Majer Fruzsina1 − Koch Dániel2 − Tamás Enikő Anna3
1 projekt szakmai referens, Nemzeti Közszolgálati Egyetem Víztudományi Kar, Vízépítési és Vízgazdálkodási Intézet, majer.fruzsina.kata@uni-nke.hu
2 egyetemi tanársegéd, Nemzeti Közszolgálati Egyetem Víztudományi Kar, Vízépítési és Vízgazdálkodási Intézet, koch.daniel@uni-nke.hu
3 főiskolai tanár, Nemzeti Közszolgálati Egyetem Víztudományi Kar, Vízépítési és Vízgazdálkodási Intézet, tamas.eniko.anna@uni-nke.hu
Bevezetés
Nagy folyóink mentén a mellékágak vízellátása folyamatosan romlik, ami az ártéri erdők állapotromlását, a feliszapolódás pedig vízminőségi problémákat eredményez. Ennek megfelelően a folyószabályozási célok és az azzal szembeni társadalmi elvárások változnak, a folyószabályozás jelenlegi követelmény-rendszerében a hajózhatóság és az ehhez szükséges mederállapot biztosítása mellett egyre nagyobb hangsúlyt fektetnek a mellékágak ökológiai állapotának megőrzésére, mely összhangban van a társadalmi szintű igényekkel. Ezek kielégítésének alapvető feltétele a megfelelő vízellátottság és a jó áramlási viszonyok. (Tamás et al. 2014;
Burián A. 2016)
A Gemenci Tájegység a Duna-Dráva Nemzeti Park része, mely a maga 180 km2-es kiterjedésével Európa egyik legnagyobb összefüggő ártéri területe.
A térség mellékágai és holtágai közül meghatározó ökológiai és társadalmi jelentőséggel bír az 1. ábrán látható Vén-Duna mellékág, amely a bajai Türr István híd fölött a jobb parton található (1480,8 fkm–1483,5 fkm) és a Koppány-szigetet öleli körül. Az 1897–1898 között végrehajtott folyószabályozási munkálatok során a koppányi átmetszéssel alakult ki, az új meder fejlődése azonban nem volt kielégítő, ezért annak elősegítése érdekében a régi ágat egy keresztgáttal 1910-ben elzárták. Az elzárás hatására az új ág sikeresen átvette a főág szerepét. (Sziebert J. – Zellei L. 2003) Az ezt követő 80 év alatt a mellékág feltöltődése folyamatos volt. A folyamszabályozás hatására a főmeder folyamatos süllyedésnek indult. A
Abstract: In river regulation, meeting social and ecological needs have become an important issue recently. In order to optimally reach this goal, a continuous observation or monitoring of the processes is needed. For the investigation of the long-term effects of eventual interventions the modeling of hydro-dynamic and transport processes can be one of the best tools. In order to abtain a model which describes natural processes well one needs good quality and sufficient quantities of measured data, so it is important to keep this in mind when planning monitoring activities. In the present article we give an overview of the modeling activities and the surveys of the Vén-Dunabranch of the Danube river.
1. ábra A Vén-Duna mellékág elhelyezkedése (Sziebert – Zellei 2003 alapján) Gemenc területének vízellátottsága romlott, ami az 1980-as évek végére felhívta magára a területen dolgozó szakemberek figyelmét. (Kalocsa B. – Zsuffa I. 1997) Ennek következtében a Vén-Duna kőgátját 1998-ban megnyitották, a feliszapolódott medret megkotorták, ezzel javítva annak vízpótlását. Az így kialakított mederállapot fenntartásához folyamatos monitoring tevékenységen alapuló beavatkozások szükségesek. (Sziebert J. – Zellei L. 2003; Tamás et al. 2011)
A területen a monitoring vizsgálatokat (1. táblázat) az Eötvös József Főiskola, majd a jogutód Nemzeti Közszolgálati Egyetem Víztudományi Kar Vízépítési és Vízgazdálkodási Intézete végezte.
A 2. ábra az eddigi vízhozam mérések eredményeiből született. A Vén-Duna vízhozamgörbéjét megvizsgálva elmondható, hogy a megnyitás után jelentősen javult a vízszállítás, ám ez az évek múlásával romlásnak indult.
Mérés éve Monitoring típusa
Vízhozammérés Mederfelvétel Lebegtetett
hordalékmérés Mederanyag mintavétel
1995 +
1998 + + +
1999 + + + +
2000 + + + +
2002 +
2003 +
2004 +
2011 +
2013 + + + +
2014 +
2017 + + +
1. táblázat A Vén-Dunán 2017-ig végzett monitoring tevékenység
2. ábra A Vén-Duna vízhozamgörbéi
A 2017-ben végzett monitoring tevékenység feldolgozásával lehetőségünk nyílt egy 2 dimenziós hidrodinamikai modell segítségével vizsgálni a jelenlegi állapotokat.
Anyag és módszer
A Nemzeti Közszolgálati Egyetem Víztudományi Kar Vízépítési és Vízgazdálkodási Intézete (továbbiakban VTK) és a Közép-Duna-völgyi Vízügyi Igazgatóság (továbbiakban KDV VIZIG) 2017. március 30-án közös mérőgyakorlatot szervezett a Vén-Dunán. A gyakorlat során a KDV VIZIG Dr. Csoma János mérőhajójával, amely többsugaras (multibeam sonar) mederfelmérési technológiával képezte le a medret és a Vízépítési és Vízgazdálkodási Intézet csónakjaival (egysugaras mélységmérő rendszerrel felszerelve) párhuzamosan végeztünk méréseket.
A mérőhajó Magyarországon egyedülálló, EM 3002 D műszerrel van felszerelve, amely egy fejlett, többsugaras visszhangjelző, rendkívül nagy felbontással és dinamikusan fókuszált sugarakkal. A fedélzeti számítógép és perifériái a GPS-ből és az ultrahangos mélységmérőből érkező adatokat gyűjti, tárolja. (www.kongsberg.
com) Ebből adódóan előnyös tulajdonsága, hogy pontos képet ad a meder minden pontjáról, azonban az adatok feldolgozása, szűrése egy igen bonyolult, külön szoftvereket igénylő folyamat. További hátrányként említhetjük a hajó fizikai korlátait, a mellékágban tapasztalt sekély vízmélységek miatt nem tudta egészen megközelíteni a vízszélt, ami azonban a VTK csónakjával jobban felmérhetővé vált. Az Intézet felmérő csapata 100 m-enként keresztszelvényeket vett fel egészen a partélekig, ám ennél a technológiánál a keresztszelvények közötti területek csak interpolációval határozhatók meg.
3. ábra Terepmodell építés
A két mérési technológiából származó adatok együttes felhasználásával készült el az Autodesk cég AutoCAD Civil 3D programjának segítségével egy TIN modell.
Ennek elkészítésekor külön figyelmet fordítottunk az egysugaras mélységmérőből származó keresztszelvényben felvett adatok egyenesre vetítésére, hogy ez által segítsük a programot a pontosabb interpolációban. Továbbá a Civil 3D szoftverben lehetőség volt a háromszögelés manuális igazítására, amire szükség is volt, mert automatikusan a legközelebbi pontokat kötötte össze, vagyis a keresztszelvényben felvett pontokat a többsugaras mélységmérő pontjaihoz kötötte.
Ezeket a háromszögelési irányokat folyásiránynak megfelelőre állítottuk át (3. ábra).
A TIN felületről 5x5 m-es rácshálóban pontokat levéve TIF formátumba exportáltuk a terepmodellt.
A hidrodinamikai modellezéshez munkafelületül a HEC-RAS 5.0.3. verzióját választottuk. A programot az amerikai hadsereg (USACE- US Army Corps of Engineers) Mérnök Hidrológiai Központja (HEC- Hydrologic Engineering Center) folyamatosan fejleszti és teszi ingyenesen hozzáférhetővé a honlapján (http://www.
hec.usace.army.mil/). A mellékág és a főág közötti Koppány-sziget egy magasságok nélküli terület volt, ha csak az általunk felmért pontokból készült terepet tekintjük.
Ez a program működése szempontjából akadályt jelentett, ezért az ArcGIS beépülő moduljának, a HEC-GeoRAS-nak az alkalmazásával ezt a felületet összeégettük egy a Magyarország digitális terepmodelljének a területet lefedő darabjával, így a teljes szakaszra egy összefüggő lefolyási területet illeszthettünk.
A modellezés pontosságát a felszín és a meder érdessége nagymértékben befolyásolja, ezért a Manning-féle mederérdességi tényező megválasztásánál három részre osztottuk a területet (4. ábra). A mellékág és a főág mederének borítottsága, vonalvezetése eltérő, vagyis ezek két különálló területet alkotnak az érdességet