Területi vízgazdálkodásról
A hazai vízgazdálkodás két fő szakirányba csoportosítható a települési és területi vízgazdálkodásra. A települési vízgazdálkodás a lakosság és ipar vízigényének biztosításával, belterületi csapadékvíz rendezésével és az így keletkezett szennyvizek (használt víz) kezelésével, tisztításával és a természetbe való visszavezetésével foglalkozó tudományág. A területi vízgazdálkodás pedig a természetben előforduló vizek, vízkészletek károkozás nélküli hasznosításával foglalkozik. A két szakterületet a hatósági munka, jogszabály alkotás, vízkészlet-gazdálkodás, vízrajz, vízminőség védelem és kutatás számos ponton összekapcsolja.
Következőkben a területi vízgazdálkodás témakörét egyfajta logikai sorrend mentén bemutatva képet igyekszünk rajzolni a Tanszékünk által oktatott ismeretanyagról.
A vízügytörténet és azon belül magyar vízügytörténet áttekintésével érthetővé válik a hazai vízgazdálkodás kialakult rendszere. Széchenyi szerint a magyar vízbajok megszüntetésének természetes sorrendje: a szabályozással egybekapcsolt ármentesítés és az azt követő lecsapolás, amiket azután az öntözésnek kell betetőznie. Napjainkra sem változott ez az alaptézis s talán csak a tározással (dombvidéki, síkvidéki) egészül ki, mely egyaránt képes a károsan sok vagy éppen kevés víz által okozott gondok enyhítésére.
A sorrendiséget követve első feladat a folyószabályozás, ami az árvizek, a hordalék és a jég károkozás nélküli levezetése mellett a hajózási igények kielégítését szolgálja. Ma már nem egyszerűen folyószabályozásról, hanem folyógazdálkodásról beszélünk, ami jóval átfogóbb fogalom, mert ez a tervszerű vízgazdálkodás a mezőgazdasági, ipari és társadalmi fejlődésének lehetőségét teremtette meg. Mindezek alapja a természetes felszíni vizek a folyók és állóvizek szabályozása volt, a folyógazdálkodás fogalomköre mindezt magában foglalja.
Az ember a víz nélkül nem élhet, ezért mindig is igyekezett minél közelebb megtelepedni az életet jelentő vizet adó folyókhoz, tavakhoz. Ez a közelség azonban nem csak előnyökkel, könnyű vízbeszerzési lehetőségekkel, hanem hátrányokkal is járt, számolni kellett az áradások miatti károkkal is. Amíg a társadalmi fejlődés, a letelepedés kezdeti szakaszában jártunk ez a kártétel nem volt jelentős, hiszen mód volt az áradás előli kitérésre/elmenekülésre. Azonban a kitérés lehetőségének csökkenésével egy időben megjelent az árvédelem igénye, ami maga után vonta a vízszabályozás tudományának fejlődését is. Később természetesen nőttek az igények és követelmények, nem állt rendelkezésre korlátlanul az éltető víz, illetve oda is el kellett juttatni ahol korábban nem volt. Ehhez azonban be kellett avatkozni a folyók és a tavak természetes életébe, vagyis az ember úgy változtatta meg (szabályozta) a természetes állapotot, hogy a számára kedvezőbb körülményeket teremtett. A vízszabályozás egyrészt vízkár elhárítási, másrészt vízhasznosítási célokat szolgált. A vízszabályozás tehát, a természetes folyók és állóvizek kártételeinek megakadályozására, illetve a vízhasznosítás elősegítésére szolgáló olyan műszaki tevékenység, mely a folyó- és állóvízek medrére és környezetére kiterjedően a vízrajzi viszonyokat módosítja vagy megváltoztatja. Az általánosan megfogalmazható szabályozási tevékenység a következő feladatcsoportokba osztható: folyószabályozás, tószabályozás, hegy- és dombvidéki vízrendezés, síkvidéki vízrendezés. A folyógazdálkodás tárgykörében az iménti osztályozás első két elemével foglalkozunk.
A folyószabályozás helyes, hosszútávon fenntartható kialakításának érdekében meg kell ismerkedni a folyóvölgyek keletkezésével, vízfolyások kialakulásával és csoportosításával (folyam, folyó, kisvízfolyás, patak, ér, vízmosás), a folyók szakaszjellegével (felső, közép, alsó), kanyarulataival (egyenes, álkanyar, fejletlen, fejlett, túlfejlett, érett, átszakadó) valamint a torkolatok fajtáival (tölcsér, delta). Lényegében a folyók természetes munkáját és a feltárt törvényszerűségeket (Fargue, Girardon, Missisippi Folyami Bizottság) kihasználva igyekszünk biztosítani a jég, a hordalék, az árvíz levezetését. Mindemellett biztosítani igyekszünk a hajózás, a vízerő hasznosítás, a műtárgy védelem (híd, töltés, kikötő, vízkivétel) módozatait, megteremtjük a víz jóléti használatát (rekreáció). Sőt a XX. században felismert ökológiai igényeknek megfelelően a vízi- (kékfolyosó) és vízhez kötődő (zöldfolyosó) szárazföldi élőlények vándorlási útvonalainak kialakítása mellett a mozaikosság fenntartására, revitalizálására és ezzel a biodiverzitás növekedésére egyaránt törekszünk. Ősállapotú folyó esetében a szabályozást a nagyvízi szabályozással kell kezdeni amit a középvízi, majd kisvízi szabályozás követ. A folyó esetében a szabályozás kereszt és hosszirányú művekkel valósul meg, melyek segítségével a folyó saját maga végzi el a kívánt beavatkozást. A vízerő hasznosítás és így a folyók lépcsőzése, de a hajózás feltételeinek (kikötők, hajóút kitűzés, hajózási űrszelvény biztosítása) megteremtése mind ehhez a témakörhöz tartozik.
A tószabályozás esetében a víz energiájának a folyószabályozáshoz hasonlatos kihasználására nincs mód. Itt a vízszint, a partvonal, a meder és a vízminőség szabályozás műszaki beavatkozásaira van lehetőségünk.
A hegy- és dombvidéki területeken a vízrendezés feladata a lejtőkön kialakuló erózió megakadályozása illetve a már erodálódott (vízmosás) részek megkötése, valamint a patakokba jutott víz károkozás nélküli levezetése. Itt a lehulló csapadék minden esetben utat talál magának a lejtők mentén és a mélyebb területek felé lefolyik, ezt a folyamatot szabad összegyülekezésnek nevezzük. A szabad összegyülekezés által a vízgyűjtő területek a természet munkája által jönnek létre, de ez korántsem jelenti azt, hogy emberi beavatkozás nélkül hosszútávon állandósulnának a társadalom számára kedvező viszonyok. A lejtőkön lefolyó víz energiája képes a talaj felszínét erodálni. Az erózió tulajdonképpen már a lehulló csapadék talajfelszínre érkezésekor megindul a csepp erózióval, sőt kémiai erózióval (oldódás), majd lepel-, barázdás-, árkos erózióval is számolnunk kell, ami a talajok szerkezetét roncsolhatja. Az elsődleges feladat tehát a lejtők erózióval szembeni védelme, azaz a lejtők vízrendezése: lehullott csapadék vissza, illetve helyben tartása (tározás), valamint szabályozott (károkozás nélküli) befogadóba vezetése, utóbbi eszközei: teraszozás, sáncolás, övárok építés, talajcsövezés. A legnagyobb igyekezet ellenére is előfordul, hogy az erózió utat tör magának és viszonylag rövid idő alatt vízmosás alakul ki. A vízmosás káros mechanizmusát meg kell állítani és amennyiben lehetséges a folyamatot meg kell fordítani. Ezt a műszaki beavatkozást vízmosás kötésnek nevezzük, mely vízmosáskötő gátakkal valósítható meg. A vízmosás kötő gátak közül a legfelső a fejgát, a többi közbenső gát. A gátak szerkezeti kialakítása és építése lehet földből, rőzséből, kőből, betonból, előgyártott elemekből. Nagyon fontos vízépítőmérnöki feladat a vízmosáskötő művek hidraulikai és statikai méretezése.
Amennyiben a lejtőkről sikerül a vizeket károkozás nélkül a befogadókba (vízfolyások, patakok) juttatnunk a soron következő feladat az összefolyt vizek vonal menti szabályozott elvezetése. A vonal menti szabályozott elvezetést patakszabályozásnak nevezzük. A szabályozás során morfológiai, hidrológiai, hidraulikai és talajmechanikai szempontok mellett a természetharmónikus megoldásokra kell törekedni. A patakok jellemzői, melyek együttes figyelembevétele nehézségeket okoz: általában kis vízhozam, rövid idejű nagy vízhozam, keskeny árterület, kicsi mederméretek, nagy és kis vízhozam közötti magas arány, hordalék elragadó ereje nagyvíznél jelentős. A vízrendezés lényege ebben az esetben olyan műszaki tevékenység megvalósítása, melynek keretében a vízfolyást mederbővítéssel, meder áthelyezéssel, meder stabilizálással, átmetszéssel, és műtárgyakkal a mértékadó vízhozam levezetésére alkalmassá igyekszünk tenni. Ehhez viszont hidrológiai módszerekkel meg kell határozni a mértékadó vízhozam nagyságát, ami az egyik legkényesebb feladata a dombvidéki vízrendezés tárgykörének. A víz károkozás nélküli, mederben történő levezetésének tervezésénél helyszínrajzi, magassági nyomvonaltervezést és emellett keresztmetszeti méretezéseket is el kell végezni. A tervezés iterációs, optimum keresési feladat, amit a természetvédelmi és gazdasági körülmények egyaránt befolyásolnak. A patakszabályozás legfontosabb műszaki feladatai a koncentrált eséscsökkentő műtárgyak (surrantók, bukók, fenéklépcsők), mederburkolatok, keresztező műtárgyak helyes tervezése és kialakítása.
A károsan sok, nagy mennyiségű víz hirtelen elvezetése felveti azt a kérdést is, hogy üresen tartott tározókkal nem lehetne-e mérsékelni az alvízi területek terhelését. A megoldást az úgynevezett záportározók jelentik, melyek révén a patakok mértékadó vízhozamra való kiépítése kisebb keresztmetszeti méretekkel is elérhető.
A síkvidéki vízrendezés feladata mély fekvésű alföldi jellegű, sík területekre érkező vizek károkozás nélküli elvezetésének és a vízhiányos időszakok alatti vízigények biztosítása, mely mezőgazdasági és műszaki beavatkozások összességén keresztül valósul meg a természetvédelmi és ökológiai szempontok figyelembevételével.
Síkvidékre lehulló csapadék lejtők hiányában nem minden esetben talál utat a befogadók irányába, ezért mesterséges csatornahálózattal segítjük az ilyen területek vízelvezetését, ezt a folyamatot befolyásolt összegyülekezésnek nevezzük. A folyók árvízmentesítésével, azaz töltések közé szorításával megoldottuk ugyan az értékes ártéri területek folyók kiöntése elleni védelmét, de új problémát is létrehoztunk: a belvizet. A korábban árvízjárta mély területek közvetlen kapcsolata megszakadt a folyóval, így a magasabb területekről érkező külvizek és a csapadékból származó víz megreked ezeken a területeken, amit az árvízek okozta mentett oldali fakadóvizek is tovább szaporítanak. Az így kialakuló belvíz elég egyedülálló feladatok elé állítja a hazai vízgazdálkodást, amit az is bizonyít, hogy több nemzetnél a belvíz fogalma meg sem jelenik a szakzsargonban. A síkvidéki vízrendezés legfőbb feladata tehát a belvíz károkozás nélküli elvezetése, amit a külvizek ővcsatornák általi összegyűjtésével és elvezetésével valamint a belvízvédelmi öblözetek felszíni és felszín alatti vízrendezésével érnek el. Klasszikus felszíni vízrendezési feladat olyan belvízcsatorna hálózat kiépítése, mely egyaránt alkalmas a károsan sok víz gyors elvezetésére és a vízhiányos időszakok alatti vízigények biztosítására. A csatornahálózat befogadóba történő csatlakoztatása az egyik legkényesebb feladat, mert ez csak az árvédelmi töltések keresztezésével érhető el. A belvizes és árvizes időszakok általános egybeesése miatt ezeken a helyszíneken a gravitációs vízkivezetés nem mindig biztosítható ezért a szivattyúzás lehetőségét is biztosítani kell (szivattyútelepek). Ahhoz, hogy a csatornahálózat a kivezetési pontokhoz megfelelő időzítéssel szállíthassa a vizeket és a vízigények szétosztása is irányítottan működhessen szükség van úgynevezett vízkormányzásra, amit zsilipekkel, tiltókkal oldanak meg. A csatornahálózat által átszőtt síkvidéki területen a vizeken való átkelést átereszek és hidak biztosítják. A műtárgyak elő és utófenekét és a nagyobb sebességű csatornaszakaszok védelmét a kimosódás ellen mederburkolással biztosítják. A károsan sok és kevés víz egyaránt gondot okoz, amit a komplex vízgazdálkodást is lehetővé tevő tározás old meg (csapadékvíz-, belvíz, öntözővíz tározók).
A síkvidéki vízrendezési rendszerek és azok műtárgyainak méretezéséhez alapos hidrológiai és hidraulikai ismeretek szükségesek. A méretezési eljárások zöme a hazai mérnöki kutatások eredménye, de még a legjobb tervezés sem képes figyelembe venni a fenntartási munkák elmaradásából eredő bajokat.
A síkvidéki területek csatornáira lassú vízmozgás és kis mederesés jellemző, ami a vízi növényzet gyors burjánzására ad lehetőséget, ezt a folyamatot a bevezetett, tápanyagban dús tisztított szennyvizek is tovább erősítik. Így a tárgykör egyik legfontosabb fenntartási feladata a csatornahálózat folyamatos tisztán tartása (kotrás, kaszálás, cserjeirtás). A karbantartott vízrendszer üzemirányításához korrekt, folyamatos hidrometriai adatokra van szükség, amit a vízrajzi szolgálat biztosít.
Hazánkban a természeti (Csapadék, Morfológia, Talajvíz, Hőmérséklet, Talajfagy, Talajszerkezet, Víztranszport, Vízgyűjtő nagysága) és emberi (Kiépítettség, Fenntartottság, Üzemelés, Területhasználat, Melioráció, Településrendezés, Csatornázottság, Vízgyűjtő fejlettségi-, nemzetközi jellege) okokból, a gondos vízrendezési tevékenység ellenére is, kialakulhat belvíz. A síkvidéken rekedő károsan sok víz elleni operatív küzdelmet: belvízvédekezésnek nevezzük.
A víztesteket (vízfolyások és tavak) szabályozni, míg a vízgyűjtő területeket (hegy- és dombvidéki vagy síkvidéki) felszíni és felszín alatti megoldásokkal rendezni kell. A területi vízrendezés feladatai nem állnak meg a települések határán, mert a belterületi vízrendezés, azaz a csapadékvíz elvezetés is szervesen kötődik a tárgyhoz.
A szabályozási és rendezési munkák ellenére is számolnunk kell a vízkárelhárítás tevékenységével, mely rendre a legnehezebb feladatok elé állítja a területi vízgazdálkodó mérnökököket. A vízkárok közül - melyek lehetnek árvíz, belvíz, jég, aszály végül pedig a vízminőségi problémák - emeljük ki az árvizet, mert hazánkban ennek jelentősége mára már elfogadott. Napjainkra az ország folyói (2800 km) mentén 4200 km hosszú árvédelmi főmű (védtöltés) véd meg 21200 km2 mentesített árteret, ahol 2,4 millió ember él, ez hazánk területének 23%-a, ami egyedülálló Európában! A mértékadó árvíz szintjére (átlagosan 100 évenként egyszer előforduló árvíz) épültek ki védvonalaink, de ez nem jelenti azt, hogy nagyobb árvíz nem lehetséges. Ezért a kiépítettség ellenére az árvizek elleni küzdelem nem állhat meg hiszen az év bármely szakában, bármelyik folyónkon kialakulhat akár rendkívüli árvíz is. Sok év tapasztalata szerint jellemzően 2-3 évenként kis, 5-6 évenként közepes, 10-12 évenként rendkívüli árvizekre lehet számítani.
A folyókon levonuló árvizek vagy a belvízek elleni védekezés (szerkezeti és nem szerkezeti megoldásokkal) és a vízi közlekedés feltételrendszerének biztosítása (csatornák, hajóút, vízlépcső, hajózsilip, kikötők), valamint a vízerő hasznosítás (vízerőmű, turbinák, szivattyús energiatározó) egyaránt feladata a vízépítő mérnököknek. De az aszály, mely a vízkárok közül szintén jelentős problémák okozója csakis az öntözéssel enyhíthető. Gazdaságos és eredményes öntözési technológia (felületi-, esőztető-, altalaj- és csepegtető öntözés) megválasztása precíz mérnöki tervezést és nagy körültekintést igénylő feladat.
A mezőgazdasági vízhasznosítás speciális ága a haltenyésztés, melyhez halastavak kialakítása és megfelelő üzemeltetése egyaránt szükséges.
A felsorolt, széleskörű feladatok műszaki megoldása mellett azok jogi hátterének biztosítása is megjelenik a területi vízgazdálkodásban dolgozók munkájaként.