MTA VEAB Biológiai Szakbizottság, Vízgazdálkodási Munkabizottsága Előadóülés, 2015. február 10., Győr Korszerű, számítógépes modelleken alapuló vízkészlet-gazdálkodási döntéstámogató rendszer fejlesztése a Sió vízgyűjtőjére Szabó János A. HYDROInform
A rendszerfejlesztő vállalkozás rövid bemutatása - Szakterület: hidroinformatika kutatás, rendszerfejlesztés, modellfejlesztés és alkalmazás, tanácsadás. - Székhelye: 1029 Budapest, Tompa M. u. 12. - Iroda: 1021 Budapest, Hűvösvölgyi út. 54. - Alapítás éve: 2000 - Több információ: www.hydroinform.hu
A projekt célterülete, célkitűzései Célterület: A Balaton és a Sió vízgyűjtők egyesített területe Alapvető célkitűzések: A Balaton-Sió vízrendszer korszerű, tudományosan megalapozott elveken működő számítógéppel támogatott szabályozásának megteremtése
A szabályozhatóság, és következményei A megvalósítandó, NEM automatikus szabályozás: Szintetikus szabályozási hurok (szcenárió-elemzések) Valós szabályozási hurok (állapotváltás hatás valós megfigyelése) Jellemző: a szabályozandó rendszer nagy tehetetlensége!
A fejlesztendő hidroinformatikai alkalmazás jellemzői Megvalósítandó egy hidrológiai előrejelzésen alapuló üzemirányítás-támogató rendszer az alábbiak szerint I. Előrejelző/üzemirányító hidroinformatikai alkalmazás az alábbiakkal: A vízgyűjtőn lezajló hidrológiai folyamatokat fizikai alapon modellezi, Nagyfelbontású (500x500 m) geo-informatikai (GIS) rácsfelbontás, Meteorológiai radaradatok integrálása a földi mérések pontosítására, Regionális meteorológiai numerikus előrejelzések figyelembevétele, Tározók, tavak üzemeltetések hatásainak modellezése, Óránkénti automatikus üzemrend (időkritikusság). II. Az előrejelző rendszert kiszolgáló, operatív adatbázis III. Üzemirányítási forgatókönyvek (szabályozási alternatívák) elemzésének lehetősége
Terepbejárás, tapasztalatgyűjtés
A rendszerterv Informatikai rendszert tervezni annyit tesz: előre látni, hogy egy megvalósítandó rendszer hogyan működik, viselkedik majd a hétköznapokban
A mi időkritikus rendszerünk terve
A rendszer működtetésének átnézete
A rendszert működtető rendszerkomponensek
DIWA (DIistributed WAtershed)
DIWA (DIistributed WAtershed) A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat texturáltsága) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai,
DIWA (DIistributed WAtershed) A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat texturáltsága) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai,
DIWA (DIistributed WAtershed) A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat texturáltsága) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai,
DIWA (DIistributed WAtershed) A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat texturáltsága) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai,
DIWA (DIistributed WAtershed) A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat texturáltsága) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai,
DIWA (DIistributed WAtershed) A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai,
DIWA (DIistributed WAtershed) A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat texturáltsága) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai, LAI-februárban LAI-augusztusban
DIWA (DIistributed WAtershed) A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat texturáltsága) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai,
DIWA (DIistributed WAtershed) Homokos vályog Vályog A vízgyűjtő leírásához szükséges adatok: digitális domborzati modell; felszín lejtése, felszíni összegyülekezési és vízfolyások hálózata, mederjellemzők (lejtése, érdessége, stb.), felszínborítottság (területhasználat texturáltsága) növények időszaki (havi átlagos) sűrűsége, növényfajták vízgazdálkodási jellemzői (táblázat), a jellemző talajrétegekre az alábbiak: vastagsága, típusa (USDA klasszifikáció szerint), pf görbéje (retenciós karakterisztika-görbe) telített vezetőképessége. szoláris energia időszaki eloszlásai, Agyagos vályog
A talaj hidraulikai tulajdonságai az USDA klasszifikációs rendszere szerint
A talaj hidraulikai tulajdonságai az USDA klasszifikációs rendszere szerint
Balaton medertérképe a közép-vízszint vízmérleg alapú modellezéshez A tó digitális domborzati modellje több évtizedes adatok alapján (jelentős a térfogati bizonytalanság)
V [Mm 3 ] A DIWA integrált hidrológiai modell-rendszer Balaton medertérképe a közép-vízszint vízmérleg alapú modellezéshez A [Mm 2 ] A 2 m vízmélység feletti korrigált domborzati modell a katonai ddm alapján (jelentősen csökkenő térfogati bizonytalanság mellett az előrejelzési céloknak megfelelő leírás) 2500 Balaton tározási görbéje 590 Balaton vízmélység-vízfelszín összefüggése 2000 580 1500 1000 570 560 550 500 540 0 2.00 1.50 1.00 H [m] 0.50 0.00 530 2 1.5 1 H [m] 0.5 0
Alapelvek és digitális realizációja Alapelvek Digitális realizáció = A modell GIS adatbázisa
A rendszer operatív bemenő adatai
A rendszerben figyelembe vehető tározók
A rendszerben figyelembe vehető vízmércék
A pogányvári csapadék-radar A DIWA integrált hidrológiai modell-rendszer A rendszerben figyelembe vehető meteorológiai mérőállomások
A csapadékmező modellezése Az alapprobléma A pogányvári csapadék-radar Pont szerű mérés Területi kitérképezés Megoldás: Interpoláció+radaradatok bevonása, de hogyan?
A csapadékmező modellezése A mi megoldásunk: szekvenciális Gaussi sztochasztikus szimuláció A sztochasztikus szimuláció az a folyamat, amely során felépítjük a hidrometeorológiai változó (csapadék, léghőmérséklet) térbeli eloszlásának alternatív, de egyenlően valószínű grid-modelljeit (grideloszlások azonosan valószínű sorozatait), amelyek mindegyike azt fejezi ki, hogy a valóságban a csapadékmező azonos valószínűséggel ilyen is lehetett volna Realizáció 1 Realizáció 2... Realizáció n Ez a megoldás (túl az igazolhatóan jobb hatékonyságon) pontosan azt a bizonytalanságot fejezi ki, miszerint valójában fogalmunk sincs, hogy két mérőhely között hogyan alakult a csapadéktevékenység. Mindezeken túl, vizuálisan is úgy néz ki, mint egy valóságos csapadékmező.
A csapadékmező modellezése A szekvenciális Gaussi sztochasztikus szimuláció: Illusztratív példa 30 sztochasztikus realizáció átlaga Krigelés eredménye A fenti példa (Felső-Tisza tiszabecsi szelvényhez tartozó vízgyűjtő napi csap.össz.: 2001.03.05) jól illusztrálja a két szemlélet közötti különbséget, amelyet a keresztellenőrzés alapján történt összehasonlítás számszakilag is alátámasztott.
A rendszer időelőnye az ECMWF numerikus meteorológiai előrejelzés A numerikus meteorológiai előrejelzéseket is a szekvenciális Gaussi sztochasztikus szimulációval térképezzük ki.
A rendszer real-time adatbázisa
A DIWA-HFMS programvezérlő és grafikus interfész
Rövid on-line rendszerbemutató a KDTVÍZIG szerverén!