A Magyar Hidrológiai Társaság XXXIX. Országos Vándorgyűlése (Nyíregyháza, 2022. július 6-8.)

5. szekció - Hidrológia, hidrogeológia, hidraulika, numerikus modellezés - 17. Krámer Tamás - Szilágyi József (BME): A Felső-Duna mértékadó árvízszintjeinek legújabb felülvizsgálata

MÓDSZEREK

A 2014. óta hatályos árvízszintek már egy numerikus modellezésen alapuló, megújult módszertan szerint kerültek meghatározásra (Krámer et al. 2015., Vituki Hungary-BME 2013). Az egyik alapvető különbség a korábbi módszertanhoz (Szigyártó 2006) képest az, hogy a vízszint helyett a vízhozam lett a valószínűségi változó, amelyhez valószínűségi hidrodinamikai modellezéssel van hozzárendelve a vízszint. Ez egy kompromisszummal járó váltás, amelynek a kedvező és kedvezőtlen vonatkozásait pl. Szigyártó (2006) vagy Okoli et al. (2019) is tárgyalja. A vízhozam kevésbé érzékeny a morfológiai változásokra, az alvízi mellékfolyók befolyására, és egy változó éghajlat vagy az árvízi kockázatkezelési intézkedések a vízhozam megváltozásán keresztül érvényesülnek a vízszintben. Vannak viszont szempontok, amelyekből a vízszint statisztikája kedvezőbb: kisebb a mérési bizonytalansága, olcsóbban kiértékelhető és az árvízvédelmi töltések tervezését közvetlenül meghatározza.

A mostani felülvizsgálatban alapvetően ugyanazt a módszertant alkalmaztuk, mint a 2013. decemberiben (Vituki Hungary-BME 2013). Az akkori vizsgálat eredményeit vette át a 2014. évi MÁSZ-rendelethez is.

A MÁSZ-t az évi 1%-os meghaladási valószínűségű - azaz 100 éves visszatérési idejű - jégmentes vízhozamhoz kötjük. A statisztikai elemzés adatsorát mesterségesen generált dunai árhullámok 1D áramlástani modellezésével állítjuk elő. Ezzel az ún. Monte Carlo eljárással nemcsak nagyságrenddel megsokszorozzuk a szélsőséges árvízi események számát, de a folyó árvízi viselkedését is jobban megértjük. Sőt, a modellezéssel könnyen értelmezhető módon kiértékelhetjük árvízi kockázatkezelési intézkedések vagy jövőbeli hidrológiai terhelések hatását, azokat a modellszerkezetben, ill. a peremfeltételekben érvényesítve. Babister et al. (2016) vagy Liu & Liu (2018) hasonló valószínűségi elven határozta meg a Pó ill. egy tajvani folyórendszer adott visszatérési idejű árvízszintjeit.

A Duna vizsgált szakaszát a peremfeltételeken keresztül hajtjuk meg a Duna és a nagyobb mellékfolyóinak mesterséges vízhozam-idősorával, míg a szakaszon belül numerikus modellel vizsgáljuk az árhullámok levonulását és kölcsönhatását. A szimulált árvizek számát a vizsgált valószínűségek tartományhoz helyénvaló illeszteni. Például egy tízezer éves szimuláció várhatóan 100 darab 100 éves árvízi maximumot tartalmaz, amelyből a 100 éves vízszinteket és vízhozamokat már kellő megbízhatósággal meg tudjuk becsülni. Természetesen ezzel csupán a végső statisztikai becslés bizonytalansága csökkenthető; a peremfeltételeket és a modellszámításokat számos hiba és bizonytalanság terheli.

Az eljárásnak három fő eleme van:

1. A Duna vizsgált szakaszának összes vízhozam-nyilvántartási szelvényében és a mellékfolyók befolyási szelvényében előállítjuk a vízhozam valószínűségi eloszlásfüggvényét és a Duna 100 éves vízhozamának hossz-szelvényét.

2. A hidrodinamikai modell befolyási szelvényeibe idősormodellezéssel előállítjuk a Duna és a nagyobb mellékfolyók vízhozam-idősorait. Ezek az idősorok ugyan mesterségesek, és az (1)-es pontban meghatározott statisztikákra jól illeszkednek. Ehhez egy általunk kifejlesztett hibrid, Markov-láncon alapuló, többváltozós, adatvezérelt idősormodellt alkalmazunk 1 napos időfelbontással.

3. A befolyási szelvényeken belépő árhullámokat 1D hidrodinamikai modellel transzformáljuk a vizsgált folyószakaszokon. Az így kapott numerikus eredmények elemzésével meghatározzuk az NQ100 alatti vízhozammal tetőző árhullámok legmagasabb vízszintjeinek hossz-szelvényét, azaz az új MÁSZ-t.