Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 2. szám - SZAKCIKKEK - Kardos Máté Krisztián - Koncsos László: Klímaváltozás és vízpótlás hatásainak vizsgálata a WateRisk integrált hidrológiai modellel egy Duna-Tisza közi mintaterületen
Kardos M. és Koncsos L.: Klímaváltozás és vízpótlás hatásainak vizsgálata a WateRisk integrált hidrológiai modellel... 37 megoldási lehetőségek között szerepel a már említett földhasználatváltás és a Homokhátság felszíni vizeinek visszatartása, természetesen mindkettő a felszín alatti vízkivételek visszaszorításával kombinálva. A döntéshozatal előtt célszerű az összes lehetséges változatot alapos társadalmi és környezeti hatásvizsgálatnak, valamint kiterjedt költség-haszon elemzésnek alávetni. Cikkünk elsőként röviden ismerteti a Duna-Tisza közi mintaterület WateRisk modelljét (bemenő adatok, kalibrá- ció/validáció, érzékenységvizsgálat), majd rátér az elvégzett számításokra. A számítások első csoportjába két különböző klímaszcenárióra történt modellszámítások tartoznak. A vizsgálatok másik csoportját a Duna-Tisza-csatoma és a kapcsolódó öntözőcsatoma hatáselemzése képezi. ANYAG ÉS MÓDSZER A WateRisk modell rövid ismertetése A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszéke és GeneralCom Mérnöki Kft. által közösen fejlesztett WateRisk integrált vízkészlet-gazdálkodási modell a víz- háztartás vizsgálatára képes modellrendszer, amely több egy- és kétdimenziós modell összekapcsolásaként jött létre (Koncsos és társai 2011, Jolánkai és társai 2012). Előbbi csoportba tartozik például a folyókban, csatornákban történő vízmozgást számító hidrodinamikai modell, míg utóbbiba a csapadékot, hóakkumulációt, párolgást és felszíni szétterülést leíró hidrológiai modellek, valamint a beszivárgást és a talajvízmozgást reprezentáló hidraulikai modellek. A koncepció alapja az osztott paraméterű csapa- dék-lefolyási modellszemlélet, amely szerint a vízgyűjtőt térben homogén fizikai tulajdonságokkal rendelkező elemekre (cellákra) bontjuk. A hidrológiai mérlegegyenleteket a cellákra felírva a lefolyás háromdimenziós leírása nyerhető. A modell a folyamatok tér- és időbeli leírásához a peremfeltétel adatait (például csapadék, léghőmérséklet) területi eloszlásuknak megfelelően veszi figyelembe (Kozma és társai 2012). A csapadék intercepció utáni maradékát - az esetleg keletkező olvadékvízzel együtt - be- szivárgási modul segítségével felszínen lefolyó, illetve beszivárgó csapadékra bontja (Kozma 2013). A felszínen összegyülekező víz mennyisége a párolgási modul és a be- szivárgási modul által közvetített folyamatok hatására változik. A talajba került víz egy része a növényi párologtatás (evapotranszspiráció) révén távozik, miközben a másik része alkotja a felszín alatti lefolyást. A beszivárgás egydimenziós modellje a talajcellákat rétegekre bontja, s a talaj telítettsége függvényében kiszámítja a talajvízbe áramló víz mennyiségét (Kozma 2013). A talajvíz-modul közvetlen kapcsolatban van a folyómederrel: a kialakult potenciálkülönbségek hatására a mederbe befelé vagy onnan kifelé irányuló térfogatáram alakul ki. A felületi lefolyásból összegyülekező víz a folyómedrek partvonalai mentén felgyülemlik, és az ott kialakult vízmélységek függvényében a folyómedrekbe történő átbukás révén a folyóhálózatba kerül (Koncsos 2011). A WateRisk modellel több hazai mintaterületen végeztek már számításokat. Példaként a Szamos-Kraszna közi belvízi öblözetet (Kozma 2013), a Nagykörűi öblözetet (Jolánkai és társai 2011), a Béda-Karapancsa területet (Derts és Koncsos 2011) vagy a Tisza-Marosszögi területet (Jolánkai 2013, Jolánkai és Koncsos 2015) említjük. A Duna-Tisza közi területre végzett számításokat Koncsos (2012) kivonataként ismertetjük. A DTK WateRisk modellje Mintaterületnek a Duna-Tisza köze egy mintegy 5000 km2-es szeletét választottuk (1. ábra). A terület E-D-i kiterjedése 60 km, K-Ny irányban pedig a Csepel-szigettől a Tiszáig nyúlik mintegy 110 km hosszban. A nyugati illetve keleti oldalon a Duna- illetve Tisza vízállások szolgáltak peremfeltételként - a folyóbeli vízmozgás számítása a modell része. A nagy kiterjedés okán 500x500 m-es felbontású cellarácson végeztük a számításokat (~20 000 darab számítási cella). A mintaterület - a számítási kapacitásokat figyelembe veendő - nem fedi le a teljes Duna-Tisza közét, azonban jellemző metszetet ad róla. Megtalálható a mintaterületen a Duna-völgyi, a hátsági és a Tisza-völgyi rész is. Nyugati és a keleti határát alapvetően a Duna/Ráckevei-Soroksári Duna illetve a Tisza adja. Tekintettel azonban arra, hogy a hidrológiai számításokkal párhuzamosan gazdasági és szociológiai vizsgálatok is készültek (lásd Koncsos 2012), kis mértékben átnyúlik a terület a Csepel-szi- getre, illetve a Tiszántúlra is ott, ott ahol a települések közigazgatási határa ezt kijelölte. „Jelen” állapotban 39 meteorológiai megfigyelőállomást (csapadék- illetve hőmérsékletadatok) helyeztünk el a modellben. A klímaváltozás hatásainak vizsgálatához a PRUDENCE projektnek a Dán Meteorológiai Intézet által HIRHAM regionális éghaj latmodellel leskálázott forgató- könyveit használtuk fel (Räisänen 2004). A négy IPCC kibocsátási forgatókönyv közül az A2 és a B2 jelűeket vizsgálatuk (IPCC 2007). A klímaváltozás A2 és B2 forgató- könyvei esetében a 2071-2100 közötti időszakra, illetve az 1961-1990 közötti kontroll időszakra végzett futtatások esetén 6 virtuális meteorológiai állomás szerepelt a modellben (3. ábra). A domborzati adatokat 5x5 m-es rácshálózat alapján a Földmérési és Távérzékelési Intézet bocsátotta rendelkezésünkre, melyből egyszerű cellánkénti átlagolással hoztuk létre az 500x500 m-es terepmodellt. Fokozott körültekintést igényelt a talaj fizikai adatbázis létrehozása. Alapadatként az MTA TAKI Digitális Kreybig Talajinformációs Rendszere (Pásztor és társai 2010) valamint a Magyar Állami Földtani Intézet Sekély- fúrási Adatbázisa szolgált. Ezek harmonizációjával jött létre a háromdimenziós, felszínközeiben 10 cm-es, 1 m alatt pedig 50 cm-es rétegekre bontott, 1 ha-os felbontású adatbázis (Koncsos 2012), melyet a számításaink céljára szintén 500 m-es cellákra vontunk össze. A Duna-Tisza köze felszínközeli észlelő kutakkal bőségesen ellátott terület. A modell kalibrációja és validációja során különböző részidőszakokra 116 pontban vetettük össze a megfigyelt és számított talajvízszinteket. Nehézséget okozott azonban, hogy az adatsorok rendkívül hiányosak.
