Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 1. szám
19 A Wisnovszky-féle összefüggés felülvizsgálata hazai vízgyűjtőkön mért összegyülekezési idők és számos morfológiai jellemző vizsgálatával Nagy Eszter Dóra* és Szilágyi József* * Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék (nagy.eszter@emk.bme.hu és szilagyi.jozsef@emk.bme.hu) Kivonat A vízgyűjtők csapadékra adott válaszidejének számítására mai napig nem dolgoztak ki egységesen alkalmazható módszertant. A mért idősorokból történő meghatározás átfogó vizsgálatának céljából 61 vízgyűjtőre határoztuk meg 8 különböző grafikus definíció alapján az összegyülekezési idő értékét. A vízgyűjtőnként átlagosan 35 eseményt tartalmazó adathalmaz jó alapot szolgáltatott már létező empirikus összefüggések becslési pontosságának vizsgálatára. 47 morfológiai paraméter közül lineáris korreláció számításával és fokomponens analízis segítségével azonosítottunk 4-4 paramétert, melyek alkalmasak egy új összefüggés kalibrálására. Az összes lehetséges paraméterkombináció vizsgálatán keresztül elvégeztük az eredmények átfogó összehasonlítását. Kimutattuk, hogy sem a lineáris korreláció vizsgálat, sem a főkomponens analízis nem vezet az optimális paraméterkombináció azonosításához, illetve megállapítható volt, hogy a leggyakrabban alkalmazott Wisnovszky-féle összefüggés hibája több mint felére csökkenthető a megfelelő morfológiai paraméterek alkalmazásával. Fontos hozadéka a végzett vizsgálatoknak továbbá, hogy az ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) re-analízis adatbázisából származó csapadékidősorok megfelelőnek bizonyultak ilyen típusú vizsgálatok végzéséhez. Ennek köszönhetően több mint 60%-kal nagyobb a vizsgált vízgyűjtők és események halmaza, ami a végzett vizsgálatok reprezentativitását nagyban növeli. Kulcsszavak Összegyülekezési idő, Wisnovszky, fokomponens analízis, vízgyűjtő-morfológia, csapadék, lefolyás. Revision of Wisnovszky’s equation by a comprehensive analysis of measured time of concentration and catchment morphological parameter values Abstract The estimation of watershed response time has no solid methodology up to date. This study compared 8 graphical definitions for the time of concentration for 61 catchments in Hungary. On average, 35 events per watershed were employed to assess the uncertainty of existing and new empirical equations. Based on the results of linear correlation and principal component analyses (LCA and PCA), 4 out of 47 geomorphological parameters were identified for a new empirical equation. Testing all possible parameter combinations led to a comprehensive analysis of the different parameter sets. Based on the results, neither LCA nor PCA leads to the optimal parameter set, though the estimation error of the most often used Wisnovszky equation can be halved using adequate parameters. Another significant outcome of the study is that precipitation time-series from the ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) re-analysis database proved to be practicable to estimate time parameters. Application of the ECMWF data increased the sample size by more than 60%, therefore enhanced the representativeness of the results. Keywords Time of concentration, time to equilibrium, Wisnovszky, principal component analysis, morphometric parameters, rainfall, runoff. BEVEZETÉS A Wisnovszky-féle összefüggés (Wisnovszky 1958) a leggyakrabban alkalmazott módszer az összegyülekezési idő számítására. Annak ellenére, hogy a módszert több mint 60 éve dolgozta ki Wisnovszky Iván, az összefüggés alkalmazhatóságának vizsgálata a mai napig nem történt meg. A tapasztalat azt mutatja, hogy a változó klíma hatására a szélsőséges csapadékintenzitások egyre gyakoribbá válnak (Mattányi és társai 2015). Emellett - amennyiben több évtizedes távlatban gondolkodunk - a vízgyűjtők jellemzői is változhattak, leginkább a vízfolyáshálózat hidraulikai jellemzői és a területhasználat tekintetében. A változó körülmények pedig változó lefolyást eredményeznek. Mindenképp felmerül tehát a kérdés, hogy egy több mint fél évszázada kidolgozott összefüggés vajon megfelelően pontos értékeket szolgáltat-e napjainkban? Emellett felvetődik a technikai fejlődés által adódó előnyök kiaknázatlansága is, hiszen manapság lényegesen szélesebb eszköztár, hosszabb és részletesebb mért idősorok és nagyobb számítási kapacitás áll rendelkezésre a már egyébként régóta ismert hidrológiai problémák megoldására. Az összegyülekezési idő tekintetében kifejezetten összetett problémáról van szó, mivel a mai napig definíció szintű problémákkal küzd a nemzetközi szakma is (Beven 2020). A paraméter alkalmazása is széleskörű. Mértékadó vízhozam és árhullám számításnál, valamint csapadék-lefolyás modellezésnél is fontos szerepet tölt be (Torma és társai 2014). Az összegyülekezési idő a racionális módszer esetén az alkalmazandó csapadékintenzitást determinálja a csapadékmaximum függvényen keresztül. Hosszabb öszszegyülekezési időhöz kisebb intenzitás tartozik, ami a mértékadó vízhozam alulbecsüléséhez vezethet. Mértékadó árhullám számításánál az árhullám időalapját szolgáltatja az összegyülekezési idő értéke, ebből adódóan annak alulbecsülése alul-méretezéshez vezethet. Csapadék-lefolyás modellezés tekintetében az összegyülekezési idő alulbecsülése a biztonság javára történik, hiszen a rövidebb válaszidő gyorsabban, nagyobb tetőző vízhozammal levő-
