Tisza-völgyi Műhely alapító konferencia Szolnok, 2011. március 30. Hordalékviszonyok hatása az árvízi biztonságra a Tisza-völgyben avagy mit tudunk manapság mérni, modellezni és mindebből becsülni Dr. Józsa János, tszv. egyetemi tanár BME, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék
A magyarországi felszíni vizek hidromorfológiai monitoringjának intézményfejlesztése - Tanszék vezette országos projekt, 2007-08. - Intézményi háttér kialakítása az Európai Unió Víz Keretirányelvében (EU VKI) foglaltak megvalósításához - A Vízrajzi Szolgálat alkalmassá tétele új, komplex feladatok ellátására - A hidromorfológiai eljárások, adatok és feldolgozások kialakítása, információs rendszer (http://hidromorfologia.vizugy.hu/) felállítása és az első mérésekkel való feltöltése - Kiemelten fontosak a vízgyűjtő-gazdálkodási tervek, melyekhez 2007-től az országos monitoringhálózat szolgáltatja a megalapozást jelentő adatokat.
BME Vízmérnöki MSc képzés 2009- Hidromorfológia alapozó tantárgy Elméleti tananyag: - Kinematika, hidrodinamika, Navier-Stokes-egyenletek - Turbulencia, Reynolds-egyenletek, határréteg-elmélet - Elkeveredés, lebegtetett hordalékmozgás - Görgetett hordalékmozgás - Meder-, kanyar- és ágfejlődés, tektonikai hatások - Geo-referált mederváltozások mederalakító vízhozamok - Mederfelszín-formák, víz-üledék-növényzet kölcsönhatás - Geofizikai mederfelszín- és rétegzettség-feltárás - Áramlás és hordalékmozgás 1- és 2D leírása - Mérésekkel támogatott térbeli morfológiai modellezés
BME Vízmérnöki MSc képzés 2009- Hidromorfológia alapozó tantárgy Számítási feladatok: - ADCP mérési módszertan, sebességeloszlás-számítások - Lebegetett és görgetett hordalékmérési módszertan szem- és koncentráció-eloszlás számítások - Mederfelszínformák mérési módszerei, adatok feldolgozása - ADV mérési módszertan, mért sebesség-idősorok feldolgozása
A Tisza hidromorfológiai feltárásának alapeszköze: akusztikus Doppler-elvű sebességeloszlás-mérő (ADCP) 2001-től Függélysebesség eloszlás 9 8 7 6 y = 9E-05e 13.065x R 2 = 0.8746 Z (m) 5 4 3 2 1 0-0.5 0 v (m/s) 0.5 1 1. függ. seb. pontok_2010 Expon. (1. függ. seb. pontok_2010)
ADCP működése Sebességméréshez: frekvencia megváltozás Hordalék töménység becsléshez: jelerősség megváltozás Visszavert jelerősség szelvény menti eloszlása
Pillanatnyi és időben átlagolt függély menti sebességeloszlások Példa: 90 s valós idő 0,4 sec felbontással 7
Egy tiszai alkalmazási példa: A folyó mindszenti szakasza
Mozgó és rögzített hajós mérések Mért 3D modellel számított
Erős kanyarulat modellezett áramlási viszonyai
Példa a Tisza egy városi szakaszára: Szeged 181+000 fkm Tisza Szeged 0+000 fkm 1+000 fkm Maros 168+000 fkm
Cél: az üdülőterületre való árvízi rááramlási viszonyok, elsodró és hordalékmozgató erők megismerése Q Tisza Tömörkény István üdülőterület z Tisza Tisza Yacht kikötő Maros Q Maros
Árvízi modelleredmények övzátonyok feliszapolódás medermélyülés
Az üdülőterületre vonatkozó, részletes modellvizsgálat: Q 2006, Q 2000, Q 1999 felhasználásával, finomabb rácshálófelbontással z Tisza Q 2006, Q 2000, Q 1999
A házak hidrodinamikai terhelése és a területen kialakult fenékcsúsztató feszültségek
ADCP-alapú hordalékmozgás- és medermorfológia-mérés 128056.0 128055.0 EOV Y Medervándorlás becslése (Q=582 m 3 /s) Tisza 210+400 fkm 2010. október 11. 128054.0 128053.0 128052.0 128051.0 EOV X 737670.0 737672.0 737674.0 737676.0 737678.0 Mérőhajó_RTK GPS_B.p.-tól 75m Mederfenék_Bottom Tracking_B.p.-tól 75m A kapott eredmények: k s z 0 0,0928 m 0,0031 m k 38,63 m 1/3 /s Medersebességek [vmed, m/h] 70 50 30 10-10 -30-50 -70 Medervándorlás keresztmetszet menti eloszlásának becslése Tisza 210+400 fkm Q 2010 =582 m 3 /s, Q 2008 =479 m 3 /s Távolság (bal parttól) (m) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Medersebesség adatok_2010 Mederszelvény_2010 Medersebesség adatok_2008 Mederszelvény_2008 86 81 76 71 66 Magasság [Z, mbf] Mélység [h, m] 0 2 4 6 8 10 12 Tisza meder hosszelvény 210+100-210+700 fkm 2010. október 11. Távolság (m) 0 100 200 300 400 500 600 700 Folyásirány Dűnemérés_bal part Dűnemérés_középvonal Dűnemérés_jobb part Li H i
Lebegtetett hordalék és mederanyag-összetétel feltárása 100 Függély átlagolt lebegtetett hordalék szemeloszlás diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2010. október 11. 100 Mederanyag szemeloszlás diagramm Tisza - 210+400 fkm keresztszelvény 2010. október 11. 90 90 80 80 Átesett tömegszázalék [Si, %] 70 60 50 40 30 20 Átesett tömegszázalék [Si, %] 70 60 50 40 30 20 10 10 0 Szemcseátmérő [d, mm] 0 0.1 0.2 1. függély átlag 2. függély átlag 3. függély átlag 4. függély átlag 5. függély átlag Szelvény átlag Modellben leképzett 0 Szemcseátmérő [d, mm] 0 1 2 1. függély_2010 2. függély_2010 4. függély_2010 5. függély_2010 Szelvény átlag_2010 Modellben leképzett Lebegtetett hordalék paraméterek d, mm frakció, % w ü, m/s 0,006 (d 10 ) 20 0,00006 0,045 (d 60 ) 60 0,0017 0,115 (d 90 ) 20 0,009 Lebegtetett hordalékkoncentráció szelvény menti átlaga: 0,0248 g/l Mederanyag paraméterek d, mm frakció, % w ü, m/s 0,057 (d 10 ) 20 0,0026 0,185 (d 50 ) 60 0,02 0,295(d 90 ) 20 0,04
Lebegtetett hordaléktöménység és hozam ADCP-alapú térbeli becslése Mért sebesség Számított töménység Számított hordalékhozam
Mindezek birtokában 3D áramlási és morfológiai modell-paraméterezés Kanyarátvágás modellvizsgálata egy felső-tiszai szakaszon (kanyarvándorlás, hajózási szelvény más osztályba sorolása, árvízlevezetés)
Az egyik lehetséges változat
Egy év vízjárása alapján modellezett morfológiai változások
Mindeközben fontos figyelemmel lenni a meanderező Tisza esés vízhozam kanyarfejlettség kanyarfejlődés viszonyaira: Kanyarfejlődés a Közép-Tiszán az I. és II. katonai felmérésből A folyó önszabályozása: a nagyobb esésű szakaszokon nagyobb kanyarfejlettséggel tartja fenn a saját lejtését legalábbis szabályozatlan állapotában.
Összefoglalás Jelen lehetőségek: - Akusztikus sebességméréssel az áramlások összetettsége hoszabb folyószakaszokra is jól feltárható - A méréseket árvizek alatt is el tudjuk végezni - Mindezt hordalékhozam- és mederanyag-mérésekkel összekötve részletes morfodinamikai ismereteket nyerhetünk - Erre alapozva általános érvényű térbeli áramlási és medermorfológiai modelleket kalibrálhatunk
Összefoglalás Terv: - A Tiszán a térbeli áramlások mederfejlődésre gyakorolt hatásának szisztematikus, összehangolt vizsgálata - Hordalékhozam-összefüggések felállítása - Árvizek jellemző időszakainak részletgazdag mérése - A mederfejlődés lokálisan finomított numerikus modellezése Hasznosulás: -A VTT-ben a morfológiai hatások figyelembe vétele és becslése - Duna Régió Stratégia hordalék-kutatásainak tudományos megalapozása és kiterjesztése a Tiszára
Felhasznált anyagok: Dr. Baranya Sándor doktori értekezése 2010. Dr. Timár Gábor doktori értekezése 2003. Sági Rajmund MSc diplomadolgozata 2011. Zsóri Edit MSc diplomadolgozata 2011. Horváth Andrea BSc diplomadolgozata 2011.
Egycsatornás s vízi v szeizmikus mérések: m Tisza Recens folyami üledékek Idősebb folyami üledékek
Egycsatornás s vízi v szeizmikus mérések: m Tisza Ősmeder a Tisza alatt
Tervezett sarkantyúk kikényszerítette mederváltozás folyamatának modellezése a Mohács alatti (Bédai) Duna-szakaszon 2011.03.31. 30
Egy másik szakasz 2011.03.31. 31