A Magyar Hidrológiai Társaság XXXI. Országos Vándorgyűlése (Gödöllő, 2013. július 3-5.)

5. szekció. TERÜLETI VÍZGAZDÁLKODÁS - 11. Kozma Zsolt (BME) - Muzelák Bálint (Generalcom Mérnöki Kft.) - Koncsos László (BME): A belvízi jelenségek integrált hidrológiai modellezése - Tapasztalatok a Szamos-Kraszna közi mintaterületen

időbeliség leírására nem alkalmasak. A szervesen összefüggő két sajátosság ilyen szintű módszertani szétválasztása mindenképp előnytelen. Ennek megoldására a közelmúltban több új megközelítést is publikáltak (térinformatikai alapú egyszerűsített anyagmérleg számítások: Tömör, 2007; Szabó, 2010).

1.2. Célkitűzés

Az említett módszertani irányok alternatívája a folyamatalapú matematikai modellezés. Ez nem csak a fenti eljárások előnyeit egyesíti, hanem új utat nyithat a kockázattérképezés és a tervezési variánsok elemzése terén is. A belvíz szempontjából meghatározó tér- és időbeli változások szimulációjára az osztott paraméterű, integrált hidrológiai modellek a legalkalmasabbak (Thompson et al., 2004; Daniels et al., 2011). Ezek algoritmus szinten kapcsolják össze a területi jellegű“ 3D és a mederbeli 1D folyamatok dinamikus leírását. Bár a folyamatalapú matematikai modellezés jelentős hazai iskolával rendelkezik, a belvizek dinamikus, osztott paraméteres modellezése eddig nem terjedt eb Kutatómunkánk során ennek lehetőségét vizsgáltuk.

A cikkben a saját fejlesztésű WateRisk integrált hidrológiai modellen alapuló módszert ismertetjük, ami lehetőséget ad (i) a belvíz — és egyéb hidrológiai folyamatok — eddigieknél részletesebb tanulmányozására, (ii) különböző forgatókönyvek elemzésére, valamint (ii) a veszélyeztetettség- és kockázattérképezésre (Bakonyi et ab, 2009; Koncsos és Balogh, 2009). A bemutatott módszerrel a Szamos-Kraszna-közi belvízvédelmi szakaszra végeztünk részletes esettanulmányt, melynek céljai:

1. A modell kalibrálása, validálása, a bemenő adatok érzékenységvizsgálata;

2. A belvíz részletes hidrológiai elemzése (dinamikus hatótényezők, okok, időbeli lefutás);

3. Éghajlati és vízkormányzási forgatókönyvek értékelése a belvízi szélsőségek valószínűségi és kockázat szempontú jellemzésével.

A fenti célok megvalósítása egyben a szimulációra alapuló eljárás alkalmazhatóságát is igazolja.

2. MÓDSZERTAN

2.1. WateRisk modell

A WateRisk integrált hidrológiai modell (Kozma és Koncsos, 2011; Kozma és Parditka, 2011; Jolánkai et ab, 2012) a lokális-regionális vízkörforgás folyamatait térinformatikai és matematikai eszközök — különböző léptékű, fizikai alapú modellek — segítségével írja le. A számítások eredményeként grid-sorozatok, hosszszelvények és idősorok formájában nagy mennyiségű, térben és időben változó, illetve aggregált vízháztartási adat áll elő. A modell a hidrológiai jellemzők változását az alábbi feltételekkel képes meghatározni (zárójelben a mintaterületi tapasztalataink szerepelnek):

• nagy kiterjedésű területekre (-50-5000 km2) és hosszabb időszakokra (1-50 év);

• kellően részletes tér- és időbeli (0,25-25 ha, illetve perc-óra) felbontással;

• mindezt nagy számítási sebességgel valósítja meg (a cellaszámtól függően a futásidő/szimulált idő arány az 1:1000-1:15000 tartományban mozog).

A számításba bevont hidrológiai folyamatok a következők: csapadék (léghőmérséklettől függően eső vagy hó), intercepció, evapotranszspiráció, felszíni lefolyás és tározás, mederbeli áramlás, valamint vízmozgás a talaj telítetlen és telített tartományában (pontosabban a háromfázisú zónában és a sekély talajvízben). Az ezekre kidolgozott részmodellek kapcsolatrendszerét és a külső peremfeltételeket a 2.1. ábra mutatja be. A számítási modulok elméleti besorolása:

(i) Elidro dinamikai alapú3

• Mederbeli lefolyás (ML): 1D dinamikus/Saint-Venant egyenletek,

• Talajvízmozgás (TV): 2D mélység mentén integrált/Boussinesq alapegyenlet,

• Terepi lefolyás (TL): 2D sekélyvízi hullámegyenletek (opcionális);

(ii) Egyszerűsített hidrodinamikai alapú4

• Eláromfázisú zóna (HFZ): ID Richards egyenlet közelítő megoldása lineáris tározókkal,

2 Általában: csapadék, evapotranszspiráció, felszíni lefolyás, és felszín alatti vízmozgás a telíteden és telített zónákban.

3 A leíró alapegyenletek elméleti szempontból egzakt alakjának numerikus megoldását megvalósító.

4 A leíró alapegyenletek elméleti szempontból egyszerűsített alakjának numerikus megoldását megvalósító.

2