Települési csapadékvíz gazdálkodás Köles, Péter

Átírás

1 Települési csapadékvíz gazdálkodás Köles, Péter

2 Települési csapadékvíz gazdálkodás Köles, Péter Publication date 2011 Szerzői jog 2011 Szent István Egyetem Copyright 2011, Szent István Egyetem. Minden jog fenntartva,

3 Tartalom 1. A települési vízgazdálkodás történeti fejlődése A települési vízgazdálkodás rendszertani összefüggései A csatornázás jelentősége, fejlődése A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében A Víz Keretirányelv létrehozása A VKI általános és alapvető célkitűzései A Víz Keretirányelv jelentősége és feladatai A csapadékvíz mennyiségi kezelése A csapadékvíz mennyiségének kezelése Az éghajlat hatásai Az éghajlatváltozás hatása a csapadékmennyiségre és a lefolyásra Szélsőséges vízháztartások következményei Belterületi vízrendezés Belterületi vízrendezés A vízgazdálkodási munkák és a környezetalakítás Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése Csővezetékek hidraulikai méretezése Csőszerelvények hidraulikai méretezése Csatornák hidraulikai méretezése Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása A csapadékvíz elvezetése A csapadékvíz gyűjtése A csapadékvíz felhasználás tervezése Csapadékvíz szállítása örvényszivattyúval A szükséges csőátmérő meghatározása Csővezeték vesztesége Egyenes cső veszteségtényezőjének meghatározása Manometrikus emelőmagasság meghatározása Fajlagos energiafelhasználás Beton ellendarabok méretezése Felhasznált irodalom... lxxvi Videó... lxxvii Fogalomtár... lxxviii iii

4

5 1. fejezet - A települési vízgazdálkodás történeti fejlődése Bevezetés A települési vízgazdálkodás a vízgyűjtő-gazdálkodás fontos része. A területi vízgazdálkodási, vízrendezési megoldások a településen azonban ritkán alkalmazhatók. A települések vízgazdálkodása, azon belül is a csapadékvíz elvezetése szoros kölcsönhatásban áll a városgazdálkodás egyéb elemeivel is, szempontunkból feltétlenül meg kell itt említenünk a vízellátó- és a szennyvíz-csatornázási rendszereket. A tanulási egység célja: Megismerni a települések vízgazdálkodásának rendszertani összefüggéseit, Részleteiben áttekinteni a települési vízforgalom folyamatait, Áttekinteni és megismerni a csatornázás fejlődési állomásait a kezdetektől a napjainkig. A tanulási egység anyagának elsajátítása után Ön képes lesz: Bemutatni a települési vízgazdálkodás tudományterületi kapcsolódásait, Különbséget tenni a zárt és a nyitott rendszerű vízforgalom folyamatai között, Vázolni a települési hidrológiai körfolyamatot, Ismertetni a csatornázás fejlődésének főbb állomásait, Felsorolni a városi csatornázás öt stratégiai célját A települési vízgazdálkodás rendszertani összefüggései A vízgazdálkodási tervezés alapja a vízgyűjtő, mint természetes vízgazdálkodási egység. Emellett a Víz Keretirányelv a rész-vízgyűjtők fogalmát is használja, melyekre részletes tervek készíthetők a különböző vízgazdálkodási célok elérése érdekében. A vízgyűjtő-gazdálkodási terveknek tartalmazniuk kell a vízgyűjtő jellemzőit, az emberi tevékenység hatását az ott található vizekre (Gayer, 2004). A települési vízgazdálkodás a vízgyűjtő-gazdálkodás egyik fontos szereplője, hiszen (a csapadékvízen kívül) a települések vízigénye és szennyvíz kibocsátása alapvetően befolyásolja az adott (rész)vízgyűjtő állapotát. A város komplex gazdálkodási rendszerének része, mely - összetettségénél fogva - hatásában túlnyúlhat az adott vízgyűjtőn is. Az elsősorban lefolyásként jelentkező felszíni vizek elvezetésére a csapadékvíz-csatornahálózatok szolgálnak. Ennél a folyamatnál a település a víz nagy, természetes körfolyamatába kerül be. Azonban a település sajátosságaiból fakadóan a területi vízrendezés műszaki megoldásai itt csak részben alkalmazhatók (Buzás, 1999). A települési vízgazdálkodás egyrészt a települések vízforgalmát szolgáló műszaki létesítmények összességét jelenti. Másrészt műszaki, tudományos, gazdasági és igazgatási tevékenységeket, melyek arra irányulnak, hogy a természet vízháztartását az emberek szükségleteivel és a természeti környezet megóvásának követelményeivel összehangolja. 1

6 A települési vízgazdálkodás történeti fejlődése 1.1. ábra. A települési vízgazdálkodás kapcsolódásai (Forrás: Gayer, 2004) A vízforgalom folyamatai: 1. Zárt körfolyamat: Vízellátó rendszer Szennyvíz elvezető és tisztító rendszer 2. Nyitott rendszer: szabályozatlan, vagy csak részben szabályozott bemenet jellemzi. Ezt a csapadék táplálja, mégpedig hatásában és következményében két, egymástól eltérő módon. Az egyik a közvetlen bemenet, a település területére hulló és ott felszíni lefolyást okozó csapadék. A másik a településen kívüli, de a település csatornahálózatának vízgyűjtőjéhez tartozó terület csapadékának a közvetlen felszíni lefolyás által vagy a természetes vízfolyások közvetítésével a településre jutó része. Ehhez a folyamathoz sorolható a talajvíz mozgása is, ha az a település területén rétegvízként, fakadóvízként, akár időszakosan is a felszínre bukkan vagy tartósan eléri a 2-3 m épületalapozási mélységet (Buzás, 1999). A vízforgalom két rendszere természetesen egymással szorosan összekapcsolódik (1.2 ábra). Ilyenkor, mint látni fogjuk, ugyanaz a csatornahálózat szolgál a szennyvíz és a csapadékvíz elvezetésére, amelyet egyesített rendszernek nevezünk. 2

7 A települési vízgazdálkodás történeti fejlődése 1.2. ábra. Települési hidrológiai körfolyamat A városgazdálkodás különböző elemei kölcsönhatásban vannak egymással, így a vízellátás és a csatornázás egész rendszerének illeszkednie kell a település szerkezetéhez, adottságaihoz, más infrastruktúrák által meghatározott feltételekhez (Gayer, 2004). A vízellátás és a csatornázás hálózata az utakhoz, épületekhez szintén igazodik. Mindehhez hozzátartozik a víz által nyújtott rekreációs és esztétikai érték is. A víz a kultúra része, és ezen keresztül főleg a településekhez kötődik. A zöldfelület-gazdálkodás sem képzelhető el megfelelő vízellátás nélkül. A városgazdálkodás fontos eleme a hulladékgyűjtés és gazdálkodás, a közterületek tisztítása, karbantartása. Ennek a tevékenységnek közvetlen hatása van a felszíni lefolyás, vagyis a mozgó víz által szállított anyagok következtében a befogadó vízminőségére (Gayer, 2004). A települési vízgazdálkodás műszaki létesítményeinek és azok működtetésének megvalósítása közvetlenül támaszkodik a hidrológia, hidraulika, kémia, biológia, az ökológia, a geológia és geotechnika tudományos eredményeire. Alkalmazza a geodézia és a településtudomány ismeretanyagának részeit. Végezetül számos települési vízgazdálkodási feladat megoldhatatlan korszerű, nagyteljesítményű számítástechnikai eszközök és az ezzel kapcsolatos ismeretek nélkül A csatornázás jelentősége, fejlődése A kezdetektől a Római Birodalom bukásáig Az első települések mindenütt vízforráshoz kapcsolódóan jöttek létre. A korai civilizációknál együtt jelentkezett a települések vízellátása és vízmentesítése iránti igény. A városlakók vízzel való ellátása, valamint a szenny- és csapadékvizek elvezetésének nyomai már az ősi városokban fellelhetők. A régi mezopotámiai vízi kultúra ismert emlékei az i.e. I. évezredig nyúlnak vissza (Wolfe, 2000). A Babilonban feltárt boltozott gyűjtőcsatornák és vízvezetékek szerves részei voltak egy városi kultúrának. A csatornázás rendszere a házakból kivezető csatornákból, gyűjtő és főgyűjtő csatornákból állt, a befogadó előtt ülepítő aknával, melyet rendszeresen tisztítottak. Hasonló emlékek maradnak ránk Egyiptom, Kína, India, Szíria, Palesztina, de Görögország területén végzett ásatások és kutatások eredményeként is. Szemiramisz függőkertje nem csak az ókori világ 7 csodájának egyike, hanem a vízgazdálkodás remekműve is. Egyesíti az öntözés, a csatornázás és a vízelvezetés funkcióit (1.3. ábra). A meleg éghajlat alatt élő népeknél a vízzel való ésszerű gazdálkodás meghatározó volt az élet alakulására és a fejlődésre. Ennek megfelelően a mérnöki művek jelentős többsége a vízépítéssel kapcsolatos. Így 3

8 A települési vízgazdálkodás történeti fejlődése Görögországban is a vízfeleslegek levezetése nagy jelentőséget kapott. Az egykori Római Birodalom idejéből számos vízzel kapcsolatos építészeti emlék és információ maradt vissza szerte Európában (Gayer, 2004) ábra. Szemiramisz függőkertje Középkor A csatornázás gyakorlata a Római Birodalom bukása után feledésbe merült. A században ismét fellendült városépítés elhanyagolta a közművesítést. Ennek következményeként nagy pestisjárvány tombolt szinte egész Európában. Az ipari forradalomtól a 19. század végéig A 18. század kezdetén Európa-szerte bekövetkezett ipari forradalom megteremtette a feltételeket a közművek fejlesztéséhez is. A felszíni árkok, az utcák szolgáltak a vízzel kapcsolatos hulladék elhelyezésére és eltávolítására. Ez volt az egyesített rendszer születése A szennyvíz és a csapadékvíz hasznosítására figyelmet fordítottak, és értékes, hasznosítható anyagoknak tekintették. A csapadékvizet például ciszternákban gyűjtötték, ami különösen Dél-Európában fontos vízkészletnek számított (Chocat et al. 2004, Maneglier, 1991). A 19. században a különböző jellegű szennyezett vizek elválasztására irányuló törekvések indultak. A megoldások azonban nem voltak higiénikusak, járványok törtek ki Európában és Amerikában is. Mindezek arra késztették a városi hatóságokat, hogy más megoldást találjanak a szennyvíz elhelyezésére és kezelésére (Wolfe, 2000). A mindent a szennyvíz-csatornába elv mellett tették le voksukat (Chocat et al. 2004). Figyelemre méltó az is, hogy Magyarországon a Helytartótanács már 1847-ben rendeletet adott ki Pest Városában építendő földalatti csatornákra, amely nagyjából a mai napig fennmaradt osztályozást alkalmazza a közcsatornák és magáncsatornák terén. A 19. század végére jelentős haladást értek el a városi csapadék-csatornázás területén. A csapadék és a lefolyás közötti összefüggés felismerése Mulvaney által az ún. racionális módszer megalkotásához vezetett. Az összegyülekezési idő fogalmát Kuichling (1898) vezette be. Lloyd-Davis (1906) Angliában alkalmazta először a racionális módszert. Martin Ottó a pesti oldal csatornázására készített tervében 1884-ben már használta a csapadékintenzitás, a lefolyási tényező és a késleltetés fogalmakat (Garami et al., 1972). A módszer lényegében a lefolyás hozamát a csapadékintenzitásból, és a területből számítja, figyelembe véve a felszíni egyenetlenségek, a beszivárgás és a párolgás okozta veszteségeket. A fenti tényezőket figyelembe vevő, számszerűsítő redukáló szorzót hívják lefolyási tényezőnek. A mérnökök a 19. század második felére már birtokában voltak annak a tervezési eljárásnak, mely a következő száz évben a városi csatornázás alapjául szolgált. Az eljárás szerint a városokban keletkező csapadék- és szennyvizet minél gyorsabban és lehetőleg teljes mennyiségében el kell vezetni a városon kívülre. A 20. század és napjaink 4

9 A települési vízgazdálkodás történeti fejlődése A racionális módszert az 1960-as évek végéig használta a mérnöki gyakorlat, és bizonyos körülmények között még mindig megfelel: kis vízgyűjtőterület, egyszerű elágazó rendszer esetén, tározás, vagy más szabályozó műtárgy nélkül (Gayer, 2004). A számítógépek terjedésével a tervezési módszerek gyors fejlődésnek indultak. Számos lefolyás-számítási módszert dolgoztak ki, melyek a tetőző vízhozam mellett a lefolyó árhullámot is megadják, figyelembe véve a csapadék intenzitásának időbeli változását. Ma már olyan pontossággal és felbontással lehet az elvezető hálózat különböző pontjain a vízhozamot kiszámítani, mely lehetővé teszi a költségtakarékos tervezést és üzemeltetést. A mennyiségre koncentráló módszerek lehetővé tették az elöntések csökkentését és ezáltal javították a közegészségügyi állapotot. Ezzel egy időben azonban a vízminőséggel kapcsolatos elméletek késtek. Különösen fontos lett volna annak figyelembe vétele, hogy a növekvő városi lakosság tevékenységének milyen hatása van a környezetre. Apró előrelépés történt azoknak a vízminőségi változásoknak a megértése terén, melyek a csapadék- vagy egyesített víz szállítása, tározása és kezelése során bekövetkeznek. Sajnos azok a folyamatok, melyek a csatornában lévő víz minőségét befolyásolják sokkal bonyolultabbak, mint amelyek ugyanott a mennyiséget határozzák meg. Tehát számos kérdés még megoldatlan a vízminőség szempontjából (Gayer, 2004). A csapadékvíz kezelésével kapcsolatos álláspontok jelentős fejlődésen mentek keresztül a 20. század második felében. Az iparilag fejlett országokban a mennyiségi szemlélet volt jellemző, azaz a lehullott csapadékvíz, illetve a burkolt felületekről lefolyó víz minél gyorsabb elvezetése. Mindez egyre nagyobb méretű műtárgyak (csatornák, átereszek, szivattyútelepek stb.) építését eredményezte. Ezek közvetlen következményeként a talajvíztükör jelentősen süllyedt a városok alatt a visszatáplálás hiánya miatt. A 20. század második felétől a települések csatornázási rendszerében változás következett be. Főleg a városok a hálózatra újonnan kapcsolt területek szenny- és csapadékvizének elvezetésére elválasztott rendszert kezdtek alkalmazni, a korábbi egyesített rendszerrel szemben. Jó példa erre Budapest csatornázási rendszerének változása, amely az 1.4. ábrán látható ábra. Csatornázási rendszer szerinti megoszlás változása Budapesten (Forrás: Sali, 2006) Ugyanekkor hazánkban a vízellátás került előtérbe és ennek következtében jelentősen nőtt az úgynevezett közműolló, azaz a vízellátás és csatornázás színvonala közötti különbség (1.5. ábra). A kialakult gyakorlat az egyesített és elválasztott csatornarendszerekkel együtt is azt jelentette, hogy a települési vízforgalom beviteli oldala lényegesen nagyobb volt, mint a kivitel. Ennek következtében bizonyos helyeken talajvízdombok keletkeztek a települések alatt. 5

10 A települési vízgazdálkodás történeti fejlődése 1.5. ábra. A közműolló alakulása Magyarországon (Buzás, 1999) Az iparilag fejlett országok az as években felismerték a minőségi problémák jelentőségét és a mennyiség + minőség együttes kezelését részesítették előnyben. Ugyanekkor ismerték fel, hogy a csapadékvíznek (illetve egy részének) a keletkezés helyén történő elhelyezése számos előnyt rejt. Konkrétan, csökkenthetők a műtárgyak méretei és ezzel a költségek, valamint kivédhető a vízminőségi panaszok egy része is. Mindezeken túl az 1990-es években egyre nagyobb szerepet kaptak a rekreációs szempontok. A víz szerepe megnőtt a települési környezet mikroklímájának alakításában, mely a csapadékvíz elhelyezéssel is közvetlen kapcsolatba hozható. A víz a növényekhez hasonlóan a lakó- és külső tér közötti kapcsolat megteremtésére is alkalmas. Magyarországon a rendszerváltást követően kezdődött meg a felzárkózás a csatornázás területén, melyet az európai uniós követelmények is sürgetnek. A kilencvenes éveket a vízi infrastruktúra korábban nem látott mértékű fejlesztése jellemezte (Somlyódy, 2002). A beruházások mértéke közel kétszázmilliárd forint volt, és ennek eredményeként nemcsak az ivóvízellátás, hanem a csatornázás és a szennyvíztisztítás szintje is emelkedett. Az utóbbi időszakban a következő tényezők hoztak alapvető változásokat a csatornahálózatok tervezése és üzemeltetése kapcsán: a fenntartható fejlődés elvének elterjedése, az ökológiai szemlélet térnyerése, az elfolyó vizek befogadóra gyakorolt hatásának jobb megértése, a hálózat, a szennyvíztelep és a befogadó egységes kezelése, a számítástechnikai eszközök és az analitikai módszerek folyamatos fejlődése, az EU Víz Keretirányelvvel összhangban a vízgyűjtőszemlélet elterjedése. A csapadékvíz-elhelyezést vizsgálva, a múltban a csatornát mindenkinek volt a jelszó. Ez megoldotta a két legfontosabb problémát: a közegészség helyzetét és az elöntések elleni védelmet. A régi koncepció szerint azonban már nem képes kielégíteni a városok ilyen irányú igényét, és megoldásra várnak: a lefolyás mennyiségével kapcsolatos problémák: a lefolyás megnövekedett mennyisége és tetőző vízhozama, a süllyedő talajvíztükör, a településen áthúzódó vízfolyások eróziója. 6

11 A települési vízgazdálkodás történeti fejlődése a lefolyás minőségével kapcsolatos feladatok: a települési csapadékvíz az egyik legnagyobb nem-pontszerű forrása számos szennyezésnek (nehézfémek, szerves anyagok, szennyezett hordalék, stb.). a táj esztétikai, ökológiai és használati értékével összefüggő problémák: A hagyományos csatornahálózatok elfolyó vizeinek hatása a befogadóra, a befogadó használati értékére, és különösen a rekreációs célokra. a meglévő városi csatornahálózatokkal kapcsolatban fennálló problémák: a szennyvíz-tisztító telepek csapadékvízből származó hidraulikai túlterhelése, a nem megfelelő infrastruktúra és az elöregedő rendszerek költséges fejújítása. Napjainkban a városi csatornázás többet jelent, mint a csapadékvíz egyszerű elvezetését a településről. Az új stratégiát öt cél jellemzi (Gayer, 2004): a városi lefolyás csökkentése a csúcs-vízhozam redukálása céljából, a szennyezés csökkentése a szennyezőanyagok összegyűjtése és kezelése révén, a csapadékvíz visszatartása és lehetőség szerinti maximális felhasználása, a városkép javítása a víz beillesztésével a funkcionális zöldövezetekbe, a csatornázási beruházás, infrastrukturális költségek csökkentése, például a csapadékvíz zöld felületekre vezetésével. Összefoglalás A városiasodás a kezdetektől sokféle szakismeretet igénylő vízgazdálkodási feladat megoldását kívánta. A változás ma már olyan mértékű, hogy a települések a vízgyűjtő-gazdálkodás meghatározó tényezőivé váltak. A világban tapasztalható jelenségek közül az urbanizáció térhódítása a gazdasági-társadalmi fejlődés elkerülhetetlennek látszó következménye, amely komoly következményekkel jár a települések csatornázásának fejlődésére. Önellenőrző kérdések 1. Mutassa be a települési vízforgalom nyitott rendszerét! 2. Mely fontosabb tudományágakhoz kapcsolódik a települési vízgazdálkodás? 3. Válassza ki az alábbiak közül a csatornázás stratégiai céljai közé NEM illeszkedő megoldásokat! a. A lefolyás csökkentése a csúcs-vízhozam redukálása céljából, b. A keletkezett szennyvíz mennyiségének csökkentése, c. A csapadékvíz elvezetést szolgáló közműrendszer fejlesztése, d. A városkép javítása a víz beillesztésével a települési zöldövezetekbe, e. A csapadék- és szennyvíz együttes kezelése a költségek csökkentése céljából, f. Beruházási, infrastrukturális költségek csökkentése. 7

12 2. fejezet - A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében Bevezetés A víz felhasználása mindennapi életünk, a társadalmi, gazdasági létünk egyik legfontosabb alapeleme. Az édesvízkészletek azonban sem térben sem időben nem állnak korlátlanul a társadalom és a gazdaság rendelkezésére a Földön, sőt szűkebben még Európában sem. Ezért a víz korunk egyik stratégiai fontosságú anyaga. Annak érdekében, hogy biztosíthassuk megfelelő mennyiségben és minőségben, fel kell mérnünk az alapvető készleteket: milyen tényezők befolyásolják után pótlódását, esetleg minőségét, tudjuk-e készletezni, valamint azt, hogy milyen felhasználási igényünk van a vízzel szemben. A vízkészletekkel való gazdálkodás ma már minden állam számára alapvető feladat. A szükségleteknek megfelel minőségű víz hiánya társadalmi és politikai krízishelyzetek forrása a jövőben. Más esetekben a víz túlzott jelenléte is problémát jelent, több esetben természeti katasztrófát is okozhat. A felhasználásra alkalmas vízkészlet szűkössége, illetve a víz helyenkénti túlzó jelenléte a társadalom és a gazdaság összes ágát érinti, beleértve a hidrológiai és a környezetvédelmi szempontokat is. A fenntartható fejlődés érdeke is azt kívánja, hogy a vízkészletek gazdálkodására, a vízminőség védelemre az eddigiektől eltérően sokkal több figyelmet szenteljünk. Se ízed, se zamatod, nem lehet meghatározni téged, Megízlelnek anélkül, hogy megismernének. Nem szükséges vagy az életben: maga az élet vagy. (Saint-Exupéry) Nyilván nem ezek az irodalmi gondolatok, hanem a mindennapok gyakorlata vezetett odáig, hogy a társadalom kikövetelte a mind kellemesebb környezeti feltételeket úgy a munkahelyeken, mint odahaza. A tanulási egység célja: Megismerni a Víz Keretirányelv létrehozásának körülményeit, okait, Elsajátítani és megérteni a Víz Keretirányelv alapvető célkitűzéseit, Megismerni a Víz Keretirányelv jelentőségét, Áttekinteni a Víz Keretirányelv magyarországi főbb feladatait. A tanulási egység tananyagának elsajátításával Ön képes lesz: Ismertetni a Víz Keretirányelv (VKI) létrehozásának okait, folyamatát, Ismertetni a VKI főbb célkitűzéseit, Felsorolni a Magyarország legfontosabb kötelezettségeit a VKI kapcsolatosan, Összefoglaló jelleggel bemutatni a VKI jelentőségét, feladatait A Víz Keretirányelv létrehozása A lakossági igények, a zöld-, illetve a szakmai szervezetek nyomásgyakorlása vezetett el addig, hogy az Európai Unió önmaga tevékenységét korlátozva megalkossa az új vízpolitika gerincét adó elveket, majd a VKI-t, még az előző évszázad utolsó évtizedében. Célja, több irányú volt. Közülük kiemelkedtek a felszíni és felszín alatti vizeink (2.1. ábra) mennyiségi, minősége megóvása és állapotuk javítása. Ennek érdekében az Európai Unió új vízpolitikát fogadott el. A 8

13 A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében megelőző időkben sokáig úgy gondoltuk, hogy büntetlenül használhatjuk fel ezeket a készleteket, de kiderült, hogy ez nem így van ábra. Felszíni és felszín alatti vízkészletek, valamint a víz körforgása Vízbázisaink sérülékenyek, esetleg vészesen kiürülhetnek és pótlódásuk változó sebességű (2.2. ábra). Időszakonként aszályok, máskor árvizek törhetnek az országokra és ezeknek a szélsőséges eseményeknek valószínűsége egyre növekszik. A felismerés eljutatta az egyesült Európa vezetőinek túlnyomó részét addig, hogy meghozzák együttesen határozatukat a vízvédelem irányába. A döntés értelmében az Európai Unió tagjai együtt kell tegyenek a vízkincseink védelme, megőrzése érdekében. 2.2 ábra. A felszín alatti vizek, vízkészletek elhelyezkedése A döntés eredményeként közös felméréseket végeztek az elvégzendő feladatok meghatározására, majd megfogalmazták végrehajtandó akcióterveket és hozzárendelték az időintervallumokat. A Víz Keretirányelv, ill. röviden VKI, az EK új víz-politikája érvényesítésének legfontosabb eszköze. 9

14 A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében Az Európai Uniónak új víz- és vízi környezetgazdálkodási politikája, világviszonylatban is kiemelkedő, egyedülálló a megfogalmazott célkitűzések és azok végrehajtása szempontjából. Ennek elérését egy egyedülálló jogszabállyal - az EU Víz Keretirányelvével - tették kötelezővé. Az Európai vízkészletek mennyiségi és minőségi védelme érvényesítésére, december 22-én lépett hatályba az ún. Víz Keretirányelv (VKI), ami az országhatárokon túlnyúlva a vízgyűjtőkön (2.3. ábra ) való koordinált vízgazdálkodást, vízvédelmet segíti elő. 2.3 ábra. Vízgyűjtő terület lehatárolása (Észak-Dunántúli Vízügyi Igazgatóság) A VKI általános és alapvető célkitűzései Legfontosabb célkitűzése, hogy a tagállamok területén minden felszíni és felszín alatti vizeket 2015-ig jó állapotba kell hozni. A jó állapot nemcsak a víz tisztaságát jelenti, hanem a vízhez kötődő élőhelyek minél természetesebb állapotának megőrzését, fenntartását, illetve a megfelelő vízmennyiség biztosítását is. A jó ökológiai állapot eléréséhez szükséges intézkedéseket azonban össze kell hangolni az árvízi vagy belvízi védekezéssel, a településfejlesztési elképzelésekkel, legyen szó szennyvízkezelésről, az ivóvíz kérdéséről, vagy a vízi közlekedés esetleges fejlesztési elképzeléseiről. Jó állapot szempontjából felszíni vizeknél a víz ökológiai és kémiai állapota, felszín alatti vizek esetén a mennyiségi és kémiai állapot számít és a végső megítélésben a rosszabbik jellemzővel megadott érték számít. A vizek adott ökológiai állapotát a vízi ökoszisztémák szerkezetének és működésének minősége határozza meg. A jó kémiai állapothoz az szükséges, hogy a szennyező anyagok koncentrációja ne haladjon meg bizonyos meghatározott határértékeket. A mennyiségi állapotot a túlzott kitermelés veszélyezteti, és csak akkor jó, ha a hosszúidejű éves átlagos kitermelés összhangban van a hasznosítható felszín alatti vízkészlettel. A jó állapot elérését a felszíni és felszín alatti víztestek szintjén kell biztosítani. Az elért jó állapotot a későbbiekben fenn is kell tartani. A felszíni vizek esetében a jó kémiai és jó ökológiai állapot, a felszín alatti vizek (talajvíztükör 2.4. ábra) esetében, pedig a jó kémiai és jó mennyiségi állapot fenntartását jelenti. 10

15 A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében 2.4 ábra. A talajvíztükör kialakulásának bemutatása, - a telített és telítetlen zóna -, a talajszemcsékben való megjelenése. A víz körforgása (2.1. ábra), azaz a hidrológiai ciklus biztosítja a vízkészletek mennyiségi fenntartását, míg a természeti adottságok, valamint a környezethasználat befolyásolja a vízkészletek minőségi állapotát. A különböző tervek összehangolását csak úgy lehet elérni, ha az önkormányzatok, a területen működő különböző érdekcsoportok (ipari, mezőgazdasági és egyéb vízhasználók, természetvédő szervezetek, stb.) is részt vesznek az intézkedések tervezési folyamatában. További célja, hogy támogatást nyújtson a Víz Keretirányelv végrehajtásához a tagországok, illetve más érdekelt - csatlakozó, vagy csatlakozott - országok számára. Azokat a rendkívül hasznos gyakorlati ismereteket tartalmazza a társadalom bevonásának területén, melyekre a vízgyűjtő-gazdálkodási terveket összeállító környezetvédelmi és vízügyi igazgatóságok szakembereinek szükségük van. Külön érdeme a társadalmi tanulás koncepciójának bemutatása. Magyarországnak az Európai Unió tagjaként kötelessége végrehajtania a VKI-ban megfogalmazott kötelezettségeit, hogy ezzel biztosítsuk a jelen és a jövő nemzedékei számára alapvető fontosságú vízkészleteket. A legjelentősebb kötelmek felsorolása: Megakadályozza a vizek állapotának romlását, védi és javítja a vízkészletek állapotát. A vízkészletek hosszú távú védelmével elősegíti a fenntartható vízhasználatot. Védi és javítja a vízi környezet állapotát. Csökkenti a felszín alatti vizek szennyezését. Mérsékli az árvizek és aszályok hatásait. A VKI célkitűzésének elérése érdekében a tagállamoknak gondoskodniuk kell a vizek állapotának megfigyeléséhez olyan programok kidolgozásáról (monitoring) amelyek segítségével a vizek állapota összehangolt es átfogó módon áttekinthető. Ez vonatkozik mind a felszíni, mind a felszín alatti vizekre A Víz Keretirányelv jelentősége és feladatai 11

16 A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében A VKI jelentőségét elsősorban az adja, hogy egységes alapokon szabályozza a felszíni, felszín alatti vizek mennyiségi és minőségi védelmét, a pontszerű és diffúz szennyező-forrásokkal szembeni fellépést, és előírja a vizek jó állapotának eléréséhez vezető intézkedések vízgyűjtő szintű összehangolását. Ennek Magyarország számára kiemelt jelentősége van, mert hazánk egész területe a Duna vízgyűjtőjében fekszik, és a Víz Keretirányelv szerint az egész Duna medencét kell vízgyűjtő területnek tekinteni. (A Duna egész vízgyűjtőjére vonatkozó tevékenységet a Duna Védelmi Egyezmény Nemzetközi Bizottsága az angol rövidítés szerint ICPDR koordinálja, honlapjukat lásd a kacsolódó oldalak között.) A Víz Keretirányelv végrehajtása egy interaktív folyamat, ahogy az adatok, információk mennyisége növekszik es minősége is javul, a módszertan es a minősítési rendszer is fejlődni fog. A tervezett mintavételi helyek száma a működési (operatív) monitoringban kb hely. A Keretirányelvnek megfelelő felszíni és felszín alatti víz monitoring 2007-től működik. Az emberi tevékenység környezeti hatásainak (az ok-okozati kapcsolatoknak) a feltárása a VKI-ra A környezeti célkitűzéseket, de még inkább a víz jó állapotának elérése érdekében hozandó intézkedéseket csakis az ok-okozati kapcsolatok feltárása után lehet meghatározni. Az értékelés a víztest-szintű információkra épül, de általában a több víztestet érintő terhelések és igénybevételek miatt az elemzés csak magasabb szinten (a tervezési alegységek, esetleg tervezési részegységek szintjén) végezhető el. Ehhez az általánosan előforduló terhelések esetén országos szintű adatbázisok, illetve feldolgozások (becslések) nyújtanak segítséget. Az elemzést bizonyos előre meghatározott csoportosítási rendszer (hierarchia) szerint célszerű végrehajtani, amelynek elemei: a kockázat típusa (pl. vízfolyás kémiai állapota, vagy felszín alatti víztest mennyiségi állapota), a kockázatosságot jelentő állapot jellemzője (pl. a vízfolyás magas tápanyagtartalma, vagy a felszín alatti víztest valamely pontján megjelenő süllyedő tendencia), a problémát kiváltó emberi tevékenység (pl. földhasználat-változások, lefolyás-szabályozás, morfológiai elváltozások, vízkivételek, pontszerű és diffúz szennyező források). A környezeti célkitűzések első változatának meghatározása A környezeti célkitűzéseket (jó ökológiai és kémiai állapot, valamint jó ökológiai potenciál a felszíni víztestek esetében, illetve jó mennyiségi és kémiai állapot a felszín alatti víztestek esetében, vagy ezeknél enyhébb célok) víztestenként kell megadni, ugyanakkor a célkitűzéseket befolyásoló műszaki és közgazdasági feltételek csak a tervezési részegység vagy tervezési alegység szintjén értelmezhetők. A környezeti célkitűzések meghatározásában, a technikai szempontokon túl, meghatározó szerepe lesz a frissen megváltozott uniós előírásokhoz történő jogközelítésnek, továbbá a közgazdasági szempontoknak és a társadalom bevonásának. A munka végrehajtása iteratív jellegű és gyakran csak az intézkedési programok tervezése során véglegesíthető. Az értékelésnek amely történhet az azonos problémával érintett víztestek csoportjára összevontan tartalmaznia kell a kiváltó okokat, megszüntetésük lehetőségeit és költségeit, a társadalom és az érdekeltek állásfoglalását, illetve a módosított célkitűzés tartalmát és/vagy elérésének határidejét, illetve a fennmaradó állapot környezetre gyakorolt hatását. A felszíni vizek tekintetében a környezeti célkitűzések meghatározása az illetékes KÖVIZIG-ek koordinálásában, a KÖTEVIFE és az NPI szakembereinek, valamint szükség szerint külső szakértőknek a bevonásával történik. A felszín alatti vizek esetében a már említett sajátos körülmények miatt az országos központi irányításnak nagy szerepet kell szánni elsősorban a kémiai állapot vonatkozásában. A Víz Keretirányelv rendelkezéseit integrált módon, a vízgyűjtő-gazdálkodási tervezés eszközeivel kell végrehajtani az érdekeltek széleskörű bevonásával. A Víz Keretirányelv különböző határidőkre és tartalommal feladatokat és jelentési kötelezettségeket ír elő a tagországok számára. Az EU csatlakozás óta Magyarország három jelentést nyújtott be az Európai Bizottság számára. 12

17 A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében Az első jelentés júniusban fejeződött be. A jelentést Magyarország a 3. cikkely előírásainak megfelelőn nyújtotta be az Európai Bizottság számára (1. Nemzeti Jelentés). Ez tartalmazta Magyarországnak a Dunavízgyűjtőkerületen belüli meghatározását, térképi bemutatását, a hatáskörrel rendelkező hatóság (KvVM) megnevezését, illetékességének meghatározását, a KvVM keretirányelvhez kapcsolódó felelősségi köreinek listáját és a nemzetközi kapcsolatok leírását, ezen belül: a Duna-vízgyűjtőkerületen belüli meghatározását, térképi bemutatását, hatáskörrel rendelkező hatóság (a KvVM) megnevezését, illetékességének meghatározását, a KvVM keretirányelvhez kapcsolódó felelősségi köreinek listáját és a nemzetközi kapcsolatok leírását. A második jelentés az ország területén található víztestek jellemzéséről, a vizeket érő hatások elemzéséről, a vízhasználatok gazdaságossági szempontú értékeléséről és a védett területek listájának elkészítéséről szólt a VKI 5. cikke szerint (2. Nemzeti Jelentés). Ezt hazánk szakemberei az Európai Közösség Víz Igazgatói által elfogadott elvek alapján készítették el és nyújtották be a március 22-i határidőre. Ezt követően egy közérthető nyelven fogalmazott népszerűsítő kiadvány készült 2000 példányban, mely bemutatja a VKI célját, fogalmait, végrehajtásának helyzetét Magyarországon és a Duna-vízgyűjtő kerületben egyaránt. A második jelentés: az ország területén található víztestek jellemzéséről, a vizeket érő hatások elemzéséről, a vízhasználatok gazdaságossági szempontú értékeléséről és a védett területek listájának elkészítéséről szólt A harmadik jelentés azokról a monitoring programokról számolt be, melyeket a felszíni és a felszín alatti vizek állapotának áttekintésére kellett elindítani, a VKI 8. cikkének megfelelően december 22-ig (3. Nemzeti Jelentés április). A legtöbb tagországhoz hasonlóan Magyarország is rendelkezik több évtizede működő monitoring rendszerekkel, így a VKI által igényelt hazai programok kialakítása ezek figyelembe vételével történt. A harmadik jelentés a monitoring programokat ismertette: a felszíni és a felszín alatti vizek állapotának áttekintésére kellett elindítani, a VKI 8. cikkének megfelelően december 22-ig A Keretirányelv az első átfogó vízügyi szabályozás az EU-n belül. Jellemzője, hogy: hatálya alá esik ellentétben a korábbi specifikus irányelvekkel mindenféle víz, azaz felszíni, felszín alatti, torkolati és tengerparti víz is, környezeti célkitűzések megvalósítását és a víztestek jó állapotának elérését tűzi ki célul 2015-re. Felszíni vizeknél az ökológiai és kémiai minőség, felszín alatti vizeknél a mennyiség és a kémiai minőség a mérték. Ezek megfigyelésére megfelelő monitoring rendszerek üzemeltetése szükséges, előírja, hogy a vízgazdálkodást vízgyűjtőszemlélettel kell megvalósítani (országhatárokon és adminisztratív határokon keresztül), a vízgyűjtő gazdálkodási terv központi eleme az intézkedési program, mely a vonatkozó nemzeti, illetve Közösségi szabályozáson alapul. Ha ez az intézkedési csomag nem elegendő a jó állapot eléréséhez, kiegészítő intézkedéseket kell bevezetni, a Keretirányelv a vízmennyiséggel vízmérleggel is foglalkozik. A felszín alatti vízkivételeknek összhangban kell lenniük az utánpótlódással, a készletek védelme érdekében, 13

18 A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében gazdasági eszközök is segítik a környezeti célok megvalósítását. A megfelelő vízdíjak a takarékosságra ösztönözve védik a véges készleteket. A víz- és csatornadíjak kialakításánál a VKI a szennyező fizet elvet és a költségmegtérülés elvét tekinti irányadónak, figyelembe véve az üzemeltetési, környezeti és készletgazdálkodási költségeket is. A költséghatékonyság kritériumait is szem előtt kell tartani a vizek védelmét szolgáló intézkedések esetében, a társadalmat is be kell vonni a vízgyűjtő gazdálkodási tervezésbe, a Víz Keretirányelv lehetővé teszi a szabályozás karcsúsítását is, hét régi irányelv érvénytelenítésével és azok szerepének átvállalásával. A Víz Keretirányelv feladata Magyarországon Felszíni vizek monitoringja A felszíni vizes monitoring rendszer hosszú múltra tekint vissza Magyarországon (mennyiségi tekintetben 130, minőségiben 40 évre). A vizek állapotának értékelése azonban főleg a fizikai, kémiai paraméterek vizsgálatán alapult. A múltban az oxigén- és tápanyagháztartás, a mikrobiológiai és mikroszennyezők valamint az egyéb paraméterek vizsgálata folyt országos, regionális és lokális monitoring rendszerek keretében (2.5. ábra). 2.5 ábra. VKI vízminőségi monitoringpontok (Körös-vidéki Vízügyi Igazgatóság) Egy adott élőhely ökológiai állapota (mely fizikai-kémiai, hidromorfológiai és biológiai elemei egymásra hatásának eredményeként alakul ki) alkalmas az emberi beavatkozások mértékének megfigyelésére. Ennek megfelelően a Víz Keretirányelv a felszíni vizek állapotértékeléséhez egy ökológiai monitoring rendszer működtetését írja elő. A VKI a monitoring céljától függően háromszintű monitoring rendszert különböztet meg: feltáró monitoring a vizek állapotának átfogó áttekintése és a hosszú távú természetes és emberi hatások nyomon követése céljára, 14

19 A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében működési (operatív) monitoring a jó állapot elérése érdekében hozott intézkedési programok hatékonyságának ellenőrzése céljából és vizsgálati monitoring az ismeretlen hatások, haváriák kivizsgálásra. A korábbi hazai monitoring rendszerhez képest a Víz Keretirányelv teljesen új elemként határozza meg a bevonatlakó algák, a vízi növények és a halak monitorozását, valamint a veszélyes anyagok körében 33 vegyület illetve vegyület csoport rendszeres vizsgálatát. A növényi planktonok és a fenéklakó gerinctelenek vizsgálata már korábban is beépült a magyar monitoring rendszerbe, de módszertani követelmények miatt ezek vizsgálata a VKI keretében teljesen újnak tekinthető a korábbi gyakorlathoz képest. A Víz Keretirányelv alapvető követelményként írja elő az adatok megfelelőségét és pontosságát. A biológiai vizsgálatok módszertanának tehát a reprezentatív mintavételtől a fajszintű meghatározásig kell terjednie. Az ökológiai minősítési rendszer típus-specifikus, ötosztályos skálán alapul. Az Európai Közösség egyik nagyon fontos célkitűzése, a veszélyes kémiai anyagok gyártásának, forgalmazásának és felhasználásának visszaszorítása illetve bizonyos esetekben minimálisra csökkentése és így a környezetbe jutásuk megakadályozása. A VKI célja, hogy hozzájáruljon ehhez a folyamathoz a veszélyes anyagok vízbe történő kibocsátásának fokozatos csökkentésével. A veszélyes anyagok minősítése két osztályba sorolás alapján történik, aszerint, hogy a mért koncentráció meghaladja-e vagy sem a környezeti határértéket. Fontos megjegyezni, hogy a Víz Keretirányelv végrehajtása egy iteratív folyamat, ahogy az adatok, információk mennyisége növekszik és minősége is javul, a módszertan és a minősítési rendszer is fejlődni fog. Felszín alatti vizek monitoringja A monitoring program célja felszín alatti vizek esetében a kémiai és a mennyiségi állapot, ill. ezek változásának összehangolt es átfogó megfigyelése. A VKI a felszín alatti vizek esetében a víztestek kémiai és a mennyiségi állapota, és az abban bekövetkező változások megfigyelése, nyomon követése céljából írja elő monitoring programok kidolgozását és működtetését. A felszín alatti vizek Magyarországon kitüntetett szerepet töltenek be, melyet a VKI monitoring pontok viszonylag nagy sűrűsége tükröz. A hálózat a már meglévő, állami üzemeltetésű kutakra és forrásokra épül, melyet a környezethasználók által működtetett pontok (pl.: vízművek, öntöző kutak) egészítenek ki. A meglevő hálózatból történő válogatás során figyelembe vett fő szempont a reprezentatív, felszín alatti vizeink mennyiségi és minőségi állapotáról reális képet nyújtó pontok kijelölése volt. A monitoring pontok típusa, a különböző természetes adottságok és emberi hatások alapján összesen hat, két mennyiségi és négy minőségi program került kidolgozásra. Paraméterek tekintetében 2007-ben a VKI által kötelezően előírt minimum program, ill. az ún. rutin paraméterek mérése (ph, vezetőképesség, oxigéntartalom, nitrát, ammónium, nátrium, kálium, kalcium, magnézium, hidrogén-karbonát, klorid, szulfát) történt tól mindazon további paraméter mérése is a programba kerül, melyeket a felszín alatti víz védelméről szóló új irányelv ír elő, ill. amelyeket korábbi felmérések során már kimutattak az adott területen: Így pl. mezőgazdasági területeken peszticidek, ipari területeken tri- és tetraklóretilén és nehézfémek mérésére kerülhet sor. A mérési gyakoriság a víztest sérülékenységétől függően minimálisan évi 1 és 2 mérés között változik, de a talajvizek esetében négy mérés lenne az optimális. A kémiai monitoring négy programból, 1742 helyszínen összesen 1988 pontból áll. A hideg víztestek felszín közeli rétegeinek megfigyelése a vízföldtani jellemzők, a területhasználat és a szennyezési potenciál alapján meghatározott típusterületeken végzett mérésekkel történik. Ezen belül a várhatóan előforduló, és ezért megfigyelésre kerülő szennyezőanyagok szempontjából elkülönülnek az erdő- és mezőgazdasági jellegű külterületek, ill. a beépített, és ipari területek. Külön program szolgál az ivóvízellátás szempontjából lényeges hideg víztestek mélyebb, nem sérülékeny részeinek és a termálvíztesteknek a megfigyelésére. 15

20 A Víz Keretirányelv az önkormányzati feladatok és az urbanizált területek tükrében A nitrát irányelv a vizek mezőgazdasági eredetű nitrát szennyezésének figyelését írja elő. Kihasználva a VKI és a lehetőségeket az előírt monitoring rendszerek működtetésének összehangolására a megtervezett VKI monitoring egyben teljesíti a nitrát irányelv követelményeit is. A határokkal osztott víztestek esetében a szomszédos országokkal a határvízi egyezmények keretében adatcserére kijelölt kutak a VKI monitoring részét képezik. Ezen felül a jelen monitoring rendszer pontjai a Duna Védelmi Egyezményhez kapcsolódóan a Duna medence szinten kijelölt, jelentős, határokkal osztott felszín alatti víztestek monitoringját is biztosítják. Összefoglalás A víz az ember életfeltétele, munkaeszköze, és tárgya, rekreációs lehetősége, melyet a folyamatosan felhasználunk. Mennyiségét és minőségét is óvni, védeni kell, hogy a jövőben is kielégíthessük igényeinket. A lakosság, a zöld-, illetve a szakmai szervezetek nyomásgyakorlása vezetett el addig, hogy az Európai unió önmaga tevékenységét korlátozva megalkossa az új vízpolitika gerincét adó elveket, majd a Víz Keretirányelvet. A VKI a vízfelhasználás mennyiségét, minőségét- és ökoszisztéma védelmet, szabályozó, valamint iránymutató célokat, feladatokat tűzött ki a csatlakozó országok elé egyedülálló módon. Ennek megvalósítása érdekében szabályozza szárazföldi és tengeri, a felszíni, felszín alatti vízhasználatot, valamint az országhatárokon áthaladó folyóvizek sorsát. Önellenőrző kérdések 1. Mi a Víz Keretirányelv különlegessége? 2. Ismertesse a VKI alapfeladatát. 3. A VKI a víz és a társadalom milyen kapcsolatát szabályozza? 16

21 3. fejezet - A csapadékvíz mennyiségi kezelése Bevezetés A városi területeken a különböző felületekről összegyülekező és lefolyó csapadékvíz elvezetése a vízmennyiség, és főleg a kialakuló csúcs-vízhozam csökkentése irányul. A csapadékvíz gazdálkodás elvei szerint nem a csapadékvíz gyors levezetése a cél, hanem a csatornába jutó csapadékvíz mennyiség csökkentése, illetve a lefolyási idő növelése. A lefolyás csökkentésére és késleltetésére alkalmazott módszerek alapvetően két csoportba sorolhatók: a keletkezés helyén történő (vagy közmű előtti) szabályozás, közművi szabályozás a csatornahálózat valamely pontján. A fenti módszereken túl több lehetőség kínálkozik, ezekkel foglalkozik részletesen a tanulási egység. A tanulási egység célja: Ismerje meg a beszivárogtatás lehetőségeit! Ismerje a lefolyás késleltetésének, a lefolyási idő növelésének eszközeit! Tudja a közművi szabályozás alkalmazási lehetőségeit! A tanulási egység tananyagának elsajátítását követően Ön képes lesz: Ismertetni a talajvízdúsítás lehetőségeit, Lerajzolni a vízáteresztő burkolatot, Ismertetni a csapadékvíz lefolyás késleltetésének megoldásait, Rajzon bemutatni az átfolyó és a mellék tározás elvét, Ismertetni a kettős csapadék csatornázás elvét A csapadékvíz mennyiségének kezelése A keletkezés helyén történő szabályozás A csapadékvíz keletkezés helyén, illetve a felszíni lefolyás szakaszában történő szabályozása egyfajta eszköz a természetes vízkészletek használata szempontjából. Lehetőséget biztosít egyrészt a csatornahálózat és a szennyvíztisztító telep terhelésének mérséklésére. Másrészt lehetővé teszi az ivóvíz felhasználás csökkentését, ezáltal beruházási és fenntartási költségcsökkenést eredményez. Belgiumban például az ilyen jellegű szabályozás a természetes lefolyást igyekszik közelíteni (Gayer, 2004). A keletkezés helyén történő szabályozás lehet végleges elhelyezés, valamint lefolyás-késleltetés. A keletkezés helyén történő szabályozás többnyire beszivárogtatást jelent, feltéve, hogy a talaj és a vízminőség is alkalmas erre. A csapadékvíz elszivárogtatása nem csak a csatornát terhelő csapadékvíz-hozam csökkentése szempontjából előnyös, az adott terület talajvíz mérlegét is javítja (Asztalos et al., 2009). A klímaváltozással egyre hosszabbra nyúló aszályos időszakok tükrében a talajvíz beszivárogtatott csapadékvízzel történő dúsítása és ily módon való tározása fontos a települések vízháztartása szempontjából. A beszivárogtatás eredményességében döntő szerepet játszik a talajvízszint mélysége, a talaj szivárgási tulajdonságai. 17

22 A csapadékvíz mennyiségi kezelése A talajvízdúsítás lehetőségei Gayer (2004) alapján: Beszivárogtatás gyepes, bokros területen, ahol a víz a növények gyökérzete által is segítve szivárog a talajba. Tetőkről, utakról lefolyó vizeket szikkasztanak ily módon általában (3.1. ábra). 3.1 ábra. Beszivárogtatás gyepes területen (Csapák, 2009) Beszivárogtatás nyílt árokban, fentiekhez hasonló módon. A csatornafenék zúzott kővel való kialakítása javít a módszer hatásfokán, de a döntő tényező a talaj vízáteresztő képessége. Egy-egy szivárogtató árok maximum 2 ha-os vízgyűjtőt szolgál ki. Bioszűrő vápák. Kialakításuk szerint fűvel, vízinövényekkel beültetett mélyedések (3.2 ábra), melyek gyökérzetüknek köszönhetően kiválóan alkalmasak beszivárogtatásra, és a szennyezőanyagok kiszűrésére is. Működésük három dologra terjed ki: 1.) a növényzet felveszi a szennyezőanyagok egy részét, 2.) kiülepedés következik be az alacsony sebesség következtében, illetve 3.) a csapadékvíz beszivárog a talajba. Bioszűrő vápa (specialty.luckstone.com) 18

23 A csapadékvíz mennyiségi kezelése Beszivárogtató tó. A tófenék vízáteresztő kell, hogy legyen. Lényeges a tófenék rendszeres kotrása a feliszapolódás, az üledék eltávolítása céljából. Alkalmazása esetén általában max. 5 ha-nyi lehet a vízgyűjtőterület nagysága. Felszín alatti szivárogtató tározás. Nagy hézagtérfogatú anyaggal (pl. zúzott kővel) kitöltött, föld alatti tározótér (3.3. ábra). A vízzáró felületekről ide vezetik a lefolyó vizet, ahol az tározódik, majd lassan elszivárog a talajvíz felé. A tározótér utak alépítményében is kialakítható. Nagy porozitású talaj esetén a lefolyó vizek tározótér kiépítése nélkül, közvetlenül vezethetők a talajba ábra. Felszín alatti szivárogtató tározás ( Porózus, vízáteresztő burkolat (3.4. és 3.5. ábra). Nagy burkolt felületek, nagy csatornasűrűség esetén alkalmazható. A fagyveszély miatt gondos kiépítést igényel, eltömődésének lehetősége miatt folyamatos fenntartást igényel. A fent felsorolt beszivárogtatási lehetőségeknél olyan növények alkalmazhatók sikeresen, melyek egyaránt tűrik a szárazságot és az elöntést, nagy gyökérzetük révén segítik a beszivárgást, csökkentik az eróziót, így különösen hasznosak lehetnek a csapadékvíz kezelésében. Mennyiségi és minőségi szempontból is megfelelők a csapadékvíz kezelésére a következő növények (a teljesség igénye nélkül): fák: juhar, kőris, nyír fűz, bokrok: berkenye, fűz, vadrózsa, gyöngyvessző, pázsitfűfélék: szittyó, sás, csenkesz. 3.4 ábra. Vízáteresztő burkolat felépítése (EPA NSW 1997) 19

24 A csapadékvíz mennyiségi kezelése 3.5 ábra: Elszivárogtató burkolatok (Asztalos et al., 2009) A csapadékvizet tárolhatjuk olyan vízzáró burkolatú felületeken is, ahol az ideiglenes elöntés nem okoz kellemetlenséget. Ebben az esetben a víznyelő műtárgy, vagy a csatlakozó műtárgy méretének szabályozása ad lehetőséget a víz visszatartására, esetleg lassabb elvezetésére. A tározás ilyen lehetőségei Gayer (2004) szerint: Lapos tetős épületeken. Ehhez a tető megfelelő szigetelése szükséges. Kockázatos és viszonylag kis hatékonyságú megoldás. Az épületen történő tározás egyik formája lehet a zöldtetők alkalmazása. Azok közül is elsősorban az extenzív zöldtetők (3.6 ábra) jöhetnek szóba. Minden zöldtető a következő hatásokat gyakorolja a csapadék lefolyásra (Roth-Kleyer, 2005): a csapadék okozta lefolyás csökkentése, a csapadék tárolása a zöldtetőkben és a csúcsok csökkentése, a növényzet okozta tárolás, evapotranspiráció (a talaj és növényzet együttes párologtatása). Fontosságuk a környezetre és az épületekre gyakorolt kedvező hatásukban, valamint az esztétikus látvány kialakításában is jelentkezik (Horváthné és Mrekva, 2010). 20

25 A csapadékvíz mennyiségi kezelése 3.6 ábra. Extenzív zöldtető (Forrás: Gépkocsi parkolókban (3.7 ábra). A terület megfelelő kialakítása szükséges, bár ez a gépkocsik megközelítését nehezíti a tározás ideje alatt. Ciszternában. A tetőről lefolyó csapadékvíz telkeken történő összegyűjtése után jól hasznosítható a háztartásokban (ezt a lehetőséget a tananyag egy későbbi fejezetében részletesen megemlítjük). 3.7 ábra. Tározó rendszer kialakítása gépkocsi parkolóban (Gayer, 2004 alapján átszerkesztve) A lefolyás késleltetésében, kiegyenlítésében nagy szerepet játszik az összegyülekezési idő megnövelése. Erre ad lehetőséget például: A felszín érdességének növelése (burkolt felületek esetében kockakő vagy kőlap alkalmazásával), amely a beszivárgást is elősegíti. Hegy- és dombvidéki települések esetén teraszok alkalmazása, amellyel a lejtős területek nagysága csökkenthető. Záportározó tavak/medencék alkalmazása, melyek lényege, hogy a belépő csatornák vízszállító képessége nagyobb a kilépőkénél. Céljuk sokrétű; konkrétan mennyiségi szabályozás, hordalékfogás, szennyezőanyag eltávolítása növényzet segítségével. A tározókat alkalmazhatjuk a vízgyűjtő terület felső részén, a csapadékvíz felszíni lefolyási szakaszához közel, illetve a közmű részeként. Tározásra alkalmazhatók zárt medencék, és nyílt (burkolattal rendelkező, vagy burkolatlan) tavak. Jellege szerint a tározás lehet: átmeneti, ami száraz tározóban valósul meg. Ez lehet medence, de nyílt, mélyen fekvő terület is, elsősorban parkok megfelelő részein (3.8 ábra). Az átmeneti tározókat leggyakrabban 25 évenként egyszer előforduló csapadékból keletkező lefolyás fogadására alakítják ki. 21

26 A csapadékvíz mennyiségi kezelése 3.8 ábra. Száraz tározó (Forrás: vízvisszatartás, amelynek létesítménye a nedves tározó. Ebben állandóan van víz, és gyakran rekreációs célokat is szolgál (3.9 ábra). A tavak rendszeres karbantartást igényelnek beleértve az üledék eltávolítását is ábra. Többcélú nedves tározó, Shelton Lakes Area (Forrás: A csapadékvíz keletkezés helyén történő szabályozásának, valamint a következő részben áttekintésre kerülő közművi szabályozásának lehetőségeit foglalja össze a 3.10 ábra ábra. A keletkezés helyén és a közművekben történő szabályozás lehetőségei (Gayer, 2004 alapján átszerkesztve) Közművi szabályozás 22

27 A csapadékvíz mennyiségi kezelése A lefolyás biztonságát növelhetjük és az elöntés kockázatát csökkenthetjük oly módon, ha növeljük az összegyülekezési időt (Dulovicsné, 2006). A közművi szabályozás a csatornarendszer mentén vagy a kifolyási szelvény közelében kialakítandó műtárgyakkal oldható meg. A csatornarendszer mentén alkalmazott tározómedence lehet: átfolyó típusú, ami legtöbbször beton műtárgy, mely alkalmas bizonyos mennyiségű csapadékvíz átmeneti tározására, mellék típusú, amely esetén a csatornarendszerből túlfolyón át távozó vizet egy tározótérbe vezetik, ahonnan a csúcsvízhozam levonulása után visszaszivattyúzzák a csatornába. A kétfajta tározás elve a 3.11 ábrán látható. A kifolyási szelvénynél is átfolyó- vagy mellék tározási mód kialakítása történhet (ez lehetséges szennyvíztisztító telepnél is, itt az első szennyező hullámban érkező csapadékvíz kezelésre kerül). A tározók méretezése sorozatos közelítéssel oldható meg a belépő csapadék-árhullám ismeretében. Tervezésükkor figyelembe kell venni a helyi hidrológiai viszonyokat és azok hatását a lefolyásra ábra. Az átfolyó és a mellék tározás elve (Gayer, 2004 alapján átszerkesztve) Visszatartó képességük miatt a lehulló csapadékvíz a csapadék időtartamánál hosszabb idő alatt folyik le. Ezért az időegységre jutó levezetendő vízhozam kevesebb lesz, vagyis csökken az elöntési kockázat (Dulovicsné, 2006). Kettős csapadék-csatornázás A településeken keletkező csapadékvíz elvezetésére két rendszer létezik. Az egyik a hagyományos csatornázásnak tekintett, bizonyos visszatérési időre tervezett felszín alatti és felszíni kiépített csatorna, árok, stb. A másik az ezek kapacitását meghaladó, extrém csapadékmennyiség lefolyását elvezetni képes felszíni vízvezető elemek. Ezek megfelelő kialakítás esetén csökkenthetik az elöntési károkat a víz parkokba, vagy gyéren lakott területekre vezetéséve. A rendszer az úgynevezett kettős csapadék-csatornázás. A hagyományos csatornahálózat, másképpen kis rendszer feladata a biztonságos közlekedés megteremtése, maximum 10 éves gyakoriságú csapadék levezetésével. A nagy rendszer hivatott a éves záporesemények esetén a víz levezetésére (3.12 ábra). Ezzel a megoldással a közlekedési utak funkciója kibővül, és a forgalom biztosítása mellett - hangsúlyozottan extrém esetekben - részt vesznek a csapadékvíz elvezetésében. A módszer főleg gazdasági megfontolásokból már több regionális és városi közigazgatási szervezet előírásaiban szerepel. A rendszer megfelelő kialakítása során fontos, hogy a kis rendszer ne kerüljön túlnyomás alá, mert a visszahatások, légzsákok kialakulása miatt romolhat az egész rendszer hatásfoka. 23

28 A csapadékvíz mennyiségi kezelése 3.12 ábra. A kettős csapadék-csatornázás elve (Gayer, 2004 alapján átszerkesztve) Összefoglalás Ismétlésképpen elevenítsük fel a tanulási egység fontosabb megállapításait! Az 1970-es évekig a városi csapadékcsatornázás területén a fő célnak azt tekintették, hogy a keletkezett csapadékvizet minél hamarabb a befogadóba juttassák. Ennek következtében a csapadékcsatorna rendszerek és műtárgyak hatalmas méreteket kezdtek ölteni. A költségek csökkentésére olyan alternatív megoldásokat kezdtek keresni, melyek a vízmennyiségek csökkentése révén gazdaságosabb beruházási és üzemeltetési feltételeket biztosítanak. Ennek jegyében több figyelmet szentelnek a víznek a keletkezés helyén (vagy annak közelében) történő elhelyezésére, a lefolyás csökkentésére, vagy késleltetésére. A csapadékvíz (mennyiségi) kezelésének szemléletét felváltotta az amilyen lassan csak lehet nézet. Az ide sorolható eljárásokat Európában fenntartható csapadékcsatornázásnak nevezik. Önellenőrző kérdések A következő kérdések és feladatok segítségével felmérheti, hogy mennyire sikerült elsajátítani a témakör egyes fontos részfejezeteit. A választ elegendő átgondolni. Ha valamelyik pontnál bizonytalanságot érez, javasoljuk a kapcsolódó rész újbóli áttekintését. 1. Mire jó a beszivárogtatás, és milyen feltételei vannak az alkalmazásának? 2. Milyen csapadéktárolási lehetőséget ismerünk vízzáró burkolatú felületeken? 3. Milyen típusú tározómedencéket alkalmazhatunk a csatornarendszerek mentén a közművi szabályozás esetén? 24

29 4. fejezet - Az éghajlat hatásai Bevezetés Az éghajlatváltozás hatással van már most is és hatással lesz a jövőben is a hőmérsékletre és a csapadékmennyiségre. Bizonyított, hogy néhány szélsőség változása antropogén tevékenység mint például az üvegházhatású gázok megnövekedett légköri koncentrációja hatására jött létre. Az éghajlatváltozás legfőbb oka, hogy a fejlett iparral rendelkező országok óriási mennyiségben bocsátják ki a szén-dioxidot és más üvegházhatású gázokat. Globális szinten az antropogén hatások vezettek a szélsőséges napi minimum és maximum hőmérsékleti értékek növekedéséhez. Ebben a tanulási egységben az éghajlatváltozás gazdasági, társadalmi, környezeti hatásaival foglalkozunk. A tanulási egység célja: Megismerni az éghajlatváltozás főbb környezeti okait, Megérteni az éghajlatváltozás főbb környezeti hatásait, megismerni azok megjelenési fajtáit, Áttekinteni az éghajlatváltozás elleni védekezés lehetőségeit, Megismerni a szélsőséges vízháztartás következményeit, Megtanulni az aszály fogalmát, Megismerni az aszály mértékének meghatározási módszerét, A tanulási egység anyagának elsajátításával Ön képes lesz: Példán keresztül bemutatni az éghajlatváltozás főbb környezeti hatásait, Bemutatni az éghajlatváltozás globális hatásait, Felsorolni az éghajlatváltozás megjelenési formáit, Ismertetni az éghajlatváltozás hatását a vízháztartás alakulására Az éghajlatváltozás hatása a csapadékmennyiségre és a lefolyásra Az elmúlt 20 évben az üvegházhatású gázok kibocsátása folyamatos növekedéssel 29%-kal emelkedett. A légköri természetes üvegházhatás az emberi tevékenység hatására ilyen arányban erősödött. A hőmérsékletnövekedés 80%-áért a szén-dioxid a felelős. Ezt a többlet energiát az éghajlati rendszer csak a hőmérséklet emelkedésével tudta ellensúlyozni. A látszólag elhanyagolható néhány fokos hőmérsékletváltozás okozza a súlyos problémákat. Számos szervezet egyetért abban, hogy korunk legkomolyabb veszélye a globális felmelegedés. A hőmérsékletnövekedés hőstresszt okoz a növényekben, lassabban nőnek és kevesebbet teremnek bizonyos területeken, míg más területek alkalmassá válnak a növénytermesztésre. A Christian Aid nevű humanitárius szervezet jelentése szerint a klímaváltozás hatására például Afrika gabonatermése közel 10%-kal esik vissza, a vízért és élelemért pedig fegyveres konfliktusok alakulnak ki. Mindennek következtében világszerte népvándorlások indulnak el, amik a természeti jelenségek által kevésbé sújtott területeken is felerősítik a konfliktusokat. Az éghajlatváltozás rendkívül gyors és szélsőséges hőmérsékletváltozást okozhat, így a növényzetnek szokatlanul rövid idő alatt kell alkalmazkodnia a megváltozó feltételekhez. Rendkívül sok kockázatos elemet rejt magába a változás, ami a mindennapi élet nehézségein túl, az egészségügyben, az élelmiszertermelésben, az agrárpolitikában is nagy nyomást helyez az érintett térségekben lévő kormányokra. Ott, ahol az éghajlat nedvesebbé válik, a malária és egyéb betegségek terjedése gyorsul fel. Az éghajlatváltozás sok országot, társadalmat, gazdaságot állít nagy kihívás elé. 25

30 Az éghajlat hatásai Az időjárási és éghajlati eredetű katasztrófákból származó gazdasági veszteségek hosszú távú növekedésének fő oka az emberek és a gazdasági vagyon kitettségének növekedése. A katasztrófákból származó gazdasági veszteségek vagyoni helyzettel és a népesség növekedésének mértékével kiigazított hosszú távú trendjeinek alakulását nem tulajdonították az éghajlatváltozásnak, azonban az éghajlatváltozás szerepét nem zárták ki. Az Európai Közösség is aggasztónak tartja az éghajlatváltozás tendenciájaként megfigyelhető változásokat, ezért egységes válaszadásra hívja fel a tagországokat. Az éghajlathoz való alkalmazkodás: egy európai fellépési keret felé című fehér könyvben [COM(2009) 147] javasolják az egészségügyi és szociális rendszerek ellenálló képességének növelését, valamint felhívják a figyelmet arra, milyen nagy szükség van az éghajlatváltozás egészségre gyakorolt hatásainak megfelelő nyomon követésére és megfékezésére így az epidemiológiai adatgyűjtésre, a fertőző betegségek megfékezésére és a rendkívüli események kezelésére. Hazánkat is nagyon komolyan fenyegeti az éghajlatváltozásból származó hatások összessége. Az ENSZ Fenntartható Fejlődés Bizottságának jelentése szerint Magyarország a klímaváltozás szempontjából a legsérülékenyebb országok közé tartozik. Az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ) kimutatása szerint Magyarországon 1976 óta folyamatosan nő a nyári napok száma, míg a csapadékos napoké fokozatosan csökken. A relatív vízhiány Magyarországon gyakoribb jelenség, mint annak ellenkezője. A relatív vízhiány azt jelenti, hogy annak egyenetlen eloszlása okoz gondot az erdő- és mezőgazdaságban valamint a kiskertekben, nem az éves csapadék összmennyisége. Hazai körülmények között a relatív vízhiánnyal általában május-júniusban, a virágzás, megtermékenyülés időszakában találkozunk, amikor a párolgással és a párologtatással a talajból eltávozó víz mennyisége nagyobb, mint amit a talaj a hasznosítható vízkészletéből pótolni képes. 26

31 Az éghajlat hatásai 4.1. ábra. A hőmérséklet-eloszlás változásainak hatása a szélsőségekre. (a) a teljes eloszlás melegebb éghajlat felé történő egyszerű eltolódásának hatásai; (b) a változékonyság növekedésének hatásai a középérték eltolódása nélkül; (c) megváltozott alakú eloszlás hatásai, jelen esetben az aszimmetria megváltozása az eloszlás melegebb része felé Az üvegházhatású gázok koncentrációjának növekedése miatt mind a napi maximum-, mind a napi minimumhőmérséklet világszerte emelkedett. Csökkent a hideg napok és éjszakák száma, s ezzel párhuzamosan nőtt a meleg napok és éjszakák száma. Bizonyos, hogy a 21. században globális szinten a napi meleg hőmérsékleti szélsőségek előfordulása és mértéke növekedni, a hideg szélsőségeké pedig csökkenni fog. Nagyon valószínű, hogy a meleg időszakok és a hőhullámok hosszának, gyakoriságának és/vagy intenzitásának mértéke emelkedni fog a legtöbb szárazföldi terület felett. Az előrejelzések szerint, a következő évtizedekben, hazánkban a záporok, és egyéb nagycsapadékos jelenségek száma várhatóan emelkedik, míg a kis csapadékkal járó jelenségek ritkábbak lesznek. A szélsőséges időjárási események (gyakori hőhullámok, frontok) növelik az egészségügyi kockázatokat a lakosság körében: gyakoribbá válik a hőguta, az idő előtti elhalálozás, az UVB sugárzás okozta rosszindulatú daganatos megbetegedések, és a nő az allergia gyakorisága is. A felmelegedés miatt, egyre gyakoribbá válnak hazánkban az olyan szélsőséges időjárási jelenségek, mint az erdőtüzek, fagykár, szélvihar vagy a hirtelen lezúduló nagy mennyiségű eső - az MTA és a 27

32 Az éghajlat hatásai Környezetvédelmi Minisztérium 2006-ban elkészült három éves kutatása szerint -. Ezeknek az elemzéseknek és a tanulmányoknak hatására előterjesztés készült a Magyar Kormánykabinet novemberi ülésére, ahol elfogadták a Nemzeti Éghajlatváltozási Stratégia (NÉS) koncepcióját. Ebben egyértelműen megfogalmazták: Az éghajlatváltozás a magyar nemzetgazdaságot fenyegető, cselekvésre kényszerítő kockázat. A sokoldalú elemzések alapján az elkövetkező évtizedekben várhatóan jelentős mértékben megváltozó hőmérséklet és csapadék viszonyok, az évszakok lehetséges eltolódása, egyes szélsőséges időjárási jelenségek erősödése és gyakoriságuk növekedése veszélyezteti természeti értékeinket, vizeinket, az élővilágot, erdőinket, a mezőgazdasági terméshozamokat, építményeinket, lakókörnyezetünket, a lakosság egészségét és életminőségét egyaránt. A Nemzeti Éghajlatváltozási Stratégia egyik nagy érdeme, hogy kiemelten foglalkozik az éghajlatváltozás várható ökológiai következményeivel. A gazdasági és ökológiai rendszerek növekvő globális összekapcsolódása és kölcsönös függése néha ellentétes hatásokat válthat ki, csökkentve vagy éppen erősítve a sérülékenységet és a katasztrófakockázatot. Az országok hatékonyabban kezelik a katasztrófakockázatot, ha a nemzeti fejlesztési stratégiák és ágazati tervek készítésekor figyelembe veszik a katasztrófakockázatot, valamint éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodási stratégiákat fogadnak el, majd e terveket és stratégiákat lebontják a sérülékeny területekre és csoportokra irányuló intézkedésekre. A gazdasági különbségek jelentősen befolyásolják az egyes államok védekezési lehetőségeit az éghajlatváltozás hatásaival szemben. Az egyenlőtlenségek helyi szinten befolyásolják a leküzdési és alkalmazkodási kapacitást, valamint kihívásokat támasztanak a katasztrófa-kockázatkezeléssel és az alkalmazkodással szemben a lokálistól a nemzeti szintig terjedően. A fejlett országok gyakran pénzügyileg és intézményileg is erősebbek a fejlődőknél ahhoz, hogy kifejezetten az éghajlati szélsőségek várható változásaira hatékonyan reagálva, a kihívásokhoz alkalmazkodva intézkedéseket fogadjanak el ezekkel szemben. A különbségek társadalmi-gazdasági, demográfiai, egészségügyi, irányításbeli, valamint a megélhetés és különböző jogosultságok elérhetőségében, illetve egyéb tényezőkben megmutatkozó eltéréseket tükröznek ábra. Az ökoszisztémák szerepe a globális változásoknak a társadalmi jólétre gyakorolt hatásában. a) hagyományos nézet (IPCC 2001), b) az ökoszisztéma szolgáltatások koncepciójának figyelembevételével kialakított nézet. (Forrás: Schröter, 2005) Az ökológiai folyamatok sebessége nincs szinkronban a jelen klimatikus változások sebességével. A klímaváltozás az egész Kárpát medencében, így Magyarországon is a melegedés és szárazodás irányába való, máris folyamatban lévő elmozdulást jelent (Bartholy et al. 2007). 28

33 Az éghajlat hatásai Jelenlegi ismereteink szerint a következő (egymástól nem független) éghajlati hatások megkülönböztetése indokolt a természetvédelem számára: általános melegedés (pl. éves középhőmérséklet emelkedése, tenyészidőszak hossza) a telek enyhülése (téli középhőmérséklet, téli abszolút minimumok) szárazodás, aszályosodás (nyári középhőmérséklet emelkedőse, tenyészidőszak csapadékának csökkenése, csapadék nélküli időszak hossza) az éves csapadékeloszlás, a hótakaró és a téli csapadék változásai. Az emelkedő hőmérséklet, esetenként fokozódó vízhiány hatását a növények fiziológiai plaszticitása csak relatíve szűk korlátok között tudja tolerálni, a populációkban a természetes szelekción alapuló adaptáltság kialakulására azonban nincs idő! Az eredmény számos populáció kihalása vagy elvándorlása lehet. Kevés példát találunk olyan nemzeti katasztrófa-kockázatkezelési rendszerre és hozzátartozó kockázatkezelő intézkedésekre, amelyek kifejezetten építenének a kitettség, a sérülékenység és az éghajlati szélsőségek jövőbeli változásának ismereteire és annak bizonytalanságaira. A mediterrán térségben is jelentős változásoknak lehetünk tanúi, ami a csapadékeloszlást érinti. A téli időszak csapadékeloszlását vizsgálta, és a NOAA (Nemzeti Éghajlati Adatközpont) tudósai megállapították: egyre hosszabb száraz időszak várható az egyes évek telei során, és a száraz telek gyakorisága is növekedni fog. Ha pedig még az ilyenkor szokásos esők is elmaradnak, akkor, az beláthatatlan következményekkel jár a térség mezőgazdaságára és természeti erőforrásaira nézve (4.3. ábra.) ábra. A téli csapadék mennyiségének változása a mediterrán térségben ( közötti aszálygyakoriság növekedése, a Földközi-tenger menti országokban. Forrás: NOAA) A vizsgálatok alapján megállapították, hogy a ig tartó időszak aszály-gyakoriság növekedése, a Földközi-tenger menti országok a közeljövőben egyre többet fognak szenvedni a téli félév csapadékhiányától, ami a mezőgazdasági termelést visszaveti a térségben Szélsőséges vízháztartások következményei A tenyészidőszakban rendelkezésre álló vízmennyiség, hőmérséklet és egyéb környezeti tényezők, közvetlenül meghatározzák a növekedés ütemét, és a növények terméshozamát. Széchenyi szerint: "A vizek szabályozásának fő célja nem csupán az ártól való megszabadulás, hanem és végeredményben főleg az, hogy a mederbe szorított víz fölöslegét alkalmas csatornákon oda lehessen vezetni, ahol, és amikor arra szükség van. 29

34 Az éghajlat hatásai Az éghajlati szélsőségek hatásainak jellege és súlyossága nem csak magukon a szélsőségeken múlik, hanem a kitettségen és a sérülékenységen is. Ebben a jelentésben a káros hatások abban az esetben minősülnek természeti katasztrófának, ha kiterjedt kárt okoznak, és súlyosan megváltoztatják a közösségek vagy társadalmak normális működését. Az éghajlati szélsőségeket, a kitettséget és a sérülékenységet, egy sor tényező befolyásolja, többek között az antropogén eredetű éghajlatváltozás, az éghajlat természetes változékonysága és a társadalmi-gazdasági fejlődés. Az éghajlatváltozás fő hatásai közé tartozik az is, hogy nemcsak a hőmérsékletben és a csapadék eloszlásában világszerte történik változás, ami különböző területeken jó vagy rossz lehet, hanem ezen esőzések vagy aszályok súlyosságának mértéke is óriási lehet. Tudnunk kell, hogy ezek a hatások nagyok és esetleg pusztító hatásúak lehetnek. Regionális szinten az éghajlati eredetű árvizek mértékének és gyakoriságának megfigyelt változásai is várhatók ábra. Különböző termőhelyeken termesztett kukoricaállomány A 4.4. ábrán a Zimbabwében kukoricatábláról készült képek átlagos csapadékviszonyú és aszályos időszak alatti állapotot mutatják be, illetve egy az USA-ban lévő kukoricatábla növényállományát. A termésmennyiség jelentősen változhat attól függően, hogy a bolygó melyik részén termesztjük. A képen látható állománykülönbség nem csak az eltérő termőhely és környezeti adottságok következménye, hanem a termesztéstechnika és tudás-feltételrendszer különbözőségéből is fakad. A mezőgazdaságban a vízgazdálkodási szélsőértékek, amikor túl kevés víz, (pl. aszály) vagy a túl sok víz (pl. belvíz). A hőhullámok hatására, a gleccserek visszahúzódása és/vagy az állandóan fagyott talaj degradációja hatással lesznek számos magashegyvidéki jelenségre, például a hegyoldalak instabilitására, a lavinákra és földcsuszamlásokra, valamint a gleccsertavakból eredő hirtelen árvizekre. Szintén várható, hogy a nagy csapadékmennyiséggel járó események gyakoriságváltozásai néhány régióban hatással lesznek a földcsuszamlásokra. Vízbőség esetén a fölös víz kiszorítja a levegőt a talajból, gátolja a növények fejlődését, kedvezőtlen irányba tereli a talaj mikrobiális tevékenységét és káros redukciós folyamatok kialakításával rontja a talaj minőségét. Az erős záporok növelik a hirtelen árhullámok kockázatát, ugyanakkor a magyarországi folyók évtizedeken belül nyaranta a jelenleg szokásos szint felére apadhatnak. A talajvíz szintje a megfelelő utánpótlás híján süllyedni fog, főként a völgyekben és az alacsonyabb területeken, például az Alföldön. Emiatt a szakemberek az elemi károk mértékének 2-4 százalékos éves emelkedésével számolnak a mezőgazdaságban. Az ország területének egynegyede fekszik a mind gyakoribbá váló rendkívüli árvizek szintje alatt, közel hétezer település (mintegy 2,5 millió lakossal), valamint a megművelt földek harmada, a vasútvonalak 32, és a közutak 15 százaléka van veszélynek kitéve. A csapadékkal kapcsolatos jelenségek nagyobb bizonytalanságúak, a Föld és így Európa több térségben. Megfigyelhető a nagy csapadékot adó időjárási események és az árvizek gyakoriságának növekedése, ugyanakkor ennek ellenkezője is, az aszályok gyakoribbá és intenzívebbé válása. A világ néhány régiójában intenzívebb és hosszabb ideig tartó aszályokat figyeltek meg, különösen Dél-Európa és a Földközi-tenger térsége, Közép-Európa, Közép-Észak-Amerika, Közép-Amerika és Mexikó, Északkelet-Brazília és Dél-Afrika lesz ezzel érintett. Máshol az aszályok változására vonatkozó becslések mind az alkalmazott modelltől, mind a szárazsági indextől függően eltérőek, összességében alacsony megbízhatóságúak. 30

35 Az éghajlat hatásai Például Nyugat-Afrikában, és más régiókban az aszályok ritkábbá, kevésbé intenzívvé vagy rövidebbé váltak, például Észak-Amerika középső részén és Északnyugat-Ausztráliában. a 21. század során néhány területen és évszakban az aszályok intenzívebbé válnak a csökkenő csapadék mennyiség és/vagy a növekvő párolgás következtében. Valószínű, hogy a 21. században a Föld számos területén a nagycsapadékú események gyakorisága növekedni fog. Ez a trend különösen a magasabb földrajzi szélességekre és a trópusi régiókra lesz jellemző, valamint télen az északi félgömb közepes földrajzi szélességeire. Valószínű, hogy a trópusi ciklonokkal összefüggésbe hozható nagy csapadékú események száma a folytatódó melegedéssel tovább növekszik. Számos régióban annak ellenére növekedni fog a nagy csapadékú események száma, hogy a régióra jellemző trendek a teljes csapadékmennyiség csökkenését jelzik, amint az a 4.5 ábrán jól látható. 4.5 ábra. A szárazság két mutató alapján előrevetített éves változásai Bal oszlop: egymást követő száraz napok maximális éves számának változása (consecutive dry days, CDD, az 1 mm-t el nem érő csapadékösszegű napok). Jobb oszlop: talajnedvesség változásai (a talajnedvesség átlagtól való eltérései - soil moisture anomalies, SMA). A növekvő szárazságot a sárgától pirosig terjedő, a csökkenő szárazságot a zöldtől kékig terjedő színskála jelöli. A jövőre vonatkozó változásokat három 20-éves időszakon ( , és ) az évek közötti változékonyságot jellemző szórás egységében fejezik ki. Az ábrák két időszakra re és ra vonatkozó változást mutatnak a 20. század végéhez ( ) viszonyítva. A jövőbeli változások a SRES A2 kibocsátási forgatókönyvet alkalmazó globális modell-szimulációk és a 20. század végére vonatkozó megfelelő modelleredmények különbségeként álltak elő. Az eredmények (a CDD esetében) 17 és (az SMA esetében) 15 globális éghajlati modellen alapulnak, melyek részei voltak a CMIP3-nak. A színezést azokon a területeken alkalmazták, ahol a modellek legalább 66%-a (CDD esetében 17-ből 12, SMA esetében 15-ből 10) egyezik a változás előjelében; pontozás azon régióknál került hozzáadásra, ahol az összes modell legalább 90%-a (CDD esetében 17-ből 16, SMA esetében 15-ből 14) egyezik a változás előjelében. Szürke árnyékolás jelzi, ahol a modellbecslések közötti egyezés nem elégséges (<66%). 31

36 Az éghajlat hatásai Az aszály olyan időszak, amikor az átlagosnál jelentősen kevesebb csapadék hullik, vagy ha a csapadékmennyiség egészben véve eléri is a megszokottat, de a magas hőmérséklet miatt a talaj párolgási vesztesége jelentősen megnő, hosszabb időre terjedő szárazság áll be, a növényzet fejlődése a szükséges nedvesség hiánya miatt megáll, sőt a növényzet pusztulása is bekövetkezhet.. Az éghajlatváltozás súlyosbítani fogja a vízszűkösséget a világ számos vízben szegény területén. Az aszálytípusok a következőek: Légköri aszály: A légkör tartós, nagyfokú nedvességtartalom csökkenése, amely a növényi vízellátásban zavart okoz Talajaszály: A talaj tartós, nagyfokú nedvességtartalom csökkenése, amely a növényi vízellátásban zavart okoz Fiziológiai aszály: A növényi gyökér vízfelvételében zavar áll elő különböző környezeti tényezők hatására (alacsony talajhőmérséklet, miatt a víz nem felvehető, magas oldott sótartalom, mikroelem hiány). Az aszály minősítése Az aszályhelyzet többnyire az éghajlati elemekből, elsősorban a párolgás és a csapadék jellemzőiből képzett mutatókkal írható le. A potenciális ET, vagy a sugárzási, hőmérsékleti adatokat vetik össze a párolgáshoz rendelkezésre álló nedvességkészlettel, vagy csapadékkal. Az aszály értékelésére igen sok mérőszám van használatban, mi leginkább a Pálfai-féle Aszály Index (PAI) t használjuk (6.5. ábra.) Pálfai-féle aszályossági index PAI A Pálfai-féle Aszály Index (PAI) az adott tárgyév április-augusztus időszak átlagos hőmérsékletének és a megelőző év októberétől a tárgyév augusztusáig tartó súlyozott csapadékösszegének hányadosa. PAI 0=100T IV VIII/P X VIII ahol: PAI 0 az aszályindex alapértéke (C 0 /100 mm) T IV-VIII a levegő középhőmérséklete április-augusztus időszakban ( C) P X-VIII az október-augusztus időszak súlyozott csapadékösszege (mm) A súlyozó tényező októberben 0,1, novemberben 0,4, decembertől áprilisig 0,5, májusban 0,8, júniusban 1,2, júliusban 1,6, augusztusban 0,9. Ha a PAI értéke <6, akkor nem beszélhetünk aszályról: 6-8 közötti, akkor mérsékelt, 8-10 között közepes erősségű között súlyos >12 rendkívül súlyos aszályról beszélünk. 32

37 Az éghajlat hatásai 4.6 ábra. A PAI féle aszályossági index az Alföldön a Duna-Tisza közén Magyarország egyes területei rendkívüli mértékben érintettek lehetnek aszállyal, amint azt az alábbi ábra is mutatja. Az Alföld legszélsőségesebb időjárási zónájában fekszik. A nyár meleg, és télen itt mérik a leghidegebbet. A szélsőséges események nagy hatással lesznek az éghajlattal szorosan összefüggő szektorokra, mint például a vízgazdálkodás, a mezőgazdaság, az élelmiszerbiztonság, az erdészet, az egészségügy és a turizmus. Sok esetben az éghajlatváltozása csupán egy a jövőbeli változást okozó tényezők közül, és helyi szinten nem szükségszerűen a legfontosabb. Az éghajlati eredetű szélsőségek előreláthatóan nagy hatással lesznek az infrastruktúrára is, bár a potenciális és az előre jelzett károkra vonatkozóan részletes elemzések csupán néhány országra, infrastruktúra típusra és szektorra történtek. A mérsékeltövi ciklonokból származó teljes veszteség szintén növekedni fog, azonban néhány területen csökkenés, vagy szinten maradás is lehetséges. Számos területen további védelmi intézkedések hiányában az áradásokból eredő veszteségek nőni fognak, a becsült változás mértéke nagyon eltérő lehet a területtől, az alkalmazott éghajlati forgatókönyvektől, valamint a vízfolyásokra és az áradások előfordulására ható tényezők értékelésének módszertanától függően. Araujo et al. (2004) 1200 európai elterjedésű védett, rezervátumokban élő növényfaj lehetséges viselkedését elemezte (4.7 ábra). Megállapította, hogy: a. a vizsgált fajok 5%-a számára teljesen megszűnnek a szükséges klimatikus feltételek Európában (tehát kihalásra vannak ítélve); b. a fajok 2%-a számára a jövőben éghajlatilag alkalmassá váló területek nem mutatnak átfedést a jelenlegi elterjedési területtel (így e fajok fennmaradása is meglehetősen bizonytalan) (6.6. ábra.) 33

38 Az éghajlat hatásai 4.7. ábra. A leginkább veszélyeztetett fajok. Európai elterjedési térképe: (a) azon fajok gyakorisága, amelyek számára várhatóan teljesen eltűnnek az éghajlatilag alkalmas területek Európából, b) azon fajok gyakorisága, ahol a faj jövőbeli megtelepedésére, fennmaradására alkalmassá váló területek nem mutatnak átfedést a jelenlegi elterjedési területtel (Forrás: Araujo et al alapján). Összefoglalás Az egyik legfontosabb mezőgazdasági termelési tényező a víz. Részint vízhiány, ritkább esetben vízbőség formájában jelenik meg. Mindkét formája károsan befolyásolhatja a mezőgazdasági termelés eredményességét. Az éghajlat megváltozása következtében napjainkra extrém időjárásúakká váltak azok a területek, amelyeken a világ élelmiszertermelésének jelentős része folyik. A legfőbb problémát, várhatóan az aszály okozza. A megtermelhető élelmiszerek mennyisége csökken, szemben a rohamosan növekvő a termelési költségekkel. Jelenleg nem lehetséges megbízhatóan előrejelezni egy vízgyűjtő területen várható változásokat, de várható, hogy az éghajlat változása súlyosan befolyásolhatja a vízgazdálkodási rendszereket. A kormányoknak mindent meg kell tenni a vízgazdálkodás fejlesztésért, ami közvetlen hatással lesz a felhasználható lakossági és a gazdasági vízellátásra és a vízminőségre is. Önellenőrző kérdések 1. Válassza ki az alábbiak közül a helyes választ! Ha a PAI értéke nagyobb, mint 12, akkor a. nem beszélhetünk aszályról b. kis mértékű aszályról beszélhetünk c. rendkívül súlyos aszályról beszélünk 2. Az éghajlatváltozás valóban sorsfordító lehet? Válassza ki az alábbiak közül a helyes választ! a. Nem, mivel a hőmérsékletnövekedés 80%-áért a szén-dioxid a felelős. Ez a többlet energia az éghajlati rendszert alapvetően nem módosítja. b. Gyakorlatilag kizárt, mivel a növényi kultúrák termésmennyiségi jellemzői az éghajlat változással arányosan alakulnak. c. Igen, mivel az elmúlt 20 évben az üvegházhatású gázok kibocsátása folyamatos növekedéssel 29%-kal emelkedett. A légköri természetes üvegházhatás az emberi tevékenység hatására ilyen arányban erősödött. Ez a többlet energia az éghajlati rendszert módosítja. 34

39 Az éghajlat hatásai 3. Mi várható a vízháztartási szélsőhelyzetek kialakulásától? Folytassa, egészítse ki a felsorolást! A szélsőséges események nagy hatással lesznek az éghajlattal szorosan összefüggő szektorokra, így a: vízgazdálkodásra,

40 5. fejezet - Belterületi vízrendezés Bevezetés A belterületi vízrendezés alapvető feladata a különböző forrásokból származó az önkormányzatok területére érkező felszíni, felszín alatti csapadékok rendezett összegyűjtése és elvezetése, a területhasználatból származó vizek elvezetésének megteremtése. A belterületén végzendő vízrendezési munkákat több, a települést jellemző körülmény határozza meg. Ilyen jellemző a település szerkezete, vízhálózata, hidrológiai viszonyai, lejtési viszonyok, talajtani adottságok, valamint a település szerkezete, beépítettsége. A belterületi vízrendezés során jelöljük ki többek között a vízrendezési művek vonalvezetését, a nyílt vagy zárt rendszerű árkok, csatornák kialakítását. Ebben a tanulási egységben a belterületi vízrendezés feladataival kapcsolatos ismereteket tekintjük át. A tanulási egység célja: megismerni a belterületi vízrendezés feladatait, megismerni a belterületi vízrendezési munkákat meghatározó települési jellemzőket, megérteni az egyesített és az elválasztott rendszerű csatornahálózat közötti különbséget, megtanulni belterületi vízrendezés tervezési munkaműveleteit, megismerni a csapadékvíz gyűjtő és szállító rendszerrel szembeni követelményeket, áttekinteni a témával kapcsolatos műtárgyak rendszerét, A tanulási egység anyagának elsajátítását követően Ön képes lesz: ismertetni a belterületi vízrendezés feladatait, felsorolni a belterületi vízrendezési munkákat meghatározó települési jellemzőket, vázlatrajzon bemutatni az egyesített és az elválasztott rendszerű csatornahálózat elvét, ismertetni a csapadékvíz gyűjtő és szállító rendszerrel szembeni követelményeket, Belterületi vízrendezés A belterületi vízrendezés az önkormányzatok és a lakosság együttes feladata. Az önkormányzatok a lakosságtól, vállalkozásoktól beszedett adókból, valamint az államtól kapott költségvetési éves támogatásokból kell, hogy megoldják a belterületi vízrendezés problémáját. Több esetben jellemző, hogy az utcákban semmilyen módon nem gyűjtik a lehulló csapadékot, még út menti árkokban sem. A lakosságnak együtt kell működnie az önkormányzatokkal e kérdésben is és a rá háruló feladatokat el kell végeznie. A településen lehulló csapadék sorsa a környezeti adottságoktól függően eltérő lehet. Amennyiben a talajvízszint mélyen fekszik, és a függőleges szivárgás gyors, a csapadékvíz szikkasztható. Ez nagyon kevés esetben fennálló lehetőség. Extrém csapadékhullások alkalmával, azonban az elszikkasztás csődöt mond, hiszen a csapadék elnyelése nem képes az összegyülekezéssel paralel működni. Ha a talajvíz magasabban van, illetve a talaj víznyelő, vízvezető képessége kisebb, a településen csapadékvíz elvezető rendszert terveznek. A belterületi vízrendezés fő feladatai: a csapadékvíz összegyűjtése, rendezett elvezetése, a csapadékvíz összegyűjtéséhez elvezetéséhez szükséges létesítmények megépítése, karbantartása, fenntartása, és üzemeltetése. A települések belterületén végzendő csapadékvíz gyűjtés, elvezetés vízrendezési munkáit több, a települést jellemző körülmény határozza meg. Ilyen a település: 36

41 Belterületi vízrendezés szerkezete, vízhálózata, hidrológiai viszonyai, lejtési viszonyok, talajtani adottságok, hogy csak a fontosabbakat említsük. A település szerkezete, beépítettsége, úthálózatának sűrűsége, lakosainak száma, a burkolt felületek nagysága, nagyban meghatározza a vízrendezési művek vonalvezetését, a nyílt vagy zárt rendszerű árkok, csatornák kialakítását. A sűrűn lakott, nagy felületű útburkolattal ellátott településeken a zárt csapadék gyűjtőrendszer rendszer kiépítése előnyös, míg a laza építésű, kisszámú épülettel, csekély burkolt felületnagysággal rendelkező falusias vagy zöldövezetes településeken a nyílt, tájba illő vízelvezető árkok kialakítása javasolt. A tervező számára a település vízhálózata és körzetre jellemző hidrológiai viszonyok szolgálnak vízrendezési alapadatként, figyelembe véve az időszakos és az állandó vízfolyásokat, valamint a csapadékvíz elvezetésére szolgáló árkokat, zárt csatornákat. Az említett belterületi, területi vízrendezési feladatok mellett ki kell emelni: a települést veszélyeztető vízfolyások, és belvízcsatornák rendezését, a talajvízszint káros megemelkedését gátló vagy csökkentő beavatkozásokat, a külterületekről származó víz- és hordalékelöntés megelőzését, az alápincézett és mozgásveszélyes területek védelmét szolgáló létesítmények megépítését. A belterületek vízkár-események elleni hatékony védelme csak a térség, vízgazdálkodási egység vízgyűjtő komplex vizsgálata alapján meghatározott egyéb létesítmények, beavatkozások megvalósításával oldható meg. Így biztosítani kell: a belterületekről elvezetendő víz lefolyókba jutását a külterületi mederszakaszok kiépítésével, rekonstrukciójával; a belterületi vízrendezési létesítmények tehermentesítését záportározók, árvízcsúcs-csökkentő tározók, megkerülő csatornák építésével; az ár- és belvíz elleni védelmet körtöltések építésével; a víz és hordalékelöntés elleni védelmet övárkok létesítésével és a települések feletti vízmosások megkötésével. A belterületek egy részét a külvizektől övárok-rendszer védi. Erre nem minden településen illetve létesítmény esetében van szükség, de ahol a lejtésviszonyok (domborzat), vagy az egyéb környezeti tényezők (hidrológiai adottságok) szükségessé teszik, ott ezeket meg kell építeni. Egyéb, a belterület védelme szempontjából indokolt védelmi vagy vízelvezető rendszer is létesülhet szűrőmezők, záportározók (5.1. ábra), átemelő műtárgyak- a lakosság élet és vagyonvédelme érdekében. 37

42 Belterületi vízrendezés 5.1 ábra. A belterületekről lefolyó vizeket befogadó záportározó Az ábra jelölései: Q be = belépő vízhozam Q ki = kilépő vízhozam ΔS = a tározás megváltozása Δt = időlépcső A települési vízgazdálkodásnak szervesen illeszkednie kell a térségi, illetve az országos vízgazdálkodás rendszerébe. A takarékos és átgondolt felhasználási alapelveknek itt is ugyanúgy kell érvényesülnie. A jövő integrált vízgazdálkodásában az anyagforgalmat a lehető legtöbb helyen körré kell zárni, azaz egy adott vízmennyiséget nem csak egyféle módon lehet felhasználni. A kaszkád elv szerint a vizet mindig a következő fokozat megkívánta tisztasági állapotba kell hozni, vagyis fokozatosan még több felhasználási módot is lehet alkalmazni az elszennyeződés után. A másik ilyen elv az anyagforgalom körciklussá zárása, amely feltételezi, hogy az eddig egyutas vízhasználati módokat váltogatni lehet, a városi szennyvíz egy része például kijuttatható a földekre, a mezőgazdaságban megmaradt öntözővizet az ipar még hasznosítani tudja és az iparban is keletkezik olyan szennyvíz, amely tovább hasznosítható. Kiépítésük, karbantartásuk, felújításuk alapvető feladata az önkormányzatoknak, ugyanúgy, mint a helyi és térségi jelentőségű vízvédelmi rendszerek fejlesztése. A csatornázás hagyományos rendszerei az egyesített és az elválasztott hálózat. A fejlesztések közül az egyik legfontosabb, a csapadékvíz és a lakossági szennyvízgyűjtő, elvezető rendszer különválasztása. Sok éven keresztül egyesített csatorna és csapadékvíz gyűjtő, elvezető rendszer létesült. A csatornázás technológiájának fejlesztésével és a környezetvédelmi szemlélet erősödésével az elválasztott rendszerű csapadékvíz- és kommunális szennyvízgyűjtés különvált. Az újonnan csatornázott, vagy csatornázandó településeken, település részeken már megoldható, sőt csak ezzel a szemlélettel valósítható meg. Az elválasztott rendszerű csapadékvíz-elvezető hálózat kiépítése, felújítása, fejlesztése, ezen belül: nyílt csapadékvíz elvezető rendszer, illetve belvíz elvezető hálózat építése mederkialakítással, helyreállítással, a műtárgyak átépítésével és helyreállításával együtt, valamint kizárólag különösen indokolt esetben zárt csapadékvíz elvezető rendszer építése. Belterületet veszélyeztető vízfolyások lokális vízkár-elhárítási fejlesztései: (belterületen áthúzódó vízfolyások és csatornák, valamint a belterületről elvezetett csapadékvizeket befogadó vízfolyások és belvízelvezető csatornák) A szennyvíz- és csapadékvíz-gazdálkodás fenntartható gyakorlatának elérése érdekében célszerű a különböző minőségű vizeknek a keletkezés helyén történő szétválasztása. Ez nem csupán javítja a tisztítás hatásfokát, de hatékonyabb újrahasznosítást is lehetővé tesz. Egyesített rendszerű csatornahálózat (5.2 ábra) esetén a szennyvíz-tisztító telep túlterhelésének megelőzésére záporkiömlőket építenek be, mely higított szennyvizet bocsát be közvetlenül a befogadóba. Ennek a felszíni vízpótló szerepe pozitív, azonban a vízfolyás vízminőségére gyakorolt hatás negatív. 38

43 Belterületi vízrendezés 5.2. ábra. Egyesített rendszerű gravitációs csatornahálózat kialakítása Az elválasztott rendszerű csatornahálózat (5.3. ábra) két egymástól független hálózatból áll, melyek közül a szennyvízcsatorna a települési szennyvizet, míg a csapadékcsatorna a település vízgyűjtőjére hullott csapadékvizet vezeti le. Ebben a rendszerben a csapadék felszíni vízbe vezethető, vagy későbbi hasznosításra tározható, illetve a szennyezettség mértékétől függően megtisztítható (pl. gyökérzónás tisztítással). 5.3 ábra. Elválasztott rendszerű csatornahálózat kialakítása Az elválasztott csapadékvíz elvezető hálózat lehet nyílt felszínű vagy zárt rendszer. Ha a település beépítettsége megengedi, és illik a település összképébe, akkor nyílt felszínű rendszer is megfelelő, például trapéz szelvény kialakítással. Zárt rendszerű csapadékvíz elvezetést sűrűn beépített, szűk közterületekkel kialakított településeken szoktak alkalmazni, általában kör vagy tojás alakú szelvénnyel, zömmel beton csövek és műtárgyak használatával. Bár a 39

44 Belterületi vízrendezés kistelepülések közterületein tökéletesen megoldható lenne a nyílt felszínű csapadékcsatorna kialakítása, a tervezés munkamenetének elsajátítása végett a feladatban elválasztott, zárt csatornarendszer tervezése a cél. Elválasztott, zárt rendszerben a lehulló csapadékvíz a közlekedési létesítményeken (általában az úttest szélén) található víznyelőkön keresztül a csapadékvíz csatornába kerül. A csapadékvíz gyűjtőrendszer teljes mértékben gravitációsan juttatja el a csapadékvizet a befogadóhoz: mivel a csapadék szabálytalan időközönként, szélsőséges terhelések formájában jelenik meg a hálózatban, nem volna gazdaságos átemelőket vagy teljes mértékben nyomás alatti hálózatot üzemeltetni. A gravitációsan összegyűjtött csapadékvíz tehát eljut a befogadóig, vagy tározóig ahol korszerű, környezettudatos tervezés esetén nem közvetlenül, hanem mechanikai tisztítás után kerül a település mellett található vízfolyásba vagy tóba. Mind a nyomvonalra, mind a hidraulikai jellemzőkre vonatkozó követelmények hasonlóak a szennyvízhálózattal szemben támasztott igényekhez, és a méretezési folyamat is nagyban hasonlít arra, ezért a szakághoz tartozó fejezetekben tárgyalt ismeretek jó része ismerős lesz a korábbiakból. A belterületi vízrendezés tervezési munkaműveletei: 1. alap információk beszerzése (szintvonalas térképek, beépítés, a várható csapadékmennyiséget befolyásoló tényezők, nyomvonalas létesítményeket ábrázoló közüzemi térkép) 2. vízgyűjtők lehatárolása, 3. helyszínrajzi tervezés, 4. méretezési pontok kiválasztása 5. terhelések számítása, 6. átmérők becslése, 7. hidraulikai ellenőrzés, 8. a hálózat tervezési jellemzőinek korrigálása az ellenőrzés eredményeinek függvényében, 9. a végleges hálózat és a számítási eredmények ábrázolása. A csapadékvíz szennyezettsége sokáig nem jelentett problémát, illetve a tervezők és a döntéshozók sokáig nem érezték ennek a jelentőségét. Ma már tudjuk, hogy az utakról lefolyó csapadékvizek, főleg az első áramlattal érkező mennyiség (first flush) jelentősen szennyezett nehézfémekkel és más szerves, vagy szervetlen, de mindenképpen szennyező anyagokkal, ami az élő vizekre is hatással van. A csapadékvíz elvezető hálózat nyomvonaltervezésénél az a módszer, hogy a csapadékvizet csak gravitációs úton juttathatjuk el a hálózat befogadójáig. Mivel nem feltétlenül lehetséges egyetlen mélypontot kijelölni a tervezési területen, ahová mindenhonnan gravitációsan elvezethető a csapadékvíz, az elvezető hálózat végpontját több csapadékvíz tározó is jelentheti A vízgazdálkodási munkák és a környezetalakítás A települési vagy a belterületi vízgazdálkodásnál az ember szempontjából egészségesebb környezet kialakítása, az élet- és a lakhatási körülmények javítása a fő cél. Ezt az elvárásoknak megfelelően harmonikusan, főleg az épített környezetbe illeszkedő módon szükséges elérni (pl. közlekedés, vagyonbiztonság) és csak kis mértékben lehet természet-harmonikus módszereket alkalmazni. Először a gerincvezetékek nyomvonalát (5.4 ábra) alakítják ki a kivitelezők, majd szakaszosan le is helyezik a csapadékvíz elvezető gerincvezetéket. Ezt követően a víznyelők helyét alakítják ki, majd a házi bekötéseket. 40

45 Belterületi vízrendezés 5.4 ábra. Gerincvezeték nyomvonal A csapadékvíz gyűjtő és szállító rendszerrel szembeni követelmények: a hálózat teljes egészében gravitációs üzemű legyen; a hálózat teljes egészében közterület alatt haladjon, és minden utcában legyen csapadékcsatorna; a vezetékek lejtése legalább (4) 5 ( ezrelék); a vezetékek lejtése legfeljebb 50 ; a vezetékek lejtése ezrelékben mérve egész szám értékű legyen (5, 6, 7 stb.); a mintegy 1,2-1,5 méteres takarás biztosítása végett a fektetési mélység legalább (2) 2,2 m, de legfeljebb 5 m; a csatlakozásoknál lehetnek bukások (a mellékág magasabban fekszik, és szintkülönbséggel csatlakozik a főághoz), 70 cm-es bukásig tisztítóaknát, 70 cm felett ejtőcsöves bukóaknát kell a csatlakozáshoz tervezni; átemelések a csapadékvíz elvezető hálózatban egyáltalán nem lehetnek; ha egy befogadóba nem lehetséges bevezetni a teljes tervezési területre hulló csapadékvizet, akkor tározók alakítandóak ki tágas közterületeken, lehetőleg a település szélén, ahonnan a csapadékvíz elszikkad, vagy elvezetésre kerül; mind a helyszínrajzon, mind a hossz-szelvényeken következetesen jelölni kell a főágat és a mellékágakat. A tervezett változaton: a főág jele 1-0-0, stb., a mellékágak hierarchikusan nevezhetőek el pl. a főág befogadóhoz legközelebb csatlakozó mellékága 1-1-0, az utóbbi mellékág mellékága stb. A tározókat befogadóként értelmezzük, ezért minden tározóval végződő főági-0-0 elnevezést fog kapni. A műtárgyak funkciója általános értelemben az, hogy lehetővé teszik a víz lefolyásának szabályozását, a vonalas létesítmények kereszteződését, a hidraulikai követelmények kielégítését. A műtárgyakat feladatuk szerint a következőképpen csoportosítjuk: keresztező műtárgyak, szabályozó műtárgyak, 41

46 Belterületi vízrendezés esés-összpontosító műtárgyak A keresztező műtárgyak feladata a közlekedési pályákkal vagy csatornák csatornákkal való keresztezésének biztonságos megoldása. Ebbe a csoportba tartoznak az átereszek, a bujtatók és a hidak. A keresztező műtárgyak egy másik csoportját a közmű kereszteződések alkotják, például a csőhíd, a kábelátvezetés, energia ellátás stb. Az átereszeket (5.5 ábra) kisebb vízhozamú, általában Q < 1,5 m 3 /s, csatornákban alkalmazzuk. Készülhetnek előre gyártott elemekből vagy helyszíni betonozással, kör, tojás, négyszög vagy egyéb összetett szelvénnyel. Az átereszeket lehetőség szerint a csatornák hosszú egyenes szakaszán kell elhelyezni úgy, hogy a műtárgy fenékesése egyezzen meg a csatorna fenékesésével, illetve eltérő esetben energiatörő elemeket kell beépíteni a kifolyási nyíláshoz. 5.5 ábra. Műanyag áteresz (Forrás: Viacon Hungary 2011) Az áteresz keresztmetszetének méretét úgy kell meghatározni, hogy a kialakuló vízsebesség ne haladja meg a 2,5 m/s értéket és kis esésű csatornákban a visszaduzzasztás ne legyen több, mint 3-7 cm. Az átereszt termett talajra alapozzuk, de nem megfelelő altalaj esetén talajcserét kell végrehajtani (homokos kavics alap). A műtárgy elemeit alaplemezre helyezzük el, melynek végét záró foggal kell lezárni. A műtárgyak előtti és utáni csatornaszakaszokon elő- és utóburkolat alkalmazása szükséges. Az átereszek működése hidraulikai szempontból különböző lehet, úgymint nyílt felszínű átfolyás vagy nyomás alatti átfolyás. Az utóbbi esetben az átereszt hidraulikailag rövid csőként méretezzük. A keresztező műtárgyak, bújtatók (5.6. ábra) azok a földben lévő nyomás alatti műtárgyak, melyek a csatornák vizét más csatornák medre, utak, vasutak bevágása, terepmélyedések alatt vezetik át. A bújtatókat akkor alkalmazzuk, ha a csatorna vize és a keresztezett útvonal vagy csatorna legmélyebb pontja között nincs legalább 0,8 m különbség. Szerkezetét tekintve a bújtató vízszintes szakaszból és ehhez csatlakozó levezető-, illetve felvezető szakaszból áll. 42

47 Belterületi vízrendezés 5.6 ábra. Keresztező műtárgyak Összefoglalás A belterületi vízrendezés az önkormányzatok és a lakosság együttes feladata. A lakossággal együttműködve lehet a legegyszerűbben és leghatékonyabban megvalósítani a folyamatot. A gyűjtőrendszer kiépítése, a műtárgyak és vízgyűjtő tavak létesítése, karbantartása az alapja az ökológiai szemléletű belterületi vízrendezésnek. A csapadékvizeket a településeken érdemes külön gyűjteni és a nyári időszakban a zöld felületek öntözésére felhasználni. Önellenőrző kérdések 1. Milyen alapvető szemléletet kell megvalósítani, a gazdaságos, megfelelő műszaki hátterű és ökológiailag is elfogadható belterületi vízrendezéshez? 2. Mit értünk elválasztó rendszerű csatornahálózat alatt? 3. Milyen műveletekből áll belterületi vízrendezés tervezési munkafolyamata? 43

48 6. fejezet - Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése Bevezetés A települési csapadékvíz gazdálkodás technikai eszközrendszerének legfontosabb elemei a csövek, csőhálózatok, csatornák. Ebben a tanulási egységben a csőhálózatok kialakításával, hidraulikai méretezésével kapcsolatos ismereteket tárgyaljuk. A témához kapcsolódóan áttekintjük a csőelzáró szerelvényeket és azok működését. A tanulási egység célja, hogy Ön megismerkedjen: a csővezetékek hidraulikai méretezésével, a csőszerelvények szerkezeti kialakításával, működésével, a nyílt felszínű és a zárt szelvényű csatornák méretezésével, a témakörrel kapcsolatos típusfeladatok megoldási menetével. A tanulási egység anyagának elsajátítása után Ön képes lesz: felírni és a gyakorlatban alkalmazni a BERNOULLI egyenletet, gyakorlati példát megoldani a csőveszteség számítás különböző alapfeladataira, ismertetni a csőelzáró szerelvények szerkezeti kialakításából adódó működési különbségeket, Csővezetékek hidraulikai méretezése A veszteséges BERNOULLI-egyenlet A valóságos áramlások esetén, az áramlás irányába haladva a nyomás csökken. Ez a nyomáscsökkenés hajtja előre a közeget a csőfalon ébredő súrlódás ellenében. A nyomáscsökkenést más oldalról is megközelíthetjük (Szlivka, 1999). A következő ábrán látható vízszintes egyenes csőszakaszra alkalmazzuk a Bernoulli-egyenletet az "1" és "2" pontok között ábra. Egyenes cső nyomásvesztesége Az egyenlet az eddigi formájában nyilván nem lesz érvényes, mert azonos sebesség, azonos magasság esetén, veszteségmentes áramlásban azonos nyomásnak is kellene lennie, ehelyett a "2" pontban a nyomás kisebb, mint az "1" pontban. Az egyenlőség helyreállítása érdekében, az áramlás irányába eső "2" pontban, az egyenlet jobb oldalára a veszteséggel arányos tagot kell írnunk, amelyet Δh -vel jelölünk, és súrlódási veszteségmagasságnak nevezünk: ahol: 44

49 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése h = a geodetikus magasság, m és Δh = a veszteségmagasság, m. Ezt az összefüggést veszteséges Bernoulli-egyenletnek hívjuk. A Δh veszteségmagasság egyenes csövekre: Ebből a nyomásesés: ahol: ρ = a szállított közeg sűrűsége, g = a nehézségi gyorsulás. A λ csősúrlódási tényező lamináris áramlásban: Eredményül tehát azt kaptuk, hogy lamináris áramlásban a csősúrlódási tényező a Reynolds-számmal fordított arányosan változik. A lamináris-turbulens átmenet érték körül megy végbe. Ezért ez az összefüggés csak a tartományra érvényes. Hogyan függ a λ csősúrlódási tényező a Reynolds-számtól kör keresztmetszetű csövek és turbulens áramlás esetén? Több elmélet és félempirikus elmélet született a csősúrlódási tényező meghatározására. Elsőként ismerkedjünk meg a fali érdesség és a lamináris alapréteg fogalmával. A csőfal a gyártás és a korrózió következtében nem sima, hanem rendelkezik egy érdes felülettel. Az átlagos érdesség (k) és a belső csőátmérő (d) viszonyát képezve megkapjuk a relatív érdességet, illetve ennek reciprokát szívesebben használjuk. Turbulens áramlásban és sima (hidraulikailag) cső esetén, is létezik a fal közelében egy úgynevezett viszkózus, vagy lamináris alapréteg. Egyre nagyobb Reynolds-számoknál a viszkózus alapréteg vastagsága egyre kisebb. A MOODY-diagram A mérések azt mutatták, hogy általános érdesség esetén minden cső, kb. Re = értékig a sima csőnek megfelelően viselkedik. E fölött viszont hirtelen felnövekszik a csősúrlódási tényezője, majd fokozatosan csökkenve eléri a teljes érdességre jellemző értékét. L. F. Moody 1944-ben diagramot készített, amit az óta Moody-diagramnak neveznek, és a következő ábrán látható. 45

50 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése 6.2. ábra. Moody-diagram Moody különböző mérések alapján összeállított egy táblázatot is, amelyben a szokásos csőanyagok érdességét felsorolta, ezt a következő táblázatban találjuk. Anyagok átlagos érdessége A Moody-diagram használata helyett több közelítő kifejezést is ajánlottak a turbulens tartomány leírására, amelyekből explicit ki lehet számítani adott Re-szám és relatív érdesség esetén a λ csősúrlódási tényezőt. Például Haaland ajánlotta a következő összefüggést: A csővezetékekben történő áramlási feladatok megoldása A Moody-diagrammal, ill. az abban lévő közelítő képletekkel, majdnem minden csőáramlási problémát meg lehet oldani, amelyben csak egyenes cső található (Szlivka, 1999). Sok feladatnál iterációt kell alkalmazni, a diagram, vagy a hozzá kapcsolódó képletek használatakor, mert a λ kiszámításához ismerni kell a relatív érdességet és a Re-számot is. (A továbbiakban a csővezetékben kialakuló átlagsebességet csak egyszerűen "v"-vel fogjuk jelölni.) Háromféle alapfeladat lehetséges a csőveszteség számításánál: 46

51 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése I. Adott a cső átmérője "d", hossza "l", és az átlagsebesség "v", vagy a térfogatáram "Q", valamint a közeg sűrűsége "ρ" és viszkozitása "ν", és ki kell számítania a nyomásesést "Δp"-t. II. Adott a cső átmérője "d", hossza "l", és a nyomásveszteség Δp', valamint a közeg sűrűsége "ρ" és viszkozitása "ν", és ki kell számítania a térfogatáramot "Q"-t. III. Adott a cső hossza "l", a nyomásveszteség Δp', a térfogatáram "Q", valamint a közeg sűrűsége "ρ" és viszkozitása "ν", és ki kell számítania a cső átmérőjét, "d"-t. I. feladat: Számítsuk ki a nyomásesést! Számítsuk ki a nyomásveszteséget egy aszfaltozott öntöttvas vezetékben, amelyben víz áramlik! Adatok: l = 60 m, d = 150 mm, v = 1,5 m/s Kérdés: Δh Megoldás: Elsőként a víz sűrűségét és kinematikai viszkozitását kell táblázatból meghatároznunk. A sűrűsége: ρ = 1000 kg/m 3, a viszkozitása: ν = 1, m 2 /s. A következő lépésben a Re-számot számítjuk ki: Az érdesség értékét az 5. táblázatból véve, pl. k = 0,12 értéknek, majd a relatív érdesség az adatokból: Keressük meg a Moody-diagramban a d/k = 1250-es vonalat és kövessük, ameddig el nem metsszük a Re = 1, függőlegest. Kiolvashatjuk, hogy λ = 0,02, vagy a diagram helyett használhatjuk a következő kifejezést is, miszerint: amelyből: λ = 0,0202. II. feladat: Keressük meg az átlagsebességet! Mivel a sebesség (vagy a térfogatáram) megjelenik mind a "λ"-ban, mind a Re - számban, iterációval tudjuk csak a feladatot megoldani. Szerencsére az iteráció nagyon gyors, mert a "λ" lassan változik a Re-számmal. Számítsuk ki az átlagsebességet az aszfaltozott öntöttvas vezetékben, amely vizet szállít! adatok: l = 60 m; d = 150 mm; ν = 1, m 2 /s.; Δh = 0,9 m kérdés: Q Az 5. táblázatból kikeressük az adott csőanyaghoz tartozó érdességet és meghatározzuk a relatív érdességet, ami megfelel az előző probléma adatainak, így d/k = 1250, de most nem tudjuk a Re - szám értékét, mivel az átlagsebesség ismeretlen. Így a λ-ra fel kell vennünk egy kiinduló értéket. Kezdjünk pl. λ 0 = 0,02-0,03 vagy a teljes érdességnek megfelelő csősúrlódási tényezővel, ami jelen esetben λ= 0,03. A 8.2 egyenletet felírva 47

52 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése amiből ki tudjuk fejezni az átlagsebességet. Ez a következő: Természetesen a "λ" bent marad a kifejezésben. Az iteráció lépéseit a 6. táblázatban adtuk meg, a Moody-diagramot felhasználva. 6. táblázat: Az iteráció lépések eredményei A számítás nagyon gyorsan konvergál. Természetesen, ha más kezdő "λ" értéket veszünk fel, a konvergencia akkor is gyors lesz és a végeredmény, pedig nem változik, csak az iterációs lépések száma nő, vagy csökken. III. feladat: Csőátmérő számítása és kiválasztása! Most a csőátmérő a kérdés. Mivel az átmérőtől függ mind a "λ", mind a Re-szám, mind pedig a k/d relatív érdesség, ezért megint csak iterációval tudjuk a feladatot megoldani. Szerencsére az iteráció ez esetben is nagyon gyors. Fejezzük ki a sebességet a térfogatáram és az átmérő segítségével a kontinuitásból, majd tegyük ezt a egyenletbe. A következőt kapjuk: Ezt követően fejezzük ki az átmérőt, amely természetesen a csősúrlódási tényező függvénye is. Ha tudnánk a "λ" értékét, akkor az átmérőt is ki tudnánk számítani. A számítást a következő feladatban adjuk meg. Számítsuk ki az aszfaltozott öntöttvas vezeték átmérőjét, amely vizet szállít! adatok: l = 60 m, ν = 1, m 2 /s, Δh = 0,9 m,; Q = 2, m 3 /s. kérdés: d Nem ismerjük sem a relatív érdességet, sem a Re-számot. A 8.7 egyenletben, ha ismernénk a " "-t, akkor ki tudnánk számítani a csőátmérőt is. 48

53 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése Tehát ismét fel kell vennünk egy kiinduló csősúrlódási tényezőt. Indítsuk a számítást λ 0 = 0,03 értékkel. Ez praktikus induló értéke "λ"-nak. Az aszfaltozott öntöttvasra k = 0,12 mm az 5. táblázatból. A táblázatban az iteráció eredményeként 0,149 m adódik. Azonban a kereskedelmi forgalomban pontosan ez az átmérő nem kapható, ezért a csőátmérő a táblázatban adott csőátmérők közül a legközelebbi, de a számítottnál nagyobb átmérő a 6-in névleges, mm tényleges belső átmérőjű. Iterációs lépések eredményei Aszfaltozott öntöttvas csövek mérettáblázata Az egész világon tendencia, az SI (Nemzetközi Mértékrendszer) ellenére, hogy a csővezetékek névleges átmérőjét inch-ben (colban) adják meg A tervezés során általában nem csak egyetlen egyenes csővezeték, hanem több elemből, (egyenes cső, elzáró szerelvények, elágazások stb.) áll a rendszer, ezért nem egyszerű egy explicit képletet meghatározni. A tervezés során célszerűbb egy adott csőátmérővel előzetesen felvenni a csővezetéket és a II. feladattal ellenőrizni Csőszerelvények hidraulikai méretezése A vezetékrendszerbe természetesen nem csak egyenes csöveket, hanem íveket, könyököket, tolózárakat, szelepeket, csapokat, szűkítőket és elágazásokat is beépítenek. A szerelvények és idomdarabok esetében nem áll rendelkezésre olyan általános diagram, mint a Moodydiagram, az egyenes csövek esetében. A nyomásveszteséget általában egy veszteségtényezővel "ς" szokás megadni, amely a veszteségmagasság és a sebességmagasság hányadosa. Legtöbb esetben a szerelvény előtt fellépő sebességre vonatkoztatva, vagy ugyanez nyomásveszteségre és dinamikus nyomásra vonatkoztatva, tehát: Szelepek, tolózárak és csapok A csőszerelvények az áramló közeg folyási irányát határozzák meg. Alapvetően háromféle csőszerelvényt különböztetünk meg: szelepeket, tolózárakat és csapokat. 49

54 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése A következő ábrák különböző típusú szerelvényeket mutatnak. A szelepek olyan csőszerelvények, amelyek az áramló közegnek egyirányú áramlást biztosítanak többszöri iránytöréssel és keresztmetszet-csökkenéssel ábra. Iránytöréses szelep A tolózárak olyan csőszerelvények, amelyek az áramló közegnek kétirányú áramlást biztosítanak iránytörés és keresztmetszet-csökkenés nélkül. Az éktolózárak fajtáit és működését bemutató animáció az alábbi internetcímről érhető el: 50

55 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése 6.4. ábra. Éktolózár A csapok szintén olyan csőszerelvények, amelyek az áramló közegnek kétirányú áramlást biztosítanak keresztmetszet-csökkenés és iránytörés nélkül. A záróelem alakja kúp vagy gömb ábra. Gömbcsap A veszteségtényező nagymértékben függ a gyártmánytól, és a szerelvény elhasználódásától. 51

56 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése A veszteségtényező átlagos értékei a következő táblázatban láthatók, de ettől, gyártmánytól függően, nagymértékű eltérések lehetnek (Szlivka, 2008). Csőszerelvények ellenállás-tényezője és egyenértékű csőhossza A táblázatban szerepel az egyenértékű csőhossz fogalma. Az egyenes csöveknél az l/dλ kifejezés felfogható egy veszteségtényezőnek is. A gondolatmenet fordítva is igaz: egy veszteségtényezőre, "ς" -ra is meg lehet adni, hogy az, milyen hosszú egyenes csőnek felelne meg. Így: Csatornák hidraulikai méretezése Nyílt felszínű csatorna méretezése A csatornában történő áramlás esetén, a felszínen mindenütt atmoszférikus a nyomás (p o), h mélységben pedig p o+ρ g h, tehát azonos mélységben az áramlás mentén állandó. Az áramlási veszteségekre fordított teljesítményt itt nem a nyomáscsökkenés fedezi, mint a vízszintes csőben való áramlásnál, hanem a veszteségmagasság (Szlivka, 2003). Az ábrán magasságokban fejeztük ki a veszteséges Bernoulli-egyenlet egyes tagjait: a geodetikus magasságot, f-el; a vízmélységet, m-el; a sebesség magasságot, h-val és a veszteségmagasságot, Δh'-vel. 52

57 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése 6.6. ábra. Nyílt felszínű csatorna Ezt egyenletben kifejezve: A veszteségmagasságot a négyszög keresztmetszetű csövekben érvényes csősúrlódáshoz hasonlóan adhatjuk meg: Ahol melyben az "A" a csatorna keresztmetszete, a "K" pedig a nedvesített kerület. Használatosabb a vízépítő mérnöki gyakorlatban a hidraulikus sugár amely az egyenértékű átmérő negyede nem pedig a fele. Ennek az a magyarázata, hogy viszonylag széles csatornában a hidraulikus sugár közel egyenlő a vízmélységgel. Állandó szélességű és esésű csatornában történő áramlásnál, a vízmélység (m) és a sebesség-magasság (h) nem változik a hossz mentén, így az ábrából látható, hogy a veszteség-magasság (Δh') megegyezik a geodetikus magasságkülönbséggel (f1-f2) az adott hosszon. Fejezzük ki az előző egyenletből a v sebességet, figyelembe véve, hogy (d e = 4 r h): Felhasználva az esés definícióját: Az i esés a meder lejtését fejezi ki, pl.: az (i = 0,002), 1000 méterenként 2 m esést jelent. 53

58 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése Így a sebesség: Az átlagsebesség képletét át szokták alakítani olyan módon, hogy: A C értékét 56-nak szokás felvenni, ami (λ = 0,025) értéknél adódik, ha a (λ = 0,03), akkor a C értéke 51. Ezt a képletet Chézy-képletnek nevezik. Megjegyzés: A Chézy-képlet helyett számos egyéb formula is használatos, mert bizonyos esetekben a csatorna érdességének megadása nem elég megbízható. Ezek közül csak egyet említünk meg a Bazin-képletet, amely a Chézyképletben szereplő C konstans kiszámítására a következőt ajánlja: A képletben szereplő tényező (α), a csatornafal minőségétől függ. Értékét kísérletileg határozták meg, amelyből néhány jellemző értéket a kővetkező táblázatban láthatunk. Csatornafal érdességi tényezője Zárt szelvényű csatorna méretezése A csatornánál a Q vízhozamhoz tartozó h levonulási vízmagasságot a Chézy-képlettel meghatározni csak fokozatos közelítéssel lehet. Ezt a számítást legkönnyebben gépi úton vagy grafikon segítségével végezhetjük el. Zárt, körszelvényű gravitációs vezetékek méretezése a Prandtl-Kármán-Colebrook képlet segítségével történik (Markó, 1989): ahol: v T : telt szelvényű középsebesség [m/s], ν : szennyvíz kinematikai viszkozitása 1, m 2 /s, d : vezeték átmérő [m], g : nehézségi gyorsulás 9,81 m/s 2, I : lejtés [-], k : csőfal érdessége [mm]. A k csőfal érdessége, mm-ben 54

59 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése A telt szelvényű sebességből meghatározható a telt szelvényű vízszállítás: ahol: - Q T : telt szelvényű vízszállítás [m 3 /s], - v T : telt szelvényű középsebesség [m/s], - A : cső keresztmetszete [m 2 ]. Az adott pont mértékadó vízmennyiségének, illetve a kérdéses cső telt szelvényű vízszállításának hányadosa segítségével meghatározható a tényleges vízsebesség, és úsztatási mélység a teltségi görbéből. A kialakuló tényleges sebesség értékek kapcsán fontos, hogy ne lépjük túl az adott anyagra megengedett határsebességet. Nyílt árkok esetén megoldást jelent a nagy sebességek estén a burkolat alkalmazása, viszont számolni kell azzal, hogy a hidraulikailag kedvezőbb érdességi viszonyok miatt a sebességek tovább nőnek ábra. Zárt szelvényű csatornák méretezése A mértékadó csapadékvíz hozamok értéke csökkenthető a lefolyás szabályozás eszközeivel: vízáteresztő felületek növelésével, összegyülekezési idő növelésével, tározók létesítésével (felszíni/ hálózati), és vízgyűjtő terület csökkentésével. A csapadékvizekhez történő hozzáállás szemlélete manapság kezd átalakulni. 55

60 Csőhálózatok és csatornák hidraulikai méretezése A klímaváltozás kapcsán kezd elterjedni az a nézet, hogy a lehullott csapadékok minél nagyobb részét a keletkezés helyén kell elszikkasztani, visszatartani. A szikkasztás elősegíti a talaj vízháztartásának javítását, ezért meg kell teremteni a beszivárogtatás lehetőségét. Önellenőrző feladatok Adja meg a helyes választ a felsorolt lehetőségek közül! 1. Írja fel és értelmezze a veszteséges Bernoulli-egyenletet! 2. Hogyan határozható meg a veszteségmagasság egyenes csövekre? 3. Mekkora a csősúrlódási tényező lamináris áramlásban? 56

61 7. fejezet - Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása Bevezetés Ennek a tanulási egységnek a célja, hogy Ön: megismerkedik: a csapadékvíz elvezetésének, gyűjtésének és felhasználásának lehetőségeivel, valamint tervezésével. A tanulási egység anyagának elsajátítása után Ön képes lesz: különbséget tenni a csatorna rendszerek között az áramlási viszonyok szerint, ismertetni az egységesített és az elválasztott csatornahálózatok előnyeit és hátrányait, gyakorlati példákkal indokolni, hogy miért érdemes az esővizet hasznosítani, ismertetni a csapadékvíz hasznosítás lehetőségeit, - méretezni egy családi házas csapadékvíz gyűjtőt A csapadékvíz elvezetése A csatornázás feladata a települések belterületének vízmentesítése, a szenny- és csapadékvizek elvezetésével (Darabos - Mészáros, 2006). A vízelvezetésnek az előzőeken kívül ki kell elégítenie: a közegészségügyi, a vízkészlet-gazdálkodási, a szolgáltatási, a városképi szempontokat és előírásokat is. A csatornamű részei: a csapadék- és szennyvizek összegyűjtésére és elvezetésére szolgáló csatornarendszer, valamint a csapadék- és szennyvizek tisztítását végző tisztítórendszer. A csatornázási rendszerek lehetnek helyi vagy regionális művek. Ezen belül megkülönböztetünk az áramlási viszonyok szerint: gravitációs, nyomással- vagy szívással (vákuummal) működő, illetve vegyes gyűjtőrendszereket. A csatornában levezetendő szenny- és csapadékvizek számára: egyesített, elválasztott, valamint 57

62 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása korrigált (javított) hálózatok létesíthetők (Markó, 1989). A korrigált (javított) hálózati rendszerek a fokozott urbanizáció eredményei. Általában az egyesített rendszerű csatornázással rendelkező nagyobb városokban, az új beépítendő peremterületeken elválasztott rendszert alkalmaznak, a meglévő főgyűjtők túlterhelésének elkerülése érdekében. A település csatornázási rendszerét műszaki és gazdasági szempontok szerint kell megválasztani. Gondosan mérlegelni kell a domborzati viszonyokat, a meglevő vízelvezetési adottságokat, a kiépítés ütemezését, a befogadó vízszintes- és magassági helyzetét, az üzemeltetési, de nem utolsósorban a vízvédelmi- és egészségügyi igényeket. Egyesített gravitációs csatornarendszer A hagyományos, egyesített rendszerű csatornák a szennyvizet és az időszakos, lényegesen nagyobb mennyiségű csapadékvizet ugyanazon csatornarendszerben vezetik le. A rendszer főgyűjtő vezetékeit viszonylag nagy keresztmetszetű csatornaelemek alkotják, melyeket túlterhelésük megakadályozása ill. mérséklése céljából bizonyos távolságokban un. Csatornahálózati túlfolyóval (záporkiömlővel) megcsapolják és a kiömlő keverék szennyvizet közvetlenül (esetleg ülepítés után) a befogadóba vezetik. Az egyesített csatornarendszerben, ideális esetben duzzasztás és túlfolyás nincs. Az egyesített rendszerű csatornahálózatok csak gravitációs üzeműek lehetnek! Az egyesített csatornarendszer előnyei: a rendszer üzemeltetése a hidraulikai viszonyok miatt egyszerűbb, az egyetlen vezeték helyigénye kisebb, az épületbekötés kedvezőbb, az egy csatorna nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása egyszerűbb és a beruházási költség összességében általában kisebb. Az egyesített csatornarendszer hátrányai: a befogadók keverék szennyvízzel való terhelése miatt nem felel meg a környezetvédelem mai előírásainak, a szennyvíztisztító telep terhelése kiegyenlítetlen, a csapadékvizek miatt időszakosan jelentősen túlterhelődik, az elvezetendő nagy vízmennyiségek miatt a rendszerben visszaduzzasztás gyakran előállhat (sík terep, nem megfelelő lejtés), kedvezőtlen hidraulikai viszonyok létrejötte esetén a lefolyási idő növekedése a szennyvíz "berothadását" (anaerob állapot kialakulását) segíti elő, a feliszapolódás veszélye nő, a rendszer új területek bekapcsolására, a fedettségi viszonyok változására a korlátozott hidraulikai kapacitás (szelvényméret) miatt kevésbé rugalmas és a viszonylag nagy átmérőjű gravitációs csatornák közműalagútban általában nem helyezhetők el. Az egyesített és elválasztott, gravitációs csatornarendszer kialakítását mutatja a következő ábra. 58

63 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása 7.1. ábra. Egyesített és elválasztott, gravitációs csatornarendszer Elválasztott csatornarendszer A korszerűbb, környezetvédelmi szempontokból kedvezőbb elválasztott rendszerekben (7. 1. ábra) a szennyvizet a szennyvízelvezető csatornák, a csapadékvizet a csapadékvíz elvezető csatornák szállítják. Az úttest alá két külön vezeték kerül. A szennyvíz a szennyvíztisztító telepre, a csapadékvíz - ülepítés után a befogadóba vezetendő. Az elválasztott csatornarendszerek szennyvíz csatornái lehetnek: gravitációs, nyomás alatti ill. vákuumos rendszerűek. A szennyvíz mindig zárt, felszín alatti rendszerben vezetendő el, a csapadékcsatornák lehetnek nyílt árkok is. A csapadékvíz levezetése mindig gravitációs módon történik. Az elválasztott csatornarendszerek előnyei: a szennyvíztisztító telep terhelése kiegyenlítettebb (mivel a csapadékvíz nem terheli), gazdaságosabb szelvényméretek alkalmazhatók, a csatornahálózat hidraulikai szempontból kedvezőbb (a szennyvízcsatornák nem lesznek túlméretezettek a csapadékvíz miatt, így kisebb a feliszapolódás veszélye), a szennyvízcsatornák közműalagútban is vezethetők, a szennyvíz- és csapadékvíz csatornák helyszínrajzilag általában a bekötési helyekhez közelebb fektethetők, a helyi adottságokhoz jobban képes alkalmazkodni (bővíthető). Az elválasztott rendszer hátrányai: a szennyvízcsatornák öblítő hatásfokuk fenntartása miatt nagyobb lejtéssel építendők, az átemelés, nyomás alatti csatornaszakaszok beiktatási igénye fokozottabb, a csapadékvíz a befogadóba tisztítatlanul jut (a befogadó szennyeződése azonban csapadékvíz tározó létesítésével mérsékelhető), 59

64 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása a kétféle csatorna szűk utcában nehezebben helyezhető el, nyilvántartásuk, üzemeltetésük, fenntartásuk költségesebb és munkaerő-igényesebb, a teljes kiépítés beruházási költsége általában nagyobb. Az épületen kívüli csatornahálózat elrendezése látható a következő ábrákon: egyesített szennyvíz- és csapadékvíz közcsatorna esetén (7.2. ábra), valamint szétválasztott szennyvíz- és csapadékvíz közcsatorna esetén (7.3. ábra) ábra. Egyesített szennyvíz- és csapadékvíz közcsatorna 7.3. ábra. Szétválasztott szennyvíz- és csapadékvíz közcsatorna A csatorna lejtését úgy kell megválasztani, hogy a csatorna öntisztuló képességét biztosítsuk. Ez megkívánja, hogy mértékadó vízhozam esetén az áramlás középsebessége legalább 0,4 m/s legyen. A víz mélysége a csatornában, a legkisebb szennyvízmennyiség esetében is érje el a 3 cm-t, a lerakódások elkerülése érdekében. A sebesség felső határértékét a csatornák építési anyaga határozza meg. A vmax helyszínen készült betoncsatornánál 3,0 m/s, az előregyártott vagy burkolt beton-, vasbeton-, kőagyag- és azbesztcement csatornáknál 5,0 m/s lehet. 60

65 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása A műanyag csatornacsöveknél nagyobb sebességek is megengedhetők, a rendelkezésre álló tapasztalatok és kopásvizsgálatok alapján. A DN500 mm és annál nagyobb gravitációs csatornák csőanyag kínálata rendkívül változatos. Az elkövetkező évek feladatai között számolni kell nagyszelvényű főgyűjtők építésével és átépítésével. A gyakrabban alkalmazott szelvényalakok összehasonlítását, az építési módokat a következő táblázat foglalja össze (Darabos - Mészáros, 2006). A gyakrabban alkalmazott szelvényalakok A kis települések gravitációs szenny-, és csapadékvíz elvezető rendszereire a kis csőátmérők a jellemzők. Ezen a területen a jó minőségű műanyag csövek elsődleges- és döntő mértékű felhasználása figyelhető meg, és a jövő szempontjából is prognosztizálható. A gravitációs vízelvezetés egyszerű és gazdaságos módszere a felszíni-, vagy felszín közeli árkok, nyílt-, és zárt folyókák rendszere a csapadékvíz elvezetésére. Ezek különböző kialakítási lehetőségeit az MSZ EN 1433 szabályozza. Néhány elvezetési lehetőséget mutat be a következő ábra. 61

66 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása 7.4. ábra. Felszín közeli csapadékvíz elvezetési lehetőségek. a.) könnyített mederburkoló elem, b.) folyókaelem, c.) árokelem fedlappal A zárt csatornákba a csapadékvizet víznyelő aknákkal vezetik be ábra. Víznyelő aknák elhelyezési változatai A csapadékvíz gyűjtése Lassan Magyarországra is begyűrűznek a települési csapadékvíz-hasznosítás tekintetében a nyugat-európai trendek. Számos hazai és külföldi cég forgalmaz már házi tetővízgyűjtő rendszereket (ciszternát és gépészetet) és akad magyar gyártó is. Az esővízgyűjtés sorrendben a következő egyszerű folyamatokból áll: Gyűjtés Szűrés (rácsszűrők, homokszűrők, stb.) Tárolás (esővízgyűjtő tartályok) 62

67 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása Felhasználás (öntözés, stb.) Fölösleg elhelyezése (elszivárogtatás, élővízbe engedés, stb.) Környezettudatos vízgazdálkodás A természeti erőforrások felhasználása során a fenntarthatóság biztosítása éppolyan fontos a vízfelhasználás esetében is, mint a fűtésre vagy melegvíz előállításra használt rendszereknél. Milyen megoldások vannak a fenntarthatóság biztosítására? vízigény csökkentése: víztakarékos csaptelepek és szerelvények beépítésével (a háztartásokban az átlagos vízfogyasztás 140 l/nap/fő értékről 60 l/nap/fő értékre csökkenthető. ivóvíz minőségű víz felhasználásának csökkentése, helyettesítése a felhasználási célnak megfelelő vízzel: tetőfelületről összegyűjtött csapadékvíz locsolásra, mosásra, WC öblítésre, másodlagosan felhasználható szürke víz WC öblítésre ábra. Családi házak vízfelhasználásának megoszlása (I.) Milyen további előnyei vannak a vízfelhasználás csökkentésének? csatornahálózat terhelése is csökken, az esővíz lágy víz, ezért nem szükséges vízlágyító anyagok használata. Műszaki megvalósíthatóság: épületben két külön vízvezeték kivitelezése, csapadékvíz gyűjtését, tárolását biztosítani kell, ami új építés esetén viszonylag kis ráfordítással megoldható egy kültéren elhelyezett, földbe süllyesztett tároló tartály (beton vagy műanyag) beépítésével. 63

68 Miért érdemes az esővizet hasznosítani? Ivóvíz megtakarítás és környezetvédelem Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása Ha az egyre emelkedő vízdíjakból indulunk ki, egy teljes csapadékvíz-hasznosító berendezés beépítése néhány év alatt megtérül. (Több európai országban az önkormányzatok a csapadékvíz felhasználását és elszivárogtatását anyagilag is támogatják.) A víz minőségében megbízhat A jól bevált GRAF szűréstechnikával a víz mindig tiszta és szagtalan marad. A csapadékvíz hasznosító berendezésekből származó víz egészségügyi szempontból nem ad okot aggodalomra. Ezt számos független intézet vizsgálata is bizonyította (pl. a brémai Egészségügyi Intézet). A víz egyre drágább A víz drága termék: az állandó vagy kissé csökkenő fogyasztás ellenére évről-évre többet fizetünk a vízért. Az áremelkedés háttere: mind az ivóvíz előállítás, mind a szennyvízelvezetés egyre többe kerül. Ezen kívül sok helyütt csökken a talajvíz szintje. Következésképpen az ivóvíz tartalékok összességében kisebbek lesznek ez is felhajtja az árakat. A drágulás belátható időn belül bizonyára nem fog megállni. A csapadékvíz hasznosításával akár 50%-nyi ivóvizet is meg lehet takarítani Ha a személyenként és naponta átlagosan elfogyasztott 150 liter ivóvíz megoszlását megnézzük, látható, hogy a víz 50%-át könnyen lehetne csapadékvízzel helyettesíteni. A csapadékvíz használható a WC öblítéstől kezdve a mosáson át a takarításig és a kert öntözéséig ábra. Családi házak vízfelhasználásának megoszlása (II.) Szikkasztás 64

69 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása A szikkasztó berendezés méretezésénél és kivitelezésénél a vonatkozó jogszabályokat figyelembe kell venni (1995. évi LVII. Törvény és a hozzá kapcsolódó országos és helyi rendeletek valamint az országos szabványok). A méretezés alapja a helyi záporok gyakorisága és intenzitása. A magyar előírásoknak megfelelően általában az adott területre 10 perc alatt 1, 2 és 4 éves visszatérési periódusonként lehullott maximális csapadékösszegek értékeit kell figyelembe venni. A mértékadó csapadékmennyiségen kívül a talaj vízvezető képességi együtthatóját, valamint a csatlakozó felület nagyságát és a lefolyási tényezőt is figyelembe kell venni a méretezésnél. A csapadékvíz-hasznosítás típusai A csapadékvíz települési hasznosítása terén alapvetően két irányról, a csapadékvíz két típusáról beszélhetünk: az egyik a tetővizek hasznosítása, a másik a burkolt (és burkolatlan) felületekről lefolyó csapadékvizek összegyűjtése, felhasználása. A háztartások vízgazdálkodásában az épületek tetejéről lefolyó víz hasznosítása játszik szerepet, ezzel szemben a burkolt felületekről lefolyó vizek kezelése már települési szintű tevékenység. Mindkét csapadékvíz típusnak óriási jelentősége lehet az elkövetkező évtizedek hazai települési vízgazdálkodásban. Csapadékvíz gyűjtése otthon Miért nem szabad a szennyvízcsatornába vezetni a csapadékvizet? A városi szennyvíztisztítók adott lakos számra (ún. lakos egyenértékre) vannak tervezve, méretezve. A biológiai tisztítók érzékenyek a terhelés ingadozására - tehát a nagy mennyiségű csapadékvíz (több tízezer négyzetméter tetőfelületre lehullott eső - több ezer m3 viszonylag tiszta esővíz) egyszerűen kiöblíti a tisztítóműből a biológiai tisztítást végző baktériumokat! Ezután hetekig tart az eredeti állapot visszaállítása, amíg a város szennyvize rosszabb tisztítási fok után kerül élővizeinkbe, adott befogadókba, de biztos, hogy a környezetünkbe. Minden épületre elhelyezhető ereszcsatorna, ahonnan a csapadékot össze lehet gyűjteni. A tető minden egyes négyzetméteréről évente liter, igen jó minőségű víz gyűlik össze A csapadékvíz felhasználás tervezése Csapadékvíz-gyűjtő méretezése családiházra Szükséges adatok: a lakóhelyre vonatkozó évi csapadékmennyiség, amelynek értéket a Magyarországon előforduló éves csapadékösszegek átlagát bemutató térképről le lehet olvasni, a lakóhelyre vonatkozó átlagos évi csapadékmennyiség 1m 2 -re (q cs), a lakóház csapadékfelfogó felülete (természetesen nincs figyelembe véve a tető hajlásszöge, csak a függőleges vetülete: A t), a tető anyagára jellemző lefolyási tényező (ψ): agyagcserép, égetett, zománcozott: 0,9 pala, és beton: 0,8 lapos tető kavicsréteggel: 0,6 az alkalmazott szűrő hidraulikus szűrési hatásfoka (η), az éves csapadékvíz szükséglet egy személyre kalkulálva: WC öblítés (q wc): 8800 liter/év/fő 65

70 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása mosógép (q m): 3700 liter/év/fő takarítás/tisztítás (q t): 800 liter/év/fő a családi házban élők száma (n), az öntözendő zöld felület nagysága (A z) és a zöld felület fajlagos vízigénye (q z): 60 liter/év/m 2 A tetőről érkező csapadékvíz-hozam a következő tényezők szorzatából tevődik össze: ahol: - q cs = a lakóhelyre vonatkozó átlagos évi csapadékmennyiség: [liter/év/m 2 ], - A t = a lakóház csapadékfelfogó felülete, függőleges vetülete [m 2 ], - ψ = a tető anyagára jellemző lefolyási tényező [-], - η = az alkalmazott szűrő hidraulikus szűrési hatásfoka [-]. A családi ház éves csapadékvíz szükséglete: ahol: - n = a családi házban élők száma [fő], - (q WC, q m, q t) = az éves csapadékvíz szükséglet egy személyre kalkulálva [liter/év/fő], - Az = az öntözendő zöld felület nagysága [m 2 ], - q z = a zöld felület fajlagos vízigénye [liter/év/m 2 ]. Csapadékvíz-gyűjtő méretezése adott családi házra A családi ház Győr városában található, amelynek a lakóhelyre vonatkozó évi csapadékmennyiség meghatározásánál lesz jelentősége. Adatok: q cs = 600 liter/év/m 2 a lakóhelyre vonatkozó átlagos évi csapadékmennyiség a következő ábrából: 66

71 7.8. ábra. Éves csapadékmennyiség mm-ben Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása A t = 150 m 2 a lakóház csapadékfelfogó felülete, függőleges vetülete, ψ = 0,9 a tető anyagára (égetett cserép) jellemző lefolyási tényező, η = 0,9 az alkalmazott szűrő hidraulikus szűrési hatásfoka, n = 5 fő a családi házban élők száma, az éves csapadékvíz szükséglet egy személyre kalkulálva: WC öblítés: q WC = 8800 liter/év/fő, mosógép: q m = 3700 liter/év/fő, takarítás/tisztítás: q t = 800 liter/év/fő, A z = 200 m 2 az öntözendő zöld felület nagysága, q z = 60 liter/év/m 2 a zöld felület fajlagos vízigénye. A tetőről érkező csapadékvíz-hozam: Behelyettesítve: Tehát évente 73 m 3 csapadékot lehet gyűjteni a ház tetejéről. A családi ház éves csapadékvíz szükséglete: Behelyettesítve: Tehát több mint 78m 3 ivóvíz kiváltására volna lehetőség évente! Mivel kevesebb eső esik évente, mint amit el tudnánk használni, ezért a további számításnál a csapadékvízhozammal kell számolni. A tartály méretének meghatározásánál figyelembe kell venni, hogy pl. 4 hetes biztonsági tartalékra számoljunk, az éves összegyűjtött csapadék 28/365-öd (= 0,076) részével. A tároló tartály hasznos térfogata: Az ajánlott tartálynagyság minimum 6000 liter, vagyis 6 m 3. A tároló tartály hasznos térfogatának gyors meghatározásához letölthető tartályméret-kalkulátor áll rendelkezésre, amelyet bármelyik számítógépen meg lehet nyitni Microsoft Excel programmal: szamito-ciszterna-hu.xls Ellenőrző feladatok 67

72 Csapadékvíz elvezetése, gyűjtése és felhasználása 1. Hogyan határozható meg a tetőről érkező csapadékvíz-hozam? 2. Hogyan határozható meg a családi ház éves csapadékvíz szükséglete? 3. Hogyan határozható meg a csővezetékben áramló víz átlagsebessége? 4. Hogyan határozható meg a Reynolds-szám? 5. Hogyan határozható meg a relatív érdesség? 68

73 8. fejezet - Csapadékvíz szállítása örvényszivattyúval Bevezetés Ebben a tanulási egységben konkrét gyakorlati példán keresztül ismerheti meg, hogyan kell egy örvényszivattyúra alapozott csapadékvíz kiöntözésére létesítendő csővezeték rendszert méretezni, és a szivattyú hajtására alkalmas villanymotort választani. A tanulási egység célja: megtanulni a csővezeték átmérő választását az adott nyomvonalhoz és térfogatáramhoz, elsajátítani a csővezeték veszteség számítás módszerét elsajátítani a szivattyú manometrikus emelőmagasságának meghatározását, megérteni a fajlagos energiaigény fogalmát, megtanulni a talajba süllyesztett csővezetéki könyökök megtámasztásához szükséges ellenerő meghatározásának módját. A tanulási egység anyagának elsajátítását követően Ön képes lesz: meghatározni a szükséges csővezeték átmérőt adott térfogatáramhoz, kiszámítani a csővezeték veszteségét, meghatározni a szivattyú manometrikus emelőmagasságát, kiszámolnia a szivattyú hajtásához szükséges villamos teljesítményt, kiszámolni a talajba süllyesztett csővezetéki könyökök megtámasztásához szükséges ellenerő értékét. Az ábrán egy örvényszivattyú látható a hozzá kapcsolódó csővezetékkel és szerelvényekkel. A szivattyú egy aknából szívja a vizet, amely egy nyíltfelszínű tározóval van összeköttetésben. A tározóból a víz utánpótlása folyamatosan biztosított, ezáltal a szívóaknában a víz szintje állandó értéken marad ábra. Örvényszivattyú vízszállítása 69

74 Csapadékvíz szállítása örvényszivattyúval A kiemelt vizet egy viszonylag távol lévő vasbetontározóba kell szállítani. A szállítóvezeték végén a víz szabadkifolyással áramlik a medencébe. A szivattyú nyomóvezetékét a talaj felszíne alá kell süllyeszteni 0,8 m- re, hogy télen sem fagyjon el (a fagyhatárt a kontinentális éghajlatnak megfelelően szabvány írja elő). Feladat: A szivattyúnak meghatározott térfogatáramot (vízhozamot) Q -t kell szállítani, megfelelő távolságra L és magasságba H g. Kérdések: 1. Válasszunk csővezeték átmérőt az adott nyomvonalhoz és térfogatáramhoz! 2. Számítsuk ki a csővezeték veszteségeit! 3. Határozzuk meg a szivattyú manometrikus emelőmagasságát! 4. Határozzuk meg a fajlagos energiaigényt! 5. Számítsuk ki a talajba süllyesztett csővezetéki könyökök megtámasztásához szükséges beton ellendarabok méretét! Adatok: A szükséges csőátmérő meghatározása A csővezetékben az átlagsebességet felvesszük egy szokásos értékre (1-3 m/s közé): A térfogatáram általános képlete szerint: Amiből kifejezzük a keresztmetszetet: 70

75 Csapadékvíz szállítása örvényszivattyúval Csőátmérő: Szabványos csőátmérő: Csővezeték vesztesége Írjuk fel a veszteséges Bernoulli-egyenletet külön a szívó és a nyomócsőre. (Mivel a Bernoulli egyenletet nem szabad szivattyún keresztül alkalmazni, ezért kell két részletben felírni.) A szívóakna felszínén válasszuk a 0 pontot, a szivattyú szívócsonkjában az sz pontot, a nyomócsonkban a ny pontot és a kifolyás helyén a 2 pontot. Bernoulli-egyenlet a 0 és az sz pontok között: Bernoulli-egyenlet az ny és az 2 pontok között: Adjuk össze a két egyenletet: Felhasználjuk a következő egyszerűsítéseket: Majd rendezzük az egyenletet értékre, amely éppen a kiválasztandó szivattyú manometrikus emelőmagassága H m : A z 2 = H g az ábra adatai alapján. A veszteségmagasságokat a következők szerint számíthatjuk. A szívóvezetéken: 71

76 Csapadékvíz szállítása örvényszivattyúval A nyomóvezetéken: Összevonva a kettőt: Egyenes cső veszteségtényezőjének meghatározása Relatív érdesség: Reynolds-szám: 8.2. ábra. A λ meghatározása a Moody-diagramból A 98. ábrából kiolvasható a csősúrlódási tényező értéke: λ = 0, Manometrikus emelőmagasság meghatározása ahol: H m - manometrikus emelőmagasság, h - egyenes csőszakaszok, szűrőkosár, a könyökök és a tolózárak vesztesége és h v - a sebesség magasság. Behelyettesítve: 72

77 Csapadékvíz szállítása örvényszivattyúval A megfelelő szivattyú kiválasztása (katalógusból) jelleggörbék alapján. A rendelkezésre álló két legfontosabb paraméter: Q = 100 l/s és H m = 30 m A centrifugál szivattyú szállítási jelleggörbéjén (Q-H) a munkapont a lehető legjobb hatásfok környezetében legyen! Fajlagos energiafelhasználás A szivattyú hajtásához szükséges teljesítmény: Behelyettesítve: A megfelelő teljesítmény tartalék érdekében ezt az értéket megnöveljük 5-10 %-al. Így a szivattyú hajtását végző motor teljesítménye: Pm = 50 kw A fajlagos energia felhasználás, amely megmutatja, hogy 1 m 3 víz szállításához mennyi energia (munka) kell. Behelyettesítve: Ha w f < 0,1, akkor elfogadható. Jelen esetben változtatni kell a csőátmérőn Beton ellendarabok méretezése Határozzuk meg a folyadékról a könyökre ható erőt! A súrlódás és a súlyerő elhanyagolható! Adatok: d = 250 mm, R k = 1000 mm, v = 2 m/s, p 1 p 0 = Pa, ρ = 1000 kg/m 3 73

78 Csapadékvíz szállítása örvényszivattyúval 8.3. ábra. A folyadékról a könyökre ható erők Megoldás: Írjuk fel az impulzustételt a könyökre: Túlnyomás a csővezetékben: Csővezeték belső keresztmetszete: Impulzus erő nagysága: Túlnyomásból származó erő: Eredő erő: A próbanyomás értéke (üzembe helyezés előtt): Ekkor nincs áramlás a csővezetékben, a sebesség nulla, tehát: F I = 0 A próbanyomásból származó erő: Az eredő erő: 74