ÁRVÍZI ELŐREJELZÉS KORSZERŰSÍTÉSE A RÁBÁN ÉS A MURÁN

Átírás

1 1. Bevezetés ÁRVÍZI ELŐREJELZÉS KORSZERŰSÍTÉSE A RÁBÁN ÉS A MURÁN FICSOR JOHANNA 1 JUHÁSZ ISTVÁN 2 1 ÉDUVIZIG, 2 NYUDUVIZIG A Nyugat-dunántúli és az Észak-dunántúli Vízügyi Igazgatóságon között Uniós forrásból támogatott projektek keretében árvízi előrejelzésével kapcsolatos fejlesztések zajlottak, a Rába és a Mura folyó vízrendszerére. A szomszédos országok közötti határon átnyúló programok keretében (AT-HU Határon átnyúló együttműködési program , Sl-HU Határon átnyúló együttműködési program ) megvalósuló projektek eredményeként online riasztó és előrejelző rendszerek kialakítására, illetve továbbfejlesztésére került sor. A Rába vízgyűjtőre elkészített modell a ProRaab(a) projekt keretében, a Stájer és a Burgenlandi Tartományi Kormányhivatal valamint a NYUDUVIZIG, és az ÉDUVIZIG gondozásában, a Mura vízgyűjtőjére készített modell pedig a WEP A víz a Környezet gyöngye projekt keretében a Lendvai Öko-park Kft., Lendva község és a NYUDUVIZIG gondozásában valósult meg. Az összetett, hidrológiai és hidraulikai modulokat is tartalmazó modellrendszer kiterjed a folyók teljes vízgyűjtőterületére, 6 napos vízállás, vízhozam előrejelzést szolgáltat a rendelkezésre álló meteorológiai és hidrológiai adatok, valamint előrejelzések alapján. A Mura folyó esetében egy, az osztrák és a szlovén területekre már működő modellrendszerhez történő csatlakozásról van szó, míg a Rábán az előzőhöz hasonló új modell fejlesztése történt. Dolgozatunkban ezt a két rendszert szeretnénk bemutatni, értékelni az eddigi működtetési tapasztalatok alapján. 2. Rába, Mura árvizei, előrejelzési gyakorlat Árvizek a Rábán A Rába Magyarország negyedik legnagyobb folyója, a Duna legjelentősebb magyarországi mellékfolyója. A viszonylag nagy esésű, szélsőséges vízjárású folyó teljes hossza 283 km, vízgyűjtő területe km 2. A folyó vízjárásából fakadóan a felső szakaszokon inkább a hirtelen érkező, heves áradások, míg a síkvidéki szakaszon a tartósabb árhullámok jellemzőek. A folyó alsó szakaszán (ami jelentősebb árvizek idején elérheti a 30 km-t is) meghatározó a Duna visszahatása is. A tapasztalatok alapján ezen a szakaszon a legnagyobb vízszintek a Duna és a Rába együttes árhulláma esetén alakulhatnak ki. Az elmúlt másfél évszázadban több jelentős árvízi esemény is volt a folyón ben hatalmas árvíz pusztított a Rába mentén, a folyó Malomsoknál és Mérgesnél átszakította a jobb oldali régi, gyenge töltéseket, majd több helyen áttört a bal oldali töltésen is, tengerré változtatva a vidéket ban a négy évvel korábbinál is pusztítóbb árvíz vonult le a folyón: a töltések ismét több helyen átszakadtak ban egy minden addiginál nagyobb árhullám még töltésszakadást okozott ugyan, és a víz hektárt elöntött, de az 1910-es, 1925-ös és 1963-as ugyancsak hatalmas árhullámok már nem tudtak bajt okozni a védelmi rendszerben áprilisában azután a Rába bal oldali mellékfolyóin ismét minden addiginál nagyobb árhullámok keletkeztek, ezek egyesültek a Rába árhullámával, aminek következtében az 1

2 összegyűlt víz cm-rel meghaladta a Rába-töltés koronáját és több helyen gátszakadást idézett elő. Jelentős vízhozamú árhullám volt tavaszán is, az évszázad során a 4. legnagyobb. A 70-es években megerősített töltések hatására azonban a települések nem voltak veszélyben, bár a nyílt ártéren utakat kellett lezárni, s mezőgazdasági területek is víz alá kerültek. A folyó felső szakaszán az utóbbi évek egyik legjelentősebb árvize június végén - július elején volt, mikor egy nagyobb és három kisebb árhullám alakult ki a Rába osztrák vízgyűjtőjén, mely LNV-t okozott mind Szentgotthárdon (491 cm), mind Körmenden (519 cm) annak ellenére, hogy az érkező vízhozam nem volt rendkívül magas. Ez az árvíz jelentős völgyi elöntéseket okozott a Rába felső völgyében, melynek következtében több településen a házakat is védeni kell homokzsákokkal és több közutat is le kellett zárni. Az alsó folyószakaszon ez az árhullám nem okozott rendkívüli helyzetet, II-III. fokon vonult le és érte el a befogadó Mosoni-Dunát. Árvizek a Murán A Mura Ausztriában ered, 1764 m magasságban, teljes hossza 454 km, amelyből csak a legalsó szakasz (48 km) - annak is csak a bal partja - esik Magyarországra, vízgyűjtő területe km 2. A Mura vízjátéka - a Drávához hasonlóan - más folyókhoz viszonyítva kicsi. Ennek egyik oka az, hogy az Alpok hótakarója természetes tározóként szerepel, a hegyek között az olvadás csak akkor kezdődik el, amikor a tavaszi esőzésekből származó ár már levonult. Jellemző még a folyóra, hogy gyorsan árad és lassan apad. Apadáskor 6-8-szor annyi idő szükséges, mint amennyi idő alatt ugyanannyit áradt. A keletkezett árhullámok időszakos eloszlását tekintve jellegzetes, hogy a Murán a nyári időszakban fordul elő az árhullámok csaknem fele, mintegy harmada pedig az őszi és tavaszi időszakokban. A téli időszakok árhullámai nem jelentősek és nem is gyakoriak. A Murán eddig mért legnagyobb árvíz 1972-ben vonult le, július 18-án a tetőző vízszint 514 cm volt, ekkor 1580 m 3 /s víz vonult le. Az akkori árvíz során két helyen is volt gátszakadás, mégpedig a tótszerdahelyi és a birkitói öblözetben, jelentős károkat okozva. A Murán az utóbbi évek legjelentősebb árhulláma 2005-ben vonult le. A tetőzéskor (2005. augusztus 24.-én) mért vízhozam 1188 m 3 /s volt, ami messze elmaradt a számított 1%-os valószínűségű árhullám vízhozamától (1650 m 3 /s), a kialakult vízszintek (501 cm) ugyanakkor megközelítették a mértékadó árvízszintet. Jelenlegi előrejelzési gyakorlat A levonuló árvizek elleni sikeres védekezés alapja a megfelelő előrejelzés biztosítása. Az árvízi előrejelzés fő célja, hogy elegendő időelőnnyel, kielégítő információkat biztosítsunk a védekezési feladatokra való felkészüléshez. Minél nagyobb az időelőny, annál megalapozottabb és szervezettebb lehet a védekezés. Az eddigi gyakorlat alapján a védekezésért felelős Igazgatóságok (a Rába esetén a NYUDUVIZIG és az ÉDUVIZIG, a Mura esetén a NYUDUVIZIG) előrejelző szakcsoportja több forrás felhasználásával készíti el előrejelzését. felhasználja a VITUKI által készített központi előrejelzést mely mind a Rába, mind a Mura főbb vízrajzi állomásaira elérhető. Az igazgatóságok saját előrejelzést készítenek a felső vízgyűjtőn található vízmércék vízjárása alapján: a Murán Letenyei állomásra a radgonai ill. a muraszerdahelyi vízmércék tetőző vízállásaiból; a Rába esetében a Körmend, Sárvár, Ragyogó, Árpás állomásoknál a felettük lévő magyar vízmércék (Szentgotthárd és Körmend, Sárvár) tetőző vízállásaiból. 2

3 További lehetőség, hogy a külföldi vízgyűjtőterületre hulló csapadékból határozzuk meg a keletkezett egyedi árhullám tetőző vízhozamát grafikus módszerekkel melyet a Rába, Szentgotthárd állomás esetében alkalmazzuk. A Rába, Győr, és bizonyos esetekben az Árpás állomások esetén az előrejelzés elkészítésénél fontos szerepet játszik a befogadó Mosoni-Duna, Duna vízjárásának a figyelembe vétele is. Összefoglalóan, ezekkel a módszerekkel cm pontossággal tudjuk előre jelezni a tetőző vízállásokat. A Murán Letenyére 1-2 nap időelőnnyel, a Rábán Szentgotthárdra pár óra (maximum 12 óra) időelőnnyel, Körmendre a Szentgotthárdi tetőzésből óra időelőnnyel, míg Sárvárra, Ragyogóra a Körmendi tetőzésből 2 napos időelőnnyel lehet előrejelzéseket készíteni. A győri vízszintek előrejelzésénél általában szintén 2 napra előre tudunk megbízható előrejelzést adni. A Rábára történő előrejelzésnek több kritikus pontja van. Az egyik az, hogy Szentgotthárd állomásnál legtöbb esetben csapadék esemény ideje alatt már megkezdődik a vízállás emelkedése, és mivel határszelvény, a felsőbb vízgyűjtőkről származó információk nem mindig teljes körűek (pl.: tározók üzemeltetése), és beérkezésük is több időt vesz igénybe. A folyó Vas megyei szakaszán a Rába nem szabályozott, az árhullám szabadon folyik le a völgyben. A völgyi lefolyás igen változatos lehet, és ez jelentősen befolyásolhatja a Sárvár, és az az alatti folyószakaszra vonatkozó előrejelzés beválását. Igen nagy árvizek esetén az árvízi védekezés egyik jelentős eszköze a Sárvár alatti jobb parti szükségtározó üzembe helyezése. A tározó megnyitásának előkészületei több napot vesznek igénybe, így fontos, hogy megfelelő időelőnnyel elő lehessen jelezni azt, hogy szükséges-e a tározó megnyitása, vagy sem. Ez a jelenlegi előrejelzési gyakorlat szerint kellő időelőnnyel nehezen meghatározható. A győri vízállás előrejelzés nagy érdeklődésre tart számot mind árvizek, mind normál vízjárás esetén. A Rába torkolati szakaszán kialakuló vízszintekre jelentős hatással van a Duna vízjárása, a Győr térségi vízállapotokat az év nagy részében ez határozza meg. A Rába vízgyűjtőről érkező árhullámok alsó szakaszon történő levonulását is nagyban befolyásolhatja, és ezzel nehezíti a felsőbb állomások alapján történő, kellő pontosságú előrejelzés készítését. Az előrejelzésben eddig használt módszerek főként valószínűség-elméleteken alapuló összefüggések felhasználását jelentik. Az elmúlt évtizedek számítástechnikai fejlődése lehetővé tette, hogy olyan hidrológiai, hidraulikai összefüggéseken alapuló modelleket is felhasználjunk az előrejelzés során, amikre korábban még ha rendelkezésre is álltak ilyen jellegű programok idő és számítási kapacitás hiányában nem volt lehetőség. Ezek az újszerű döntéstámogató eszközök, mint amilyenek a következőkben bemutatott modellrendszerek is, kellő körültekintés mellett növelhetik a korai előrejelzés, riasztás jóságát, és ezzel a védekezésben olyan fontos időelőnyt is. 3. Előrejelző rendszer bemutatása A stájer vízügyi szervezet gondozásában néhány éve már működnek online riasztó-előrejelző modellek az Enns folyóra és a Mura felsőbb vízgyűjtőjére. Az automatikusan működő online előrejelző rendszer lényege, hogy a teljes vízgyűjtőre vonatkozó meteorológiai előrejelzéseket, vízrajzi észleléseket összegyűjtve, feldolgozva időről időre (óránként) modellfuttatást végez és a kapott előrejelzést azonos gyakorisággal közzéteszi az érintettek, érdekeltek számára. 3

4 Igazodva az Ausztriában már működő fejlesztésekhez, a magyarországi Mura szakasz, és a Rába előrejelző rendszere is az ott alkalmazott szoftvercsaládra épül, melyet a Dán hidrológiai Intézet (DHI) fejlesztett ki. Az előrejelző rendszerek központja Graz-ban van, itt készülnek óránként az automatikus előrejelzések. A magyarországi gyakorlat szerint területileg illetékes vízügyi igazgatóságok rendszeresen tesznek közzé hidrológiai előrejelzéseket, melyek készítésénél a jövőben fel kívánja használni az előrejelző rendszerek eredményeit. Mind a Mura, mind a Rába magyarországi területein illetékes vízügyi igazgatóság (NYUDUVIZIG, ÉDUVIZIG) egyet értett azonban abban, hogy egy automatikusan működő rendszer közvetlen eredményéért nem lehet ellenőrzés nélkül felelősséget vállalni, az eredmények értékelése a közzététel előtt elengedhetetlen. Ezért a graz-i központi modell mellett, az illetékes vízügyi igazgatóságokon helyi modellek működtetésére is van lehetőség. A helyi modellek a központi, automatikusan működő modell adatbázisát felhasználva közvetlenül működtethetők, ami a gyakorlatban az jelenti, hogy a gráci központban a modellfuttatást követően a teljes modell tömörítve egy FTP szerverre kerül, és onnan letölthető, a helyi programban előhívható, értékelhető, szükség esetén módosítható, és közzétehető. A helyi modellek működése nem automatikus, a jelenlegi gyakorlat alapján naponta egyszer illetve kétszer történik meg az adatok lehívása, értékelés, publikálása. Az előrejelző rendszer alapját egy 1dimenziós hidrodinamikai modell adja, melynek peremfeltételei az egyes részvízgyűjtők csapadéklefolyás modelljei, valamint észlelt és előrejelzett vízhozam adatok adják. A modellezési feladat folyamatos online működéséért a FloodWatch keretrendszer a felelős. Ezen a keretrendszeren keresztül irányítható a modellezéshez szükséges adatáramlás, az eredmények közzététele is. 3.1 Előrejelző modell Az előrejelző modell-rendszert egy, a teljes vízgyűjtő folyóhálózatát lefedő hidrodinamikai modell, és a részvízgyűjtőkön összegyülekező vízmennyiséget meghatározó lefolyásmodellek alkotják. A készített előrejelzés valós adatokhoz történő igazításáért az adatasszimilációs modul a felelős. Hidraulikai modell A hidraulikai modell mindkét esetben a teljes vízrendszert magába foglalja. Ez a Rába esetében több mint 1623 km folyóhálózatot jelent, 151 elkülöníthető folyóággal (mederszakasszal), a Mura esetében pedig 1020 km-nyi vízfolyást, mely 28 folyótmellékfolyót foglal magába. Az egydimenziós modell minden állapotváltozót (vízállás, vízhozam, áramlási sebességek, koncentrációk, nedvesített szelvényterület, vízfelület szélesség) szelvény-középértékkel vesz figyelembe. A rendszer a dinamikus folyamatok leírására fizikai alapú parciális differenciálegyenletek (Saint Venant egyenletek) numerikus megoldásait használja fel. A folyóhálózat topográfiáját megfelelő lépésközönként felvett, mért keresztszelvényekkel és az egyes ágak kapcsolódásának megadásával definiáljuk. A rendszer térbeli számítási pontjait az így megadott ismert keresztszelvények, illetve szükség esetén (pl. csomópontok felett-alatt) az ismert keresztszelvények közé interpolált számítási keresztszelvények adják. Az áramlástanilag fontos műtárgyak (hidak, duzzasztók, tározók stb.) a folyóhálózatba szintén beépíthetők. A modellhálózat felépítését követően a fejlesztő történelmi adatok alapján meghatározta a modellparamétereket, melyekkel a valós lefolyási viszonyok leképezhetők a modellben 4

5 (mederellenállás, műtárgy-paraméterek). A felépített modell kalibrálása és validálása elengedhetetlen feladat, és nagy körültekintést igényel. Meg kell azonban jegyezni, hogy egy igen nagy pontossággal bekalibrált modell esetén sem érhetünk el teljes egyezést az előrejelzés során a mért és a számított adatok között, hiszen a kalibrálás, validálás egy múltbéli eseményre történik, és az előrejelzés pillanatáig bekövetkezett változásokat a modell nem tudja figyelembe venni. A modell elavultságából keletkező hibák kiküszöbölése érdekében igen fontos a modell időről-időre történő frissítése, aktualizálása. Ez a modellfrissítés jelentheti gyakorlatilag a modellfejlesztés során már felmerülő összes feladatot, a modellhálózat módosításától a modell kalibrálásáig. A számítás eredményei megjeleníthetők, mint az egyes állapotváltozók keresztszelvényekre vonatkozó idősorai, vagy pedig az állapotváltozók szélső értékeinek, illetve egyes időpontokhoz tartozó értékeinek hossz-szelvényei. A gyakorlatban ez vízállás, vízhozam és áramlási sebesség, nedvesített terület, vízfelszín-szélesség idősorokat és hosszszelvényeket jelent. A modellfelület adta grafikus és táblázatos megjelenítés mellett az adatbázisok más alkalmazásokba (excel, stb) is átvihetők és feldolgozhatók. Az online előrejelző rendszerek szempontjából az alapvetően használt eredménymegjelenítés a vízállás és vízhozam idősor-grafikonok. Ezek esetünkben a modellezés pillanatában már rendelkezésre álló valós adatokat, az ezek alapján javított modellezett értékeket valamint a 6 napra előrejelzett értékeket mutatják be. Csapadéklefolyás modell A hidrodinamikai modell talán legfontosabb peremfeltételét az előrejelzett csapadéktevékenység hatására az egyes részvízgyűjtőkről érkező várható vízhozam jelenti. Ennek meghatározására külön algoritmus alapján történik, Ez az algoritmus az, ami lehetővé teszi a meteorológiai előrejelzések összekapcsolását a hidrodinamikai modellel. A program több, különböző elméleten alapuló megoldási módszert ajánl fel. Mind a Rába, mind a Mura modellje esetén a fejlesztők a talán legrészletesebb paraméterkészletű NAM lefolyásmodellek használatát javasolták. A NAM magközelítés a napi, vagy órás csapadék idősor, párolgási paraméter, felszíni, felszín alatti hozzáfolyás valamint a különböző víztartó rétegek (hóban tárolt vízkészlet, növényzet, talajfelszín, gyökérzóna, talajvíz, rétegvíz) tározási kapacitása alapján határozza meg a vízgyűjtőről alsó pontján a mederbe belépő vízhozamot. A modell tulajdonképpen különböző paraméterekkel definiált, sorba kapcsolt tározók (medencék) közötti vízcsere folyamatok leírásán alapul. Az egyes medencék töltődése, túlcsordulása a megadott az adott rétegre jellemző - paraméterek alapján számítható. Bemeneti paramétert a várható csapadék mennyisége, míg a kimeneti paramétert a mederben összegyülekező víz adja. A használt modell egyik előnye és a tapasztalatok alapján nem megfelelő kalibráció esetén hátránya is, hogy a modellfuttatás során a megelőző futtatás eredményét, mint kezdeti feltételt használja, így emlékszik a megelőző időszakra is. Megfelelő működés esetén ez igen fontos tulajdonsága a modellnek, hiszen egy-egy árhullám kialakulása sem független a megelőző időszak hidrometeorológiai eseményeitől. Nem megfelelő paraméterezés esetén viszont jelentős hibát generálhat, és tarthat fent hosszú ideig az előrejelzésben. Az elmúlt hónapok tesztidőszaka alatt találkoztunk ilyen problémával, a NAM modell hóban tárolt vízkészletének számítása esetén. Ebben az esetben a modell emlékezőképessége nem teszi lehetővé a mért adatok alapján a bemeneti paraméter automatikus javítását, kézi beavatkozásra van szükség. Ez viszont az automatikus, óránként ismétlődő működésbe nem beépíthető. Az ilyen jellegű hibák javításának is a már korábban említett modellfrissítés, aktualizálás során kell megtörténnie. 5

6 Adatasszimiláció Elfogadva az előző fejezetekben felvázolt lehetőségeket és korlátokat az online, óránként készített előrejelzéssel szemben mégis az egyik legfontosabb elvárás, hogy a modelleredmények futtatásról-futtatásra igazodjanak a rendelkezésre álló legfrissebb észlelt adatokhoz. Mivel éles helyzetben két futtatás között nincs lehetőség a modell paraméterek újbóli beállítására, kalibrálására, szükség van egy automatikusan is működtethető javítási lehetőségre, ami a kapott eredményeket a modell korlátai ellenére is használhatóvá teszi. Erre megoldás az adatasszimiláció, mely kiválasztott diszkrét pontokban, az egyes mértékadó állomásokon automatikusan korrigálja a modelleredményeket a rendelkezésre álló legfrissebb észlelések alapján. Az adatasszimiláció során, a modelleredmények és a mért értékek közötti hiba alapján minden futtatásnál megtörténik ez a korrekció. A modellezett paraméter idősorának első két napjára a futtatás időpontját megelőző időszak a modell gyakorlatilag hozzá húzza az eredményeket mért adatokhoz, az előrejelzett hat napra vonatkozóan pedig asszimilációs függvény alapján történik az idősor javítása. A programban többféle lehetőség nyílik az adatasszimiláció definiálására. Egyik lehetőség a határfeltételek bizonytalanságának a kiterjesztése a szimulációs eredményekre a Monte Carlo módszerrel, a másik esetben a Kálmán szűrő alkalmazásával lehet becsülni a javítás mértéket, a harmadik esetben pedig a felhasználó által definiált függvény alapján történik a modelleredmények javítása. A modellfejlesztő mindkét esetben (a Mura és a Rába esetén is) a harmadik módszert használta. Korábbi tapasztalatok alapján minden állomásra egyedi, modellezett paramétertől (zömében vízhozam, néhol vízállás) függő, időben változó hibafüggvényt határozott meg. Ezzel a megoldással (időben változó hibafüggvény használata) a futtatás pillanatában érvényes hiba mértéke az előrejelzett 6 nap folyamán fokozatosan csökken, így az időben távolabbi előrejelzés kisebb mértékben tartalmaz korrekciót, és a kapott értékeket inkább a modellparaméterek, hidrodinamikai törvényszerűségek határozzák meg. Ezzel a módszerrel elérhető, hogy az asszimilációhoz felhasznált észlelt adatok esetleges hibája csillapodjon az előrejelzett időszakban, az időben távolabb eső előrejelzést ne terhelje olyan nagy mértékben. Abban az esetbe viszont, ha az észlelt adatsor és a modellezett érték közötti eltérés nem mérési hibára, hanem a modell paraméter- illetve alapadat-készletének minőségével, időszerűségével hozható kapcsolatba, lehetséges, hogy ez a simítás a távolabbi előrejelzések jóságát csökkenti. Az adatasszimiláció diszkrét pontokra (vízrajzi állomásokra) történik, hatása nem terjed ki a teljes eredményhalmazra. A modellezett hossz-szelvénybe történő illeszkedése a felvíz és az alvíz irányába milyen távolságban simuljon bele az eredeti görbébe paraméterként definiálható. 3.2 FloodWatch Keretrendszer A modell kezelését a MIKE FloodWatch keretrendszer végzi, mely óránként automatikusan futtatja a modellt, elkészíti az előrejelzést és az adatokat közzé teszi a központi honlapon valamint elérhetővé teszi azokat az előrejelző alközpontok számára. A helyi előrejelző központok (Eisenstadt, Szombathely, Győr) szintén a FloodWatch keretrendszernek a segítségével értékelik a kapott eredményeket, készítik el szükség szerint a saját előrejelzéseiket és teszik közzé azt a saját weblapjaikon. 6

7 1. ábra. A Floodwatch keretrendszerben a Mura előrejelző modell A helyi központok önálló automatikusan online működésre nincsenek beállítva. A grazi központból fttp kapcsolaton keresztül lementett modellek hívhatók elő. Az így megnyitott modelleken keresztül azonban saját futtatásokat hajthatunk végre, igény szerint módosítva a modell-paramétereket, peremfeltételeket. Egy-egy alap modellhez (melyet a központi modelltől hívtunk le) öt különböző változat (szcenárió) hozzárendelésére és mentésére van lehetőség. A szcenáriókat az alkalmazás a központi rendszerhez hasonlóan teljes értékű és méretű előrejelzési *.zip fájlokban menti el, így azok a későbbiekben önállóan felhasználhatók, közzé tehetők. A program működése közben lehetőséget biztosít a lementett előrejelzések, korábban készített szcenáriók közötti átjárásra is. A lementett előrejelzések és a lefuttatott szcenáriók eredménye mind grafikusan, mind táblázatosan egyszerre megtekinthető. Lehetőség van a térképen feltüntetett állomások adatait grafikusan áttekinteni, a részvízgyűjtőre hulló csapadék összesített értékét megtekinteni minden tárolt időlépésben. A táblázatban megtekinthetjük a vízhozam és vízállás illetve a csapadék értékeket, saját szcenárió készítése esetén együtt a mért, az eredeti futtatás és az új szimuláció eredményeit. A grafikonon a mért értékek piros keresztek, az eredeti modell futtatást kék illetve az új modell futtatást fekete vonal jelöli. 2. ábra. Az előrejelzés összehasonlítása egy új szimulációval 7

8 A FloodWatch felhasználói felületén keresztül közvetlenül elérhetők a modellezés folyamatát, az eredmények közzé tételét szabályozó vezérlő file-ok, maga a modell, és a modelleredmények részletesebb vizsgálatához használható alkalmazás is. A felhasználók számára az egyik fontos vezérlő file az eredmények publikálását szabályozó *.csv file, aminek módosításával érhető el például az, hogy a nem megbízhatónak ítélt előrejelzések ne kerüljenek a széles nyilvánosság elé, de ebben a file-ban lehet az egyes állomásokhoz tartozó küszöbértékeket is meghatározni, stb. Az előrejelzések legnehezebben meghatározható eleme a leesett és a várható csapadék mennyisége. A korábbi fejlesztési tapasztalatok alapján a szcenáriók futtatására leginkább a várható csapadékmennyiség módosítása miatt van szükség. Ezért az alkalmazás lehetővé teszi, hogy az alapmodell megnyitása nélkül, ezeket a módosításokat közvetlenül meg lehessen tenni. Lehetőség van az elmúlt 24 óra és az elkövetkező 3*24 óra csapadékának megváltoztatására 24 órás léptékekben részvízgyűjtőnként. 3. ábra. A csapadékesemények idősora A szükséges módosításokat követően a szcenárió lefuttatása is közvetlenül a FloodWatchból indítható. A szimuláció futása a gép sebességének a függvénye, tapasztalataink alapján 7-20 perc között mozog. Azokban az esetekben, amikor a modell valamely más paraméterét szeretnénk módosítani, közvetlenül átléphetünk a MIKE11 programba. Itt további a modellstruktúrát nem megváltoztató módosításokat hajthatunk végre. Ilyen például a határfeltételi idősorok, érdességi paraméterek, adatasszimiláció módosítása. Jelentősebb, a modellstruktúrát is megváltoztató módosítások (keresztszelvények módosítása, új, hálózati elemek, új peremfeltételek, stb.) az üzemeltetés szintjén nem végrehajthatóak, a modell frissítése, aktualizálása tárgykörébe tartoznak. A modellezett értékek közzététele is a Floowatch keretrendszeren keresztül történik, az előrejelzési parancsfájl futtatásával (egy kötegelt MS-DOS parancsfájl), mely elkészíti és elküldi a magyar weblapra az előrejelzési eredményeket. A FloodWatchból közvetlenül is megtekinthetjük a MIKE 11 program futása közben rögzített figyelmeztető üzeneteit, melyek olyan, a szoftver által furcsának ítélt jelenségekre, paraméterekre figyelmeztetnek, melyek a modell futását nem állítják le, viszont adott esetben a modell eredményeinek a jóságát befolyásolhatják. A keretrendszer úgy lett kialakítva, hogy a felhasználók számára az előrejelzés fontos eredményei (vízállás, vízhozam idősorok, részvízgyűjtők modellezett csapadékadatai) közvetlenül és kényelmesen elérhetőek legyenek. Szükség lehet azonban a modelleredmények mélyebb elemzésére is, melyre a MIKE szoftvercsalád MIKE View programja nyúlt lehetőséget. A keretrendszerből ez az alkalmazás is közvetlenül elérhető. Itt lehetőség van a modell tetszőleges pontjának és részletének több szempontból történő elemzéséhez. Lehetőség van a hossz-szelvényt, kereszt-szelvényeket, Q-h görbéket és árhullám képeket elemezni összekapcsolt grafikonokkal, akár a folyamat visszajátszásával is. 8

9 4. ábra. A MIKE VIEW programban a modell több összefüggő részlete A FloodWatchban lehetőség van a modellezett elemek ArcGIS-ben történő megnyitására is. Ez a funkcióval közvetlen kapcsolatot biztosít az ArcGIS programhoz, melyben megtekinthető a modellezett terület térképe, domborzata, részvízgyűjtői és a vízfolyások hálózata tekinthető meg. A funkció számunkra elsősorban az osztrák vízgyűjtők megismeréséhez hasznos. Az alkalmazás korlátját az okozhatja, hogy az mxd fájl a legújabb 10-es verziójú ArcGIS programot támogatja. Az internetes közzététel mellett lehetőség van az általunk lefuttatott előrejelzés belső weblapos megjelenítésére is, ahol az aktuális központi modell mellett a lefuttatott és elmentett 5 szcenárió eredménye is megjeleníthető. Ez az alkalmazás teszi lehetővé azt, hogy az alapmodell és a készített szcenáriók kényelmesen és széleskörűen összehasonlíthatók legyenek, nem csak a vízállás és a vízhozam idősorok alakulása, de a többi publikált paraméter tekintetében is (csapadék, léghőmérséklet, talajnedvesség, hó víztartalom, tározók paraméterei). A magyar területen 2-2 tározó lett beépítve mind a Rába, mind a Mura előrejelző modellbe, melyeknek a vizsgálata másfajta megközelítést kíván meg, mint az eddigi fejlesztések során felmerült részvízgyűjtőké, vízrajzi állomásoké, ezért a fejlesztők egy új funkciót építettek be a programban a korábbi verziókhoz képest. Itt lehetőség van a tározókba be- és kifolyó vízhozamot, a vízállást és a tározó telítettségét nyomon követni. 9

10 5. ábra. Lokális weblapon a lefutatott scenárió megjelenítése 3.3 Adatáramlás, előrejelző rendszer hálózata Az automatikus online előrejelző rendszer természetesen nem működhet automatikus és online adatáramlás nélkül. Elengedhetetlen, hogy a modellezéshez szükséges alapadatok, meteorológiai és hidrológiai tényadatok és előrejelzések időben és a megfelelő formátumban rendelkezésre álljanak a központi modell számára. A sikeres modellfuttatásokat követően pedig, az eredményeket megfelelő utófeldolgozás után közzé kell tenni az érintettek, érdekeltek számára. Bemeneti adatok gyűjtése, feldolgozása, továbbítása A fejlesztés során létrehozott modellben meghatározott peremfeltételeket és az adatasszimilációhoz szükséges referencia értékeket futtatásról futtatásra frissíteni kell, hiszen ez alapfeltétele az online előrejelzésnek. A modell számára szükséges peremfeltételek: a megelőző két nap mért és a következő hat nap csapadéka és léghőmérséklete a definiált részvízgyűjtőkre; a modell zárószelvényének vízhozam görbéje; valamint a Rába esetén a befogadó vízfolyások érkező vízhozamának előző két napi mért, és a következő hat napi előrejelzett értéke. Az adatasszimilációhoz szükség van a kiválasztott közbenső állomások vízállás és vízhozam távmért idősorára is. A záró szelvények vízhozamgörbéjén kívül minden más felsorolt adatot óránként reprodukálni kell. Ez a reprodukció nem minden esetben jelenti az adatsorok érdemi változását is, hiszen vannak olyan paraméterek, melyek nem frissülnek óránként, ilyenek a meteorológiai és hidrológiai előrejelzések. A vízállás és vízhozam tényadatok tekintetében azonban törekedni kell az óránkénti frissülésre, mert ezek aktualitása az adatasszimiláción keresztül jelentősen befolyásolja az előrejelzés jóságát. A vízrajzi adatok ilyen gyakoriságú frissülését a távmérés alapozza meg. Így egy jól működő előrejelző modell elengedhetetlen feltétele egy megbízható működésű és ellenőrzött vízrajzi távmérő hálózat megléte is. 10

11 Mind a meteorológiai, mind a vízrajzi nyers adatoknak előzetes feldolgozáson kell átesnie, ami részben az adatok modell számára felhasználható formába történő konvertálást, részben az esetleges hibák észlelését, javítását is jelenti. A Rába és a Mura esetén is országokon átnyúló vízrendszerről van szó. Az egyes országok, tartományok vízrajzi észlelési gyakorlata eltér egymástól, így az alapadatok összegyűjtésében és feldolgozásában is egyedi megoldásokat kellett kialakítani. Részben a különbségek okán, részben pedig amiatt az igény miatt, hogy a központi modell számára Magyarországról átadott adatok minőségét biztosíthassuk, a modell számára szükséges összes adat a vízügyi szerverfarmon kialakított tárhelyen gyűlik. Itt történik meg az adatok előzetes feldolgozása, modellformátumba történő konvertálása, majd a graz-i központi szerverre történő feltöltése is. Ez a folyamat is automatikusan, a központi szerver működéséhez igazított időzítéssel történik. Ahhoz, hogy a szükséges adtok időben és a megfelelő minőségben álljanak rendelkezésre, több független szervezet együttműködésére van szükség. Az észlelésekben a NYUDUVIZIG, az ÉDUVIZIG, az OVF és az OMSZ, az előrejelzésekben az OMSZ, a VITUKI és az ÉDUVIZIG érintett. A megfelelő adatfeldolgozásért és adatáramlásért a szerverfarm üzemeltetője felelő. Eredmények felhasználása (közzététele) Az előrejelző rendszer eredményeinek közzététele a fejezet bevezetőjében már említett okok miatt több fórumon történik. A két Vízügyi Igazgatóság a letöltött előrejelzések és az általuk elkészített szimulációk eredményeit szintén az OVF szerverfarmján elhelyezett és az igazgatóságok által karbantartott magyar honlapon tudják publikálni. A honlapok a Rába esetén a raba.vizugy.hu, a Mura esetén pedig a mura.vizugy.hu weblap címeken érhető el. A Rába esetén az előrejelzés felelősségi köre megoszlik a két igazgatóság között, így a honlap is megosztásra került. Mindkét Igazgatóság a saját területére vonatkozó előrejelzések ellenőrzéséért felelős és azokat publikálja. A honlap bal felső sarokban lévő gombbal lehet váltani az Alsó- és a Felső Rábára vonatkozó előrejelzések között. Az interneten közzétett adatok elsődlegesen a társadalom számára szolgálnak tájékoztatásul a fő állomásokon várható vízállás és vízhozam változásokról, ezért fontos, hogy olyan adatok legyenek megjelenítve, melyeket kezelni, értelmezni tudnak és az adatok bősége tévesen értelmezve ne okozzon felesleges riadalmat. Emiatt az Igazgatóságok csak azokra az állomásokra adják közre az adatokat, melyek előrejelzéseinek a megbízhatóságát elfogadták. Mivel a társadalom számára szűrt adatok kerülnek kiküldésre, ezért meg kellett teremteni a lehetőségét, hogy a szakértők elérhessék az összes állomás adatai, erre szolgál a második (belső) honlap, mely jelszóval van védve, és melyen az összes előrejelzési pont adatai hozzáférhetők. 11

12 6. ábra. A Rába előrejelző rendszer eredményei a magyar honlapon További tájékoztatásként a honlapon az egyes objektumokról (vízrajzi állomások, tározók) rövid bemutatás is elérhető. A belső honlap esetében a teljes állomás hálózat mellett a tározók elöntési térképei is megtekinthetők. A honlapon megjelenő, a modellben definiált részvízgyűjtőre vonatkozó adatok: a csapadék, a léghőmérséklet, talajnedvesség, hó víztartalom a modellből származó adatok, a modellezés időpontját megelőző időszakra vonatkozóan sem valós mérési adatokat takarnak. Ezért közvetlenül nem összeegyeztethetőt más médiumok valós észleléseken alapuló nyilvánosságra hozott adataival. 12

13 7. ábra. Az állomások adatlapjának megjelenítése a magyar honlapon Az előrejelzések publikálásánál bevett gyakorlat, és a kapott eredmények értékelésénél is hasznos az előrejelzés konfidencia sávjainak megjelenítésére. A konfidencia sáv meghatározása több módszer szerint is történhet, lehet egy előre meghatározott, az alapmodell megbízhatóságából származtatott érték, de lehet az előrejelző rendszer működésének tapasztalatai alapján, a beválási valószínűségből számított érték is. Mindkét modell esetén ez utóbbi metodikát választottuk a konfidencia sáv meghatározására. A konfidencia sáv ily módon történő meghatározását természetesen csak egy bizonyos működési idő után érdemes megtenni, amikor már kellő számú előrejelzés áll rendelkezésre a statisztikai vizsgálat elvégzéséhez. Az elmúlt néhány hónapos tesztidőszak adatai alapján a konfidencia sáv meghatározását megkezdtük. Természetesen az előrejelző rendszer jövőbeni aktualizálásának a konfidencia sáv időről-időre történő felülvizsgálatát is magába kell foglalnia. A honlapok üzemeltetése napi szinten zajlik mindkét Igazgatóságon, naponta legalább egyszer ellenőrzött és adott esetben javított előrejelzéseket teszünk közzé. A bemutatott honlapok eltérnek a korábban a DHI által fejlesztett honlapoktól, tükrözve ezzel is azt, hogy az előrejelző rendszerekkel kapcsolatban felmerült igényeink eltértek a korábbi fejlesztések során tapasztalt igényektől. 4. Eddigi tapasztalatok Az elmúlt fél éves tesztidőszakban az alábbi tapasztalataink gyűltek össze a modellek futtatásával kapcsolatban. A modellek fejlesztését az alkalmazott szoftverek fejlesztését is végző cég készítette, ezért a munka során egyedi, korábban még fel nem merülő igények beépítésére is volt lehetőség. Ilyen pl. a Tározókkal kapcsolatos fejlesztések, a többszintű és osztott honlap-szerkezet kialakítása. Ez az együttműködés mindenképpen az előrejelző rendszer javát szolgálta. A központi modell futása stabil, a meteorológiai előrejelzési adatok kivételével nem érzékeny az adathiányra. Automatikusan óráról órára készíti az előrejelzéseket, csupán az adatok becsomagolása okoz néha problémát a rendszer számára. Valószínű, hogy a problémát a szűkre szabott idő okozza, lehetséges, hogy egy-egy munkafolyamat elvégzésére nem 13

14 mindig áll rendelkezésre elegendő idő. A helyi modellek teljes értékű adatállomány letöltése esetén szintén stabilan működnek. Mindezidáig a modellek elsősorban kisvizes időszakokban működött, csupán néhány kisebb árhullám futott le a vízfolyásokon, ezért nehéz a jelen körülmények között megítélni jóságukat. Eddigi tapasztalatok alapján az a nyilvánvaló körülmény szűrhető le, hogy az aktuális meteorológiai előrejelzések nagymértékben befolyásolják az előrejelzés legtávolabbi időszakát. A modell pontossága tehát nagyban függ a meteorológiai előrejelzés pontosságától, így a meteorológia előrejelzésben prognosztizált csapadék megváltoztatása nagy mértékben befolyásolja az előrejelzés pontosságát elsősorban a 4-6 napos távlatban. Tapasztalatunk alapján továbbá bizonyos esetekben a NAM modellek, és ezeken belül a hófelhalmozás és - olvadás modul működése nem megfelelő, kalibrációját felül kell vizsgálni. A hidrodinamikai modellek esetében a felsőbb (külföldi) modellszakaszok minősége jelentősen befolyásolja az alsóbb (magyarországi) modellrész eredményeinek jóságát. Mivel egységes modellrendszer lett felépítve, ezért a modell futtatásában bekövetkezett hibákat a határon túl is tudjuk követni, és adott esetben kísérletet tehetünk azok mérséklésére is egy-egy futtatás esetén. A modellben észlelt hibákat naplózzuk, és javaslatot teszünk azok javítására az évenkénti felülvizsgálat során. A tesztidőszak leginkább az adatasszimilációval kapcsolatos módosításokat végeztünk, melyek az előrejelzések jóságát rövidtávon, csak az aktuális előrejelzés esetén növelik. A modell felépítéséhez használt alapadatok és modellszerkezet (vízfolyáshálózat, keresztszelvények, NAM modell paraméterek) javítása nem az üzemeltetés, hanem a modellfrissítés, aktualizálás feladata. Az ilyen jellegű hibákat naplózzuk, és az évi rendszerességgel tervezett modell frissítés alkalmával szükség esetén a fejlesztő bevonásával igyekszünk javítani. Abban az esetben, amikor az adatasszimilációhoz referenciaként használt mért adatok nem megfelelőek vagy hiányosak, lehetőség van az adatsor javítására. Amennyiben az adatok pótlása nem lehetséges, vagy a hibás asszimilációnak az oka nem a mért adatokban keresendő, az asszimilációs függvényt is lehet módosítani, illetve ideiglenesen az adatasszimiláció az adott állomásra ki is kapcsolható. Ez a két utóbbi megoldás azonban nem jelent végleges megoldást, ilyen esetekben a modell rendszeres karbantartása során kell a szükséges javításokat megtenni. Az adatok publikálása tökéletesen működik, csupán az internet kapcsolat akadozása jelenthet problémát a weblap frissítése sorén. A vízügyi szerverfarmon tárolt weblapok megjelenítése és a funkciók működése sajnos nem minden böngészőben egyformán jól működik, mivel a weblapok létrehozásakor az újabb böngészőket vették alapul, ezért a megjelenítéshez az Internet Explorer 9-es, míg a Google Chrome esetében a 19-es verziójú változat használata ajánlott. 5. Összegzés Napjainkra az informatikai fejlődés lehetővé tette újszerű döntéstámogató eszközök alkalmazását az árvízi előrejelzés területén is. Ezek a lehetőségek megfelelő karbantartás mellett segítik az árvízi előrejelzést. A bemutatott előrejelzés rendszerek hatnapos előrejelzést adnak a rendelkezésre álló meteorológiai tényadatok és előrejelzések alapján. A meteorológiai előrejelzések használata ugyan lehetővé teszi az eddigi 2 napos időelőny kiterjesztését 6 napra, de tisztában kell lennünk azzal, hogy a 6 napos előrejelzés jósága az időben előre haladva egyre csökken, a hatodik napon igen nagy bizonytalanságot hordoz. Tapasztalataink azt mutatják, hogy az automatikus online előrejelző rendszer a hazai szóhasználattal inkább riasztórendszernek nevezhető. 14

15 Sajnos sem a fejlesztés időszakában, sem az eddigi tesztidőszak során nem alakult ki olyan hidrológiai helyzet a vízgyűjtőkön, ami a modell nagyvízi működésének értékelését lehetővé tenné. A modell kalibrálása és validálása korábbi árvízi eseményekre történt. Az eddigi üzemeltetés alatt kisebb árhullámok vonultak ugyan csak le, mégis felszínre került néhány olyan hiba, amit nyilvánvalóvá tette, hogy a modellt időről időre frissíteni, aktualizálni kell. A modell működésének alapvető feltétele a zavartalan adatáramlás, melynek feltétele az érintett szervezetek közötti jó együttműködés. Az elmúlt nem túl hosszú teszt időszak alatt sajnos felmerültek olyan problémák az egyes szervezetek életében, melyek veszélybe sodorták ezt az együttműködést is. Az érintett szerveztek folyamatos és zavartalan működése az ilyen jellegű együttműködések szempontjából is elengedhetetlen! Tapasztalatunk azt mutatja, hogy a korábban főként hegyvidéki vízgyűjtőkre fejlesztett modell adaptálása síkvidéki környezetre nem könnyű feladat. A jól definiált modellhálózat felépítésén túl, a modell paraméterezése is nagy körültekintést igényel. Minden igyekezet ellenére bizonyos esetekben nagy bizonytalanság lehet a modell eredményekben (pl.: lefolyási viszonyok évszakos változása). Ezért a legnagyobb körültekintés mellett létrehozott bizonyos szempontból statikus modell esetén is elengedhetetlen az eredmények ellenőrzése, és egy ilyen korszerű döntéstámogató rendszer mellett is a sokéves szakmai tapasztalat továbbra is az előrejelzés legfontosabb pillére lesz. 15