Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 2. szám - SZAKCIKKEK - Somlyódy László: Vízminóségi modellek és a mérnök
13 Vízminőségi modellek és a mérnök Somlyódy László Professor emeritus, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 1111 Budapest, Műegyetem rakpart 3. (E-mail: somlyody.laszlo@epito.bme.hu ) Kivonat A cikk a vízminőségi modellezés néhány kérdésével foglalkozik és tartalma megegyezik a szerző most megjelent Felszíni vizek minősége - modellezés és szabályozás című könyvének 5. fejezetével (lásd még a Könyvismertetőt ebben a lapszámban). Elemzi a mérnök szerepét a modellalkotásban és fordítva, a modellezés mérnöki szemléletre gyakorolt hatását. Górcső alá veszi az ökológus kulcsfontosságú szerepét is, a felmerülő konfliktusokat és mindezek fejlődéstörténetét. Tárgyalja a modellek főbb célkitűzéseit, fajtáját és használatát, a vízminősítés és a stratégiaalkotás keretei között. A legegyszerűbb esetetekre - oxigénháztartás folyókban és összes foszfor viselkedése tavakban - bemutatja az anyagmegmaradáson alapuló leíró egyenleteket és azok analitikus megoldását. Kiemelten foglalkozik a vízminőség-változás számításával, a külső, vízgyűjtőről származó terhelés függvényében, azaz a befogadó válaszfügg- vényének meghatározásával. Bemutatja a szabályozás főbb gyakorlati eszközeit (indikátorok, kritériumok, határértékek, technológiák stb.), különös tekintettel a természeti folyamatok és a költségek relatív szerepére. Szemléltetésként egy tó regionális vízminőségi problémáját használja, két pontszerű szennyvízbevezetéssel és két ellenőrző szelvénnyel. Kulcsszavak Vízminőség-szabályozás, modellezés, mérnök, ökológus, célkitűzések, stratégiák, modellfajták, oxigénháztartás, Streeter-Phelps, ösz- szes foszfor, válaszfüggvény, regionális probléma. Water quality models and the engineer Abstract The paper deals with a couple of aspects of water quality modelling and the text is identical with Chapter 5 of the Author’s book: Surface water quality - modelling and regulation, which was published recently (see the Book Review of this issue). It analyses the role of engineer in model development and vice versa the effect of modelling on the engineering approach. It scrutinizes the key role of the ecologist, the conflicts arising, as well as the evolution of all these. In the framework of strategy making the paper discusses the major objectives of models, their types and utilization. For simple cases - oxygen household in rivers and behaviour of phosphorous in lakes - it demonstrates the governing equations based on the mass balance and their analytical solutions. It pays special attention to the calculation of water quality changes as a function of exterior load originated from the catchment, that is, to the determination of the response function of the recipient. The paper describes the major practical tools of the control (indicators, criteria, limit values, technologies etc.) with special regard to the relative roles of natural processes and costs. As illustration one can read about the problem of regional importance of a lake, with two point-like wastewater emissions and two control sections. Keywords Water quality control, modelling, engineer, ecologist, objectives, strategies, types of model, oxygen household, Streeter-Phelps, total phosphorous, response function, regional issue BEVEZETÉS A vízminőséggel számos szakma foglalkozik, közöttük a „civil engineer”, amit napjainkban magyarul építőmérnöknek vagy talán „általános mérnöknek” hívunk. De valójában milyen szerepet játszik az építőmérnök? Milyet az ökológus? Mikor alakult ki a jelenlegi gyakorlat? A cikkben ezekre a kérdésekre kísérelünk meg választ adni. Beszélünk arról is, mik a vízminőségi modellek és szerepük a mérnöki szemlélet megvalósításában. Egyszerű esetekre - összes foszfor- és oldottoxigén-igény - anyagmérlegmegfontolások alapján bemutatjuk a leíró egyenleteket és azt, hogyan állítható fel a terhelés és a befogadó közötti kapcsolat, és milyen az ún. válaszfüggvény. Az összes foszfor és a klasszikus Streeter-Phelps-modell a vízminőség-szabályozás alapesetét jelenti. Ezután egy folyó-tó- rendszert tekintünk két szennyvízbevezetéssel és több, a vízminőséget ellenőrző ponttal. Az így adódó regionális feladatra vázoljuk fel, hogyan fogalmazható meg az aktuális döntési (optimalizálási) probléma a költségek minimalizálásával. Ezzel egyúttal bevezetést is adunk a vízminőségi modellek alkalmazásához, ügyelve arra, hogy mindig az egyszerűtől a bonyolult felé haladjunk. A MÉRNÖK ÉS A VÍZMINŐSÉG Korábbi ismereteink alapján azt várjuk, hogy elsősorban természettudósok - ökológusok, biológusok, kémikusok - foglalkoznak a vízminőség ügyes-bajos kérdéseivel. Ezzel szemben sokak meglepetésére azt tapasztaljuk, hogy gyakran a mérnökök viszik a vezérzászlót. És azon belül nem a kémiai technológus vagy a biológusmérnök, aki leginkább birtokában van a vízminőségi és a környezeti diszciplínáknak, hanem az építőmérnök. Az angolszász világra legalábbis ez a jellemző. A magyarázat az építőmérnök szoros bevonására a problémák történelmi fejlődésében keresendő: az igények a víz és a környezet vonalán jelentkeztek a legkorábban. Eredetileg kétféle mérnököt ismertünk: hadi- és építőmérnököt. Az első feladata értelemszerűen a háborúkhoz kötődő technológiák kidolgozása volt, míg a „civil engineer” dolga az összes többi technológia, úgymint utak, épületek stb. megvalósítása volt. Az ipari forradalom új eljárások megalkotását tette szükségessé és erős specializálódáshoz vezetett (Chapra
