3.5. Lefolyás

A természetes körforgáson belül a felszínen és a felszín alatt történő víz mozgása a lefolyás. A vízháztartási egyenleg többi eleméhez hasonlóan ezt is mm-ben adjuk meg és 1 m2 felületre vonatkoztatjuk. A Magyarországon belüli jellemző értékeit a 3.16. ábra illusztrálja. A teljes folyamatot röviden összegezve: a felszínre érkező csapadék a földfelszíni lejtőkön a gravitáció hatására megindul lefelé egyrészt a természetes mélyvonulatok mentén, másrészt a bevájt kisebb-nagyobb medrekben. A domborzati viszonyoknak megfelelően a legmélyebb pontok mentén összegyülekezik a víz, s a völgyfenék lejtésének irányában a medreket megtöltve egyre nagyobb vízfolyások alakulnak ki, melyek végül a tengerekbe, óceánokba torkollanak.

Az évi lefolyás egységárhullám módszerrel számított értékei mm-ben megadva Magyarország területén a sokévi középvízhozamok alapján

3.16. ábra. Az évi lefolyás egységárhullám módszerrel számított értékei (mm) Magyarország területén a sokévi középvízhozamok alapján (Stelczer, 2000 nyomán)

Ahogy a fenti összefoglaló leírásból is kiderül a lefolyás területi és vonalmenti jelenség is. A kiterjedt felületen történő lefolyást térfelszíni lefolyásnak nevezzük, a határozott mederben történő lefolyást pedig szűkebb értelemben vett felszíni lefolyásnak. Mindkét esetben vízgyűjtő-terület határozható meg, melyeket a vízválasztók (a hegyvidékek legmagasabb pontjai, a gerincek) határolnak el egymástól. A vizsgált térskála függvényében a nagyobb vízgyűjtő-területek kisebb részvízgyűjtő-területekre bonthatók fel, melyek a vízfolyások egymásba torkollásával egyesülnek. A vízgyűjtő-területek leírására alkalmazhatunk változatlan jellemzőket – mint például a földrajzi szélesség és hosszúság, a kiterjedés, az alak, a lejtésviszonyok, a geológiai felépítés, a talajviszonyok vagy a tájolás – és változó jellemzőket, melyek elsősorban a meteorológiai viszonyokat jelentik: a csapadék, a napsütés, a szél, a párolgás, a talajnedvesség és a növénytakaró.

A lehullott csapadék és a hótakaróban tárolt víz valóban lefolyó része az ún. lefolyásképző (más néven hatékony) csapadék. Ennek ismeretében adhatjuk meg a dimenzió nélküli lefolyási tényezőt (α), mely definíció szerint a lefolyás és a hatékony csapadék hányadosaként értelmezhető. Értékét elsősorban a vízgyűjtő-terület változatlannak tekintett jellemzői befolyásolják, főleg a vizsgált térség lejtési viszonyai, a talaj vízáteresztő képessége, valamint a növénytakaró. Egyes csapadékeseményekre vonatkozóan a lefolyási tényező értéke a csapadékhullás időtartamától is függ. A rövidebb időszakokra meghatározott lefolyási tényezőt az árvízi és belvízi előrejelzéseknél alkalmazzák, a hosszabb, évtizedes időskálán számított értékei pedig a vízkészlet-gazdálkodás szempontjából jelentősek. A Magyarországra vonatkozó sokévi átlagos lefolyási tényező értéke 0,15. Ez persze az ország területén belül változó: míg a sík- és dombvidékeken a lefolyási tényező értéke 0,07 és 0,27 közé esik, addig hegyvidékeinken ennél magasabb, 0,50 és 0,78 közötti értékek jellemzők. A Duna teljes medencéjére számított sokévi átlagos lefolyási tényező értéke 0,32 (Stelczer, 2000).

Hajózási, szállítási, utazási és rekreációs célokból kiemelt jelentőségűek a vízfolyások, melyek hosszát, a folyamkilométereket (fkm) a torkolattól visszafelé mérve határozzuk meg. A legfontosabb objektumokat (például közúti és vasúti hidakat, zsilipeket, mérőállomásokat), mellékfolyók betorkollását a hossz-szelvényen adjuk meg. A vízfolyások jobb, illetve bal partját a víz mozgásának irányába tekintve definiáljuk. Sodorvonalnak nevezzük a vízfelszín alatt 20–40 cm mélységben mérhető legnagyobb áramlási sebességeket összekötő vonalat, mely elsősorban kanyarok esetén a meder középvonalától – azaz a partélek közötti felező vonaltól – jelentősebben eltér.

A vízfolyások esetén a meder teltségét a szállított vízhozam és az ezzel szoros összefüggésben álló vízállás határozza meg. Kisebb vízhozamok és alacsony vízállás esetén kisvízi mederről, nagyobb vízhozamok és magas vízállás esetén árvízi mederről beszélhetünk. Mind vízgazdálkodási, mind hajózási szempontból problémát okoznak a kisvízi helyzetek. Ekkor ugyanis a kisebb lefolyó vízhozamból korlátozott mennyiségben lehetséges vízkivétel akár mezőgazdasági, akár ipari felhasználásra. A hajótestek szabad mozgásához megfelelő vízmélység szükséges, ami alacsonyabb vízállás esetén nem áll rendelkezésre – ilyenkor a nagyobb méretű hajók nem tudnak a vízfolyás egyes szakaszain biztonságosan közlekedni. Az árvízi helyzetekben a különböző fokozatú készültség feladatainak ellátásában a vízügyi szakembereken kívül a katasztrófavédelem munkatársai is részt vesznek. A gátrendszer megerősítése (például homokzsákok kihelyezésével) és a levonuló árhullámhoz kapcsolódó vízállás folyamatos figyelése rendkívül fontos ezekben az időszakokban.

A vízállás mérése viszonylag egyszerű. Hagyományosan lapvízmércével történhet, mely lehet függőleges helyzetű (álló vízmérce, 3.17. ábra) vagy dőlt helyzetű (fekvő vízmérce, 3.18. ábra). Minden esetben a víz szintjére merőleges irányban mérjük a szintváltozásokat. Ezért a dőlt helyzetű vízmércéknél a beosztást ennek megfelelően alakítják ki. A vízmércék beosztása 2 cm vastagságú fekete vonalakkal történik, melyről 1 cm-es mérési pontossággal jól leolvasható a vízszint magassága. A 2 cm-es beosztású közök mellett a vízszint-magasság 10 cm-enként dm egységben ki is van írva a vízmérce lapjára. Mint ahogy a fotókon (3.17. és 3.18. ábra) látható, a kiírás és a beosztások felváltva a bal és jobb oldalon jelennek meg. A szélesebb medrű vízfolyások esetén álló vízmércék sorozatát használják a vízállás rögzítésére, ugyanis a kisvízi és az árvízi helyzetek vízállása csak így határozható meg. Ha a meder közepének közelében lenne egyetlen vízmérce, akkor nagyobb vízállások esetén nehéz lenne a távolból a leolvasás. A meder szélén elhelyezett vízmércével pedig kisvizek esetén teljesen lehetetlenné válna a megfelelő mérés.

Álló vízmérce a Dunán Budapestnél, a Nemzetközi hajóállomás mellett

3.17. ábra. Álló vízmérce (Duna – Budapest, Nemzetközi hajóállomás)

Fekvő vízmérce

3.18. ábra. Fekvő vízmérce (a Pásztó külterületén található Hasznosi víztározó partján)

Rekord árvízi szint a Duna budapesti szakaszán. A fotók a Műegyetem rakparton készültek 2013.06.09-én északi, illetve déli irányba tekintve

3.19. ábra. Rekord árvízi szint a Duna budapesti szakaszán, 2013.06.09-10., Műegyetem rakpart

A Duna budapesti mérési keresztszelvénye a Nemzetközi Hajóállomás közelében a Vigadó térnél található 1646,5 fkm-nél. Az épület falán több nevezetes árvízi helyzet vízszint magassága be van jelölve. Az árvízi helyzetekhez minden egyes mérési keresztszelvényre meghatározták a készültségi fokozatok vízállásait (az egyes fokozatokhoz kapcsolódó feladatokat a 10/1997. KHVM rendelet tartalmazza). Például Budapesten az I. fokozatú árvízvédelmi készültség a keresztszelvénynél mért 620 cm-es vízállásnál lép életbe, a II. fokozatú 700 cm-esnél, s a legsúlyosabb, III. fokozatú pedig 800 cm-esnél. A csaknem két évszázadra visszatekintő vízállás mérések alapján a budapesti vízmércén valaha mért ún. legnagyobb víz szintje 889 cm volt, s ezt éppen 2013. június 10-én regisztrálták (3.19. ábra). A XX. század jelentős dunai árvizei Budapesten 1965-ben, 1941-ben, 1940-ben és 1954-ben 800 cm fölötti tetőzési vízszintekkel jelentkeztek (rendre 846 cm, 838 cm, 824 cm, illetve 805 cm szinttel). Hasonlóan magas – rendre 848 cm, 856 cm, illetve 827 cm – volt az árvízi tetőzési vízszint 2002. augusztus 19-én, 2006. április 4-én, 2010. június 8-án is az Országos Vízjelző Szolgálat adatai alapján. A 2010-es év napi vízállás adatainak grafikonja a 3.20. ábrán látható. Az idősor jól tükrözi a Dunán levonuló árvizek jellemző időszakát. Legnagyobb hazai folyónkon nyáron fordul elő leggyakrabban árvíz, melynek okozója az Alpok térségében (illetve a vízgyűjtőterület egyéb részén) hulló nagy mennyiségű csapadék. Amennyiben a vízgyűjtőterület felsőbb részein nagyon heves, intenzív a csapadéktevékenység és több napon keresztül is eltart, rendkívül veszélyes, magas vízállásokkal járó árhullám alakulhat ki. A másik gyakori dunai árvízi időszak kora tavaszra esik. Ezeknek az árvizeknek a kiváltó oka főként a hegyvidékeken meginduló hóolvadás. Ha a tavaszi felmelegedés gyors ütemben következik be, akkor a kialakuló árhullám magasabb vízszinteket okoz a levonulás során. Elsősorban akkor veszélyes ez a kora tavaszi árhullám, amikor közvetlenül jéglevonulás után történik, ekkor ugyanis jégtorlaszok, jégtorlódások miatt visszaduzzasztás alakulhat ki. A csapadék nagy időbeli és térbeli változékonysága miatt a fenti két időszakon kívül az év bármely szakában jelentkezhet árvíz. Az árvízvédelmi rendszer fő eleme a folyók mentén épített árvízvédelmi töltések (gátak), melyeket olyan magasra építenek, hogy a 100 évente egyszer előforduló nagyárvizek levezetésére alkalmasak legyenek. A gátrendszer folyamatos karbantartása mellet elengedhetetlen a védekezési munkálatok központi megszervezése és a minél pontosabb árvízi előrejelzés. A hidrológiai előrejelzést hazánkban az Országos Vízjelző Szolgálat végzi. A kiadott előrejelzések tartalmazzák az árvíz várható tetőző vízállásának időpontját, a tetőzés magasságát és időtartamát, valamint az apadás ütemét.

Napi vízállás idősor a Duna budapesti keresztszelvényén 2010-ben

3.20. ábra. Napi vízállás idősor (06 UTC-kor mért értékek) a Duna budapesti keresztszelvényén (1646,5 fkm, a nullpont magassága: 94,98 m), 2010 (az Országos Vízjelző Szolgálat adartai alapján, www.hydroinfo.hu)

A vízhozam (m3/s), vagyis az időegység alatt a vízfolyás keresztmetszetének átáramló víz mennyiségének mérése – a vízállással ellentétben – nem egyszerű feladat. Kisebb folyók, patakok esetén lehetőség van a folyó keresztszelvényén ideiglenes zsilip kialakítására, és az azon keresztül átjutó víz térfogatának lemérésére például ún. köbözési eljárással (az eltorlaszolt vízfolyás érkező vizét egy ismert térfogatú köböző edénybe engedjük, s a meghatározott időtartam alatti teletöltések számát feljegyezzük). Nagyobb folyók vízhozamát ezzel a módszerrel természetesen nem mérhetjük. Ebben az esetben a vízhozam mérést a víz áramlási sebességének mérésére vezetjük vissza. Ha ismerjük a keresztszelvény területét és a sebességmezőt kellő részletességgel – számos ún. függély mentén több magasságban –, akkor a sebesség (m/s) és a terület (m2) szorzatából kiszámíthatjuk a vízhozamot. A módszer alkalmazhatóságához mindenképpen szükséges a fenti két feltétel, vagyis a keresztszelvény pontos alakjának feltérképezése, s az ún. függély-középsebességek meghatározása.