Hidrológiai Közlöny 1977 (57. évfolyam)

9. szám - Herbert Billib: A vízgazdálkodási kerettervezés újabb módszerei a Német Szövetségi Köztársaságban

Herbert Billib: A vízgazdálkodási kerettervezés Hidrológiai Közlöny 1977. 9. sz. 377 A hidrológiai eljárások nem veszik figyelembe az energia-egyenletet. A folytonossági egyenlet ordináta szerinti integrálja a folyásirányban QV/dt=B—K, azaz a tározódás egyenlő a mederszakaszba belépő B ós az onnan kilépő K hozam különbségével. Az egyenletben a lefolyási képlet helyébe a V =f(B, K) függvény lép. Ennek következtében a számítási időszükséglet lényegesen kisebb, mint a hidraulikai eljárás esetén. De ha a meder alakját nem ismerjük, a hidrológiai eljárások alkalmazása nehézségekbe ütközik. Ezért csupán kisegítő eszközök. Kétségtelen, hogy la) számítási előírást a természetben végzett mérések alapján be kell arányosítani ( = paraméter-meghatározás), és 2) változások esetén (a befogadó szabályozása, tározókkal befolyásolt árhullámok) ellenőrizni kell a paraméterek érvényességi határait, ami csökkenti a hidrológiai eljárások gyakorlati alkalmazását. Közelebbi vizsgálattal kiderült azonban, hogy mind all árhullám azonos K-órtékkel volt szimulálható. Vizsgálataink eredményét a következőkben foglalhatjuk össze: Magában véve mind a 4!) árvíztározó létesítése gazdaságos. De együttműködő rendszerben egyeseknek a hatását a kölcsönös egymásra hatások folytán, más tározók olcsóbban biztosíthatják. Végiilis 17 tározó elhagyása és egyesek térfogatának a csökkentése adta a gazdasági optimumot. Az így elérhető megtakarítás 350 millió márka. A tározók létesítésének sorrendjét a várható gazdasági eredmény szerint határoztuk meg. Vízminőségi alkalmazások Az NSZK vízkészlete mennyiségi szempontból még kielégítő, de a vizek minőségét a települések fokozódó terjeszkedése veszélyezteti. Ha a szükséges bemeneti adatok rendelkezésre állnak, a matematikai modellek a vízminőség várható változásának számítását is lehetővé teszik. Számítógéppel sokféle elképzelhető tervezési változat szimulálható, azonban a szennyvízben foglalt anyagok sokfélesége megnehezíti a modell felállítását. Ezért a lényeges jellemzők figyelembevételére kell szorítkoznunk. A legjelentősebb vízszennyezők a biológiailag lebontható szervesanyagok. A legfontosabb minőségi mutató ezért az oldott 0

2 és a BOI. A szenynyezettség közelítő jellemzésére számos modell készült már, de a tényleges viszonyokat tökéletesen egyik sem írja le. Újabban ugyanis a vizeket olyan nehezen lebomló szerves és egyéb anyagok terhelik, amelyeknek figyelembevételére a fenti mutatók még nem elegendők. A modellek kibővítése további mutatókkal vagy befolyásoló tényezőkkel növeli ugyan a pontosságot, de a számítási ráfordítás nagyobb, és a számítás menete nehezen áttekinthető. Ésszerű kompromisszumot kell keresnünk a matematikai modell bonyolultsága, a pontosság foka és a számításhoz szükséges gépidő között. Streeter ós Phelps összefüggést állapított meg az 0

2háztartás változásai, valamint a lebomlás okozta Önfogyasztás és a levegőből történő oxigénfelvétel között. Ezen az alapon az NSZK-ban különféle módszereket dolgoztak ki az 0

2-háztartás és a természetes öntisztuló képesség számítására. Ismertetésük megtalálható az / m/to//-zsebkönyvben. (Imhoff-féle szennyvízterhelési ábra, a terhelés megoszlása Pöhel ós Hunken szerint, stb.). A szóbanforgó módszerekkel előre meghatározhatjuk a tervezett szennyvízbevezetések hatását a befogadó vizének minőségére, és ennek alapján megállapíthatók a szükséges tisztítási előírások. A terhelési ábrák voltak az előfutárai a ma már egy évtizede alkalmazott szimulációs és döntési modelleknek. A szimulációs modellek a befogadó vízminőségi viszonyaiban lejátszódó folyamatokat írják le minden tetszőleges szelvényre. Ezáltal előrejelezhető a vízminőség alakulása mind a kiindulási feltótelek változatlansága, mind a megváltoztatásuk esetére. Szimulációs modellek készültek a BOI, az 0

2 ós a vízhőmérséklet (T) alakulására. Valamennyi modell olyan szakaszokra bontja a befogadót, amelyeken belül a vízsebesség, a lebontás ós a levegő-felvétel állandónak tekinthető. A legegyszerűbb a Streeter és Phelps nyomán készült 2-paramóteres (BOI ós 0

2) modell. Hahn a Neckar folyóra alkalmazta: 170 szakaszra és minden egyes terhelési esetre kiszámította az össz BOI és 0

2 tartalmat. Händel a Dobbins- és O'Connor-féle O

a-egyenlet alapján 3-paraméteres szimulációs modellt ismertetett, amellyel az 0

2-tartalom számítható. Ismeretes egy részletesebb, 1 2 paraméterre felosztott szimulációs modell (a baktériumok, a vízinövónyzet, a hidraulikai viszonyok, a szennyvízösszetétel hatása az Önfogyasztásra a szón- és nitrogénvegyületek oxidációja folyamán, a vízlépcsőknél bekövetkező levegőztetés, a biogén 0

2-termelés hatása, stb.). Ezt Wolf alkalmazta a bajorországi Altmühl, Majna, Rezard ós Regnitz folyóra [5]. Eredményként kiadódik az 0

2-koncentráció, a BOI- és a NH koncentráció. Az eddig felsoroltak „fekete-doboz" (black-box) modellek. Ujabban olyan szimulációs modellek kipróbálása folyik, amelyek a BOI ós az 0

2-koncentrációt a kibővített Monod-összefiiggés alapján felállított biocönotikus modell alapján adják meg. Ezek a vízben lejátszódó tápanyagforgalom okait ós a táplálók-láncokat szimulálják, amelyek egyebek közt pl. az 0

2-tartalmat is befolyásolják. Ilyen modellt alkalmazott Hahn, Hartmann ós Böss a Neckar folyóra. Ennél a módszernél a szimulált hatás belső okait vizsgáljuk, mintegy felnyitjuk a fekete dobozt. Megemlítem még a vízhőmérséklet alakulására szolgáló szimulációs modellt, amelyet az NSZK tartományainak munkaközössége (LAW A) először hőterhelési ábra alakjában a Rajnára dolgozott ki, és amelyet azóta az Elbára, a Weserre és más folyókra is alkalmaztak [6], Az eljárással a hőerőművek és nagy ipartelepek hűtővizének bevezetésére alkalmas helyet keresik a befogadóban a megengedhető maximális felmelegedés figyelembe vételével. (A határértékek pisztrángos vizekre 22 °C, egyéb édesvízi halakra 28 °C, az árapályos folyótorkolatokban 26 °C). A döntési modellek a) szimulációs modelleken, vagy b) a Streeter és Phelps- féle egyenletek matematikai öszszefüggósein alapulnak. A döntési változókat a vizsgált rendszerben úgy kell megváltoztatni, hogy a vízminőségi jellemzők értéke a megengedett határt ne haladja meg, vagy csökkenjen. A döntési változók, amelyeket optimálni kell, matematikailag kapcsolódnak a döntési kritériumokhoz (gazdaságosság, költségek, haszon). Günther az NDK-beli Mulde folyóra a „separable prof/rammini/" eljárást alkalmazta a szennyvíztisztítótelep-rendszerek tervezésének és üzemeltetésének optimalizálására [4]. A cél az építési és üzemeltetési költségek minimumra csökkentésén kívül a befogadó kijelölt ellenőrző szelvényeire megállapított mértékadó vízminőségi értékek tartása volt. Ezeket a mellékfeltételeket lineáris alakban képezték le. A telepek hatásfoka és költsége közötti összefüggést, konvex függvénykapcsolat fejezi ki, amelyet a megoldáshoz sokszögvonallal helyettesítenek (a nem-lineáris állapot így simplex módszerrel számítható). Hasonló alapokon ír le Günther egy a dinamikus optimalizálás elvén felépített döntési modellt (többlépcsős döntési modell). A jövőben a szimulációs ós döntési modellekben a vízmennyiségi- és minőségi modelleket együtt kell figyelembe v^nni. Az első lépés már megtörtént. Günther ós Kleeberg a szennyvíztisztító telepekre vonatkozó opti-