Hidrológiai Közlöny 1983 (63. évfolyam)

2. szám - Dr. Salamin András: Kisvízfolyások árvízi előrejelzésének önszabályozó módszere

82 Hidrológiai Közlöny 1983. 2. sz. / Dr. Salamin A.: Kisvízfolyások árvízi előrejelzése szerre épül, azzal együtt már a végleges önszabályozó előrejelző rendszert adja. A rendszerfelépítésnél viszonylag nagyszámú részrendszert alakíthatunk ki a modulok aktualizálásával. A Zagyva—Tarna vízrendszerre készített előrejelző rendszernél például összesen 136 részrendszert kapusoltunk össze egységes rendszerré, 42(> modellállandó becslésével. A modellállandó 1G féle típusú lehet, szisztematikus hibára elsősorban az azcmos típusú állandók esetében számíthatunk, hiszen a különböző típusú, állandók meghatározása egymástól független. A szisztematikus hiba kiszűrése (a véletlen hiba dominálása) a teljes rendszer hibájának csökkenését valószínűsíti. A modulszám és modellállandók számának növelése tehát az előrejelzési hiba csökkenésének irányába hathat (nagyobb szám esetén a véletlen jellegű hiba összegződésének valószínűsége kisebb). Az önszabályozó előrejelző rendszer működése Az előrejelző rendszerrel először akkor lehet előrejelzést készíteni, amikor az adott vízgyűjtőn jelentősebi) csapadék hullott. A jelentősebb csapadék meghatározása a vízrendszer jellegétől függ. A csapadék folyamatos figyelésére, riasztási határértékek (illetve a területi megoszlást is figyelembevevő riasztási függvények) alkalmazására példát találhatunk a Zagyva vízrendszer kialakításánál [39]. Az első előrejelzést ha a csapadékos tevékenység tovább tart •— rendszeres (pl. 1, 2, 3, ... óránkénti) ismételt előrejelzés követheti. Az előrejelzések javítására akkor kerülhet sor, ha valamely vízmérőszelvényben az árhullám már tetőzött cs ez a javítás rendszeres időközökben megismétlődhet (pl. 1 —2 óránként), amikoris a befutott újabb vízállás- (vízhozam-) adatok alapján a ,.inért" árhullám pontosítható: a „mért " árhullám tartalmazza valamennyi addigi mérési értéket, az APADÁS1 MODUL' csak az apadó ág hiányzó értékeit becsüli meg. Az ismételt javítások során készített előrejelzéseknél természetesen a javítás időpontjáig lehullott csapadék idősorát kell figyelembevenni; (előfordulhat ugyanis, hogy az árvíz valamely szelvényben már tetőzött, a csapadékhullás azonban még tart). Néha a tetőzést újabb vízállásnövekedés követi. Ekkor javításra az újabb áradó ágon nem kerül sor, csak a tetőzést követően lesz lehetőség az előrejelzés korrekciójára. Ez a megoldás többcsúcsú árhullámok esetén is alkalmazható. Az árhullám tetőzése valamely szelvényben még nem jelenti a csapadékos tevékenység végét, szükségessé válhat — a javítást, vagy javításokat követően, vagv azok közben — újabb előrejelzések készítése a csapadékadatok felhasználásával (a FOLYAMAT részrendszer futtatása), ekkor azonban már figyelembe lehet venni a korábbi javítások eredményeit. A csapadékból való előrejelzést követi tehát az előrejelzések javítása, de — a csapadékos tevékenységtől függően — ismét szükségessé válhat a csapadékból való előrejelzés. A FOLYAMAT és a JAVÍTÓ részrendszer tehát egymást követő láncolatban működhet. Az előrejelzések javítása — illetve a vázolt ismételt csapadékból való előrejelzés és javítás — a különböző vízfolyásszelvények információi alapján megismétlődik (természetesen az újabb szelvényekben az árhullámok tetőzése után). Felmerül a kérdés, hogy az árhullám folyamatos vonulásával a mind több szelvényben megjelenő és tetőző árhullámok adatainak felhasználásával egyidejűleg hány és milyen szelvények információi alapján szükséges az előrejelzéseket javítani. Az összefolyó víz folyáságakon lévő vízmérőszelvényeknél mindkét szelvény „mért" értékei alapján szükséges a javítás, míg az olyan szelvényeknél, ahol a felsőbb vízfolyásszelvényen átfolyó vízmennyiség az alsóbbszelvényen is keresztülfolyik, ott csak az alsóbb szelvény adatai alapján szükséges a javítás (még akkor is, ha az alsóbb szelvény fölött több ilven típusú szelvény van). Kz gyakorlatilag azt jelenti, hogy egy alsóbb szelvény „mért" árhullámképe már a szelvény fölötti teljes vízgyűjtő lefolvási viszonyainak jellemzője, nincs szükség a felsőbb rész vízgyűjtők információira. (Megjegyzés: a felsőbb szelvények alapján való javításra akkor lehet szükség ilyen esetben, ha az alsóbb és a felsőbb szelvény közötti valamely szelvényben van még előrejelzésre igény, az azonban csak különleges esetben fordulhat elő, hiszen ez csak az apadó ág pontosítását jelenti). Az előrejelzések javítását addig célszerű folytatni, amíg az árhullám a legalsó mórőszelvényben (a vízrendszer kifolyási szelvényében) nem tetőzik. Az előrejelzés-sorozat konvergenciája A JAVÍTÓ részrendszer működése szempontjából igen lényeges, hogy a fokozatos ' az időben megismétlődő — javítás során a kapott előrejelzések javulnak-e, és ha igen, akkor milyen mértékben. A javulás alatt valamely szelvényre készített előrejelzések közeledését értjük az adott szelvényben ténylegesen levonuló árhullám vízhozamidősorához. Ezt a fokozatos javulást nevezzük a JAVÍTÓ részrendszer konvergenciájának. A konvergencia kérdése minden fontosai)!) vízfolyásszelvénvben érdekes lehet. A JAVÍTÓ részrendszer konvergencia kérdésének vizsgálatakor a legfoiitosabb kérdés, hogy egyáltalán — matematikai fertelemben -— biztosított-e az előrejelzések konvergálása az egyes szelvényekben a tényleges értékekhez. E vizsgálatot három alapesetre, illetve ezen alapesetek kombinációira szükséges elvégezni. Az alapesetek az alábbiak: a csapadékadatok alapján készülő előrejelzések „konvergenciájának", a pontjavítás konvergenciájának, valamint a terület-javítás konvergenciájának elemzése. A csapadékadatok alapján készülő előrejelzések —- ha például az árvízi csúcshozamot, vagy az árvízi térfogatot tekintjük — elvileg monoton nem csökkenő sort kell adniuk az időben, amely sor felszíni lefolyást eredményező további csapadékhullás esetén monoton növekvő lesz. Ez a rendszerrel szemben támasztott fontos fizikai feltétel, a matematikai jellemzésnek e feltételt gyakorlatilag (kis ingadozás mellett) ki kell elégítenie. A LEFOLYÁST MODUL-t kivéve valamennvi modul kielégíti matematikai felépítésben e feltételt. A LEFOLYÁSI MODUL gyakorlatilag szintén kielégíti e feltételt, elméletileg azonban előfordulhat a sorban — zérus értékű csapadékadatok esetén — jelentéktelen csökkenés. E csökkenés azért következhet be, mert az algoritmusban szereplő átlagképzés (1. a [39.]-et) bizonvos adatkombináció esetén hosszabb idejű esőnél kisebb átlagot eredményez, mint rövidebbnél. Ennek hatása azonban a modellezés egyéb hibáihoz képest elhanyagolható (ezt a monotoni-