Vízvédelem KM011_1 2017/2018-as tanév II. félév 4. rész: Vízrendezés Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens Széchenyi István Egyetem AHJK, Környezetmérnöki Tanszék Vízgazdálkodás folyószabályozás, tószabályozás mezőgazdasági vízhasznosítás ipari vízgazdálkodás ivóvízellátás szennyvíztisztítás vízminőség-védelem hévízhasznosítás stb. Folyó- és tószabályozás Célja: az árvíz, a hordalék, a jég zavartalan levonulásának biztosítása a vízellátás és mezőgazdasági vízhasznosítás céljából történő vízkivételek és vízbevezetések feltételeinek megteremtése a terület- és településfejlesztés, a környezetvédelem célkitűzéseinek elősegítése a víziszállítás és közlekedés érdekében a kívánt méretű hajóút előállítása vízügyi szolgálat kezelésében lévő folyóhálózat hossza: 2801 km szabályozott vízfolyások hossza: 940 km nagyhajózásra alkalmas vízi utak hossza: 1622 km Folyószabályozási korszakok Ókori folyóvölgyi civilizációk 1. szakasz: naturális (ártéri vizes) gazdálkodás környezeti adottságokhoz való alkalmazkodás halászat, öntözés, fokszabályozás érdekellentétek: pl. hajózás halászat, vízimalmok A Kárpát-medence tartósan vagy időszakosan elöntött területei a forrás: OKTVF folyószabályozások előtt 1
Forrás: Molnár G. 1992 Folyószabályozási korszakok 2. szakasz: 19. szd. új célok: népesség nő, árutermelés nő biztonságos lakóhely, mg-i művelés, áruszállítás változó társadalmi megítélés: folyó = veszélyforrás 19. szd.-tól mederszabályozás és árvízmentesítés Európában Tisza szabályozása: 1846-1937 Széchenyi István, Vásárhelyi Pál úttörő munka Európában elsődleges cél: sikerült 2
Forrás: OKTVF A Tisza szabályozásának mellékhatásai az Alföld deficites vízháztartási mérlege fajgazdagság csökkent egyhangú mg-i kultúrtájak folyórövidülés folyók esése megnő fokozódó eróziós tevékenység túlmélyülés (pl. Tisza: 1211 km 758 km, Szamos: 187 km 108 km, Berettyó: 269 km 91 km) A Tisza alföldi szakaszának mederrövidülése és esésnövekedése (3,6 6 cm/km) a szabályozások hatására 3. szakasz: 20. szd. duzzasztóművek, csatornarendszerek, völgyzáras tározók, vízlépcsők Folyóduzzasztás álló gátak (felső szakaszokon) mozgó gátak (alsó szakaszokon) időben folyamatos (energia-termelés) vagy időszakos (öntözés) kedvezőtlen hatások: megemelkedő talajvízszint tavak feltöltődése gátak alatt nagyobb erózióra képes vízfolyás medermélyítés, partfalomlás, mederfal-alámosás, pusztuló deltatorkolatok Tigris-Eufrátesz, Nílus (asszuáni gát) elmaradó árvizek: föld termékenysége csökken A Hoover-gát a nagy amerikai válság idején épült (1935-ben) a Colorado folyón Nevada, Arizona és Dél-Kalifornia egyes részein még ma is ez a hatalmas szerkezet biztosítja az áramot és a vizet. A gát minden mérnöki rekordot megdöntött: ez volt az addigi legmagasabb gát, a legdrágább és legnagyobb vízerőmű. 3
Hoover-gát, Colorado folyó, USA (2016) Hoover-gát, Colorado folyó, USA (2016) Asszuáni gát Hoover-gát, Colorado folyó, USA (2016) az elárasztott területen számos ókori műemlék állt leghíresebb: Abu Szimbel temploma (Kr. e. 13. század) pár kilométerrel nyugatra, egy magaslatra költöztették át https://www.mozaweb.hu/lecke-fol-a_fold_amelyen_elunk_10-ehseg_vagy_etvagy-106244 4
Három-szurdok-gát (Three Gorges Dam) Kína, Jangce folyó Névleges, beépített teljesítményét tekintve (21 000 MW) a világ legnagyobb erőműve, ám az éves energiatermelés szempontjából csak második az Itaipu-gát után 1994-2009 között épült, 18.000 ember 185 m magas Három-szurdok-gát Három-szurdok-gát Három-szurdok-gát Csinping-1 gát, Kína (305 m magas) Itaipu gát, Parana folyó Brazília és Paraguay határán lévő Paraná folyón a világ legnagyobb üzemelő vízerőműve összteljesítménye 12,6 GW (20 darab 750 MW-os generátor) ez a kapacitás Paraguay energiaszükségletének 93, míg Brazíliáénak mintegy 20 százalékát fedezi 5
Rába: Nick-i duzzasztó Rába: Nick-i duzzasztó Dunakiliti Dunakiliti Dunakiliti: nyitott és zárt zsilip Dunakiliti hajózsilip 6
A folyószabályozási művek csoportosítása Párhuzamművek (hosszirányú művek): Párhuzamművek és keresztirányú művek a mederszélességet csökkentik, a partok állékonyságát biztosítják vezetőmű elzáró művek mellékág partvédőmű főmeder Keresztirányú művek: szűkítik a medret, a lefolyó vízhozamokat egységes mederbe terelik partvonal terelőművek (sarkantyúk) sodorvonal szabályozási vonal Párhuzamművek (1) Párhuzamművek (2) Partvédőmű kőszórás burkolattal természetes part Partvédőmű lábazati kőhányás burkolattal szabályozási kisvízszint kotrás természetes part kőburkolat szűrőrétegen szabályozási kisvízszint szegélyszórás mederfenék kőterítés mederfenék kőburkolat szűrőrétegen lábazati kőszórás Forrás: Obserator Kft Párhuzamművek (3) Párhuzamművek (4) Partvédőmű háttöltéssel Vezetőmű szabályozási kisvízszint természetes part szabályozási kisvízszint kőszórás kőburkolat szűrőrétegen kavics háttöltés mederfenék lábazati kőszórás mederfenék kőterítés 7
Vezetőmű a Mosoni Duna torkolata alatt (1) Vezetőmű a Mosoni Duna torkolata alatt (2) vezetőmű elkészült szakasza Vezetőmű építése Keresztirányú művek (1) Sarkantyúk Sarkantyú szabályozási kisvízszint kőszórás mederfenék kőterítés Sarkantyúk Medvei híd új sarkantyúk 8
Keresztirányú művek (2) Fenékküszöb Dunakiliti Mederelzárás szabályozási kisvízszint burkolat mellékági vízszint fenékszint kőszórás fenékbiztosítás Fenékküszöb Dunakiliti Fenékküszöb Dunakiliti A vízszint megnövelésével lehetővé vált a mellékágak vízpótlása vízszintkülönbség a fenékküszöb fölött és alatt Folyószabályozási kotrások Fenékküszöb Dunakiliti - Szabályozási kotrás: a művek mederalakító hatásának meggyorsítása, a szabályozás kiegészítése. - Gázlókotrás: a hajózási viszonyok javítása. hajózási és szabályozási kisvízszint partél hajóút szélessége partél a fenékküszöb alatt igen sekély a víz hajóút kotrás hajóút mélysége 9
Nagybajcsi mellékág A mellékág hosszú távú megőrzése és rehabilitálása érdekében végzett beavatkozások: Mellékágak vízpótlása A vízpótlás érdekében a mellékágak megnyitásra kerülnek áteresszel kombinált bukó SZLOVÁKIA Duna mederkotrás átvágás áteresszel kombinált bukó mederkotrás átvágás mellékág MAGYARORSZÁG Mederkotrás Az erősebben feliszapolódott mellékágakban mederkotrást végeznek Átvágás a mellékág alsó végén partvédelem Nagybajcsi mellékág Áteresszel kombinált bukó Áteresszel kombinált bukó bukó bukó Áteresz (acélcső átmérő 1,0 m) áteresz Kisvizek idején 2-3 m 3 /s vízhozam áramlik a mellékágba. 10
Folyószabályozási korszakok fenntartható fejlődés 4. szakasz: 3. szakasz fejlődésének megtorpanása mg, E-termelés, szállítás szerkezeti változásai környezetvédelmi problémák a régi célokat új módszerekkel kell elérni továbblépés: múltba fordulás, korabeli életmód visszaállítása (?) fenntartható fejlődés ökológia-ökonómia-szociológia cél megváltozott: nem az árvizek minél gyorsabb levezetése egy minél szűkebb mederben, hanem a folyók többfunkciós használatának (ökológia-gazdaság-társadalom) és a folyórendszer természetközeli állapotának helyreállítása a vizek visszatartása és sokszoros hasznosítása A folyógazdálkodás jelenlegi igényei természetvédelmi igények: természetközeli vízszintek és vízjárás, zöld folyosó, kék folyosó, vizes élőhelyek társadalmi és gazdasági igények: árvízi és belvízi biztonság, aszály elleni védekezés, vízellátás, hajózás, EU irányelvekhez való alkalmazkodás Szűkület, többszöri beavatkozással kell számolni Élőhely-rehabilitáció Zöld folyosó kialakítása Hullámtér Mesterséges mű, tartós emberi jelenlét Mentett oldal Hullámtér érdekegyeztetés szükséges! A vízhez kötődő szárazföldi élőlények zavartalan vándorlásának biztosítása. Kialakításában számolni kell a mentett oldali területekkel is. Kék folyosó kialakítása Hallépcső, a vízszintkülönbség áthidalását elősegítő mű kialakítása Denkpáli hallépcső Hullámtér Hullámtér Élőhely-rehabilitáció Mentett oldal A vízi élőlények zavartalan vándorlásának biztosítása Rehabilitált élőhely átjárható kapcsolatának biztosítása a folyóhoz Kialakításához biztosítani kell a mederben, a vízi útvonalban lévő művek átjárhatóságát 11
a halak kék folyosója vízszint emelő duzzasztás Denkpáli hallépcső Denkpáli hallépcső A halak számára elkerülő utat létesítettek, amely hosszabb szakaszon győzi le ugyanazt a magasságkülönbséget, mint ami a duzzasztó két oldalán van a halak számára létesített kikerülő út: a hallépcső Denkpáli hallépcső Denkpáli hallépcső a kőrakás elzárja a felfelé tartó halak útját oxigén-dúsítás: a halak csalogatására a hallépcső (elkerülő kék folyosó) felé 12
Élőhelyek kialakítása a folyók mentén Árvízvédelmi töltés Folyó Keresztirányú átjárhatóságot biztosító mű Régi holtág, mellékág Élőhely rekonstrukció Árvízvédelmi töltés Élőhelyek kialakítása a folyók mentén Kisvízfolyások szabályozása Ellenőrzött elöntés lehetősége, az árvízi hozamok tározóképességének növelése Rehabilitáció Revitalizáció Szélsőséges vízjárás hatásainak csökkentése a rehabilitált területeken 13
Tószabályozás Árvizek a tavak számos igényt elégítenek ki hidrológiai szabályozás: optimális vízszint biztosítása szabályozási művek: partvédő művek, mólók, kikötők, vízfolyások torkolati művei hordaléklerakódás, feliszapolódás kiküszöbölése, igényeknek megfelelő partvonal kialakítása (fürdőterület, vízkivételi hely) ~: a folyó kilép medréből a kialakulás oka: vízgyűjtő terület lefolyása megnő bő csapadék hóolvadás vízfolyások jege lefolyási viszonyok megváltozása 14
Árvízmentesítés ~: azon munkálatok, melyek célja a folyók árterének mentesítése az időszakos elöntésektől (megelőző tevékenység) Mo-on már a 15. szd.-tól; 1845-ig 800 km védvonal Mo területének 1/4-e a mértékadó árvízszintek alatt, csaknem 21 ezer km 2 veszélyeztetett (2,5 M ember, 700 település) az árterület 97%-a ármentesített Az árvízmentesítés módszerei 1. Gátak építése 1. gátak építése 2. vízgyűjtőterület rendezése 3. tározás 4. részleges ármentesítés öblözet, hullámtér, véderdő, gátmagasság, mértékadó árvízszint, gátak anyaga, építése, vízzárás fokozása, talpszivárgó, gyepszőnyeg, kiegészítő létesítmények Mo: ~ 4200 km töltés, folyamatos rekonstrukció és fejlesztés vízgyűjtő terület szélessége ártér hullámtér töltés magaspart mentesített terület Völgyszelvény nagyvízi meder középvízi meder kisvízi meder 15
Árvédelmi gátak vonalvezetése ideális esetben a gátak enyhe ívben követik a folyó kanyarulatait a hullámtér szélessége nem változik lényegesen a folyó medre nem közelíti meg túlságosan a gátakat Hullámtéri erdősávok Hajózás biztosítása a töltés mentén Árvédelmi gátak jellemző keresztszelvényei töltések anyaga: vízzáró anyagból: 2/3 rész homok + 1/3 rész kötött talaj gát alatti talaj humuszos rétegének eltávolítása Magyarország árvízvédelmének néhány statisztikai adata árvizekkel veszélyeztetett terület 20713 km 2 ebből még nem ármentesített 622 km 2 ártér aránya az ország területéhez képest 22,3% árvízvédelmi fővédvonalak hossza 4220 km ebből földgát 3920 km árvízvédelmi fal 23 km magaspart 238 km előírt mérete kiépült töltéshossz 2447 km (62,4%) Forrás: OKTVF 16
2. Vízgyűjtőterület rendezése 3. Tározás cél: a lefolyási tényező csökkentése erdősítés, lejtőre merőleges szántás, sáncolás, árkolás mesterséges tó, szükségtározók síkvidéki szükségtározók árapasztó csatorna (Rába - Répce) árvízvédelmi töltés nyári gátak körgátak 4. Részleges ármentesítés mezőgazdasági művelés hullámtér mértékadó árvízszint középvízi meder nyári gát Az ármentesítés negatív hatásai a gátak közé zárt folyók a hullámtéren kénytelenek lerakni hordalékukat az Alföld nem töltődik fel, mint a múltban (viszont nagy része ma is süllyed, de a folyóvízi hordalék nem tudja feltölteni!) hullámterek viszont feliszapolódnak gátak folyamatos magasítása szükséges ( árvízszint nő!) medertalpak egyre magasabban helyezkednek el növekvő talajvízszint gátrendszeren belül a fenékszint magasabb, mint a gátakon kívül medermélyülés is lehet (gyorsabb a folyó bevágódhat) szélsőséges vízjárás kis- és középvízállások csökkennek árvízszintek nőnek Emberi hatások A meder feltöltődése, és annak hatásai Mellékágak, holtágak feltöltődése, kiszáradása Kis-, közép- és árvízszintek növekedése A jelenség oka: a folyó hordalék-elragadó ereje kevés az érkező hordalék továbbszállítására a feltöltődés az ártér lecsökkenése miatt felgyorsul árvízvédelmi töltés mellékág árvízvédelmi töltés A jelenség következményei: a főmeder és a hullámtér egyaránt feltöltődik emelkedő árvízszintek emelkedő talajvízszintek, függőmeder kialakulása főmeder 17
Vízszint tendenciák Dunaremete térségében Duna - Dunaremete A főmeder berágódásának és a hullámtér feltöltődésének hatásai H (cm) 800 600 400 Mellékágak, holtágak feltöltődése, kiszáradása A vízjárás szélsőségessé válik, a vízszintváltozások felgyorsulnak Főmeder berágódása Árvízszintek növekedése, kis és középvízszintek csökkenése 200 0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Évek árvízvédelmi töltés mellékág főmeder árvízvédelmi töltés A jelenség oka: kis és középvízhozamok esetén a folyó hordalékelragadó kapacitása nagyobb, mint az érkező hordalék mennyisége, a felesleges energia a meder erodálására, mélyítésére fordítódik árvíz idején a folyó szétterül a hullámtéren, a hullámtér töltődik 700 600 500 Vízszint tendenciák Ásványráró térségében Éves jellemző vízállások trendvizsgálata Ásványráró A jelenség következményei: a főmeder berágódik, a hullámtér feltöltődik emelkedő árvízszintek süllyedő kis- és közép- és talajvízszintek hevesebb vízjárás drágább vízkészletgazdálkodás 400 300 200 100 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 év H (cm) Vízszint tendenciák Komárom térségében Duna - Komárom 1901-1999 A mértékadó árvízszintek növekedése 800 700 600 500 H (cm) 400 300 200 100 0 1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 Idő (év) 18
Mértékadó árvízszint Árvízvédelem a 100 éves átlagos visszatérési idejű jégmentes árvíz, kivéve: Győr, Bp, Szeged és az algyői olajmező védvonalai: 1000 éves visszatérési idő és Esztergomtól a D-i országhatárig tartó Duna-szakasz: az eddig előfordult legmagasabb jeges árvizek ~: az a tevékenység, amelyet az árvíz ideje alatt végeznek annak érdekében, hogy az árvízvédelmi létesítmények megfelelően lássák el a feladatukat magassági biztonság: mértékadó árvízszintek felett 1,5 m Árvízvédelem gátak karbantartása, hibák kiküszöbölése töltésátázás töltésszakadás fakadó vizek, buzgárok hullámverés töltésmagasítás veszélyeztetett területek kiürítése kikerült víz lokalizációja árvízvédekezési készültség, I., II., III. fokozat Folyóink árvizei 2013-as nagy dunai árvíz Fényképeket megnézni, külön mappa: Árvíz Győrújfalu 2013 Duna árvizei: tavaszi, kora nyári (zöldár), jeges árvíz Tisza árvizei: magas és hosszan tartó a gátak további emelése nem lehet megoldás 19
Árvizeink okai csapadék: nagy mennyiség, rövid idő alatt kontinentális éghajlaton ez nem ritka, nem meglepő! az árvízszintek növekednek, mert a folyók töltések közé vannak szorítva (gyorsan, szűk keresztmetszetben vezetik le a vizeket) a vízgyűjtőkön végrehajtott területhasznosítási változások (erdőirtás nő a lefolyási tényező!), de nem olyan jelentős hatás, mint korábban gondolták! Kárpátalja: eredetileg 90-95%-os erdősültség, ma kb. 50%, de nem az utóbbi években történt ez a nagy változás, sőt! ma már telepítések is a vízfolyások vízszállító képessége csökken a hullámterek feliszapolódása és a hullámtéri elburjánzó növényzet akadályozó hatása miatt A Vásárhelyi Terv Továbbfejlesztése Célok: a Tisza-völgy árvízvédelmi biztonságának megteremtése a Tisza-menti térség terület- és vidékfejlesztési, tájgazdálkodási és természetvédelmi feladatai A VTT elemei: árvízvédelmi fejlesztés érintett települések infrastrukturális fejlesztése (belterületi vízrendezés, szennyvízcsatornázás, szennyvíztisztítás, kerékpárutak építése) az adottságokhoz alkalmazkodó gazdálkodás bevezetése (tájgazdálkodás) VTT: árvízvédelmi fejlesztés a töltések folyamatos magasítása a növekvő mértékadó árvízszintek miatt nem megoldás!!! cél: a Tiszán levonuló árvízszintek magasságának csökkentése megoldás: az árhullám nagy mennyiségű vizének szétterítése eszközök: síkvidéki árvíztározás (10-14 db, 1,5 milliárd m 3 víz) a nagyvízi vízszállító képesség javítása kisebb szakaszokon a töltések emelése nemzetközi vízügyi együttműködés erősítése A VTT tervezett beavatkozásai, tározói (I. ütem) A nagyvízi vízszállító képesség javítása 9 1. az árvízvédelmi töltések áthelyezése, a hullámtér növelése 2. az árvízvédelmi töltések magasítása 3. a hullámtér magasságának csökkentése kotrással 4. a folyószabályozási művek lehetőség szerinti átalakítása 5. a főmeder mélyítése, kotrása 6. mellékágak kotrása, rehabilitálása, új, párhuzamos medrek kialakítása a hullámtéren 7. épületek, egyéb létesítmények eltávolítása a hullámtérről 8. a hullámtéri területhasználat, művelési ág megváltoztatása, optimalizálása 9. nyári gátak eltávolítása a hullámtérből 20
Belvizek létrejötte: 1. a magas talajvízszint hóolvadás, esőzés miatt megemelkedik, felszínre jut 2. a csapadék vagy hóolvadék nem tud beszivárogni a talajba (összegyülekezési típusú belvíz, talajvízzel nincs kapcsolatban) Mo területének t.m. 1/3-át veszélyezteti védekezés: belvízlevezető csatornák állagromlás, feliszapolódás, szállító kapacitás csökken nyáron vizük betöményedik: szikesedést okozó öntözés Magyarország belvízvédelmének néhány statisztikai adata mértékegység 2000-ben belvízvédelmi rendszerek száma db 85 összes kiterjedésük km 2 ~44500 belvízcsatornák hossza km ~46700 ebből öntözési célú is km ~3000 szivattyútelepek összkapacitása m 3 /s 744 21