BELVÍZKOCKÁZATOK SZÁMÍTÁSA KORSZERŰ HIDROINFORMATIKAI ESZKÖZÖKKEL

BELVÍZKOCKÁZATOK SZÁMÍTÁSA KORSZERŰ HIDROINFORMATIKAI

ESZKÖZÖKKEL

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

Magyar Hidrológiai TársaságXXVII. Országos Vándorgyűlés

Baja, 2009. július 1-3.

Dr. Koncsos László - Balogh Edina

Magyar Tudományos Akadémia

Vízgazdálkodási Kutatócsoport

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 vízhozamvízháztartási mérlegegység-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 megoldásanumerikus megoldás a véges differenciák módszerével

• peremfeltételek megfogalmazása• paraméterek becslése

empirikus Manning-féle súrlódási tényező (területhasználati kategória-súrlódási tényező)

• áramképek, vízborítás eloszlások leírása a mértékadó állapotokbancsatornarendszerbeli vízmozgás: 1D modell (peremfeltételek, befolyásoló vízkormányzó objektumok)

Javasolt módszertan

• 1D áramlási és 2D elöntési modell összekapcsolásavízhozam-kapcsolat: Poleni-képlet

• Beszivárgás leírásatelítetlen talajréteg nedvesség-transzportjának leírása:

1D (vertikális) modell - Richards-egyenlet, numerikus megoldás

• 2D elöntési és 1D beszivárgási modell kapcsolatabeszivárgási veszteség a kontinuitási egyenletben

• Felszínalatti vízmozgás leírásaNempermanens 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 tényezőporozitás 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