Szabadfelszínű áramlások két- és háromdimenziós numerikus modellezése folyókban, ártereken és tavakban

Hasonló dokumentumok
Folyami hidrodinamikai modellezés

Hordalékviszonyok hatása az árvízi biztonságra a Tisza-völgyben avagy mit tudunk manapság mérni, modellezni és mindebből becsülni

A Balaton szél keltette vízmozgásainak modellezése

A 2.50-es árvízi öblözet lokalizációs terve

A Rába nagyvízi mederkezelését megalapozó 2D lefolyásmodellezés

AZ ÁRVÍZI KOCKÁZATKEZELÉS (ÁKK) EGYES MÓDSZERTANI KÉRDÉSEI MÉHÉSZ NÓRA VIZITERV ENVIRON KFT.

2D hidrodinamikai modellek alkalmazása a Duna alsó szakaszán a kisvízi szabályozásban

Szél keltette sekély tavi áramlások modellezése

FOLYAMI HŐCSÓVÁK VIZSGÁLATA. Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék. Szabó K. Gábor

Terepi mérési beszámoló

A hazai hordalék-monitoring helyzete és javasolt fejlesztése

HAZÁNK SZÉLKLÍMÁJA, A SZÉLENERGIA HASZNOSÍTÁSA

MÉRTÉKADÓ ÁRVÍZSZINTEK MEGHATÁROZÁSA A TISZA-VÖLGYBEN

Határréteg mechanizmus vizsgálata nyílt vízi és nádas vízi jellegzónák között. Kiss Melinda

TERVEZŐI NYILATKOZAT NAGYVÍZI MEDERKEZELÉSI TERV 01.NMT.08. (EGYEZTETÉSI TERV) RÁBA 87,700 FKM - RÁBA 54,670 FKM

39. Meteorológiai Tudományos Napok, Budapest, november

A DUNA MEDERMORFOLÓGIÁJÁNAK ÉS HŐTERHELÉSÉNEK MODELLEZÉSE

SZAKDOLGOZAT VIRÁG DÁVID

KÖZÉP-TISZA-VIDÉKI KÖRNYEZETVÉDELMI ÉS VÍZÜGYI IGAZGATÓSÁG. Az árvízkockázati térképezés információs eszközei

A nagyvízi mederkezelési tervek készítésének tapasztalatai az ÉDUVIZIG működési területén

Villámárvíz modellezés a Feketevíz vízgyűjtőjén

KÖZÉP-TISZA -VIDÉKI VÍZÜGYI IGAZGATÓSÁG SZOLNOK

Kismintavizsgálatok

Célok : Vízrendezés: védelmet nyújtani embernek, víznek, környezetnek Hasznosítás: víz adta lehetőségek kiaknázása

A VTT KONCEPCIÓJA ÉS MEGVALÓSÍTÁSI FOLYAMATA

Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

A nagyvízi meder vízszállító képessége hullámtéri vízhozammérések, azok problémái

Brockhauser Barbara, Deme Sándor, Hoffmann Lilla, Pázmándi Tamás, Szántó Péter MTA EK, SVL 2015/04/22

Nagyfelbontású magassági szélklimatológiai információk dinamikai elıállítása

BME HDS CFD Tanszéki beszámoló

A térség hidrológiai feltételei

A folyó, mint a nagyvízi meder része Keresztgátak kialakítása fizikai kisminta-kísérlet segítségével

A Tisza nagyvízi mederkezelési tervhez kapcsolódó hidrodinamikai modellvizsgálat eredményei az ATIVIZIG területén

Magyarország vízgazdálkodás stratégiája

Folyótorkolatok numerikus morfodinamikai

Eötvös József Főiskola Vízépítési és Vízgazdálkodási Intézet

A víz ereje és elkeverő hatása

Árvízi veszély-és kockázattérképezés hazai helyzete

A Tisza és mellékfolyóinak árvízjárta területei és árvízi kitörései a szabályozások előtt (Ihrig D.) 1816, 1830

A Mosoni-Duna torkolatáthelyezésének és a kapcsolódó torkolati műtárgyak áramlástani vizsgálata

Nagyberuházások vízgazdálkodási érintettsége. LÁNG ISTVÁN MŰSZAKI FŐIGAZGATÓHELYETTES ORSZÁGOS VÍZÜGYI FŐIGAZGATÓSÁG

A mikroskálájú modellek turbulencia peremfeltételeiről

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

Térbeli struktúra elemzés szél keltette tavi áramlásokban. Szanyi Sándor BME VIT. MTA-MMT konferencia Budapest, június 21.

A Principális-csatorna nagykanizsai védvonalának geotechnikai vizsgálata

KÖFOP VEKOP A jó kormányzást megalapozó közszolgálat-fejlesztés

A Vásárosnamény-Zsurki állami kezelésű nyárigát rendszer fenntarthatóságának vizsgálata

Duna fkm szakasz Dunakiliti- Medve Fizikai kisminta-kísérleti vizsgálatok

Hajózás a Maros folyón

EGY BALATONI HIDRODINAMIKAI ELİREJELZİ RENDSZER FELÉ. TORMA PÉTER, doktorandusz BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tsz.

A RÓMAI PARTI MOBILGÁT HATÁSA A DUNA NAGYVÍZI LEFOLYÁSI VISZONYAIRA

Árvízi kockázatkezelés: ágazati irányok és jogszabályi háttér

Mura fkm szakaszának árvizi levonulás-vizsgálata

Dr.Tóth László

Szél keltette sekélyvízi hullámzás vizsgálata és modellezése

Alkalmazott hidrodinamikai és térinformációs modellek az Alsó Duna-völgyi nagyvízi mederkezelési tervekben. Árvízvédelmi helyzetkép

Nagyvízi mederkezelési tervek készítése

2013. júniusi Duna-árvíz

MAGYAR METEOROLÓGIAI TÁRSASÁG XXXIV. VÁNDORGYŰLÉS ÉS VII. ERDŐ ÉS KLÍMA KONFERENCIA DEBRECEN, AUGUSZTUS

Kaotikus elkeveredés folyadékokban: (folyókban-tavakban-érrendszerben)

Hidrodinamikai vízáramlási rendszerek meghatározása modellezéssel a határral metszett víztesten

Készítette: Gönczi Gábor. Fővárosi Vízművek Zártkörűen Működő Részvénytársaság

Folyószakaszok áramlási és morfológiai viszonyainak térbeli vizsgálata

A HÓBAN TÁROLT VÍZKÉSZLET MEGHATÁROZÁSA AZ ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLATNÁL február 21.

1 ÁLTALÁNOS JELLEMZŐK

Akusztikus, digitális vízsebességmérő műszer

Szél keltette vízmozgás és hőmérséklet eloszlás modellezése sekély tavakban

Elsőrendű állami árvízvédelmi vonalak fejlesztése a Duna mentén (KEOP-2.1.1/2F/ )

Intézkedés Árvízvédelmi célja Előirányzott intézkedések Árvízvédelmi töltésekkel kapcsolatos intézkedés típusok

Az árvízkockázat kezelési projekt konstrukció helyzete, ÁKK konf, Horkai A., OVF

Szigetközi kisvízi mederrehabilitáció árvízlevezetésre gyakorolt hatásai

A BÉKÉSSZENTANDRÁSI HALLÉPCSŐ RÉSELT HALÁTJÁRÓJÁNAK ÁRAMLÁSTANI VIZSGÁLATA

Hidrogeológiai kutatások. Mező Gyula hidrogeológus

Élőhely szempontú folyószabályozás támogatása korszerű terepi mérésekkel és számítógépes modellezéssel

Az árvízkockázat kezelés metodikája. Dr Váradi József

Hálózat hidraulikai modell integrálása a Soproni Vízmű Zrt. térinformatikai rendszerébe

A Nagyvízi mederkezelési tervek készítése Igazgatóságunk területén. Győr, február 24. Dunai Ferenc Árvízvédelmi és Folyógazdálkodási Osztály

Felszín alatti vizektől függő ökoszisztémák vízigénye és állapota a Nyírség és a Duna-Tisza köze példáján keresztül

mérete függ: medermélységtől vízhőmérséklettől szélsebességtől lökésperiódusoktól tavi szél parti szél

Akusztikus mérések folyami alkalmazásai

1 ÁLTALÁNOS JELLEMZŐK

Meteorológia a vízügyi ágazatban. Előadó:Nagy Katalin Nyugat-dunántúli Környezetvédelmi és Vízügyi Igazgatóság október 26.

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

Élőhely szempontú folyószabályozás támogatása korszerű terepi mérésekkel és számítógépes modellezéssel

A szigetközi MODFLOW modellezés verifikálása, paraméter optimalizálás izotóp-adatokkal

ADCP-s vízhozammérések utófeldolgozása

TERVEZŐI NYILATKOZAT DUNA 1850,20 FKM - DUNA 1809,76 FKM

SZINOPTIKUS-KLIMATOLÓGIAI VIZSGÁLATOK A MÚLT ÉGHAJLATÁNAK DINAMIKAI ELEMZÉSÉRE

A SOPRON TÉRSÉGI VÍZELLÁTÓ RENDSZER FŐNYOMÓ VEZETÉKEINEK REKONSTRUKCIÓJÁT MEGALAPOZÓ HIDRAULIKAI VIZSGÁLAT

A projekt általános célja a VTT program eddigi tapasztalatainak hasznosításával a Tisza-völgy árvízi biztonságának javítása.

Intézkedés Árvízvédelmi célja Előirányzott intézkedések Árvízvédelmi töltésekkel kapcsolatos intézkedés típusok

Szennyezőanyagok terjedésének numerikus szimulációja, MISKAM célszoftver

LEVEGŐZTETETT HOMOKFOGÓK KERESZTMETSZETI VIZSGÁLATA NUMERIKUS ÁRAMLÁSTANI SZIMULÁCIÓVAL

Hullámtéri feliszapolódás vizsgálata 2D modellezéssel

Confederación Hidrográfica del Ebro AUTOMATA HIDROLÓGIAI INFORMÁCIÓS RENDSZER (A.H.I.R) AZ EBRO FOLYÓ VÍZGYÛJTÕ TERÜLETÉN

Árvízi veszély- és kockázati térképezés

I. A CFD alkalmazási területei Néhány érdekes korábbi CFD projekt

befogadó kőzet: Mórágyi Gránit Formáció elhelyezési mélység: ~ m (0 mbf) megközelítés: lejtősaknákkal

A felszín alatti víz áramlási viszonyainak monitoringja mint a kármentesítés egyik alapkérdése

Talajvízszint idősorok vizsgálata statisztikai módszerekkel a 4-es metró építésének pesti területén A D J U N K T U S

Átírás:

CFD Munkaértekezlet, 2005. április 18. Intézményi Összefoglalók Szabadfelszínű áramlások két- és háromdimenziós numerikus modellezése folyókban, ártereken és tavakban Szemelvények a BME Építőmérnöki Kar Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszékén folyó CFD kutatómunkákról Dr. Józsa János tanszékvezető egyetemi tanár

Jellemző vízmérnöki feladatok, ahol gyakorlati igény van a szabadfelszínű áramlások többdimenziós numerikus modellvizsgálatára: Folyók összetett medrű, rövidebb szakaszai az árvédelmi biztonság ellenőrzése és tervezése kisvízi hajózási viszonyok vizsgálata szennyeződések elkeveredése hordalékvándorlási és medermorfológiai folyamatok élőhely-hidraulikai viszonyok vizsgálata Ártéri öblözetek töltésszakadásból eredő elöntései öblözetek mértékadó elöntései különféle feltételezett forgatókönyvek szerint lokalizációs tervek készítése szükségtározók tervezése és üzemeltetése Tavak szél keltette vízmozgásai egyes tórészek közötti vízcsere-mechanizmus nagytérségi és lokális feliszapolódási folyamatok élőhely-hidraulikai viszonyok feltárása és javítása Alkalmazott, többnyire tanszéki fejlesztésű CFD eszközök Permanens és/vagy nempermanens (stacioner és vagy tranziens) 2- és 3-dimenziós Megoldás egyenközű véges differencia, görbevonalú véges térfogat vagy adaptív négyfa-alapú rácshálón Bevezető példa a modellezendő, szélsőséges folyami és ártéri viszonyokra: a Tisza 2001. évi tarpai töltésszakadása

Példa töltésszakadás okozta ártéri elöntések 2D modellezésére Beregi Tiszahát 2001. évi elöntése a tarpai töltésszakadás következtében A szakadási szelvény környezete A 41-es főút átvágása Figyeljük meg a szakadások környezetének háromdimenziós (sőt háromfázisú) összetett folyamatait, és attól távolodva az egyre egyenletesebbé váló, sekély, lepelszerű áramlást! A szakadásoktól nem túl távol az áramlások már egyszerűsített, mélység mentén integrált, kétdimenziós formában is jó közelítéssel leírhatók.

Mélység mentén integrált 2D áramlási modell származtatása Jellemző folyami sebességeloszlás z, m 800 700 600 aug. 19: 2-es függély y = 4.52e 0.0188x Mélység menti integrál-átlagolás q U x = η z m qx = h u ( z) d z q V y = = q η z m y h v ( z) d z A térfogatmegmaradás diszkrét sémája q x, Ny h q y, É q x, K 500 400 300 200 U U u, cm/s Expon. (u, cm/s) A térfogatmegmaradás differenciálegyenlet alakja: η qx + t x q y + y = 0 q y, D x y 100 0 0 200 400 u, cm/s Az x- és y-irányú impulzusmegmaradás differenciálegyenlet alakja: x ( h + z ) 2 qx qx x y m m, x 2 + = gh + ν e t h q q + y h x τ ρ q x y ( h + z ) 2 qy qy qxqy m m, y 2 + + = gh + ν e t h x h y τ ρ q y

2D egyenközű véges differencia modell Tiszai példák: Tiszasüly-Tiszaroff, Beregi Tiszahát

A Tiszasüly-Tiszaroffi kanyar térsége Medergeometria és területhasználat a 2D modell rácshálón (40x40m) megjelenítve

Helyi jellegzetesség: Hullámtéri erdők hullámtéri simasági együttható (k) becslése

91.6 91.5 91.4 91.3 91.2 91.1 91 90.9 90.8 90.7 90.6 Tiszasüly-Tiszaroff Kalibrálás-igazolás árvízi tetőzés mért vízszintjeire 2000. IV. 17. 368 373 378 383 388 393 L, [fkm] z, [mbf] Tiszabő Kőtelek a. Kőtelek f. Tiszaroff a Tiszasüly Tiszaroff f Akolhát f. Sajfok Akolhát a. 90 89.8 89.6 89.4 89.2 1998. XI. 22. z, [mbf] Tiszabő Kőtelek a. Kőtelek f. Tiszaroff a Tiszasüly Tiszaroff f Sajfok Akolhát a. Akolhát f. Főmeder: k = 45 Szántó-legelő: k = 30 Erdő: k = 8 89 368 373 378 383 388 393 L, [fkm]

Alapállapot kalibrált modelleredménye - vízfelszín 1 cm-es szintvonalakkal - keresztszelvény a kanyarban - vízhozam 83%-a a hullámtéren folyik le 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 3200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 z, [mbf] 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Y = 230240 m 3200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 q, [m2/s] L, [m]

Beavatkozások hatásának értékelése alapállapot hidraulikai folyosó (erdőritkítás, k = 8 helyett 15) nyárigátak elbontása

Beavatkozások hatásának értékelése Fajlagos vízhozam-eloszlás és megváltozása alapállapot erdőritkítás (k = 8 helyett 15) nyárigátak elbontása

Összesített fajlagos vízhozam-változás Beavatkozások hatásának értékelése - az erdőritkítás, - a nyárigát elbontás és - az össz-beavatkozás vízszintcsökkentő hatása 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25 395 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 dz, [m] Tiszabő Kőtelek Tiszaroff Tiszasüly Tiszabura 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25 L, [fkm] 395 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 dz, [m] Tiszabő Kőtelek Tiszaroff Tiszasüly Tiszabura L, [fkm] 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25 395 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 dz, [m] Tiszabő Kőtelek Tiszaroff Tiszasüly Tiszabura L, [fkm]

A Duna Szap-Gönyü közötti szakaszának 2- és 3D áramlásmodellezése

Ultrahangos mederletapogatás alapján felállított digitális mederfelszín-modell a Duna 1792-1802 fkm közötti szakaszára

A meder érdességmagasságának, mint legfontosabb áramlási modellparaméternek elsődleges becslése fagyasztásos mederfelszín-minták alapján

Simasági együtthatók kalibrálása kisvízi és árvízi viszonyokra, a 2002-es árvízi mérések alapján: k főmeder = 41 m 1/3 /s k hullámtér = 12 m 1/3 /s 2-D kisvízi és árvízi modellezés Q=1800 m 3 /s z Gönyü =107,6 mbf Fajlagos vízhozam, [m2/s] 40 30 20 Q=6500 m 3 /s z Gönyü =112,6 mbf 10 0 Q=9000 m 3 /s z Gönyü =114,4 mbf

A Szap-Gönyü közötti Duna-szakaszának 3D turbulens áramlásmodellezése Távlati cél: A meder morfológiai változásainak vizsgálata Első lépés: 3D áramlási modell adaptálása Főbb modelljellemzők: Térbeli, k-ε turbulencia-modell (SSIIM) Strukturált, görbe-vonalú rácsháló Nem-hidrosztatikus nyomáseloszlás Eddig elvégzett munkarészek: Modell tesztelése A modellezett 10 km-es Duna-szakasz rácshálójának generálása Kalibrálás mért vízfelszín-görbékre és sebességeloszlásokra

3D kalibrációs sebességadatok gyűjtése ADCP-vel mért jellemző háromdimenziós sebességeloszlás

Modellkalibrálás és igazolás ADCP sebességmérések és modelleredmények mélység menti összehasonlítása adp 19.-ssiim 6. profil adp 15.- ssiim 5. profil 6.00 6.00 5.00 5.00 magasság a mederfenéktől [m] 4.00 3.00 2.00 ADCP SSIIM magasság a mederfenéktől [m] 4.00 3.00 2.00 ADCP SSIIM 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 100.00 200.00 0.00 100.00 200.00 réteg középsebesség [cm/s] réteg középsebesség [cm/s]

Modellkalibrálás és igazolás Keresztszelvényekben mért és modellezett sebességeloszlások mélységátlagolt összevetése

Szelvény menti mért és modellezett sebességnagyság-eloszlás Modellezett csavaráramlás

Példa töltésszakadás okozta ártéri elöntések 2D modellezésére Beregi Tiszahát 2001. évi elöntése a tarpai töltésszakadás következtében A magyar és ukrán területeket magában foglaló ártéri öblözet digitális terepmodellje, x = 150 m 345000 340000 335000 330000 325000 320000 315000 115 114 113 112 111 110 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 310000 890000 895000 900000 905000 910000 915000 920000

Lokális jelenségek, amelyekre a részletes numerikus modellezés még kísérleti stádiumban van

A simasági együtthatók kalibrálása a légi- és űrfelvételek segítségével rekonstruált 2001. évi elöntések és a becsült kifolyó vízhozam alapján k szántó, legelő = 18 m 1/3 /s, k erdő,gyümölcsös = 12 m 1/3 /s megfigyelt számított

A simasági együtthatók kalibrálása a légi- és űrfelvételek segítségével rekonstruált 2001. évi elöntések és a becsült kifolyó vízhozam alapján k szántó, legelő = 18 m 1/3 /s, k erdő,gyümölcsös = 12 m 1/3 /s megfigyelt számított

A simasági együtthatók kalibrálása a légi- és űrfelvételek segítségével rekonstruált 2001. évi elöntések és a becsült kifolyó vízhozam alapján k szántó, legelő = 18 m 1/3 /s, k erdő,gyümölcsös = 12 m 1/3 /s megfigyelt számított

2D elöntés-modellezés a Vásárhelyi Terv továbbfejlesztésében Szamos-Kraszna-közi árvízi tározó Hullámfront érkezési idejének térképe az elöntés-modellezés alapján, mint a vadmenekítő dombok tervezésének alapja

Hazai sekély tavaink szél keltette áramlásainak numerikus modellezése

A vízmozgást gerjesztő szél megismerése Jellegzetes sekély tavi szélmérő-telepítés

A vízáramlás mérésének eszköze: RCM-9 (Akusztikus Doppler-elvű 2D áramlásmérő) Belső felépítés és telepítésre kész állapot

Jellegzetes ÉÉNy-i szél által keltett áramlások mért sebességvektor-idősorai a Balatonban, a Keszthelyi-öböl térségében (10 perces átlagok)

Az szél keltette vízmozgás köröző áramlási komponensei (3 órás alul-áteresztő szűréssel)

A vízmozgás létrehozója: levegő-víz határfelületi impulzusátadás A felszín közeli szélprofil mérhető és számítható paraméterei W(z) W(z a ) F z 0, W *, c z,τ sz

A köröző áramlások kialakulásának matematikai leírása és elemzése Szél keltette áramlások sekély viszonyok között: 2D közelítés A mélység menti középsebesség-mező rotáció-mezőjének elemzése A vízmélység-gradiens és a szélcsúsztatófeszültség mező szerepe A vonatkoztatási rendszer: z U τ sz U η h y u(z) u(z) z m τ m τ m x

Számított permanens áramkép, meghajtási hossz menti belső határréteg-fejlődést figyelembe vevő szélmodellel z 0,t = 0,4 m z 0,v = 0,0004 m

A szél keltette áramlások 2D modellezése a Fertő tavon

A szélmező tófelszín feletti változásának feltárása 3-pontos szélméréssel

3-pontos szélmérés az osztrák tórészen nagy meghajtási hosszakra Jellemző pillanatnyi szélsebesség-eloszlás Egyperces szélsebességek vektor-idősorai

Adaptív 2D áramlási modell négyfa-alapú rácshálója Adaptív rácsháló-finomítás mélységeloszlás, nádas-határvonal, széleloszlás, valamint a mélységátlagolt vízsebesség rotációja és divergenciája alapján a Fertőrákosi-öbölre

Mért és modellezett permanens áramkép összevetése a Fertőrákosi-öbölre Számított sebességvektorok megjelenítése egyenletes eloszlásban

Négyfa-rácsháló adaptív finomítása a teljes tóra

ÉÉNy-i szél keltette vízsebesség-mező a modell négyfa-hálóján, valamint egyenletes eloszlásban megjelenítve

Modellezett lokális vízsebesség-mező különféle hálófinomítási fokozatokkal Fent: megjelenítés a négyfa-hálón Lent: megjelenítés egyenletes eloszlásban