A változó időjárás hatása az épületek csatornázására
2018. május 2. | e-gépész | | 0 |
Az OTÉK és az MSZ-04-134-1991 Épületek csatornázása – Építésügyi Ágazati Szabvány utasítja mind a tervezőt, mind a kivitelezőt és a beruházót, hogy úgy alakítsa ki a csatornahálózatot, hogy az épületrészekbe visszaáramlás ne történhessen meg, még akkor sem, ha szélsőséges az időjárás. Csakhogy előfordulnak olyan esetek – amikor sokszoros csapadékmennyiség hull alá rövid idő alatt – amelyek a szabványossági előírásokat bőven meghaladják.
A mérések változást mutatnak
A meteorológia tehát fontos része lett és lesz a jövőben is a mérnöki tervezéseknek. Nemcsak az extrém csapadékmennyiséget nézve, hanem a megújuló energiákat is. A napelemek elterjedésével a napsütéses órák számának meghatározása, a szélgenerátoroknál a szélcsendes, szélsebes idők kalkulálása mind-mind nagy hangsúlyt kap a jövőben. De gondoljunk csak 2014 decemberére, amikor „megfagyott az ország”, a szélsőséges jégterhet nem viselték el a légvezetékek, és a villamosenergia-átviteli hálózat felmondta a szolgálatot, megbénítva ezzel hazánkat. Ennek apropóján pillantsunk bele a gépészeti gyakorlatot is nagyban befolyásoló meteorológia tudományába.
A műszeres megfigyelések kezdete óta, a rendelkezésre álló források alapján, globálisan az ezredforduló és az azt követő évek bizonyultak a legmelegebbnek. A melegedő tendencia a hazai megfigyelési sorokban is jelen van. A különböző meteorológiai paraméterek változása a nyolcvanas évektől igazán szembetűnő. Az OMSZ éghajlati adatbázisában tárolt megfigyelések szerint egyre inkább gyakoribbá és intenzívebbé válnak egyes éghajlati szélsőségek. A hűvösebb és a melegebb periódusok az indexek értékeiben is megnyilvánulnak, de a nyolcvanas évektől kirívó az extrém meleg időjárási helyzetek gyakoribbá válása. A legutóbbi három évtized a legintenzívebb melegedés időszakát jellemző csapadéktendenciák növekedését mutatja éves és évszakos skálán is, de a változás nem szignifikáns. A nyári csapadék egyre intenzívebb, ezáltal kevésbé hasznosul, nagy hányadban az elfolyást növeli csupán.
Felülvizsgálat szükséges
Nagy kilengések tapasztalhatók az utóbbi években, áradásokra és aszályokra egyaránt fel kell készülni, ugyanakkor megnőtt a rendkívül száraz évek fellépésének valószínűsége is. A melegedés a leghidegebb évszakban is megmutatkozik, ami többek között azzal jár, hogy a téli csapadék nagy része eső formájában hullik, rendszerint elmarad a komoly fagyok ellen védő hótakaró, és gyakoribbá váltak az ónos esős helyzetek is.
Az Országos Meteorológiai Szolgálat alapfeladatai közé tartozik többek között az éghajlat monitoringja, ezen belül az extremitások vizsgálata. A felhasználók számára különböző produktumokat állítunk elő, figyelembe véve a megrendelői igényeket. Tervezéshez leginkább az egyes meteorológiai paraméterek visszatérési értékeit, valamint az úgynevezett Intenzitás–Tartam–Gyakoriság (IDF: Intensity–Duration–Frequency) görbék előállítását kérik tőlünk. Ez utóbbi megadja, hogy mekkora a valószínűsége egy adott ideig tartó, adott intenzitású csapadékhullásnak. Az éghajlatváltozás következtében a rövid idejű, intenzív csapadékhullással járó események gyakoribbá, esetenként hevesebbé váltak, és ez szükségessé teszi a mérnöki gyakorlatban használt mértékadó csapadékok felülvizsgálatát.
Esettanulmány
2017. május 23-án egy gyors fejlődésű csapadékrendszer okozott rövid idő alatt kiadós csapadékhullást Budapest több pontján. Az 1. ábrán szemléltetjük az esemény során lehullott 10 perces részösszegeket a II. kerületben fekvő OMSZ székház területén elhelyezett (Budapest belterület) automata mérőállomás adatai alapján.
1. ábra: Budapest II. kerületében történt csapadékmennyiség mérés 2017. május 23-án. Jól látható, hogy az első tízperces hullámban hullott le a csapadék döntő többsége, azaz hírtelen jövő, nagy mennyiségekkel kell számolni.
A csapadékhullás 16.10-kor kezdődött, majd rövid időn belül nagy mennyiség zúdult a térségre. Az esemény kezdetén zuhogott a legintenzívebben, az első tíz perces részösszeg (16.10 és 16.20 között) 15,9 mm-re jött ki, ennél többet csak az emlékezetes 2015. augusztus 17-i esemény során rögzített az automata. (Megjegyzés: 1 milliméter csapadék 1 m2-re hulló 1 liternyi vízmennyiségnek felel meg). Jégeső is kísérte a heves zivatart, borsónyi jégszemeket figyeltünk meg. A második tízperces részösszeg is kiugróan magas: 14,1 mm volt, ezt meghaladó értéket is csak háromszor mértünk az automatamérések kezdete óta. Az órás összeg 44 mm-nek adódott, ami a teljes május havi összeg közel háromnegyedét teszi ki. A csapadék 17 óra után csillapodott, majd újra esni kezdett, de lényegesen kisebb intenzitással. Összesen 55,2 mm csapadék hullott az esemény során.
Az 1. táblázatban összefoglaltuk 2017. május 23-án mért legnagyobb 10 perces és egyórás csapadékösszegeket a budapesti állomások adatai alapján. A legnagyobb 10 perces csapadékösszeg Budapest belterület állomáson jelentkezett, 15,9 mm-rel, ezt követi az Állatkert állomáson regisztrált 14 mm, valamint a János-hegyen mért 10,5 mm. Budapesten az automaták üzembe helyezése óta mért legnagyobb 10 perces csapadékösszeget 2015. augusztus 17-én rögzítettük, 19,9 mm hullott akkor tíz perc alatt Budapest belterület állomáson.
Budapesti automaták Legnagyobb 10 perces csapadékösszeg (mm) Órás csapadékösszeg (mm) Állatkert 14 37,6 Belterület 15,9 44,4 Ferihegy 8 10,2 János-hegy 10,5 15,1 Lágymányos 3,3 6,1 Pestszentlőrinc 6,1 7,3 Újpest 1,7 4,9 1. táblázat. 2017. május 23-án mért legnagyobb 10 perces és órás csapadékösszegek Budapesten.
Az egy óra alatt lehullott csapadékmennyiségeket tekintve szintén kiugróan magas értékeket mértünk a hálózatban (1. táblázat). Belterület állomáson 44,4 mm-t regisztráltunk, aminél csupán egy alkalommal fordult nagyobb érték (83,3 mm) a már említett 2015. augusztus 17-i napon. Figyelemre méltó továbbá az Állatkert állomáson mért 37,6 mm is, ami szintén magas érték.
Budapest egyes állomásain mért napi csapadékösszegeket tüntettük fel a 2. ábrán. Megfigyelhető, hogy ez a gyors fejlődésű csapadékrendszer nem mindenhol eredményezett kirívóan magas értékeket.
2. ábra: A csapadék mennyiségek területi eloszlása Budapesten 2017. május 23-án. A nagy mennyiségű csapadék lokálisan, kis területen volt jellemző.
Lágymányoson 10 mm alatti, az északi és délkeleti állomásokon mintegy 15 és 18 mm közötti csapadékösszegeket jegyeztünk. A legnagyobb esőzés a város középső és északnyugati területét sújtotta. János-hegyen mintegy 33 mm-t, az Állatkertben 46 mm-t, belterület állomáson pedig 52 mm-t regisztráltunk.
Növekvő intenzitás, magasabb mértékadó csapadékok
A csapadék éves összege a múlt század elejétől mindössze 6%-os csökkenést mutat, az utóbbi években inkább a szélsőséges jelleg dominál. Az éves csapadékösszeg egyre nagyobb hányada tevődik ki a szélsőségesen sok csapadékhullással járó eseményekből. Ezt szemlélteti a 3. ábra, ami a magas (az 1961–1990-es időszak 95%-os percentilisét meghaladó) csapadékú események összes csapadékának éves arányát mutatja.
3. ábra: Az utóbbi időben a szélsőségesen nagy mennyiségű csapadék jellemző, az átlagértékek pedig lineárisa növekednek.
Leginkább nyáron nőtt a napi intenzitás, vagy más néven átlagos csapadékosság (a lehullott csapadékösszeg és a csapadékos napok számának hányadosa), országosan kb. 1 mm-rel, ami arra utal, hogy a csapadék egyre inkább rövid ideig tartó, intenzív záporok, zivatarok során éri el a felszínt. A legutóbbi évtizedekben a változások az ország északi régióiban jellemzően növekvőek, a legnagyobb növekedés 2 mm körüli, de a Dél-Dunántúlon és kisebb kiterjedésben az Északi-középhegységben megjelennek csökkenést mutató területek is (4. ábra). A változások csak kisebb területeken szignifikánsak, a tendenciákról szolgálnak tájékoztató jellegű információval.
4. ábra: A nyári átlagos napi csapadékosság (mm/nap) változása az 1961–2015 időszakban.
A legutóbbi évek heves eseményei szükségessé tehetik a mérnöki gyakorlatban használatos szabványok felülvizsgálatát. Az 5. ábra a Budapest belterületen lehullott maximális órás összegek idősorát mutatja évente az automatizálás kezdetétől a 2017. május 23-ai eseményig bezárólag. Szembetűnő, hogy a legutóbbi években fordultak elő a legkiemelkedőbb értékek.
5. ábra: A legutóbbi években fordultak elő a legkiemelkedőbb csapadékmennyiségi értékek az éghajlatváltozásnak köszönhetően.
Az éghajlatváltozás és a szélsőséges éghajlati események előfordulásának szemléletes megfogalmazása, hogy a korábban emberöltőnként egyszer előforduló szélsőségek gyakoribbá váltak. Ezt támasztja alá a 2. táblázat, ami két időszak mérései alapján mutatja, hogy mi az az órás összeg, ami 2, 4, 5, 10, 20, 50, 100, 200 évente átlagosan egyszer előfordul. Az első időszakra vonatkozó becslés a 2015-ös augusztusi esemény nélkül, míg a második azzal együtt készült. Látható, hogy a korábban 50 évente átlagosan egyszer előforduló 46 mm körüli érték bekövetkezésére alig több mint 10 évente számítani kell a jövőben. Továbbá a 100 évente előforduló 52,5 mm helyett 103,9 mm-re kell tervezni ezen az időtávon a statisztikai becslés szerint.
Visszatérési periódus (év) 2 4 5 10 20 50 100 200 1998-2014 (mm) 19,3 25,5 27,4 33 38,7 46,4 52,5 58,9 1998-2015 (mm) 19,6 28,3 31,4 55,9 42,3 79,9 103,9 134,8 2. táblázat. Budapest belterület állomás órás csapadékösszegeinek visszatérési értékei (mm). A becslés a GEV (General Extreme Value) szélsőérték eloszlás függvény paramétereinek maximum likelihood közelítésén alapul.
Intenzitás–tartam–gyakoriság görbék
A rövid idejű intenzív csapadék sorok elemzése gyakran szükséges a mérnöki gyakorlatban, például a csatornák méretezésénél vagy egy csapadékos esemény eróziós indexének számításánál.
A legszemléletesebb mód erre az Intenzitás–tartam–gyakoriság görbék (IDF: Intensitiy-duration-frequency) megadása, ami a különböző tartamú csapadékok szélsőértékeloszlás-függvényen alapul. Az IDF görbe lényegében a grafikus reprezentációja annak, hogy mekkora a valószínűsége egy adott intenzitású csapadékhullásnak.
Erre példa a Budapest belterület állomásra vonatkozó görbesorozat (6. ábra). Az itt bemutatott görbék számítása Gumbel eloszlás feltételezésével, momentum becsléssel történt. Az ábráról leolvasható például, hogy ötévente átlagosan egyszer számítani kell 2 óra időtartamban előforduló 22,3 mm/óra intenzitású eseményre.
6. ábra: Ötévente átlagosan egyszer számítani kell 2 óra időtartamban előforduló 22,3 mm/óra intenzitású csapadékra.
A példákban is jól látható tehát, hogy az extrém csapadékmennyiségekkel a mérnöki gyakorlatban is számolnunk kell. Erre vonatkozóan tehát a tervezőknek, kivitelezőknek szükségük van némi támpontra, melyek a jelenlegi szabványok átgondolását jelentik. Mindenesetre érdemes tájékozódni az építés helyszínéről, körülményeiről, átlagos és kiemelkedő csapadékmennyiségek tekintetében. Így biztosan elkerülhetők a későbbi kellemetlenségek. Az Országos Meteorológiai Szolgálat elérhetőségein első kézből kaphatunk releváns információkat még a tervezési, kivitelezési munkálatok megkezdése előtt.
A cikk a VGF 2017. decemberi számban jelent meg "Küszöbön áll a szabványok változása?" címmel.
Hozzászólás
A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.
