Árvízi elöntés-modellezés
Enyedi-Egyed Szilvia
hidrológus
Vízgazdálkodási Osztály
Közép-dunántúli Vízügyi Igazgatóság
A folyók vízállásai állandóan változnak; hol emelkednek, hol apadnak aszerint, hogy volt-e csapadék, esetleg hóolvadás vagy sem. Ez a változás azonban nem korlátlan; úgy lefelé, mint felfelé megvannak a maga határai.
A vízfolyások minden pontjához tartozik egy olyan vízállás, amelynél alacsonyabbra a vízszint (bizonyos időszakon belül) még sohasem szállt és tartozik egy legmagasabb vízállás, amely fölé ugyanaz alatt az időszak alatt soha sem emelkedett. A két szélsőérték közötti különbség a vizsgált helyen a vízfolyás vízjátéka. Ez még nem jelenti azt, hogy a vízállás bármikor később a szélső értéknél alacsonyabb, vagy magasabb nem lehet; csak annyit mond, hogy ezeket a szélsőértékeket nem szokta túllépni. Lehetnek azonban olyan időjárási viszonyok, amelyek mellett a vízjárás ezeket a vízállásokat, akár fölfelé, akár lefelé meghaladja. Ilyenkor a vízjáték módosul, növekszik. A vízszint emelkedése bekövetkezhet azonban akkor is, ha a vízhozamot valamilyen természetes vagy mesterséges akadály rendes lefolyásában hátráltatja. (Tőry K.: A Duna és szabályozása, Budapest, 1952.)
Jóllehet a szabályozások előtt a jeges árvizek voltak a gyakoribbak, mégis igazi árvizek alatt azokat a nagyvízhozamokat értjük, amelyek magas vízállások mellett nagy víztömegeket szállítanak. Okai ezeknek az árvizeknek a nagyintenzitású vagy tartós esőzések, gyakran pedig a hirtelen hóolvadások, illetve ezek együttes megjelenése. Ez az úgynevezett zöld ár, ami rendszerint tavasszal, esetleg nyáron, ritkábban ősszel szokott fellépni.
A kisebb folyók vagy mellékfolyók vízgyűjtőterületein a rövid, de nagy intenzitású esők szokták a legnagyobb vízhozamokat előidézni. A nagyobb mellékfolyók esetében azonban az árvizeket inkább a csendes, de tartósabb csapadékok okozzák.
Az árhullám kialakulására azonban nem csak a csapadékmennyiségnek, hanem a talaj áteresztőképességének is nagy befolyása van. Az árhullám emelkedő ága a nem vízáteresztő talaj esetében meredek és tart az esőzés befejezéséig vagy azután még rövid ideig; a tetőzés után azonban az apadás is hirtelen megindul. Az áteresztő talajokról összegyülemlő vizek alacsonyabb, de tartósabb árhullámokat okoznak. Vizük, ha nem is kristálytiszta, mégis hordalékmentes és tisztább, mint a nem áteresztő talajokról lefolyó víz.
Ha tehát a folyó vízgyűjtőterülete nagy és azt különböző áteresztőképességű talajok borítják, akkor a nem áteresztő talajok okozzák a hirtelen áradásokat, míg az áteresztő talajok az árhullámot elnyújtják.
A csapadékmennyiségen és a talaj áteresztőképességén kívül nagyban befolyásolja még a lefolyásra kerülő vízmennyiség nagyságát az is, hogy a talaj száraz, vagy megelőző esőzések már átáztatták, továbbá, hogy a terep esése meredek vagy lankás, csupasz, vagy növényzettel benőtt, és milyen művelési ág alá tartozik.
A magasabb vízállások, ahol a víz a medréből kilép, meghágja a partokat és elönti a szomszédos területeket károsak, és a kártételek ellen védekeznünk kell.
A Fadd-Dombori árvízvédelmi öblözet térinformatikai feldolgozása
A munka egy megtörtént esemény modellezése; az 1956-os Dunai jeges árvíz gátszakadását dolgozza fel, a mai körülményekre interpretálva. Így a különböző részfeladatok megoldásánál – a későbbi felhasználhatóság érdekében – természetszerűleg a jelen állapotok (töltéskorona szintek, utak, elektromos vezetékek, stb.) kerültek rögzítésre.
A vizsgálati terület rövid ismertetése
A 10x18 km-es terület a Duna jobb partján fekszik. Északról Gerjen, nyugatról a tolnai magaspart és a másodrendű lokalizációs töltések, délről pedig a Sió töltései határolják. A terület tartalmazza a Duna szabályozásakor keletkezett Faddi – és Tolnai holtágakat, valamint az 1980–as években a Sió torkolatánál megépített Árvízkaput is (amelynek célja a dunai árhullámok visszaduzzasztó hatá
sának kizárása a Sióról)
Az öblözetben öt település van: Gerjen, Fadd, Fadd-Dombori üdülőtelep, Tolna, és Bogyiszló. Jelentős a mezőgazdaság; nagy területeket foglalnak el a szántók, legelők, vannak gyümölcsösök, és kisebb kiterjedésű erdők. A turizmus szempontjából nagy vonzerőt jelentenek a holtágak, mert egyrészt strandolási, sportolási lehetőséget biztosít a nagy vízfelület, másrészt értékes a holtágak növény és állatvilága.
Kiinduló adatok, előfeldolgozás
A feladat megoldásához együttesen kellett kezelnünk a magassági, felszín fedettségi és földhasználati adatokat. Mindkét adattípussal szemben elvárás volt, hogy az adatok a vizsgálati terület egészét fedjék le, annak minden pontjáról szolgáljanak információval.
A feladat megoldáshoz viszonylag kevés kiinduló adatra van szükség. Ez a következőket jelenti:
A valós időben rendelkezésre álló adatok alapján a következő kiinduló adatokat választottuk:
Elöntés modellezés az Idrisi for Windows segítségével
Az elöntés modellezés végrehajtásához első lépésben csak a digitális domborzatmodell felhasználására volt szükség. A modellezést egy igen egyszerű átosztályozó eljárással lehetett elvégezni, amely megvizsgálta, hogy a domborzatmodell adott térségében az egyes pixelek magassága alatta van-e az előre megadott vízszint magasságánál.
A vizsgálatokat az 1956-os jeges árvíz adatainak felhasználásával végeztük el. A gátszakadás a Duna jobb part 38+100 töltéskilométerében, az 1.25.2. számú Kisvajkai lokalizációs töltés és 1.25.3. számú Dokomlási lokalizációs töltés között következett be. Az elöntéseket több lépésben határoztuk meg. A töltésmeghágáshoz tartozó vízmagasság abszolút értéke 92,6mBf volt.
A vizsgálati módszer kiválasztása
A modellezést bonyolítja, hogy nem elegendő csak a magassági értékek összehasonlítása, hanem az átjárhatóságot is figyelembe kell venni, ugyanis az azonos magasságú területek között húzódó vízválasztók az átfolyásokat m
egakadályozzák.Sajnos az Idrisi a probléma megoldására kész eljárást nem tartalmaz. Ennek ellenére az Idrisi rendszerrel lehet megoldást készíteni.
A megoldást a domborzatmodell értékeinek átosztályozása adta. Elöntés alá csak azok a területek kerülhetnek, melyek magassága kisebb, vagy egyenlő az előre definiált vízállásnál és a gátszakadás helyétől kiindulva egybefüggő foltot alkotnak.
Az egybetartozás feltétele biztosítja az odafolyás lehetőségét, ugyanis az egybe nem
tartozó foltok között helyi vízválasztók vannak, melyek meggátolják az elöntést. Az elemzést a domborzatmodell magassági értékeinek átosztályozásával a Database Query / RECLASS művelettel hajtottuk végre, ahol a döntési küszöböt az előre felvett vízállásmagasság jelentette. Ez egy logikai képet eredményezett, melyben 1-es kódot kaptak azok a képpontok, ahol a magassági értékek kisebbek voltak a vízállásnál, azaz potenciálisan elönthető területek; és 0-s kódot, ahol az elöntés nem következhet
be a magassági adatok alapján
Második lépésben az átosztályozás eredményeképpen kapott foltok mindegyikéhez külön-külön azonosítót kellett rendelnünk, hogy a foltokat önállóan a többitől szepará
ltan lehessen kezelni. Ezt az Idrisi Context Operator / GROUP (csoportképzés) eljárásával lehet megoldani. Az eljárás lefuttatásaként kapott képben minden egyes különálló folt más és más azonosítóval rendelkezik.
A tényleges elöntés megállapításának utolsó lépése, hogy meg kell vizsgálni, melyik az a folt, amelyik a gátszakadás helyét is tartalmazza. Ennek eldöntésére automatikus megoldást a rendszer nem kínál, azonban kihasználva a raszteres és vektoros rétegek egyidejű megjelenítésének lehetőségét a Composer (látványszerkesztő) Add Layer (réteg hozzáadása) utasítása segítségével, az eredmény képre rá tudjuk vetíteni a pontvektor fájlban definiált gátszakadás helyét. Ezek után a kurzor lekérdező módjával megtudhatjuk az adott folt azonosítóját és végül egy újabb átosztályozással, amit a Database Query / ASSIGN (hozzáfűzés) utasítással hajtottunk végre egy olyan logikai képet kapunk, melyen már csak az elöntött terület látszik.
A vizsgálati módszer értékelése
A megoldáshoz felhasznált eljárás nem kifejezetten erre a célra készült, amit az is mutat, hogy a felhasználó nem egy teljesen automatikus feldolgozás eredményeként kapja meg az elöntésre kerülő területet, hanem a feldolgozás során kézi beavatkozásra is szükség van (csoportképzés, a gátszakadás helyének és az azt tartalmazó folt azonosítójának megállapítása és az újbóli átosztályozás). Ennek ellenére a kapott megoldás helyes. Ez is mutatja, hogy a térinformatikai rendszerek alap elemzési eljárásai bizonyos megfontolások mellett igen sokoldalúan használhatók.
Katasztrófa elhárítás és kárbecslés
Az árvízvédekezés egyik legfontosabb pontja, hogy meghatározzuk azokat a helyeket, ahol a védelmi rendszer a legsérülékenyebb. Ez jelen esetben a lokalizációs töltések legalacsonyabb pontjait jelenti, ahol a töltésmeghágás megtörténhet. Természetesen további információs rétegek bevonásával, pl. talajtípus, talajmechanikai, állékonysági, talajvíz áramlási, stb. ez a számítás bővíthető.
Az általam elvégzett elöntés modellezések egyértelműen megmutatják a lokalizációs töltések gyenge pontjait. A katasztrófa elhárítás feladata, hogy ezeken a pontokon a töltéskoronát a kívánt magasságig megemelje. A módszer előnye, hogy valóban csak azon a néhány ponton szükséges a beavatkozás, így az építési költségek csökkenthető
k.A katasztrófa megelőzés másik fontos területe kiemelni azokat a védendő területeket, melyek különösen nagy értéket képviselnek. Ezek lehetnek értékes mezőgazdasági kultúrák, települések, vagy egyéb ipari, mezőgazdasági területek.
Az elöntés modellezés és a földhasználati térkép együttes használatával (az elöntött területek vetítése a földhasználati térképre) ezek a helyek meghatározhatók, így a további tennivalók is megfogalmazhatók.
Az elöntés modellezés másik felhasználási területe a károk előzetes becslése. Ez szintén részét képezheti egy döntési folyamatnak. A kárbecslés elvégzéséhez szintén az elöntött területeket, valamint a földhasználati térképet vesszük alapul. Ennek segítségével az elöntésre kerülő földhasználati kategóriák területe külön számítható.
Előzetesen a földhasználati osztályok segítségével egy költség felületet készítünk. A költségfelület egy egyszerű átosztályozással elkészíthető (ASSIGN), ami lehet akár relatív értékeket, akár abszolút értékeket tartalmazó költségfelület. A költségszámítás során előre meg kell határoznunk, hogy mekkora az értéke egy egységnyi területnek a fölhasználat függvényében. Az értékek meghatározása a különböző szakterületek (mezőgazdaság, ipar, önkormányzatok, stb.) bev
onásával lehetséges.
A költségfelület előállítása után maszkot kell készíteni az elöntések alapján, majd meghatározni, hogy az így kivágott területek mekkora hányada esik az egyes földhasználati osztályokba. Ezt az elemzést az Idrisi rendszerben visszavezethetjük egy egyszerű területszámítási eljárásra, mert feladatunk a különböző attribútumú pixelek összeszámlálása.
A tényleges költségeket az egyes részterületek és a megadott egységnyi költségek szorzatával számíthatjuk ki, amit az Idrisi OVERLAY utasításával végezhetünk el.
A szakdolgozat célja a vízkárelhárítás napi gyakorlatában a térinformatika alkalmazási lehetőségeinek feltárása volt egy konkrét példán, az elönt
és modellezésen keresztül, a megvalósításhoz szükséges eszközök (adatok, szoftverek, módszerek) kiválasztásával együtt.A feladat megoldásához három különböző szoftvert használtam, kettőt az előkészítési, egyet pedig az elemzési feladatrészek elkészítéséhe
z. Az AutoCAD-et a digitalizálásokhoz, a Surfert a domborzatmodell létrehozásához. Az Idrisi for Windowst pedig az elöntések modellezéséhez, amelynek domborzatkezelési, alap elemzési eljárásai sokoldalúan és könnyen használhatók.Az előkészítési munkák (digitális domborzatmodell, földhasználat létrehozása) nagyságrenddel több időt igényeltek, mind maga az elöntés modellezése vagy a kárbecslés. Ezeket a munkákat azonban területenként csak egyszer kell elvégezni, és mind a földhasználati térkép, mind a digit
ális domborzatmodell számtalan más elemzés kiinduló adatát képezheti. (Az eljárást lényegesen meggyorsította volna, ha a már elkészült DTA50-es térképek megfelelőek, azonban azok magassági felbontása egy ilyen sík területen kevésnek bizonyult, és sajnos a védvonalakat sem tartalmazzák.)Az elöntés modellezéshez nincs az Idrisiben beépített rutin, ezért logikai megfontolásokat kellett tenni, aminek segítségével a fizikai folyamatokat az elemzések nyelvére le lehet fordítani. Ilyen megfontolás volt például az, hogy elöntésre csak az a terület kerül, amelyik összefüggő foltot alkot, és a gátszakadás helyét is tartalmazza.
Az elöntés modellezés megoldási módszerével hasonló jellegű feladatok, mint például a talajvízállások, belvizi elöntések modellezése, vagy az elpárolgások megfigyelése is megvalósíthatók.
Felhasznált szakirodalom