Élőhely szempontú folyószabályozás támogatása korszerű terepi mérésekkel és számítógépes modellezéssel

Átírás

1 Élőhely szempontú folyószabályozás támogatása korszerű terepi mérésekkel és számítógépes modellezéssel November 15., Győr Fleit Gábor Dr. Baranya Sándor Dr. Józsa János MSc hallgató, BME VVT egyetemi docens, BME VVT rektor, tanszékvezető egyetemi tanár, BME VVT

2 Előadás felépítése 1. Bevezető 2. Vizsgálati terület bemutatása 3. Mellékág kialakításának vizsgálata 4. Hullámzás hatását mérséklő kavicspad kialakításának vizsgálata 5. Összefoglalás 6. Következtetések

3 Bevezető Vízépítési létesítményekkel szemben támasztott elvárások Vízi élőhelyek figyelembe vétele (EU VKI) Hazánkban egyelőre nagyon kevés élőhelyhidraulika témájú tanulmány született Nehezen alakul ki érdemi párbeszéd mérnök és biológus között Halak viselkedésével és élőhely preferenciájával kapcsolatos hazai kutatások hiánya Mérnöki tervezésre mérsékelten alkalmas adatok Hajók keltette hullámzás kedvezőtlen hatásai felismerésre kerültek a biológus oldalról kézzelfogható kapcsolatok felállításának hiánya Folyami élőhely jellemzés komplex feladat Ennek egyik fontos eleme az áramlási és medermorfológiai szempontú vizsgálatok

4 Vizsgálati terület Duna fkm szelvényei közt (Váci ág) Sarkantyúk áramlási és morfológiai szempontból komplex szakasz Élőhely viszonyok javítását célzó beavatkozások

5 Tervezett beavatkozások Felvízi művek környezete Sarkantyúk part közeli szakaszának bontása Part menti sáv mederrendezése Kavicspad kialakítása Alvízi művek környezete Természetes vízfolyások jellegét tükröző, meanderező mellékág kialakítása, (poolriffle)

6 Terepi mérőműszerek Hajóból áramlás és morfológia Akusztikus Doppler elvű áramlásmérő műszer (ADCP) Álló hajós Mozgó hajós RTK-GPS Sarkantyúk geodéziai felmérése Harangos mederanyag mintavevő Pontbeli mederminták Utólagos laborelemzésből szemösszetételi görbe Partról hullámzásmérés Pontbeli sebességek mérése ADV műszerekkel Nagy frekvenciájú nyomásmérések GoPro kamera Képfeldolgozáson alapuló áramlásmérési módszer (LSPIV) Harangos mederanyag mintavevő RTK-GPS Partközeli zóna részletes felmérése

7 Medermorfológia ADCP mélységmérések alapján + geodéziai felmérés (GPS) Háromszög rácshálóra interpolálva Mederváltozások június-július között Felvízi sarkantyú orránál intenzív mélyülés Sarkantyúk közötti finom hordalék kimosódása

8 Áramlási sebességek Kis- és középvízkor visszaáramlás a művek hatására A limány jól kirajzolódik az vektormezőn Nagyvízi állapotban az áramlás elveszti a sarkantyúk kölcsönözte karakterét

9 Numerikus modellezés (3D) NTNU-n fejlesztett 3D numerikus megoldó SSIIM Validáció a 2013-as árvízi ADCP mérések alapján (Q = 6570 m 3 s -1 )

10 Élőhelyhidraulikai mintaalkalmazás Megfelelőségi indexek (Aadland és Kuitunen, 2006) Amerikai folyók halállományának vizsgálata élőhely preferenciák számszerűsítése Vízmélység Áramlási sebesség (Mederanyag frakció) Több tíz halfaj különböző életciklusainak leírása: Felnőtt Fiatal Ivadék Ívóhely Sander Vitreus (Walleye)

11 Élőhelyhidraulikai mintaalkalmazás

12 Hullámzásmérés Nyomás adatsorok spektrumának meghatározása Nyomás értékek kompenzációja Hidrodinamikus nyomás értékek átszámítása vízfelszínmozgásra Vízlengés és turbulens fluktuáció leválasztása Adatsorok darabolása (60 s) hullámparaméterek időbeli változásának becslése a spektrumok alapján T m01 = m 0 m 1 H m0 = 4 m 0 m i = 0 f i S f df

13 Large-scale particle image velocimetry Képfeldolgozáson alapuló felszíni áramlási sebesség becslés Újszerű alkalmazás: part közelébe érkező és ott megtörő hullámfrontok terjedési sebességének becslése:

14 Eróziós erők becslése LSPIV alapján A hullámfrontok maximális haladási sebességei alapján fenékcsúsztatófeszültség becslés a következő feltételezésekkel: A víz sekélysége miatt 2D megközelítés u = u A módszer a felszíni áramlási sebességeket u felsz becsli, A u és u felsz egyenesen arányos, az arányossági tényező 0,85 (Dramais et al., 2011) u(z) = u = 0,85 u surface τ = 1 ρfu u 2

15 Numerikus modellezés (2D) Egy rövid, kiragadott szakasz modellezése, állandó hullámparaméterekkel Megtörő hullámok reprodukálása numerikusan elhabolásos erózió hatása? Terepi mérések relevanciája: További vizsgálatok szükségesek! Nyomásmérések peremfeltételek (A = 4 cm; T = 2,8 s) GPS mérések geometria Mederanyagmintavétel mederfenék érdessége (k s = 3 * d mm) Fenékközeli sebességmérések modell ellenőrzése

16 Numerikus modellezés (3D) Tervezett állapot beépítése a modellbe Összehasonítás: Jelen állapot Tervezett állapot Rácsháló generálási korlátok egyszerűsítés

17 Élőhelyhidraulikai mintaalkalmazás Hullámparaméterek és sebességmérések alapján fenék-csúsztatófeszültség τ Elsodródó makrogerinctelen fajok száma és τ közti kapcsolatok (Gabel, 2012) különböző fajok, különböző élőhely típusok

18 Összefoglalás Célirányos terepi mérések és adatfeldolgozás eredményei: Medertérkép(ek) készítése (ADCP + GPS) 3D áramlási sebességek feltárása (ADCP) Hullámelméleti paraméterek becslése (Nyomásmérő) Hullámzás hatására kialakuló fenékközeli áramlási sebességek értékelése (ADV) Part közelében megtörő hullámok eróziós hatásának becslése (LSPIV) A terepi mérések az adott állapot élőhely szempontú jellemzésére alkalmasak, továbbá kivétel nélkül támogatják a számítógépes modellezést is. A numerikus modellekkel ki nem mért, illetve ki nem mérhető állapotok is értékelhetők!

19 Következtetések Hazai halfajok viselkedésének és élőhely választási szokásainak vizsgálatára alapvető szükség van. Hidromorfológiai alapon történő folyami élőhely értékelés csak egy, de fontos elem a számos jellemzés közül (biológiai, kémiai stb.). Ezek térben és időben változnak még komplexebb feladat számos tudományág összekapcsolását igényli. Hazai szinten a hidromorfológiai adatelemzéseken nyugvó állapotértékelés előrehaladott. Terepi mérések + számítógépes modellezés hatásvizsgálatok készíthetők már a tervezési fázisban.

20 Köszönöm a figyelmet! Hivatkozások 1. Aadland L. P., Kutumen A (2006).: Habitat suitability criteria for stream fishes and mussels of Minnesota. Minesota Department of Natural Resources, Division of Fish and Wildlife, Fisheries Managemenet Section [and] Division of Ecological Services. 2. Dramais G., Le Coz J., Camenen B., Hauet A. (2011): Advantages of a mobile LSPIV method for measuring flood discharges and improving stage-discharge curves, Journal of Hydro-environment Research 5 (2011) Gabel F. (2012): Impacts of ship-induced waves on benthic macroinvertebrates. PhD Thesis, Landwirtschaftlich-Gartnerischen Fakultat der Humboldt-Universitat zu Berlin.