Árhullámmegfogás és vízszintemelés folyókban a Felső-Tisza vidéken”

A koncepciótanulmány főbb eredményeinek összefoglalása

Előzmények:

A projektrész általános célja a Tiszából, Szamosból, Krasznából tervezett vízpótlási megoldások megvalósulása vizet kell juttassanak egyrészt az érintett csatornarendszerekbe másrészt egyes kijelölt mélyfekvésű területekre. A tájban ilyen módon megjelenő víz csökkenti a légköri aszályt, javítja a mikroklimatikus viszonyokat, lassítja, illetve hosszú távon megállítja a talajvízszint süllyedését, valamint vízhez juttatja a kiszáradással fenyegetett természetes területeket”

A megvalósuló vízpótlás az elért hatásterületeken segíti az éghajlatváltozás szélsőségeihez való alkalmazkodást a Felső-tiszai folyók és folyószakaszok mentén.

A projektrész teljes mértékben megfelel a 2004. évi LXVII. törvény célkitűzéseinek. (Vásárhelyi terv továbbfejlesztése, VTT) I. Fejezet, 2§.:

„c) az árvíz szabályozott kivezetését és a folyóba történő szükség szerinti visszavezetését (vagy vízhiányos területre történő átvezetését) szolgáló, műtárgyakból és tározókból álló árapasztó rendszert úgy kell kialakítani és működtetni, hogy az – az árvízvédelmi funkció biztosítása mellett, még a mértékadó árvízszint alatti árhullámok esetében is – hasznosítható legyen az agrár-környezetgazdálkodási, a klímavédelmi és a Tisza-völgy fejlesztésével kapcsolatos programokban előirányzott célok megvalósítása, valamint a természetes élőhelyek fenntartása és gyarapítása során. A tározókban és a hozzájuk kapcsolódó tájgazdálkodási mintaterületeken biztosítani kell – megfelelő vízhozam esetén – az évenkénti, rendszeres sekélyvízű elöntés lehetőségét.”

A vizsgálatokat és a koncepciótanulmányt a Viziterv Environ Nonprofit Kft. által vezetett konzorcium készítette el. A megvalósítás folyamán a konzorcium folyamatos szakmai egyeztetéseket folytatott a szakmai ellenőrzésbe bevont Felső-Tisza-vidéki Vízügyi Igazgatóság szakembereivel.

A vállalkozó konzorcium a munka keretében, annak első fázisában, feltárta és tanulmányozta mindazon előzményeket melyek a fenti megállapítások és célok teljesítésével összefüggésben vannak, azzal a céllal, hogy a korábban szerzett tapasztalatokat és eredményeket integrálják a jelen tervezési munkába.

A felső-tiszai térségben, a korábbi mintegy két-három évtizedben számos olyan terv született és valósult meg, melyek a klímaszélsőségek kezelését célozták.

Fontos előzmény, hogy a KMME 2024-ben ugyanezen projekt keretében négy tanulmányt készített:

• Kelet-Nyírség vízpótlásának előkészítése,
• Szatmári térség vízpótlásának előkészítése,
• Dél – Nyírség vízpótlásának előkészítése,
• További víztározó kapacitások kialakításának előzetes vizsgálata a Beregben címmel

A jelen munka keretében a vállalkozó ezen előzetes vizsgálatokban foglalt javaslatokat beépítette, illetve szükség szerint a tervezett vízszintemeléssel összefüggésben továbbfejlesztette.

A közbeszerzési műszaki dokumentáció 2.1 pontja az alábbi feladatokat határozta meg a vállalkozó részére:

„A kialakult kedvezőtlen vízállapotokat előidéző okok között, a meglévő irodalom és vizsgálati eredmények felkutatásával és annak felhasználásával vizsgálandó:

• a kisebb mennyiségű és kedvezőtlen eloszlású csapadék az érintett folyószakaszon és annak vízgyűjtő területén;
• A hullámtéren jellemző területhasználatok változása, beleértve a mellékágak, holtágak vízszállító és vízmegtartó képességének alakulását;
• a hordalékmérlegben történt változások az elmúlt évtizedekben, feltárva a felső folyószakaszokon esetlegesen előforduló kavicskitermelést és emiatt a medererózió fokozódását;
• a főmeder szabályozási munkálatai az elmúlt 30 évben (a kiterjedt szabályozási munkák után véghez vitt fenntartó típusú beavatkozások)”

A vizsgált területen – főként a Nyírséget érintően – az 1960-70-es évektől, a már korábban is észlelt kiszáradási folyamat egyre intenzívebbé vált.

A meteorológiai adatok elemzéséből tehát kiderült, hogy bár a csapadék mennyisége, különös tekintettel a téli félév mennyiségére, az utóbbi 50 évben tendenciájában nem változott, az átlaghőmérséklet azonban jelentősen, 2-3 °C-ot emelkedett és ezzel együtt a párolgás is.

A talajvízszintek alakulásában az éghajlati változások és az antropogén hatások egyaránt fontos szerepet játszanak Bár az éves csapadékösszegek a bázisévtől számítva jelentősen nem változtak, a talajvízszintek 30 éves átlagait (1970-2000 vs. 2000-2022) összehasonlítva megfigyelhető, hogy azok átlagosan 0,5-1,0 m-t csökkentek. Ennek a csökkenésnek a legfőbb kiváltó okai a növekvő hőmérséklet, a csapadék éves eloszlásának eltolódása, a növekvő párolgás és a szintén növekvő vízigények.

A folyók mederváltozásainak elemzése nem egyszerű feladat tekintettel a múltból rendelkezésre álló megbízható adatok szűkösségére. Talán a legmegbízhatóbb következtetést a vízmércéken mért kisvízi adatssorok elemzéséből vonhatunk le. A kisvízi adatsorokból az látszik, hogy a leglátványosabb medersüllyedés-re a 19. század második felétől elkezdődött és a nagyütemű folyószabályozásokat követő évtizedekben kerülhetett sor. A medersüllyedési folyamat az 1920 – 1940 között lelassult, de jelenleg is tart. A 2008 – 2010 utáni kisvízi adatsorokban jelentkező csökkenő trend alakulásában már a klímaváltozás okozta hidrológiai, meteorológiai körülmények egyre nagyobb szerepet játszanak. A mederváltozásokat helyenként jelentős mértékben befolyásolhatják a kavicskitermelések. (6.2.10 ábrák) A kavicskitermelés medersüllyesztő hatását egy korábbi tanulmány nagyon egyértelműen kimutatta. A Tiszán Tiszabecs-Milota szakaszon az 1980-as években végzett magyar és ukrán kavicsbányászat hatására a meder és ezzel páthuzamosan a kisvizek szintje 10-12 év alatt több mint egy métert süllyedt. Ez oda vezetett, hogy az akkor még használatban lévő folyóhoz közeli ásott kutak többségéből eltűnt a víz, megnehezítve a lakosság vízhez való jutását.

A koncepcióalkotást és a tervezést megelőző elemzések, mérések, feltárások

Az előzetes geodéziai felmérések célja a műszaki tervezéshez szükséges alapadatok biztosítása, az előirányzott szimulációs és fizikai kisminta modellezésekhez szükséges felületmodell előállítása, a medermorfológiai várható változások becsléséhez adatállományok képzése. Elvégzett feladatok: a vízszintemeléssel érintett nagyvízi meder (2250 ha) és a hozzá kapcsolódó középvízi meder (23,5 km) felmérése, a felmérés adataiból 0,5 m felbontású DTM és 10 cm terepi felbontású, színes (RGB) ortofotó mozaikok készítése. A középvízi és a nagyvízi felmérések összedolgozása egységes nagyvízi medermodellé, amely alkalmas a hidrodinamikai modellezések, elemzések és tervezések támogatására.

Az előzetes geotechnikai feltárás célja az egyes szelvényekben elvi szinten megtervezendő létesítmények alapozási megoldásainak előzetes vizsgálata, segítendő a kivitelezés becsült költségeinek meghatározását. A munka keretében a Tiszán 3 db (Cigánd, Nagyvarsány, Tivadar), a Szamoson 2 db (Tunyogmatolcs, Hermánszeg), és a Krasznán is 2 db (Ópályi, Nagyecsed) folyószelvényben készültek vízvisszatartó műtárgyak kialakítására vonatkozó elvi szintű tervek.

Előzetes hidrológiai vizsgálatok és a beavatkozások becsült hatása a kis, közép és nagyvízi vízjárásra vizsgálatok célja a tervezési munka végrehajtásához szükséges hidrológiai adatok előállítása volt. Az előzetes hidrológiai elemzéseket a Felső-Tisza Tokaj feletti szakaszán lévő vízrajzi törzsállomások idősorai alapján végeztük el.

A Felső-Tiszai felszíni vízkészletek hasznosítási lehetőségeinek segítése

A felső-tiszai folyók vízkészleteinek felhasználása a „vizet a tájba programban”, valamint a mezőgazdálkodásban kétféle módon lehetséges: a folyó vízszintemelését követően gravitációsan vagy szivattyús vízkiemelés útján.

Gravitációs vízkivezetés feltételeinek megteremtése

A teljesítendő egyik fő feladat a Felső-Tiszán és mellékfolyóin a Szamoson és a Krasznán, olyan vízszintemelő létesítmények elvi műszaki engedélyes terveinek kidolgozása, melyek segítségével gravitációs módon vizet juttathatunk a tájba

A tervezési munkát három ütemben végeztük el:

• első tervezési fázisban összesen 14 szerkezeti változat előzetes elemzését végeztük el, elsősorban az alkalmazott hazai és nemzetközi példákra, valamint szakirodalmi adatokra építve.
• második ütem: Az első fázisban kiválasztott szerkezettípusok alkalmazásával a legkedvezőbb elzárási változat keresése történt meg a 2D hidraulikai modell és a fizikai kisminta vizsgálatok, valamint a területi vízelhelyezés legkedvezőbb változatának mérlegelésével. Összesen szelvényenként 4 megoldási változatra szűkítve a lehetőségeket. Az innovatív ponton gát a szelvényenkénti ideiglenes duzzasztási lehetőségek ötödik megoldásaként önálló tervezési munka keretében zajlott.  Ennek célja egy olyan műszaki lehetőség kutatása volt, melyre alapozva elvi szintű tervezés lefolytatása vált lehetségessé. Ennek eredménye a tervezés folyamán szerzett tapasztalatok alapján az eredeti elképzeléstől eltérően nem vált részévé a többszempontú változatelemzésnek, de a véleményezőknek bemutatásra került.
• harmadik ütemben a második tervezési fázisban kiválasztott, szelvényenként négy ideiglenes visszaduzzasztási megoldás részlettervei és költségvetése készült el (külön, a Megvalósíthatósági dokumentumban bemutatva) amely (összesen 28) megoldásból egy szakmai döntési folyamat eredményeként javaslat született a megvalósításra ajánlott preferált változatra. (A többszempontú változatelemzésbe külső független szakértők bevonására került sor). A kiválasztott szelvényenként egy megoldásra vonatkozóan elkészültek az elvi vízjogi engedélyes tervek is.

A projekt keretében vizsgált különböző vízvisszatartási megoldások a következők voltak:

Vízfolyás	Létesítmény neve
Tisza – Tivadar (Tarpa)	Fix küszöbű elzárás Tisza 711+302 fkm
	Összetett elzárás (fix küszöb+Obermeyer tömlős gát) Tisza 705+900 fkm
	Fix küszöbű elzárás, vápában szegmenstáblás nagyműtárgy, Tisza 706+500 fkm
	Fix küszöbű elzárás, vápában hordalék leeresztő műtárgy, Tisza 711+500 fkm
Tisza – Kisvarsány	Fix küszöbű elzárás Tisza 677+551 fkm
	Összetett elzárás (fix küszöb+Obermeyer tömlős gát) Tisza 678+750 fkm
	Fix küszöbű elzárás Tisza 679+300 fkm, vápában szegmenstáblás nagyműtárgy
	Fix küszöbű elzárás Tisza 677+700 fkm, vápában hordalék leeresztő műtárgy
Tisza – Cigánd	Fix küszöbű elzárás Tisza 596+593 fkm
	Összetett elzárás (fix küszöb+Obermeyer tömlős gát) Tisza 597+150 fkm
	Fix küszöbű elzárás Tisza 596+540 fkm, vápában szegmenstáblás nagyműtárgy
	Fix küszöbű elzárás Tisza 593+800 fkm, vápában szegmenstáblás nagyműtárgy
Szamos – Szamossályi	Fix küszöbű elzárás Szamos 36+200 fkm, „hagyma-szelvényű” kompenzáció, övzátony átvágással
	Fix küszöbű elzárás Szamos 37+500 fkm, vápával illetve kenucsúszdával
	Összetett elzárás (fix küszöb+Obermeyer tömlős gát) Szamos 37+500 fkm
	Fix küszöbű elzárás Szamos 36+800 fkm, vápában szegmenstáblás nagyműtárgy
Szamos – Tunyogmatolcs	Fix küszöbű elzárás Szamos 19+091 fkm
	Összetett elzárás (fix küszöb+Obermeyer tömlős gát) Szamos 18+400 fkm
	Fix küszöbű elzárás Szamos 18+300 fkm, vápában szegmenstáblás nagyműtárgy
	Fix küszöbű elzárás Szamos 19+091 fkm, „hagyma-szelvényű” kompenzáció, övzátony átvágással
Kraszna – Nagyecsed	Fix küszöbű elzárás Kraszna 33+067 fkm
	Obermeyer gáttal való elzárás Kraszna 32+200 fkm
	Billenőtáblás elzárás Kraszna 32+900 fkm
	Fix küszöbű elzárás Kraszna 32+900 fkm zsilipes áteresszel
Kraszna – Ópályi	Fix küszöbű elzárás Kraszna 13+461 fkm
	Obermeyer gáttal való elzárás Kraszna 13+250 fkm
	Billenőtáblás elzárás Kraszna 13+300 fkm
	Fix küszöbű elzárás Kraszna 13+300 fkm zsilipes áteresszel

Az összes szempont mérlegelésével a pontozást végző szakemberek az alábbi kiépítési sorrendet javasolták:

Megvalósítás javasolt sorrendje:

• Szamos:          Szamossályi fix küszöb 36+ 200
• Kraszna:         Nagyecsed Obermeyer          32+200
• Tisza:  Cigánd Dombrád szegmens 593+800
• Tisza:   Tarpa-Tivadar szegmens 711+500

Billenő lapos innovatív pontongát (Prof. Dr. Koncsos László és munkatársai)

A Billenő lapos innovatív ponton gáttal kapcsolatban a szakemberek úgy foglaltak állást, hogy annak fejlesztése az egyik legnagyobb eredménye ennek a projektnek, mert a „hagyományos” szerkezetek beépítése, különösen a jelentősebb vízfolyások esetében nem elégítik ki valamennyi, az elzárással szemben támasztott követelményt. Ezért ennek a szerkezetnek a prototípusát az immár gyakorlati kipróbálás és működtetési továbbfejlesztés érdekében mindenképpen javasolt megépíteni egy olyan szabályozható, de kellően nagy vízhozamú vízfolyás, adott szelvényében, ahol az üzemállapotok szimulálására van lehetőség és így a fejlesztés befejezésének időigénye lerövidíthető.

Az innovatív pontongát vizsgálatának célkitűzései, menete, eredményei

Célkitűzésünk megfogalmazása előtt néhány alapvetést fogalmaztunk meg, amelynek meg kell felelnie a tervezett berendezésnek, de egyébként általánosságban is figyelembe veendő alapelvek:

• Kerülni kell a kisvizek duzzasztását, mert a kisvizek rendkívül fontos szerepet játszanak a folyó hordalékháztartásában, a meder stabilitás fenntartásában,
• Kerülni kell az állandó szintű duzzasztást, amely a medertározás maximálására irányul. Ez kifejezetten káros, mert intenzív feliszapolódást okoz. Az alsóbb szakaszra – és nemcsak rövid távolságban – hordalékhiányt előidézve, fokozza a medersüllyedést.
• A kivezetendő vizet nem a mederben kell tározni, hanem a kivezetés részére a mentett oldali mélyárterekben kell átmeneti elhelyezési tereket keresni/találni,
• A vízszint emelés távolsági hatásai a talajvizekre lokálisak, csak néhány száz méterre terjednek, épp ezért a duzzasztóművek nem szolgálják a talajvízszint süllyedés kiküszöbölését közvetlenül, ezért nem cél a szükségtelenül magas és állandó vízszint fenntartása, ezzel szemben a víz tájba vezetése révén elérhető a talajvíz emelés megfelelő beszivárogtató rendszerrel jelentős nagyságú területeken, azaz a víz kivezetési feltételeit kell javítani – ez a műtárgy célja,
• A folyóban kerülendő az állandó vagy kvázi-állandó elzárás, viszont a műtárgyon az élőlényekre nem káros sebességű áramlást az üzemidő tetemes részében fenn kell tartani,
• A műtárgy zárószerkezetének mozgatását energetikailag takarékos, önellátó, célszerű eszközökkel kell biztosítani, lehetőleg keresve a gátmozgatás céljára a hidraulikailag természetes erőhatásokat.

Célkitűzésünk ennek megfelelően:

• Olyan gát fejlesztése volt, amely elkerüli a hordalék felhalmozódását a felvízi szakaszon,
• Ennek következtében a folyó intenzívebb meder erózióját az alsó szakaszon,
• Nem akadályozza az élőlények szabad mozgását, ökológiai és vízminőségi hatása minimális,
• Rövid, célzott, a kivezetési igényhez alkalmazott árasztást okozzon (ideiglenes jellegű legyen),
• Egyszerűen eltávolítható konstrukció legyen, a szerkezet álljon ellen a jéghatásoknak,
• Energetikailag önálló, továbbá jól karbantartható szerkezet legyen,
• Többcélú konstrukció (gát vagy hídszerkezet) legyen, amelynek finanszírozhatósága eséllyel feltételezhető,
• Egyszerű üzemeltetés jellemezze,
• Természetes (a víz „erejére” alapozott) működésű legyen.

A fenti elveket és célkitűzéseket kielégítő konstrukciós megoldást egy, a koncepció tanulmány elkészülésének idején szabadalmaztatási eljárás alatt álló, innovatív, billenő pontongát szerkezetben (Koncsos és munkatársai) találtuk meg.

A konstrukció egy üreges kialakítású ponton-szerkezet, amelyhez a szerkezet hossz-tengelyében mozgatható/felnyitható szárny kapcsolódik a gát mozgatása céljából; fekvő alapállapotában (azaz nyugalmi helyzetében) a szerkezet alatti/vagy a szerkezet alatt és felett egyszerre kialakuló (alsó, felső) áramlást biztosít

A szerkezet működése során az úszóképes (üres, vagy részlegesen folyadékkal telt) pontontest emelkedését a pontontestre ható, az áramlás által befolyásolt folyadéknyomásból származó felfelé ható nyomaték idézi elő, amennyiben az nagyobb, mint az üres pontontest súlyerejének nyomatéka, továbbá annak lesüllyedését a pontontest (szelepeken át történő) feltöltésével és/vagy a mozgó szárnynak a berendezés hasfelülete alá mozgatásával/nyitásával idézzük elő, amely szárnymozgás képes a ponton feletti és alatti térfogatáram arányának befolyásolására, ezáltal pedig a testre ható erők módosítására. A test részlegesen vagy egészen felemelkedett helyzetben jelentős duzzasztóhatást fejt ki, önsúlya által vagy vészhelyzetben vízzel feltöltötten és/vagy szárnymozgatással nyugalomba helyezve – duzzasztó hatása jelentéktelen. A gátmozgatás természetes erők által történik, így energetikailag önálló szerkezet hozható létre; A szerkezet modulokból épül, ezért szélességi mérete rugalmas.

A gát március-november között – 9 hónapban – üzemel, az év többi részében a gát elemeit a fenékre fektetik, karbantartási időszakban (10 évente) eltávolítják a folyóból. A mozgatást a mederbe beépített speciális sínszerkezet segíti.

A fenti főbb megállapításokon túl a tanulmány a következő témák részletes vizsgálatát is elvégezte.

• A szivattyús vízkivezetések a folyókból (szelvényenkénti bemutatás)
• A gravitációsan és/vagy szivattyúsan kivezetett vizek tájban történő elhelyezésének hatásterületenkénti lehetséges megoldásai
• A vízgazdálkodási rendszerekben kijuttatni tervezett vizek hatása a talajvizekre
• A folyó meandereztetésének elvi műszaki lehetőségei, előzetes hatáselemzése
• A környezetre gyakorolt hatások elemzése
• A vizsgált vízszintemelési változatok természetvédelmi szempontú értékelése részletes helyszíni vizsgálatok és elemzés alapján (Dr. Müller Zoltán, Bioaqua Pro Kft.)