a károk és következményeinek helyreállításával telt. A városi tanács üléseinek leggyakoribb témája ekkortájt az volt, hogy miként lehet a további árvízveszélyt elhárítani. A megoldás természetesen a gátépítés lett volna, de anyagiak hiányában elvetették. Az idő múlásával egyre távolibbnak tűnt a probléma, míg el nem érkezett 1876, amikor is a város egy része újra víz alá nem került. Félő volt, hogy a lakosság elhagyja a várost, és máshol keres megélhetést. Nem így történt, de az ár azóta sem kímélte Szentendrét. A mélyebben levő területek 1941-ben elöntésre kerültek, és 1965-ben a hosszú Dunai árvízvédekezés alatt ismét elöntésre kerültek volna, ha meg nem épül nagy hirtelenséggel a jelenlegi gát. A gátépítés és a csicsói gátszakadás mentette meg a várost az újbóli elöntéstől. A gyors munkának meg vannak a hátrányai, semmilyen terv (még megvalósulási sem) készült, nem lett lealapozva a gát, és nincs ismeretünk a szerkezetéről. A 2002-es és 2006-os csúcsdöntő árvizeknél csak jelentős erőfeszítéssel lehetett megvédeni Szentendrét (2., 4. és 5. képek), az árvizek erősen megrongálták a töltés északi, Lázár cár tér Révkikötő közötti szakaszát, halaszthatatlanná téve annak a felújítását. A évi védekezés során kb. 520 ezer darab homokzsákot, m 2 fóliát, 3375 m 2 geotextíliát használtak fel úgy, hogy a város lakossága több ezer munkaórát dolgozott a gátakon térítésmentesen. A védekezés 2006-os összköltsége (hasonlóan a 2002 évi árvízhez) elérte a 120 millió Ft-ot. A jelentős védekezési költség, a biztonsági tartalék ismeretlensége arra késztette a várost, hogy az árvízvédelmi gátat

3 3 / :41 megújítsa. A évi árvíz után megindult talajfeltárás és tervezési folyamat több új geotechnikai kérdést vetett fel. TALAJFELTÁRÁS, TALAJVIZSGÁLAT 4. kép. Bordás megtámasztás a Lázár cár térnél A évi árvíz után készült talajmechanikai vizsgálatok alapján az altalaj rétegződését illetően az alábbiak állapíthatóak meg: A gát magassága 1,6-1,9 méter között változik. A korona szintje alatt 6,2 m mélységig között zömében közepesen kötött (hl-es iszap, homokos iszap, iszap) ill. gyengén kötött (iszapos homokliszt) talajokat tártak fel a fúrások. Ezen rétegek között finomszemcsés (iszapos finom homok, finom homok) és durvaszemcsés (kőtörmelékes salak, salakos kőtörmelék, iszapos kőtörmelékes homok) rétegek kerültek azonosításra. A salakos, kőtörmelékes anyagok nem termett, hanem feltöltésből származnak. Több helyen szerves- és szervesnyomos rétegeket illetve egy függélyben tőzeget is harántoltak a fúrások. Az izzítási veszteség megállapítására végzett vizsgálat eredményei alapján az I v = 3,0 9,7%-ra adódott. A korona alatti 6,2 métertől lefelé mintegy nyolc méter vastag Duna kavics terasz található, mely a mentett oldalon a Szamárhegy felé elvékonyodik (1. ábra). A feltáró fúrások nem érték el a kavics feküjét, ami geoelektromos módszerrel került azonosításra. Az altalajban a Bükkös patak mellett sok helyen keveredik a Duna kavics terasza a közeli dombokról lehordott kőtörmelékkel. Az árvízvédelmi gát hibái, az árvízi tapasztalatok szükségessé teszik az árvízvédelmi rendszer megújítását Szentendrén, ennek pedig alapfeltétele a szivárgások pontos ismerete. A gyenge töltésszakaszok helyén a gát átépítésére vagy a város legértékesebb vízparti területén mobil árvízvédelmi fal kialakítására kerül sor. 1. ábra. K-Ny irányú geológiai felépítés Szentendrén A gát altalajában a kötött fedőréteg bizonytalanságai ellen vízzáró fal készül. A vízvezető kavics rétegben kialakuló szivárgás és víznyomás kezelésére ugyancsak készülhet vízzáró fal, azonban a hatásánál kettős szempont érvényesül: Árvízkor a szivárgó vízmennyiség hatékony csökkentése érdekében minél nagyobb keresztmetszetét le kell zárni a kavics réteg vastagságának. ebből a szempontból a klasszikus megoldás a vízvezető réteg teljes lezárása volna. Árvízen kívüli időben biztosítani kell a hegy felől érkező vizek szabad beszivárgását a Dunába, hogy ne legyen

4 4 / :41 visszaduzzasztást a menetett oldalon, és ne alakuljon ki magasabb talajvízszint, mint a megszokott. Ezért a vízvezető rétegen olyan nagy rést kell hagyni, mely a háttér felől szivárgó vizeket bevezeti a Duna kavicsteraszába. Mindkét eset kiegészíthető szivárgó építésével. Az utóbbi megvalósítása az üzemelési költségek alacsonyabb volta miatt a megrendelőnek, a városnak előnyösebb. GEOTECHNIKAI ÉS ÁRAMLÁSI MODELL Az ideális műszaki megoldás kiválasztásához a lehetséges megoldási variánsok vizsgálata szükséges. Számítássorozatot végeztünk különböző vízzáró fal-mélységek és gáttól eltérő távolságokra elhelyezett különböző mélységű szivárgók illetve ezek kombinációinak figyelembe vételével. A szivárgásszámításokhoz a következő résfal-talpmélységeket vettük figyelembe: a fedőréteg alsó síkja (a vízzáró réteg 0%-át zárja le), a fedőréteg alsó síkja alatt 2,0 m-rel (a vízzáró réteg 29%-át zárja le), a fedőréteg alsó síkja alatt 4,0 m-rel (a vízzáró réteg 57%-át zárja le), a fedőréteg alsó síkja alatt 5,0 m-rel (a vízzáró réteg 71%-át zárja le), a fedőréteg alsó síkja alatt 6,0 m-rel (a vízzáró réteg 86%-át zárja le) a fedőréteg alsó síkja alatt 6,7 m-rel (a vízzáró réteg 95%-át zárja le) a vízvezető réteg teljes lezárása (3. ábra). 5. kép. A koronát mintegy 30 centiméterrel megközelítő árvíz ellen több helyen kellett jelentős védekezési munkát végezni Szivárgók esetén 3 különböző elhelyezést vizsgáltunk: mentett oldali rézsűlábnál, illetve innen 10 és 20 m-re. Mindhárom helyen két különböző mélységű szivárgókialakítást vizsgáltunk: egy sekély szivárgót, ennek talpmélysége 4 m volt (a fedőréteg vastagságának 2/3-a), illetve egy mély szivárgót, mely lenyúlt a fedőréteg alatti vízvezető homokos kavics rétegbe. A számításoknál figyelembe lehetett venni, hogy a mértékadó árvízszint hatására nem feltétlenül alakul ki állandósult áramlás, mert a magas vízállás nem tartós. A korábbi árhullámok tapasztalatai alapján a következő árhullám tartósságot feltételeztük: a Duna vízszintje 5 nap alatt emelkedik a közepes vízállástól (~100,00 mbf.) a mértékadó árvízszintig (104,95 mbf.), ahol a tetőzés két nap, majd ezt követően szintén 5 nap alatt süllyed vissza a vízszint az 100,00 mbf. szintre. Számítások során figyelembe vettük, hogy a kiindulási talajvízszint felett a talaj telítetlen, és ilyen állapotban az áteresztőképessége kb. egy nagyságrenddel kisebb, mint telített állapotban. A vízszint emelkedésével ez a talajtömeg fokozatosan telítődik, mely folyamat során az áteresztőképessége is fokozatosan nő. A fent említett résfal-mélységek és szivárgó-kialakítások minden kombinációjához meghatároztuk a kialakuló szivárgási viszonyokat. Jelen közleményben a vízzárófal mélységével kapcsolatos néhány megállapítás szerepel. A véges elemes számítások modelljét a 2. ábra mutatja. A rétegek megnevezése, a 2. ábrán alkalmazott szinkód és áteresztőképességi együttható értéke az 1. táblázatban található. 1. táblázat. Geotechnikai paraméterek

5 5 / :41 2. ábra. K-Ny irányú geológiai felépítés modellezése A feladat megoldásához a következő peremfeltételek felvétele vált szükségessé: a háttér szivárgás vízhozamát 0,02 l/s/m értékűre vettük fel, és a vízállást a mentett oldalon, a szivárgás által nem befolyásolt részen, a feltáró fúrások alapján 102,0 mbf. értékben határoztuk meg. SZIVÁRGÁSI VISZONYOK A terület hidrogeológiai viszonyaira a Duna gyakorol jelentős hatást: a jó vízvezető durvaszemcsés (homokos kavics, kavicsos homok) rétegben jelentős mennyiségű víz tározódik a víznyomás gyorsan követi a Duna vízállásingadozásából adódó változásokat. A durvaszemcsés összlet feletti jellemzően átmeneti talajok alkotta fedőrétegben a vízmozgás jellemzően függőleges irányú. A vízzáró falak esetén a szivárgó vízmennyiség, és ezáltal a mentett oldali vízszint jelentősebb csökkentése csak a vízvezető réteg lehető legnagyobb részének lezárásával oldható meg. Ez azonban kisvíz esetén (Duna felé történő áramláskor) visszaduzzasztási problémákat okozhat a hátsó területek víztelenítésében. Felmerül a kérdés, hogy a fedőréteg teljes illetve a vízvezető homokos kavics réteg részleges vízzáró fallal történő lezárása milyen hatással van az árvíz során, a mentett oldalon kialakuló vízszintekre? A vízvezető rétegbe nyúló résfal a szivárgás keresztmetszeti területét csökkenti, ezáltal csökken az átszivárgó vízmennyiség is. A különböző résfal-hosszak esetén, az árhullám hatására, a mentett oldali rézsűlábnál kialakuló maximális vízszinteket a 3. ábra szemlélteti, ahol a vízszintes tengelyen a homokos kavics rétegben a vízzáró fal által lezárt részének aránya függvényében a kialakuló vízszint látható. A számítási eredmények alapján az árvíz hatásával kapcsolatos legfontosabb következtetéseket az alábbiakban foglaljuk össze: amíg a jó vízvezető réteg 70%-a nincs lezárva, a vízzárófal hatása nem jelentős. Számítás szempomtjából az átszivárgó vízmennyiség a következő egyszerű képlettel viszonylag jól becsülhető: Q m = Q 0 (1 - m 2 ), ahol Q m az átszivárgó víz mennyisége, ha a vízvezető réteg m-ed része van lezárva, Q 0 az átszivárgó víz mennyisége vízzáró fal nélkül, m a vízzáró fal által a vízvezető rétegből lezárt rész aránya. Vagyis a vízvezető réteg 50%-nak lezárása az átszivárgó vízhozamot 25%-al csökkenti, m = 0,7 (70%-os lezárás) esetén az átszivárgó víz mennyisége közel a fele lesz az eredetinek. Az átszivárgó vízmennyiség, és így a talajvízállás radikálisan a vízvezető réteg 85-90%-nak lezárása esetén kezd el csökkenni a feltételezett árhullám figyelembe vételével. Teljes lezárás esetén a talajmechanikai feltárásból meghatározott 102 mbf. talajvízállás alakul ki, ha eltekintünk a Szamárhegy felől érkező szivárgó vizektől. A vízvezető réteg teljes lezárása jelentené az ideális helyzetet, mert akkor nem jutna a mentett oldalra árvízkor szivárgó víz. Azonban ez nem tehető meg, mert árvízmentes időben jelentős szivárgás alakul ki a folyó felé. A Szamárhegyen beszivárgó víz a tufában és a tufa felszínén szivárog a Duna felé. A vízvezető réteg teljes lezárása azt eredményezné, hogy a háttér szivárgó vizei visszaduzzasztásra kerülnének és a talajvíz a terepszintig, vagy afelé emelkedne. Ezt mutatja a 3. ábra visszaduzzasztás görbéjének 100%-nál lévő pontja. A hegy felől érkező szivárgó víz visszaduzzasztásának mértéke a vízzárófal mélységétől függ, mekkora keresztmetszetet zárunk le a vízvezető rétegből egy adott helyen[1].

6 6 / :41 3. ábra. Mentett oldali talajvízmélység a vízvezető réteg különböző százalékos lezárása esetén A számítások jól mutatják, hogy a vízvezető réteg 80-85%-os lezárásáig csak kisebb visszaduzzasztás mutatkozik, azonban 92-94%-os lezárástól (adott vízpótlódás és áteresztőképességi együtthatók mellett) már a visszaduzzasztás jelentős lehet, és rohamosan nő. Jelen példában ezen két határérték közé kell a vízzárófal mélységét belőni. Természetesen más geometriájú helyeken eltérő áteresztőképességű talajok esetén, valószínűsíthető, hogy eltérő eredményeket szolgáltatnak a számítások. Jelen példában is a vízvezető réteg áteresztőképességi együtthatójának egy nagyságrendnyi csökkentése, vagy a háttér szivárgás nagyságrendnyi növelése esetén már a visszaduzzasztás jelenti az erősebb peremfeltételt, és az határozza meg a vízvezető réteg lezárható felületét. ÖSSZEFOGLALÁS A folyóból szivárgó víz csökkentésével szemben a visszaduzzasztás figyelembe vétele ellentétes hatást jelent, amit a tervezésnél szem előtt kell tartani. Ezért a teljes vízvezető réteg nem zárható le, pedig az volna a klasszikus szivárgás elleni védelme a mentesített területnek. Jelen számítási eredmények arra mutatnak példát, hogy a számítás kiindulási paramétereik (geometria, áteresztőképesség, háttérből jövő vízáramlás és folyó vízállások) felvétele alapján a mentett oldal védelme érdekében a vízvezető rétegnek legalább 85-90%-t le kellene zárni, ugyanakkor a visszaduzzasztás miatt a vízvezető réteg legalább 8%-t szabadon kell hagyni. Figyelembe kell azt is venni, hogy amíg átlagosan évente napig tartanak a nagyvizek a Dunán, a háttér szivárgás (ha eltérő intenzitással is, de) 365 napon keresztűl jelentkezik. Árvíz után különösen fontos, hogy a mentett oldal felé elszivárgott vizek visszajussanak a folyóba, és ne emeljék meg tartósan a vízállást a mentett oldalon. Vizsgálatok alapján megállapítható, hogy amennyiben egy 4 méter vastag vízvezető réteg van, akkor annak a 90%-os lezárásához 3,6 méter mély vízzáró falat kell építeni. Vagyis nagyon pontosan kell ismerni a vízvezető réteg vastagságát ahhoz, hogy hatékony műszaki beavatkozást lehessen kialakítani. Ugyanis ha a vízzáró fekű egyes helyeken csak 30 centiméterrel van fenntebb, mint a példában lévő 4 méteres vízvezető réteg vastagsághoz tartozó, akkor jelentős visszaduzzasztás alakulhat ki, mert a folyó felé az áramlást 10 cm vastag rétegnek kell elvezetnie, ha pedig 30 cm-rel van lentebb, akkor nem lesz elég hatékony a vízzáró fal, mert a vízvezető rétegből csak mintegy 84% kerül lezárásra. A fekű mélységét tehát nagyon pontosan, és lehető legsűrűbben kell meghatározni, mert százalékokban kifejezve nagyon keskeny az a rés, ami a két rossz megoldás között a megfelelő kialakítást jelenti. IRODALOM Mahler A., Nagy L. (2010): Árvízvédelmi gát keresztmetszetének komplex modellezése, Geotechnikai konferencia, Ráckeve. Nagy L. (2008): Szentendre belvárosi árvízvédelmi töltés (Dunakorzó) rekonstrukció vízjogi létesítési engedélyezési terve, november. Mahler A., Nagy L. (2010): Geotechnikai-hidrogeológiai szakértői vélemény a Paks, melegvízcsatorna megemelkedett üzemi vízszintjének hatására kialakuló talajvízmozgásának háromdimenziós modellezése, kézirat. [1]A visszaduzzasztás nagysága általánosságban függ a rétegzettségtől, a rétegek vízvezető képességétől, a hegy felől érkező vízhozamtól, a folyó távolságától és a vízállástól. MAGYAR HIDROLÓGIAI TÁRSASÁG Székhely: 1091 Budapest, Üllői út 25. Telefon: +36/1/ , Fax: +36/1/ , titkarsag@hidrologia.hu