Problémafelvetés és módszertan
Az információs technológiai fejlesztések eredményeként a térinformatikai rendszer (GIS), a különféle matematikai és fizikai alapú hidrológiai modellező szoftverek alkalmazása is elérhetővé vált a kapcsolódó kutatások számára.
A hidrológiai modellek felépítése során számos bemeneti adatra van szükség. A determinisztikus modellek törekednek a természetben lejátszódó hidrológiai folyamatok minél valósághoz közelebbi dinamikus rekonstrukciójára, és a folyamatokban résztvevő tényezők közötti kölcsönös interakciók modellezésére. A determinisztikus modellek valósághű szimulációs eredményeket adhatnak, azonban a modellek (ad hoc módon vagy empirikusan meghatározott) bemeneti adatainak is megvannak a maguk bizonytalanságai. Hidrológiai modellek felépítéséhez elengedhetetlen a vízfolyások geometriai adatainak megadása, amihez terepi felmérések szükségesek. A gyakorlatban a terepi felmérések idő, munkaerő és költségigénye igen magas. Fontos a felmérés megfelelő optimalizációja, vagyis annak meghatározása, hogy az adatokat milyen felbontásban rögzítsük. Mederalakzatok felmérése esetén meg kell határozni, hogy milyen sűrűséggel mérendőek a kereszt- és a hossz-szelvények. A keresztszelvény felmérés gyakoriságát alapvetően meghatározza, hogy az adott modell milyen feladatkört kíván megválaszolni. Ehhez számításba kell venni a rendelkezésre álló erőforrásokat. A gyakorlati központú kutatás az Alföld keleti részén lévő Berettyó vízgyűjtő hazai területén (1. ábra) történt. A vízgyűjtőn lévő vízfolyások keresztszelvényei 0,5 km és 1 km sűrűséggel kerültek vizsgálatra a felépített MIKE SHE – MIKE Hydro River integrált hidrológiai modellek szimulációs eredményei alapján.
1. ábra. A magyarországi Berettyó részvízgyűjtő és a Dong-ér kisvízgyűjtő
Az alkalmazott érzékenységi vizsgálat az one-at-time módszeren alapul, aminek a definíciója így szól: Az egyes paramétereket egymástól függetlenül változtatjuk, miközben az összes többi paramétert változatlanul hagyjuk (Hamby, 1994). Ebből érzékelhető, a módszer hátránya az, hogy csak lokálisan, egy bizonyos kiválasztott pont érzékenységét vizsgálja (Hamby, 1994). A hátrányt felismerve a kutatás az integrált hidrológiai modellezés, pontosabban a MIKE SHE modell került alkalmazásra, hogy javítsa az one-at-time érzékenységi vizsgálat korlátait. Az eredmények azt mutatja, a MIKE SHE modell térbeli és időbeli léptékű rugalmas szimulációs keretrendszerével az one-at-time módszer hátránya javítható, így integrált és átfogóbb képet ad az egyes paraméterek érzékenységéről. Az ily módon összekombinált integrált one-at-time módszer alkalmazásához szükség van a referencia modell szimulációs eredményeire. A hidraulikai MIKE Hydro River és a hidrológiai, MIKE SHE modellekből álló integrált hidrológiai modell felépítésre került. Részletesen, lépésről lépésre való kalibrációja és validációja eredményeként egy optimálisnak mondható paraméterekkel felépített integrált modell kapható. Ezt követően alkalmazható az integrált one-at-time érzékenységi vizsgálati módszer.
Összehasonlítási eredmények
A két szelvénysűrűségre futtatott szimuláció eredményei alapján a legtöbb hidrológiai paraméterek értékei között minimális eltérést mutatható ki (2. ábra). A talajvíz áramlás változása x- és z-irányban a számottevőbb, de a teljes értékéhez viszonyítva jelentéktelen (4% és 6%) a különbségük.
2. ábra. A hidrológiai paraméterek összehasonlító adatai modellezés során 0,5 és 1 km-es keresztszelvénysűrűség esetén 2018-ban
A 3. ábrán a 0,5 km-es és 1 km-es adatsűrűséggel szimulált vízmérlegi eredmények kerültek összehasonlításra. Általánosságban elmondható. hogy a hidrológiai paraméterekben elhanyagolható (1–3 mm-es) különbséget mutatnak két keresztszelvény sűrűség esetén. Az 1 km-es sűrűségű keresztszelvényekkel szimulált vízmérleg, mintegy 17 mm-rel alacsonyabb értéket eredményez, mint amit az 500 méterenkénti kereszt-szelvényekkel kapunk. A vizsgált terület egészére közel 47 millió m3 vízkészlet-különbséget jelent.
3. ábra. A szimulált vízmérlegek alakulása a Berettyó részvízgyűjtőjén a vízfolyások 0,5 és 1 km-es keresztszelvény sűrűsége esetén 2018-ban
Összességében megállapítható, hogy a kontinuitás egyensúlyok szempontjából a feltételezett meder-geometriával és a 0,5 és 1 km keresztszelvény sűrűséggel futtatott hidrológiai és vízmérlegi szimulációk eredményei között nem tapasztalható érdemi változás (a teljes értékhez képes). A költséghatékonyságot figyelembe véve és a szimulációs céltól függően – nem feltétlenül támasztja alá a részletesebb keresztszelvény-felmérések felhasználásának igényét.
A természetes medrű vízfolyásoknál – például a Dong-ér-főcsatorna – azonban teljesen más (lehet) a meder geometriája a 0,5 és 1 km-es keresztszelvények között. Ez nagymértékben befolyásolhatja a vizsgált vízfolyás hidrológiai rezsimet, hidrodinamikai törvényszerűségét, ezáltal a vízmérlegjellemzők is változnak. Minél ritkábbak a felmérési pontok, valójában annál bizonytalanabbak a bemenő adatok, ami lényegesen csökkenti a szimuláció pontosságát. Ugyanakkor a mérési pontok sűrítésével nő a szimuláció számítási ideje és tárhely igénye is. A minél valósághűbb szimulációs eredményekre való törekvés érdekében a természet által kialakított medrekben javasolt a minél nagyobb keresztszelvény-sűrűséggel elvégezni a modell beállítást, amennyiben rendelkezésre állnak az erőforrások.
Dr. Tran Quang Hop
Kiemelt műszaki referens