BELVÍZKOCKÁZATOK SZÁMÍTÁSA KORSZERŰ HIDROINFORMATIKAI ESZKÖZÖKKEL

1. 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

2. 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

3. ELŐZMÉNYEK

4. 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

5. 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

6. 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)

7. 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

8. 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

9. Belvízkockázati számítások módszertana a Metodikai projekt keretében

10. 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

11. 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)

12. 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)

13. 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…)

14. Adatigény • Terepmodell: MHT / EUROSENS / FÖMI

15. 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

16. Adatigény • Csapadékadatok : pontszerű és radar észlelésű adatok