Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám:
18/09
Témavezető neve:
Témavezető e-mail címe:
kramer.tamas@emk.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése:
A tófelszín ingadozásának erős hatása van a sekély parti ökoszisztémára, a part morfológiájára és a tóöblök, nádascsatornák gravitációs vízforgalmára. Emellett a szélsőséges ingadozás a part eróziójával és parti területek elöntésével jár. Ezek a felszínmozgások véletlenszerűek és területileg változékonyak. Széles frekvenciatartományt fednek le, ami magába foglalja a hidrológiai vízjárást és a szél okozta dinamikus hatásokat, azaz az öböl-léptékű felszínkilendülést, vízszínlengést és a sokkal rövidebb periodikus hullámzást. A nagy területi változékonyságnak következményeként a vízállás-idősorokból számolt statisztikák a vízmércének csak szűkebb környezetére vonatkoztathatók. A fizikai rendszer hosszúidejű numerikus szimulációjával és az eredményekből levezetett statisztikákkal az elemzés kiterjeszthető a teljes tóra. Az viszont kihívást jelent, hogy egy olyan vízgyűjtő–szél–tó–hullámzás–felfutás modellrendszert alkossunk és kalibráljunk, amellyel mindez hatékonyan végrehajtható.
Jelen kutatási téma a Fertő- vagy Balaton-méretű tavakat célozza meg, amelyekben az árapály és a belső gravitációs hullámok jelentéktelenek, a hullámzást pedig a vízmélység és a szélmeghajtás hossza korlátozza. Ezért a mélyebb tavakra (észak-amerikai Nagy-Tavak vagy svájci tavak, ld. a téma meghatározó irodalmának listáját) készült tanulmányok hasznosak, de adaptálás nélkül nem alkalmazhatók a sekély tavakra. Az egyik nehézség az, hogy a sekélység fokozza a folyamatok nemlinearitását és kérdéses, hogy megengedhető-e a vízszintingadozás különböző összetevőit rájuk szabott modellekkel külön megbecsülni majd egymásra halmozni (ahogy pl. Schwab (1978) tette az Erie-tóra). A folyamatok összekapcsolódása ügyes algoritmizálást és a fizikai modell egyszerűsítését, vagy akár egyes összetevők esetén adatvezérelt módszerekkel való kiváltását igényli.
A kutatási téma célja egy olyan módszer kifejlesztése, amellyel sekély, közepes méretű tavak partja mentén meghatározható a dinamikus vízszintingadozás és a hullámzás valószínűségi eloszlása. A módszer alkalmazhatóságát valós esettanulmánnyal kell bemutatni. Nemcsak a szélsőséges kilendülésekre kell igazolni, hanem az átlagokra és a minimumokra is, mert ezeket a mutatókat hasznosítja az ökológiai vizsgálat, árvízi veszélyértékelés és partvédelem-tervezés. A következő folyamatokat tárgyalni kell: tógazdálkodási (vízszinttartási) forgatókönyvek, a szél területi és időbeli változékonysága, a hullámzás transzformációja a marási zónában, a parti nádas csillapító hatása és a hullámzás felfutása különböző partvédelmi műveken.
***
Fluctuations in the lake surface have a strong effect on the shallow coastal ecosystem, the morphology of the coast and the gravity water circulation of the lake bays and reed canals. In addition, extreme fluctuations are associated with coastal erosion and flooding of coastal areas. These surface movements are random and spatially variable. They cover a wide frequency range, which includes the hydrological water cycle and the dynamic effects caused by the wind. As a consequence of the large regional variability, the statistics calculated from the water level time series can only be applied to the narrower environment of the water level.
The current research topic targets lakes the size of Fertő or Balaton, in which the tides and internal gravity waves are insignificant, and the waves are limited by the water depth and the length of the wind drive. Therefore, studies on deeper lakes (North American Great Lakes or Swiss lakes, see the list of relevant literature on the topic) are useful, but cannot be applied to shallow lakes without adaptation. One of the difficulties is that shallowness increases the non-linearity of the processes and it is questionable whether it is permissible to estimate the different components of water level fluctuation separately and pile them up on top of each other with models tailored to them. The interconnection of processes requires skillful algorithmization and simplification of the physical model, or even replacing it with data-driven methods in the case of some components.
The aim of the research topic is to develop a method that can be used to determine the dynamic water level fluctuation and the probability distribution of waves along the coast of shallow, medium-sized lakes. It is not only the extreme swings that must be verified, but also the averages and minimums because these indicators are used in the ecological study, flood risk assessment and coastal protection planning.
A téma meghatározó irodalma:
1. Amini, A., Dhont, B. & Heller, P. (2017). Wave atlas for Swiss lakes: modeling design waves in mountainous lakes. Journal of Applied Water Engineering and Research, 5(2), 103-113.
2. FEMA (2014). FEMA Great Lakes Coastal Guidelines, Appendix D.3 Update – Coastal flooding analyses and mapping: Great Lakes. Federal Emergency Management Agency, U.S.A.
3. Melby, J. A., Nadal-Caraballo, N. C., Pagan-Albelo, Y. & Ebersole, B. (2012). Wave height and water level variability on Lakes Michigan and St Clair (No. ERDC/CHL-TR-12-23). Engineer Research and Development Center Vicksburg MS Coastal and Hydraulics Lab.
4. Schwab, D. J. (1978). Simulation and forecasting of Lake Erie storm surges. Monthly Weather Review, 106(10), 1476-1487.
5. Seibt, C., Peeters, F., Graf, M., Sprenger, M. & Hofmann, H. (2013). Modeling wind waves and wave exposure of nearshore zones in medium‐sized lakes. Limnology and Oceanography, 58(1), 23-36.
6. Trebitz, A. S. (2006). Characterizing seiche and tide-driven daily water level fluctuations affecting coastal ecosystems of the Great Lakes. Journal of Great Lakes Research, 32(1), 102-116.
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai:
1. Hidrológiai Közlöny
2. Periodica Polytechnica - Civil Engineering
3. Advances in Water Resources*
4. Water Resources Research*
5. Water*
*: Scopus
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja:
1. Pattantyús-Ábrahám, M., Tél, T., Krámer, T. & Józsa, J. (2008). Mixing properties of a shallow basin due to wind-induced chaotic flow. Advances in Water Resources, 31(3), 525-534.
2. L Jiang, A G L Borthwick, T Krámer, J Józsa (2011): Variable density bore interaction with block obstacles. International Journal Of Computational Fluid Dynamics 25:(4) pp. 223-237.
3. K Homoródi, J Józsa, T Krámer, G Ciraolo, C Nasello (2012). Identifying wave and turbulence components in wind-driven shallow basins. Periodica Polytechnica-Civil Engineering 56:(1) pp. 87-95.
4. T Krámer, J Jakab, J Józsa, J Szilágyi, P Torma (2015). Assessment of design flood levels on the Danube using probabilistic simulations, In: Proc. 36th IAHR World Congress. Hága, Hollandia, 2015.06.28-2015.07.03.
5. Torma, P. & Krámer, T. (2017). Modeling the Effect of Waves on the Diurnal Temperature Stratification of a Shallow Lake. Periodica Polytechnica. Civil Engineering, 61(2), 165.
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye:
1. Pattantyús-Ábrahám, M., Tél, T., Krámer, T. & Józsa, J. (2008). Mixing properties of a shallow basin due to wind-induced chaotic flow. Advances in Water Resources, 31(3), 525-534.
2. Torma, P. & Krámer, T. (2017). Wind shear stress interpolation over lake surface from routine weather data considering the IBL development. Periodica Polytechnica. Civil Engineering, 61(1), 14.
3. Fleit, G., Baranya, S., Rüther, N., Bihs, H., Krámer, T. & Józsa, J. (2016). Investigation of the Effects of Ship Induced Waves on the Littoral Zone with Field Measurements and CFD Modeling. Water, 8(7), 300.
4. Pattantús-Ábrahám M, Tél T, Krámer T, Józsa J (2008). A kaotikus advekció vizsgálata sekély tavakban a klímaváltozás figyelembevételével: módszertan és alkalmazás. Hidrológiai Közlöny 88:(4) pp. 40-46.
5. Torma, P. & Krámer, T. (2017). Modeling the Effect of Waves on the Diurnal Temperature Stratification of a Shallow Lake. Periodica Polytechnica. Civil Engineering, 61(2), 165.
Hallgató:
A témavezető eddigi doktoranduszai
Csibrán Adrián Zoltán (2015/2018/)
Torma Péter (2011//2016)
Szilágyi Mariann (2017/2021/)
de Figueiredo Ferraz Gadadhara (2020/2024/)
Ntukidem Samuel (2023//)
Bálint Márton Zoltán (2020//)
Státusz:
elfogadott