belvÍzkockÁzatok szÁmÍtÁsa korszerŰ hidroinformatikai eszkÖzÖkkel
DESCRIPTION
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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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