Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)
3. szám - Széles Borbála–Torma Péter–Hajnal Géza: A Bükkös-patak vízgyűjtőjének hidrológiai vizsgálata
44 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2012. 92. ÉVF. 3. SZ. adat-párokról mondható el, hogy összetartozó csapadék-vízhozam értékpárok. A többi esetben 10 óránál is több időkülönbség figyelhető meg a csapadékesemény súlypontja és az árhullám megjelenése között, tehát biztosan nem lehetnek összetartozó értékek. Ez annak a következménye, hogy a csapadékadatokat egy újpesti állomás rögzítette, több km-re a vízgyűjtőtől. Mint már említettük, ez volt a legközelebbi órás csapadék értékeket mérő automatikus műszer. Ilyen idősorok mellett nem volt lehetőségünk hosszú időszakok vizsgálatára. Hirtelen záporok, zivatarok keltette árhullámok kialakulásának vizsgálatát tűzhettük csak ki célul. Legalább két olyan árhullámra volt szükségünk a kalibráció és a validáció elvégzéséhez, amelyeket közel azonos évszakban figyeltek meg. Eltérő vegetációs időszakban a lefolyási viszonyok nagymértékben megváltozhatnak, így például a nyári és téli árhullámokat nem lehet egységesen kezelni. A fenti problémák megnehezítették a vizsgált időszakok megválasztását. A maximális vízhozamokat (m Vs) ábrázoltuk a maximális csapadékintenzitás (mm) és a csapadékösszeg (mm) függvényében (10. ábra). A szórt pontfelhőn látható, hogy közöttük nincs erős összefüggés. A maximális hozam és csapadékösszeg, mint két egymástól nem független, sztochasztikus kapcsolatban álló valószínűségi változó korrelációs kapcsolatára kapott érték: r= 0,63. Ez 16 elemszámú minta esetén stabilnak tekinthető. Ugyanilyen erősségű a reláció (r=0,60) a maximális csapadék-intenzitásnál is. 80 ro o> N 60 tn -O 40 -a> -a = ro a. ro 20 </j O 0 30 5 10 15 20 25 Maximális hozam (m 3/s) 10. ábra: Csapadékösszeg és a maximális hozam kapcsolata A kalibráció elkezdése előtt próbáltuk a fent felsorolt árhullámok közül (összetartozó csapadék-lefolyás párok) a legnagyobb csapadékokat (4 mm feletti) és a hozzájuk tartozó vízhozamokat kiválasztani. A 2010. májusi adatsor ezt a feltételt ugyan kielégítette, azonban hasonló nagyságrendű csapadékeseményt a validáláshoz nem találtunk. A 2008. júliusi és 2010. szeptemberi események esetén a vízhozam jóval alulmarad a várthoz képest, ami azt feltételezi, hogy az Újpesten mért csapadék nem jellemzi jól a vízgyűjtőt ért csapadékot. A 2010. júniusi eseményt nem tekinthetjük rövid idejű csapadéknak, mert több mint két napig tartott. Az ennek hatására kialakuló viszonyokat (pl. erősen átázott talaj) nem tudjuk leképezni a modellben, amennyiben rövid, gyors lefolyású eseményeket vizsgálunk. A modell felállítása végeredményben az alábbi eseményekkel történt, vizsgálva ezzel a téli, illetve a kora tavaszi állapotokat: 2011. január, 2009. február, valamint: 2011. március vége és 2010. április. 3.3. A modell kalibrálása A modell arányosításakor elsődleges célunk volt, hogy egy levonuló árhullám vízhozam idősorát mértékadó keresztszelvényben közelítsük oly módon, hogy a maximális vízhozamnál alakuljon ki a legjobb egyezés. Természetesen igyekeztünk a paramétereket úgy felvenni, hogy az árhullám alakja, időbeli lefutása is közelítsen a mért értékekhez. Az OMSZ adatai szerint ezekben az időszakokban csak eső esett, azaz hó nem volt, így a meteorológiai modellt nem kellett olvadás beállításával bonyolítani. A modell kalibrálása több nehézségbe is ütközött. Először csak a veszteségeket, transzformációs eljárásokat és késleltetést vettük figyelembe, minimalizálva a szabad változók számát. így azonban a modell túl gyors lefolyást eredményezett, az árhullámok görbéi meredek lefutásúakká váltak, emiatt szükségessé vált a felszín alatti hozzáfolyás bevezetése. így az árhullám képe szabályosabb, szélesebb lett, azonban jelentősen túlbecsülte a valódi hozamot. Ebből azt a következtetést vontuk le, hogy valamilyen módon számottevő veszteség keletkezik a vízgyűjtőn, ami a lefolyási hányad csökkenését eredményezi. Ennek több oka lehet, mint például az intercepció vagy a felszíni mélyedések. Ezt az együttes hatást a növényzet (Canopy) hatásának bevezetésével próbáltuk modellezni. Végül egyedül a felszínen keletkező veszteségek és a patakszakaszok (reach elements) veszteségével nem számoltunk. A szabad paraméterek száma végeredményben 9 volt. A felszín alatti hozzáfolyásnál és a veszteségek figyelembe vételekor azonos paramétereket vettünk fel az egyes részvízgyűjtőkre és patakszakaszokra. Fontos, hogy a transzformációs eljárásnál a vízgyűjtőterületek területének arányában osztottuk el az összes időt az egyes részvízgyűjtő területek között; továbbá a Routing-nál beállítható időket a patakszakaszok hossza szerint súlyoztuk. A modellt két különböző időszakra igyekeztük kalibrálni, egy télire és egy tavaszira. A futtatások során igazolódott, hogy a modell nagyon érzékeny az évszakokra, azaz a tavaszi, olvadásos időszakra vonatkozó paraméterek nagyban különböznek a téli, fagyott időszaktól. Az előbbi időszakban a talaj vízfelvevő képessége magasabb, ami a felszín alatti lefolyás megnövekedésével jár. Ezzel összhangban a modell paramétereit úgy választottuk meg a téli időszakhoz képest, hogy a megjelenő növényzet hatására kialakuló veszteségeket növeltük meg, illetve a talajba való beszivárgást és az ottani lefolyást. A további paraméterekhez nem nyúltunk (transzformációs és mederbeli lefolyási idők, tározók száma). Összesen három paraméter egyezik meg a két időszak modelljében. A kalibráció eredményét a téli időszakra, vagyis a modell által számított vízhozamot a 2011. januári árhullámra a 11. ábra szemlélteti, folytonos vonallal a számított, szaggatott vonallal a mért vízhozamokat ábrázolva. 1. 14 1. 19. 11. ábra: Kalibráció a 2011. januári eseményre. (A modell által számított vízhozam folytonos vonallal, a mért vízhozam szaggatott vonallal, míg a csapadék oszlopdiagramként jelölve.) A kalibráció eredményét a tavaszi időszakra, vagyis a modell által számított vízhozamot a 2011. március végi árhullámra a 12. ábra szemlélteti.
