Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 3. szám - SZAKCIKKEK - Somlyódy László: Vízminőségi modellek és csapdák
Somlyódy L.: Vízminőségi modellek és csapdák 7 nemlinearitás „bolondítja” meg a problémát. Ennek ismeretében hogyan végeznénk ma a számításokat? Nincs jó válaszunk. 5-10 évenkénti monitoring némileg segítene. A kalibrálás, igazolás és identifikáció, az érzékenység- és a bizonytalansági vizsgálatok szorosan egymáshoz kapcsolódó lépései a modellfej lesztésnek, amelyek a bonyolultság fokozódásával egyre fontosabbá válnak. A paraméterek megválasztásánál lépésenként haladhatunk: „default” értékekkel kezdhetünk, amit heurisztikus keresés, majd optimalizáció követhet (Reichert és társai 2001). Sokat segíthet az olyan paraméterek kiválasztása, amelyekre a modell különösen érzékeny. Ezek általában a megkívánt pontossággal becsülhetők. Fordítva, lehetnek más paraméterek, amelyektől a modellkimenet szinte teljes mértékben független. A legjobb ezeket állandónak tekinteni. Előnyös olyan folyamatok kiválasztása is, amelyek izolálhatok és kísérleti úton vizsgálhatók, például elsődleges termelés, szél keltette felkeveredés. Ez utóbbival összefüggésben a fényintenzitás és a P-szorpció változásai is vizsgálhatók. Látjuk, hogy a legtöbb esetben aprólékos identifikációról van szó. Ezt és a fejlesztés sikeres voltát elemi hibák tehetik tönkre. Az anyagmérleg nem teljesül: az üledék figyelembevétele nagyon sok esetben több változóra hibás, az üledékoxigén-igény időben állandó (lásd például az elterjedten használt QUAL2-modellt), a BŐI rosszul definiált, aminek anyagmérleg-következményei vannak, a mérési mátrix (az állapotváltozók és a mérési változók közötti kapcsolat) hibásan konvertál, helytelen a határfelületi jelenségek leírása. Ezekhez számos további hiba adódhat. A nem pontszerű szennyezések és a városi lefolyás figyelembevételével nemcsak a kicsiny, de a nagy gradiensek és deriváltak kezelése is nehéz. A léptékek és a dimenziók megválasztása (példa erre a Duna „naiv vagy vicces” lD-modellezése), a lassú és a gyors folyamatok együttes leírása, hibás default paraméterértékek, az élővilág strukturális változása stb. Különös aggodalmat jelent a „model dumping”, el vagyunk árasztva szoftverrel, aminek a minősége ismeretlen. Hasonlóan ismeretlen a „ user ” tudása (jogosítványa?), ami nem ad minőségi garanciát és védelmet. Felmérések szerint a legkiforrottabb QUAL2- modell egyetemi jegyzet részletességű kézikönyvét a felhasználók többsége nem ismeri. Súlyos etikai kérdések merülhetnek fel ezzel kapcsolatban, az oktatásnak is komoly feladatai vannak. AZ ADATGYŰJTÉS PROBLÉMÁI A modellek alkalmazásának fő akadálya az adekvát adatok hiánya a kalibrálás és igazolás céljára. Valójában nagy a pénzügyi és egyéb teher a modellezőn (megbízóján), hogy a korábban elmondottakat is figyelembe véve méréseket végezzen különböző meteorológiai körülmények és vízhozamfeltételek mellett. Gyakran a mérési időszak (1 -2 nap) túl rövid és az ezen kívül eső fontos események rejtve maradnak. A rendszeres (vagy éppen rendszertelen) mintavételt a kis gyakoriság jellemzi térben és időben egyaránt (például a Balaton esetében a nyolcvanas években heti egy megfigyelés 9, illetve 16 pontban), ami alkalmatlan bonyolult modellek kalibrálására és validálására. Ritkán alkalmazzák a mintavételezés elméletét, ami adott mintaelemszám mellett lehetővé teszi a hibabecslést vagy fordítva, előírt hiba esetén a kívánatos mintavételi gyakoriságot (Cochren 1962). Régi jó ökölszabályok feledésbe merültek. Például a mérési programok tervezése esetén: (i) legyen a gyakoriság a legkisebb időlépték tizede és (ii) tartson a mintavételezés a legnagyobb lépték tízszereséig (Lijklema 1982). Különösen fontos lenne posztauditok (utólagos vizsgálatok) révén visszacsatolást kapnunk arról, hogy szennyvíztisztító telepek építése (általánosabban a szabályozások) milyen mértékben javították - az elvárthoz képest - a vízminőséget, például az oldottoxigén-koncentrációt. Ilyen elemzések alig állnak rendelkezésre. Átfogó EPA-értékelésről Thomann (1987) számol be, abból az időszakból, amikor az USA-ban sok telepet létesítettek. A felmérésbe tíz vízfolyás mintegy ötven megvalósult szennyvíztelepét vonták be. A program során mérték a tényleges DO-t, majd a megvalósult projekteket ellenőrizték: a modellek szimulációi - különböző bonyolultsá- gúak - mennyire követik az észleléseket. Különbséget tettek a modellezők két csoportja között: (i) „szobamodellezők”, és (ii) azok, akik fontosnak tartották, hogy a terepen mérjenek, amikor szükséges. A posztaudit mérési eredmények mindkét esetben ismeretlenek voltak az elemzők számára. Ideális esetben a pontok (a számított értékek a mérés függvényében) 45 fokos egyenes mentén helyezkednek el. Itt az adatpárok és az azokból született regressziós egyenes arra utalt, hogy a 6 vagy 7 mg/l-nél kisebb DO-tartomány- ban a modellek felülbecslik a méréseket. Ennek mértéke az elvárt 0,5 mg/l-rel szemben elérte az 1,0-1,5 mg/l-t. Ha tehát ezeket a modelleket tervezésre használjuk, a valóságban a kívántnál kisebb koncentrációk fognak adódni. A rossz hír ilyenkor az, hogy a telep üzemvitelét meg kell változtatni vagy pedig többletberuházással a technológiát ki kell egészíteni. Ez is a csapda egyik fajtája. Talán nem meglepő módon a többieknél jobb eredményeket kaptak azok, akik összetettebb modelleket használtak és/vagy fontosnak tartották a terepimunka bevonását. Az elemzőnek gyakran igazi detektívmunkát kell végeznie ahhoz, hogy megbízható becslésekhez jusson. A nyolcvanas évek végén egy ENSZ-projekt keretében Brazília fővárosában az akkor hipertróf Paranoá-tó rehabilitációján dolgoztunk (ma fürdésre alkalmas), modellezés segítségével (Somlyódy és Altaftn 1992). A térség tápanyagmérlegével szemben komoly fenntartásaink voltak. A források és a transzmissziók alapján úgy becsültük, a P- és N-terhelések fele valahol „eltűnt”. Három magyarázatot gyanítottunk. Az első', a szatellitvárosok a szennyvizüket tisztítás nélkül csatornába, majd vízfolyásokba vezették, amelyek közvetlen befogadója a tó volt. A kis vízfolyásokat reggel 9.00 órakor mintavételezték. A kapott értékek alapján számolták a folyó és a tó terhelését. A kérdés most már az volt, a 9.00 órás adat reprezentatív-e a napi átlagra? A szatellitvárosok vízfogyasztási adataiból reggeli és esti csúcsot tapasztaltunk, ami nem meglepő. Ezután a vízfolyások keresztszelvényeiben 48 órás vízhozammérést végeztünk. Kiderült, hogy a hozam reggel kilenckor minimum körül volt, a hullámok a fogyasztótól nem érkeztek még meg. A terhelés mintegy 40%-át nem fedte le mérés. A másik magyarázat a hossz-szelvény mérésekből származott: a talaj/üledék
