A felszín alatti tározódás szerepe a síkvidéki folyók árhullámainak csillapításában
Absztrakt
Egy áradó folyó a nyomásgradiens révén szivárgást kelt a talajvíztartó irányába, és ezzel egy időben a partok szintjét meghaladó vízállások idején a hullámtér talaja a beszivárgás révén felülről is telítődik. A felszín alatti tározódás az árvizeknek a nagyvízi mederben való tározódásán felül érvényesül és ezáltal fokozza az árhullámok csillapítását, ennek ellenére leírása sok felszíni áramlástani modellből mégis hiányzik, vagy csak részleges. Jelen tanulmányban egy mechanisztikus modellel számszerűsítjük a folyó és a talajvíztartó közötti vízcserét a Duna és a Tisza hazai léptékében, valamint értékeljük a felszín alatti tározódás hozzájárulását az árvízcsillapításhoz. A szimulációkhoz egy egymással összekapcsolt 1D felszíni és 2D felszín alatti hidraulikai modellt fejlesztettünk ki, és 100 éves árvizek levonulását vizsgáltuk idealizált, prizmatikus geometriában. Egy 50 km hosszú folyószakaszra integrált eredményeink azt mutatják, hogy a felszín alatti tározódás a teljes (felszíni és felszín alatti) tározódásnak 26–37%-át teheti ki, és a felszíni tározódás által biztosított csillapításon felül további 0,7–0,8 százalékponttal csökkentheti a csúcsvízhozamot. Ez átlagosan körülbelül 4 cm-es csökkenést jelent a tetőző vízszintekben. A csillapító hatás a jó vízvezetőképességű talajok feltételezésével a legjelentősebb. Annak ellenére, hogy a felszín alatti tározódás számottevő szerepet játszik az árvízi kockázat mérséklésében, a felszíni áramlástani modellekben gyakran konceptuális szintre leegyszerűsítik vagy teljesen figyelmen kívül hagyják. Mivel a felszíni lefolyás simasági együtthatóit rutinszerűen elsősorban a folyó tetőző vízszintjein keresztül kalibrálják, ezért az elhanyagolás – a hibaforrás ismerete nélkül is – részben kompenzálódik. A talajvíz-tározódás hiányának a felszíni tározódás időskáláján való kompenzálása azonban nemcsak tökéletlen, de a múltbeli árvizeknél jóval nagyobbakra kiterjesztve pontatlan is. Eredményeink rávilágítanak arra, hogy az árvízi előrejelzések és kockázatértékelések javításához a modellezésbe érdemes bevonni a felszín alatti vizekkel való kölcsönhatást.
Hivatkozások
Bernard-Jannin, L., Brito, D., Sun, X., Jauch, E., Neves, R., Sauvage, S., Sánchez-Pérez, J. M. (2016). Spatially distributed modelling of surface water-groundwater exchanges during overbank flood events-a case study at the Garonne River. Advances in Water Resources, 94, pp. 146-159. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2016.05.008
Brunner, P., Cook, P.G, Simmons, C.T. (2009). Hydrogeologic controls on disconnection between surface water and groundwater, Water Resour. Res., 45, W01422. https://doi.org/10.1029/2008WR006953
Derx, J., Blaschke, A.P., Blöschl, G. (2010). Three-dimensional flow patterns at the river-aquifer interface: A case study at the Danube. Advances in Water Resources, 33(11), pp. 1375-1387. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2010.04.013
Doble, R.C., Crosbie, R.S., Smerdon, B.D., Peeters, L., Cook, F.J. (2012). Groundwater recharge from overbank floods. Water Resources Research, 48(9), W09522. https://doi.org/10.1029/2011WR011441.
Harbaugh, A.W. (2005). MODFLOW-2005, the US Geological Survey modular ground-water model: the ground-water flow process (Vol. 6). Reston, VA, USA: US Department of the Interior, US Geological Survey. https://doi.org/10.3133/tm6A16
Helton, A.M., Poole, G.C., Payn, R.A., Izurieta, C., Stanford, J.A. (2014). Relative influences of the river channel, floodplain surface, and alluvial aquifer on simulated hydrologic residence time in a montane river floodplain. Geomorphology, 205, pp. 17-26. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2012.01.004
Hong, M., Mohanty, B.P., Sheng, Z. (2020). An explicit scheme to represent the bidirectional hydrologic exchanges between the vadose zone, phreatic aquifer, and river. Water Resources Research, 56(9), e2020WR027571. https://doi.org/10.1029/2020WR027571.
Hou, J., Zhang, Z., Zhang, D., Shi, B., Chen, G., Zhang, H. (2021). Study on the influence of infiltration on flood propagation with different peak shape coefficients and duration. Water Policy, 23(4), pp. 1059-1074. https://doi.org/10.2166/wp.2021.193
Kolencsik-Tóth, A., Kovács, B. (2015). Calibration process for groundwater flow model of a river influenced shallow aquifer. Central European Geology, 58(1-2), pp. 186-198. https://doi.org/10.1556/24.58.2015.1-2.12
Krause, S., Bronstert, A., Zehe, E. (2007). Groundwater-surface water interactions in a North German lowland floodplain: Implications for the river discharge dynamics and riparian water balance. Journal of Hydrology, 347(3-4), pp. 404-417. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.09.028
Li, Y., Yao, J., Zhao, G., Zhang, Q. (2017). Evidences of hydraulic relationships between groundwater and lake water across the large floodplain wetland of Poyang Lake, China. Water Science and Technology: Water Supply, 18(2), pp. 698-712. https://doi.org/10.2166/ws.2017.150
Liang, X., Zhan, H., Schilling, K. (2018). Spatiotemporal responses of groundwater flow and aquifer‐river exchanges to flood events. Water Resources Research, 54(3), pp. 1513-1532. https://doi.org/10.1002/2017WR022046.
Lóczy, D. (2010). Flood hazard in Hungary: A re-assessment. Central European Journal of Geosciences, 2, pp. 537-547.https://doi.org/10.2478/v10085-010-0029-0.
Murányi, G., Koncsos, L. (2022). Analysis of nature-based flood management in the Tisza River Valley, Hungary. Pollack Periodica. https://doi.org/10.1556/606.2022.00456
Murinkó, G., Bene, K. (2017). Hydrologic modelling of the loess bluff in Dunaujvaros, Hungary. Pollack Periodica, 12(1), pp. 3-15. https://doi.org/10.1556/606.2017.12.1.1
Nguyen, W.D., Datta, S., Knappett, P.S., Cardenas, M.B. (2025). The Effects of Tidal and Seasonal Scale Flooding and Soil Texture on Surface Water‐Groundwater Interactions Along a Fluvio‐Deltaic Floodplain: The Meghna River, Bangladesh. Water Resources Research, 61(10), e2025WR039919. https://doi.org/10.1029/2025WR039919.
Pinder, G.F., Sauer, S. P. (1971). Numerical simulation of flood wave modification due to bank storage effects. Water Resources Research, 7(1), pp. 1-25. https://doi.org/10.1029/WR007i001p00063
Saksena, S., Merwade, V., Singhofen, P.J. (2019). Flood inundation modelling and mapping by integrating surface and subsurface hydrology with river hydrodynamics. Journal of Hydrology, 575, pp. 1155-1177. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.06.024
Schweitzer, F. (2015). Strategy or disaster: New-style river regulation as an issue of national security. Hungarian Geographical Bulletin, 64(4), pp. 307-315. https://doi.org/10.15201/hungeobull.64.4.5
Shuai, P., Knappett, P.S., Hossain, S., Hosain, A., Rhodes, K., Ahmed, K.M., Cardenas, M.B. (2017). The impact of the degree of aquifer confinement and anisotropy on tidal pulse propagation. Groundwater, 55(4), pp. 519-531. https://doi.org/10.1111/gwat.12509
Sophocleous, M. (2002). Interactions between groundwater and surface water: the state of the science. Hydrogeology Journal, 10, pp. 52-67. https://doi.org/10.1007/s10040-001-0170-8
Szilagyi, J. (2004). Accounting for stream-aquifer interactions in the state-space discretization of the Kalinin-Milyukov-Nash cascade for streamflow forecasting. Journal of Hydrologic Engineering, 9(2), pp. 135-143. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(2004)9:2(135)
Trásy, B., Magyar, N., Havril, T., Kovács, J., Garamhegyi, T. (2020). The Role of Environmental Background Processes in Determining Groundwater Level Variability-An Investigation of a Record Flood Event Using Dynamic Factor Analysis. Water, 12(9), 2336. https://doi.org/10.3390/w12092336
Ubell, K. (1963). Surface-and groundwater relationships along the Hungarian reach of the Danube River. In Symposium surface waters held at the occasion of general assembly of Berkeley of IUGG, Vol. 19, No. 31.8.
Ubell K. (1964). A folyó és talajvíz összefüggése a Duna mentén [The relationship between the river and groundwater along the Danube]. Hidrológiai Közlöny, 44(5), pp. 193–200.
Ungvári, G., Kis, A. (2022). Reducing flood risk by effective use of flood‐peak polders: A case study of the Tisza River. Journal of Flood Risk Management, 15(3), e12823. https://doi.org/10.1111/jfr3.12823
Vivoni, E.R., Bowman, R.S., Wyckoff, R.L., Jakubowski, R.T., Richards, K.E. (2006). Analysis of a monsoon flood event in an ephemeral tributary and its downstream hydrologic effects. Water Resources Research, 42(3). https://doi.org/10.1029/2005WR004036
Wagner F., Csoma R. (2022). A felszín alatti áramlás és árhullámok kapcsolatának vizsgálata változó folyami vízszintek esetében. Hidrológiai Közlöny, 102(3), pp. 50-60.
Weng, P., Sánchez‐Pérez, J.M., Sauvage, S., Vervier, P., Giraud, F. (2003). Assessment of the quantitative and qualitative buffer function of an alluvial wetland: Hydrological modelling of a large floodplain (Garonne River, France). Hydrological Processes, 17(12), pp. 2375-2392. https://doi.org/10.1002/hyp.1248
Zitta, V.L., Wiggert, J.M. (1971). Flood routing in channels with bank seepage. Water Resources Research, 7(5), pp. 1341-1345. https://doi.org/10.1029/WR007i005p01341.
Copyright (c) 2026 Gadadhara Ferraz, Tamsá Krámer
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
