Hidrológiai Közlöny 1974 (54. évfolyam)

6. szám - Dr. Kienitz Gábor: Rendszer-hidrológiai módszerek bevezetése a magyar vízügyi gyakorlatba

> Hidrológiai Közlöny 1974. 5. sz. 265 Rendszer-hidrológiai módszerek bevezetése a magyar vízügyi gyakorlatba Dr. KIENITZ GÁBOll* 1. A modellek megjelenése a hidrológiában A vízépítéssel foglalkozó mérnök munkájában az alkalmazott hidrológia eredményeit használja fel. Ez a tudomány a víz körforgásával kapcsolatos jelenségek megfigyelésével vette kezdetét, amikor a múlt eseményeit a jövőbe vetítették ki. A megfigyelésekből azonban egyre bonyolultabb következtetéseket vontak le, s a víz körforgásával kapcsolatos számszerű értékek meghatározására módszerek alakultak ki. Minden ilyen módszer a természeti jelenségek egy csoportjának absztrakt modellezését jelentette. A modellezés egyre tudatosabbá vált, és napjainkban, a nagyteljesítményű számítógépek felhasználásával, az alkalmazott hidrológiarészéről a legnagyobb segítséget jelenti a gyakorlati vízépítési feladatok megoldásához. A vízgyűjtők és vízfolyások vízrendezési, illetve árvédelmi kérdéseivel foglalkozó mérnök három feladat vonatkozásában vár olyan tájékoztatást, amelyet a hidrológiában bevezetett modellek tudnak számára nyújtani. Ezek a) a tervezés, b) az üzemellenőrzés és c) a hidrológiai előrejelzés. A hidrológia absztrakt modelljei vagy sztochasztikusak (amelyek célja eloszlásvizsgálat), vagy determinisztikusak (amelyek célja érték-vizsgálat). Míg az első típusúak csak az a) feladathoz nyújtanak segítséget, a második típusba tartozók mindhárom feladatnál hasznosak. A determinisztikus modellek a hidrológiai folyamatokat bemenettel és kimenettel jellemzett rendszerek összetevőinek fogják fel, ezért terjedt el a modellek módszereivel kapcsolatban a rendszer-hidrológia elnevezés is. Ezek a modellek tehát bizonyos bemenő ismeretanyag birtokában bizonyos kimenő ismeretanyagot adnak, így pl. csapadék adatsorokból lefolyási adatsorokat lehet számítani. Látható, hogy a fenti három feladatnál éppen ilyesmire van szükség, ezért a gyakorlat érdekében rendkívül kívánatos ilyen modellek kidolgozása, megismerése és a napi használatba való vétele. A magyar vízügyi gyakorlatban ez tulajdonképpen a hagyományosan magas szintű hidrológiai kutatások korszerű továbbvitelét jelenti: neves hidrológusaink egész sora rakta le az alapokat empirikusan szerkesztett ,,modell"-jeivel napjaink rendszer-hidrológiai módszerei számára. A VITUKI fontos feladatának tekinti, hogy ilyen korszerű módszereket adjon a gyakorlatban dolgozó mérnökök kezébe, ezért ezek vizsgálata céljából 1972-ben a Felszíni Vizek Főosztályán külön osztályt (Rendszerhidrológiai osztály) is létrehozott. Ebben a cikkben azokról a munkákról kívánunk beszámolni, amelyekkel ez az osztály a' rendszer-hidrológiai módszerek használatát elő kívánja mozdítani, előzőleg azonban röviden áttekintjük a determinisztikus hidrológiai modellek jellemzőit és felhasználásuk területét. * Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet, Budapest. 2. A determinisztikus hidrológiai modellek ós alkalmazási területük A determinisztikus hidrológiai modellek a természeti folyamatok leírásának jellege szempontjából két csoportba sorolhatók. a) A szintetikus modellek első lépésként komplex elvi modellt állítanak fel, majd erre matematikai modellt alkalmaznak. Egyenletek csoportjai adnak számot a víznek a vízgyűjtőben követett útja során az egyes fázisokról, s az ezek együttese által képviselt algoritmusra számítógép program készül. Jellemző tehát, hogy a modellek kidolgozásánál a priori feltételezzük a folyamat viselkedését. b) Az analitikus modellek a rendszer bemenete és kimenete között a rendszer természetét tükröző matematikai kapcsolatot tételeznek fél, amelyet előbbiekből közvetlenül, elvi modell közbeiktatása nélkül határoznak meg. E modellekre jellemző tehát, hogy a posteriori ismeretek alapján állítják fel őket. Megjegyzendő, hogy a keresett matematikai kapcsolat meghatározásánál követett sztochasztikus jellegű számítások miatt e modelleket gyakran — tévesen — sztochasztikusaknak tekintik, noha velük végül is értékmeghatározást végzünk, így determinisztikus modellnek tekintendők. Mindkét fajta determinisztikus modellt jellemzi, hogy a bemenet — rendszer — kimenet hármasból a modell felépítésekor kettőt ismerünk és ezek birtokában meghatározzuk az ismeretlen harmadikat. A legelső feladat a rendszer azonosítása (identifikáció) : az ismert bemenet és kimenet birtokában a szintétikus modell algoritmusainak paramétereit kaphatjuk meg, az analitikus modell esetében pedig az ismeretlen rendszer-függvényt határozhatjuk meg. E feladat megoldása után a rendszert ismerj ük és a modellt használhatjuk az előforduló leggyakoribb feladat elvégzésére: ismert bemenetekből ismeretlen kimenetek számítására. De használhatjuk a modellt arra is, hogy az ismert kimenet birtokában vele az ismeretlen bemenetet határozzuk meg. Tekintsük át ezután, hogy miként oldhatjuk meg determinisztikus modellekkel a gyakorlatban dolgozó mérnököt érdeklő feladatokat, amelyeket a bevezetőben említettünk. a) A tervezés terén műszaki és ezekkel összefüggő gazdaságossági kérdések egyaránt jelentkeznek. Determinisztikus modellek segítségével konkrét múltbeli hidrológiai eseménysorozatokat tudunk rekonstruálni, amelyek birtokában műszaki tervezés végezhető. Különös jelentősége van ennek, ha a műszaki megoldásokra nézve több alternatíva is van és a modellál ezekre külön elő tudjuk állítani a vizsgált eseménysorozatokat. A hidrológiai eseményeknek gazdasági kihatásai vannak, s a modell alkalmas lehet ezek számítására, s így végeredményben gazdaságossági vizsgálatok alapanyagának előállítására is.