Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemÉpítőmérnöki Kar - építőmérnök képzés 1782 óta

A csapadékvíz-elvezetés jelenti jelenleg az egyik legnagyobb kihívást a települések lakói és döntéshozói számára. A csapadékcsatornák jelentős része az újabb igényeknek már nem felel meg, a lefolyó nagyobb vízhozamok környezeti, infrastrukturális és vízminőségi károkat okoznak, emberi életeket és gazdasági értékeket veszélyeztetnek.

A csapadékcsatorna-hálózatok kapacitásproblémái a nem megfelelő kiépítés és üzemeltetés következtében több kedvezőtlen, egymással összefüggő jelenségben mutatkoznak meg: nyomás alá kerülés, visszaduzzasztás, felszíni kiöntés, hordalék-lerakódás, kiömlés a záportúlfolyókon, környezetszennyezés stb. A negatív jelenségek csatornáról csatornára, mennyiség, minőség, terület és időtartam tekintetében jelentősen különbözhetnek.

A jelenlegi gyakorlat szerint a vízi infrastruktúrát és a vízgazdálkodási rendszereket klimatológiai, hidrológiai, fogyasztási történeti adatok és az azokból meghatározott trendek alapján tervezik és építik meg. A nemzetközi gyakorlatban e számítások implicit alapfeltevése, hogy a klíma és a hidrológiai rendszerváltozók stacionáriusak, azaz az elmúlt időszakra rendelkezésre álló adatok statisztikai paraméterei hasonlók maradnak a jövőre nézve. Ezt a feltételezést mostanában erősen veszélyeztetik a klimatológiai és területhasználati változások, egyre több, adatokkal megtámogatott alkalmazott tudományos eredmény mutat arra, hogy mind a klíma, mind a területhasználat változni fog a jövőben.

A felszínen és a csatornahálózatban történő csapadékvíz-lefolyást több olyan természetes környezeti tényező befolyásolja (csapadék, befogadó, vízgyűjtő, külső hozzáfolyás, infiltráció-exfiltráció stb.), melyeknél a klímaváltozás meghatározó jelentőségű. A klímaváltozás hatásának érvényesülését befolyásolhatják mesterséges jellegű beavatkozások és folyamatok is, például: burkolt felületek változása, egyesített rendszerek szétválasztása, zöld infrastruktúra létesítése.

Több kutatás is kimutatta (lásd „A téma meghatározó irodalma”) a területhasználat (urbanizáció) hatását a városi elöntésekre. Születtek eredmények a klímaváltozás egyes hatásaira pl. a csapadékelöntésekre a klímaváltozási trendek feltételezése alapján, de továbbra is hiányoznak részletesebb kutatási eredmények a téma átfogó vizsgálatára. A múltban használt klímamodellek átértékelendők a modellek fejlődése és az újabb adatok miatt.  

A csatornahálózatra általában nem állnak rendelkezésre a modellezéshez nélkülözetlen mennyiségi és minőségi adatok, ezért kiegészítő mérések (pl. zavarosság-lebegőanyag) szükségessé válnak. Ma már – éppen az egyetemi fejlesztéseknek köszönhetően – lehetőség van a szükséges mennyiségű és minőségű adatok mérésére.

A kutatás célja tehát a téma átfogó jellegű feltárása, a jelentősebb problémák lehatárolása és hidrodinamikai-klimatológiai modellek alkalmazása egy kiválasztott területen, végül az elvégzett vizsgálatok alapján új, általánosan alkalmazható következtetések levonása.

A fentieknek megfelelően a javasolt feladatrészek:

    1. A téma rendszerszemléletű bemutatása, majd a kutatás fókuszpontjainak megjelölése. 

    2. A klímaváltozás hatásainak feltárása, értékelése az elmúlt évek megfigyelései és a múltban alkalmazott klímamodellek alapján, a csapadékcsatorna-hálózatok problémáira.

    3. Csapadékcsatorna-rendszerek tipizálása vízgyűjtő és hálózati jellemzők alapján, a hidrodinamikai modellezhetőséget szem előtt tartva. 

    4. További részletes vizsgálatra alkalmas terület kijelölése a tipizálás, a terület fontossága, a rendelkezésre álló adatok és kiegészítő mérések elvégezhetősége alapján.

    5. Szimulációs modell felépítése a vizsgált területre. A modell kalibrálására, a paraméterek identifikálására alkalmas mérések elvégzése.

    6. Klímaszcenáriók kidolgozása „Regional Climate” modell adatok alapján, lehetséges jövőbeli terhelések meghatározására.

    7. A vizsgált területre széleskörű szimulációs számítások végzése különböző szcenáriók feltételezése mellett: pl. trendek figyelembe vétele nélkül, különböző burkolt felületi arányokkal, különböző klíma előrejelzésekkel stb.

    8. A kutatás összefoglaló értékelése, tézis értékű következtetések levonása az új eredményekből.

 

****

 

Description: Drainage of storm water is one of the major challenges currently facing the inhabitants and the decision makers of settlements.  Many of the storm sewers are not satisfactory for the newest requirements thereby their runoff causing environmental, infrastructural and water quality damages, endangering human lives and economic values.

The capacity problems of storm water networks are manifesting in several unfavourable phenomena because of the insufficient configuration and operation: water pressure, backwater effect, surface flood, sedimentation, storm sewer overflows and pollution. The negative phenomena from sewers to sewers can differ significantly in their quantity, quality, area and duration.

Customarily, water infrastructure and water management systems have been designed and constructed based on historical observations of climate and hydrological data and consumption trends. In the worldwide practice the implicit assumption in such calculations is that climate and hydrological system variables are stationary, meaning that the statistical characteristics of a past time period in which data are available will remain the same into the future. This assumption, nowadays, is threatened majorly by climate and land use changes and nowadays more and more scientific results based on observations are showing that both climate and land use will evolve in the future.

The runoff of storm water on the surface and in the sewer network is influenced by such natural environmental elements (rain, receiving water, sub-catchment, external inflow, infiltration-exfiltration) which are effected by climate change decisively. The domination of the impacts of the climate change are influenced by artificial interventions and processes like change of impervious areas, separation of combined sewers and establishing green infrastructures.

Many studies have revealed (Thuy Nga Tu et al 2020; Inu P.S. & Jiba R.P. 2017; Gao-feng Liu 2016, Chao Chen fu et al 2018, etc) the effect of land use change (urbanization) on urban flooding. However, relatively few studies have addressed some impacts of climate change e.g. on storm flooding, whereas there is still lack of detailed studies for the comprehensive examination of storm sewer networks. The climate models used in the past should be re-evaluated because of the development of the models and the available new data. 

In most cases, water quantity and quality data are not available for the sewer network models. Therefore additional measurements (e.g. turbidity-suspended solids) are required. Nowadays – because of the developments at the university – there are devices available for the necessary amount and quality of measurements.

Consequently the goals of the research are: comprehensive exploration of the scope, designation of the most significant problems and application of hydrodynamic-climatic models for the study area and prepare new, generally applicable conclusions. 

The proposed specific research tasks based on the description are:

    1. The systematic demonstration of the scope, designating the focus points of the research. 

    2. Exploration and evaluation of the impact of the climate change on the storm sewer network problems based on the observations and the applied climate models in the past years.

    3. Defining typical storm sewer systems based on their subcatchment and network parameters, regarding also the applicability of hydrodynamic models.

    4. Designating study area which is appropriate for further detailed examination, based on the type definitions, importance of the area, available data and executable additional measurements.

    5. Building of the simulation model for the study area. Execution of measurements necessary for the calibration of the model and for the identification of the parameters.

    6. Develop climate scenarios on the basis of the Regional Climate model data for plausible emission in the future.

    7. Carrying comprehensive simulations out for the study area assuming different scenarios: e.g. without counting with any trend, with different impervious area rates, counting with loads of Regional Climate model.

    8. Synthetizing evaluation of the research, drawing conclusions at thesis strength from the new results.