AZ ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE. Dr. Gauzer Balázs, OVF, Országos Vízjelző Szolgálat, Budapest

AZ ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE Dr. Gauzer Balázs, OVF, Országos Vízjelző Szolgálat, Budapest

A LEFOLYÁS ELŐREJELZÉS FELADATA ÉS KÉT FŐ TÍPUSA

FELADAT 

Adott folyószelvényhez tartozó vízgyűjtő területre hulló csapadék következtében kialakuló lefolyás (vízállás/vízhozam) időbeli alakulásának az előrejelzése.

TÍPUSOK 

Folyamatos lefolyás előrejelzés: Szabályos időközönként, de legalább naponta egy alkalommal készül, a vízállás/vízhozam jövőbeli, adott időlépésenként érvényes értékeit határozza meg. Determinisztikus, minél inkább fizikai alapokon nyugvó részben osztott paraméterű modellek segítségével végezzük. Jelenleg az OVSZ-nél: hatóránkénti (00,06,12,18 UTC) értékek, hat napra előre.



Árvízi vagy tetőzési előrejelzés: Csak árvíz idején, vagy egyéb indokolt esetben készül, általában a tetőző vízállás értékét, és a tetőzés időpontját határozza meg. Különböző típusú regressziós számítások eredményeként áll elő.

2012. november.

AZ OVH ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE

2

AZ ELŐREJELZŐ RENDSZER ÖSSZEÁLLÍTÁSA OPERATÍV LEFOLYÁS SZIMULÁCIÓS ÉS ELŐREJELZŐ RENDSZER (OLSER) Tetszőleges, a Felhasználó által definiált és bármikor módosítható folyórendszeren képes működni. 

Az előrejelzési vízmércehálózat összeállítása - megbízható múltbeli adatsorok - a szükséges adatok jövőbeli elérhetősége



Az optimalizáláshoz használt múltbeli adatsorok meghatározása - időben minél közelebbi időszakból származzanak - tartalmazzon jelentős árhullámot és hosszabb ideig tartó kisvizet is



A modellparaméterek optimalizálása - a paraméterek értékeit nagyobb árhullámok után érdemes áttekinteni, és szükség esetén újraoptimalizálni



Az előrejelzési állomáshálózat leírását, az adatokat és a modellparamétereket tartalmazó adatállományok létrehozása

2011.június 28.

A DRÁVA-MURA VÍZGYŰJTŐ LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ RENDSZERE VITUKI , Országos Vízjelző Szolgálat

3

A TISZA TISZABECSI VÍZGYŰJTŐJÉNEK VÁZLATOS TÉRKÉPE

2012. november.


4

A VÍZGYŰJTŐN VÉGBEMENŐ FOLYAMATOK NYOMONKÖVETÉSÉNEK LÉPÉSEI 

A lehullott csapadék áttranszformálása felszíni vízbevétellé. (hómodul) Felszíni vízbevétel: csapadékhullásból származó, a talajfelszínt folyékony halmazállapotban elérő víz időegység alatti értéke)



A felszíni vízbevételből keletkező lefolyás alakulásának a meghatározása (csapadék-lefolyás modul)



A folyómederben haladó víz mozgásának a modellezése (medertranszformációs modul)



Az előrejelzési hibák csökkentése a múltbeli hibák alapján (hibajavító modul)



A duzzasztóművek és folyótorkolatok egymásra hatását meghatározó számítások (duzzasztási modul)

2012. november.


5

A HÓFELHALMOZÓDÁS ÉS OLVADÁS SZÁMÍTÁSA I. 

Első lépés a csapadék halmazállapotának és az intercepciós veszteségeknek a meghatározása



A hótakaróban lejátszódó folyamatok fizikailag korrekt közelítése: a hótakaró energiamérlege

∆E = (1-A) Erh + Ehh – Ef + Ee + El + Ec ∆E - a hótakaró energiájának a megváltozása Erh A Ehh Ef Ee El Ec 

- a Nap sugárzási energiája (rövidhullámú sugárzás) - albedo - a légkörből érkező hosszúhullámú sugárzás energiája (légköri sugárzás) - a hófelszín kisugárzásának energiája (földi sugárzás) - a levegő és a hófelszín eltérő hőmérsékletéből adódó energiacsere - a hófelszín párolgásából, vagy a pára kondenzációjaból adódó energiaváltozás - a csapadékhullásból származó energiaváltozás

Szükséges adatfajták: - csapadék - hőmérsékleti szélsőértékek, harmatpont - napfénytartam/felhőborítottság - szélsebesség

2012. november. AZ OVH ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE

6

A HÓFELHALMOZÓDÁS ÉS OLVADÁS SZÁMÍTÁSA II. Mivel az energiamérleg valamennyi tagja összefüggésben van a levegő hőmérsékletével, a számításhoz szükséges adatok hiánya esetén: 

Hőmérsékletindex módszer: ahol: M Co Cp P T To



M = (Co+ Cp P ) ( T- To )

- a vizsgált időszak alatt a hó felszínén keletkező olvadékvíz [mm] - a hőmérsékletindex [mm/oC] - az eső olvadásnövelő hatását figyelembevevő tényező [1/oC] - az időszak alatt folyékony halmazállapotban lehulló csapadék [mm] - a léghőmérséklet [oC] - az úgynevezett küszöbhőmérséklet [oC]

A hófelhalmozódás és –olvadás alakulását befolyásoló további tényezők - intercepció - szél sokrétű szerepe (térbeli átrendeződés, csapadék észlelések hibái) - olvadékvíz visszafagyása - hótakaró víztározó képessége - záporszerű csapadék szerepe



Számítások végeredménye: felszíni vízbevétel és talajfagy értékek.

2012. november.


7

A CSAPADÉK – LEFOLYÁS MODELLEZÉS A csapadékból keletkező lefolyás számításának három fő fázisa:   

A felszíni vízbevétel értékéből a a felszíni lefolyás – beszivárgás arányának a meghatározása; A felszínalatti lefolyási komponensek meghatározása; Az így meghatározott lefolyási komponensek vízhozammá transzformálása.

A csapadék–lefolyás számításokat az OVSZ szakemberei által kifejlesztett – és folyamatosan továbbfejlesztett – csapadék–lefolyás modell végzi. 

A csapadék-lefolyás modell  

 

2012. november.

bemenetként a felszíni vízbevétel és talajfagy értékeire van szüksége; az aktuális lefolyási viszonyokat a megelőző csapadékindex (API) számításán keresztül, a talaj esetleges fagyottságának a figyelembe vételével határozza meg; a teljes lefolyást négy komponens (felszíni-, felszínközeli-, felszínalatti-, és alaplefolyás) összegeként határozza meg; eredményként az adott folyószelvény vízhozam értékeit adja.


8

A MEDERBELI VÍZMOZGÁS MODELLEZÉSE – A DISZKRÉT LINEÁRIS KASZKÁDMODELL (DLCM) I.



„DLCM” medertranszformációs modell    





2012. november.

bemenetként egy felső folyószelvény vízhozam adataira van szüksége; a folyószakaszt sorbakapcsolt tározókkal, (kaszkádokkal) modellezi; feltételezi, hogy egy tározóban a tározás megváltozása a tározó határszelvényein be és kifolyó vízmennyiség különbségével egyenlő; feltételezi, hogy a tározóból kifolyó vízmennyiség a tározott vízmennyiség lineáris függvénye; modellparaméterek: - n – kaszkádok száma - k – tartózkodási idő (n-1)*k – tetőzés időkülönbsége eredményként a folyószakasz alsó folyószelvényében érvényes vízhozam értékeit adja


9

A MEDERBELI VÍZMOZGÁS MODELLEZÉSE – A DISZKRÉT LINEÁRIS KASZKÁDMODELL (DLCM) II.



„DLCM” medertranszformációs modell A levonulási idők vízállásfüggőségének a figyelembevételére a modell a teljes vízhozamot vízhozam tartományokra bontja, melyekre eltérő levonulási paraméterek érvényesek.

qn qm N

ql M

2012. november.


10

AZ ELŐREJELZÉSI HIBÁK CSÖKKENTÉSE – A HIBAJAVÍTÓ MODUL I. Számításainkat minden előrejelzéskor elvégezzük az elmúlt időszakra is, és a modell múltbeli pontatlanságai alapján próbálunk következtetni az előrejelzendő időszakban elkövetettt hibákra. 

Az előrejelzési hibák néhány lehetséges forrása 

   

nem tökéletes modellstruktúra; észlelési hibák; térben és időben különböző értékű változók közelítése koncentrált változókkal; paraméterbecslés hibái

A hibamodellekkel szembeni elvárások    

2012. november.

számítási algoritmusukat a jelenlegi és az előrejelzett időszak alatt várható vízjárási tendenciák szerint tudják változtatni; figyelembe veszik, hogy a múltban elkövetett előrejelzési hibák az időelőny növekedésével egyre korlátozottabb érvényességűek ; ügyelnek arra, hogy a korrekció az előrejelzésben tendenciaváltozásokat ne eredményezzen, pl. az árhullám tetőzési időpontok a helyükön maradjanak; biztosítják, hogy a javított értékek véletlenül sem csússzanak ki a fizikailag lehetséges értékek közül, például ne eredményezzenek a felső szelvényben érvényes vízhozam értékeknél számottevően alacsonyabb értékeket; AZ OVH ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE

11

AZ ELŐREJELZÉSI HIBÁK CSÖKKENTÉSE – A HIBAJAVÍTÓ MODUL II.

160 140 120 100 80 Számított

60

Javított

40

Mért

20 0 1. 1.

2012. november.

1. 31.


12

AZ ELŐREJELZÉSI HIBÁK CSÖKKENTÉSE – A HIBAJAVÍTÓ MODUL III.

400 350

Számított

300

Javított

250

Mért

200 150 100 50 0 1. 1.

2012. november.

1. 31.


13

AZ ELŐREJELZŐ RENDSZER ÁLTAL FELHASZNÁLT METEOROLÓGIAI INFORMÁCIÓK METEOROLÓGIAI ADATOK 

Felhasznált földi meteorológiai észlelések   

6, 12 vagy 24 órás csapadékösszegek; napi hőmérsékleti szélsőértékek; Reggeli, esti szélsebesség

METEORÓLÓGIAI ELŐREJELZÉSEK 

Alkalmazható meteorológiai előrejelző modellek:  



ECMWF; GFS;

Felhasznált előrejelzett adatok:    

2012. november.

hatórás csapadékösszegek; hatórás középhőmérsékletek; napi hőmérsékleti szélsőértékek; hatóránkénti szélsebesség.


14

A METEOROLÓGIAI INFORMÁCIÓK KÖZÖS FORMÁRA ALAKÍTÁSA, A RÁCSPONTI INTERPOLÁCIÓ I. 

Beérkező adatok:  észlelések, szabálytalan térbeli elrendezésben,  előrejelzések, 0,25 x 0,25 fokos rácsháló pontjaira vonatkozóan.



A közös forma egy 0,1 x 0,1 fokos rácsháló. Erre interpoláljuk mind az észlelések adatait, mind pedig az előrejelzett értékeket.



Ehhez szükséges a Duna, a Tisza és a Dráva teljes magyarországi vízgyűjtőjének digitális terepmodellje. Forrás: a NASA (National Aeronautics and Space Administration) által készített SRTM v.4. ( Shuttle Radar Topology Mission) adatbázis.



A meteorológiai észlelések interpolációja az orografikus hatások figyelembe vételével, az alábbi három lépésben kerül sorra:  meghatározzuk a meteorológiai állomások adatainak a zérus magasságú (tenger)szintre mint referencia szintre transzformált értékeit;  a meteorológiai állomások tengerszintre transzformált értékeit a rácspontokra interpoláljuk, melynek során súlyszámként a távolság reciprokának valamely, adatfajtától, és az évszaktól függő hatványát vettük;  meghatározzuk a rácspontok interpolált tengerszinti adatainak a rácspont tengerszint feletti magasságában érvényes értékeit.

2012. november.


15

A METEOROLÓGIAI INFORMÁCIÓK KÖZÖS FORMÁRA ALAKÍTÁSA

2012 november.


16

A METEOROLÓGIAI INFORMÁCIÓK KÖZÖS FORMÁRA ALAKÍTÁSA, A RÁCSPONTI INTERPOLÁCIÓ II. 

Az előrejelzések interpolációja szintén az előbbi három lépésben történik, csak a második lépés adatfajtánként eltérő algoritmusa különbözik az észlelésekétől.



A magassági gradiensek havonta változó értékűek, meghatározásukhoz az OVSZ Operatív Hidrometeorológiai Adatbázisából (OPADAT) mintegy 600 meteorológiai állomás 20 éves adatsorát használtuk fel. Értéküket a csapadék és a szélsebesség esetén százalékosan, a léghőmérsékletnél pedig oC-ban fejeztük ki.



Az egyes adatfajták gradienseinek jellemzői:  a csapadék magassági függése viszonylag szignifikáns szezonális változékonyságot mutat, a nyári időszakbeli alacsonyabb érték mintegy kétharmada a téli legmagasabb értékeknek ;  a napi legalacsonyabb hőmérsékleteknél nem tapasztalható szezonális függés, a magassági gradiens egész évben lényegében változatlan értékű;  A napi maximális hőmérsékletek magassági gradiense egész évben magasabb, mint a minimális hőmérsékleteknél tapasztalt érték, és a nyári érték mintegy másfélszerese a téli időszak magassági gradiensének.  A szélsebességértékek magassági gradiensénél nem tapasztalható számottevő szezonális változékonyság.

2012. november.


17

AZ ELŐREJELZŐ RENDSZER ÁLTAL FELHASZNÁLT HIDROLÓGIAI INFORMÁCIÓK



Az előrejelző rendszer duzzasztási modul nélküli alkalmazása kizárólag az alábbi hidrológiai adatokat igényli:  az előrejelezni kívánt folyószelvényre vonatkozó hatóránkénti vízállás értékek;  az előrejelezni kívánt folyószelvényre vonatkozó, érvényes kétváltozós vízhozamgörbe pontjai;  fentiek helyett a vonatkozó folyószelvény vízhozam adatai is elegendőek, de ebben az esetben az előrejelzések csak vízhozamban állnak rendelkezésre.  a rendszer képes arra, hogy más forrásból (pl. külföldi vízügyi szervek) elérhető előrejelzéseket integráljon a rendszerbe.



A duzzasztási modul alkalmazása a fentieken kívül az alábbi adatok ismeretét igényli:  a duzzasztott szakaszokon lévő vízmércék ‘0’ pontjainak a magassága;  ezen vízmércék távolsága a torkolattól, vagy a duzzasztótól;  a mederfenéknek a vízmércénél érvényes legmélyebb pontja.

2012. november.


18

AZ ELŐREJELZÉSI FOLYAMAT GYAKORLATI LÉPÉSEI – ELŐKÉSZÍTÉS



a különböző adatcsatornákon keresztül beérkező hidrometeorológiai adatokat és előrejelzéseket fogadása, ellenőrzése, s az OVSZ Operatív Hidrometeorológiai Adatbázisába (OPADAT) juttatása;



a hivatalos formában nem érkező, de a különböző külföldi nyilvános weboldalakon fellelhető adatok letöltése, ellenőrzése, és beírása az OPADAT rendszerébe;



a meteorológiai észlelések és előrejelzések előzőekben ismertetett rácsponti interpolációjának a végrehajtása.

2012. november.


19

AZ ELŐREJELZÉS FOLYAMAT GYAKORLATI LÉPÉSEI – ELŐREJELZÉS 

a hófelhalmozódás és –olvadás folyamatának a nyomonkövetésére szolgáló hómodell futtatása, melynek végeredményeként előállnak a felszíni vízbevétel és talajfagy értékeknek az előrejelzési időszak végéig érvényes rácsponti értékei;



a fenti rácsponti értékekből az egyes részvízgyűjtőkre vonatkozó területi átlagértékek előállítása, az előrejelzéshez szükséges hidrológiai adatok felújítása a legutolsó előrejelzés óta elérhetővé vált információkkal;



a csapadék-lefolyás modellezés végrehajtása az adott folyórendszer legfelső szelvényeire vonatkozóan, a hibajavítás folyamatával együtt, melynek eredményeként előállnak a legfelső szelvényekre vonatkozó előrejelzések;



A legfelső szelvények előrejelzéseiből kiindulva, a medertranszformációs számítások elvégzése, a hibajavítással együtt, melyek után a folyórendszer valamennyi szelvényére vonatkozó előrejelzések rendelkezésre állnak;



az előrejelzések numerikus és grafikus ellenőrzése;



az ellenőrzés eredményétől függően, az esetleges manuális korrekció elvégzése, korábban fel nem ismert adathiba esetén az előrejelzési procedúra újbóli végrehajtása;



az eredmények leírása az OPADAT rendszerébe;



az előrejelzések kiadása.

2012. november.


20

AZ ELŐREJELZÉSI EREDMÉNYEK 



Jelenleg a Duna, a Tisza és a Dráva-Mura vízrendszerének összesen 173 (ebből 76 hazai) szelvényére készülnek előrejelzések A 2011. évi hibaszórások

2012. november.

Folyórendszer

1 napos hibaszórás [cm]

6 napos hibaszórás [cm]

Duna

3-16

30-50

Dráva-Mura

9-30

28-51

Tisza

6-27

30-90

Tisza mellékfolyói

4-23

30-105


21

AZ ELŐREJELZÉSEK KÖZREADÁSA:

2012. november.

WWW.HYDROINFO.HU


22

AZ ELŐREJELZÉSEK KÖZREADÁSA:

2012. november.

WWW.HYDROINFO.HU


23

Köszönöm a figyelmet!

24

AZ ORSZÁGOS VÍZJELZŐ SZOLGÁLAT OPERATÍV LEFOLYÁS ELŐREJELZŐ TEVÉKENYSÉGE. Dr. Gauzer Balázs, OVF, Országos Vízjelző Szolgálat, Budapest

Recommend Documents