BELVÍZKOCKÁZATOK SZÁMÍTÁSA KORSZERŰ HIDROINFORMATIKAI ESZKÖZÖKKEL
description
Transcript of 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