Hidrológiai Közlöny 2007 (87. évfolyam)
5. szám - Koncsos László–Balogh Edina: Elárasztási modellel támogatott árvízi kárszámítás a Tisza völgyében
23 Elárasztási modellel támogatott árvízi kárszámítás a Tisza-völgyében Koncsos László' 1', Balogh Edina 12 1 1 1 'Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék 1111. Budapest, Műegyetem rkp. 3. Tel: 06 1 4633752; fax: 06 1 4633753; e-mail: koncsos@vkkt.bme.hu ,2 lBudapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék 1111. Budapest, Műegyetem rkp. 3. Tel: 06 1 4632955; fax: 06 1 4633753; e-mail: edina@vkkt.bme.hu Kivonat: A tanulmány célja az optimális árvíz-szabályozási stratégia módszertanának kidolgozása volt az árvízi veszélyeztetettség szempontjából meglehetősen kedvezőtlen természetföldrajzi adottságú Magyarország Tisza-völgyében. Ennek megvalósítására a szerzők gyors számítási módszert dolgoztak ki. Kétféle - a gátmeghágásból, és geotechnikai okokból bekövetkező - katasztrófa következményeit elemezték. Az esetlegesen bekövetkező katasztrófa-események okozta károk nagyságának meghatározása céljából 30 releváns katasztrófapontban gátszakadást feltételezve elárasztási folyamatot szimuláltak, 2D modell segítségével, amely a sekélyvízi hullám Navier-Stokes egyenletekből származtatott hidrodinamikai egyenleteinek megoldásán alapul. A károk becsléséhez lakossági, ipari és mezőgazdasági kárfüggvényeket dolgoztak ki. A fent vázolt modell egyes elemeit 100 évre vonatkozó Monte Carlo szimulációban kapcsolták össze. Az elárasztási szimulációk eredményeként rendelkezésre állt az egyes katasztrófapontokban az elöntési mélységek idősora. Ennek alapján, térinformatikai és statisztikai adatbázisok felhasználásával, a kidolgozott kárszámítási metodikáik alapján becsülték az egyes katasztrófapontokon fellépő veszteségek mértékét. A 100 évre vonatkozó szimulációs vizsgálat eredményeként előállították az egyes forgatókönyvekhez tartozó empirikus veszteség-sűrűségfüggvényeket és kockázatokat. Az eredmények alapján megállapították, hogy az általuk feltételezett klímaváltozási szcenárió megvalósulása esetén a várható éves kockázat több mint kétszeresére nőne. Hasonló mértékű növekedést tapasztalhatunk, ha figyelembe vesszük a hullámtéri feltöltődés feltételezett 100 éves hatását. Kulcsszavak: elárasztási szimulációk, 2D hidrodinamikai modell, árvízkár-becslés. 1. Bevezetés Magyarország természetföldrajzi adottságai árvízi veszélyeztetettség szempontjából meglehetősen kedvezőtlenek. Az ország a Kárpát-medence legmélyebb részén helyezkedik el, így számolni kell a környező 1000-3000 m magas hegyvidéki vízgyűjtőkről (a Kárpátokból ill. az Alpokból) érkező - a Duna, a Tisza és ezek 16 nagyobb mellékvízfolyása által szállított - árhullámokkal, melyek könnyen árvízi veszélyhelyzetet teremthetnek. Az ország területének közel egynegyede (21300 km 2) árvíz által veszélyeztetett terület, ami Európában a legnagyobb (Somlyódy, 2000). Az utóbbi években egy csaknem másfél évtizedes száraz periódust követően meglepetésszerűen támadó tiszai árvizek felvetették egy új árvíz-szabályozási stratégia kidolgozásának igényét. Jelen vizsgálatunk célja a Tisza teljes magyarországi szakaszára vonatkozó stratégia megalapozása volt. A különböző alternatívák értékeléséhez szükséges a felmerülő károk közelítő meghatározása, így feladatunk elengedhetetlen részét képezi az elöntési szimulációk végzése. Ezek az elárasztási számítások esetünkben tehát egy komplex feladat részeként jelennek meg, ami jól példázza, hogy a mai számítógépi kapacitás lehetővé teszi a felmerülő problémák összetettségének, nagy tér- és időbeli lépték lefedésének kezelését. 2. Módszertan Célunk az optimális árvíz-szabályozási stratégia módszertanának kidolgozása volt a Tisza- völgyben. Ennek keretében teljesen új metodikát fejlesztettünk ki, amely lehetővé tette, hogy a hosszú távú hatásokat is figyelembe vegyük. Alapelvünk az volt, hogy a hatásokat (pl. klímaváltozás, hullámtéri feltöltődés) és műszaki alternatívákat (pl. töltésemelés, vésztározás) megvalósítási szcenáriókban jelenítjük meg, és ezeket összehasonlítva választjuk ki az optimális megoldást. A hosszú tervezési időtartam, és a szcenáriók nagy száma azonban technikai nehézségekhez vezet: a kézenfekvőnek tűnő „tisztán szimulációs" módszer alkalmazása időben szinte kezelhetetlen hosszúságú számítások végrehajtását igényelné. Ennek kiküszöbölésére egy ún. „regressziós-szimulációs hibrid" módszert fejlesztettünk ki. Az alábbiakban röviden áttekintjük a kidolgozott metodikát, részletesen bemutatva az abban központi helyet elfoglaló elárasztási modell felépítését és alkalmazását. Vizsgálataink során abból indultunk ki, hogy az árvizek kártételei alapvetően két ok miatt következnek be: (1) gátmeghágások (azaz az árvízszint magassága meghaladja a töltés koronaszintjét) (2) geotechnikai problémák Ennek megfelelően két indikátorral jellemezhetjük a rendszert: az (1) ok esetében jellemző paraméter az árhullám tetőzéséi szintjének burkológörbéje, a (2) okra pedig a gátterhelés mértéke gyakorol hatást (ez a menynyiség az árvízszint magasságának és tartósságának szorzataként állítható elő). A felépítendő modellnek tehát sarkalatos pontja a Tisza adott szelvényeiben fellépő tetőző vízállások gyors számítása, valamint a geotechnikai tönkremenetel valószínűségének egyszerűsített meghatározása a víztest magasságának függvényében. Elsőként a tetőzési szintek becslése alapjául szolgáló regressziós modellt, majd a geotechnikai katasztrófa valószínűségének meghatározására kidolgozott eljárást mutatjuk be. 2.1. Tetőzési szintek becslése regressziós modellel A tetőző vízállásokra vonatkozó regressziós modellt, melynek segítségével a burkoló görbét kívántuk autoregresszív módon, felülről lefelé haladva meghatározni, az alábbi módon állítottuk elő: A Tisza teljes magyarországi szakaszán 1D hidrodinamikai modellt (Koncsos, 2001) - generált vízhozam adatsorok, mint peremfeltételek segítségével - működtetve vizsgáltuk a meder-geometriájukkal rendelkezésre álló szelvények tetőző vízállásainak korreláltságát. A felvízi perem generált vízhozamai (egyes szcenáriókban) a feltételezett klímaváltozási hatásokat is tükrözik, melyeket általános cirkulációs modellekből vezettünk le a MAGICC/SCENGEN szoftver 4.1 verzióját felhasználva. Az így felépített aggregált hidrodinamikai modellt alkalmazva, nagyszámú (500) Monte Carlo szimuláció alapján előállítottuk a tetőzési vízszintek burkoló görbéinek statisztikai adatbázisát, melyek a felállított ötváltozós lineáris regressziós összefüggés (Prékopa, 1964; Lukács, 1987) statisztikai paramétereit szolgáltatták.
