Vízépítés, vízgazdálkodás segédlet a Vízépítés részhez készítette: Kéri Barbara Dr. Hamvas Ferenc előadásai alapján 2010. szeptember
Felhasznált irodalom: Hamvas F., Vízépítés, J9-1263, Műegyetemi Kiadó, 1994. Hamvas F., Kozák M., Folyami vízépítés 3. Vízépítési szerkezetek J-101284, Tankönyvkiadó, 1989 Kozák M., Sabathiel J., Vízfolyások rendezése és hasznosítása 1. Vízfolyások rendezése J 9-1008, Tankönyvkiadó, 1977 HEFOP jegyzet: Vízépítés, vízgazdálkodás 2
Tartalom Előszó... 5 1. Keresztezési műtárgyak... 6 1.1. Áteresz... 6 1.2. Többfeladatú áteresz... 10 1.2.1. Zsilipes áteresz... 10 1.2.2. Vízszintszabályozó áteresz... 11 1.2.3. Csőzsilip... 11 1.3. Bújtatók... 12 1.3.1. Aknás bújtató... 13 1.3.2. Lejtős bújtató... 13 1.4. Többfeladatú bújtató... 13 1.5. Hidak... 13 1.6. Csatornahidak... 14 1.7. Csőhidak... 14 2. Beton-, kő és földanyagú völgyzárógátak... 14 2.1. Betonanyagú gátak... 17 2.1.1. Súlygátak... 17 2.1.2. Íves súlygát... 18 2.1.3. Pilléres gátak... 18 2.1.4. Pillérgát... 18 2.2. Kőanyagú gátak... 18 2.2.1. Falazott kőgátak... 18 2.2.2. Rakott kőgátak... 18 2.2.3. Szórt kőgátak... 18 2.2.4. Szivárgás elleni védekezés (gátban és gát alatt)... 18 2.3. Földanyagú gátak... 19 3. Duzzasztóművek és a folyószabályozás alapelvei és művei... 21 3.1. Duzzasztóművek... 21 3.2. Állógátak... 21 3.3. Fix gátak... 22 3.3.1. Hidraulikus profilú gát... 22 3.3.2. Meredek hátfalú gát... 22 3.3.3. Ambursen-féle gátak... 23 3.4. Mozgatható gátak... 24 3.4.2. Ideiglenes elzáró berendezések... 27 3.4.3. Energiatörők... 28 3.4.4. Pillérek... 28 3.5. Folyószabályozás... 28 3.6. Folyószabályozási művek (szabályozási elemek):... 29 4. A vízerő-hasznosítás alapjai... 30 4.1. A vízerő-hasznosítás lehetőségei... 31 4.2. Vízerőkészlet elmélet... 32 4.3. A teljesítménygörbe szerkesztése... 33 4.4. Vízi erőművek osztályozása... 35 4.4.1. Hasznosítható esés szerinti osztályozás:... 35 4.4.2. Teljesítőképesség szerinti osztályozás:... 35 4.4.3. Energiatermelés jellege szerinti osztályozás:... 35 4.5. Folyami vízerőművek elrendezései... 35 4.6. Folyami vízerőművek... 36 4.6.1. Előcsatorna... 38 4.6.2. Turbina... 38 4.6.3. Az energiaátalakítás berendezései 40 4.6.4. Szívócsatorna... 40 4.7. Nagyesésű vízierőművek... 41 4.8. Szivattyús energiatározók... 41 5. Ármentesítés... 42 5.1. Árvízmentesítés és árvízvédelem fejlődése Magyarországon... 42 5.1.1. Árhullámok kialakulása... 42 5.1.2. Híres/hírhedt árvizek... 43 5.1.3. Az árvízmentesítés feladatai... 43 5.1.4. Az árvízvédekezésre rendelkezésre álló módszerek... 43 5.1.5. Az árvízmentesítés művei... 45 6. Árvízvédelem... 46 6.1.1. Az árvízvédelmi töltések... 46 6.1.2. Az árvízvédelmi töltések igénybevétele... 46 6.1.3. Védekezés a töltésmeghágás ellen. 47 6.1.4. Védekezés hullámverés ellen... 48 6.1.5. Védekezés átázás és megcsúszás ellen... 48 3
6.1.6. Védekezés töltés alatti talajtörés ellen... 49 6.1.7. A védekezés egyéb jellemzői... 49 7. Vízlépcsők... 50 7.1. A vízlépcső fő műtárgyai... 50 7.1.1. Duzzasztómű... 50 7.1.2. Vízerőtelep... 50 7.1.3. Hajózsilip... 52 7.1.4. Halközlekedők... 55 8. Hajózás... 56 8.1. Víziutak... 56 8.2. Kikötők... 56 8.3. Partfalak... 58 8.3.1. Függőleges partfal... 58 8.3.2. Rézsűs partfal... 58 8.3.3. Kikötői ponk... 59 4
Előszó Ezt a segédletet Kéri Barbara MSc hallgató készítette, a Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék kérésére. Ennek fő célja, hogy a hallgatók további segítséget kapjanak a vízépítési műtárgyak vázlatrajzainak elkészítéséhez és a tananyag elméleti anyagának elsajátításához. Az előadási anyagok összegyűjtéséhez felhasználta saját jegyzeteit, s ezt egészítette ki időközben, újabb előadások anyagaival. Az összeállítás segítséget ad a felkészüléshez, de nem helyettesíti az előadásokat és a megírt jegyzeteket. Továbbra is szüksége van a hallgatóknak ahhoz, hogy saját előadási jegyzeteiket is használják. Hangsúlyosan tanácsolható, hogy a beszámoló dolgozathoz való felkészüléshez, rajzolják le szabad kézzel az ábrákat, hogy azt teljes biztonsággal vissza tudják majd adni. Ügyeljenek a szerkezeti elemek lerajzolásán túl, a részletekre is, mint például a vonalvastagságra (kottavonal vékony, metszetvonal vastag, nézetvonal közepes), és a feliratokra, továbbá a műtárgyak alakhelyes ábrázolására. Kéri Barbara munkáját, a hallgatók és magam nevében is, ezúton is köszönöm. Budapest, 2010. március 18. Módosítás: 2010. október Dr. Madarassy László egyetemi adjunktus 5
A vízépítés, ahogy a neve is mutatja, zömmel építéssel, építési jellegű műtárgyakkal, létesítményekkel foglalkozik, melyek lehetővé teszik a víz használatát, illetve a vízkárok elleni védelmet. Vízépítési műtárgyak alatt állandó jellegű, betonból vagy kötőanyag felhasználásával kőből épített szerkezeteket értünk, míg vízépítési létesítmények alatt a kőanyagú, de kötőanyag nélküli vagy földanyagú szerkezeteket értjük. Ezek alapján az árvízvédelmi töltés nem műtárgy, hanem létesítmény, mivel földből készült, vagy a sarkantyú, amely kőből épült ugyan, de nem használnak kötőanyagot az építésnél. A tantárgy a fontosabb vízépítési szerkezetekkel és a műtárgyak kialakításával foglalkozik. A műtárgyak tervezése két fontos részből tevődik össze: a statikai tervezésből (amely alatt a teherbírást értjük) és hidraulikai tervezésből. A statikai tervezés más tantárgyak feladata (pl.: Vasbetonszerkezetek), így ezt itt részletesen nem tárgyaljuk. A hidraulikai tervezés által funkcionálisan tesszük alkalmassá az adott műtárgyat feladata ellátására. A vízépítési létesítmények ki vannak téve a természeti jelenségeknek (pl.: altalaj viszonyoknak, geológia, geotechnikai, időjárási stb. változásoknak), ezek akár a hidraulikai funkciót is befolyásolhatják. A műtárgyak funkciója általános értelemben az, hogy lehetővé teszik a víz lefolyásának szabályozását, a vonalas létesítmények kereszteződését, a hidraulikai követelmények kielégítését, a víznek az alacsonyabb térszínű helyről a magasabb térszínű helyre való átemelését. A műtárgyakat feladatuk szerint a következőképpen csoportosítjuk: keresztezési műtárgyak, szabályozó műtárgyak, esés-összpontosító műtárgyak és gépi vízemelési műtárgyak (szivattyútelepek). 1. Keresztezési műtárgyak A keresztezési műtárgyak a víz vezetésére épített létesítmények, valamint vonalas létesítmények (út, vasút), csatornák, vízfolyások, csővezetékek kereszteződésénél épülnek. A keresztezési műtárgyak közül a leggyakrabban kivitelezett műtárgy típusok: Egyszerű átereszek és több feladatú átereszek Egyszerű bújtatók és több feladatú bújtatók Hidak Csatornahidak Csőhidak 1.1. Áteresz Átereszeknek (1. ábra) nevezzük azokat a vasúti vagy közúti töltés alatt épülő, vízvezetésre szolgáló műtárgyakat, amelyeknek fenékszintje lényegében nem különbözik az eredeti mederfenék szintjétől. Az átereszek küszöbszintje és a csatornák fenékszintje általában megegyezik, hosszirányú esésük legfeljebb 5%. Az átereszek készülhetnek helyben, monolit vasbeton szerkezetekként, vagy előre gyártott elemekből. Általános szelvényméretek (a szelvényméreteket az átmérő jellemzi a legjobban, melyet D-vel jelölünk): négyszög keresztmetszet esetén: 0,80 1,10-től akár egészen 1,4 1,6 m- 6
es előre gyártott elemeket is készítenek. Körszelvény esetén: 60 80 cm-től akár 2 m-ig. (20-25 évvel ezelőtt az előre gyártott elemeket favorizálták a tervezők, ekkor kialakultak általános méretek. Ezekben az esetekben figyelembe kell venni, hogy a 60 cm-es átmérőjű áteresz nehezen tisztítható, emiatt megállapítható, hogy 80 cm-es átmérőnél lehet ugyan kisebbet alkalmazni, de fenntartani ezeket nehézkes.) A B C A B C A - A B - B C - C 1. ábra: Általános áteresz hosszmetszete és jellemző metszetei (Az ábrát amennyiben zh kérdésben szerepel feliratozni szükséges, vagyis meg kell nevezni a részeit és főbb méreteit) A műtárgy kialakítása: Alsó részén egy soványbeton alap található, amelyre a vasbeton műtárgy kerül rá. a műtárgy felett legalább 60 cm talajréteg alkalmazandó, hogy a műtárgyon a teher el tudjon oszlani, illetőleg a rezgésektől is véd. A műtárgy előtt és után elő- és utófenék található. (Az alvízi záradékvonal és alvíz szintje között legalább D/5 különbségnek lennie kell, vagyis az átereszben az áramlás nyomás alatt történik.) A műtárgyban kialakuló sebességekről: a műtárgy előtt v 0, a műtárgyban, ez megváltozik, azaz megnő v 1 sebességre, mivel egyrészt a műtárgy súrlódása lényegesen kisebb, mint a mederé, másrészt a keresztmetszet is kisebb, mint a csatornáé. Az alvíz felől kilépő víz fokozatosan szétterjedő módon terül el a mederben, a műtárgy után. Amennyiben a medret szűkítjük, akkor a víz jól követi azt, azonban amikor bővítjük, akkor nagyjából 12º-os szöget tud követni, amely következtében egy nagyon hosszú műtárgy keletkezne, nagyobb költségigénnyel. A kialakításkor arra is figyelni kell, hogy a beömlés iránya következtében is minél kisebb veszteségek alakulhassanak ki (3. ábra). 2. ábra: Az áteresz alvíz felőli végének hidraulikailag kedvezőtlen (a) és kedvező (b) megoldása (Az ábrát amennyiben zh kérdésben szerepel feliratozni szükséges, vagyis meg kell nevezni a részeit és főbb méreteit) 7
3. ábra: Csatorna és áteresz csatlakozása (Az ábrát amennyiben zh kérdésben szerepel feliratozni szükséges, vagyis meg kell nevezni a részeit és főbb méreteit) A hidraulikai méretezésnél a következő főbb szempontokat kell mérlegelni: műtárgy okozta duzzasztást, a műtárgyak egymásra hatását, a be- és kilépő szelvény utáni vízsebességet, a feliszapolódás, a szelvényszűkület hatását. Amikor a sebesség felgyorsul, a meder állékonysága is veszélybe kerül, ugyanis ha a kimélyülés határsebességénél gyorsabban áramlik a víz, akkor tönkreteheti a medret. (Minden talajra meghatározható egy kimosódási határsebesség, amit figyelembe kell venni a tervezéskor.) A víz lelassulása idején nem képes tovább szállítani a hordalékát és lerakja, ilyenkor feltöltődés keletkezik, míg amikor felgyorsul, egyre nő a hordalékszállító képessége. Emiatt a nagy műtárgyaknál jelentős lerakódások lehetnek a felvízi oldalon és kimélyülések az alvízi oldalon. 4. ábra: A duzzasztás értelmezése 8
Az átereszek működése hidraulikai szempontból különböző lehet, úgymint nyílt felszínű átfolyás vagy nyomás alatti átfolyás. Az utóbbi esetben az átereszt hidraulikailag rövid csőként méretezzük, vagyis az áteresz által okozott h v energia veszteség (4. ábra) vagy más szóval visszaduzzasztás a következőképpen írható fel: ahol: v 1 [m/s]: a víz sebessége a műtárgyban v 0 [m/s]: a víz sebessége a műtárgy előtt ξ be [ ]: belépési veszteség ξ ki [ ] : kilépési veszteség λ [ ]: súrlódási együttható l [m]: hosszúság R [m]: hidraulikai sugár A λ súrlódási együttható a beton felület kialakításától függ, értéke változik az üzemelés során, mivel a vízátvezetés nem mindig teljes szelvényben folyik, illetve akár élőlények is megtelepedhetnek a műtárgy belsejében (pl: kagylók). Ahogy a keresztmetszet szűkül, úgy változik a sebesség értéke, és a súrlódási együtthatóé is. A λ drasztikus változása esetén a műtárgy esetleg nem tudja szállítani a tervezett vízmennyiséget, így visszaduzzasztást okozhat, sőt akár az elöntés veszélye is fennállhat. A keresztmetszet csökkenés miatt is elképzelhető, hogy a szállított uszadék fennakad, így a fenntartási munkálatok során ezeket is el kell távolítani. Emiatt nem szabad a megépített műtárgyat magára hagyni, hanem legalább évente tisztítani szükséges (ez a nagyobb műtárgyakra irányadó érték). Amennyiben egy vízfolyás vagy csatorna sokszor keresztez utat, vasutat esetleg másik csatornát, akkor a sok műtárgy miatt, összességében nagy hidraulikai veszteség lesz, és emiatt esetleg nagyon mélyen kellene vezetni a csatornát, ilyenkor akár esés növelő szivattyútelep alkalmazására lehet szükség, amellyel megemelik a vizet. Annak érdekében, hogy erre minél kevesebb esetben legyen szükség, a h v maximális értéke 10-12 cm. A be- és kilépő szelvény alakja számottevően befolyásolja a duzzasztás számértékét. A régebbi, hagyományos típusoknál a be- és kilépő szelvénynél az áteresz végét a felette kialakított rézsűfelület hajlásának megfelelően lemetszették. Ez kör keresztmetszetű áteresznél ún. sípfejű négyszög szelvényűnél ferde csőfejű be- illetve kilépési szelvényt ad. Mindkét esetben a veszteségtényezők számértéke nagy. Az áteresz fejének kismértékű átalakításával ugyanolyan hidraulikai feltételeket figyelembe véve az a jelű csővéghez a b megoldás mintegy 30-35 %-kal kisebb veszteséget eredményez (2. és 3. ábra). Tehát minél kisebb és enyhébb törések vannak ezeken, és a törések helyénél minél lassabb az áramlás (nagyobb az átfolyási szelvény) annál kisebb a be- illetve a kilépési ellenállás. A be- és kilépő szelvénynél minimum 3-5 m hosszú előfenék, illetve körülbelül 5-8 m hosszú utófenék alkalmazása szükséges, az utófenék után további kőszórással kell védeni a medret. A beépített elő- és utófenék és a műtárgy között rés van, mivel a magára a műtárgyra és az elő- és utófenekekre más terhelések hatnak, a rést pedig vízzáróan szigetelni kell. Itt megemlíteném, hogy a szelvényt síkban ábrázoljuk, de az előfenék és utófenék, nemcsak a fenéken, hanem a teljes szelvényben az egész felületet lefedi. 9
Előfordulhat, hogy egy kisebb szelvényű műtárgy nem tudja biztonságosan levezetni a számított vízhozamot, ilyenkor megduplázzuk a műtárgyat és ún. ikerműtárgyat alkalmazunk. Ebben az esetben nem elég a számításokat egy műtárgyra elvégezni, és kétszeres szorzót alkalmazni. A kettőt egységként és külön-külön is méretezni kell. Amennyiben az átfolyás teljes keresztszelvényben történik, akkor nagyon nagy súrlódó felülettöbblet keletkezik, és az áteresz zárt szelvényként fog funkcionálni, ilyenkor szükség van megfelelő vízmagasságra az alvíz felől, különben szortyogni fog a műtárgy (beszívja és kilöki a vizet). Ez nemcsak hang problémákat fog okozni, hanem olyan káros dinamikus terhelésnek tesszük ki vele a műtárgyat, ami gyorsabb tönkremenetelt okoz. Azokon a helyeken, ahol a vízfolyás lelassul, ott a hordaléka kiülepszik, viszont ahol felgyorsul ott hordalékot fog szállítani, ami meder kimélyülést okoz. Hordalék alatt az egészen kis frakciótól a kavicsig terjedő mederből származó anyagot nevezzük, melyek közül a könnyebbek (a finom frakció) a vízfelszínhez közelebb, míg a nehezebb részek a mederfelszínhez közel haladnak. Azonban uszadék alatt a vízfelszínen vagy közvetlen közelében szállított dolgokat értjük, pl.: faág, falevél, döglött állat. 1.2. Többfeladatú áteresz 1.2.1. Zsilipes áteresz Általában több feladatú csatornákon alkalmazzák, minden olyan esetben amikor szükség van a víz szabályozott vezetésére. Például a belvízcsatornákban az ún. belvízkormányzásra, továbbá nyáron öntözőcsatornáknál, valamint a vízgazdálkodási rendszerek üzemeltetéséhez. Ez utóbbi esetben szabályozással juttatunk vizet a természetvédelmi területekre, az ipar számára, a tőgazdaságoknak stb. Az ilyen szabályozó műtárgyaknál a zsiliptáblák elhelyezésére horony kiépítése szükséges, amelybe zsilip építhető be, melynek fel-/lehúzásával szabályozható a csatorna vízszintje (5. ábra). A vízelvezetés szabályozására egyszerű táblás zsilip szolgál, kézi mozgatással. 5. ábra: Zsilipes áteresz 10
1.2.2. Vízszintszabályozó áteresz Felvíz felől ritka rácsozatú életvédelmi gerebet alkalmazunk. Alvízi oldalon a vízszintszabályozó általános esetben főleg szegmens elzárás található. A műtárgy javításához szükség lehet a teljes elzárásra, ennek érdekében mind felvíz, mind alvíz oldalon kiépítendő egy-egy ideiglenes elzárás. Az ideiglenes elzárás leggyakrabban dupla horony, melybe betétpallók helyezhetők. A pallók közötti rést vízzáró földtöltéssel látják el. 1.2.3. Csőzsilip Árvízvédelmi töltések esetében alkalmazzák, a zsilipkaput mindig a víz áramlás irányában (a felvíz felől) alakítják ki, az elzárás céljaira zsiliptáblát alkalmaznak (6. ábra) A zsiliptábla mellett a zsilipaknában van még hely kialakítva, ahová betétgerendákat lehet behelyezni, az ezek közötti résekbe pedig vízzáró anyaggal biztosítják az ideiglenes elzárást. Ez a megoldás még abban az esetben is védi a vízfolyást/csatornát a befogadó árvizeitől, ha a zsiliptábla valamilyen meghibásodás miatt önmagában nem lenne elég. Az aknának a töltéssel való kapcsolatát, pontosabban megközelítését meg kell oldani, és a zsiliptáblát irányító szerkezetet is ide helyezzük el. (Hídféleséget kell kivezetni az aknához.) Mivel ez a műtárgy hosszúvá nyúlhat, a teher felette meglehetősen változó mértékű lehet (árvíz esetén megjelenik egy plusz nyomóerő is a vízteherből), ezért a csőzsilipeket nem egyben építik, hanem hézagolják, így a terhek következtében fellépő kis mozgások által okozott tönkremenetelt ki lehet küszöbölni. A hézagokat természetesen vízzáró módon szigetelik (gumiszalaggal), így a bekerülő víz nem áztatja fel a töltést. Ugyanis, ha átáztatja a töltést, akkor a talajbeli súrlódás megváltozik, emiatt a földfelület és a műtárgy találkozásánál a víz jobban fog szivárogni (a kontúrszivárgás talajátrendeződést okozhat). 6. ábra: Árvízvédelmi töltést keresztező csőzsilip 11
1.3. Bújtatók Akkor építik, ha a vízfolyások/csatornák egymást keresztezik (esetleg úttal, vasúttal keresztezőik) és a szintbeli átvezetés nem megoldható, csak a fenékszint süllyesztésével vezethető át a víz. (A bújtatókat akkor alkalmazzuk, ha a csatorna vize és a keresztezett útvonal vagy csatorna legmélyebb pontja között nincs legalább 0,8 m különbség.) Ritkán előfordulnak hármas kereszteződések is: a Rákos-patak és az M3 metró kereszteződése, ahol a felszínen a forgalom is halad. A tervezőknek itt két problémával kellett szembesülniük: a forgalom alatt hagyják meg a patakot, és aláfúrják a metrót, vagy a patakon bújtatót alakítsanak ki, és közvetlenül a kéreg alá kerüljön a vasút. Második probléma: a méretezési vízhozam kb. 100 m 3 /s, míg a kis vízhozam 20-30 l/s, így az építendő bújtató túl nagy keresztmetszetű lett volna, ahol a vízsebességek nagyon megnőttek volna, és a rohanó víz további problémákat okozott volna, így a kis vizekre egy külön bújtató került megépítésre. A bújtatónak három szerkezetileg jól elkülöníthető része van: leszálló rész, vízszintes rész és felszálló rész (7. ábra). 7. ábra: Aknás, illetve lejtős bújtató (Az ábrát amennyiben zh kérdésben szerepel feliratozni szükséges, vagyis meg kell nevezni a részeit és főbb méreteit) A bújtatás lehet teljes vagy részleges. Teljes bújtatás esetén a bújtató vízszintes szakaszának záradékvonala az eredeti mederfenék szintje alá, míg részleges bújtásnál a fenékszint fölé kerül. A bújtató és a vízfolyás közötti kapcsolatot megfelelő átmeneti mederszakasszal szükséges biztosítani. A hidraulikailag helyes kialakítás értelemszerűen a be- és kilépő szelvény, illetve a fej kialakítására vonatkozik (ld. áteresznél ismertetett szempontokat). A bújtató veszélyes üzem, így életvédelmi gereb alkalmazása szükséges, ez az eszköz megakadályozza, hogy emberi életeket oltson ki a víz, ha valakit elsodor a víz a bújtató felé. Az életvédelmi gereb egy ritka fogazású gereb, hiszen csak az életvédelem a feladata (a fűszálakat, és kisebb faágakat nem fogja meg). Azonban így is akadhatnak fent rajta különböző faágak, így azokat el kell távolítani, hogy ne zárják le a szelvényt, illetve ne okozzanak visszaduzzasztást. A bújtatóban a hordalék kiülepedik, ezért szívózsompot helyezünk el, hogy a hordalék eltávolítását el tudjuk végezni. Az uszadék illetve hordalék eltávolítását rendszeres időközönként meg kell oldani, ezt a Vízügyi szolgálat végzi. 12
1.3.1. Aknás bújtató Hidraulikailag nem túl jó megoldás, akkor javítható mindez, ha trombitaszelvényként alakítjuk ki a beömlési helyet, ilyenkor képződik ugyanis a legkisebb veszteség. Az aknás bújtató esetén az életvédelmi gerebnek még fontosabb szerepe van, hiszen ebből a bújtatóból nemcsak a gyerekek, de a felnőttek sem jutnak ki élve üzemelés esetén. Az aknás bújtató (7. ábra felső rész) komoly veszteségeket jelent a vízfolyás számára, az aknából kijutva a hordalékát is lerakja, amit a szívózsompból tudunk kigyűjteni. A biztonságos üzemeltetéshez szükséges karbantartási munkák végett meg kell oldani, hogy a függőleges falon a karbantartók le tudjanak jutni (létra lehet állandó vagy ideiglenes is). 1.3.2. Lejtős bújtató A víz a beömlési fej után a leszálló csőbe jut, majd a közel vízszintes csövön át a felszálló csőbe érkezik, ahonnan a kiömlő fejen át az alvíz oldali mederbe torkollik (lásd 7. ábra alsó részét). 1.4. Többfeladatú bújtató Akkor fordul elő, ha élővíz vagy csatorna keresztez egy olyan csatornát, melyből szabályozott módon vizet is akarnak kivenni. Ilyenkor a gereb után elzáró szerkezet kerül beépítésre. A horony kialakításakor ügyelni kell, hogy annak el kell érnie a felszínig, ezáltal lehetőség nyílik arra, hogy be- illetve ki lehessen vezetni vizet a másik műtárgyba/a másik műtárgyból. Erre általában akkor kerül sor, ha nagyobb víztömeg érkezik (árvíz), és meg lehet vagy kell csapolni a víztömeget (8. ábra). 8. ábra: Többfeladatú bújtató Hidraulikai méretezése ugyanúgy zajlik, mint a bújtatóké. Nincsenek jellemző méreteik, így általában monolit vasbetonból épülnek. Fontos, hogy a műtárgynak funkcionálisan működőképesnek kell lennie! 1.5. Hidak Híd építésével is megoldható a vízfolyás illetve csatorna keresztezése. Híd építése olyan nagyobb csatornák illetve vízfolyások esetén indokolt, amelyek vízszállítása meghaladja a 3 m 3 /s-ot. Az élő vízfolyás uszadékot szállít (akár faágak, akár jégtáblák, akár ezek együtt), így a kialakításkor ügyelni kell arra, hogy a maximális vízhozam szállítása esetén és a levonulási vízszín és a műtárgy alsó éle között megfelelő távolságot kell hagyni, hogy az uszadékok ne akadjanak fenn, és ne alakuljon ki nyomás alatti átfolyás. (Ez már jelentett problémát a Sajón régebben ugyanis 13
egy vasúti híd kialakításánál ezt nem vették figyelembe, így elvitte a hidat a víz.) Erre a megfelelő távolságra a gyakorlat a következő szabályokat alakította ki, ahol Q a mértékadó vízhozam: Q > 120 m 3 /s h=1 m 80 m 3 /s < Q < 120 m 3 /s h=80 cm Q < 80 m 3 /s h=50 cm 1.6. Csatornahidak A csatornahidak általában öntözőcsatornák terepmélyedésen való átvezetésére szolgálnak. Szelvényük lehet zárt vagy nyitott, helyszínen készített vagy előregyártott. Mivel a víz mindig a nagyobb nyomástól a kisebb felé áramlik, problémát okozhat egy terepmélyedés (pl.: völgy) egy csatorna vezetésében. Ez történt a Duna-Majna-(Rajna) csatorna építésekor is, így olyan hidat építettek egy völgy felett, amely hajóforgalomra alkalmas. Azonban általában öntözőcsatornák esetében fordul elő, pl.: hullámtéren átvezetett csatorna esetén (pl.: Tiszaörvény). A kivitelezéskor nagyon ügyelni kell a vízzárásra, illetve elképzelhető, hogy a híd támaszai nem egyazon mértékben süllyednek, ez is csökkentheti a vízzárást. 1.7. Csőhidak Ivóvizet, energiahordozókat szállító csővezetékek vízfolyással való keresztezésénél az átvezetés megoldására csőhídépítésre is sor kerülhet (lehetőség van ugyanis a vízfolyás alatti átvezetésre is). Élővízfolyásnál, csatornával történő keresztezésnél ahol nincs hajózási igény számos előnyt biztosító, gazdaságos megoldások ezek. Hajózható vízfolyások esetén ügyelni kell, hogy a hajózáshoz szükséges űrszelvény megmaradjon. A víz feletti átvezetés esetén a következőket kell betartani: főleg az energiahordozók esetén duplafalú csövet kell alkalmazni; szakaszolhatóvá kell tenni a vezetéket (elzárási lehetőséget kell kiépíteni mindkét oldalon. A tartószerkezet alsó élének legalább 80 cm-rel magasabban kell lennie a mértékadó vízszintnél. 2. Beton-, kő és földanyagú völgyzárógátak A völgyzárógátak célja: egy vízfolyás elrekesztésével a vízfolyás egyenletes vagy változó vízhozamát felhasználó igényei szerint szabályozza. Domborzat szerinti csoportosítás: hegyvidéki nagy magasságok dombvidéki kisebb magasságok síkvidéki egészen kis magasságok (pl.: hullámtéri duzzasztók, ld.: Kisköre) vésztározók vagy szükségtározók. 14
9. ábra: Völgyzárógát tározótérrel A dombvidéki vagy hegyvidéki tározók duzzasztóműveit völgyszűkületben szoktuk elhelyezni, és a duzzasztómű miatt az elzárt vízfolyás vize fel fog tölteni egy bizonyos tározóteret. (Tározótérnek hívjuk azt a területet, amelyet a duzzasztás miatt elönt a víz.) A tározásnak mindig van valamilyen célja, pl.: vízi energia hasznosítása, jóléti tó (sportlétesítmény, halászat stb.), öntözési célú tó, árvízvisszatartó tó (különböző vízfolyásokon lefolyó árhullámok, ne egymást erősítsék, hanem összefolyáskor az árhullámok így elkülönülnek, és kevésbé veszélyesek). A tározás során a vízszint szabályozható. A létesítés előtt feltáró munkálatokat kell végezni: altalaj vizsgálatok: betongát csak sziklatalajon építhető; kőanyagú és földanyagú gátak egyéb talajokra is építhetők, kő- vagy földanyagú gátak esetén anyagnyerőhelyre van szükség minél közelebb, amihez fel kell tárni a környéket. Az altalaj vizsgálatakor az sem elhanyagolható jellemző, hogy vízáteresztő vagy vízzáró. Amennyiben az altalaj vízáteresztő, akkor elszökne a víz, a szivárgást gátolni kell. Nemcsak a gát alatti területen kell az altalaj főbb jellemzőit megvizsgálni, hanem a tározó tér oldalán (például Vaiont falu határában épült gát). Az 1960-as években Olaszországban Vaiont falu határában nem vizsgálták meg a duzzasztott víztérben az altalajt, amely katasztrófához vezetett. A gát mögött felgyülemlett víz a hatalmas esőzések hatására földcsuszamlást eredményezett és 240 millió m3 földtömeget zúdított le a víztározóba, ahol az óriási földtömeg nyomására lökéshullám indult meg (v 2 /2g sebességmagasság alakult ki), amely átbukott a gáton és a települések egész sorát öntötte, pusztította el, közel négyezer ember halálát okozva. Szeizmikus hatásokat is vizsgálni kell, mennyire földrengés veszélyes a terület, ennek milyen hatásai lehetnek a létesítményekre és műtárgyakra. Pl.: A bősi üzemvízcsatorna magas vezetésű, és felkészültek arra, hogyha a régi komáromi földrengéshez hasonló lépne fel, vannak előre kijelölt területek, ahová nem lehet építési engedélyt adni, így kevéssé veszélyeztetné a környező vidéket. 15
A völgyzárógátak tervezésekor elsődleges az élet- és vagyonbiztonság! A tározók tervezésénél további szempont a gazdaságosság: mennyibe kerül a beruházás? milyen hasznokat lehet várni? A tározáshoz műtárgyakat kell létesítenünk: vízkivételi mű, árapasztó műtárgy (árvízkor az árhullámot át kell tudni vezetni), az építkezés alatt is meg kell oldani a vízelvezetést, leeresztő műtárgy, ha a tározótérben probléma keletkezne, akkor azt orvosolni tudjuk, ehhez le kell üríteni a tározót addig, hogy a műtárgyhoz hozzá lehessen férni. A legnagyobb magasságú gátak: beton anyagú gát kő anyagú gát föld anyagú gát 300 m 300 m 100-200 m 10. ábra: A gát főbb elnevezései Az árvízszint és a gátkorona magassága között egy biztonsági magasság ( m) marad, amelyet a következőképpen számolunk: m = hullámfelfutási magasság + biztonság. A hullámfelfutási magasságot számítjuk, míg a biztonságot a nemzeti szabvány vagy műszaki előírás adja meg. A biztonsági magasságra azért van szükség, mert amikor a hullám rácsapódik a rézsűfelületre, akkor ott romboló hatást fejt ki, egy dinamikus ütő- és szívóhatás váltja egymást, emiatt megbomolhat a rézsűfelület, így ezt a felületet védelemmel kell ellátni. A holttér két részből áll: leüríthető holttér és le nem üríthető holttér. A le nem üríthető holttér, az a tározótér, ami a fenékleürítő műtárgy szintje alatt van. Ezt a tározóteret nem lehet 16
hasznosítani, gyakorlatilag hagyjuk feliszapolódni (átadjuk ezt a teret a hordaléknak). A leüríthető holttér a leürítő műtárgy felett van, így ez a tározótér hasznosítható. Az alapozási sík környezetében talpszivárgás lehetséges (két idegen test találkozásánál gyakori a szivárgás). Amennyiben nem vízzáró az altalaj, akkor szigetelést kell betenni. (Ugyan a mérnökök gyakran síkban gondolkoznak, de nem szabad elfeledkezni róla, hogy nemcsak a gát alatt vagy a gáttestben lehet szivárgás, hanem a gát mellett oldalt is! erre nagyon ügyelni kell.) Nemcsak a hullámok, hanem más is okozhat eróziót a földanyagú gáttestben, ilyen pl.: az eső. Eső és felületi erózió elleni védelem szükségeltetik a gátkoronán és a mentett oldalon. A teljes gátmagasság eléréséhez feltétlenül tudni kell az anyagnyerés szempontjait (mennyi anyag szükséges, szükséges-e tömöríteni? (ha föld anyagú, akkor szükséges, ha kő anyagú, akkor nem)) illetve a gát lehetséges süllyedésével is számolni kell, hiszen egy árvízcsúcs-csökkentő tározó esetén csökkenhet az árvízi biztonság a süllyedésből adódóan, azonban ebben az esetben pontosan a magasságot kell garantálni. (A süllyedés adódik a gát keresztmetszet összenyomódásából, és az altalaj összenyomódásából (ki kell tudni számítani ekkora terhelés hatására mennyit fog tömörödni)). A süllyedés miatt több földanyagra lehet szükség, ami többletköltséget jelent. 2.1. Betonanyagú gátak 2.1.1. Súlygátak A súlyukkal állnak ellent a ráhalmozódó víznyomásnak. Az eredő erőnek a belső magon kell keresztül mennie. (Ellenkező esetben kvázi húzás állapota alakulna ki a gáttestben.) A szikla repedezett lehet, beszivároghat a víz, és akkora felhajtó erők alakulhatnak, amelyek megbontják a gát stabil helyzetét (mivel a felhajtó erő a G (súly) erővel szemben működve gyengíti az állékonyságot). Ezeket a repedéseket injektálással elzárják olyan anyaggal, amelyik képes gél állapotba kerülni, és így kitölteni a repedéseket. (A 0 pontban kiborító nyomaték keletkezhet, ezért a G súlynak elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy ellenálljon.) 11. ábra: Súlygátak méretezési vázlata 17
2.1.2. Íves súlygát Karcsúbb felépítésűek, mint az egyszerű súlygátak. Az 50-55 m-es talpszélesség lecsökkentheti akár 12 m-re. Csak képzett munkaerővel alakítható ki, ugyanis megfelelő minőségű zsaluzás és alapozás szükséges. Fejlődő államokban munkapszichológiai és szociológiai szempontból, inkább a súlygátat kell preferálni. Mi adja a teherviselőképességét? Erők adódnak át két oldalra, gyűrűfeszültség vízszintesen nézve, függőlegesen nézve befogott konzol. 2.1.3. Pilléres gátak A pillérek között íves felületeket építenek, ezek az íves felületek felveszik a terhet és továbbítják a talajra. Lehet monolit vagy előre gyártott a szerkezet. 2.1.4. Pillérgát Egymás mellé épített pillérek, köztük vízzáró kialakítás. 2.2. Kőanyagú gátak 2.2.1. Falazott kőgátak Falazási technológiával készült súlygátak, régen a Monarchia területén többet is építettek így (ma főleg Szlovákiában találhatók ezek), általában 30-35 magasak. Utólagosan ún. lefúrásos technológiával stabilizálhatók. 2.2.2. Rakott kőgátak A nagyobb kövek közét kisebb kövekkel is kitöltik, így lesz bizonyos ellenállása szivárgásra. Egy régi, de nagyon jó módszer. 2.2.3. Szórt kőgátak Nagyjából osztályozott kőanyagból építik: a legjobban vízzáró anyag a vízoldalon, míg a legkevésbé vízzáró a mentett oldalon. Amennyiben jól meggátoljuk a víz átjutását, akkor megfelelő lesz a duzzasztás. Az átcsurgó víz esetén a tározó létesítésének célja veszhet el! 2.2.4. Szivárgás elleni védekezés (gátban és gát alatt) 2.2.4.1. Homloki vízzárás A vízoldalon felületi védelem és vízzáró test, és ezek alá pedig szűrő-ágyazó réteg kerül (12/a ábra). A szűrő-ágyazó réteg alsó pontján egy dréncsövet helyezünk el, amelybe a szivárgó vizek összegyűlnek, és a vizeket kivezetjük egy folyókába a mentett oldalon. A gátkoronának közlekedésre alkalmasnak kell lennie, pl.: aszfalt burkolattal lehet ellátni. A vízzáró testet meg lehet hosszabbítani résfal kiegészítéssel. A résfal a vízzáró rétegbe köt, így még inkább gátolni lehet a szivárgást. 2.2.4.2. Héj alatti vízzárás Mind a felvíz, mind az alvíz felőli oldalra szükséges egy szűrő-ágyazó réteg elhelyezése, de az alsó pontjára dréncsövet csak az alvízi oldalon teszünk, hiszen a szivárgó vizet nem tudjuk visszavezetni a dréncsőből a felvízi oldalra. Megvizsgálandók az altalaj 18
vízzárási/vízáteresztési jellemzői, szükség esetén résfal alkalmazható. A vízzáró rész aljában nem hegyesszöggel válik el az altalajtól, hanem tompaszöggel, ennek munkavédelmi és kivitelezhetőségi okai vannak (12/b ábra). 2.2.4.3. Mag vízzárás A vízzáró rész középre kerül (12/c ábra) és a résfalat amennyiben szükséges szintén középre kerül, így kötjük be a vízzáró rétegbe. Szűrő-ágyazó rétegre itt is szükség van. 12. ábra: Homlok- (a), héj alatti (b) és mag (c) vízzárás elvi vázlata (Az ábrát amennyiben zh kérdésben szerepel feliratozni szükséges, vagyis meg kell nevezni a részeit és főbb méreteit) 2.3. Földanyagú gátak Nemcsak a beton és kő anyagú gátak anyagaira állítanak fel a szabványok komoly követelményeket, hanem a föld anyagú gátakra is. Ilyenkor mindig figyelembe kell vennünk, hogy vízzáró vagy vízáteresztő anyagból építjük a gátat. Szivárgás ellen ugyanazok a lehetőségek vannak, mint a kő anyagú gátaknál: homloki vízzárás, héj alatti vízzárás és mag vízzárás (12. ábra). A gát anyagába szerves anyag ne kerüljön, mert az idők során elhalhat, és elmállik az anyaga. Az így létrehozott repedések akár nagy károkat is okozhatnak, mivel jelentősen lerövidítik a szivárgási úthosszt. Az állandósult szivárgás kihordhat anyagokat a gátanyagból, ami a gát tönkremenetelét okozza. Ugyanígy kerülendő a duzzadásra és zsugorodásra hajlamos talajok 19
alkalmazása is. Vannak bizonyos anyagok, melyeket nem javasolunk gátépítési anyagnak folyósodásra való hajlamosságuk miatt pl.: iszap, lösz és szikes talaj. A talaj jellemzőit előre meg kell vizsgálni, előfordulhat ugyanis, hogy levegőre kerülve elveszíti a talaj a kimért jellemzőit. Tömörítés esetén a talaj rugózik (a tömörítő gép hatására tömörebb lesz ugyan időlegesen, de amint a tömörítő gép elhagyja a területet, visszaugrik az eredeti kevésbé tömör állapotba), ennek oka a semleges feszültség, melyet nem hagyhatunk figyelmen kívül a tömörítés megállapítása során. A szivárgás elleni védekezési műveket csoportosíthatjuk aszerint, hogy a gátanyag milyen vízzáró/vízáteresztő tulajdonságokkal bír: Vízzáró homloki vízzárás, héj alatti vízzárás, mag vízzárás. Vízáteresztő függőleges szivárgó fal, szivárgó szőnyeg, kombinált megoldás (az előző kettő kombinációja). 13. ábra: Függőleges szivárgó (a), szivárgó szőnyeg (b) és talpszivárgó (c) Függőleges szivárgó fal (13/a ábra): drénezi, azaz vízteleníti a gáttest és lesüllyeszti a gáttesten belüli szivárgási nyomásvonalat. Vízszintes szivárgó (13/b ábra): a víz mindig a legkisebb ellenállás irányába halad, így a vízszintes szivárgó(szivárgó szőnyeg) is jelentősen lerövidíti a víz szivárgási útját. A vízoldalon burkolattal védendő a rézsű, ez történhet monolit betonnal vagy előre gyártott betonelemekkel, esetleg agyaggal vonhatjuk be, sőt előfordult már az is, hogy acéllemezt 20
használtak, miközben az alsó részen szűrő-ágyazó réteget kell alkalmazni. A mentett oldalt is el kell látni burkolattal: növényi burkolat (speciális gyep), amely védelmet tud nyújtani a víz ellen. A kombinált megoldás során a függőleges és a merőleges szivárgó összekötésre kerül. τ nyíróellenállással számolni kell (, ahol G m: gát szelvény feletti súlya, : a talaj belső súrlódási szöge, c: kohézió). Amennyiben az altalaj egy vékony vízzáró rétegből és egy vastagabb vízáteresztő rétegből áll, akkor nyomáscsökkentő kútra lehet szükség, amely megvédi a gáttestet a szivárgástól. 3. Duzzasztóművek és a folyószabályozás alapelvei és művei 3.1. Duzzasztóművek A duzzasztóművek beépítése esetén az eredeti vízszintekhez képest a vízfolyásban a vízállás és a vízsebesség is megváltozik. A felvízi oldalon lassul a víz, a szállított hordalék lerakodik, amely meder feltöltődést okoz. Az alvíz így hordalékban szegényebb lesz, ráadásul itt nagy az energiatartalma is, mivel gyorsabb folyású víz ezen az oldalon. Minden vízfolyás hordalékegyensúlyi állapotra törekszik, minden sebességhez tartozik bizonyos hordaléktöménység, amit szállítani képes. A hordalékot, ha lassul a vízfolyás, akkor lerakja, ha gyorsul, akkor pedig felkapja. 3.2. Állógátak 14. ábra: Állógátra ható erők vázlata A felduzzasztott víz áramlóból rohanóba megy át a duzzasztómű területén. A duzzasztómű területén kell megoldanunk azt is, hogy rohanóból áramlóba menjen vissza, ezért alkalmazunk vízládát, illetve energiatörő küszöböt. A hátfal kialakítása a szabadesés pályájának megfelelő legyen, hogy minél kevésbé koptassa a hátfalat a víz. A homlokon mindeközben szívás fog fellépni. Az előfenék célja a szivárgási úthossz növelése, ezért vízzáróan kell kialakítani, míg az utófenék célja az alvízi meder védelme, az energiatörés, és a rohanó vízmozgás átalakítása áramló vízmozgássá. Felvíz és alvíz között a duzzasztás miatt H nyomáskülönbség fog kialakulni. Ezt a magasságkülönbséget a víz próbálja egyszerűbben a gát alatti szivárgással leküzdeni, így elsődlegesen ennek meggátlására mind felvíz, mind alvíz felől szádfal/résfal elhelyezésére van szükség, így a víz szivárgási útja meghosszabbodik. A szivárgás miatt az előfenékre, az alapozási 21
síkra és az utófenékre más-más felhajtó erő hat. A felhajtó erő a műtárgy helyzeti állékonyságát befolyásolja (a műtárgyat méretezni kell elcsúszás, felborulás és felemelkedés ellen). A szivárgás oldalirányban is történhet, itt szárnyfalak építésével meghosszabbítják a víz kilépési útját. A τ nyíróellenállást a következőképpen számolhatjuk: ahol: G a gát súlya, F a gátra ható felhajtó erő, φ a talaj súrlódási szöge, b a gát alapozási síkon lévő hossza, c a talaj kohéziója. Hidraulikai gradiens: i n: mértékadó gradiens n: a talaj textúrájától/milyenségétől függ (értékei 1 és 6 között mozognak, átlagosan: 3) A hidraulikai állékonyság megszűnése is tönkremenetelt okoz. Azonban itt a hidraulikai talajtörés, nem ugyanaz, mint az alapozásban! Minden talajnak van egy kritikus gradiense, aminél ha nagyobb áll elő akkor hidraulikai talajtörés történik. 3.3. Fix gátak 3.3.1. Hidraulikus profilú gát Hordalékos víznek koptató hatása van, ezért amikor éppen csak érinti a hátfalat, akkor kis koptató hatása van (15. ábra). Nagy vízhozam esetén kialakulhat egy bizonyos rángató üzemmód, amikor alul levegős, felette víz meg hordalék a vízsugár, ez nagy dinamikus igénybevételt jelent, koptató hatás nélkül. Azonban kis vízhozam esetén ráfekszik a hátlapra a vízsugár, amelynek nagy koptató hatása van. 3.3.2. Meredek hátfalú gát 15. ábra: Hidraulikus profilú gát A gát metszetét a 16. ábra mutatja. Gazdaságos, könnyen megépíthető. 22
3.3.3. Ambursen-féle gátak 3.3.3.1. Nyitott pilléres Ambursen-féle gát A gát metszetét a 17. ábra mutatja. 16. ábra: Meredek hátfalú gát 17. ábra: Nyitott pilléres Ambursen vasbeton gát 3.3.3.2. Zárt pilléres Ambursen-féle gát: A gát (18. ábra) árvíz esetén búvárharangként viselkedne, ezért hogy ne ússzon fel a szerkezet átlyukasztják az acélfelületet, egyrészt, hogy az összenyomódott levegő ki tudjon jönni (lyuk fent), illetve hogy a víz be tudjon jutni (lyuk lent). 23
18. ábra: Zárt pilléres Ambursen vasbeton gát 3.4. Mozgatható gátak tiltók: főbb méretei: 60-80 cm széles, 1 m magas; a víz szabályozását szolgálja, főleg öntözőcsatornákon alkalmazzák, zsilipek: nagy méretű szerkezetek, tulajdonképpen mozgógátak, pl: Kiskörén a Jászsági és Kunsági-főcsatorna kieresztése; víz bebocsájtását vagy be nem bocsájtását lehet vele szabályozni (pl: árvíz esetén nem engedik be az öntözőcsatornákba a vizet), mozgó gátak: teherviselés szempontjából nincs lényeges különbség a zsilipek és a mozgó gátak között. 3.4.1. Mozgó gátak A mozgó gátak (lásd 19. és 20. ábrákat) szerkezetük szerint lehetnek: a. síktáblás gátak (1, 2, 3 és 4), b. billenő-lapos táblás gátak (5, 6 és 7), c. szegmens gátak (8, 9, 10, 11, 12 és 13), d. hengeres gátak (14, 15, 16, 17 és 18), e. billenő elzárótáblák (19, 20, 21, 22, 23 és 24), f. magas küszöbű gátak (2, 3, 9, 16, 19 és 23), g. tűs gátak (ábra nélkül). 24
19. ábra: Mozgatható gátszerkezetek (I) 20. ábra: Mozgatható gátszerkezetek (II) 25
21. ábra: Mozgatható kisebb gátszerkezetek (III) A nagyobb gátak elzáró szerkezetét a 19. ábra és a 20 ábra, a kisebb gátakat pedig a 21. ábra mutatja be. Az ábrákon a számozás sorrendjében az egyes szerkezetek rövid jellemzése a következő: Egyrészes síktáblás gátak: 1. Kétfőtartós, nem süllyeszthető sík tábla acélból; a tábla fölött víz nem bukhat át, a tábla a víznyomást a pillérekre adja át a két főtartó végénél, a legtöbbször görgős szerkezettel. 2. Süllyeszthető sík tábla két főtartóval. Süllyesztéskor a tábla tetején víz bukik át, ezért a főtartókat terelőlemezzel kell védeni az átbukó víz ütése ellen. 3. Süllyeszthető szekrénytartós gát. Kevesebb az anyagigénye, mint az előbbi kettőnek, előállítási költsége azonban az íves felületek miatt költségesebb. Kétrészes síktáblás gátak 4. Kétrészes, ún. kettős kampós gát, amely alul kétfőtartós sík táblából áll, felette egyfőtartós kampós tábla helyezkedik el, amelyik az alsó táblára támaszkodik. A felső rész süllyeszthető és így a tábla fölött a víz átbuktatható. 5. Kétfőtartós sík tábla, billenő lappal ellátva. A billenő lap biztosítja a süllyeszhetőséget. A billenő lap csak korlátozott magasságig alkalmazható, mert egyébként igen nagyok lesznek a billenő lapban fellépő csavaró nyomatékok. 6. Háromövű billenő lapos gát. A háromövű főtartó, a tábla alatt átfolyó víz hatására nehezebben jön rezgésbe. 7. Zárt szekrénytartós háromövű billenő lapos gát. Szegmensgátak 26
8. Egyszerű szegmensgát. Az elzáró tábla hengerfelület, amelynek tengelye a megtámasztó karok csuklóján megy át. (Mivel az eredő erő átmegy a csuklón, így az erőtani méretezés könnyű. 9. Süllyeszhető szegmensgát, a felső szélén terelőlappal. pl.:kisköre 10. Szegmensgát billenő lappal. 11. Kettőskampós szegmensgát. A felső kampós rész ugyanarra a csuklóra van támasztva, amelyik közül az alsó rész mozog. 12. Húzott karú szegmensgát, elvben a szegmensgát fordítottja, azonban a sík tábla kialakítása miatt a táblára ható víznyomások eredője nem megy át minden esetben a forgásponton. 13. Zártszelvényű szekrénytartós szegmensgát. Kisebb nyílásoknál szokásos, főleg akkor, ha a táblát csak egyik oldalon látják el mozgató berendezéssel. Különleges gátak 14. Egyszerű hengeres gát (a hengeres gátakat mindig egy oldalon mozgatják). 15. Csőrös hengeres gát, a henger alatt átrohanó víz okozta rezgéseket és ütéseket kizárja. 16. Süllyeszthető csőrös, hengeres gát. 17. Billenő lapos hengeres gát. 18. Pajzsos hengeres gát, a csőrös henger előnyeivel. 19. Billenő lapos gát. A Körösökön több is található, pl.: békési duzzasztó. 20. Szektorgát, magasküszöbű gát. 21. Dobos gát, amelynél a duzzasztott víz síklapra hat. 22. A dobos gátnak másik formája. Mind a kétfajta dobos gát a magasküszöbű gátakhoz tartozik. 23. Nyerges gát régebbi alakja: a két táblát a táblák alá bevezetett víz nyomása tartja a duzzasztási helyzetben. 24. A nyerges gát újabb formája, a mely a hegesztett acélszerkezetek előnyeit kihasználja. 25. Egyszerű egytáblás zsilip. Kisebb méretekben fából is kialakítható. Fülkékben fekszik fel, csúszó fémléceken vagy görgőkön. Nem süllyeszthető. Mozgatása fogasléccel történik. 26. Vízszintesen megosztott síktáblás zsilip. A felső tábla süllyeszthető. A táblás gátaknál fontos megemlíteni, hogy az alsó átbocsájtás miatt kontraháló, majd bővülő vízsugár nyaláb egy lüktető vízmozgást hoz létre, amely ha közeli a tábla önrezgésszámához, az tönkremenetelt is okozhat. 3.4.2. Ideiglenes elzáró berendezések A lehetséges meghibásodásokat vízmentes állapotban célszerű, illetve javítani. Ehhez meg kell oldani a gátszerkezet vízmentes zárását, ez történhet: elzáró táblával (kétoldali horony esetén, ha kis távolságról van szó, akkor lehet fából vasalva, amúgy acéltábla), gerendákkal, betétgerendákkal, Schön-bakkal (járóhíd a felső részén, a vízoldali részen víznyomás hat, a bakokat 2-4 méterenként kell elhelyezni, ami egy rendkívül veszélyes munka; 8-10 m magas vízoszlop lehet felette, ilyenkor nehézbúvárt kell alkalmazni,) 27
betéttáblával (2 m széles, 6-8 m magas, a táblákat betonba ágyazott tüskékre helyezik rá, 2 tüske/tábla, így kevésbé veszélyes az elhelyezésük). 3.4.3. Energiatörők Az áramló vízmozgásból a duzzasztás után rohanó vízmozgás keletkezik, amely olyan nagy energiával bír, ami tönkretenné a medret. Ezért csillapítómedencét alkalmaznak (vízláda), illetve a további energiatöréshez a csillapítómedence végén: küszöböt, energiatörő fogat, illetve energiatörő gerendát alkalmazhatnak. 3.4.4. Pillérek A gátak megosztása pillérekkel történik, mivel a túlzottan nagyméretű gátakat nehéz lenne mozgatni. Megkülönböztetünk parti- és meder-pilléreket, a parti pillérek közül is megkülönböztetjük a jobb, illetve a bal oldali pillért. Minden szerkezeti elemnek neve van (22. ábra). A pillérnek van orra, teste és vége. A pillér mögött örvények keletkeznek, ez felkapja a hordalékot, és medermélyülést okoz. (Az örvények erősíthetik és kiolthatják egymást.) Elsősorban árvízkor van ennek jelentősége, mert ilyenkor felhúzzák a gáttáblákat.) 22. ábra: Pillér szerkezete 3.5. Folyószabályozás Megkülönböztetünk nagyvízi, középvízi és kisvízi szabályozást. A nagyvízi szabályozás a víz szétterülését akadályozza meg, ez a szabályozás főként árvízvédelmi töltés építését jelenti, továbbá a vízgyűjtő rendezését. A középvízi szabályozás az anyameder rendezését jelenti: kanyargó vízfolyások esetén pl.: azokon a folyószakaszokon, ahol a sodorvonal metszi a geometriai középpontot, ott gázló alakulhat ki. A középvízi mederrendezés módszerei: a meder bővítése, a folyó hosszának növelése (nagyon ritka eset, komoly terepakadály esetén), a folyó hosszának csökkentése. A folyószabályozás célja olyan állandósult vonalvezetésű és mederalakzatú vízfolyás létrehozása, amely a vízjárás vonatkozásában dinamikus egyensúlyban van. Dinamikus egyensúlyban lévő folyóról akkor beszélhetünk, amikor a folyó egy tetszőleges szakaszába, meghatározott idő alatt annyi víz, hordalék, illetve jég érkezik, amennyi onnan el is tud távozni. A folyó hosszának rövidítése függ a vízfolyás jellegétől, helyszínrajzi alakzatától. Be nem ágyazott medrű folyók esetén a lehető legrövidebb ág keresztmetszetének felbővítésével és a 28
többi ág elzárásával lehetséges. A meder összeszorítására törekszünk, ilyenkor figyelembe veendő, hogy a vízfolyás melyik szakasza nem változtatja az alakzatát. Beágyazott medrű folyók esetén a túlfejlett kanyart metszik át, vagyis a víz útját lerövidítik mesterségesen közbeiktatott meder kialakításával. A sodorvonal és a partok rögzítésére szolgálnak a hosszirányú és keresztirányú szabályozási művek. 3.6. Folyószabályozási művek (szabályozási elemek): Hosszirányú művek: Partbiztosítás. A partbiztosítás rögzíti a folyó partját ott, ahol a folyópart beleesik a tervezett szabályozási vonalba, azonban a part erodálható és várható a part vándorlása. Partbiztosítást mindig a folyó homorú oldalán hajtunk végre. Pl.: szakadó part partvédő művei. Kődepónia. Kődepóniát akkor alkalmazunk, ha a tervezett partvonal kívül esik a meglévő partvonalon és a folyóra kívánjuk bízni, hogy a két partvonal közötti földrészt fokozatosan elmossa. A megfelelő eszközök (sarkantyú, mederlezárás) beindítják a kimosódást, a kődepóniát a tervezett partvonal fölé helyezve biztosíthatjuk, hogy ne mossa ki túlságosan a partot a folyó. Vezetőmű. A vezetőművek a régi folyómederbe kerülnek, mindig a homorú parton és céljuk a sodorvonal vezetése a tervezett folyókanyaroknak megfelelően. Így mindig a vízbe épülnek, anyaguk általában kő vagy kavics, víz feletti részük szintén kőhányásból készült, felülete azonban sima kell, hogy legyen, hogy a zajló jég minél kevésbé tudja megbontani. Keresztirányú művek: Sarkantyú. A sarkantyúk keresztirányban helyezkednek el a folyó sodorvonalához képest és céljuk a sodorvonalat elterelni a sarkantyú közeléből, növelni a part érdességét és ezáltal elősegíteni a hordalék leülepedését. Tengelyvonala nem áll merőlegesen a tervezett sodorvonalra, hanem a merőlegestől eltér, mintegy 12-17 fokkal, szemben a vízfolyással. A sarkantyút aszerint, hogy milyen erős mértékben van szükség a sodorvonali elterelésére, kisebb, vagy nagyobb szöggel fordíthatjuk el a merőlegestől, azonban a vízfolyással mindig szembe kell állítani. Mindig a domború oldalra kell, hogy kerüljön a sarkantyú. Mederelzáró keresztgát. Holtágak lezárásához használjuk őket, teljes keresztmetszetben elzárja a medret az eddigi medertől. Bekötő keresztgát. A bekötő keresztgátak a sarkantyúkhoz hasonló szerepet látnak el, csakhogy ezek teljesen a medren kívül épülhetnek és a medertől mindig a vezetőművel vannak elválasztva. Elhelyezésükre ugyanazok a szabályok vonatkoznak, mint a sarkantyúra. Fenéksarkantyú. Gázlók rendezésénél előfordul, hogy az inflexióban mindkét oldalról alkalmazunk sarkantyút, főleg a meder közepének kimélyítésénél alkalmazunk fenéksarkantyúkat. Fenékborda. Kisebb magasságú fenéklépcső. Kialakítása egyszerű, elő- és utóburkolat szükséges, ezt kőszórással a legegyszerűbb megoldani. 29
A folyószabályozási műveket a 23. ábra mutatja be. 23. ábra: Folyószabályozási művek A vezetőművek helyének és mélységének eldöntésénél abból kell kiindulni, hogy a szabályozási vonal hogyan illeszkedik az adott partvonalhoz. Amikor a szabályozási vonal a meglévő parttól kijjebb esik, akkor a homorú oldalon vezetőművet, amikor pedig arra illeszkedik, partvédőművet kell tervezni. A vezetőműveket általában a középvíz-szabályozásra mértékadó vízszint magasságában kell kiépíteni, a kanyarulatok homorú oldalán, a kanyart határoló két átmeneti szelvény között. Amikor a szabályozási vonal a meglévő parttól kijjebb esik, akkor a homorú oldalon vezetőművet, amikor arra illeszkedik, partvédőművet kell tervezni. A keresztirányú művek célja a meder összeszorítása, a víz terelése, a feliszapolódás elősegítése. A bekötő keresztgátat a vezetőműnek a partba való bekötésére alkalmazzák. A mederelzáró keresztgátat mellékágak lezárására alkalmazzák. Sarkantyúkat a domború parton szükséges alkalmazni a meder szűkítésére, illetve a víznek a sodorvonal felé való terelésére és feliszapolódás elősegítésére. Iszapoltató műveket építenek a fő vízfolyásokból kirekesztett mederszakaszok feliszapoltatására vagy folyószabályozási művek beépítése előtt a nagy medermélységek csökkentésére. A fenékborda mederszakaszok mélyülési folyamatainak meggátlására szolgál. 4. A vízerő-hasznosítás alapjai Hagyományos energiaforrásaink gyorsuló mértékben fogynak, hiszen áramszükségletünk folyamatosan nő (egyre több elektromos áramot használó készülékünk van, a komfortfokozat növekedésével). Eleddig az emberiség energiaellátásának nagy része szénhidrogénekkel (kőolaj, földgáz), szénnel (feketekőszén, barnakőszén, lignit) és uránnal történt, tehát a föld mélyéből nyert ércekkel, ásványokkal és ásványolajjal. Szükséges felkészülni arra, hogy mindezek véges mennyiségben állnak csak rendelkezésre és a bányák, olajmezők ki fognak fogyni. 30