EURÓPAI UNIÓ STRUKTURÁLIS ALAPOK V Í Z É P Í T É S V Í Z G A Z D Á L K O D Á S BMEEOVVAT27 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése HEFOP/2004/3.3.1/0001.01
2
Tartalomjegyzék 1. Általános fogalmak és meghatározások 1.1. A vízgazdálkodás fogalma és szakterületi felosztása 1.2. A vízgazdálkodás környezeti háttere 2. Síkvidéki vízrendezés 2.1. Síkvidéki vízgyűjtők hidrológiai sajátosságai 2.2. A vízszabályozásokhoz kapcsolódó belvízrendszerek 2.3. A belvízcsatornák magassági és helyszínrajzi vonalvezetése 2.4. A vízelvezető hálózat hidrológiai méretezése 3. Dombvidéki vízrendezés (erózióvédelem) és vízfolyások rendezése 3.1. Az erózió jellemzői, formája és meghatározása 3.2. A dombvidéki vízrendezés műszaki módszerei: 3.3. Vízfolyások rendezése, patakszabályozás 4. Keresztezési műtárgyak 5. Beton-, kő- és földanyagú völgyzárógátak szerkezete, működése, műtárgyak funkcionális szerepe 5.1. Völgyzárógátak csoportosítása. Tározóval kapcsolatos elnevezések, általános elrendezés 5.2. Beton és kőanyagú vízzáró gátak fajtái és építési lehetőségei. Kőanyagú gátak szivárgásgátlása vízzáró, illetve vízvezető altalaj esetén 5.3. Földanyagú vízzáró gátak szerkezeti kialakítása, anyagával szembeni követelmények, hidraulikai, statikai és stabilitási szempontok. A szivárgás gátlása és szabályozása, vízáteresztő és vízzáró altalajra épült gátaknál 6. A folyószabályozás alapelvei és művei. Duzzasztóművek álló-, mozgó- és vegyes gátjainak típusai, energiatörők, ideiglenes elzárók 6.1. Folyószabályozás 6.2. Állógátak 6.3. Mozgatható gátak 6.4. Ideiglenes elzárások 7. A vízerő-hasznosítás alapjai. Vízerőtelepek szerkezeti elemei 7.1. Vízerő-hasznosítás 7.2. A vízerőtelep 8. Talajok vízgazdálkodása és víztelenítése 8.1. Műszaki víztelenítések felosztása és feladatai 8.2. Mezőgazdasági víztelenítés céljai: 8.3. Lecsapoló csatorna 8.4. Mezőszerű talajcsőhálózat 9. Vízkészlet-gazdálkodás fogalmai. Vízgazdálkodási hossz-szelvények. Vízemelés, víztovábbítás művei és berendezései 9.1. Vízkészletek 9.2. A vízgazdálkodási mérleg 9.3. Szivattyútelepek 10. Az öntözés alapjai, öntözési módok, öntöző telepek tervezése 11. Ármentesítés és árvízvédelem 11.1. Árvízi adatok: 11.2. Az árvizek kialakulás, vagyis az árvíz keletkezésének feltétele 11.3. Ármentesítés módszerei 11.4. Árvízvédelmi rendszer részei 12. Vízlépcsők főművei. Hajózsilipek szerkezete és működése. Halközlekedők, csónakátemelők. Hajózás, kikötők 12.1. Vízlépcsők 12.2. Hajózsilipek 12.3. Halközlekedők, csónakátemelők 12.4. Hajózás, kikötők 13. Az Európai Unió vízgazdálkodási politikája, a Víz Keretirányelv (VKI) és végrehajtása. 13.1. A VKI főbb cikkei és mellékletei 13.2. Környezeti célkitűzés 13.3. Az intézkedési program 13.4. A Víz Keretirányelvhez kapcsolódó EU irányelvek csoportjai 13.5. A vízgyűjtő gazdálkodási tervek (VGT) TERVEZÉSI FELADAT 3
4
A tantárgy jegyzete: Hamvas F., Vízépítés, J9-1263, Műegyetemi Kiadó, 1994. Vermes L. (szerk.), Vízgazdálkodás mezőgazdasági, kertész-, tájépítész- és erdőmérnök hallgatók részére, Tankönyv. 1. Általános fogalmak és meghatározások 1.1. A vízgazdálkodás fogalma és szakterületi felosztása Definíció szerint: a vízgazdálkodás a természet vízháztartásának a társadalom szükségleteivel való optimális összehangolására irányuló tervszerű tudományos műszaki, gazdasági, és igazgatási tevékenység. Pontosabban értelmezhető a meghatározás tartalmához, ha megvizsgáljuk, hogy az optimális összehangolás mire irányul. Az 1. ábra szemlélteti az ország lecsapoló munkálatok megkezdése előtti vízborította és árvízjárta területeit 1. 1. ábra. A Kárpát-medence a lecsapoló és ármentesítő munkálatok megkezdése előtt A Kárpát-medencében a vízzel borított és időnként elöntött területek nagysága az ármentesítések előtt 48 769 km 2 ebből állandó 8 561 km 2 A teljes Duna vízgyűjtő 817 ezer km 2. Ebből a Kárpát-medence mintegy 420 ezer km 2 kiterjedésű, hegyekkel körülhatárolt földrajzi egység. A medencét főleg a hegyvidékről lefutó folyók töltötték föl hordalékaikkal (szedimentáció), kialakítva az,,al-földeket''. 1 Ez az ábra, a Vízrajzi Intézet 1938-ban utólagosan a Kárpát-medencére készített nevezetes mocsár térképének részlete, kiegészítve az országhatárral. 5
A felszín alig lejt, a vizek lefolyása lassú. Ennek következtében a vízszabályozások előtt a síkságok jelentős része vagy vizenyős és mocsaras, vagy árvíz által járt és veszélyeztetett terület volt. Az ábra alapján a vízgazdálkodási feladatokat a) folyók menti-, b) települési- és c) területi vízgazdálkodási csoportokba sorolhatjuk (lásd 1. táblázatot). 1. táblázat. A vízgazdálkodás területi elvű felosztása A tevékenység hely szerint a) folyók menti vízgazdálkodás b) települési vízgazdálkodás c) területi vízgazdálkodás (víz)kárelhárítás folyó-, tó- és patakszabályozás, vízfolyás, holtág és tó rendezés, árvédekezés települési vízrendezés, csatornázás, szennyvíz elvezetés és tisztítás belvíz-rendezés, -mentesítés és -védelem, agronómiai vízrendezés, lecsapolás, erózióvédelem (víz)készlethasznosítás természetes és mesterséges vízi út, vízerő-hasznosítás, vízi környezet rekreáció települési vízellátás, fürdő, uszoda vízhasználat, hévvíz és gyógyvíz hasznosítás tározás, öntözés, tógazdálkodás, mezőgazdasági szennyvízhasznosítás A táblázatban szereplő csoportok olyan szakterületi elnevezések is, melyek kombinálva pl. közlekedési, lakossági, ipari, mezőgazdasági stb. jelzőkkel, gyakran megjelennek a szakhatósági irányításban is. A vízgazdálkodási munkák csoportjai: kárelhárítás és készlethasznosítás. Mindkét tevékenységnél szem előtt tartjuk az optimális összehangolást, vagyis a munkák általános célja a víz okozta károk megelőzése és a víz nyújtotta előnyök kiaknázása, miközben célunk a korábbiaknál értékesebb ökológiai képességű táj kialakítása. A vízgazdálkodási munkák és a környezetalakítás A települési vagy a belterületi vízgazdálkodásnál az ember szempontjából egészségesebb környezet kialakítása, az élet- és a lakhatási körülmények javítása a fő cél. Ezt az elvárásoknak megfelelően harmonikusan, főleg az épített környezetbe illeszkedő módon szükséges elérni (pl. közlekedés, vagyonbiztonság) és csak kis mértékben lehet természetharmonikus módszereket alkalmazni. Külterületeknél éppen fordítva kapnak hangsúlyt a környezetalakítási munkák. A korábbiakhoz képest felértékelődött a természetes élővilág megtartásának és általában a természeti értékek megőrzésének, és egy korábbi állapot művi helyreállításának jelentősége. Az ilyen komplex követelmény rendszernél már nemcsak a tradicionális természeti adottságokra kell tekintettel lenni, hanem a táji, a környezetvédelmi, a gazdasági, a humán, a kultúrtörténeti stb. adottságokra is. Az 1. táblázattól eltérő osztályozás is lehetséges, így például megkülönböztethetünk passzív és aktív vízgazdálkodást. Ez utóbbi elnevezéseket különösen a környezetvédelemmel kapcsolatosan használjuk. 6
Belvíz, külvíz. Belvízrendszerek és öblözeteik. A lefolyási akadály (pl. töltés) mögött összegyűlő vizeket származási helyük szerint két csoportba soroljuk. A lefolyási akadály, azaz a gát képzeletbeli korona síkjának a terep felszínével való metszésvonalán belül eső területről származó vizeket belvizeknek, az annál magasabb területekről közvetlenül a befogadóba vezethető vizeket pedig külvíznek nevezzük (lásd a 2. ábrát). 2. ábra. Középszakasz jellegű folyóvölgy keresztmetszete A belvizeket, mivel a gát miatt benne rekednek a vízgyűjtőben, átemeléssel vezetjük a befogadóba, a külvizeket pedig, ha erre alkalmas magasparti terepalakulat van, általában gravitációsan vezetjük a folyóba. A belvíz sajátosan hungaricum fogalom, azaz csakis a magyar természeti viszonyoknál használatos. Műszaki értelemben a belvízöblözethez hasonló a polder (tengerszint alatti terület), amely viszont főleg holland és lengyel sajátosságú terület. 1.2. A vízgazdálkodás környezeti háttere Talajtani fogalmak: talajok mechanikai osztályozása, fizikai talajféleség kategóriái, genetikai osztályozás és ezen belül a hidromorf talajok csoportja, vízgazdálkodási jellemzők. Talajjavítási fogalmak: rossz vízgazdálkodású talajok, fizikai talajjavítás, kémiai talajjavítás. Mezőgazdasági fogalmak: növények vízigénye és víztűrő képessége, tűrési idő jellemzői, talajművelés és vízgazdálkodás kapcsolata, Környezetvédelmi és tájhasználati fogalmak: kulturális táj (Hortobágy) és kulturmérnök, tájalkotó elemek és kapcsolatuk a vízgazdálkodással, ökológiai és hidrológiai kiegyenlítő feleületek, vízfolyások szegélyhatása. 7
2. Síkvidéki vízrendezés 2.1. Síkvidéki vízgyűjtők hidrológiai sajátosságai Vízmérlegek típusai: vízgazdálkodási mérleg és vízháztartási mérleg. A vízháztartási mérleg elemei: bevételek: csapadék, ráfolyás, talajvíz, rétegvíz kivételek: párolgás, párologtatás, lefolyás, mélybeszivárgás 2.2. A vízszabályozásokhoz kapcsolódó belvízrendszerek Kárpát-medence belvízrendszerei: 96 ezer km 2, megosztott vízgyűjtő: 21 ezer km 2, ebből hazai rész 11 ezer km 2. teljes egészében hazai: 33 ezer km 2, tehát az összes hazai belvízrendszer: 44 ezer km 2. A belvízrendszerekből 20 a Duna völgyében, 63 pedig a Tisza völgyében foglal helyet. A belvízrendszerek építésének célja a töltések által kirekesztett, s ezért vízgyűjtőben benne maradó (bel-) vizek folyókba juttatása, továbbá a vizenyős területek vizeinek elvezetése. A belvízkár döntő része a belterületen keletkezik és csak kisebb része a külterületen. 3. ábra. A Tisza hossz-szelvénye a szabályozás előtt és után A hossz 1419 km-ről 112 átvágással 966 km-re csökkent. Magasártér: a megemelkedett árvízszintek miatt a korábban gravitációsan vízteleníthető területek az árvízszint alá kerültek. Fokgazdálkodás: a vízszabályozások előtti gazdálkodási forma, a magasabb részeket lakták és extenzíven művelték, a mélyebbeket pedig igazodva az elöntésekhez halászatilag hasznosították. Főképp Duna völgyére volt jellemző, A Tisza völgyében ez nem volt elegendő a megélhetéshez, ezért pákász, vadász és árucsere is tartozott hozzá. Holt meder természetes, a holtág pedig mesterséges víztest. 8
A vízrendezési létesítményekkel soha nem látott mértékben avatkoztunk be a víz természetes körforgásába, s szinte megszámlálhatatlan műtárgyat, sok száz, ezer kilométeres víztelenítő cső- és csatornahálózatot hoztunk létre. A belvízcsatornák összesen 47 ezer km hosszúságot tesznek ki. Főfolyások, belvízcsatornák, magas vezetésű csatornák, függő medrű vízfolyások, szivárgó árkok (csatornák). 2.3. A belvízcsatornák magassági és helyszínrajzi vonalvezetése Mintakeresztszelvények: minimál-szelvény, egyszerű trapézszelvény és összetett szelvény Belvízrendszerek műtárgyai: Keresztezési műtárgyak: átereszek, tiltós átereszek, bújtatók, csőzsilipek, Esést összpontosító műtárgyak: fenékküszöb, fenéklépcső, bukó, Vízkormányzás és szabályozás műtárgyai: tiltók, zsilipek A belvízrendszerek műtárgyaira vonatkozó általános alapelvek: hidraulikailag helyes kialakítás, üzembiztonság, egyszerű, gazdaságos és könnyen üzemelhető elhelyezési sűrűség 1-1,5 km, Qm, (p=10%), vmax=0,6-1,2 m/s, esésveszteség 3-7 cm, minimális átmérő 0,6 m, statikai szempontok, 2.4. A vízelvezető hálózat hidrológiai méretezése A belvízhálózat és a felszíni víz elvezetésére szolgáló csatornahálózat hidrológiai méretezése a levezetésre kerülő vízmennyiségek, vagyis a mértékadó vízhozamok meghatározását jelenti. A mértékadó vízhozamokat a fajlagos vízhozam (q) alapján számítjuk, melynek mértékegysége l/s ha vagy l/s km 2 ; ez olyan átlagos vízhozam, amely a vizsgált csatornaszelvényhez egységnyi területről egységnyi idő alatt érkezik. A q fajlagos vízhozam több részből tevődik össze, mégpedig: a csapadékból, az öntözővíz csurgalékvizéből, a talajvíz hozzáfolyásból és a töltések alatt átszivárgó vízből. A fajlagos mértékadó vízhozamok valószínűsége. A fajlagos vízhozam fontosabb meghatározási módszerei: 1. Fajlagos vízhozam meghatározása tapasztalati értékek alapján becsléssel; 2. Fajlagos vízhozam számítása összegyülekezési idő és tározás alapján. 3. Fajlagos vízhozam számítása racionális méretezési módszerrel síkvidéki településekről érkező vízhozamok meghatározására A belvízrendszer fenntartási feladatai és a természetvédelmi szempontok figyelembevétele. A belvízvédekezés kérdései. A belvízi helyzettől függően elrendelhető készültségi fokozatok és az ezekhez kapcsolódó intézkedések jellemzői. 9
3. Dombvidéki vízrendezés (erózióvédelem) és vízfolyások rendezése A lejtős dombvidéki (50%) és hegyvidéki (3%) vízgyűjtők hazánk területének mintegy 53%- át teszik ki. A lejtős területeken csaknem minden beavatkozás egyben vízgazdálkodást befolyásoló munka is. A dombvidék hidrológiai jellemzői: A vízjárás változás, a lefolyás itt sokkal gyorsabb. Egy-egy nagycsapadék hatására kialakulhatnak olyan árhullámok, amelyek néhány óra elönthetik a völgyfenéki településeket. Dombvidékeken nagyon jelentős lehet a víz okozta talajpusztulás, vagyis a víz erózió. 3.1. Az erózió jellemzői, formája és meghatározása Az erózió definíciója: Az erózió a víz, a szél és a jég földfelszínre kifejtett tevékenysége: lényege a felszín lepusztulása és elhordása, a lepusztított anyag más helyre való szállítása és felhalmozása. Fajtái: vízerózió fluviális erózió egyszóval erózió, szélerózió eolikus erózió defláció, jégerózió glaciális erózió. Az erózión tehát a csapadékvíznek a talajra gyakorolt károkozását értjük. Az erózió folyamatában szerepet játszó tényezők: a) Milyen erős a csapadék erodáló képessége? b) Milyen értékű a vízgyűjtő erodálhatósága? Ezek a csapadék energiájával jellemezhetők, továbbá a talaj fizikai jellemzőivel, a lejtő méreteivel és a területen folyó gazdálkodás jellemzőivel. ERÓZIÓS FORMÁK Felületi vagy réteg erózió rejtett erózió, csepperózió, lepelerózió. Mélységi vagy vonalas erózió barázdás erózió, árkos erózió, vízmosás 4. ábra. Felületi- és mélységi erózió 10
Lejtőkategóriák: 0-5% sík, 5-12% enyhén lejtős, 12-17% közepes lejtésű, 17-25% erősen lejtős, > 25% meredek lejtő. 5. ábra. A talajveszteség és a lejtőkategóriák kapcsolata A természeti tényezők közül a csapadék és a lejtő szerepe meghatározó jellegű. A csapadékot és a lejtőt az eróziót kiváltó tényezőinek nevezzük. Az eróziót befolyásoló tényezőknek nevezzük a további tényezőket, amelyek például az erózió formáját, az erózió intenzitását stb. határozzák meg. A talajveszteség becslése: Az egyenlet A = R K L S C P ahol A az évi átlagos talajveszteség, t/ha év, R a csapadék eróziós potenciálja, t/ha év, mely az egyes esők kinetikus energiatartalmából és intenzitásából állapítható meg, K az erodálhatósági tényező, kísérleti úton meghatározható talajveszteségi érték, L a lejtő hosszát kifejező tényező, S a lejtő hajlását kifejező tényező, C a vetésszerkezet tényezője, a növényi takarás alapján vehető fel, P a művelési mód tényezője. 3.2. A dombvidéki vízrendezés műszaki módszerei: tereprendezés lejtők sáncolása, teraszozás, vízlevezető árkok és műtárgyak, valamint gyepes és burkolt (köves) vízlevezetők, hordalékfogó gátak, továbbá tározók és a 11
talaj víztelenítése. Lejtők víztelenítése, a vízrendszer elemei Övcsatornák Gyepes vízlevezetők Csapadékvíz tárolók Lejtőmegszakítók: átjárható és nem átjárható táblacsatornák Gyepes vízlevezetők Lejtőmegszakító keresztcsatornák és gyepes vízlevezetők csatlakozása Gyepes és köves vízlevezetők A közlekedés és a vízelvezetés összekapcsolódása 3.3. Vízfolyások rendezése, patakszabályozás A vízfolyások mederjelenségei (7. ábra): Hátrarágódás, Egyensúly, Szedimentáció 6. ábra. Patakszabályozás helyszínrajza 7. ábra. Vízfolyások mederjelenségei A vízmosás megkötésének fő módszerei 1. Megkötés fenékgátakkal, hordalék visszatartása nélkül 2. Megkötés hordalékfogó gátakkal 3. Megkötés feliszapoltatással 8. ábra. A vízmosás megkötése fenékgátakkal és hodalékfogó gátakkal 12
A vízmosás megkötése erdészeti módszerekkel Vízmosás erózió védelme övcsatornával A vízmosás fejének megkötése surrantóval 9. ábra. Surrantó hosszmetszete Fenéklépcsőzés A természetet le kell utánozni! Kőbordás fenéklépcső Hordalékfogó (fenék)gát rőzsefonatból A hordalékfogó gát fő részei: gáttest vízorral és szivárgóval, háttöltés szűrőréteggel, vízláda, utóburkolat szádfallal. Mintakeresztszelvények. a vízmosás hossz-szelvénye. 10. ábra. Kőből készült vízmosás kötőgát metszet 13
4. Keresztezési műtárgyak 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: keresztező műtárgyak, szabályozó műtárgyak, esés-összpontosító műtárgyak és gépi vízemelés műtárgyai (szivattyútelepek). A keresztező műtárgyak feladata a közlekedési pályákkal vagy csatornák csatornákkal való keresztezésének biztonságos megoldása. Ebbe a csoportba tartoznak az átereszek, a bujtatók és a hidak. A keresztező műtárgyak egy másik csoportját a közmű kereszteződések alkotják, például a csőhíd, a kábelátvezetés, energia ellátás stb. Az átereszeket kisebb vízhozamú, általában Q < 1,5 m 3 /s, csatornákban alkalmazzuk. Készülhetnek előre gyártott elemekből vagy helyszíni betonozással, kör, tojás, négyszög vagy egyéb összetett szelvénnyel. A csővégek lezárhatók rézsűsen (előfejjel) vagy függőleges síkkal (homlokfallal). Az átereszeket lehetőség szerint a csatornák hosszú egyenes szakaszán kell elhelyezni úgy, hogy a műtárgy fenékesése egyezzen meg a csatorna fenékesésével. Az áteresz keresztmetszetének méretét úgy kell meghatározni, hogy a kialakuló vízsebesség ne haladja meg a 2,5 m/s nagyságot és kis esésű csatornákban a visszaduzzasztás ne legyen több, mint 3-7 cm. Az átereszt termett talajra alapozzuk, de nem megfelelő altalaj esetén talajcserét kell végrehajtani (homokos kavics alap). A műtárgy elemeit alaplemezre helyezzük el, melynek végét záró foggal kell lezárni. A 11. ábrán közúti áteresz látható. Nagyobb vízhozamú csatornák esetén iker átereszek alkalmazása is előfordul. A műtárgyak előtti és utáni csatornaszakaszokon elő- és utóburkolat alkalmazása szükséges. 11. ábra. Közúti áteresz 14
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 energia veszteség vagy más szóval visszaduzzasztás a következőképpen írható fel: 2 2 v L v h L = Σξ 0 + λ [ m], 2g 4R 2g ahol ξ 0 = ξ be + ξ ki a belépési és kilépési veszteségtényezők összege, v az áteresz szelvényének középsebessége (m/s), tehát a v2/2g a sebességmagasság (m) az átereszben, λ az áteresz súrlódási tényezője, L az áteresz hossza a végkialakítások nélkül (m), R az áteresz hidraulikai sugara (m). A bújtatók azok a földben lévő nyomás alatti műtárgyak, melyek a csatornák vizét más csatornák medre, utak, vasutak bevágása, terepmélyedések alatt vezetik át. A bújtatókat akkor alkalmazzuk,, ha a csatorna vize és a keresztezett útvonal vagy csatorna legmélyebb pontja között nincs legalább 0,8 m különbség. Szerkezetét tekintve a bújtató vízszintes szakaszból és ehhez csatlakozó levezető-, illetve felvezető szakaszból áll. Kisebb szelvény esetén a levezető-, illetve felvezető szakasz függőleges aknával készül (12. ábra). Nagyobb szelvényű csatornákon a le-, illetve felvezető szakasz lejtős kialakítású. 12. ábra. Bújtató függőleges és lejtős kiképzésű be-, illetve kiömlő nyílással 15
5. Beton-, kő- és földanyagú völgyzárógátak szerkezete, működése, műtárgyak funkcionális szerepe 5.1. Völgyzárógátak csoportosítása. Tározóval kapcsolatos elnevezések, általános elrendezés A víztározás célja az, hogy a természetes vízfolyás akár ingadozó, akár egyenletes vízhozamát tározó segítségével szabályozzuk és kiegyenlítsük, mérsékelve ezzel az aszályok és az árvizek káros hatásait. A domborzati viszonyoktól függően megkülönböztetünk síkvidéki, dombvidéki és hegyvidéki tározókat. A tározók különböző anyagú és rendeltetésű műtárgyakkal rendelkeznek. Dombvidéki tározónál völgyzárógát biztosítja a tározást, a káros víztöbbletek elvezetéséről az árapasztó gondoskodik, a vízhasznosítást a vízkivételi műtárgyak szolgálják. A völgyzárógát a völgy szelvényét zárja el és a gát a víz szintjét az árvízszint fölé duzzasztja. A tározótérrel kapcsolatos elnevezéseket az ábrák mutatják (13. és 14. ábra). 13. ábra. Völgyzárógát tározótérrel 14. ábra. Tározótérrel kapcsolatos elnevezések 16
5.2. Beton és kőanyagú vízzáró gátak fajtái és építési lehetőségei. Kőanyagú gátak szivárgásgátlása vízzáró, illetve vízvezető altalaj esetén A gátak anyagát és szerkezetét a következő szempontok szerint választhatjuk meg: a tározás elsődleges célja, rendeltetése, a gát magassága, alapozási viszonyok, geológiai adottságok, az altalaj és a völgyoldalak vízáteresztő képessége, szeizmikus hatások, földmozgások, a tározó hatásterületén az élet- és vagyonbiztonság feltételei, a gazdaságos építés lehetősége. Betongátak A betongát építése jó talajviszonyokat kíván, általában csak sziklás talajra építhető. A betongátak alakjuk szerint lehetnek: beton súlygátak, íves súlygátak, íves gátak, pilléres gátak, pillér gátak. A gát alapsíkját az elcsúszás elleni védelemül fogazással kötik be az altalajba. A súlygátak legkisebb gátszelvényén az a legkisebb méretű (általában háromszög alakú) gáttestet értjük, mely a rá háruló víznyomás esetén még éppen állékony. A vizsgálatok két alapesetét vízzáró és vízáteresztő altalaj esetére egyszerű háromszög profilú súlygátra vonatkozóan a 15. ábra mutatja. 15. ábra. A legkisebb gátszelvény meghatározása Kőanyagú gátak A kőanyagú gátak előnye, hogy tipikusan helyi anyagból épülnek. Ezek a gátak lehetnek: falazott, kőrakat és kőszórt gátak. A gátak anyagából következik, hogy ezek nem vízzáróak, ezért külön megoldással kell biztosítani a vízzárást. Ennek megoldása lehet homlok-, héj alatti és magszigetelés, illetve vízzárás. A megoldásokat a 16. és a 17. ábrák mutatják. 17
16. ábra. Homlok- (a), héj alatti (b) és mag (c) vízzárás elvi vázlata 17. ábra. Homlok vízzárás monolit vasbeton lemezzel 5.3. Földanyagú vízzáró gátak szerkezeti kialakítása, anyagával szembeni követelmények, hidraulikai, statikai és stabilitási szempontok. A szivárgás gátlása és szabályozása, vízáteresztő és vízzáró altalajra épült gátaknál Földanyagú gátak kialakítására bármilyen földanyag megfelel, amennyiben szerves anyag tartalma és oldható só tartalma nem haladja meg a káros határértéket. További kritérium, hogy az anyag időtálló legyen, s ne következzék be később anyagszerkezeti változás (zsugorodás, 18
duzzadás). A kialakított gát legyen állékony, kellően szilárd, vízzáró vagy kis vízáteresztő képességű, alakváltozást elviselő, káros repedéssel szemben ellenálló. A statikai stabilitást a terhelések okozta nyírási igénybevétel és az ellene működő nyírási ellenállás összevetésével kell igazolni. A hidraulikai stabilitás akkor biztosított, ha a gáttesten és az altalajon átszivárgó víz nem okoz eróziót, veszélyes átnedvesedést, a kilépő pont környezetében felpuhulást, hidraulikai talajtörést. A szivárgók kialakításának megoldásait a 18. ábra, a vízzáró mag elhelyezését a 19. ábra és a vízzáró altalajon álló szerkezetes gát vízszigetelési megoldásait a 20. ábra mutatja. 18. ábra. Függőleges szivárgó (a), a szivárgó szőnyeg (b) és talpszivárgó (c) 19. ábra. Vízzáró mag (a), előterítés (b) és nyomáscsökkentő kút (c) a szivárgás szabályozására 19
20. ábra. Vízzáró altalajon álló szerkezetes gát homlok- (a), héj alatti (b) és mag (c) vízzárással 20
6. A folyószabályozás alapelvei és művei. Duzzasztóművek álló-, mozgó- és vegyes gátjainak típusai, energiatörők, ideiglenes elzárók 6.1. Folyószabályozás A folyószabályozás célja a vízhozamok károkozás nélküli levezetésének biztosításán túl olyan állandósult vonalvezetésű és mederalakzatú vízfolyás létrehozása, mely a vízjárás vonatkozásában dinamikus egyensúlyban van (21. ábra). A folyószabályozási tevékenységek és szabályozási vízhozamok: nagyvízi szabályozás (ármentesítés, jéglevonulás), középvízi szabályozás (mederegyensúlyi állapot elérése), kisvízi szabályozás (kisvíz szabályozás, hajózás(25. ábra)). A folyószabályozás módszerei közé tartozik: a mederbővítés, a meder összeszorítása, a folyó hosszának rövidítése. A folyószabályozási művek (22. ábra) a hosszirányú művek: a vezető művek (23. ábra) és partvédő művek (26. ábra), a keresztirányú művek: bekötő keresztgátak, mederelzáró keresztgátak, sarkantyúk, iszapoltató művek, fenékbordák (24. ábra). 21. ábra. A kisvízi szabályozás szükségessége a morotvák és gázlók kialakulása 22. ábra. Folyószabályozási művek és azok elrendezése 21
23. ábra. Vezetőművek bekötő keresztgátakkal (bekötőművekkel) 24. ábra. Szabályozási művek elhelyezése a mederben 25. ábra. Sarkantyú elhelyezése a kanyarulati tetőpontban 22
6.2. Állógátak 26. ábra. Partvédő művek kialakítása kőszórással A vízfolyások szabályozásának egy lehetséges módja a folyó lépcsőzése általában duzzasztással egybekötve. Ez utóbbi két fontosabb megoldása az állógát és a mozgógát. Az állógátakkal kapcsolatos elnevezéseket az egyes szerkezeti elemek funkcióit egy típusábra segítségével a 27. ábra mutatja. 27. ábra. Állógátak általános elrendezése A gát okozta vízszintkülönbség miatt szivárgás indul meg a gáttest alatt és az oldalfalak mentén az alvíz irányába. Ez ellen, illetve a károsodás megelőzése érdekében a szivárgási úthossz meghosszabbításával védekezünk. Az állógátak főbb típusai: a meredek hátfalú gát, a lejtős hátfalú gát, a hidraulikus profilú gát, a pilléres vasbeton gát. Az egyes megoldásokat a 28. és a 29. ábrák mutatják. 23
28. ábra. Meredek hátfalú gát és a lejtős hátfalú gát 29. ábra. Hidraulikus profilú gát és a bordával támasztott vasbeton bukógát 6.3. Mozgatható gátak A mozgatható gátak nagyságuk és táblaszerkezetük szerint lehetnek: tiltók (kisméretű zsilipek), zsilipek (kisebb szerkezetek), gátak. A mozgatható gátak szerkezetük szerint lehetnek: síktáblás gátak, billenő-lapos táblás gátak, szegmens gátak, hengeres gátak, billenő elzárótáblák, magas küszöbű gátak, tűs gátak. A síktáblás gátak egyszerű kialakításúak, megoldásukat a 30. ábra mutatja. 30. ábra. Az egyszerű síktáblás gát: tiltó kialakítása 24
Az elzáró táblát a könnyebb kezelhetőség érdekében megosztják. Ennek megoldásait a 31. ábra mutatja. 31. ábra. Mozgógát (a) vízszintes- (b), és függőleges (c) megosztása és működési vázlata A síktáblák típusai: és a táblák kezelésének részleteit a 32. ábra mutatja. A nem süllyeszthető megoldás az a és a d ábrarész, a süllyeszthető megoldásokat pedig a b és c ábrarész mutatja. Az ábrán látható (d) megoldás alkalmazási részletét a 33. ábra mutatja. 32. ábra. Táblás gátak főbb típusai 25
33. ábra. Kettős kampós gát Billenő lapos gátak A billenő lapos gátak előnyösebbek, mint a kettős kampós gátak, vagy a süllyeszthető táblás gátak, mert felhúzó szerkezetük egyszerűbb kialakítású és statikai szempontból is előnyösebb. A gátak főbb típusait a 34. ábra mutatja. 34. ábra. Billenő lapos táblás gátak főbb típusai 26
6.4. Ideiglenes elzárások Ideiglenes elzárásnak nevezzük azokat a műszaki berendezéseket, létesítményeket, melyeknek a célja a víz bizonyos vízállások esetén való távoltartása a műtárgytól. Ennek érdekében az elzáró szerkezetnek, vagy a ki- és beömlő nyílások fel- és alvízoldali részén hornyokat, küszöböket alakítunk ki. A legegyszerűbb elzárási mód, ha a hornyokba pallókat, vagy geredákat engednek le. Gyakran kettős hornyokat alakítanak ki azért, hogy a két horonyba elhelyezett elzáró szerkezet közé vízzáró anyagot lehessen betölteni. Az ideiglenes elzárások helyes és helytelen megoldásait a 35. ábra mutatja. 35. ábra. Hornyok helytelen (a) és helyes (b) elhelyezése 27
7. A vízerő-hasznosítás alapjai. Vízerőtelepek szerkezeti elemei 7.1. Vízerő-hasznosítás A vízerő-hasznosítás a lefolyásra kerülő víz mederellenállás csökkentése során felszabaduló energiának hasznos energiává történő átalakításán alapul. A mederellenálláskor fellépő súrlódási energiaveszteség mérsékelhető a víz sebességének a csökkentésével. Ennek legegyszerűbb módjai, ha megnöveljük a vízmélységet duzzasztóművel vagy völgyzárógáttal, és ha csökkentjük a lefolyási úthosszat a folyó hosszának mérsékléséve (36. ábra). A kihasznált folyószakasz fogalma, mely energiájának egy része hasznosításra kerül. 36. ábra. A súrlódási munka csökkentése duzzasztással és üzemvíz csatornával. A kihasznált folyószakasz energiájának meghatározása 37. ábra. Vázlat az elméleti vízerőkészlet számításához A felső szelvényhez érkező Q vízhozam energiatartalma (37. ábra): 2 v1 1 1, 2 P = ρ g Q H + g az alsó szelvényé pedig 2 v2 2 2, 2 P = ρ g Q H + g 28
Az elméleti vízerőkészlet: P = P P = ρ g Q 1 2 H [ kw] A ténylegesen hasznosítható energia számításához figyelembe kell venni a megforgatott turbina η t és a generátor η g hatásfokát, s ezek alapján a ténylegesen hasznosítható teljesítmény: P = η η ρ g Q H t g [ kw] A teljesítménygörbe szerkesztése A teljes elméleti vízerőkészlet a Q k közép-vízhozam érték felvétele alapján számíthatjuk. A műszakilag és gazdaságosan hasznosítható vízerőkészlet meghatározása. A kiépítési vízhozam (Q t ) az a legnagyobb vízhozam, mely az adott erőtelep turbinái együtten, minden szabályozó szerkezet teljes nyitása mellett hasznosítani tudnak. Szerkesztési esés (H t ) az a legkisebb esés, melynél a teljesen nyitott turbina az előírt fordulatszámmal éppen a kiépítési vízhozamot nyeli (emészti). 38. ábra. A teljesítménygörbe szerkesztése A teljesítményábra szerkesztése (38. ábra) a következő lépésekben történhet: megszerkesztjük egy évre vonatkozóan a vízhozam tartóssági (Q) görbét, a vízhozamokhoz tartozóan megszerkesztjük a vízállás tartóssági (H) görbét, a turbinák a H t szerkesztési esésnél kisebb H esés esetén nem képesek a Q t kiépítési vízhozam szállítására, ezért a H < H t tartományban az esés redukálandó, mely Ludin szerint H = 1,5 H 0, 5H, a H i és a Q i összetartozó érték párok segítségével számítjuk a P = η η ρ g Q H Q H kw t g r 8 i i [ ] Az utóbbi képletet az év minden napjára alkalmazva megkapjuk a teljesítménygörbét, az ún. kucsma-görbét. 7.2. A vízerőtelep Vízerőtelepnek nevezzük a vízerőmű építményei közül a turbinákat magukba foglaló műtárgyakat. A vízerőtelep főbb részei a következők (39. ábra): t 29
előcsatorna, csigaház, turbina, szívócső aknával vagy szívócsatorna, villamos és egyéb berendezések. A vízerőművek osztályozása 39. ábra. Vízerőtelep folyásirányú főmetszete A vízerőművek csoportosítása esés szerint : H < 15 m kis esésű erőmű, 15 m < H 50 m közepes esésű vízerőmű, 50 m H nagyesésű vízerőmű. Teljesítmény szerint a vízerőművek lehetnek: törpe teljesítményű P < 0,1 MW, kis teljesítményű 0,1 MW < P < 10 MW, közepes teljesítményű 10 MW < P < 100 MW, nagy teljesítményű 100 MW < P. 30
8. Talajok vízgazdálkodása és víztelenítése Vízmérleg és a víz körforgása Amennyiben a vízmérleg szerint a vízproblémák oka a talajvíz,a lehetséges megoldások: lecsapoló csatorna, mezőszerű talajcsövezés (meződrénezés) szivárgó árok, szivárgó drénpár. Talajvíz elvezetés kétféle alapesete: Műszaki víztelenítés: azonnali és teljes vízelvezetés, mely a létesítményhez és annak funkciójához illeszkedik. Mezőgazdasági víztelenítés: víz elvezetés a tűrés és a tározás szerint, földhasználathoz igazodó lecsapolás, mértéke, helye az élővilághoz (az összeshez) is igazodik. 8.1. Műszaki víztelenítések felosztása és feladatai: pinceterek víztelenítése, sportpályák, repterek, parkok stb. víztelenítése, ipari területek víztelenítése, munkaterek és építési helyszínek víztelenítése, Víztelenítés a felúszás megelőzésére, szivárgásgátlás (pl. támfal) ellensúlyozása, fagynyomás megelőzése, temetők víztelenítése. 8.2. Mezőgazdasági víztelenítés céljai: továbbá vízkárelhárítás, talajjavítás (melioráció), művelhetőség javítása, tenyészidőszak (IV.15. X.15.) meghosszabbítása, vízháztartás (öntözés-vízelvezetés) optimalizálása, mezőgazdasági földművek (utak, teraszok) víztelenítése, növényházak víztelenítése, gazdasági központok víztelenítése. 8.3. Lecsapoló csatorna A lecsapoló csatornák formailag a belvízelvezető csatornákhoz hasonlatosak, ámde funkciójuk lényegesen különböző, mert a lecsapoló csatorna magából a talajból (a talaj pórusaiból), a belvízcsatorna pedig a felszínről vezeti el a káros víztöbbletet. Ezért a lecsapoló csatornát jó vízvezető képességű talajvizes talajoknál, mint például lápterületeken használjuk, a belvízcsatornát viszont a belvizes helyeken üzemeltetjük. A hazai lápok (vizenyős területek) kiterjedése az ország egy százalékát teszik ki, azaz 93 ezer hektárt. 31
40. ábra. Lecsapoló csatorna számítási jellemzői A 40. ábra jelöléseit figyelembe véve a szívótávolság: 2 8 kd0 h 4 kh L = + q q A képletet Hooghoudt-egyenletnek nevezzük, ezt a formáját 1906-ban vezették le. A képlet átrendezhető, ilyenkor Donnan-egyenletről, vagy Rothe-képletről beszélünk. Az egyenlet párhuzamos nyílt csatornákra vonatkozik. 8.4. Mezőszerű talajcsőhálózat A gazdálkodás intenzifikálására elterjedten használják a talajcsövezést, azaz a mezőszerű drénezést. A talajcsövezés ezt a hatást a talaj vízháztartásának javításával éri el. A talajcsövezés segíti a nedvesség kiegyenlítődését a termőföldön, növeli a talaj vízbefogadó képességét; ezek következménye a hőviszonyok javulása, s ezzel együtt a tenyészidőszak meghosszabbodása. 8.4.1. A drénhálózat tervezése A feladatok és a munkák általános sorrendje a következő: a tervezés előkészítő munkái (előmunkálatai), a hálózat jellemző adatainak számítása és meghatározása, a helyszínrajzi elrendezés kialakítása, a gyűjtő(k) hossz-szelvényének elkészítése, csőhidraulikai méretezés és ellenőrzés, a részletes helyszínrajz kidolgozása, a műszaki leírás kidolgozása és véglegesítése. Az elkészült terv részei a következők: műszaki leírás, általános elrendezési helyszínrajz, részletes helyszínrajz, gyűjtők hossz-szelvénye, műtárgytervek, műtárgykimutatás, kitűzési vázlat, méret- és mennyiségszámítás, költségvetés, számítási összefoglaló. 32
8.4.2. A szívóhálózat jellemzői A drénhálózatok kiviteli tervezéséhez meg kell határozni a talajvíz szabályozását szolgáló létesítmények műszaki jellemzőit, például a meződrének szívótávolságát (L, m), a talajcsövek fektetési mélységét (drénmélységet) (d, m), a csövek átmérőjét (NA, mm), esését (I, o oo ) és hosszát (l, m). A talajvizen kívül rendszerint szükséges a felszínen összefutó csapadékvíz elvezetése is, ezzel kapcsolatban a céldrének jellemzőit, a nyelőrakatok méreteit, a műtárgyak építési adatait stb. lehet meghatározni. A módosított Hooghoudt-összefüggés ahol 8 k2 he h 4 k1 h L = + q q 2 L a szívótávolság, m, k 1, k 2 a szívó felett, illetve a szívó alatt lévő talajréteg vízvezető képessége, m/d, h a tervezett depressziós görbe középpontja a talajcsövek fektetési síkja felett, m, q a mértékadó elvezetési intenzitás, egyúttal a vízterhelés, m/d, h e egyenértékű rétegvastagság, m. 9. Vízkészlet-gazdálkodás fogalmai. Vízgazdálkodási hossz-szelvények. Vízemelés, víztovábbítás művei és berendezései A vízkészlet-gazdálkodás általánosan használt megfogalmazás szerint azoknak a tevékenységeknek az összessége, amelyek célja a természetben előforduló vízkészletek és a társadalmi szükségletek összehangolása és ezzel az egyensúly megteremtése a vízkészletek és a vízigények között. A vízkészlet-gazdálkodás magában foglalja a vízkészletek mennyiségi és minőségi feltárását, a vízigények számbavételét és nyilvántartását, a vízkészletek és vízigények valamilyen rendszerben való összemérését, és az összemérés eredményeitől függően a szükséges és lehetséges intézkedések megtételét. A vízkészlet-gazdálkodás mindig döntést hoz vagy döntést készít elő (41. ábra). 41. ábra. A vízkészlet-gazdálkodási döntések folyamatvázlata 33
9.1. Vízkészletek Az ország vízkészleteinek három forrása van: a csapadék (ennek részeként a határokon belül keletkező lefolyás), a határokon felszínen és felszín alatt befolyó vizek, földtani tömbben tárolt vízmennyiség. Sokévi átlagban az ország területére belépő vízfolyások vízszállítása 114 km 3, amely kiegészül az ország területére lehulló 58 km 3 (620 mm) csapadékkal. Az ország területét elhagyó vízfolyások 120 km 3 mennyiséget tesznek ki évi átlagban. A leírtakat a 42. ábra szemlélteti. 42. ábra. A vízfolyások sokévi átlagos vízhozama 9.1.1. Felszíni vízkészletek A felszíni vízkészletek folyóvizekben (folyók, vízfolyások, patakok) az időben állandóan és folyamatosan változó természetes vízhozamok, állóvizek (tavak, tározók) a természetes úton folyamatosan távozó vízmennyiséget jelenti. A vízfolyások és az állóvizek természetes vízkészletének azt a részét, amely adott helyen a vízhasználat számára a mederből kivehető, hasznosítható természetes vízkészletnek (Q d% ) nevezik. A mederben hagyandó vízkészlet (Q m ) nagysága elsősorban az ökológiai igényektől, a mederbeli vízhasználattól függ. A természetes vízkészlet és a mederben hagyandó vízkészlet különbözete a redukált természetes vízkészlet (Q r ). A tározásból, a különféle vízkészlet adja a (ténylegesen) hasznosítható vízkészletet (Q h ). A természetes vízkészletet jellemző vízhozamnak a vízfolyás szerinti hosszmenti változását kifejező ábra (43. ábra) a hidrológiai hossz-szelvény. 34
43. ábra. Hidrológiai hossz-szelvény 9.1.2. Felszín alatti vízkészletek A vízkészlet-gazdálkodásban a a felszín alatti vizeket a következőképpen csoportosíthatjuk: parti szűrésű vizek, talajvizek, rétegvizek, karsztvizek 9.2. A vízgazdálkodási mérleg A vízgazdálkodási mérleg adott fejlesztési szinten valamely vízgazdálkodási egység adott időszakban hasznosítható vízkészlete, valamint az emberi élet és tevékenység e készletet terhelő vízigényei mennyiségi és minőségi jellemzőinek számbavétele és összevetése valamilyen rendszerben. A hasznosítható vízkészletet (1) és a vízigényeket (2) a vízgazdálkodási mérleg két karjának nevezik. A vízgazdálkodási mérleg mindkét karja több összetevőt tartalmaz (pl. a hasznosítható vízkészlet, a természetes vízkészlet, a mederben hagyandó vízkészlet, az átvezetésből származó víztöbblet stb.). A hasznosítható vízkészlet és a vízigény összemérése a vízgazdálkodási mérleg készítésének lényege. Az összemérés, a mérlegelés eredményét a vízmérleg-mutatók fejezik ki. Két alapvető mutató használata terjedt el: B( t) = K( t) I( t) alakú mutató a hasznosítható vízkészlet és az ezt terhelő vízigény különbözetér számítja. Ha B>0, a vízigények maradéktalanul kielégíthetők, s a vízgazdálkodási egységben szabad vízkészlet van. Ha viszont B<0, az adott vízgazdálkodási egységben vízhiány van. Az e = I ( t) / K ( t) alakú mutató a vízigény és a hasznosítható vízkészlet hányadosa, a hasznosítható vízkészlet elméleti kihasználtságát méri. 9.3. Szivattyútelepek A szivattyútelepek célja, hogy a beépített szivattyú segítségével a vízszállító rendszer nyomásának fokozását, a mélyebben lévő víz magasabb szintre való emelését, a víz sebességének növelését megvalósítsa. A szivattyútelep főbb részei a 44. ábra alapján a következő: vízbevezető csatorna, gereb, szívóakna, 35
szívócső, gépház és gépi berendezések, nyomócső, nyomóakna, vízelvezető csatorna vagy cső, gépterem, egyéb létesítmények. 44. ábra. A szivattyútelep fő részei A szivattyú a folyadék munkavégző képességét növelő gép. A szivattyú kiválasztásánál szerepet játszó fontosabb szempontok: felhasználási terület (vízminőség), teljesítmény adatok, a szállított folyadék jellege, a szivattyútelep szerkezeti kialakítása. A szivattyútelepek fontosabb alkalmazási területei: vízkivételi szivattyútelepek, belvíz-szivattyútelepek, öntöző szivattyútelepek, úszó szivattyútelepek. 36
10. Az öntözés alapjai, öntözési módok, öntöző telepek tervezése Az öntözés célja az optimális víztartalom biztosítása a talajban a növényzet számára. Az öntözés egy olyan agrotechnikai eljárás, amelynek műszaki problémáit oldja meg az építőmérnök. Az öntözővíz beszerzése történhet felszíni vízfolyásokból vagy állóvizekből (tó, tározó), illetve felszín alatti vízkészletekből. Az öntözővíz szállítása történhet gravitációsan (nyílt csatornákban vagy zárt vezetékekben), illetve nyomás alatt csővezetékben. Alapfogalmak: Víznorma, h (mm): egy öntözőberendezés által egy állásban kiadagolt vízmennyiség (mesterséges csapadékmagasság), amelyet az agrárszakemberek határoznak meg növényfajtától függően. Az öntözőberendezések tervezésénél az egyik legfontosabb alapadat. Öntözési forduló, T (nap): az az idő (általában18-21 nap), amennyi időnként ki kell tudni adagolni egy adott területre víznormának megfelelő vízmennyiséget.. Öntözési módok: Esőszerű öntözés Mozgatható (mobil) öntözőberendezések. Az öntözőberendezés minden szerkezete (szivattyú, tápvezeték, szárnyvezeték) áttelepíthető. Vegyes csővezetékű (félstabil) öntözőberendezések. Az öntözőberendezés egyes részei: szivattyútelep, felszín alatti csőhálózat a fő- és mellékvezetékekkel. Beépített (stabil) öntözőberendezések Felületi öntözés Árasztásos öntözés (rizs, legelő) Sávos csörgedeztető öntözés Barázdás öntözés Héjcsatornás öntözés Tömlős öntözés Altalajöntözés Nyílt-csatornás (mélybarázdás) öntözés, láptalajoknál alkalmazzák, ahol a csatorna (mélybarázda) vízszintjét szabályozva a víz a szivacsszerű láptalajban, oldalirányban és a kapillaritás révén felfelé emelkedve jut a növényzet gyökeréhez. Csöves öntözés. A művelési réteg alá 40-60 cm-re (esetleg mélyebbre) helyezett perforált csövekből jut ki a víz az altalajba, s emelkedik felfelé a kapilláris erő hatására a növényzet gyökeréhez. Mikroöntözés Egy víztakarékos öntözési mód, ahol kis vízadagokat juttatnak a növényzet gyökérzónájához a felszín felett és a felszín alatt is, a berendezés típusától függően. Elsősorban gyümölcsösökben vagy kertészetekben alkalmazzák. Típusai: Csepegtető v. cseppenkénti öntözés Kortyogtató v. kortyonkénti öntözés 37
Vízsugaras öntözés Öntözési cél szerinti felosztás Kelesztő öntözés Fagyvédelmi öntözés Színező öntözés Frissítő öntözés Szennyvízöntözés Az esőszerű öntözés esetén a vizet több bar nyomással szállítják csővezetékben, s az öntöző berendezés (szárnyvezeték) típusától függően más-más módszerrel, szórófejeken keresztül juttatják ki a vizet a növényzethez. A több bar nyomást vagy szivattyúk, vagy magas tartályok (víztornyok) biztosítják. A szükséges öntöző víznorma kiadagolása a berendezés hidraulikai méretezése során határozható meg. Szórófejek A szórófej vízhozam képlete: 3 Q = µ A 2gH [ m /s], ahol µ vízhozam tényező vagy szerkezeti tényező, A a szórófej keresztmetszeti nyílása, m 2 g a nehézségi gyorsulás, 9.81 m/s 2 H nyomás a szórófejnél vízoszlopméterben, m Szárnyvezeték típusok Hagyományos kézi áttelepítésű szárnyvezetékek Gépi áttelepítésű szárnyvezetékek: vontatható frontálisan haladó (gördíthető, gördülő) körbe forgó körbe járó csévélhető 38
11. Ármentesítés és árvízvédelem 11.1. Árvízi adatok: az ország negyede = 23 ezer km 2, a folyók árvízszintjénél mélyebben, ún. mentesített ártéren fekszik (erre utal a 45. ábra), a mentesített ártéren 700 település van, ahol a lakosság fele él, a mezőgazdasági földek egyharmada menetesített ártér, a természetvédelmi területek, nemzeti parkok, és más védett területek kétötöde mentesített ártér, a mentesített területen található a vasutak harmada és a közutaknak hatoda, az árvízi művekkel védett nemzeti vagyon, illetve az itt termelt nemzeti jövedelem (GDP) 30%-ot tesz ki. 45. ábra. A folyók szakaszjellege és annak példája a Felső-Tiszán 11.2. Az árvizek kialakulás, vagyis az árvíz keletkezésének feltétele: előkészítő csapadék, s ezt követően lefolyást kiváltó csapadék, vagy fagyott talajra hullott meleg csapadék, mely azonnal lefolyik. Ármentesítés: a középvízi medert meghaladó (közepes) árvizek elhárítása, főleg megelőzés és felkészülés Árvízvédelem: az ármentesítési művek üzemeltetése árhullám-levonuláskor, árvízvédekezés Ármentesítés szükségessége, oka: külterjes gazdálkodás helyett belterjes, a laksűrűség növekedése, erdőirtások, klimatikus okok. 39
11.3. Ármentesítés módszerei Lefolyás csökkentése: a vízgyűjtőn való tározás és a csapadékvíz termőföldön való visszatartása (limán öntözés, sáncolás, övgátolás) Az árvizek elgátolása: elsőrendű, másodrendű árvízvédelmi vonalak. A védvonalak fontosabb adatai: Az árvizek ma gyorsabban vonulnak le, mint a szabályozás előtt. A fővízfolyásokon az ármentesítést több mint 4131 km elsőrendű (és 690 km másodrendű) árvízvédelmi védvonal szolgálja, ebből: 1207 km hosszú töltés húzódik a Duna, és 2924 km pedig a Tisza völgyében, ezekből mérethiányos 1200 km. A dombvidéki vízfolyások összes hossza 35 ezer km, árterületük 4 300 km 2. A nagyobb vízfolyások 5500 km-t tesznek ki, itt a kiépítés gyengébb. 4 400 km-en van védtöltés vagy magaspart, mely belterületeknél a 30-50 évenként, külterületeknél pedig a 10 évenként egyszer előforduló árvizek levezetését teszi lehetővé. 46. ábra. Az árvízvédelmi töltések fejlődése a folyószabályozástól napjainkig A folyószabályozás a kapacitás növelésére (47. ábra) Feladatok: A folyó kártételeinek megakadályozása: a hordalék és a jég levonulásának megkönnyítése, közép és kisvízi szabályozással, árvíz levezetése nagyvízi szabályozással, árvizek kiöntésének megakadályozása ármentesítéssel. A vízhasznosítás elősegítése: kisvízi szabályozással (víziút biztosítás), természetes lefolyási viszonyok célszerű alakításával, mint vízszinttartás, lépcsőzés, 40
A vízi ökoszisztéma gazdagságának megőrzése vagy helyreállítása. 47. ábra. A Tisza hossz-szelvénye a szabályozás előtt és után A hossz 1419 km-ről 112 átvágással 966 km-re csökkent Az ármentesítés további módszerei: árapasztás kevésbé terhelt vízgyűjtőre való átvezetéssel, árvízkormányzás, árvízgazdálkodás szükségtározók alkalmazásával, árvízkár-megosztás sajátos biztosítási rendszer segítségével. 11.4. Árvízvédelmi rendszer részei árvízvédelmi vonalak, szerkezeti elemek árvízvédelmi művek, árvízvédelmi tartozékok hullámtéri véderdők, árvízvédelem anyagi-technikai erőforrásai, nem szerkezeti elemek (szellemi-emberi erőforrás) előrejelzési módok: folyami árhullám-előrejelzés, hidrológiai-statisztikai jellemzés, előrejelzési modellek: determinisztikus, sztohasztikus és kevert. Árvédelmi töltéseket érő hatások a védtöltés talaját érő hatások, a vízoldalt érő hatások, a töltéskoronát érő hatások, a mentett oldalon jelentkező hatások (rézsűcsúszások és a buzgár). 41
12. Vízlépcsők főművei. Hajózsilipek szerkezete és működése. Halközlekedők, csónakátemelők. Hajózás, kikötők 12.1. Vízlépcsők A vízlépcsőnek általános értelemben a vízszintkülönbséget létrehozó műtárgyak együttesét nevezzük. Szinte minden esetben komplex vízgazdálkodási célokat szolgál: vízgazdálkodás (öntözés, vízkivétel, árvízvédelem), hajózás, energiatermelés, vízátvezetés. Amennyiben csak a vízerő-hasznosítást szolgálja a neve vízerőmű. A létesítmény fő részei: duzzasztómű (48. ábra), vízerőtelep, hajózsilip, halközlekedők, vízkivételek, továbbá esetenként csónak- és hajóátemelő, valamint további hullámtéri műtárgyak. 48. ábra. A duzzasztómű általános elrendezése a hajózási létesítmények nélkül A vízlépcsők építése történhet a mederben, szárazföldön új meder kialakításával, továbbá a meglévő meder kibővítésével. A duzzasztómű fő funkciója érdekében épülő részek az alaplemez, a parti- és mederpillér és az álló és mozgógát (részleteket lásd a 6.2.-6.3. pontban) További kiegészítő létesítmények az utófenék és utóágyazat. A vízerőtelep funkciója a lefolyásra kerülő víz energiatermelésre való felhasználása, összhangban a duzzasztóművel előállított vízszinttel. A vízerőtelep általában a sodorvonalba kerül és a szabadnyílások jobbról és balról szimmetrikusan fogják közre. Ehhez az 42
elrendezéshez a meder kétoldali bővítése szükséges. A vízerőtelep kialakításánál a hidraulikai szempontokra különösen nagy gondot kell fordítani. További fontos feladat a műtárgy biztonságának megtervezése pl. zuhanó-táblás védelem. Az erőtelep általában a duzzasztómű építése előtt történik, vagy azzal párhuzamosan. Néhány esetben az erőtelep jóval a duzzasztómű megépítését követően valósul meg. 12.2. Hajózsilipek A hajózsilip feladata az alvíz és a felvíz közötti hajózási kapcsolat biztosítása. Esetenként részt vehet az árvízlevonulás (árvízkormányzás) elősegítésében, illetve az árvízveszély mérséklésében. Méreteink meghatározásában a hajózási szempontok (hajóméretek) játszanak döntő szerepet. A sajátos hidraulikai működésből adódó szempontok: a feltöltésnél a víz lelassul és a hordalékot ezért lerakhatja, az ürítésnél a gyorsan kiáramló víz kimoshatja az utófeneket, A hajózsilip fő részei (49. és 50. ábra): felső fő (zsilipkapu, töltőcsatorna és zsilip, ideiglenes elzárást szolgáló hornyok, zsilipkapu fülkék és mozgató-berendezések), alsó fő (zsilipkapu, ürítő-csatornák és zsilip, ideiglenes elzárást szolgáló hornyok, nagyobb méretű elzáró-szerkezet) zsilipkamra (töltő-ürítő nyílások, oldalfalon dörzsgerendák, kikötőbakok, mászó hágcsók, horgok). 49. ábra. Hajózsilip hosszmetszete és felülnézete 43
50. ábra. Megkerülő csatornás hajózsilip A hajózsilip kapurendszerek csoportosítása: támkapu, emelőkapu, süllyeszthető kapu, szegmens kapu. 12.3. Halközlekedők, csónakátemelők Halközlekedők A hallépcső és a hallift célja az ökológiai folytonosság valamilyen szintű biztosítása, azaz, hogy lehetővé tegye a a vízlépcső két víztere között a halak vándorlását (51. ábra). Tervezésénél figyelembe kell venni: a kitorkolló nyílása csendes térbe kerüljön, kicsi legyen a vízveszteség, kellően megvilágított legyen, megfelelő legyen a víz sebessége, Csónakátemelők 51. ábra. Medencesoros hallépcső A csónakátemelők célja a víziközlekedés segítésén túl a vízveszteségek mérséklése és az átjutás gazdaságosabbá tétele. 44
12.4. Hajózás, kikötők Kikötők A kikötők a vízi utak állomáshelyei és egyben a szárazföldi közlekedés csomópontjai, céljuk a személyforgalom, árurakodás, teleltetés, hajójavítás stb. A kikötők részei: a rakodók, hajómenedékhelyek, kikötőhely vagy horgonyzó hely. A kikötők épülhetnek partvonalra, partvonal elé (mólokra), vagy partél mögé (medencés kikötő). A kikötők elhelyezésének és elrendezésének szempontjai: az áruk gyűjtőterülete, a forgalmi hálózat, települési jellemzők, hidromorfológiai adottságok. Partfalak A partfalak főbb típusai: függőleges partfal, rézsűs partfal és kikötő ponk. Elrendezésüket az ábrák szemléltetik. 52. ábra. Rézsűs partfal 53. ábra. Kikötőponk 45