Az Alföld GIS- alapú belvízveszélyeztetettségi

Átírás

1 Az Alföld GIS- alapú belvízveszélyeztetettségi térképezése KÖRÖSPARTI JÁNOS 1 - BOZÁN CSABA 1 - PÁLFAI IMRE 2 - PÁSZTOR LÁSZLÓ 3 - MÜLLER TAMÁS 4 1 osztályvezető, NAIK Öntözési és Vízgazdálkodási Önálló Kutatási Osztály (ÖVKI), Szarvas 2 ny. osztályvezető, Alsó-Tisza vidéki Vízügyi Igazgatóság (ATIVIZIG), Szeged 3 tudományos fmtrs, MTA ATK Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet (TAKI), Budapest 4 tudományos fmtrs., Magyar Földtani és Geofizikai Intézet (MFGI), Budapest Magyar Hidrológiai Társaság XXXIII. Országos Vándorgyűlés 2015 július 1-3. Szombathely

2 Előzmények A belvíz-veszélyeztetettséggel kapcsolatos térképezési vizsgálatok 2001-ben kezdődtek a Békési-sík vizsgálatával. A vizsgálatunk geológiai, domborzati, vízrajzi, talajtani, hidrológiai, vízrendezési, meliorációs és éghajlati jellegű kérdésekkel foglalkozott. Annak magyarázatát kerestük, hogy a felsorolt tényezők miként vezethetnek a szélsőséges vízháztartási helyzetek kialakulásához Békés-Csanádi löszhát Csongrád megye és Békés megye Körösökön túli vidéke Békés megye teljes területe, Csongrád megye újrafuttatása Bács-Kiskun megye területe Dél-alföldi Vízgazdálkodási Társulatok Regionális Egyesületének működési területe, kiemelt mintaterületek nagy felbontásban (80/4-es belvízöblözet, 74-es Mezőberényi belvízrendszer, Békés-Csanádi löszhát kistáj), Jász-Nagykun-Szolnok megye Hajdú-Bihar megye Szabolcs-Szatmár-Bereg megye (20x20-as DDM) Pest, Heves és Borsod-Abaúj-Zemplén megyék alföldi területei Az Alföld teljes területe

3 Belvíz-veszélyeztetettség térképezése A belvízképződést befolyásoló főbb tényezőket a következők szerint vettük számításba: 1. domborzati tényező (1 km 2 -en belüli magassági szintkülönbség); 2. talajtani tényező (a talaj víznyelő-képessége a talajok vízgazdálkodási kategóriája szerint); 3. földtani tényező (a vízzárónak tekinthető réteg felszíntől mért mélysége és a vízzáró réteg vastagsága alapján becsült számérték); 4. talajvíztényező (a talajvízszint mértékadó terepalatti mélysége, azaz a vizsgált negyven éves időszak 10%-os előfordulási valószínűségű értéke); 5. földhasználati tényező (a CORINE-adatbázisban lévő földhasználati kategóriákhoz rendelt tényező, az adott földhasználatnak a belvízképződést befolyásoló hatása szerint becsülve); 6. hidrometeorológiai tényező (a havonta eltérően súlyozott csapadék és a lehetséges párolgás évi összegei hányadosának négyzetgyöke, illetve annak 10%-os előfordulási valószínűségű értéke, amit humiditási indexnek neveztünk)..

4 Komplex Belvíz-veszélyeztetettségi Mutató (KBM) A belvízképződést befolyásoló tényezőkről az Alföld teljes területére egy-egy nagyfelbontású digitális térképet állítottunk elő, megszerkesztettük a tényleges (a vízügyi szolgálat által fölmért) belvízi elöntések gyakorisági térképét is. Az elöntés relatív gyakoriságát függő változónak, a belvízképződést befolyásoló 1 5. jelű tényezőket független változónak tekintve sűrű rácshálózati pontokban meghatározott értékekkel többváltozós regresszióvizsgálatot végeztünk annak érdekében, hogy az egyes tényezőket a belvízképződésben játszott szerepüknek (súlyuknak) megfelelően összegezhessük. A regressziós egyenlettel kiadódó értéket még megszoroztuk a humiditási index-szel és egy arányosító tényezővel (5), elneveztük Komplex Belvíz-veszélyeztetettségi Mutatónak.

5 A belvíz-veszélyeztetettség meghatározása geostatisztikai módszerekkel A belvíz-veszélyeztetettségi térképezés - a környezeti modellezésben egyre több területen bizonyító geostatisztikai módszer - a regresszió krigelés alkalmazásával is történhet. A regresszió krigelés olyan térbeli becslési módszer, amely kombinálja a többváltozós lineáris regresszió és a térbeli interpoláció előnyeit, azaz a tematikus és a térbeli becslést. A vizsgált tényező térbeli változását a térbeli interpoláció mellett a vele közvetett vagy közvetlen kapcsolatban álló segédváltozók figyelembe vételével modellezzük. A térképezendő változót (jelen esetben a belvíz-veszélyeztetettséget) először (a belvíz kialakulása szempontjából releváns tényezőket) térben folytonosan reprezentáló környezeti segédváltozók többváltozós regressziójával becsüljük (ennek egyszerűsített verziója volt a KBM, ahol minden tényezőt egy szintetikus paraméter képviselt). A többváltozós regresszió segítségével becsült eredmények és a referencia elöntési adatok közötti eltérések térbeli kiterjesztése krigeléssel történik. A végső becslés eredménye a regressziós modell és a krigelt eltérések összegeként adódik.

6 Környezeti segédváltozók A regresszió krigelés környezeti segédváltozóiként a belvizeket kialakító hat fő (domborzati, hidrológiai, hidrometeorológiai, talajtani, földtani és földhasználati) tényezőre vonatkozó, teljes térbeli fedettséget nyújtó, nagy- és egymással összevethető felbontású, térképi alapú, környezeti változókat használtunk, melyek a következők: Domborzat (12): nagyfelbontású digitális domborzat modell (DDM) alapján származtatott elsődleges, illetve másodlagos paraméterek (tengerszint feletti magasság, lejtőszög, kitettség, általános görbület, relief intenzitás, lefolyás hálózati alapszinttől való függőleges távolság, SAGA nedvesség index, napi anizotrópikus melegítés, valós felszíni terület, lefolyás hálózati alapszint, többszörös felbontású hegyhát index, többszörös felbontású völgytalp index). Talajtan (3): talajok fizikai, kémiai és tájtermesztési besorolása a Kreybig térképezés módszertana alapján Földtan (2): az első vízzáró réteg mélysége, illetve annak vastagsága (Hidro)meteorológia (4): éves átlaghőmérséklet, éves átlagos csapadék, éves átlagos potenciális evapotranspiráció, ariditási index) Talajvíz (1): talajvíz mélysége (talajvíz kutakban mért mélyég adatok ko-krigeléssel történt interpolációjával; segédváltozó a tengerszint feletti magasság) Földhasználat (1): CLC50 felszínborítási kategóriák szakértői paraméterezése

7 Talaj A talajtani tényező előállítása a talajok vízgazdálkodási tulajdonságainak megfelelő numerikus indikátorral történő jellemzése. A Várallyay-féle vízgazdálkodási kategóriarendszer és a Kreybig-féle talajfizikai osztályok korrelációja lehetővé tette a DKTiR térképi talajfoltjainak a becsült víznyelési sebességgel való jellemzését (MTA TAKI). A 9 talaj-vízgazdálkodási kategória fizikai talajféleségük szerint Víznyelési sebesség (IR) mm/óra Megfeleltethető Kreybig-féle osztályok A terület vízborítás után hajlamos-e belvízképződésre? (1.) homok > 500 V. nem hajlamos (2.) homokos vályog IV. gyengén hajlamos (3.) vályog I. közepesen hajlamos (4.) agyagos vályog II. hajlamos (5.) agyag III. (VI.) erősen hajlamos (6.) enyhén szikes, v. pszeudoglejes t VII./1-2.; (VI.) igen erősen hajlamos (7.) erősen szikes t. < 10 VII./3.; VI. szélsőségesen hajlamos (8.) tőzeg, kotu - VIII., XI. eleve belvizesnek vett (9.) sekély termőrétegű t. - X.; IX. talajképző kőzettől függ

8 Talaj talaj kémiai tulajdonságai talaj tájtermesztési besorolás talaj fizikai tulajdonságai

9 Sekélyföldtan A földtani tényező meghatározásához a felszínközeli vízzáró képződmények elhelyezkedését és vastagságát vettük figyelembe (Alföld komplex földtani térképezése, MÁFI). A földtani tényező a legfelső vízzáró réteg felszínhez viszonyított helyzete és vastagsága alapján Vastagság Mélység Vízzáró a felszínen <2 m 2-4 m 4-10 m >10 m <1 m 0,2 1,8 3,6 4, m 0,1 1,5 2,7 4, m 0,1 0,9 1,8 3,4 5 >4 m 0,1 0,3 1,1 3,0 5

10 Földtan első vízzáró réteg vastagsága első vízzáró réteg mélysége

11 Domborzat A domborzati tényező előállításához a FÖMI DDM (20x20) modellt használtunk. A digitális terepmodell és az elemzéshez használt 100x100 m-es rácsháló segítségével meghatároztuk az egyes cellákra a reliefenergia értéket. A domborzati mutató kialakításához a kapott értékeket a diszkrét pontok tengerszint feletti magasságával és az előforduló legkisebb magasságértékekkel korrigáltuk. Domborzati tényező = (t.f.m. /legkisebb előforduló érték) * relief energia

12 Domborzat lefolyás hálózati alapszinttől való függőleges távolság nedvesség index SAGA nedvesség index zárt depressziók tengerszint feletti magasság

13 Talajvíz Talajvíz adataink a VGT adatbázisából származnak az es időszakra vonatkozóan. A Duna-Tisza közi hátság problematikája miatt kettébontottuk adatsorainkat. Az ig és az ig terjedő időszakból is leválogattunk két-két évi maximumot, melyet végül átlagoltunk. Ez az érték méterben fejezi ki a talajvíz tényező értékét. Talajvíz tényező (NV átlag ) = NV 1 ( ) + NV 2 ( ) + NV 3 ( ) + NV 4 ( ) / 4

14 Talajvíz

15 Hidrometeorológia A hidrometeorológiai viszonyokat döntően meghatározó csapadékés léghőmérséklet-adatokból egyetlen tényezőt, az ún. humiditási indexet (HUMI) alakítottuk ki. Ez a téli félévi csapadékot nagyobb súllyal veszi számításba, mint a nyári félévit, és ilyenformán a belvízképződés hidrometeorológiai feltételeit jobban kifejezi, mint az egyszerű összeg. ahol P*: súlyozott csapadékösszeg az október-szeptemberi 12 hónapos időszakban [mm] A havi csapadékok súlyozó tényezői Hónap X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX Súlyozó tényező 1,0 1,5 2,0 2,0 2,0 1,5 1,0 0,75 0,5 0,5 0,5 0,75

16 Hidrometeorológia éves átlagos párolgás éves átlaghőmérséklet átlagos éves csapadék éves átlagos evapotranspir áció

17 Földhasználat A földhasználati kategóriák a CORINE 2012 adatbázis alapján különíthető el, melynek segítségével osztályozhatjuk őket a belvízképződésben betöltött szerepük fontossága szerint. Földhasználati kategória Földhasználati tényező 1. Mesterséges felszínek Mezőgazdasági területek 2.1. Szántóföldek Állandó növényi kultúrák Legelők Vegyes mezőgazdasági területek Erdők és természetközeli területek 3.1. Erdők Cserjés és/vagy lágyszárú növ Növényzet nélküli, vagy kevés növ Vizenyős területek vízfelületek 0.1

18 Belvíz-gyakorisági térkép A veszélyeztetettségi térkép megszerkesztéséhez független változóként (validáló adatként) felhasználtuk a vízügyi igazgatóságok által készített elöntés térképek segítségével készült belvíz gyakorisági térképet. A gyakorisági térkép közel ötven év elöntéseit tartalmazza. Sajnálatos módon a térképek területileg és időbelileg is meglehetősen inhomogének.

19 Homogenizált elöntés térkép Referenciaként egy egységes, homogenizált belvízi elöntés relatív gyakoriság térképet kell előállítani. A rendelkezésre álló adatbázisok nem azonos referencia adatsorok alapján készültek, ezért a legnagyobb kihívást a belvíz elöntések homogenizálása jelenti. Az eloszlásokat szűrőfüggvény segítségével át lehet transzformálni egymásba (referencia a Pálfai-féle belvízveszélyeztetettségi térkép). Súlyfüggvények meghatározása (Átlagok Pálfaikategóriákra számítva => Homogenizált átlagok Pálfaikategóriákra számítva).

20 Homogenizált elöntés térkép

21 Virtuális mintavételi pontok Random pontokból vett mintasokaság képezi a statisztikai elemzés alapját. A többváltozós regressziót megelőzi egy főkomponens analízis => így a változók már lineárisan függetlenek => ezt követi a többváltozós lineráis regresszió 1000 db random pont 100 db mintavétel

22 Többváltozós lineáris regresszió Belvízi elöntés Környezeti segédváltozók Környezeti korreláció TÖBBVÁLTOZÓS LINEÁRIS REGRESSZIÓ ANALÍZIS TREND + ELTÉRÉS KRIGELÉS Az RK során a KBV-t a környezeti segédváltozók többváltozós regressziójával becsüljük, majd a modellezett értékek és az adatok közötti eltérések térbeli kiterjesztési krigeléssel történik. Végül a teljes becslés a regressziós modell és az interpolált eltérés összegeként adódik.

23 Komplex Belvíz-veszélyeztetettségi Valószínűség (KBV)

24 Köszönöm a figyelmet Lehet a víz áldás vagy csapás. Nagyon sok függ attól miként bánunk el vele. Hanusz István, 1895