Történelmi előzmények

A Nagy-Duna jobb partján, a Szigetközben a szervezett árvízmentesítési munkálatok már a 19. század előtt megkezdődtek, árvízvédelmi társulat az 1876. évi árvíz után alakult. A Duna többször betört az öblözetbe, például 1899-ben Nagybajcsnál vagy 1954-ben négy helyen is.

A Patkányosi töltés a Duna jobb partján a 01.01. szigetközi árvízvédelmi öblözetet védi. Ezen a szakaszon a Vízügyi Igazgatóság szakemberei a felszíni viszonyok alapján számos holtágkeresztezést azonosítottak az 1980-as évek elején. Ezek közül több található a jelenlegi buzgár környezetében. Kétségtelen, hogy a holtágkeresztezéseknek jelentős szerepük van a buzgárok kialakulásában, azonban azt is látni kell, hogy a Kisalföld Duna menti sávját az előző egy-két százezer évben keresztül-kasul szőtték a Duna felhagyott medrei. Az, hogy jelenleg mit tekintünk holtágnak vagy holt medernek, csak az előző néhány száz év eredménye.

Árvíz után az Észak-dunántúli Vízügyi Igazgatóság (ÉDUVIZIG) nagy precizitással elkészítette a buzgárok környékének feltételezhető holtágkeresztezés kataszterét, a második katonai felmérés, a 10 000-es kataszteri felmérés és a műholdas felmérés adatai alapján. Ezek szerint csak a 12+260 szelvény közvetlen közelében nem volt holtágkeresztezés azonosítható a topografikus viszonyok alapján (1. ábra).

1. ábra. A térképi adatokat Gombás Károly (ÉDUVIZIG) dolgozta fel

A vizsgált szakaszra az altalajállékonysági vizsgálat 1989 októberében készült. A geofizikai hossz-szelvényen az 5 m-es feltárási mélységig ρ = 10–120 Ωm ellenállású, gyengén kötött és átmeneti talajokat azonosítottak. Azonban a vizsgálat a mentett oldali lábnál volt, a buzgár pedig attól 30-50 m-re keletkezett. Így a 12+260 szelvényhez legközelebbi állékonyságvizsgálati helyeken a biztonsági tényező mindenhol megfelelő volt koronával színelő vízszint esetére is.

A helyszín, a jelenség és a védekezés leírása

2013 júniusában minden idők legmagasabb jégmentes árvize vonult le a Felső-Dunán. A hirtelen növekvő vízállás után viszonylag gyors apadás következett.

A Duna jobb parton kialakult buzgárok elsősorban a korábbi gáttervezéssel érintett területen kívül jelentek meg csoportban (1. és 2. kép).

1. kép. A Patkányosi buzgár az előtér beszakadása előtt

Az ellennyomó medencék a mentett oldali feltöltés (vagy ellennyomó medence) külső oldalánál jelentkeztek. Itt a terepben is esés van a gáttól távolodva, arról nem beszélve, hogy az erdőben az árvízi védekezés milyen nehézséget jelent. A homokzsákos buzgárelfogás szükséges, elégséges, szakszerű és sikeres volt. A beavatkozók a feladatukat körültekintéssel és hozzáértéssel végezték.

2. kép. Szakértői szemle a buzgárnál. Jól azonosítható a középső medencében tartott magasabb vízszint

Az árvízi tetőzés után az előtér beszakadt, és csaknem pontosan 3 m-es, mintegy 40-50 cm mély horpadás keletkezett (3. kép).

3. kép. Az előtér beszakadása a Patkányosi árvízvédelmi szakaszon 2013 júniusában. A hátrarágódó erózió nagyszerű példája, amikor a buzgár járata feletti talajréteg a víznyomás csökkenése miatt már nem tudott átboltozódni, és beszakadt.

A beszakadás alján megjelent a szivárgó víz, kialakult az éppen aktuális talajvízszint, mely mintegy 30 cm-rel volt a terepszint alatt.

Geotechnikai vizsgálatok

A Szigetköz alatt helyenként 250-300 m vastag kavics, homokos kavics altalaj van, ám szivárgás szempontjából csak a felső mintegy 30 m rétegzettsége az érdekes. Buzgároknál azonban a legfontosabb a felszíni kötött réteg vastagsága, illetve a kötött réteg alatti finomszemcsés réteg, majd esetleg mélyebben egy jó vízvezető réteg megléte. Ez a klasszikus háromrétegű talajban kialakuló buzgár a kis-alföldi viszonyokra igen jellemző.

A feltárási terv készítésénél elsődleges szempont a károsodás okának azonosítására vonatkozó adatgyűjtés volt. A fúrások hálózatban lettek telepítve, kiszolgálandó a későbbi szivárgásszámítást.

Felszínközeli geoelektromos mérés a töltés mentett oldali lábánál a töltéssel párhuzamosan történt. A nagy részletességű, méterenkénti elektródakiosztás mellett a vizsgálat 18 m behatolási mélységgel készült. Az intelligens elektródák lehetővé tették a gyors mérést a vizsgált 500 m hosszú szakaszon. Az elektromos mérések azt mutatták, hogy a buzgár környezetében a kötött fedőréteg elvékonyodik.

A töltés altalaja szabályos vízszintes rétegződést mutat. A felszíni 0,3–2,1 m vastag kötött réteg alatt a termett talaj szemcséi egyre durvábbak lesznek, egészen a szürke, gyengén iszapos kavicsos homok, homokos kavicsig, mely 4,1 m mélyen jelentkezett a terepszint alatt. Ez a réteg jó vízvezető, közepesen graduált, a buzgár kialakulásához megfelelő nyomást és kellő mennyiségű vizet tud szállítani. Az átmenet az egyes rétegek között nem folyamatos. Az előtér feltöltése homokból, homokos kavicsból történt.

A buzgár által kimosott talajminták görbéi a 2. ábrán láthatók. A szemeloszlási görbe alapján a buzgár által kihordott anyag a 12+260 szelvényekben iszapos finom homok, iszapos homok, melynek egyenlőtlenségi mutatója C_U = 4,2–11,5, iszaptartalma 8–14% közötti.

2. ábra. A buzgárokból kimosott talajok szemeloszlási görbéi a Nagy-Duna jobb part 12+260 buzgároknál

Szivárgási viszonyok

A szivárgási viszonyok vizsgálatánál három olyan terület is van, mely fontos egyrészt a „back analysis”-nél, másrészt a későbbi tervezésnél. Ezek a vízszintek rögzítése a különböző védekezési fázisokban, a talaj áteresztőképességének a lehető legjobb becslése és a szivárgási modell alkalmazása. Mind­három területen lényeges volt az előrelépés az elmúlt években.
Ez alapján több időpontra is meghatározható a biztonsági tényező értéke, illetve a későbbi tervezésnél ezek megfelelő alapadatot szolgáltatnak.

A buzgárt létrehozó globális hidraulikus gradiens értéke a talajrétegződés és a geometriai méretek alapján i = 0,05 értékűre számítható a buzgár kialakulásának időpontjában, ami lényegesen kisebb, mint a törési határ gradiens értéke. A buzgár elfogása kb. 0,7 m-es vízszinttartással történt, vagyis a buzgár helyére vonatkoztatva a talaj ellenállása i = 0,043 hidraulikus gradienssel jellemezhető. Ezek az átlagos hidraulikus gradiensek azonban csak korlátozottan használhatók, segítségükkel lehet rávilágítani arra, hogy részletes szivárgásszámítást kell készíteni.

A 12+260 szelvényben végeselemes szivárgásvizsgálat készült. Az ennek eredményeként számított nyomómagasság a 3. ábrán látható. A számításokban állandósult vízmozgást tételeztünk fel, melynek során a vízoldali vízszint a 2013. júniusi LNV-vel egyezik meg, a mentett oldali vízszint pedig a terepszint környékén van. A buzgár kialakulása előtti pillanatra végzett számítás szerint a biztonsági tényező értéke különböző fúrások esetén γ = 0,7–0,85 közöttire adódott. Meg kell jegyezni, hogy ennél a számításnál még nem lehetett figyelembe venni a buzgár ellennyomó medencékben tartott vízszint ellennyomását.

3. ábra. A javasolt feltöltés vastagsága

Az ellennyomó medence építésével a biztonsági tényező γ = 1,0 értékre nőtt, vízáramlás még van, de szemcsekimosódás már nincs. Ám a távlati tervezés szempontjából nem elégedhetünk meg a γ = 1,0 biztonsági tényező értékével, ami a stabil-labil állapotot jelenti. Valamilyen szabvány biztonsági előírásait kellene követni.

Összefoglalás

A buzgárképződésnél három hatás (a talajok, a topográfia és a hidraulika) bonyolult kombinációja alkotja a természeti jelenséget. Annak ellenére, hogy ezekről a hatásokról egyenként egyre többet tudunk, vannak még feltérképezetlen területek a buzgár kialakulásával kapcsolatban (Nagy 2012).

A jelenség kiváltó okainak vizsgálatánál meg kell állapítani, hogy a Patkányosi buzgárnál a víz a mentett oldalon a töltés lábától viszonylag távol talált utat a felszínre, és hordott ki több kürtőn keresztül úgy egy köbméternél is több talajt az elfogását megelőző és az alatti időben. A buzgár helye a környék mélyvonulata, de a topografikus viszonyok alapján kizárható a feltöltődött holtág.

A kimosott anyag közepes és finom homok, iszapos homok megnevezésű, a szakirodalom szerint buzgárképződésre a legveszélyesebb. A helyszínen azonosított alacsony egyenlőtlenségi mutatójú C_U < 5,0, alacsony iszaptartalmú talaj könnyen kimosható.

A buzgár kialakulásának közvetlen kiváltó okaként a magas vízállás adható meg, mely meghaladta a MÁSZ (mértékadó árvízszint) értékét. Meglévő kedvezőtlen adottságok a következők:

• az altalaj rétegződése, a fedőréteg elvékonyodása és a jó vízvezető alacsony egyenlőtlenségi mutatójú közepes és finom homok, iszapos homok jelenléte;

• a terepszint kereszt- és hosszirányú magasságkülönbsége;

• a buzgár(ok) által már korábbi árvizeknél gyengített keresztmetszet megléte.

A 12+260 tkm szelvényben kavicsfeltöltés alatti rétegekben a buzgár kialakított egy üreget, amely az egymást követő árvizeknél a kimosódott talaj helyén képződött. A kavicsban nincs olyan átboltozódás, mint a kötött talajokban, így a kimosódott talaj helyére a felhajtóerő és a szivárgási nyomás megszűntekor a felsőbb rétegek beszakadtak. A Duna-vízszint csökkenésével (apadó ágon) csökkent a felfelé ható víznyomás és vízáramlás, melyet a vízszintcsökkenésnél már nem tudott a felhajtóerő és a felfelé áramlás pótolni.

A számításokból levonható következtetések jól mutatják, hogy a 01.03. árvízvédelmi szakaszon csaknem mindenhol hidraulikai állékonysági probléma jelentkezhet. Más helyeken végzett vizsgálatokkal együtt kijelenthető, hogy az 1950-es, 1960-as években kialakított biztonság a folyamatos vízszintemelkedés hatására kimerült. A buzgárcsoport kialakulása nemcsak azt jelenti, hogy a töltéstől távolabbi területet is be kell fogni a tervezésbe, hanem hogy további kisajátításra lesz szükség. A tervezett feltöltés vastagságát a 3. ábra mutatja γ = 1,35 biztonsági tényező figyelembevételével.•

Irodalom
Nagy L. (2014): Buzgárok az árvízvédelemben. OVF, PR-Innovation Kft. Nyomda, Bu­da­pest, ISBN 978-963-12-0319-6.