Hidrológiai Közlöny, 2019 (99. évfolyam)
2019 / 2. szám
30 Hidrológiai Közlöny 2019. 99. évf. 2. sz. BELVIZES MODELLSZÁMÍTÁSOK TANULSÁGAI Kalibrációs kihívások és lehetőségek A hidrológiai szimulációk kalibrációja, validációja és érzékenységvizsgálata általában véve jól definiált feladat. A finomhangolás fogalmi meghatározásairól, folyamatáról, módszertani hátteréről részletes és időszerű bemutatás található pl. az ASABE 621 kiadványban (ASABE 2017) és annak felülvizsgálatában (Harmel és társai 2018). A letisztult elméleti háttér ellenére a modellek tényleges beállítása nehéz és összetett kihívást jelent. A felmerülő problémák a teljesség igénye nélkül: az állítandó paraméterek száma nagy; az ellenőrzéshez nagy mennyiségű mérési adat szükséges, amik gyakran bizonytalansággal terheltek, a szabad paraméterek számához mérten kevés pontból származnak, és/vagy kevés állapotváltozóra vonatkoznak (pl. csak vízhozam, csak talajvízszint stb.). A helyzetkép integrált hidrológiai modellek esetén még kedvezőtlenebbnek tűnhet: a részfolyamatokat leíró modellek elkülönült kalibrálása ritkán lehetséges, ezért az egyes modulokhoz tartozó paraméterek beállítása összefügg (pl. a feltalaj szivárgási tényezője és a felszíni érdesség ellentétes irányú változtatása ugyanúgy hathat a lefolyásra/beszivárgásra); a viszonylag nagy számítási időigény korlátozhatja az autokalibráció lehetőségét; gyakran rosszul definiált vagy túlparametrizált a rendszer (Somlyódy 2018). Utóbbi következményeként a számítási eredmény több, akár egymásnak ellentmondó paraméter-kombinációval is elérhető. Emiatt pedig egy rövidebb időszakra látszólag sikeresen fmomhangolt, valójában túlparametrizált modell a kalibrációs intervallumon kívül hibás eredményt adhat. A belvízöblözetekre jellemző sajátosságok további gyakorlati kihívást jelentenek a kalibráció során. Ilyenek a hurkos, műtárgyakkal befolyásolt, gyakran feliszapolódó, benőtt csatornarendszerek, az eleve heterogén talajtani viszonyok, amit a mezőgazdasági talajművelés térben is időben is nem számszerűsített módon befolyásol. Az IHM-ek összetettsége ugyanakkor nem csak hátrány, hanem előny is. A fizikai megalapozottság miatt a környezeti viszonyok egyre részletesebb megismerése elvben csökkenti a kalibrálandó paraméterek számát és jobb térbeli felbontást eredményez. Mivel a számítások nem csak egy-egy leírt jellemzőre (pl. vízgyűjtőről kilépő vízhozam idősorra) korlátozódnak, a kalibrációba bevont állapotváltozók száma is növelhető. Ez különösen érvényes a síkvidéki vízgyűjtők, a vizes élőhelyek és a belvizes területek sajátosságai miatt: a hidrológiai viselkedést a pontszerűen mért vízhozam idősorok mellett további időfüggő változókkal lehet jellemezni. A belvíz esetén ilyenek lehetnek a hazai vízügyi gyakorlatban elterjedt mérési adatok: a vízzel borított terület nagysága, a csatornabeli vízállások és vízhozamok, szivattyús átemelés, talajvízszintek, párolgásmérő kádak alapján a nyíltvíz evaporációja, pontbeli talajnedvesség mérések, illetve űrfelvételekre alapuló párolgási, talajnedvesség és elöntés térképek. A dolgozat „Kedvező technikai háttér” alfejezetére visszautalva az ott felsorolt egyes szakterületek fejlődése összekapcsolható a modellépítés egyes elemeivel, lépéseivel: • Automata hidrometeorológiai monitoring - kezdeti hidrometeorológiai és vízrajzi peremfeltételek (csapadék, hőmérséklet, relatív páratartalom, szélsebesség, globálsugárzás, vízhozam, felszíni és felszín alatti vízállások); a kalibrációvalidációhoz használt ellenőrző adatok, • Távérzékelés és térinformatikai adatbázisok - domborzati, vegetációs és talajtani alapadatok, paraméterek (felszínborítás, levélfelület, talajtípus); a kalibráció-validációhoz használt ellenőrző adatok (párolgási és elöntési térkép-sorozatok). Vagyis az észlelések növekvő száma és megbízhatósága jelentősen javítja a síkvidéki hidrológiában használt osztott paraméteres modellek kalibrálhatóságát. Ezt igazolják a pozitív nemzetközi tapasztalatok, amelyek közül érdemes kiemeli egy mértékadó példát, a floridai Tampa Bay térség vizsgálatát az InHM algoritmussal (Geurink és Basso 2013). A 10.000 km2-t meghaladó vizsgált terület vízjárás szempontjából több hasonlóságot mutat a hazai belvizes térségekhez: a talajvíz átlagos mélysége a terület felén kevesebb, mint két méter, a felszín 4%-át állóvíz, míg 21%-át wetland borítja, a sűrű vízfolyáshálózat egy része rendszeresen szárazra kerül. A felszínen hidrológiai válaszegységekkel (HSPF), a felszín alatt pedig cellákkal (MODFLOW) dolgozó InHM modellt egy 18 éves időszak alapján sikeresen kalibrálták-validálták, amihez 38 vízhozam mérce és 429 darab talajvízfigyelő kút idősoros adatait használták fel. Az adatellátottság és a technikai háttér fejlődéséhez sorolható két hazai fejlemény is: (1) A közelmúltban publikált DOSoReMi (Pásztor és társai 2018, URH) adatbázis térbeli becslésen alapuló információkat szolgáltat a talajok elsődleges talajtulajdonságairól (szemcsefrakciói, textúra összetétel, genetikai típus, szervesanyagtartalom stb.). Az adatbázis országos lefedettségű, 100 m felbontású, vertikálisan rétegzett (0-30,30- 60 és 60-90 cm), a talajtani jellemzők mellett a becslés térben változó megbízhatósága is ismert. Ez lényegi előrelépést biztosít a korábban elérhető térképekhez képest (pl. Agrotopo adatbázis, URL2), ami várhatóan érdemben hozzájárul a talajtani adatokra kifejezetten érzékeny belvíz szimulációk javulásához is. Az adatbázis hidrológiai szempontú megbízhatósága a Balaton vízgyűjtőjén jelenleg zajlik, az eddigi eredmények biztatóak (Kozma és társai 2019). (2) A lefolyás mértéke mellett hagyományosan az elöntött területek nagysága, tér- és időbeli változása tekinthető a belvíz fő hidrológiai jellemzőjének. Az egyre könnyebben és jobb minőségben hozzáférhető űrfelvételek (Bíró 2016) feldolgozásával elkészített belvíz (elöntés és átnedvesedett talaj) térkép sorozatok alapvető támpontot jelentenek a szimulációk ellenőrzéséhez. Egyrészt az elöntés foltok öblözetre vonatkozó összegzett értéke az elöntött terület nagyságának a korábbiaknál lényegesen jobb becslését adja. Másrészt szélső megközelítésben az adott időpontokra vonatkozó elöntés térképek akár felfoghatóak minden egyes pixelre vonatkozó mérési idősorként is. így a model leredmények megítélése szempontjából elsődleges jelentősége van, hogy az elemzést készítő
