Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

A numerikus elemzési módszerek és az adatok gyors fejlődésével az utóbbi évtizedekben a folyók árvízvédelmének célváltozója megváltozott: az ma már nem az árvízvédelmi töltések magasságtöbblete, hanem az éves árvízkár várható értéke, más néven az árvízi kockázat. Az árvízi kockázatot az árvíz következményeinek és valószínűségének szorzatintegráljaként számítjuk. Nemcsak a vízrendszertől, hanem a károk társadalmi-gazdasági értelmezésétől is függ, hogy milyen arányban járulnak hozzá a kockázathoz a kis kárt okozó, de gyakori árvizek és a rendkívül kis valószínűségű, de pusztító özönvizek. Az is esetfüggő, hogy mely paraméterek és feltételezések meghatározóak a számított kockázatban. Egyes kutatók a sérülékenységet leíró kárfüggvényt találták a legnagyobb bizonytalansági forrásnak, mások pedig a domborzati modellt vagy az éghajlatváltozás hatásait. 

A kockázat valószínűségi elvű kiszámításához – pl. Monte-Carlo-szimulációval – összetett modellrendszer és nagy kapacitás kell. Különösen a nagy folyórendszerekre fontos azonosítani, hogy mely modellösszetevők pontosításával javítható leginkább a kockázatértékelés, vagy ellenkezőleg, melyek azok a folyamatok, amelyek erősen közelítő feltételezéseken alapulnak és ehhez képest aránytalanul drágák. 

Jelen doktori kutatásban a jelölt módszertant dolgoz ki a Tiszához hasonló, széles árterű, lokalizációs töltésekkel tagolt és árvízi szükségtározókkal kiépített síkvidéki folyóvölgyek árvízi veszélyének és kockázatának gyakorlati szemléletű meghatározására. Értékeli a bizonytalanságot, vizsgálja a folyamatok (töltés­tönkremenetel, szükség­tározás, éghajlatváltozás, elszivárgás, közvetlen gazdasági károkozás) leírási módjának és a numerikus modellezés részletességének (diszkretizáció, dimenziószám) hatását az eredményekre, és javaslatot ad ezek költséghatékony megválasztására. A védvonalak mentén differenciált biztonsági szintre való tervezés támogatására vizsgálandó a mai mértékadó árvízszint valószínűségét jócskán meghaladó (évi 1/1000 vagy még kisebb valószínűségű) szélsőséges árvizek lefolyása. 

 

***

 

Helped by the rapid development of numerical methods and data availability, the target of river flood protection has changed in the past decades from maximising levee freeboard to managing the expected annual flood damage, i.e., flood risk. Flood risk is calculated as the convolution integral of the probability and the damage caused by the flood. The contribution of small but frequent flood waves and devastating extreme floods to this integral depends not only on the river system but also on the socio-economic interpretation of the damage. Which parameters and assumptions are dominating in the calculated flood risk is also case-dependent. Some researchers found that the flood damage model was the strongest source of uncertainty, whereas others found that it was the terrain model or the effect of climate change. 

Calculating the risk with a probabilistic method – with Monte Carlo simulation, for example – asks for a complex model system and a large computational capacity.  Especially for large river systems, it is important to identify which model components should be improved, or, conversely, which processes are too costly with respect to the crudeness of the assumptions they are based on. 

In this doctoral research, the student elaborates practice-oriented methods to determine flood hazard and flood risk in lowland river valleys similar to the Tisza River: with a wide, compartmentalised floodplain and a series of lateral flood retention reservoirs. Uncertainties must be analysed. The effect of the process description level (levee failure, retention, climate change, infiltration, direct economic damage) and numerical level of detail (discretisation and number of dimensions) to the results must be studied, and a cost-efficient setup must be proposed. Finally, to help flood managers impose a differential safety level along levees, the dynamics of extreme floods that greatly exceed the current design flood levels (i.e, floods with an annual probability of 1/1000 or less) must be explored.