1. Bevezetés Szabályozások hatására megváltozott mederparaméterek vizsgálata az Alsó Tiszán 1 Fiala Károly 2 Kiss Tímea 3 Az utóbbi évtizedben az árhullámok gyakoriságában és levonulási szintjében lényeges változások álltak be, hiszen több, az eddig észlelt legnagyobb vízállást megdöntő árhullám is levonult a Tiszán (is), melyek okainak feltárásával egyre több szakember foglalkozik. A publikált vizsgálatok szerint az okok egy része a vízgyűjtő, másik része a hullámtér és a meder változásaira vezethető vissza. A vízgyűjtőn egyre többször fordulnak elő nagy csapadékmennyiségű és intenzitású, extrém időjárási ciklusok (Bodolainé 2003; Lóki et al. 2004). A lefolyásviszonyok enyhe módosulásához vezethet a vízgyűjtő terület művelési ágainak megváltozása is (Vágás 2003; Lóki et al. 2004), de az impermeábilis felszínek terjedésének, vízlevezető csatornahálózat tér- és időbeli kiterjedésének hatása nem meghatározó (Somogyi 2003). Ugyanakkor a hullámtér területhasznosítása kedvezőtlen irányba változott (Somogyi 2000; Váradi Nagy 2003), ezért nagymértékben romlott a hullámtér érdességi tényezője (Szolnoknál 1979-ben 0,031 volt, míg 1998-ban 0,042; Illés et al. 2003). A mérések szerint az árvizek idején zajló akkumuláció eltérő mértékű lehet a hullámtér különböző jellegű pontjain (Schweitzer 2001, 2002; Nagy et al. 2001; Gábris et al. 2002, Kiss et al. 2002), de kétségtelen, hogy ennek a folyamatnak a hatására is csökkent az átfolyási szelvény területe. Ezzel egyidőben a meder vízszállító képessége is romlott, hiszen hasonló vízállás és vízszintesés mellett 1979-ben Szolnoknál 250-300 m 3 /s-mal több vizet szállított, mint az 1998-as árvíz esetében (Illés et al 2003). Jelen kutatás célja, hogy a természetes fejlődési folyamatokat és a 19-20. századi mérnöki beavatkozások következményeit vizsgáljuk az Alsó-Tiszán, a középvízi meder alakján és geometriai paraméterein, valamint a kanyarulatok horizontális jellemzőin keresztül. Az eredmények tükrében célunk, hogy a változások árvízszintekre gyakorolt hatását is értékeljük. 2. Irodalmi előzmények Az Tisza mederváltozásának sebességét és tendenciáját leginkább a 19. századi szabályozási munkákat követő évtizedekben vizsgálták, hiszen az átvágott szakaszok fejlődése ekkor volt a legintenzívebb, illetve a kanyarulatok formálódásának korábbi üteme is jelentősen megváltozott az új esésviszonyok hatására. Ugyanakkor a mederkeresztmetszet monitoringja az elvégzett szabályozási munkák ellenőrzésére is szolgált (ld. 1890-es évek Vízrajzi Évkönyvei, A Tisza hajdan és most). Kvassay (1902) a Tisza szabályozás megkezdése után 60 évvel az alábbi megfigyeléseket tette: A felsőbb és egyes alsó szakaszokon a létrehozott nagyobb esés és a partokat felépítő anyag csekély ellenállása miatt a folyó romboló ereje érvényesülni törekszik, a régi kanyarulatokat újakkal igyekeznék pótolni, amit partbiztosítási művekkel próbáltak megakadályozni. Véleménye szerint a szabályozások hatására Szegednél 1830. és 1895. között 270 cm-t emelkedett az árvizek szintje, míg a kisvizek szintje Szegednél 115 cm-t, Mindszentnél 105 cm-t süllyedt. Az 1855-1895 között Szegedednél levonuló árhullámok vizsgálata alapján bebizonyítja, hogy az árvíz tartama 180 napról 59 napra, a levonulási ideje 52 napról 6 napra csökkent. Kijelentette, hogy az árvizek szintjének emelkedése a nagy ármentesítés szükségszerű káros következményének tekintendő. 1 A kutatást az OTKA 62200 sz. pályázata támogatta. 2 ATIKÖVIZIG, Szeged, Stefánia 4. Tel:06-62-599-599, e-mail. karolyfiala@freemail.hu 3 SZTE Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, 6722-Szeged, Egyetem u. 2-6. Tel/fax: 06-62-544-158, e-mail: kisstimi@earth.geo.u-szeged.hu 1
A Tisza vízrajzi változásainak feltárásához Fekete (1911) a meder közép-keresztszelvényeit hasonlította össze három időpont mederfelvételeit (1842, 1891, 1906-1909) elemezve. Kiszámította a meder jellemző paramétereinek változását (szélesség, középszélesség, a középszélességnek megfelelő terület, mélység, part-középmagasság). Az eredmények alapján az Alsó-Tiszán 1,4 m középmélység növekedést állapított meg. A csongrád-mindszenti szakaszon 1891-1906 között 110 m 2 -es szelvényterület növekedés mért, míg a mindszent-algyői szakaszon 120 m 2 -es csökkenést, így a csongrád-szegedi szakaszon jelentéktelennek minősítette az átlagos fejlődést. A folyó jellegzetes szakaszainak átlagos szelvény-adataiban bekövetkezett változásokat Félegyházi (1929) foglalta össze három mederfelmérés (Péch-féle: 1890/91, Fekete-féle: 1906-08, Viczián-féle: 1921-22) alapján. A kisvízi és a középvízi mederszelvény területét, szélességét és közép mélységét hasonlította össze a Péch-féle tizenkét-osztatú jellegzetes folyószakasz -on. Számításai azt mutatják, hogy a Körös-torok és Szeged közötti szakaszon 1890-91 és 1906-08 között a kisvízi szelvényterület és a kis- és középvízi meder középmélysége csökkent, a legnagyobb mélységek átlaga nőtt, mégis a meder kedvezőtlenebb állapotba került. Az 1921-22-es felvétel eredményei már a szelvényterületek és középmélységek növekedését tükrözik, valamint a legnagyobb mélységek átlaga is emelkedett, így a mederfejlődés állapotában javulás mutatkozott a korábbi állapotokhoz képest. Összegzésében a Körös-torok-Szeged közötti szakaszt az első felvétel alapján kedvező, a második szerint kedvezőtlen, majd ismét kedvező fejlődésűbe sorolta. Károlyi (1960) a Tisza szakaszatit statisztikai módszerekkel részletesen vizsgálta. A Csongrád-déli országhatár közötti szakaszra a kisvizek süllyedése alapján számította ki a szabályozást követő medermélyülést, ami egyes szakaszokon elérheti a 300 cm-t is. A szolnoki vízmérce 100 éves adatsora alapján Dombrádi (2004) összevetette a vízállás és vízhozam értékeket. Számításai alapján a folyómeder vízvezető képességének változása (azaz a mederszelvény csökkenése) nem indokolja az (ár)vízszintek elmúlt években tapasztalt növekedését. Fontosnak tartjuk megjegyezni, hogy a Tiszán a 20. században végzett mérnöki beavatkozásokkal és annak hatásaival csak igen kevesen foglalkoztak. Kiemelkedő a munkákat irányító Iványi Bertalan munkássága (1948) ebben a témakörben, ám ezek a vizsgálatok, elemzések nem ismétlődtek meg. Mindez azért elengedhetetlen, mert a mederben vonul le az árhullám vízmennyiségének 75-80 %-a (Török 2000), így a mederkeresztmetszet változása alapvetően meghatározza az ott levonuló víz magasságát ugyanazon hozam és esésviszonyok mellett. A különböző hatásokra megváltozott horizontális és vertikális paraméterek vizsgálata széles körben elterjedt a külföldi geomorfológiai és hidrológiai kutatásokban (Schumm 1977; Knighton 1998; Bridge 2003; Richard et al. 2005). Azonban a különböző emberi tevékenységek következményeként bekövetkező medermorfológiai változásokat már jóval kevesebben vizsgálták, noha ezek az eredmények beépíthetők lennének az újabb szabályozási munkákba (Newson 1997; Hey 1997; Downs és Gregory 2004). Egyes esetekben azt tapasztalták, hogy a különböző mérnöki beavatkozások következményeként gyakran nőtt az árvízveszély, noha a beavatkozások célja a meder stabilizálása és az árvízi kockázat csökkentése volt (Tiegs és Pohl 2005; Pinter és Heine 2005). A völgyszelvény területének legkisebb megváltoztatása is az árvízi kockázat növekedését eredményezheti évszázados távlatokban Brooks (2003) szerint, de más, nemkívánatos folyamatok is elindulhatnak. Így a bevágódás miatt a mederben lévő építmények destabilizálódhatnak, a kisvizek szintje süllyed stb. (Rinaldi és Simon 1998; Arnaud-Fassetta 2003), a meder szűkül (Liébault és Piégay 2001) és mintázata megváltozik (Surian és Rinaldi 2003). Partbiztosításokat és sarkantyúkat szerte a világon használják, hogy megelőzzék, vagy megállítsák az oldalazó eróziót és növeljék a sebességet a meder szűkítése révén. Funkciójukat, felépítésüket és tervezésük lehetséges módjait részletesen tárgyalják (Brookes 1997; Newson et al. 1997), ugyanakkor a mederfejlődésre és árvízi kockázatra kifejtett hatásukra vonatkozóan csupán néhány mérés történt. A partbiztosítások hatásait olaszországi folyókon Surian (1999) és Rinaldi (2003) vizsgálta, ahol a folyók a megváltozott hidrológiai viszonyok miatt keskenyebbé és kevésbé meanderezővé váltak. A sarkantyúk hatásainak kutatását az Alsó-Missourin Pinter (2005) végezte, 2
megállapítva, hogy a medergeometria és az áramlási viszonyok változásai egyértelműen egybeesnek a sarkantyúk építésének idejével, de a keresztszelvény-terület csökkenését is kimutatta. 3. A vizsgálati terület Mintaterületünk a Tisza 200-225 fkm közötti folyószakasza (1-2. ábra), ahol a vízszintesés 2,9 cm/km, sebessége (Szentesnél) kisvízkor 0,1-0,4 m/s, középvízkor 0,6-0,9 m/s, nagyvízkor 1,5 m/s. A Tisza ezen szakaszán a mintaterülethez legközelebb Csongrádnál mérnek vízhozamot, amely kisvízkor 115 m 3 /s, közepes vízállásnál 550 m 3 /s, árvízkor ez az érték eléri a 3630m 3 /s-ot, azaz a kisvizi és árvizi vízhozamok különbsége 30-szoros. A Vízrajzi Évkönyvek adatai alapján a folyó lebegtetett hordaléka átlagosan 18 700 000 t/év, ennek csupán töredéke a görgetett hordalék (9000 t/év). A szabályozások során a vizsgált szakaszon három átvágás készült (1856: Osztorai Holt-Tisza, 1862-1887 Körtvélyesi Holt-Tisza és 1889-92: Mártélyi Holt-Tisza). Az árvízvezetés szempontjából nem elhanyagolható a hullámtér szélessége, ami igen változó: a jobb oldalon 25!!-590 m széles a hullámtér (legkisebb a 214,4 fkm-nél), míg a bal oldalon 112-2855 m között változik. Az első partbiztosítást a XIX. század végén készítették, majd a legtöbbet az 1930-as években létesítettek. Ezen munkák eredményeként ma a vizsgált szakasz 47 %-a (9,1 km) valamely oldalon partbiztosítással ellátott. 1. ábra A mintaterület elhelyezkedése 4. Vizsgálati módszerek 4.1. Horizontális irányú változások A vizsgálathoz a hidrológiai felmérések térképeit használtuk fel. Mivel terepi felméréseken alapulnak, precízebb és egységesebb adatot szolgáltatnak a meder partvonalára és a hullámtérre vonatkozóan, mint a topográfiai térképek. A 19. század eleje óta 6 időpontból állnak rendelkezésre adatok (1842, 1890-91, 1929-31, 1957-61, 1976 és 1999). Mivel a térképek különböző vetületi rendszerekben készültek, ezért mindegyik lapot geo-korrigáltunk AutoDesk Land Desktop 2004 szoftverrel, majd EOV-ba transzformáltuk. A méréseket a partvonal digitalizálása után végeztük. Először a középvonalat és az inflexiós pontok helyét határoztuk meg, előbbit a mederszélesség felét jelző pontokat (100 méterenként) összekötve. Elméletileg az inflexiós pont a középvonal és a sodorvonal metszéspontjánál található, de a térképeken az egyenes szakaszok felezőpontjánál jelöltük be. A következő kanyarulati paramétereket határoztuk meg: 1. szakaszhossz: a középvonal teljes hossza; 2. szélesség: a partvonalak távolsága, a középvonalra merőlegesen mérve (100 méterenként); 3. ívhossz : két inflexiós pont távolsága a középvonal mentén; 4. húrhossz: két szomszédos inflexiós pont légvonalbeli távolsága; 5. amplitudó: a húr és az ív legnagyobb merőleges távolsága; 3
6. görbületi sugár: a kanyarulatba illeszthető legnagyobb kör sugara; 7. meanderezési index: amplitudó és húrhossz hányadosa. A meander fejlettségét mutatja, értéke a fejlettséggel nő. 4.2. Vertikális irányú változások Ebben a vizsgálati szakaszban a vízügyi nyilvántartási keresztszelvények (V.O.) adatait elemeztük. A keresztszelvényeket minden esetben a bal parti V.O.-kőre illesztettük, figyelembe véve a EOV koordinátáit és a Balti magassági alapsíkot. A nyilvántartási keresztszelvényeket több ízben mérték fel (1890, 1929, 1957, 1976, 1999, 2001), így szelvényenként 5-6 fedvényt készítetünk (nem minden esetben van adat az összes szelvényre). Mivel a felmérések helye rögzített, igyekeztünk eltérő morfológiai helyzetű keresztszelvényeket is vizsgálni, hogy átfogó képet kapjunk a folyómeder fejlődésének dinamikájáról a jellegzetes morfológiai helyzetű szakaszokban. A középvizi meder 4 változását több paraméter kiszámításával illetve mérésével végeztük el, kiválasztva azokat a mederjellemzőket, amelyek a levonuló vizek szintjét befolyásolhatják: 1. legnagyobb szélesség: a két partél közötti távolság; 2. közepes szélesség: a legnagyobb mélység felezőpontjánál mért mederszélesség; 4. maximális mélység: a telített meder mélysége; 3. közepes mélység: a mélységértékek számtani közepe; 5. terület: a vizsgált szelvény területe telített meder esetén,; 6. alak index: a közepes szélesség és mélység hányadosa. Minél nagyobb ez az érték a meder alakja U (trapéz) alakú, minél kisebb a meder alakja V alakú. 5. Eredmények 5.1. A kanyarulati paraméterek változása (horizontális változások) Az egész szakaszt legáltalánosabban leíró paraméter a szakasz hossza. A szabályozások előtti viszonyokat mutatja az 1842-es felmérés (1. táblázat), amikor 16 kanyarulat létezett a szakaszon, és a középvonal hossza 37,9 km volt. Három átvágás eredményeként a szakasz hossza 35 %-al csökkent (24,6 km-re). Ezt követően 1999-ig némileg megnőtt a szakasz hossza (0,35 km, 1,4 %), bár ennek a növekedésnek a sebessége nem volt egyenletes. A partbiztosítási művek megépítéséig 6 m/év volt a növekedés üteme, majd a folyamat lelassult, így 1976-1999 között már csak 0,8 m/év volt. Ez a kanyarulatok folyamatos növekedését tükrözi és két új kanyarulat képződését (2. ábra). A meder oldalirányú elmozdulása (amit a középvonal eltolódása alapján mértünk) 25-347 m között változott 1842 óta (0,1-2,4 m/év), de ez az oldalazó erózió sem volt egyenletes, sem térben, sem időben. A 19. századi szabályozások eredményeképpen az esés megduplázódott és partvédelem hiányában 1842-1890 között az elmozdulás átlagosan 0,7 m/év volt. A legintenzívebb oldalazó erózió is ekkor történt (2,4 m/év), azoknál a meandereknél, amelyek élesebbek voltak és a partok anyaga laza, homokos üledékből állt. A nagyobb görbületű, vagy ellenállóbb partok közötti meandereknél az oldalazó erózió mértéke sokkal kisebb volt (0,4 m/év). A 20. századi partbiztosítási munkák eredményeként a középvonal elmozdulása lelassult, még a stabilizálatlan kanyarulatok esetében is (0,6 m/év). Ugyanakkor meglepő, hogy a folyamat a stabilizált külső parttal határolt meandereknél is tovább folytatódott, ahol természetesen a stabilizált külső ív nem mozdult el, de az övzátonyok formájában tovább épülő belső ív egyre fejlődött, összeszorítva a medret, így a középvonal eltolódását okozta (0,4 m/év). Az átvágások eredményeképpen az egyenes szakaszok aránya megnőtt a teljes szakaszon belül (1842-ben arányuk 4 % volt, míg 1999-ben 24 %), de azóta ezek a szakaszok közvetlen emberi hatás nélkül fejlődnek. Esetükben a középvonal elmozdulása nem jelentős (0,3 m/év), hiszen a sodorvonal helyzete is közel állandó. 4 Középvízi meder a medernek a hullámtér szintjéig terjedő részét, mely a hullámtérrel a partélben metszi egymást. Tehát nem más, mint a két partél közötti terepmélyedés. 4
felmérés éve 1. táblázat A vizsgált szakasz átlagos horizontális paraméterei hossza (km) szélesség (m) ívhossz (m) húrhossz (m) amplitudó (m) görbületi sugár (m) kanyarulat fejlettség 1842 37,9 182 937 828 193 600 0,24 1890 24,6 169 1230 1057 247 785 0,21 1929 24,7 174 1266 1121 260 820 0,22 1957 24,9 154 1124 971 203 809 0,19 1976 24,9 156 1112 973 208 806 0,20 1999 25,0 152 1139 990 221 800 0,21 2. ábra. A vizsgálati szakasz kanyarulatai és a partbizosítási művek helyzete A meder szélessége 1842 óta 16 %-al csökkent (1. táblázat), bár ez sem volt egyenletes. Nagymértékben befolyásolta az átvágás helye és ideje (3. ábra), hiszen a 19. században csak egy kicsi, 8-11 m széles és 5-6 m mély vezérárkot ástak, amelyet a Tisza megfelelő méretűvé formált. Ennek a gyakorlatnak az eredményét tükrözik a felvételek is, hiszen 8 %-os szélességcsökkenést mértünk 1842-1890 között, ami a nem teljesen kifejlődött mederszakaszok meglétét tükrözi. A meder szélessége 1929-re csaknem azonossá vált a szabályozások előtti mederszélességhez, majd a partbiztosítások miatt a meder elkezdett intenzíven szűkülni, így 1957-re már csak 154 m széles volt, ami 12 %-os szűkülést (0,7 m/év) jelentett 1929 óta. Ez a szűkülés szoros kapcsolatban van a konvex partok épülésével és a középvonal felé tolódásával. A szélességviszonyok közel változatlannak tekinthetők1957 óta, hiszen 1999-ig átlagosan 2 métert szűkült tovább a meder. A szakasz teljes hosszán a szűkülés egyértelmű folyamat, azonban a mesterségesen stabilizált mederszakaszokon sokkal jelentősebb (180-190 m), mint a természetes módon fejlődők esetében (100-140 m). 5
3. ábra A vizsgált szakasz szélességviszonyainak változása A kanyarulatok geometriai paraméterei a középvonal és a partvonalak változásával együtt változtak. Az átvágások előtt, 1842-ben a meanderek élesek voltak (1. táblázat), rövid ív- és húrhosszakkal. A 19. század végére a legélesebb (3. sz.) és az összetett kanyarulatokat (10 és 12. sz.) átvágták (2. ábra). A megmaradt kanyarulatok 1910-ig természetes úton fejlődhettek tovább, ugyanis ekkor építették az első partbiztosítást a mintaterületen. A legtöbb partbiztosítást az 1929-es felmérést követően építették, így azóta a meanderek paraméterei folyamatosan csökkentek 0,9-3,9 m/év sebességgel. A partbiztosítások építésének legintenzívebb időszaka 1957-es felmérés idejére befejeződött, így a változások értéke és iránya is megváltozott. Az átlagos húrhossz 13 %-al csökkent 1929-1957 között, és az ívhossz és az amplitudó hasonló változásokat mutatnak, bár ezek a folyamatok 1999-re befejeződtek. A kanyarulatok görbületi sugara is csökkent 1957 óta (2,4 %- al), de ez a folyamat nem állt meg, hanem nagyon lassan tovább folytatódik (0,17-0,24 m/év). A fenti adatok a szakaszra jellemző átlagértékek. A meglévő kanyarulatok azonban három csoportba oszthatók az őket ért emberi hatás alapján: (1) meanderek partbiztosítás nélkül; (2) új kanyarulatok az átvágott szakaszokon; és (3) partbiztosítással stabilizált meanderek. Ezeknek a típusoknak a fejlődését egy-egy jellegzetes kanyarulat alapján mutatjuk be. 4. ábra A szabadon fejlődő kanyarulatok paramétereinek alakulása 5. ábra Az egyenes szakaszokon megjelenő új kanyarulatok jellemzői Csupán két szabadon fejlődő meander van a mintaterületen (4. ábra). A 8.sz. meander partfalának anyaga agyag és iszap, míg a 9.sz. kanyarulat laza, homokos partok közé ágyazott. 6
Mindkét kanyarulat kanyarulati paramétereinek értéke növekedett 1842 óta, de eltérő módon fejlődtek. A 8.sz. meander helyzete nem változott, de a kanyarulat tágabb lett, amit a húr- és ívhossz 45-61 %-os, valamint a görbületi sugár 13 %-os növekedése mutat, illetve a meanderezési index 0,3-ra nőtt. Ugyanakkor a 9.sz. meander paramétereinek értékei állandónak tekinthetők, alig 1-8 %- al változtak 150 év alatt. A kanyarulat alakja, meanderezési indexe (0,4) állandó maradt, de a kanyarulat folyásirányban lefelé elmozdult 165 méterrel. Így a 8.sz. meander táguló, míg a 9.sz. meander áttevődő kanyarulati típust képvisel. Az átvágott szakaszokon két új, fejletlen kanyarulat jelent meg (4. és 11.sz.), amelyek direkt emberi hatás nélkül fejlődnek tovább (5. ábra). Mivel most kezdenek kialakulni, ezért meanderezési indexük alacsony (0,1), messze alulmarad a szakasz többi meanderének indexétől (0,2-0,4). Először az 1959-es felmérés térképlapjain jelentek meg, s azóta parametrikus értékeik alig változtak (max. 1%), de folyamatos fejlődést mutatnak. A 4.sz. kanyarulat két, partbiztosított meander között fejlődik, s a partbiztosítás miatt a sodorvonal a partokhoz közelít, így ennek fejlődése 2-3-szor gyorsabb, mint a 11.sz. kanyarulaté, amely egy hosszú egyenes szakasz végén formálódik, így ott a sodorvonal állandóbb, a meder középvonalához közelebb helyezkedik el. A vizsgált szakaszon legnagyobb számban partbiztosított meandert találunk (1, 2, 5, 6 és 7.sz.), fejlődésüket a 6.sz. meander alapján mutatjuk be (6. ábra). A természetes kanyarulatfejlődés időszakában (1842-1929) a húrhossz 11%-al (308 m-rel), az ívhossz pedig 43 %-al nőtt (485 m-rel), akárcsak a görbületi sugár (11 %-al, 108 m-rel), a megnövekedett esés hatására. A meander viszonylag gyorsan tágult, hiszen ívhossza évente 4,3-6,6 m-rel hosszabbodott meg, azonban meanderezési indexe állandó maradt (0,2). A partfalhátrálás miatt a meander túlságosan közel került a töltéshez, ezért 1932-ben a külső ívét stabilizálták egy 2,35 km hosszú szakaszon. A partbiztosítás megépítését követően minden paraméter értéke csökkenni kezdett 1999-ig: az ívhossz 21 %-al (340 m-rel), a húrhossz 18 %-al (260 m-rel) és a görbületi sugár 10 %-al (109 m-rel). 6. ábra Egy partbiztosított (1932) kanyarulat fejlődése A többi stabilizált meander is hasonló folyamatokkal jellemezhető, de a partbiztosítás kiépítésének ideje eltérő, így a meanderek is a fejlődés különböző állapotaiban vannak. Azok a kanyarulatok, amelyeket 1920-30-as években stabilizáltak, már nem szűkülnek tovább az 1999-es felmérés szerint, míg a később kivitelezett (1940-66) munkák esetében a kanyarulatok paraméterértékei tovább csökkennek. A leginkább a 2. sz. meander szűkül, ahol a kanyarulati paraméterek 67-75 %-os csökkenést mutatnak a partbiztosítás megépítése óta, miközben a meanderezési index 0,3- ra nőtt, így az a kanyarulat vált a szakasz legélesebb meanderévé. 5.2. A meder paramétereinek változása (vertikális változások) A meder változását először a szelvények morfológiai helyzete alapján vizsgáltuk meg. 7
Elkülönítettük az inflexiós és tetőponti szakaszokat, hiszen ezekben a sodorvonal helyzete eltérő, így a mederfejlődés üteme és jellegzetességei is. Megvizsgáltuk az emberi beavatkozástól függetlenül, közel természetesen fejlődő szelvényeket és azokat, amelyeknek alakulását partbiztosítás befolyásolja. 5.2.1. Közvetlen szabályozási munkáktól mentes szelvények alakulása A vizsgálati területen 8 olyan szelvény van, amely inflexiós pontok közelébe esik és közvetlen emberi hatás nélküli (No. 214/1, 217, 217/1, 220, 220/1, 221/2, 222 és 222/1). Ezeken a pontokon a középvizi meder maximális szélessége az 1890-es években 170-250 m volt, ami napjainkra 8-10 %- kal csökkent. A közepes szélesség markánsabban csökkent, egyes helyeken elérte a 35 %-ot, de átlagosan 15-19 %-os szűkülésről beszélhetünk. A meder legnagyobb mélységében is szembetűnő változás figyelhető meg. Az 1890-es évek végétől napjainkra a maximális mélység 3-4,6 m-rel nőtt (bizonyos szelvényeknél ez 45 %-os növekedés). A bevágódás alakváltozással is járt, hiszen az alak index 28-21-ről 12-20-ra csökkent. A bevágódás ellenére a középvizi meder szelvényterülete az eltelt idő óta átlagosan 3,5 %-al csökkent. A mintaterületen az antropogén beavatkozások nagy száma miatt csak három szabadon fejlődő tetőponti szelvény található (No. 213, 216, 216/1). Változásukat a 216-os V.O.-szelvény (213,270 fkm) példáján keresztül mutatjuk be (7. ábra). 7. ábra A 216-os V.O. szelvény és főbb paraméterei 8. ábra A 218-as V.O. szelvény és főbb paraméterei A mederszelvény alakja napjaikig megőrizte formáját, a hozzá tartozó geometriai adatok viszont számottevően változtak. A meder maximális szélessége 16,2 %-kal csökkent, a domború ív 57 m-rel tolódott a homorú ív felé. Ugyanakkor a közepes szélesség 19,7 %-kal növekedett. A maximális mélység értékei alig változtak az elmúlt évszázad alatt, a meder legmélyebb pontja csupán 0,26 m-t mélyült tovább. Ezzel ellentétben a meder közepes mélysége 22,1 %-kal nőtt, ami, figyelembe véve a közepes szélesség növekedését, arra utal, hogy a mederalak fokozatosan torzul. A szelvény területe az elmúlt időszak alatt 2,3 %-kal növekedett, azaz némileg kedvezőbb vízlevezetési feltételek alakultak ki. 5.2.2. Közvetlen antropogén beavatkozás miatt módosuló meder Az inflexiós szelvények egy csoportja a kanyarulat-átvágások idején a mesterségesen kialakított egyenes szakaszokon van, és jellegzetes fejlődési irányt mutat (No. 212/1, 218, 219, 221, 221/1). A legjellegzetesebb példája a 218-as V.O. szelvény (208,944 fkm), amely a Mártélyi-holtág átvágásakor (1889-92) elkészített új főmederben helyezkedik el (8. ábra). 8
Az átmetszés után a teljes mederszelvényt a Tisza maga erodálta ki, hiszen a lokális esésnövekedés hatására bevágódott és kiszélesítette medrét, így növekedett a szelvény területe. Az 1929-es mederszelvény ezt a mélyülő, még szélesedő állapotot mutatja. Azonban 1957-re a beágyazódás már megállt, és ellentétes irányba fordult: a folyómeder feltöltődött (mélysége 14,3 %- kal csökkent), csupán az 1998-2001. évi rekord magasságú áradások hatására lett mélyebb 29 cmrel, mint az 1976-os felvételezés idején. A meder szélessége a korábbinál jóval lassabban, de tovább nőtt (1957 óta 7 %-kal). Az árvízvezetés szempontjából legfontosabb paraméter a szelvény területe, az 1929-i állapot óta csupán 1,9 %-kal nőtt. A 19. századi szabályozások óta az emberi beavatkozások leginkább a kanyarulatokban a part laterális eróziója ellen igyekeznek védelmet nyújtani. A homorú ív partfalát megfelelő hosszúságú kőszórással védik a folyó eróziós tevékenysége ellen, így a kanyarulatok külső ívének biztosított szakasza a végrehajtott beavatkozások óta állandónak tekinthető. Partbiztosítással ellátott kanyarulat fejlődését 8 szelvénynél vizsgáltuk (No. 211/1-2, 212, 213/1, 214, 215, 215/1). A legszembetűnőbb változásokat a 214-es V.O.-szelvény (218,045 fkm) esetében tapasztaltuk (9. ábra). A meder szélessége 45,3 %-kal csökkent, s ez a nagy mértékű változás a partbiztosítás kiépítését (1932) követően jelentkezett. Szintén csökkent a meder közepes szélessége (29,9 %), hiszen miközben a homorú partoldalon megszűnt az erózió, a domború part épülése tovább folytatódott. Emiatt a folyó eróziós tevékenysége a meder aljára koncentrálódott, így a folyó erőteljesen bevágódott, a legnagyobb mélység 30,9 %-kal (3,2 m) nőtt. A szelvény folyamatos torzulását a maximális mélységű pont (sodorvonal) partoktól mért távolsága is jól mutatja, amely 1890-ben a bal parttól 27,5 m-re volt, míg a jobb parttól 100 méterre. Az 1957-es szelvényezéskor a bal parttól már 9. ábra A 214-es V.O. szelvény és főbb paraméterei csak 17,2 m-re volt, de a meder szűkülése miatt a jobb parthoz is közelebb került (62,5 m). A legutóbbi, 2001-es állapotban a sodorvonal már nem tudott közelebb jutni a biztosított bal parthoz, de a meder további szűkülése miatt a jobb parttól már csak 53,5 m-re volt. Az egyes paraméterek ilyen mértékű változásai a szelvényterület csökkenését determinálják, ami 19,3 %. 6. Összegzés A folyó meandereinek és mederszelvényeinek alakja és geometriai jellemzői időben és térben változóak, amit legfőképpen morfológiai helyzetük és a szabályozási tevékenység határoz meg, de befolyásolja a meder anyaga és a partmenti növényzet jellege is. Számításaink szerint a kanyarulatok fejlettsége az 1920-as évekig csökkent, majd stagnált egészen a lokális beavatkozásokig, amelyek után ismét csökkenés tapasztalható. Mindez azzal magyarázható, hogy a szabályozási munkák alkalmával a fejlett kanyarokat vágták le, tehát az új szakasz fejletlenebbé vált. Később, az egyenes, átvágott szakaszokon új kanyarulatok kezdtek fejlődni, illetve a meglévők a megnövekedett esés miatt kitágultak, fejletlenebbé váltak. A partbiztosítások kiépítésével bár a külső ívet stabilizálták, a belső tovább épült, az inflexiós pontok közelebb tolódtak egymáshoz, a kanyarulatok fejlettsége növekedni kezdett. A horizontális irányú változásokat tekintve tehát a legfőbb konklúzió az, hogy a rendszerszemléletű szabályozási munkák megfelelő eredménnyel jártak, a korábbi egyensúlyi állapot helyreállt, ám a lokális beavatkozások hatására a folyó meandereinek változása kedvezőtlen irányba fordult. A kiépített művek hatása ugyanis, nemcsak a stabilizált szakaszra vannak hatással, hanem az alattuk elhelyezkedő kanyarulatok fejlődési irányát, ütemét is befolyásolják. Figyelembe véve a partbiztosítási művek hosszát (a vizsgált szakasz 45 %-a) megállapítható, hogy a szakasz antropogén hatás alatt fejlődik. 9
A horizontális irányú változások hatására a vertikális paraméterek is kedvezőtlen irányú fejlődést mutatnak. A természetes úton fejlődő szelvények paramétereinek összehasonlítása azt alapján kijelenthető, hogy a Tisza egyensúlyra törekvő rendszert alkot, hiszen, ha valamelyik geometriai paraméter új értéket vett fel, akkor a komplementer paramétere ellentétes irányban változott, kiegyenlítve az előbbi hatását. A kanyarulati szelvényeknél az inflexiós pontokhoz képest intenzívebb változás figyelhető meg, hiszen az inflexiós szakaszok funkciója inkább az anyagtovábbítás, míg a kanyarulatokban akkumulációs és eróziós folyamatok jellemzők. A partvédő művel ellátott szelvények adatai a szelvényalak torzulását mutatják, amelyek egyértelműen eredeztethetők a partbiztosítások miatt bekövetkező horizontális irányú változásokból. A művek beépítésének hatására a szelvények szélessége jelentősen lecsökkent (átlagosan 30-35 méterrel), a szelvényalak a domború ív épülése miatt torzul. A szelvényterületek a partbiztosítást követően jelentős mértékben 340-420 m 2 -rel lecsökkentek, ami jelentős, 20-24 %-os negatív irányú változást jelent a korábbi természetes állapotokhoz képest. Figyelembe véve azt a tényt, hogy a partbiztosítások az utóbbi hat évtizedben épültek a változás ütemében gyorsulást tapasztalhatunk. A Tisza medrének vízvezető képessége csökkent (átlagosan 14 %-kal, maximum 20 %-kal), egyes esetekben az eredetileg 1004 m 3 /s vizet szállítani képes középvizi meder mára már csak 868 m 3 /s víz levezetésére képes. Ezek a változások determinálják a levonuló vizek szintjének növekedését. Az eredmények alapján kimondhatjuk, hogy a rendszerszemléletű, a folyó egyensúlyát megőrizni szolgáló beavatkozások szükségesek a fenntartható vízgazdálkodás megvalósításához. 7. Irodalomjegyzék Arnaud-Fassetta, G. 2003: River channel changes in the Rhone Delta (France) since the end of the Little Ice Age: geomorphological adjustment to hydroclimatic change and natural resource management. Catena 51, 141 172. Bodolainé Jakus E. 2003: Az 1998. évi őszi tiszai és más nagy árhullámok időjárási okairól. Vízügyi Közlemények Különszáma I. 21-35. Bridge, J.S. 2003: Rivers and floodplains. Forms, processes, and sedimentary record. Blackwell. Brookes, A. 1997: River dinamics and channel maintenance. In: Thorne, C.R., Hey, R.D., Newson, M.D. (edts) Applied fluvial geomorphology for river engineering and management. Wiley, Chichester. 293 309. Brookes, A. 1997: River dinamics and channel maintenance. In: Thorne, C.R., Hey, R.D., Newson, M.D. (edts) Applied fluvial geomorphology for river engineering and management. Wiley, Chichester. 293 309. Dombrádi E. 2004: Vízhozam- és vízállás-idősorok analízise a folyómeder állapotváltozásainak kimutatására. Hidr.Közl. 84. évf. 57-60. Downs, P.W., Gregory, K.J. 2004: River channel management. Towards sustainable Catchment Hydrosystems. Arnold, London. Fekete Zs. 1911: A Tisza folyó medrének közép-keresztszelvényei. Vízügyi Közlemények 4-6. füzet 141-148. Félegyházi P. 1929: A Tisza folyó jellegzetes szakaszainak és az egész Tiszának átlagos szelvényadataiban a szabályozás kezdete óta 1922. évig beállott változások és azok összehasonlítása. Vízügyi Közlemények XI. évf. 93-102. Gábris Gy. Telbisz T. Nagy B. Belardinelli E. 2002: A tiszai hullámtér feltöltődésének kérdése és az üledékképződés geomorfológiai alapjai. Vízügyi Közlemények Vol. 84. 305-322. Hey, R.D. 1997: River engineering and management in the 21 st century. In: Thorne, C.R., Hey, R.D., Newson, M.D. (edts) Applied fluvial geomorphology for river engineering and management. Wiley, Chichester. 3 13. Illés L. Konyecsny K. Kovács S. Szlávik L. 2003: Az 1998. novemberi árhullám hidrológiája. Vízügyi Közl. Különszáma I. 47-77. Iványi B. 1948: A Tisza kisvízi szabályozása I.,II.,III. rész. Vízügyi Közelmények XXX. évf. 1.,2.,3., szám. Károlyi Z. 1960: A Tisza mederváltozásai különös tekintettel az árvízvédelemre. VITUKI Bp. p. 102. Kiss T Sipos Gy Fiala K. 2002: Recens üledék-felhalmozódás sebességének vizsgálata az Alsó- Tiszán. Vízügyi Közl. Vol. 84. 456-472. Knighton, D. 1998: Fluvial forms and processes. A new perspective. Arnold, London. Kvassay J. 1902: A szabályozások hatása a folyók vízjárására Magyarországon. Vízügyi 10
Közlemények 15. füzet 8-27. Liébault, F., Piégay, H. 2001: Assessment of channel changes due to long-term bedload supply decrease, Roubion River, France. Geomorphology 36, 167 186. Lóki J. Szabó J. Konecsny K. Szabó G. Szabó Sz. 2004: Az erdősültség és az árhullámok kapcsolata a Felső-Tisza vidéken. Nagy I. Schweitzer F. Alföldi L. 2001: A hullámtéri hordalék-lerakódás (övzátony). Vízügyi Közlemények Vol. 83. 539-564. Newson, M.D. 1997: Land, water and management. Sustainable management of river basin systems. Routledge, London. Newson, M.D., Hey, R.D., Bathurst, J.C., Brookes, A., Carling, P.A., Petts, G.E., Sear, D.A., 1997: Case studies in the application of geomorphology to river management. In: Thorne, C.R., Hey, R.D., Newson, M.D. (edts) Applied fluvial geomorphology for river engineering and management. Wiley, Chichester. 311 365. Pinter, A., Heine, R.A. 2005: Hydrodynamic and morphodynamic response to river engineering documented by fixed-discharge analysis, Lower Missouri River, USA. Journal of Hydrology 302, 70 91. Richard, G.A., Julien, P.Y., Baird, D.C. 2005: Statistical analysis of lateral migration of the Rio Grande, New Mexico. Geomorphology 71, 139 155. Rinaldi, M., Simon, A. 1998: Bed-level adjustments in the Arno River, Central Italy. Geomorphology 22, 57 71. Rinaldi, M. 2003: Recent channel adjustments in alluvial rivers of Tuscany, Central Italy. Earth Surf. Process. Landforms 28, 587 608. Schumm, S.A. 1977: The fluvial system. Wiley, New York Schweitzer F. 2001: Társadalom és a környezet: Gátépítés vagy hullámtérbővítés. In: Keményfi R. Ilyés Z. (szerk.): A táj megértése felé. Debrecen pp. 95-103. Schweitzer F. Nagy I. Alföldi L. 2002: Jelenkori övzátony (parti gát) képződés és hullámtéri lerakódás a Közép-Tisza térségében. Földrajzi Értesítő Vol. 51. 257-278. Somogyi S. (szerk.) 2000: A XIX. század folyószabályozások és ármentesítések földrajzi és ökológiai hatásai. MTA Földrajztud. Kutatóintt Bp. p. 302. Somogyi S. 2003: A Tisza és az ember. In: Teplán I. (szerk): A Tisza és vízrendszere. I. kötet. Budapest, MTA 91-105. Surian, A. 1999: Channel changes due to river ragulation: the case of the Piave River, Italy. Earth Surf. Process. Landforms 24, 1135 1151. Surian, N., Rinaldi, M. 2003: Morphological response to river engineering and management in alluvial channels in Italy. Geomorphology 50, 307 326. Tiegs, S.D., Pohl, M. 2005: Planform channel dynamics of the lower Colorado River: 1976 2000. Geomorphology 69, 14 27. Török I. 2000: Az alföldi folyók hullámterének szerepe és hasznosítása. Iin: Pálfai I. (szerk.): A víz szerepe és jelentősége az Alföldön, Szeged, pp. 125-131. Vágás I. 2003: Az 1998. novemberi árhullám hidrológiai értékelése a Tisza-völgyi árvizek sorában. Vízügyi Közl. Különszáma I. 85-91. Váradi J Nagy I. 2003: A Tisza-völgy vízgazdálkodásának jövőképe. In: Teplán I. (szerk): A Tisza és vízrendszere. I. kötet. Budapest, MTA 117-132. 11