Hidrológiai tájékoztató, 2009

DIPLOMAMUNKA PÁLYÁZATOK - Németh Agnes: A Bükki Karsztvízszint Észlelő Rendszer hiányzó mérési adatainak pótlása, a pontosított adatsorok alapján előrejelzések kidolgozása

A Bükki Karsztvízszint Észlelő Rendszer hiányzó mérési adatainak pótlása, a pontosított adatsorok alapján előrejelzések kidolgozása* NÉMETH ÁGNES Bevezetés A Miskolci Egyetem Hidrogeológia - Mérnökgeológia Tanszékét 1992-ben bízták meg a Bükkben érintett vízmű Rt-k a bükki karsztvízszint előrejelzés kidolgozásához szükséges sokévi karsztvízszint adatsor kimérésének munkálataival. Ennek egyik kiváltó oka az volt, hogy a korábbi években igencsak veszélybe került a terület vízellátása. Az elmúlt 47 évben tartósan is előfordult rendkívüli aszály és rendkívüli csapadékbőség. A probléma ismertetése A mérések során azonban műszerhibákból, mérési hibákból adathiányok álltak elő, melyek pótlására még nem született megnyugtató megoldás. A karsztvízszint adatok korrekciója viszont több okból is meghatározó: teljes adatsorból ugyanis előre jelezhetők a nem kívánatos csapadék okozta vízszintváltozások (aszály és árvíz), és ezzel együtt a megfelelő óvintézkedések is előre megtervezhetők. Az összefüggések ismeretében hosszú távon kevesebb mérés is elegendő, és az előforduló mérési hibák is könnyebben kiküszöbölhetőek. Hat megfigyelőhely és egy csapadékmérőhely (1. ábra) 15 éves adatsorát felhasználva az adatpótláshoz első megközelítésben az egyes megfigyelőhelyeken mért vízszintadatok csapadékkal való kapcsolatát vizsgáltam. Adatpótlás módszere Hat vízszint és egy csapadékmérőhely adatát felhasználva a karsztvízszint-adatok hiányának pótlására első megközelítésben az egyes megfigyelőhelyeken mért vízszintadatoknak a csapadékkal való kapcsolatára próbáltam összefüggéseket találni. Regressziós vizsgálattal azon idősorokon található adathiányt pótoltam egyszerűen, melyek az árhullám emelkedő illetve lecsengő szakaszában adódtak. Hosszabb adathiányok pótlása azonban további vizsgálatokat igényelt. Először meghatároztam a hatékony csapadékcsoportok kezdete és a görbék reagálása közti, illetve a maximum elérése közti időtartamot, majd a vízszint-adatsorok által meghatározott görbék emelkedési, vagy lecsengési szakaszainak (árhullám apadó ágának) az iránytangensét, és a korábban megállapított regressziós összefüggés felhasználásával pótoltam a hiányzó értékeket (2. ábra). Előrejelzés Karsztvízszint-idősorok pótlásának és előrejelzésének egy másik megoldása a neuronhálózatok alkalmazásán alapul. A Szegedi Tudományegyetemen végzett kutatások alapján két módszer, az ANN (Artificial Neural Network) és az SVR (Support Vector Regression) szolgáltatott jó közelítést csapadék és felszín alatti vízállás idősorok kapcsolatának vizsgálatára. A tanuló algoritmusok lényege az, hogy a vízszint-idősorokat, mint többváltozós függvényt tekintik, melyek egy heurisztikus eljárással, a hipotézisek terében egyszerű alakú függvénnyé, általában egyenessé alakítható. Az algoritmusok úgy keresik a transzformált térben az idősort legjobban közelítő egyenest, hogy mérik a közelítés hibáját, majd ezt minimalizálni próbálják. A továbbiakban a transzformált egyenesen a pótlandó adathiányok az egyenes megszakításaként, az előrejelzések pedig az egyenes folytatásaként értelmezhetők (3. ábra). 1. ábra. Megfigyelőhelyek a Bükkben, kiemelve az általam vizsgált megfigyelőhelyeket [Lénárt, L. 2007.] * A 2008. évi Lászlóffy Woldemár diplomamunka pályázaton főiskolai kategóriában III. díjat nyert diplomamunka kivonata. 26