A vizsgálatok során a különböző jellegű emberi beavatkozásokra adott folyóvízi válasz többféle folyamatot indított el, amelyek közül néhány sebessége hirtelen megváltozott a vizsgált időszakban. Ez véleményem szerint azzal magyarázható, hogy a rendszer a fejlődése során átlépett egy küszöbértéket, amely hatására megváltozott a rendszer bizonyos elemei között a kapcsolat. A vizsgálatok során néhány ilyen küszöbértéket megpróbáltam megállapítani, de meg kell jegyeznem, hogy ezek pontosításra szorulnak, amihez az elkezdett vizsgálatok folytatása szükséges.
6.4.1. Hullámtér-feltöltődés és az azt befolyásoló tényezők küszöbértékei
A hullámtér feltöltődésének mértékét alapvetően befolyásolja az ártér esése, hiszen befolyásolja a hullámtéren mozgó víztömeg sebességét, ami meghatározza, hogy az adott szemcseméretű anyag mozgásban marad-e, vagy lerakódik. A Maros hosszútávú feltöltődésének vizsgálatakor tudtunk megfelelő hosszú szakaszon ártér-esés értékeket is elemezni, így itt nyílt lehetőség az esés–feltöltődés kapcsolatának vizsgálatára. Az adott környezeti (pl. hordalékhozam, ártéri növényzet) feltételek mellett 4 cm/km és 19 cm/km esés-intervallumon belül az esés és a feltöltődés között exponenciális kapcsolat állítható fel. Azonban a 4 cm/km-nél kisebb ártéresés esetén (Maroson a torkolatnál, illetve végig a Közép- és Alsó-Tiszán) a feltöltődést már nem az esés befolyásolja, hanem egyéb tényezők, amelyek közül a tapasztalataim szerint kiemelkedő szerepet játszik a növényzet. A 19 cm/km-nél nagyobb esés esetén (a Maroson) a nagyobb vízsebesség miatt a hullámtéri feltöltődés mértéke csökken, hiszen a szállítás kerül túlsúlyba. Tehát ez egyben példa küszöbérték átfordulásra, ahol a küszöbérték megváltozását egy minőségileg új folyamat megjelenése okozza.
A hullámtér szélessége és az átlagos feltöltődés mértéke között a Maros hullámterén fordított arányosság áll fenn, de a kapcsolat gyenge, mivel más tényezők is jelentősen befolyásolhatják. Itt küszöbértéknek tekinthető a Tiszán kb. 100 m, míg a Maroson 300 m távolság a medertől számítva, amelyen túl a feltöltődés mértéke erőteljesen csökken, illetve ahonnan a medertől való távolság, mint befolyásoló tényező már nem hat.
108
Egy egyensúlyi rendszerben a feltöltődés üteme időben elvileg állandó (a paraméterek állandósága miatt) vagy csökkenő, hiszen a zavaró hatás után a rendszer helyreáll, és a domborzat szintkülönbségeinek kiegyenlítődésével az érdesség csökken. A Maros esetében csökkenő trend tapasztalható, amit mutat az, hogy az 1960-as évek óta felére-negyedére csökkent a holtágak feltöltődési üteme, ami kapcsolatba hozható az árvízi elöntések ritkábbá válásával is. Ugyanakkor a Tiszán ezzel ellentétes trend jellemző, ugyanis a feltöltődés kétszer-négyszer gyorsabb lett.
Véleményem szerint ez kapcsolatba hozható a Tiszán a területhasználat drasztikus megváltozásával, míg a Maroson a változás mérsékelt volt. A növényzet sűrűségének változásával változik az akkumuláció üteme és a mintázata is, hiszen a növényzet befolyásolja a vízsebességet. A növényzeti foltok átlagos vízsebessége és érdessége között negatív exponenciális trend állítható fel (6.4A ábra), azaz a növényzet további sűrűsödésével és az erdők elvadulásával az átlagos hullámtéri vízsebesség további csökkenése várható. Azonban ez nem jelenti az akkumuláció növekedését, hiszen a legkisebb (n=0,03) és legnagyobb (n=0,2) növényzeti érdességű foltokban (100 m-nél távolabb a medertől) a vízsebesség és az üledékvastagság pontfelhői elkülönülnek (6.4B ábra). A nagy érdességű területeken annak ellenére, hogy a vízsebesség kisebb, tehát elvileg több hordalék ülepedhetne ki a vízből, a lerakódott hordalék mennyisége kevesebb. Ez véleményem szerint azzal magyarázható, hogy a kisebb vízsebesség azt is jelenti, hogy kevesebb lebegtetett hordalék érkezik ezekre a már-már szivacsszerű sűrű növényzetű helyekre, így kevesebb is tud akkumulálódni. Véleményem szerint tehát a 0,2 érdesség és a ≤0,16 m/s tekinthető olyan küszöbértékeknek, aminél a hullámtéri akkumuláció és vízsebesség közötti kapcsolat a korábbitól eltérő jelleget ölt, és megváltozik az akkumuláció mértéke. Ennek megfelelően várható, hogy a hullámterek további elvadulásával az érdesség tovább nő (akár 0,2 fölé is), és medertől távolabbi területeken az akkumuláció mértéke csökken. Ezt támasztják alá a mindszenti, rövidtávú akkumulációs méréseink is, mely szerint a hullámtér belső részein 2000 óta megváltozott az akkumuláció mintázata és egyre kevesebb hordalék rakódott le, miközben a mederközeli részek intenzíven magasodnak.
6.4. ábra: Az átlagos vízsebesség alakulása a különböző érdességi kategóriájú, a medertől 100 m-nél távolabbra lévő növényzeti foltokban (A) és a legritkább (n=0,03) és legsűrűbb (n=0,2) növényzetű foltokban az
akkumuláció és a vízsebesség kapcsolata Mindszentnél, 2006-ban (B)
R2 = 0,9652
109
6.4.2. A medrek átalakulását befolyásoló tényezők küszöbértékei
A mederrendezések illetve a hidrológiai változások hatására a folyórendszer válaszait kiváltó küszöbérték-átlépés bekövetkezhetett közvetlenül a zavaró hatás fellépte után (pl. Maros medermintázatának átalakulása), vagy láthatunk példát későbbi küszöbérték átlépésre is, amikor a rendszer még egy darabig pufferelni képes az őt ért hatásokat (pl. partbiztosítások vagy vízhozam csökkenés hatása).
A kanyarulat-átmetszések hatására a Maros és a Tisza esése is megduplázódott, azonban még így a Tisza átlagos vízszint esése 2,1-66 cm/km lett az Alsó-Tiszán, addig a Maroson ez 21-281 cm/km-re nőtt. Ezáltal a Maros közelebb került a Leopold-Wolman féle meanderező-fonatos határhoz (6.5 ábra), bár még hidrológiai paraméterei alapján a meanderező medrek közé esik, noha morfológiailag a fonatos medrek közé is sorolható. A Tisza kis esése miatt ezt a határt meg sem közelíti. A Maros szabályozások utáni fonatossá válását segítette extrém hordalékhozama, könnyen erodálható partjai és az elmaradó kisvízi szabályozási munkák is. Az esésen és vízhozamon túlmutató tényezők szerepére következtethetünk a Hernád helyzetéből a Leopold-Wolman féle diagramon, amely jóval közelebb fekszik a fonatos/meanderező határhoz, ennek ellenére stabilan meanderező mintázatú.
6.5. ábra: A vizsgált folyók elhelyezkedése a Leopold-Wolman-féle diagrammon, melyen a vonal a meanderező-anasztomizáló és a fonatos-egyenes medrek közötti határt jelöli
Az időben eltolódó küszöbérték-átlépésére/elérésre példa lehet a Tisza partbiztosításokra adott morfológiai válasza. A vizsgált szakaszon a partbiztosítások megépítése előtt, a kanyarulat-átvágások utolsó éveiben a szelvényterület 1400-1700 m2 között változott, majd 1929-ig 1600-1950 m2-re nőtt, igazodva a megduplázódott eséshez (6.6 ábra). A partbiztosítások kiépülte után a biztosított kanyarulatok szelvényterülete 1500 m2 alá csökkent, miközben a természetesen fejlő szakaszokon egységesebbé vált (1650-1800 m2). Ez arra utal, hogy ≥1650 m2 nagyságú az a szelvényterület, amely az adott hidrológiai peremfeltételek mellett a megfelelő vízvezetést
6 Az első adat az általam számított esésérték, míg a második az irodalomban szereplő érték.
110
biztosíthatja. Így a partbiztosított kanyarulatok 1200-1300 m2 szelvényterületű szűkületei ezt akadályozzák. A természetesebb állapot felé való fejlődés első lépésének tekinthető a partbiztosítások mederbe csúszása és ezáltal a meder tágulása, amelyre 2013-ban figyeltünk fel, és amely a Csongrád-Szeged közötti partbiztosított szakaszoknak már 23%-át érinti. Tehát a jelenlegi hidrológiai peremfeltételek mellett 1200 m2-nél kisebb szelvényterület a rendszer számára nem fenntartható, illetve várható ezen kisebb területű szelvénynek akár 50%-os tágulása. Tehát az 1200-1300 m2-es szelvényterület tekinthető a rendszer alsó küszöbértékének, hiszen amennyiben ezt a minimum értéket eléri a meder, akkor külső hatás nélkül elindul a fejlődése az addigitól ellentétes irányba (addig szűkült a part akkumulációja révén, ekkortól pedig erózióval tágul).
6.6. ábra: Az Alsó Tiszán a 211-220-as VO szelvények szelvényterületének alakulása. Kék szín jelzi a természetesen fejlődő kanyarulatokat, sárga a kiegyenesített szakaszokat és piros a partbiztosítással
ellátott kanyarulatokat
A mederszélességnek is megállapítható küszöbértéke a Maros és a Hernád esetében. A Marosra intenzív mederszélesedés volt jellemző a kanyarulat-átmetszések után, amikor az addigi meanderező-anasztomizáló medermintázatú Magyarcsanád-Makó közötti szakasz fonatossá vált. A megduplázódott esés miatt a kiegyenesített szakasz kb. 25%-al lett szélesebb (6.7 ábra), és a szélesedés Magyarcsanád-Makótól felvízi és alvízi irányba is hatott, a távolsággal csökkenő mértékben. Ez a szélesedés az 1950-es évekig zajlott: minél nagyobb esésű volt a szakasz, a maximális mederszélesség annál nagyobb lett, ami mutatja, hogy a küszöbérték térben is változhat még ugyanazon vízfolyás mentén is. Azonban a 20. sz. második felétől mindegyik szakasz szűkülni kezdett. Míg Nagylak-Magyarcsanád és Makó-Klárafalva közötti szakaszain a Maros napjainkra elérte az eredeti mederszélességet, addig a fonatossá vált Magyarcsanád-Makó szakaszon még nem, tehát itt további szűkülés várható, míg a partbiztosításokkal leginkább érintett torkolati szakasz már az eredeti mederszélességnél is szűkebbé vált (hasonlóan a Tisza partbiztosított szakaszaihoz). Tehát itt a fenntartható mederszélesség maximális küszöbértékét érte el a Maros. Az, hogy a szűkülés külső vagy belső küszöbérték-átlépés miatt következett-e be, nem egyértelmű, hiszen részben kapcsolatba
0 500 1000 1500 2000 2500
1890 1929 1957 1976 1999 2001
felmérés szelvényterület (m2 )
211 212 213 214
215 216 217 218
111
hozható a vízszintek süllyedésével (vízgyűjtőn a vízvisszatartás miatt), a parterózió mérséklődésével (sűrűbbé váló partmenti vegetáció miatt) és az alsó szakasz kisvízi mederrendezésével is.
6.7. ábra: A Maros különböző szakaszainak mederszélesség-változásai 1865 és 2000 között
A Hernádon a vízgyűjtőn a vízvisszatartás miatt megváltozó hidrológiai feltételek hatására figyelhető meg mederszűkülés, illetve a nagyméretű kanyarokon másodlagos kanyarulatok létrejötte.
Ezeket a morfológiai folyamatokat kiváltó hidrológiai változások már az 1950-es évek második felében elkezdődtek, de csak az 1960-as évek végétől és az 1970-es évek közepétől figyelhető meg a morfológiai átalakulás. Ez magyarázható azzal, hogy a rendszer válasza időben eltolódott, de azzal is, hogy a hidrológiai paraméterek átalakulása ekkor érte el a kritikus mértéket. Ezen átmeneti időszak alatt az árvizek csaknem teljesen elmaradtak, a KV és KöV szintje 40 cm-rel süllyedt. A morfológiai átalakulás első lépéseként 1966-1975 között a mederszélesség kb. harmadával csökkent, majd a következő évtizedben az ívhosszak is csökkenni kezdtek, ami a Hernád felső, nagyobb esésű szakaszán jóval jelentősebb volt (-31,6%), mint az alsó szakaszon (-19,5%). A Hernádon a leggyakoribbakká a kis ívhosszú (100-200 m) kanyarulatok váltak, míg a nagy ívhosszúak (≥1 km) 1975 óta teljesen eltűntek, és 2002-ben a leghosszabb kanyarulat a felső szakaszon már csupán 630 m, míg az alsó szakaszon 805 m hosszú volt, ráadásul ezeken is megjelentek a másodlagos ívek. A szűkülés és a másodlagos kanyarulatok fejlődése ma is zajlik, tehát a rendszer még nem érte el a hidrológiai peremfeltételeknek megfelelő morfológiai állapotot. Itt tehát a kanyarulati paraméterek küszöbértékeinek folyamatos időbeli módosulására látunk példát.