KÖFOP-2.1.2-VEKOP-15-2016- 00001 A jó kormányzást megalapozó közszolgálat-fejlesztés Települési vízrendszerek tervezése modellezéssel Ámon Gergely okl. építőmérnök, hidroinformatikai és vízgazdálkodási szakmérnök Nemzeti Közszolgálati Egyetem
Csapadékhelyzet alakulása és hatásai Csapadékintenzitás növekedése csapadék időtartam csökkenése Szabványok megkövetelt gyakoriságainak változása 70-es évek csapadékmaximum függvényei 1-3 órás csapadékok vizsgált eltérései (Varga L., Buzás K., Honti M, 2016) Csapadékmennyiségek hosszabb időintervallumon
Csapadékhelyzet alakulása és hatásai 300 Győr: Mérés(1973.01.-2017.08.)+Előrejelzés(2017.09.-2057.12.) 250 200 y = 0,0003x + 61,498 h[mm] 150 100 50 0 01.1973 09.1986 05.2000 01.2014 10.2027 06.2041 02.2055
Csapadékhelyzet alakulása és hatásai modellezés szerepe Mértékadó állapot felvételének nehézségei több mértékadó esemény Szcenáriók (tervezési szélső állapot, havaria, vízhasznosítási lehetőségek, üzemelési állapotok ) Generált adatok és/vagy mért adatok használata Több lépésű kapcsolt modellrendszer a project igényei szerint
Modellkapcsolatok Csapadékidősor mért adatok, generált adatok, csapadékmodellek Vízgyűjtőmodell Jelemzően külterületi vízgyűjtőkön lefolyás, összegyülekezés, peremfeltételek generálása hidrodinamikai modellhez; Belterületi vízgyűjtők csapadékhozamának számítása vízelvezető rendszer méretezéséhet Hidrodinamikai modellek villámárvizek modellezése, elöntéstérképek, veszélytérképezés (1D+2D, teljes 2D ) Iteráció lehetséges Hidrodinamikai modell Véges differencák-, véges térfogat-, véges elem modellek permanens-, nempermanens szimulációk, dimenziószám függően a project igényeitől Kiértékelés Dokumentálás, műtárgytervezés, szakvélemény stb.
Vízgyűjtőmodell Jellemző probléma az adathiány feltáratlan vízgyűjtők, mérési pontok hiánya Hidrodinamikai modell felső peremfeltételeinek meghatározása Moduláris felépítés jól megválasztott modellelemek (területhasználat, talajösszetétel és szivárgás, felületi lefolyás ) Tervezési (szélső) állapot - fő lefolyásvonalak menti felosztás, összevont paraméterezéssel (felületi eloszlás alapján súlyozva részvízgyűjtőnként). Teljes rendszer telített állapotának meghatározása telítettközeli rendszer mellett a terepi és szelvénybeli lefolyás lesz érzékeny paraméter. Az adathiány okozta bizonytalanság kevés, jól körülhatárolható paraméterekből felépülő modulok használata.
Vízgyűjtőmodell Moduláris felépítés Összevont paraméterezés Rendszer tározási paramétereinek területhasználat és talajtípus szerinti feltelítése tervezési biztonság Terepi lefolyás: Clark egységárhullám modell Völgyeletek, csatornák: közelítő szelvény, átlag esés Csatornák: pontosabb vizsgálat műtárgyakkal hidrodinamikai modell a generált peremfeltételekkel
Vízgyűjtőmodell
Vízgyűjtőmodell Validálás nehézkes hidrodinamikai modell visszahatása, meglévő települési vízkárok, mint referenciadat (múltbeli csapadékesemény futtatása a modellen) Modelleredmények alapján kockázatok felmérése, kockázat kezelési lehetőségek mérlegelése a hidrodinamikai modell lehetőségeinek figyelembevételével Továbbfejlesztés, üzemeltetési modell átparaméterezés, részletes vízgyűjtőfeltárás nem csak tervezési szélső állapothoz Vízhasznosítási koncepciók kidolgozásának támogatása, ehhez szükséges szcenáriók felvétele, települési igényekhez igazítás lehetőségeinek mérlegelése
Hidrodinamikai modell - felépítés Modellszerkezetet a projekt határozza meg: 1D: prizmatikus szelvények, zárt csatornák, nyomás alatti csatornák (lamináris áramlás) 2D: összetettebb áramlási mezők, elöntésmodellezés, tározás, hidak duzzasztásának számítása 0D: hirtelen változó vízmozgás (bukó, áteresz, lépcső ) Kombinált modellek (2D+1D, 1D+0D+2D ): havaria modellek, veszélytérképezés, gátszakadás, tározó átbukás, vízhasznosítási modellek, hatásvizsgálatok Részletes geometria és/vagy részletes (mért) hidraulikai adatok, idősorok? Lokális kockázatok? Modell célja? Területi adottságok, vízrendszer felépítése Továbbfejlesztés élehetőségeinek mérlegelése a település fejlesztésének tükrében, üzemeltetési során felmerülő szcenáriók vizsgálata üzemeltetési modell
Hidrodinamikai modell - peremfeltételek Felső peremfeltétel rendelkezésre álló mértékadó hozam (legritkább) Felülvizsgálandó Közbenső el/hozzáfolyás bizonytalanságai Felső peremfeltétel generált vízhozam idősor vízgyűjtőmodellel Mért csapadékidősor Csapadékmaximum függvények felhasználásával létrehozott adott gyakoriságú és időtartamú csapadék Kalibrálás, validálás Kalibrálás - érdesség Validálás van-e referencia (jól körülírható vízkár, mért esemény stb ) Visszahatás a hidrológiai modellre
Hidrodinamikai modell - peremfeltételek Kifolyási peremfeltétel rendelkezésre álló vízszint adatok (legritkább eset) Lehetséges felszíngörbék különböző esések felvétele esetén az alsó peremen Alsó peremfeltétel out of system (pl.: zárt csatorna kivezetés mértékadó vízszint felett) Energiavonal esés fokozatos közelítés fenékeséssel, vízfelszín eséssel modelltartomány alatti szakaszok figyelembevétele Érzékenységvizsgálat modelltér állapotának változása, also visszahatások mire terjed ki a vizsgálat, milyen érzékenység elfogadható?
Hidrodinamikai modell - dimenzió Települési csapadékhálózat 1D (1D+0D) probléma: Permanens, permanensre kifutó vizsgálatok Mértékadó vízhozamidősorok (rendszer tározókapacitás, zárt csatornák terhelhetősége ) Kényszerített áramú rendszerek elemei 2D (2D+0D/1D) elemek Permanens, permanensre kifutó vizsgálatok Mértékadó vízhozamidősorok (komplexebb leírást igényő helyek, pufferek ) Modellépítés bonyolultság számítási kapacitás és idő
Hidrodinamikai modell - dimenzió Prizmatikus, zárt szelvény Áteresz, egyszerűbb keresztezés (0D) Kezdeti feltételre kevésbé érzékeny, rohanó vízmozgás könnyebben kezelhető Kevésbé részletes áramlási állapot
Hidrodinamikai modell - dimenzió Összetettebb áramlási mezők, pufferek, kockázati térképezés, flash flood Hidak, áramlásváltozások, wormhole áteresz Kezdeti feltételre érzékeny lehet: Ω( H n+ 1 ) Ω( H t n ) + Vk nk Ak ( H ) + Q = 0 k Implicit megoldó, kezdeti instabilitás kiküszöbölése főként nagy esésű területeken probléma Részletes kép az áramlásról, dinamikusabb fejleszthetőség
Hidrodinamikai modell további felhasználás Előkészítő munkálatok, tanulmányok: Települési vízgazdálkodási koncepció segítése Vizek helybentartása vízhasznosítási tervezés Pályázatok támogatása Szcenárióelemzés Havaria Klímaváltozás hatásai Település fejlődésének követése Beruházások, burkolt felületek növekedésének hatásai Környezeti hatások vizsgálata (mennyiségi terhelés, emissziószámítás segítés )
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! ELÉRHETŐSÉG: +36308531650, AMONGERGELY@GMAIL.COM