Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)

3. szám - Telbisz Tamás: Digitális domborzatmodellekre épülő csapadék-lefolyás modellezés

54 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2007. 87. ÉVF. 3. SZ. vileg nem használhatók ugyanazon paraméterek, ha a felbontás különböző. Emiatt különösen fontos kutatási terület a cellaméretnek a hidrológiai modellezés eredményére gyakorolt hatása (

KENWARD et al, 2000, LUDWIG, SCHNEIDER

, 2006, VAZQUEZ et al, 2006, Wu et al, 2006, ZHANG, MONTGOMERY, 1994). A csapadék-lefolyás modellek hatékonyságát legelterjedtebben az ún. Nash-Sutcliffe féle hatékonysági mutatóval (E) mérik, mely az alábbi módon számítható (NASH, SUTCLIFFE, 1970): £(<2S, -QO)

2 E = 1 - '=' 2 ÍíQo.-Qo) 1=1 ahol Q

s a szimulált vízhozam-idősor, Q„ a megfigyelt vízhozam idősor, Q a megfigyelt vízhozam-idősor átlagértéke a vizsgált időszak alatt, n a megfigyelések száma. E maximális értéke 1, ami a szimulált és a megfigyelt értékek tökéletes egyezése esetén áll elő. További értelmezése azon alapul, hogy ha a képletben a szimulált vízhozamok helyére minden időpillanatban az átlagot helyettesítjük, akkor a számláló és a nevező értéke egyenlő lesz, így E értéke 0. Tehát ez esetben a szimuláció csupán annyit ér, mintha az átlaggal becsülnénk a vízhozamot. Sőt E értéke elvileg negatív is lehet, de ez értelemszerűen a szimuláció teljes kudarcát jelenti. A DDM alapú csapadék-lefolyás modellek számos célra alkalmazhatók, elsősorban kis és közepes méretű vízgyűjtőkön. Fölhasználhatók akár az operatív előrejelzésben (pl. 2007-től az Országos Vízjelző Szolgálatnál is fut ilyen modell, BÁLINT G. szóbeli közlése), de ezen a téren komoly versenytársaik is vannak, pl. az API (Antecedent Precipitation Index, Megelőző Csapadék Index) típusú modellek (MOREDA et al, 2006). Mérce nélküli kisebb vízgyűjtőkön fölhasználhatók a mérnöki tervezésben (pl. csatornák, átereszek, kisebb tározók méretezése ill. optimális elhelyezése; LEE et al, 2006; GUMBO et al, 2002). Továbbá kitűnően használhatók „szcenárió-vizsgálatokra", amikor az a kérdés, hogy a vízgyűjtőn bekövetkező bizonyos módosulások (pl. klímaváltozás, erdősítés, urbanizáció) milyen hatást gyakorolnak az árhullámok alakjára, időbeli eloszlására, vízmennyiségére (JoLÁNKAI, BÍRÓ, 1999; CORLUY et al, 2004; CONNOLLY et al, 1997). Legalább három modellt érdemes név szerint is említeni, amelyek széles körben elterjedtek: 1. TOPMODEL: Eredetileg BEVEN és KIRKBY (1979) dolgozták ki elsősorban tudományos elemzések céljára. Alapkiindulásuk a térben állandó csapadék, amely elég hosszú ahhoz, hogy időben állandó lefolyás alakuljon ki. A modell központi eleme az ún. topográfiai index: ln(n\/tan(0), ahol • a fajlagos vízgyűjtőterület (mely az adott ponthoz tartozó vízgyűjtőterület és szintvonalhossz hányadosa), • pedig a lejtőszög. A modellben a topográfiai index határozza meg a talaj nedvességtartalmát (talajvíz mélységét) egy adott pontban és végső soron ez befolyásolja leginkább a felszíni és felszín alatti lefolyás arányát. (QUINN et al, 1995). Néhány példa az alkalmazására: IORGULESCU, JORDAN (1994), HUANG és JIANG (2002), Wu et al (2006). 2. ANSWERS (Areal Nonpoint Source Watershed Environmental Response Simulation): Alkotói: BEASLEY és HUGGINS (1982). Elsősorban mezőgazdasági területek lefolyás és erózió modellezésére szánták. A szimulációk segítségével azt lehet vizsgálni, hogy a művelési módok megváltozása miként befolyásolja az árhullámok alakját vagy éppen a tározókban felhalmozódó hordalék menynyiségét. Bővebb információkat találhatunk az ANSWERS-ről például az alábbiak tanulmányokban: BRAUD et al, 1999, CONNOLLY, SILBURN, 1995, CONNOLLY et al, 1997, SILBURN, CONNOLLY, 1995, SINGH et al, 2006. 3. MIKE SHE (System Hydrologique Europeen): Készítői: ABBOTT et al, 1986. Tipikusan egy temérdek paramétert igénylő, minden hidrológiai részfolyamatot precízen szimuláló modell, amely a lefolyás mellett a talajvízállásokat is előrejelzi. Alkalmazási példák: REFSGAARD, STORM (1995), JAIN et al (1992), VÁZQUEZ et al (2002). A hazai alkalmazások közül pedig további kettőt említhetünk: 1. SENSMOD (Simple Experimental Non-point Source Model System), amely hazai fejlesztésű (JOLÁNKAI et al, 1993) és egy EU-projekt keretében a Zala-folyó vízgyűjtőjére alkalmazták a közelmúltban (JOLÁNKAI, BÍRÓ, 1999). Segítségével nemcsak a lefolyás, hanem a szenynyező anyagok terjedése is vizsgálható. 2. WETSPA (Water and Energy Transfer between Soil, Plants and Atmosphere) modell, melyet a brüsszeli Vrije Universiteit-en fejlesztettek ki (

WANG et al, 1996; LIU et al 2002, 2003; DESMEDT et al, 2000). Felépítése viszonylag egyszerű és paraméterezése is aránylag takarékos, földrajzi információs rendszerbe illesztése megoldott (ArcView kiterjesztésként futtatható). Szintén egy EU-projekt (JOLÁNKAI, 2004) keretében alkalmazták a Tisza egyes részvízgyűjtőire (CORLUY et al, 2004). Egy oktatásban felhasználható modell Az alábbi modell kidolgozásában a fő szempont az egyszerűség és a DDM szerepének bemutatása volt, amit a módszer kiválasztásában, a szoftverigényben és a felhasznált adatbázisokban egyaránt figyelembe vettünk. Az eljárás lényegében a jól ismert vízgyűjtő-karakterisztika módszer (lásd pl. STELCZER, 2000; KONTUR et al, 1993) térinformatikai alkalmazásán alapul. Az alkalmazott szoftver az ESRI ArcView GIS, amely egy igen elterjedt földrajzi információs rendszer és a hidrológiai modellezésben is gyakran használják (pl. WETSPA; CHENG et al, 2006; KO, CHENG, 2004; Abu-ASHOUR, 2000). A beépített függvények ArcView GIS környezetben kiterjesztések (

extensions) segítségével csalogathatok elő legkönnyebben, a jelen modellhez elsősorban a HydroTools és a Basin kiterjesztésekre van szükség. Domborzati adatbázisként az SRTM (Shuttle Radar Topography Mission, FARR, KOBRICK, 2001; RABUS et al, 2003) DDM-t használtam fel, amely űrrepülőgépről végzett radarfelméréssel készült, emiatt igazából digitális felszínmodellnek kell tekinteni, amely a tereptárgyak (pl. növényzet) magasságát is tartalmazza. Az SRTM horizontális felbontása 3 szögmásodperc (=90 m), vertikális pontosságát általánosan nehezebb megítélni, alacsonyabb hegységi területen a pontos térképekhez viszonyított eltérések mediánja