A Fővárosi Csatornázási Művek Zrt. csapadékmérő rendszere, a 2014. év május-szeptember időszak csapadékviszonyai a főváros területén Rácz Tibor, Bana Zsolt, Székely Árpád, Tóth Katalin FCSM Zrt Bevezetés A csapadék mennyiségének mindenkori alakulása, legyen az térbeli vagy időbeli, mindig jelentős hatással volt a városi vízelvezető rendszerek üzemeltetésére. Történeti szempontból érdemes megjegyezni, hogy a városi vízelvezető rendszerek legrégebbi eleme a felszíni vízelvezetést biztosító árok, illetve csatorna, hiszen az építkezés és a közlekedés alapvető feltétele a csapadékvíz okozta károk és kellemetlenségek megelőzése. A szennyvíz elvezetése csak a közműellátottság fejlődésével alakulhatott ki, amelyet elsősorban a laksűrűség növekedése tett egyre jelentősebb alapszolgáltatássá, különösen a vezetékes vízellátás megjelenésével, az antik időkre visszanyúlóan. A csapadékvizek intenzitásbeli és mennyiségi alakulásának jelentős hatása van a vízelvezető rendszerekre. A hatás tekintetében beszélhetünk azok direkt, illetve indirekt megnyilvánulásairól. Direkt hatás elsősorban a csapadékvíz elvezetési céllal létrehozott csatornák és árkok esetében vethető fel, amikor a csapadékvíz mennyiségi alakulása a csapadékvíz levezető rendszer teljesítőképességét teszi próbára. A mennyiségi és különösképp intenzitásbeli hatások a rendszer elemeit eltérő módon terhelik. A csapadékesemények, és természetesen az abból kialakuló lefolyás intenzitása, térfogatárama az egyszerre levezetendő vízhozam tekintetében okoz túlterhelést, míg a mennyiség extremitásai a víztömegek befogadását szolgáló elemek túlterheléséhez vezethetnek. A két jelenség együttes megjelenése is előfordulhat. A direkt hatás tehát a csapadékvíz elvezető árkokra és csatornákra, valamint az egyesített szennyvízcsatornákra és azok elemeire vonatkoztathatók. Indirekt hatásról abban az esetben beszélhetünk, ha a csapadékvíz az amúgy nem csapadékvíz elvezetésére szolgáló vízlevezető létesítményre gyakorol valamilyen hatást. Ilyen például az elválasztott szennyvízcsatornák terhelése, amennyiben a csapadék valamely oknál fogva bejut a rendszerbe, például illegális bekötés, illegális bevezetés miatt. A csapadékvíz jelentős hatással lehet a szennyvíztisztító telepek üzemére is, ahol a szennyvíz felhígítása révén, valamint a megnövekedő átfolyási sebesség által gyakorolhat kedvezőtlen hatást az üzemre, amennyiben a megfelelő védelem nem állrendelkezésre, vagy éppen valamely oknál fogva az nem működik kielégítően. Mindez akkor is vizsgálandó körülmény tehát, ha elvileg a csapadékvíz ki van ugyan zárva az adott rendszerből, de ismert körülmények miatt ott mégis jelentős mennyiségben jelenik meg. Az előbbiek alapján világos, hogy a vízlevezető rendszerek eleminek biztonságos üzemeltetése érdekében ismerni szükséges a csapadékvíz kihullásának törvényszerűségeit, különös tekintettel a szélsőséges helyzetekre. Nem mindegy, hogy a szélsőségek bekövetkezése miképp alakul mind az előfordulásának gyakorisága, mind pedig a mennyiségbeli és intenzitásbeli jellegzetességeik tekintetében. Az, hogy a csapadékviszonyok időről időre változnak, immár nem kérdés a szakterületet művelők előtt. A változás sokrétű, és a legkülönfélébb természetes és mesterséges okokra vezethetők vissza, a civilizáció időléptékén belül is megfigyelhetők. A legutóbbi időszak változásai elsősorban amiatt szembeötlők, hogy a jelenleg üzemben lévő vízelvezető rendszerek méretezése során figyelembe vett
csapadékviszonyokhoz képest mutatható ki változás, valamint a légköri folyamatok elemeinek mérése és modellezése a csapadékviszonyok jelentékeny változására utal az előttünk álló évtizedekben. A Magyarországon a regionális klímamodellek alapján a következtetések szerint a nyári félév csapadékmennyiségének csökkenése várható, eloszlása tekintetében pedig nagyobb időbeni egyenetlenség alakulhat ki. A téli félév csapadékmennyiségének csökkenése mellett várható az is, hogy hó helyett inkább eső formájában hullik majd a csapadék. A légkör a prognosztizált felmelegedés miatt nagyobb mennyiségű vízgőzt képes felvenni és a felmelegedés a konvekciós folyamatok erősödését, így a zivatarok kialakulásának esélyét növelik. A folyamatok tehát a lokális, időben rövid lefutású intenzív csapadékesemények számának növekedése felé mutatnak. Üzemeltetési szempontból lényeges kérdés az, hogy meg lehet-e becsülni a változás mértékét. Tudjuk-e, hogy mi változik és mihez képest? E kérdés megválaszolása feltételezi a kiindulási állapot ismeretét, amely nyilvánvalóan méréseken alapul. Ugyanakkor a nagycsapadékok lényeges jellegzetességeinek elsősorban a csapadékok időbeni lefutásához köthető adatok tekintetében a legutóbbi időkig csak kevés lehetőség állt rendelkezésre. A műszerek jobb hozzáférhetősége és az áruk csökkenése lehetővé teszi immár a mérések térbeli sűrítését és a csapadékesemények kistérségi szinoptikus vizsgálatát. A korábbi időszak állapotára a mérések ritka volta miatt csak kevés adat áll rendelkezésre. A mérések a jelen, változás közbeni állapot rögzítésére alkalmasak, de módot nyitnak arra is, hogy a jelenleg használatos méretezési eljárásokat felül lehessen vizsgálni, azok alapján elsősorban a főművek, központi szerepű vízlevezető elemek további fejlesztési igénye megfogalmazható legyen. Ugyanakkor a mérési eredmények felhasználhatók a levezetési szemléletű vízgazdálkodáson túllépő, komplex szemléletű városi csapadékgazdálkodás megalapozására. Néhány jelentős nagycsapadékról A rövid idejű nagycsapadékok és az azokhoz kapcsolható jelentős káresemények nem jelentenek újdonságot. Épp a napokban lesz 140 éves évfordulója annak a felhőszakadásnak, amely Budapest történetének legjelentősebb villámárvizét eredményezte. Az 1876. június 26-án kialakult felhőszakadás Buda Tabán városrészében pusztított. Szerencsétlen módon az akkor épp kiépítés alatt lévő Ördög-árok medrének vízszállítása korlátozott volt, így az árok vize a Vérmezőn a mederből kilépett, és a Duna felé haladva felszíni elöntés okozott a Krisztinavárosban és a Tabán területén. A meder torkolati szakasza szabálytalan és elégtelen szelvénnyel be lett boltozva, ráadásul a zárt szelvény fölé épületeket emeltek. Ezek a polgárházak a szelvényben kialakuló túlnyomás következtében felszakadó boltozat miatt összeomlottak és számos lakó halálához vezettek. A zivatar a nappali órákban hullott, mégis elkerülhetetlen volt az emberi életben esett áldozat. Sajnos a csapadék kiterjedéséről, számszerű jellemzőiről igen kevés adat maradt fenn.
1. ábra. Ördög-árok katasztrófa, 1876. június 26. 2010. május 30-án a főváros délnyugati szomszédságát sújtotta felhőszakadás. Ennek eredményeképp a Hosszúréti-patakon soha nem látott árvíz alakult ki, amely igen rövid idő leforgása alatt tetőzött, és a XXII. kerületben a part menti ingatlanokat elöntötte. A mélyebb fekvésű Kártya utcai kb. 1 ha-nyi területen több lakóház víz alá került, ahol egy műhelyből jelentős mennyiségű olaj is a vízbe került. Szerencsére emberéletben nem esett kár, mivel ez a zivatar ugyancsak nap közben tört ki. A vízgyűjtő területről az Interneten közölt amatőr mérések és beszámolók alapján összegyűjtött adatok szerint Budaörs területén 80-100 mm-nyi, Törökbálint területén 100-110 mmnyi csapadék hullott ki a zivatar során, összesen mintegy három óra leforgása alatt. A csapadékot részlegesen lehetett rekonstruálni az Országos Meteorológiai Szolgálat radarképei és az amatőr mérések alapján.
2. ábra. A Hosszúréti-patak árvize 2010. május 30-án, elöntés a Kártya utcánál. 2014. augusztus 6-án Pest déli részén hullott nagycsapadék. Ennek eredményeképp a Gyáli-patak vízrendszerén, amely eredetileg belvízelvezető rendszerként, meliorációs céllal lett kialakítva, villámárvíz vonult le, és a jelentős vízhozamot levezető VII. mellékág a torkolatánál okozott kiöntést. A csapadékot igen jól sikerült mérni, szerencsére a zivatar magja egy kihelyezett mérőt is ért, így 50 éves visszatérési időt közelítő csapadékintenzitást mutathattunk ki ezen a napon. A mérések alapján mód nyílik arra, hogy a csapadékesemény időbeni lefolyása elemezhetővé váljon, kimutatható legyen az, hogy a rendszer teljesítőképességéhez képest jelentős túlterhelés alakult-e ki, vagy a rendszer egyéb zavara vezetett túlterheléshez, kiöntéshez. A Fővárosi Csatornázási Művek csapadékmérő rendszere A csapadékmérő rendszerünkről a 2012. évi vándorgyűlésen a Csapadékmérő hálózat fejlesztése Budapesten című dolgozatunkban már írtunk, így arra itt nem térünk ki, csak a fejlesztés során bekövetkezett változásokat írjuk itt le. Mérőhálózatunkat a rendelkezésre álló immár hatvan eszköz bevetésével (55 kihelyezett+5 tartalék eszköz) megnöveltük. A megnövelt területű mérőhálózatot az 3. ábrán mutatjuk be.
3. ábra. Az FCSM Zrt. csapadékmérő hálózata 2014-15. során A mérőhálózat bővítése során a főváros budai oldalán fejlesztettük a rendszert, a városon kívül. Ennek célja az volt, hogy az itt található vízfolyások heves lefolyási jellemzői miatt az események utólagos elemzéséhez megfelelő adatok álljanak rendelkezésünkre. A 2014. év május-szeptember időszakának csapadékai A csapadékmérő rendszerünkön észlelt adatok alapján megállapítható volt, hogy a május, július, augusztus és szeptember hónapok igen intenzív csapadékhullást eredményeztek. Ezek a csapadékmagasság tekintetében és az intenzitás értékét illetően is jelentősnek tekinthetők. A havi csapadékadatokat a 4. ábrán mutatjuk be. A havi adatokat három adattal ábrázoltuk. A havi adatok három oszlopa közül az első a saját mérőink adatainak egyszerű átlaga látható, a második a saját mérőink közül az adott havi maximum értékét, míg a harmadik oszlop az Országos Meteorológiai Szolgálat sokéves havi csapadékösszegét mutatja. Az ábrából megállapítható, hogy az időszakban csupán június során maradt el a havi csapadékösszeg a sokéves átlag értékétől, a többi hónap során rendre meghaladta azt, esetenként 150-350 %-kal. A legnagyobb eltérés szeptemberben alakult ki. A helyi maximum tekintetében júniustól eltekintve 200-500%-os eltéréseket mértünk ki az egyedi mérők adatai és a sokéves átlag összevetése során.
4. ábra. Havi csapadékösszegek Budapesten. OMSZ és FCSM adatok. Az egyes havi adatok napi bontású csapadékösszegei vizsgálata során látható, hogy a jelentős csapadékösszegek május, július és augusztus hónap az egy-egy napi zivatartevékenység mellett alakultak, míg szeptemberben egy többnapos csapadékhullás okozta a kiugró mennyiségeket. Ez látható abból is, hogy szeptember hó során az igen magas csapadékösszeg alig tér el a legnagyobb egyedi csapadékmérő csapadékösszegétől (4. ábra).
5ábra. 2014. május napi csapadék adatai. A májusi adatok (5. ábra) öt olyan napot mutat, amikor jelentősebb intenzitású csapadék hullott. A csapadékesemények egyike sem volt extrém nagyságú, a csúcsok 25-35 mm/d értékeket mutatnak. 6.ábra. 2014. júniusi csapadék adatok A júniusi adatok (6. ábra) egyébként száraz hónapot bemutató adatok között két zivataros napot láthatunk, de egyik esemény sem mutatott kiugró értékeket.
7.ábra. 2014. júliusi csapadék adatok. A július során (7. ábra) több kiugró értéket is találunk. 10 mm-t meghaladó területi átlag mindössze három alaklommal volt, míg ugyanezen küszöböt a legnagyobb mért napi csapadékösszeg nyolc esetben haladta meg. A 20 mm napi csapadékösszeget négy, a harminc millimétert 3, a 40 mm-t két alkalommal haladta meg a napi legnagyobb mért érték. A legnagyobb napi átlagos csapadékösszeget július 22-én mértük 40 mm értékkel, amely napon a legnagyobb mért csapadékmagasság 78 mm volt. Ez jelentős zivatartevékenység eredménye volt, amely a pesti oldalon alakult ki. Az e csapadék során a Lőrinci úton kihullott csapadék 10 perces intenzitásaiból készített mozgóátlagok ábrája a 8. ábrán látható. 8.ábra. 2014.07.22-i csapadék intenzitásainak 10 perces mozgóátlaga A 10 perces intenzitás elérte a 200 l/(s.ha) értéket.
Érdekesség, hogy az egyszerű napi maximumok alapján nem különösen jelentős július 29-i csapadék is extrém értékekkel jellemezhető esemény volt. A csapadékot az M3 autópálya parkolójában lévő mérőn észleltük. A mozgóátlagok grafikonját a 10. ábra mutatja. 9.ábra. 2014.07.29-i csapadék az M+ parkolójánál. A 10 perces csúcsintenzitás közel 250 l/(s.ha) volt. A csapadék intenzitásainak korábbi, 2012-ben a Vándorgyűlésen közreadott dolgozatunkban javasolt feldolgozásával kapott grafikonjából látható, hogy a 10 perces intenzitás maximuma a 10 perces csapadék időtartamhoz tartozó értéket kismértékben meghaladta, de a csapadék mértékadó, vagy leginkább extrém részintervallumai 45100 perc között meghaladták a 10 éves előforduláshoz tartozó intenzitás értékeket. 10.ábra. 2015.07.29-i csapadék az M3 parkolójánál. Intenzitások és intenzitás-maximumok.
Az augusztusban két kiemelkedő csapadékkal járó zivataros nap fordult elő, amelyek 25-30 mm átlagos csapadékmagasság mellett 55-63 mm legnagyobb csapadékkal jártak. 11.ábra. 2014. augusztusi napi csapadék adatok Augusztus 6-án jelentős csapadékot mértünk Pesten a Méta utcai mérőhelyen. A csapadék időbeni lefolyása során a 10 perces intenzitás csúcsát 33 l/(s.ha) érték körül láthatjuk (12. ábra). 12.ábra. 2014.08.06-i csapadék a Méta utcánál. A csúcsintenzitás mellett a rész-intervallumok intenzitáselemzése kimutatta, hogy a csapadékesemény közel 50 éves visszatérési gyakorisággal volt jellemezhető a 30-40 perces részintervallumok tartományában (13. ábra). Az adatok alapján válik csak nyilvánvalóvá, hogy miért is okozott ez a csapadék villámárvizet a Gyáli-patak rendszerében. Az intenzitások részletes elemzése nélkül a rendszer megfelelőségét illető kérdésekre nem lehetett volna választ adni. Mindez különösen felhívja a figyelmet a részintervallumok szélsőséges csapadékintenzitásainak kérdésére,
amely a csapadékmaximum függvények elkerülhetetlen felülvizsgálata során nem hagyható figyelmen kívül. 13.ábra. 2014.08.06-i Méta utcai csapadék intenzitásai. A szeptemberi csapadékok, bár 1-én 70 mm-t meghaladó egyedi csapadékot hozó zivatar is előfordult, mégis a 11-15-e közötti ciklontevékenység intenzív esői miatt volt különleges (14. ábra). A csapadékos időszak több kiöntést eredményezett a főváros kisvízfolyásain, de ezek különösebb károkozás nélkül zajlottak le. A Hosszúréti-patakon 11-éről virradóan két jelentős árhullám futott végig, amely kerteket öntött el, de a 2010. évi árvíztől kb. 40 cm-rel elmaradt (15. ábra).
14 ábra. 2014. szeptemberi napi csapadékok. 15.ábra. A Hosszúréti patak vízjárása a 2014. május-szeptember időszakban. A fentiek alapján látható, hogy a csapadékok részleteinek elemzése az üzemeltetéssel kapcsolatos kérdésekre adhat választ az extrém csapadékok esetén. Jelentős hatása lehet az e módon előállított
adatoknak abban, hogy a csapadékviszonyok alakulásáról megfelelő mennyiségű adat álljon rendelkezésre, amely révén a csapadékviszonyok jövőbeni változása figyelemmel kísérhető. Fejlesztési lehetőségek Az adatgyűjtő rendszer további üzemeltetése révén egyre több olyan részlet válik ismertté a budapesti csapadékviszonyokról, amely a csapadékvíz-gazdálkodás elemeinek tervezéséhez elengedhetetlen. A rendszer adatainak közvetlen csatornaüzemi felhasználása megindult, elsősorban a rendszer üzemeltetési körülményeinek visszaellenőrzése területén. A mérőhálózat üzemének folyamatos fenntartás révén előálló adatokból remélhetőleg hamarosan kiolvashatók lesznek bizonyos tendenciák, jellegzetességek, amelyek a csapadékok megismerését segíthetik. A remélhetően hamarosan lehetővé váló lefolyás modellezéshez ugyancsak fontos kiindulási adatbázist jelent a munkánk. A rendszerből érkező adatok feldolgozására a meglévő program további fejlesztése szükséges.