Felső-Tisza-vidéki Vízügyi Igazgatóság
Ügyfélszolgálat: +36 42 502 200
Korszerű árvízvédelmi üzemirányító rendszer fejlesztése a Felső-Tisza vízgyűjtőjére
2018.03.08. Lucza Zoltán - osztályvezető
A Magyar Hidrológiai Társaság, Szabolcs-Szatmár-Bereg Megyei Szervezete 2018. március 1-én előadóülést tartott „Korszerű árvízvédelmi üzemirányító rendszer fejlesztése a Felső-Tisza vízgyűjtőjére” címmel.

Az előadóülés időszerűségét „Az üzemirányítási és monitoring hálózat fejlesztése” című, megvalósítás alatt lévő KEHOP projekt adta, melyben Igazgatóságunk – közösen az ÉMVIZIG-gel (Miskolc) és a KÖTIVIZIG-gel (Szolnok) – konzorciumi tagként vesz részt az Országos Vízügyi Főigazgatóság irányítása mellett.

A Felső-Tisza-vidéki Vízügyi Igazgatóságon megtartott rendezvényen, amely Felső-Tiszai szempontból projektindító rendezvény volt, az alábbi két előadás hangzott el:
1. Lucza Zoltán osztályvezető, FETIVIZIG: A Felső-Tiszai folyamatos hidrológiai előrejelző rendszer bemutatása
2. Szabó János Adolf matematikus, hidroinformatikai kutató, HYDROInform Bt.: Az árvízvédelmi üzemirányító rendszer módszertani háttere, a fejlesztés várható eredményei

A FETIVIZIG közösen ukrán partnerintézményeivel (Tiszai Vízgyűjtő-gazdálkodási Igazgatóság és Kárpátaljai Hidrometeorológiai Szolgálat) a 2012 és 2015 között, Magyarország–Szlovákia–Románia–Ukrajna ENPI Határon Átnyúló Együttműködési Program keretében nemzetközi, vízgyűjtő szintű hidrológiai előrejelző rendszert alakított ki. A közös üzemeltetésű, DIWA_HFMS Hidrológiai Előrejelző és Modellező Rendszert a HYDROInform Bt. fejlesztette ki a magyar és ukrán Fél számára.

Lucza Zoltán előadásában először vázlatosan, majd élő, on-line kapcsolat keretében is bemutatta az interaktív grafikával ellátott, minden tekintetben felhasználóbarát DIWA-HFMS rendszert.






Kihangsúlyozta, hogy az előrejelző-modellező rendszer – óránkénti adatfrissítéssel – teljesen automatikusan készít 6 nap időelőnnyel órás léptékű hidrológiai előrejelzéseket a vízgyűjtő teljes vízhálózatára (1x1 km felbontásban, vagyis nem csupán a mérceszelvényekre), amelyekhez a hatnapi időelőnyt a Metofice (UK) ECMWF rácsponti csapadék és léghőmérsékleti előrejelzések biztosítják. Elmondta még, hogy a földi automata csapadékmérők adatainak területi kitérképezését az OMSZ napkori csapadékradar negyedóránként elérhető intenzitás-adataival korrigálják, amely nagymértékben fokozza a modellbe bemenő csapadékmező realitását.
Prezentációjában kiemelte, hogy európai viszonylatban is egyedülálló módon, a rendszer a FETIVIZIG egy nagy teljesítményű szerverén adott protokoll szerint teljesen automatikusan, az év minden napján, annak minden órájában emberi beavatkozás nélkül fut le, amely magában foglalja az adatok begyűjtését, kiértékelését, validálását, és az előrejelzések elkészítését. A hidrológusok feladata az óránkénti modellfuttatások értékelése, szükség esetén az érintett szervezetek riasztása, tájékoztatók összeállítása, mely feladatát a rendszer fejlett grafikai eszközökkel támogatja.

Az előadás második része már a fejlesztésről szólt. Itt hangsúlyozva lett:
- A fejlesztés háttere, szükségessége, műszaki peremfeltételei;
- A 3 db beintegrálandó árapasztó tározó (Szamos-Kraszna közi, Beregi, engedélyeztetés alatti Tisza-Túr tározó) műszaki paraméterei;
- Az üzemirányító rendszert majdan befogadó DIWA-HFMS rövid, valós üzemmódú bemutatása.

Szabó János előadásának felvezetőjében elmondta, hogy „Az üzemirányítási és a monitoring hálózat fejlesztése” című KEHOP projekt feladatai kapcsán a rendszerfejlesztés egy újabb mérföldkövéhez, az üzemirányítás DIWA-HFMS Hidrológiai Előrejelző és Modellező Rendszerbe integrálásához érkezett, amely megvalósulása esetén együtt szolgálja majd a FETIVIZIG és Ukrán partnerük érdekét is, és amely képes lesz az integrált szemléletű árcsökkentést az Ukránok védelmi képességeivel is összehangoltan, valós időben kezelni.

Ehhez pedig alapvető fontosságú elvárás, hogy a rendszerbe (amelyet az Ukránok is folyamatosan használnak) bármikor rugalmasan lehessen hozzátenni valamely megvalósult/tervezett völgyzárógátas vagy síkvidéki tározókapacitást, amely aztán azonnal, rendszer-fejlesztői segítség nélkül képes a már meglévő tározókkal összehangolt védelmi eleme lenni a Felső-Tisza régiónak.

Az előadó kihangsúlyozta, hogy egy ilyen léptékű és bonyolultságú feladat megoldása komoly innovációt igénylő tevékenység. Magyarázata szerint, az ilyen feladatok valós idejű (tehát védekezési időn belüli) kezelése egyszerre igényli a korszerű matematika, az egyedileg tervezett algoritmusok és programkódok, valamint a végrehajtó processzorra optimalizált számítógépi modulok célorientált tervezését, kivitelezését.
Mondandóját egy, az Intel-től származó hatékonysági diagrammal is alátámasztotta, amelyen látható volt, hogy egy a fentiek szerint szervezett számítógépi megvalósítás akár 240-szeres végrehajtási sebességet is képesek eredményezni. Mindebből következik - mondta -, hogy az ilyen feladatokat csakis egyedileg, a feladathoz optimalizált rendszerekkel lehet valós időben megoldani.

Az előadó példákon keresztül szemléletesen vázolta az "inverz modellezés"-t, mint az on-line üzemirányítás egyik kulcsproblémáját, majd azt a technikát (az inverz modellezés közelítése, a próba-hiba módszer algoritmus által generált konvergens szekvenciákkal) amellyel ezt, a fentiekben említett informatikai háttérrel kezelni lehet.

Az előadó (vállalkozó) a fejlesztést három pillérre alapozza:

1) Az előrejelzés hatékonyságát fokozandóan:
a) A DIWA-HFMS térinformatikai adatbázisának frissítése, aktualizálása;
b) Az adat-asszimiláció új, a teljes vízhálózatot érintő állapot-felújítást lehetővé tevő Kalman-féle algoritmus beépítése.

2) Az on-line üzemirányítás megvalósítása:
a) A jelenlegi DIWA-HFMS rendszer adatbázisának módosítása, az újonnan figyelembe veendő adatok fogadóképességének megteremtése;
b) A vízhálózaton jelenleg hidrológiai alapú mederbeli lefolyás modulját 1D-s hidraulikai modulra cseréljük a teljes vízhálózaton;
c) Rendszerbe integrált, szcenárió (opcionális) üzemmódban elindítható 2D-s hidraulikai modul a tározók elárasztásának szimulációjára;
d) A fejlesztés egyik kirívóan lényeges, és egyben újszerű, mindazonáltal a legbonyolultabb eleme, az adott hidrológiai helyzethez (tehát on-line) optimális tározó-üzemrend kialakítását automatikusan megtervezni képes, úgynevezett "inverz modellezési" modul kifejlesztése, rendszerbe-integrálása.

3) Egyéb szükséges rendszerfejlesztések:
a) A fejlesztést érintő szükséges adatbázisok létrehozása, integrálása a meglévőbe, és azok óránkénti automatikus feltöltését kivitelező programmodulok fejlesztése;
b) A fejlesztéssel összefüggésben lévő megfelelő interaktív grafikai programmodulok fejlesztése és integrálása a meglévő rendszerbe;
c) Végezetül az egész rendszert a jelenlegi DIWA-HFMS-be integrálni úgy, hogy az összes funkció és modul a már jelenleg is jól ismert és használt interaktív kommunikációs panelről legyen áttekinthető és irányítható, miközben az új modulokat a már korábban üzembe állított előrejelző modulok táplálják automatikusan.

Az előadó végül vázolta, miként is fog üzemelni a kifejlesztett rendszer:

1) Az úgynevezett "normál" - tehát eseménytelen üzemmód-ban a rendszer a jelenlegi (teljesen automatikus) módon fog működni. Ebben változás nem lesz.

2) Árvízi helyzetben a döntés-előkészítő szakértő kiválasztja az üzemirányítás célértékét (pl.: tározók alatti adott vízmércén a vízszint adott szint alá esése, legnagyobb vízszintcsökkenés elérése ugyan itt, stb.), majd eldöntheti, hogy az alábbiak közül melyik elemzési módot választja:
a) Döntéshozói szcenárió esetén a tervező maga dönti el, melyik tározót mikor, és milyen mértékben nyitja meg. A döntésének megfelelő üzemeltetés stratégiát (szcenáriót) a rendszer kiértékeli (lemodellezi), majd az eredmény alapján a döntéshozó azt vagy elfogadja, vagy újabb szcenáriót rendel el mindaddig, amíg ki nem alakította a számára legmegfelelőbb üzemrendet. Érezhető, hogy ez a módszer meglehetősen lassú, és egyáltalán nem garantálható az üzemeltetés optimalitása.
b) Automatikus döntés-előkészítést választva az üzemeltetés stratégiáját a rendszer automatikusan optimalizálja az úgynevezett "inverz modellezés"-i technika által, melynek eredménye az egyes tározók nyitási időpontjai, mértékének időbeli ütemezése, és amely egyben matematikai garancia arra, hogy a meghatározott üzemrendnél jobb megoldás nincs.

3) Tréning üzemmódot a védekezés bizonyos rendszerességgel történő gyakorlásának elősegítése véget építenénk be. Lényege, hogy a ritkán előforduló "éles" helyzeteket úgy lehessen gyakorolni szintetikus adatokkal, mintha a helyzet teljesen éles lenne. Ennek előnye 1 - a rendszerismeret folyamatos fenntartása; 2 - a védekezésben résztvevő szervezetek, intézmények tréningszerű összehangolásának gyakorlása; 3 - és nem utolsó sorban az újonnan érkező kollégák felkészítése.