Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemÉpítőmérnöki Kar - építőmérnök képzés 1782 óta

Az ember évszázadok óta alakítja tudatosan a folyók áramlási viszonyait árvízvédelmi, hajózási és energetikai célokból. Ezek az antropogén beavatkozások rendszerint segítettek elérni a célokat, azonban az esetek többségében számos folyógazdálkodási problémát is maguk után vontak, melyek ráadásul rendszerint csak évtizedes vagy évszázados léptékben értelmezhetők.
Tipikus példa a folyami duzzasztóművek építése, melyek a vízszintek általános növelésével, illetve szabályozhatóságával segítik a hajózást, az öntözést, illetve csökkentik az árvízi veszélyt, sőt még jelentős villamosenergia termelést is lehetővé tesznek – de mindezt az ökológiai átjárhatóság kárára teszik. A halakon túl azonban mind a vízoszlop mentén lebegő lebegtetett, mind a mederfenéken mozgó görgetett hordalék is rendszerint csapdázódik az ilyen műtárgyak felvízi oldalán, mely a hasznos tározótér folyamatos csökkenésén túl az alvízi oldalon hordalék deficitet is eredményez, mely hosszútávon a folyómedrek szintjének folyamatos csökkenéséhez, berágódásához vezet.
Mind az ökológia, mind a hordalékgazdálkodási problémák egyre nagyobb hangsúlyt kapnak napjainkban, azonban a műtárgyak egyszerű elbontása az esetek többségében nem jelenhet megoldást, hiszen az emberi infrakstruktúra nagyban támaszkodik a duzzasztók műszaki szempontból kedvező hatásaira. Az utóbbi években egyre inkább előtérbe kerültek innovatív folyószabályzási, illetve folyórehabilitációs gyakorlatok, melyek célja a társadalmi és gazdasági érdekek és szükségek kielégítése a lehető legkisebb környezeti hatással, vagy a meglévő kedvezőtlen hatások mérséklésével. Ezek a beavatkozások rendszerint igyekeznek biztosítani a hosszirányú átjárhatóságot, továbbá fokozni a sok esetben uniformizált áramlási viszonyok komplexitását, hogy (abiotikus szempontból) gazdagabb élőhelyeket hozzanak létre.
Újszerű jellegükből adódóan azonban lényegesen kevesebb tapasztalattal rendelkezünk az ilyen műtárgyak hidrodinamikai viselkedésével és a kapcsolódó morfodinamikai folyamatokkal kapcsolatban, mint a hagyományosnak mondható folyószabályozási művek esetén.
A doktori kutatás célja ennek a tudáshiánynak a betöltése, elsősorban korszerű, finomléptékű numerikus modellezéssel. A kutatás első pillérében innovatív folyószabályozási beavatkozások (pl. kőszórásos fenéklépcsők, sarkantyú átvágások) alapkutatás jellegű vizsgálatát végezi el a jelölt, részletes háromdimenziós numerikus modellezéssel. A vízmérnöki gyakorlatban már széleskörben elterjedt Reynolds-átlagolt turbulenciamodellezésen túl a vizsgálatok elsősorban nagy örvényszimulációs (large eddy simulation, LES) megközelítéssel történnének, hogy a képet kapjuk a kialakuló komplex áramlási struktúrákról és azok potenciális szerepéről a kapcsolódó mederváltozási folyamatokban.
A doktori kutatás második pillérében a részletes vizsgálatok eredményeire támaszkodva nagyobb, folyószakaszléptékű vizsgálatokat végez a jelölt, melyben valós Dunai környezetben vizsgálja az innovatív beavatkozások hidro- és morfodinamikai hatását.
Az alapkutatási eredmények, illetve a kidolgozott numerikus modellezésen alapuló vizsgálati módszertan felhasználható lesz a fenntartható az ökolgóiai és hordalékgazdálkodási szempontból is fenntarthatóbb rehabilitációs tervezések támogatásához, és így egy minden környezeti szempontból egészségesebb folyógazdálkodási gyakorlat kialakításában.
A jelölttől elvárt, hogy releváns ismeretekkel rendelkezzen komplex szabadfelszínű áramlások, illetve a kapcsolódó turbulenciamodellezés témakörében. Továbbá hogy alkalmazási szinten ismerjen numerikus áramlási modelleket. A kapcsolódó modellfejlesztési, illetve fejlett utófeldolgozási feladatok elvégzéséhez továbbá elvárás a készség szintű programozási ismeret egy releváns programnyelven (pl. Matlab, Phyton). Felvételt nyerve, a kutatáson túl az oktatómunkában és terepgyakorlatokban is kívánatos a részvétel.

***
For centuries, humans have been consciously shaping the flow conditions of rivers for flood protection, navigation, and energy purposes. These anthropogenic interventions have generally helped achieve these goals, but in most cases, they have also led to numerous river management problems that are often only interpretable on a decade or century scale.
A typical example is the construction of river dams, which help navigation and irrigation by generally raising and regulating water levels, reducing flood risk, and even allowing significant electricity production—albeit at the expense of ecological connectivity. Beyond fish, sediments suspended in the water column and those moving on the riverbed are usually trapped on the upstream side of such structures. This leads not only to a continuous reduction of the useful reservoir volume but also results in sediment deficit downstream, which in the long term, leads to the continuous lowering and erosion of riverbeds.
Both ecological and sediment management issues are gaining increasing attention today, but the simple dismantling of structures typically cannot provide a solution, as human infrastructure heavily relies on the beneficial technical effects of dams. In recent years, innovative river regulation and rehabilitation practices have increasingly come to the fore, aiming to satisfy social and economic interests and needs with the least possible environmental impact or by mitigating existing adverse effects. These interventions typically aim to ensure longitudinal connectivity and increase the complexity of often uniform flow conditions to create richer habitats from an abiotic perspective.
However, due to their novel nature, we have significantly less experience with the hydrodynamic behavior of such structures and the related morphodynamic processes compared to traditional river regulation works.
The aim of the doctoral research is to fill this knowledge gap, primarily through modern, fine-scale numerical modeling. In the first pillar of the research, the candidate will conduct fundamental research on innovative river regulation interventions (e.g., stone weirs, groin cut-throughs) through detailed three-dimensional numerical modeling. Beyond the Reynolds-averaged turbulence modeling already widespread in hydraulic engineering practice, the investigations would primarily use a large eddy simulation (LES) approach to gain insights into the emerging complex flow structures and their potential role in related bed change processes.
In the second pillar of the doctoral research, based on the results of the detailed studies, the candidate will conduct larger, river-section-scale studies, examining the hydro- and morphodynamic effects of innovative interventions in a real (Danube) environment.
The fundamental research results and the developed methodologies based on numerical modeling will be usable to support sustainable ecological and sediment management-focused rehabilitation planning, thus contributing to the development of a river management practice that is healthier from all environmental perspectives.
The candidate is expected to possess relevant knowledge in the areas of complex free-surface flows and associated turbulence modeling. Additionally, they should have an application-level understanding of numerical flow models. For related modeling development and advanced post-processing tasks, competency in programming in a relevant language (e.g., Matlab, Python) is also required. Upon admission, participation in teaching and fieldwork is desirable in addition to the research.