Töltésezett síkvidéki folyók árvízi kockázatértékelése / Flood risk analysis of lowland rivers with levees

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.
Nyilvántartási szám: 
20/27
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
kramer.tamas@emk.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
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.

 

A téma meghatározó irodalma: 
    1. Merz, B., & Thieken, A. H. (2009). Flood risk curves and uncertainty bounds. Natural Hazards, 51(3), 437-458.
    2. de MOEL, H., & Aerts, J. C. J. H. (2011). Effect of uncertainty in land use, damage models and inundation depth on flood damage estimates. Natural Hazards, 58(1), 407-425.
    3. Te Linde, A. H., Bubeck, P., Dekkers, J. E. C., De Moel, H., & Aerts, J. C. J. H. (2011). Future flood risk estimates along the river Rhine. Natural Hazards and Earth System Sciences, 11(2), 459.
    4. Ward, P. J., De Moel, H., Aerts, J. C. J. H., & Glade, T. (2011). How are flood risk estimates affected by the choice of return-periods?. Natural Hazards & Earth System Sciences, 11(12).
    5. Vorogushyn, S., Merz, B., Lindenschmidt, K. E., & Apel, H. (2010). A new methodology for flood hazard assessment considering dike breaches. Water Resources Research, 46(8).
    6. Vorogushyn, S., Lindenschmidt, K. E., Kreibich, H., Apel, H., & Merz, B. (2012). Analysis of a detention basin impact on dike failure probabilities and flood risk for a channel-dike-floodplain system along the river Elbe, Germany. Journal of Hydrology, 436, 120-131.
    7. Dawson, R., Hall, J., Sayers, P., Bates, P., & Rosu, C. (2005). Sampling-based flood risk analysis for fluvial dike systems. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 19(6), 388-402.
    8. Koncsos, L., Balogh, E. (2010): A simulation-optimisation methodology for designing the operation of emergency reservoirs in the Hungarian Tisza basin. Periodica Polytechnica - Civil Engineering 54: (2) pp.101-106.
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
    1. Hidrológiai Közlöny
    2. Periodica Polytechnica - Civil Engineering
    3. Advances in Water Resources*
    4. Water Resources Research*
    5. Natural Hazards*
*: Scopus
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
    1. L Jiang, A G L Borthwick, T Krámer, J Józsa (2011): Variable density bore interaction with block obstacles. International Journal Of Computational Fluid Dynamics 25:(4) pp. 223-237.
    2. K Homoródi, J Józsa, T Krámer, G Ciraolo, C Nasello (2012). Identifying wave and turbulence components in wind-driven shallow basins. Periodica Polytechnica-Civil Engineering 56:(1) pp. 87-95.
    3. T Krámer, J Jakab, J Józsa, J Szilágyi, P Torma (2015). Assessment of design flood levels on the Danube using probabilistic simulations, In: Proc. 36th IAHR World Congress. Hága, Hollandia, 2015.06.28-2015.07.03. 
    4. Fleit, G., Baranya, S., Rüther, N., Bihs, H., Krámer, T., & Józsa, J. (2016). Investigation of the Effects of Ship Induced Waves on the Littoral Zone with Field Measurements and CFD Modeling. Water, 8(7), 300.
    5. Torma, P., & Krámer, T. (2017). Modeling the Effect of Waves on the Diurnal Temperature Stratification of a Shallow Lake. Periodica Polytechnica. Civil Engineering, 61(2), 165.
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
    1. Pattantyús-Ábrahám, M., Tél, T., Krámer, T., & Józsa, J. (2008). Mixing properties of a shallow basin due to wind-induced chaotic flow. Advances in Water Resources, 31(3), 525-534.
    2. Torma, P., & Krámer, T. (2017). Wind shear stress interpolation over lake surface from routine weather data considering the IBL development. Periodica Polytechnica. Civil Engineering, 61(1), 14.
    3. Fleit, G., Baranya, S., Rüther, N., Bihs, H., Krámer, T., & Józsa, J. (2016). Investigation of the Effects of Ship Induced Waves on the Littoral Zone with Field Measurements and CFD Modeling. Water, 8(7), 300.
    4. Pattantús-Ábrahám M, Tél T, Krámer T, Józsa J (2008). A kaotikus advekció vizsgálata sekély tavakban a klímaváltozás figyelembevételével: módszertan és alkalmazás. Hidrológiai Közlöny 88:(4) pp. 40-46.
    5. Torma, P., & Krámer, T. (2017). Modeling the Effect of Waves on the Diurnal Temperature Stratification of a Shallow Lake. Periodica Polytechnica. Civil Engineering, 61(2), 165.
Megjegyzés: 

A kutatási témához kapcsolódóan a témavezető 10 évnél korábbi ill. folyóiratban nem közzétett előzményei: a töltésezett ártéri öblözetek veszélytérképezésének új országos módszertanának kidolgozása (2009), a Paksi Atomerőmű árvízi biztonsági elemzése (2015). A téma csatlakozik az MTA Nemzeti Víztudományi Programhoz és az FIKP-VÍZ3 altémájához.

A témavezető eddigi doktoranduszai

Státusz: 
elfogadott