Hidrológiai Közlöny 2001 (81. évfolyam)

4. szám - Jolánkai Géza–Bíró István: Saját fejlesztésű vízminőségi számítógépes modellek

267 Saját fejlesztésű vízminőségi számítógépes modellek Jolánkai Géza - Bíró István Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Rt., VITUKI Vízminőségvédelmi Int., 1095. Budapest, Kvassay J. út 1. Bevezető gondolatok Eredeti célja e tanulmánynak az lett volna, hogy áttekintést adjon a vízminőségi számítógépes modellek hazai alkalmazásáról fejlesztéséről A szerzők idő hiányában ezt az áttekintést nem tudták felvállalni. Amiért mégis elvállaltuk ennek a tanulmánynak a megírását és az előadás megtartását, annak oka az, hogy hazánkban a számítógépes vízminőségi modellek gyakorlati célú fejlesztése és alkalmazása olyan nagyfokú elmaradásban van a világszinthez képest, hogy az alább röviden ismertetett, a szerzők által fejlesztett, modellek cs azok alkalmazása jószerével le is fedi (a szerzők tudomása szerint) az ilyen irányú haza

i munkák jelentős részét. Ez nem a szerzőpáros érdeme, mert munkájuk eredménye szerény, még ahhoz, a szinthez képest is, amit elvégezhettek volna, hanem az elmúlt kb. 35 év hazai tudományszervezésének és felső irányításának büne. Tudomásunk szerint a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem vízzel kapcsolatos tanszékeinek kivételével nincs és nem is volt ilyen irányú jelentős fejlesztési, és/vagy alkalmazási munka hazánkban. Ez utóbbi munkáknak értékelését illetően pedig nem tartjuk illetékesnek magunkat (de tudomásunk van arról, hogy nemzetközi szinten is jelentős fejlesztések és alkalmazások történtek ezeken a tanszékeken) Elöjáróban még elnézést kérünk mindazoktól, akik az említetteken kívül még alkalmaztak (és esetleg fejlesztettek is) vízminőségi modelleket. (Tudunk néhány közismert programcsomag eseti alkalmazásáról, és nyilván van olyan is, amiről nem tudunk). Még annyit szeretnénk megemlíteni a hazai vízminőségi modellezésről, hogy a legrégebbi munkák - a vízminőségi „kömyezet-mémöki" számítások terén - Hock Ajtótól (Hock, 1970) származnak, tehát Ő tekinthető a hazai vízminőségi modellezés atyjának Megemlítenénk még egy nagyobb, a Balatonnal kapcsolatos projektet, ami a tó eutrofizálódási modellezésére irányult, és amiben, az ott alkalmazott modellek fejlesztésében, több hazai és külföldi intézmény is részt vett (Somlyódy és van Straten, 1986). A VITUKI-ban fejlesztett modellek Az egyik első számítógépes modellt egy a Sajó folyó vízminőség-szabályozására irányuló WHO projekt keretében fejlesztettük (Jolánkai, 1979). Ez két dimenziós elkeveredési modell volt - Algol nyelven írott programmal és konkrét helyszíni diszperziós mérések támasztották alá alkalmazását (a számítógépes programot Harkányi Kornél írta hozzá). Hasonló típusú elkeveredési modellt (görbe vonalú koordináta rendszerre) Somlyódy l.ászló fejlesztett és alkalmazott egy dunai diszperziós mérés-sorozattal is egybe kötve. E két modell fejlesztés csaknem egyidőben és egy helyen (VITUKI) történt. Időrendben talán a következő vízminőségi modell az akkor még csak épülő kiskörei tározóra készült eutrofizálódási modell (alga-foszfor) volt. Jelen tanulmány első szerzője készitette (publikáció nem volt belőle, csak témajelentés és egy rövid közlemény, Jolánkai, 1980). Két érdekességet említenénk ezzel kapcsolatban: Egyrészt meglepően pontosnak bizonyult előrejelzést adott a tározó később bekövetkezett algásodására. Másik érdekesség, hogy programozható zsebszámológépre készült a programja (kb. 24 órát futott egy év a kis zsebszámológépen). Nem sokkal később a szerző hasonló (vagy talán azonos) modellt készített Szöllősi-Nagy Andrással (Jolánkai - Szöllösi-Nagy, 1979) a Balaton keszthelyi öblére A programozást SzOllősi-Nagy András készítette (már nem tudni milyen programmal, vagy gépre) Ezt követte a már említett Balaton eutrofizálódás modellezési projekt. Ez a munka a nemzetközi Alkalmazott Rendszerelemzési Intézetben készült. (MTA-SZTAKI szerző-gárda volt a programozó, míg az ökológiailimnológiai munkát Herodek Sándor irányította, és számos külföldi kutató is közreműködött). E projektben jelen tanulmány első szerzője tápanyag terhelési számításokat végzett. Ennek "modell"-nek nevezhető eredménye az. ú.n. Egységnyi Anyagáram Válasz Függvény (Unit Mass-flux Response Function, UMR vagy UMRF) koncepció kidolgozása volt (Jolánkai 1983, Jolánkai és Pesti, 1985. A programozó Pesti Géza volt). Ennek a hidrológiából átvett (egységárhullám módszer) modellnek az érdekessége, hogy később nagyon felkapta és tovább fejlesztette a nemzetközi szakirodalom (eleinte megfelelő hivatkozással az eredeti munkára - Jolánkai, 1983 -, majd később csak az ötlet továbbfejlesztőjére 'Ungates et at. .. ). Egy UNDP-FAO nem-pontszerű szennyezésekkel foglalkozó projekt kapcsán fejlesztettük ki azt a "SENSMOD"-nak nevezett vízgyűjtő modellt (Jolánkai, 1986, Jolánkai et al, 1989)., amit lényegében számos módosítás után jelenleg is alkalmazunk. A permanens állapotokra vonatkozó modell egy hidrológiai almodellből, egy helyi szennyezőanyag ktmosódási modellből, egy szállítási (delivery) modell részből, és egy a befogadó vízfolyásra alkalmazható vízminőségi modell részből áll. Legújabb változatai térinformatikai (GIS) alapon kerültek alkalmazásra. A vízminőségi modell koncepció (amely a hagyományos, mások által is alkalmazott elemeket foglalja magába, mint Pl. B0I-02, Nitrifikáció, stb.) is tartalmazott némi újszerűséget. Nem koncentráció-változásra, hanem anyagáramokra írtuk fel az alapegyenleteket annak érdekében, hogy egy az oldalirányú hozzáfolyással érkező nem pontszerű tag révén a hidrológiai modellhez legyen csatlakoztatható. További érdekesség talán még az, hogy nem numerikus, hanem analitikus megoldásokat használunk ebben a modellben (a korántsem egyszerű differenciálegyenletek megoldása Almássy András munkája volt). A modell, vagy inkább modell-rendszer, lényeges komponense a helyi (lokális) bemosódási modell, ami az egységnyi területről lemosódó anyagmennyiséget számítja a lefolyás és az anyag bevitel (input) függvényében. Gyakorlatias előnyként szoktunk arra hivatkozni, hogy a modell önkalibráló algoritmust tartalmaz, azaz monitoring állomások vízhozam és koncentráció adataira illeszti kalibrációs módban futtatva a modell paramétereket. A SENSMOD modellnek két jelentősebb alkalmazása említhető: a Rajna folyó vizgyűjtőjére alkalmaztuk a Nemzetközi Alkalmazott Rendszerelemzési Intézet (IIASA) megbízása alapján, a nem-pontszerű szennyezések terheléseinek számítására (kadmium, foszfor, nitrogén és BOI komponensekre) (Jolánkai et al. 1993). A másik fejlesztés és alkalmazás mostanában (

Institute of Hydrology et al., 1999, Jolánkai és Bíró, 1999) történt egy, az Európai Unió Környezet és Éghajlat Programja keretében elnyert nemzetközi pályázat során. Ez utóbbi fejlesztés egy térben osztott paraméterű hidrológiai modell fejlesztésre, a bemosódási rész-modell továbbfejlesztésre és egy tározó almodell beépítésére irányult. A hazai minta-terület a Zala vízgyűjtője volt. Mindkét fenti alkalmazásra elmondható, hogy az egyik időszak alapadataira bekalibrált modell egy másik időszak adatai ellenében "részlegesen" igazolható volt. A SENSMOD-ról még annyit kell említeni, hogy nincsen forgalmazott vagy forgalmazható változata, és így csak a fejlesztők (jelen szerzők) közreműködésével működik.