Folyóink vízjárásának mindenkori ismerete és várható alakulása számos vízgazdálkodási feladat alapja, az árvízi védekezésért felelős szervezetek munkájában, valamint a katasztrófavédelmi veszélyhelyzeti tervezésben is kiemelt jelentőségű.
Hazánkban az OVSz[1] a felelős szervezet folyóink vízjárásának előrejelzésére. Produktumaik a http://www.hydroinfo.hu/ honlapon érhetőek el, diszkrét vízmérceszelvényekben 144 órás időelőnyű folyamatos vízjárás előrejelzést adnak közre. Árvizek levonulásának esetén azonban a helyi védekezésért felelős szervezetek az árvízi védekezés műszaki, logisztikai, gazdasági támogatása érdekében saját előrejelzéseket készítenek. Közös jellemzőjük az OVSz előrejelzéseivel, hogy diszkrét vízmérceszelvényre korlátozódnak, azonban kiszolgálhatnak speciális helyi igényeket is, és jellemzően csak az árhullámkép[2] előrejelzésére terjednek ki időben. Az igazgatóságokon alkalmazott módszerek a közelmúltig zömében papír alapú grafikus kapcsolatelemzések alapján történtek, erre mutat példát az ábrán látható segédlet. Az elmúlt évtizedben a számítástechnika, a térinformatika és a hidrológiai monitoring robbanásszerű fejlődése (pl. nagy tér- és időbeli felbontású vízhozammérő eszközök, vízszint-távmérés, hidrodinamikai modellek széleskörű elterjedése és alkalmazásuk oktatása a műszaki felsőoktatásban stb.) magával hozta a hidrológiai előrejelzések fejlesztésének igényét is. Igazgatóságunk a Rába vízgyűjtőjén üzemeltet egy folyamatos üzemű árvízi riasztórendszert mely valós időben, meteorológiai előrejelzésekre alapozva 6 napos időelőnnyel szimulálja a lefolyási viszonyokat a Rába völgyében. Ez az előrejelző rendszer a „ProRaab(a) Rába előrejelzési modellje”[3] c. projekt keretében valósult meg 2011-ben, majd Raab Flood 4cast néven került frissítésre 2020-ban. Alapgondolatát a Stájer Tartományi Kormányhivatal Hidrológiai Intézeténél az Enns és a Mura folyók felső vízgyűjtőin már üzemelő előrejelző rendszer jelentette. Az elkészült árvízi riasztórendszer alapja egy NAM[4] csapadék-lefolyás modell, amely 1 dimenziós[5] hidrodinamikai árhullám-transzformációs modellhez kapcsolódik, és vízmérceszelvényekben 6 napos időelőnyű vízjárást számít a NAM modellből a folyóhálózati modellbe belépő vízhozam levezetésével. A kapcsolt hidrodinamikai modell a Rába teljes vízgyűjtőterületét magában foglaló vízhálózat, mely összesen 151 db, 1623 km hosszúságú azonosítható folyóágat jelent.
A modell a hidrodinamikai folyamatokat fizikai alapú parciális differenciálegyenletek (St. Venant egyenletek[6]) numerikus megoldásával diszkretizálja. A modellrendszer szerves részét képezi az adatasszimilációs[7] modul, és a modellfutáshoz szükséges meteorológiai és hidrológiai adatok folyamatos rendelkezésre állását és áramlását biztosító keretrendszer.
A modellrendszer felső határfeltételként az ECMWF[8] és a ZAMG[9] 6 napos meteorológiai hőmérséklet és csapadék-előrejelzéseit, alsó peremfeltételként[10] pedig az OVSz 6 napos hidrológiai előrejelzéseit használja, eredményei pedig a folyóhálózat meghatározott szelvényeiben órás időbeni felbontással számított vízhozamok és vízszintek 144 órás időelőnnyel, óránkénti frissítéssel.
[1] Országos Vízjelző Szolgálat: A folyók hidrológiai állapotát jellemző nemzetközi, országos és regionális tájékoztatást és előrejelzést végző szervezet. A Szolgálat Budapesten, az Országos Vízügyi Főigazgatóság keretében működik
[2] Árhullámkép: A vízállások vagy vízhozamok időbeni változásának ábrázolása. Az árhullámnak a völgyeléstől a tetőzésig tartó szakaszát áradó, a tetőzéstől a völgyelésig tartó szakaszát pedig apadó ágnak nevezzük.
[3] (ATMOS kód L00021) az Ausztria-Magyarország Határon Átnyúló Együttműködés Program keretében (AT-HU ETE 2007-2013)
[4] A NAM modell az ún. lineáris tározók elve alapján működik. A modell a napi, vagy órás előrejelzett csapadék idősor, párolgási paraméterek, felszíni, felszín alatti hozzáfolyás valamint a különböző víztartó rétegek (hóban tárolt vízkészlet, növényzet, talajfelszín, gyökérzóna, talajvíz, rétegvíz) alapján számítja a vízgyűjtőterület alsó pontján kapcsolt mederbe belépő vízhozamot.
[5] Az egydimenziós megközelítés azt jelenti, hogy a modell a számított állapotváltozókat (vízállás, vízhozam, vízsebesség, nedvesített szelvényterület, mederszélesség) szelvénymenti átlagértékkel határozza meg
[6] St. Venant egyenletek: A nempermanens vízmozgás 1 dimenziós alapegyenletei, melyek az anyag- és impulzus-megmaradás törvényén alapulnak. Az egyenletrendszer a folytonossági és az impulzus-egyenletből áll
[7] Adatasszimiláció: A modelleredmények futtatások közötti automatikus korrekciója a rendelkezésre álló legfrissebb észlelési adatok alapján
[8] Középtávú Időjárás Előrejelzések Európai Központja (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)
[9] Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik – Osztrák Központi Meteorológiai és Geodinamikai Intézet
[10] Differenciálegyenletek megoldására az értelmezési tartomány határán meghatározott feltételek, melynek ismeretében határozott egyenletrendszer oldható meg.