Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)

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

58 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2007. 87. ÉVF. 3. SZ. A 7. ábra a fentiekben meghatározott csapadék és vízhozam adatsorokat mutatja be. Ebből és a szimulációs kísérletekből meg lehetett állapítani, hogy a téli és tavaszi árhullámok a csapadékból közvetlenül nehezen modellezhetők, ezek kialakulásában a hótakaró olvadásának volt jelentős szerepe, ezt azonban az alkalmazott, egyszerű modellel nem lehet szimulálni. így a továbbiakban elsősorban a nyári (és az őszi) időszakra összpontosítottunk. A csapadék alapján számított vízhozamhoz még hozzáadtunk egy alapterhelést (baseflow), amelyet az egyszerűség kedvéért szintén egy konstanssal vettünk számításba, a kisvizes időszakokra jellemző 1 m

3/s-os értékkel. A modellben igazából két paraméterrel lehet játszani: a lefolyási sebességgel és a lefolyási tényezővel. Az előbbi az árhullám alakjában, utóbbi a lefolyó vízmennyiség nagyságrendjében játszik szerepet. így a „kalibrációt" először a sebességre, majd a lefolyási tényezőre végeztük grafikus kiértékelés és próbálgatás útján. Végeredményként az alábbi paraméterekkel sikerült a megfigyelt és szimulált árhullámok alakját viszonylag közel hozni egymáshoz: v c= 1 m/s, \>

h = 0,02 m/s és a lefolyási tényező változó értékekkel: jan.ljún.20: a = 0,18; jún.21-júl.28: a = 0,07 és júl. 29-dec. 31: a =0,05. Ez a változás tapasztalatilag is igazolt, nevezetesen hogy a lefolyási tényező értéke általában tavasztól őszig csökken. A megfigyelt és szimulált vízhozamok grafikus összehasonlítását a 8. ábra szemlélteti. Erről leolvasható, hogy a vízgyűjtő az őszi száraz időszakban hullott egyedi csapadékokat, valamint a július végén induló árhullám elejét „lenyelte", amit részben a száraz talaj és a növényzet nagyobb tározóképessége magyarázhat, de antropogén okok (pl. a maconkai tározó) is hozzájárulhattak ehhez a jelenséghez. A modell hatékonyságát számszerűen a Nash-Sutcliffe index jellemzi, amelynek értéke a 2006. június 2. és december 31. közötti időszakra 0,76, ami a modell számos leegyszerűsítését tekintve nem is rossz eredmény

. 7. ábra: Csapadék- és vízhozam idősor i 20 1 If ' • T ' Ijf " 1 " • I — Megfigyelt vízhozam I r A 1 inj lívJ «V- . r\ . A 8. ábra: Megfigyelt és szimulált vízhozam-idősorok Következtetések A térinformatikai módszerek és adatbázisok fejlődése nyomán a hidrológiai modellezésben napjainkban jelentős szerep jut a DDM-eknek. A szakirodalom alapján bemutattuk a modellezés alapelveit és felsoroltunk néhány gyakrabban alkalmazott modellt. Az Arc View GIS (ArcGIS) szoftver és ingyenesen hozzáférhető adatbázisok segítségével viszonylag könnyen kidolgozható egy egyszerűsített csapadék-lefolyás modell, amelynek algoritmusát és alkalmazását a Zagyva folyóra a fentiekben ismertettük. Ez a modell jelen formájában elsősorban oktatási célokra használható, ám számos lehetőség nyílik további csiszolgatására. Talajtani és felszín-borítottsági adatbázisok felhasználásával az ún. SCS-görbe módszer (U.S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service, 1986) lehetőséget ad arra, hogy a lefolyási tényező értékét térben differenciáltan becsüljük. A modell keretei elvben nem zárják ki a hófelhalmozódás és olvadás folyamatainak figyelembevételét sem, ugyanakkor a tározók kezelése komoly problémákat okozhat. A modell kis vízgyűjtőkön való futtatásától még jobb eredményeket lehet várni, elsősorban kellő felbontású csapadék-idősorok esetén. Ezért az elmúlt években hazánkban is jelentkező hirtelen árvizek (flash flood) vizsgálatában a DDM alapú csapadék-lefolyás modellek fontos elemző eszközzé válhatnak. Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretném köszönetemet kifejezni dr. Jolánkai Gézának, dr. Varga Györgynek és dr. Bálint Gábornak értékes tanácsaikért. A kutatást az OM Kiegészítő Posztdoktori Ösztöndíja (2006/07) is támogatta. Irodalom Abbott, M.B., Bathurst, J.C., Cunge, J.A., O'Connell, P.E., Rasmussen, J., 1986: An introduction to European hydrological system

—systeme hydrologique Europeen, 'SHE', 1, History and philosophy of a physically-based distributed modeling system. Journal of Hydrology, 87, 45-59. Abu-Ashour R.S., 2000: Description of a simplified GIS-based surface water model for an arid catchment in Jordan. Proceedings of the Twentieth Annual ESRI User Conference, http://gis.esri.com/library /userconf/proc00/professional/papers/PAP180/pl 80.htm Arnold, J.G., Srinivasan, R„ Muttiah, R.S., Williams, J.R., 1998: Large area hydrologic modeling and assessment. Part I: Model development. Jour, of the Americ. Water Resources Assoc., 34/1, pp. 73-89. Beasley, D.B., Huggins, L.F., 1982: ANSWERS (Areal Nonpoint Source Watershed Environmental Response Simulation) User's Manual. Chicago, U.S. Environm. Protect. Agency Report No. 905/9-82-001 Beasley, D.B., Huggins, L.F., Monke, E.J., 1982: Modeling sediment yields for agricultural watersheds. Journal of Soil and Water Conservation 37(2): 113-117. Beven, K.J., 1989: Changing ideas in hydrology - the case of physically-based models. Journal of Hydrology, 105, 157-172. Beven, K.J., Kirkby, M.J., 1979: A physically-based, variable contributing area model of basin hydrology. Hydrol. Sc. Bulletin 24: 43-69. Braud, I., Fernandez, P., Bouraoui, F., 1999: Study of the rainfall-runoff process in the Andes region using a continuous distributed model. Journal of Hydrology, 216 (1999), 155-171 Burrough, P.A., McDonnell, R.A., 1998: Principles of Geographical Information Systems. - Oxford University Press, Oxford, 306 p. Cheng Q„ Ko C„ Yuan Y„ Ge Y„ Zhang S„ 2004:GIS modeling for predicting river runoff volume in ungauged drainages in the Greater Toronto Area, Computers & Geosciences 32 (2006) 1108-1119 Connolly R.D., Ciesiolka C.A.A., Silburn D.M., Carroll C., 1997: Distributed parameter hydrology model (Answers) applied to a range of catchment scales using rainfall simulator data. IV Evaluating pasture catchment hydrology. Jour, of Hydrology, 201 (1997), 311-328 Connolly, R.D. , Silburn, D.M., 1995: Distributed parameter hydrology model (ANSWERS) applied to a range of catchment scales using rainfall simulator data II: Application to spatially uniform catchments. Journal of Hydrology, 172(1995), 105-125