BELVÍZKOCKÁZATOK SZÁMÍTÁSA KORSZERŰ HIDROINFORMATIKAI ESZKÖZÖKKEL Magyar Hidrológiai Társaság XXVII. Országos Vándorgyűlés Baja, 2009. július 1-3. BELVÍZKOCKÁZATOK SZÁMÍTÁSA KORSZERŰ HIDROINFORMATIKAI ESZKÖZÖKKEL Dr. Koncsos László - Balogh Edina Magyar Tudományos Akadémia Vízgazdálkodási Kutatócsoport Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

Magyarország belvízi veszélyeztetettsége 45000 km2 síkvidéki terület jelentős részén belvízveszély Sokévi átlagos belvízkár: 15-16 milliárd Ft /Pálfai, 2006/ Éves tiszai árvízi kockázatok: 18 milliárd Ft /BME, 2006/ Egyedi probléma a hidrológia „magyar szakterülete” /Vágás, 2003/ Forrás: Somlyódy, 2000

ELŐZMÉNYEK

Belvíz-veszélyeztetettségi térképezés 1950-es évek: vízgyűjtő talajtani-, geometriai-, csapadékadatai 1970-es évek (VITUKI): tényleges elöntési térképek 1980-as évek eleje (MTA TAKI): talajtani tényezők talajtani okokból fennálló belvízveszély mértéke 1982 (Nagy L.): talajadottságok+talajvízviszonyok 1980-as évek eleje (Pálfai): tényleges elöntési felmérések (1961-80)  belvíz-gyakorisági térkép (teljes síkvidék) 1980-as évek második fele (Pálfai): belvízképződést befolyásoló tényezők  korrekciók belvíz-veszélyeztetettségi térkép (Alföld, Kisalföld, Dunántúl) belvíz-veszélyeztettségi mutató (BV) Napjainkban: korszerű térinformatikai eszközök 2001-től (HAKI): 40 éves elöntési adatok+főbb befolyásoló tényezők: Komplex Belvíz-veszélyeztetettségi mutató (KBM)  Komplex Belvíz-veszélyeztetettségi Térkép

A belvízrendszer modellezése Belvízrendszer = átfolyásos rendszer (Vágás, 1989) hozzáfolyás: csapadék,külső területekről érkező vizek víztározás: belvízcsatornák, tározóterek, terep elfolyás: gravitáció, szivattyútelepek 2 irányzat: Csapadékstatisztikák, összegyülekezési elméletek érkező csapadék lefolyást képező hányada  elvezetett vízmennyiség Tényleges elöntési és elvezetési adatok

A belvízrendszer modellezése Kienitz (1968) : időinvariáns lineáris rendszerszintézis belvíz-függvények (belvízmennyiség-függvény, elfolyási függvény) csapadékvezérelt összegyülekezési modell: 4 összegyülekezési fázis (input-output rendszerek) Kontur (1983): csapadékadatok  hatékony csapadék lefolyó vízhozam idősor + lefolyó tetőző vízhozam vízháztartási mérleg egység-árhullámkép módszer (alak: egy tározóból álló lineáris kaszkád)

A belvízrendszer modellezése Vágás (1989): speciális átfolyási rendszer: - szivattyúzás és tiltózások szabad vízkifolyást módosító hatásai - a tárolt vízmennyiség és az elfolyási vízhozam között nincs függvénykapcsolat - az elvezetett vízmennyiség a szivattyúk kapacitásától függ - az összegyülekező vizek mennyiségétől független vízkifolyás /állapotfüggetlen rendszer/ a belvízvédekezés hidraulikai feladata: transzformáció - rövid idő alatt érkező nagy vízhozamok  kisebb vízhozamok a szivattyúzás kapacitása szerint, hosszabb időszükséglettel - a várakozó vízmennyiségek tározása /legkisebb károkozás/ feladat: szükséges szivattyúkapacitás meghatározása

A belvízrendszer modellezése hozzáfolyó vízhozam: elszivattyúzott vízmennyiségek időfüggvénye és elöntött területek időbeli alakulása alapján Kozák (2003): belvízi elöntések és elvezetések közötti korrelációs összefüggések Pálfai (1989): mértékadó fajlagos belvízhozam: mértlefolyási és elöntési adatokból - egyszerűsített vízháztartás: lefolyt belvíz +felszíni elöntésben tározódott belvíz - részvízgyűjtő, nagyobb vízgyűjtő: korrekció

Belvízkockázati számítások módszertana a Metodikai projekt keretében

Javasolt módszertan Fizikai alapú modellrendszer belvízképződés hidraulikai alapjai belvízvédelmi rendszer működése Modulok: felszíni összegyülekezés, tározódás és lefolyás: 2D hidrodinamikai modell a 3 fázisú talajzónában lezajló beszivárgás: vertikális modell a csatornarendszerben történő vízmozgás: 1D hidrodinamikai modell talajvízmozgás: 2D modell

Javasolt módszertan A modellrendszer alkalmazása: sekélyvízi hullám 2D egyenleteinek megoldása numerikus megoldás a véges differenciák módszerével peremfeltételek megfogalmazása paraméterek becslése empirikus Manning-féle súrlódási tényező (területhasználati kategória-súrlódási tényező) áramképek, vízborítás eloszlások leírása a mértékadó állapotokban csatornarendszerbeli vízmozgás: 1D modell (peremfeltételek, befolyásoló vízkormányzó objektumok)

Javasolt módszertan 1D áramlási és 2D elöntési modell összekapcsolása vízhozam-kapcsolat: Poleni-képlet Beszivárgás leírása telítetlen talajréteg nedvesség-transzportjának leírása: 1D (vertikális) modell - Richards-egyenlet, numerikus megoldás 2D elöntési és 1D beszivárgási modell kapcsolata beszivárgási veszteség a kontinuitási egyenletben Felszínalatti vízmozgás leírása Nempermanens talajvízmozgás kétdimenziós modellje: Boussinesque-modell (beszivárgási modell alsó peremfeltétele)

Szoftveres megvalósítás US EPA SWMM (US EPA, 1971) + ARES (BME, 2006) korlátlan méretű hálózat beolvasás CAD állományból szabványos zárt/nyílt felszínű vezetékek, természetes csatornák speciális tározó műtárgyak, szivattyúk, bukók, szűkítő nyílások felszíni lefolyás, talajvíz beszivárgás, elszivárgás kinematikus/teljes dinamikus hullámmodell különböző lefolyástípusok (visszaduzzasztás, nyomás alá kerülés…)

Adatigény Terepmodell: MHT / EUROSENS / FÖMI

Adatigény Felszínborítási modell: CORINE Talajfizikai adatok: rétegenkénti pF görbe / Darcy tényező porozitás átlagos kapilláris emelőmagasság Talajvízszint adatok: törzshálózati adatbázisból interpolált talajvízszint térkép Belvízvédelmi rendszer adatai: csatornahálózat (keresztmetszet, helyszínrajz) műtárgyak (küszöbszint, kereszt-szelvény…) átemelő művek működési jellemzői, kapacitás adatai

Adatigény Csapadékadatok : pontszerű és radar észlelésű adatok