Numerikus hidrológiai modellezés és folyami jégviszonyok előrejelzése

Abstract

A vízkörforgás intenzitásának növekedése az éghajlatváltozás következtében az elmúlt években számos szélsőséges árvízi esemény kialakulásához vezetett, de a jég képződéséhez szükséges hidrometeorológiai feltételek csak néhány esetben álltak fent, a két jelenség pedig még ritkább esetben kapcsolódik egymáshoz. Ilyen volt a 2017. évi dunai jéghelyzet, majd az azt közvetlenül követő tiszai jeges árvíz. Ezen események rámutattak arra, hogy az akkor igen alacsony mederteltségű Duna öt jégmentes esztendő elteltével is tud váratlan helyzetet előidézni, ugyanúgy, ahogy a Tisza vízgyűjtőjén egy időben kialakuló erős jégbeállás és hóolvadásból meginduló árhullám is. Ezek fokozott fenyegetést jelentenek anyagi kár, és emberélet szempontjából is, így biztonságos levezetésük kiemelten fontos, de összetett mérnöki feladat. Az ilyen és ehhez hasonló események előrejelzése és a felkészülés a jeges védekezés egyik legfontosabb eleme.A hazai folyami jégviszonyok, jégészlelés és jégelőrejelzés rövid áttekintése mellett kutatásom fő célja egy alternatív jégelőrejelzési módszer kidolgozása. A hazai jégelőrejelzést az OVSZ végzi, valamint itt kerülnek összesítésre és ábrázolásra is a Jégjelentő Szolgálat észlelései. Az előrejelzés jelenlegi módszertana a víz hőháztartásának számításán alapul, ún. becsült energiamérleg segítségével (Starosolszky 1969). A számítás kezdeti feltétele az észlelt vízhőmérséklet, az energiamérleg tagjainak becslése pedig a meteorológiai előrejelzés alapján történik. Az előrejelzés jelenleg a Dunára és Tiszára készül, 4 és 6 folyószakaszra, 6 napos időelőnnyel. Doktori kutatásomban egy olyan alternatív számítási módszer kidolgozását céloztam meg, amely az alapegyenlet tagokra bontása és a tagok becslése helyett koncentrált paraméterű összefüggésen alapszik, és hosszabb, 10 napos időelőnnyel végezhető, valamint a jelenleg operatív használatban lévő módszerrel ellentétben az észlelt vízhőmérséklet adatokra nem támaszkodik. Ezen utolsó feltétel oka a jelenlegi operatív vízhőmérséklet mérési gyakorlat és a jégmegjelenéshez előrejelzéséhez szükséges információk körének ellentmondása (Keve 2012). Turbulens áramlású folyóink szelvényeit tökéletesen átkeveredettnek tekintjük a vízhőmérséklet szempontjából, de a vízfelszíni és fenék közeli mérések ezt cáfolják. A jégészlelési módszerek korszerűsítésével tehát módszertanilag helyes és objektív bemeneti és kontroll adatokkal lehetne alátámasztani az előrejelző módszereket (Keve 2002, 2010, 2017). Az alternatív módszer a jelenlegi gyakorlathoz képest célzottan csekély adatigényű és koncentrált paraméterű, de kielégítő pontosságú a jég megjelenésének, eltűnésének, valamint a vízhőmérsékletek napi alakulásának predikcióját illetően. A módszer a meteorológiai adatok mellett hidrológiai alapokon is nyugszik, hiszen a vízjárás és a morfológia döntő tényező a jéghelyzetek kialakulását illetően. Ezért a módszer egy lefolyás- 5szimulációs rendszerre támaszkodik, így a jéggel kapcsolatos áttekintés mellett lényeges a numerikus hidrológia alapjainak, alapfeltételeinek, összefüggéseinek, valamint érvényességének áttekintése is.