Az éghajlati vízellátottság kérdéseinek vizsgálata térinformatikai módszerrel
Harkányiné Székely Zsuzsanna
térképész, térinformatikus
Gödöllői Agrártudományi Egyetem
Vízgazdálkodási Tanszék
1. Bevezetés
Magyarországnak számos stratégiai kihívással kell szembenéznie a közeljövőben, amelyek a következő elemek köré csoportosíthatók:
- az Európai Unióhoz történő csatlakozás követelményei (direktívák, szabványosítás, harmonizáció, stb.),
- a fenntartható fejlődés igényeinek megfelelően a környezet állapotának részletes felmérése (térképezés, monitoring, stb.) és ez alapján az erőforrások racionalizálása,
- a környezet védelmének felértékelődése a gazdasági gyakorlatban és a döntéshozatalban, a környezeti elemek (levegő, víz, talaj, stb.) érzékenységének folyamatos vizsgálata.
A fentiekből következően a jövőben a környezet állapotára vonatkozó információigény ugrásszerű növekedése várható a gazdaság különböző területein.
Eddigi tevékenységünk tapasztalatai alapján megállapítottuk, hogy a víz- levegő- talajrendszerekre vonatkozó adatbázis szinte valamennyi környezetgazdálkodási feladat kiindulásául szolgál és digitálisan eddig csak a talajra vonatkozó (agrotopográfiai ) grafikus adatbázis állt rendelkezésre.
Célom egy víz- és tápanyag-ellátottsági modul elkészítése volt, ami szervesen illeszthető egy nagyobb, mezőgazdasági vízgazdálkodás földrajzi információs rendszerhez és egy agrár-környezeti információbázishoz.
A természetes vízellátottság lehet az alapja az öntözés szükségességének és mértékének megítélésének és a vízfelesleges területek (belvíz) vízrendezési feladatainak. A természetes tápanyag-ellátottság a trágyázási (mű-, híg-, szerves-, stb.) tevékenységet határozza meg. Munkámmal a földhasználat racionalizálásának elősegítését is megcéloztam.
Módszertani szempontból azért választottam a földrajzi információs rendszereket, mert alapvető célkitűzésem volt egy olyan módszer alkalmazása, amely megfelel a feldolgozandó téma komplexitásának. A téma feldolgozásának és megjelenítésének eszköze lehetőséget nyújt az adott területről összegyűjtött információ rendezett, együttes kezelésére.
2. Topológiai- és kartográfiai modellezés
Első lépés volt a FIR topológiai- és kartográfiai modellezése.
A különböző szintű tervezések méretarányigénye eltérő. Az általam készített Mezőgazdasági vízgazdálkodás FIR alapvetően országos tervezési munkálatokhoz készült ( M = 1:100 000), de egy üzem példáján keresztül útmutatót kívánok nyújtani a térségi és üzemi szintű tervezésekhez is (M =1:25 000 és M =1:10 000 léptékben).
A feladatot az Egységes Országos Térképrendszer ( EOTR, M = 1:100 000) 62, 63, 72, 73 (Kisalföld) szelvényein oldottam meg. A kutatás folytatásaként a vizsgálatokat a 37, 38, 47, 48 szelvényekre terjesztem ki. A két mintaterület kiválasztása meteorológiai viszonyok alapján történt. A munkát folytatni kívánom a lehetőségeim szerint. A támogatottságot OTKA forrásból nyertem.
3. Az alfanumerikus alapadatbázis képzése
3. 1. A meteorológiai adatbázis képzése
Négy meteorológiai állomás Mosonmagyaróvár, Kapuvár, Győr és Pápa 1968 és 1997 közötti hőmérséklet [t], csapadék [P], potenciális párolgás [Eto] és tényleges párolgás [ET] adatsorai képezik a vízellátottság számításának meteorológiai alapjait, havi bontásban (OMSZ). Az adatsorok havi középértékeket, illetve havi összegeket tartalmaznak (1. táblázat). Mind a 4 állomásra és minden egyes naptári hónapra kiszámítottuk az átlagos hőmérsékletet, csapadékösszeget, tényleges és potenciális párolgás értékeket.
|
Pápa |
Természetes párolgás |
Levegő párologtató képessége |
Csapadék |
Középhőmérséklet |
|
1975-január |
17 |
26 |
11 |
3,8 |
|
1975-február |
16 |
30 |
6 |
1,1 |
|
1975-március |
27 |
50 |
39 |
7,3 |
|
1975-április |
56 |
71 |
26 |
9,36 |
|
1975-május |
73 |
121 |
78 |
16,13 |
|
1975-június |
71 |
116 |
95 |
17,46 |
|
1975-július |
100 |
138 |
117 |
20 |
|
1975-aug. |
79 |
120 |
54 |
19,53 |
|
1975-szept. |
63 |
87 |
61 |
18,2 |
|
1975-október |
23 |
40 |
73 |
9,6 |
|
1975-nov. |
0 |
21 |
19 |
4,1 |
|
1975-dec. |
12 |
16 |
36 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.táblázat |
|
|
Részlet a meteorológiai alapadatbázisból
A meteorológiai adatbázis új, Magyarország Nemzeti Atlaszának térképei korábbi időszakból származnak, mint az általunk megvásárolt adatok (a csapadék-információk például az 1951-1980 időszakból).
3. 2. Az adatbázis kiterjesztése
3. 2. 1. Segédföldrajzi hálózat bevezetése
Egy rácshálózatot borítottunk a térségre és bármely hely esetében e véges számú ponthalmaz legközelebbi eleméhez tartozó jellemszámokat tekintettük rávonatkozóknak.
Az általunk bevezetett hálózatot 30 darab egyenletes sűrűségű ponthalmaz alkotja. A hálózat csomópontjainak közös tulajdonsága, hogy földrajzi koordinátáik 10 szögpercre kerek értékek (2. táblázat).
|
kód |
szélesség |
hosszúság |
kód |
szélesség |
hosszúság |
kód |
szélesség |
hosszúság |
|
1 |
48°00’ |
17°10’ |
11 |
47°40’ |
17°20’ |
21 |
47°30’ |
17°30’ |
|
2 |
48°00’ |
17°20’ |
12 |
47°40’ |
17°30’ |
22 |
47°30’ |
17°40’ |
|
3 |
47°50’ |
17°00’ |
13 |
47°40’ |
17°40’ |
23 |
47°30’ |
17°50’ |
|
4 |
47°50’ |
17°10’ |
14 |
47°40’ |
17°50’ |
24 |
47°30’ |
18°00’ |
|
5 |
47°50’ |
17°20’ |
15 |
47°40’ |
18°00’ |
25 |
47°30’ |
18°10’ |
|
6 |
47°50’ |
17°30’ |
16 |
47°40’ |
18°10’ |
26 |
47°20’ |
17°00’ |
|
7 |
47°50’ |
17°40’ |
17 |
47°30’ |
16°50’ |
27 |
47°20’ |
17°10’ |
|
8 |
47°40’ |
16°50’ |
18 |
47°30’ |
17°00’ |
28 |
47°20’ |
17°20’ |
|
9 |
47°40’ |
17°00’ |
19 |
47°30’ |
17°10’ |
29 |
47°20’ |
17°30’ |
|
10 |
47°40’ |
17°10’ |
20 |
47°30’ |
17°20’ |
30 |
47°20’ |
17°40’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. táblázat
A segédföldrajzi hálózat koordinátái
3. 2. 2. Az adatok extrapolációja a csomópontokra
A 30 darab rácspontra extrapolációval kiszámítottuk az 1968-1997 időszakra vonatkozó hőmérséklet, csapadékmennyiség, potenciális párolgás, tényleges párolgás és relatív talajnedvesség havi értékeit, így az eddigi 4 pontra vonatkozó adatbázist 30 pontra terjesztettük ki.
3. 2. 3. A talaj vízellátottságának számítása
A talaj nedvességtartalmának (w) számításához a Dunay-féle modell szolgált alapul
( Dunay, 1989; Tölgyesi, 1993) (3. táblázat).
Csomópontok:
1 t -0.8 0.6 5.1 9.9 14.7 17.6 19.9 19.2 15.2 10.2 4.3 0.3
1 P 30 31 33 38 51 59 59 57 42 36 43 40
1 ETo 23 29 51 77 111 125 154 147 102 70 33 24
1 ET 19 21 39 56 71 72 79 69 48 38 24 20
1 W 70 63 65 63 57 54 51 48 49 52 62 72
2 t -0.8 0.8 5.4 10.1 5.0 17.8 20.0 19.5 15.5 10.4 4.5 0.5
2 P 30 31 32 37 49 57 53 56 40 36 43 40
2 ETo 23 29 53 78 113 126 155 150 105 72 34 24
2 ET 19 21 40 57 71 70 76 67 48 38 25 20
2 W 70 63 64 62 56 53 49 47 48 51 62 72
3 t -0.6 0.6 5.0 10.0 14.6 17.5 20.1 19.2 15.1 10.3 4.2 0.2
3 P 31 30 35 40 59 63 65 61 45 39 46 39
3 ETo 23 29 50 77 110 124 156 147 101 71 33 24
3 ET 19 21 39 58 73 75 84 71 49 39 24 20
3 W 70 63 65 63 58 55 52 49 49 53 63 72
4 t -0.6 0.9 5.4 10.1 15.0 17.9 20.2 19.6 15.6 10.4 4.6 0.6
5 P 31 30 33 39 54 61 62 59 43 39 46 40
4 ETo 23 29 53 78 113 127 157 151 105 72 34 24
4 ET 19 21 40 57 72 73 80 70 49 39 25 20
4 W 70 63 64 62 57 54 50 48 48 52 63 72
3. táblázat
Képzett havi meteorológiai adatok a hálózat csomópontjain
részlet
3. 3. A pontszerű információk területi kiterjesztése
A feladatot az ArcView szoftver 3D moduljának alkalmazásával oldottam meg. Így elkészült egy meteorológiai térképsorozat (M = 1: 100 000), átlagos csapadék, középhőmérséklet, potenciális és tényleges párolgás, valamint vízellátottság tematikákkal az egész évre, havi bontásban.
4. A grafikus alapadatbázis képzése
4. 1. A Mezőgazdasági vízgazdálkodás FIR felépítése (1. ábra)
Alaprétegek ( input):
1-2 EOTR szelvények ( OTAB )
M = 1: 100 000
3 Vízrajz
( OTAB )
M = 1: 100 000
4-12 Termőhelyi talajadottságok
(AGROTOPO ) M = 1: 100 000
13 Felszínborítási adatbázis (Corine)
M = 1: 50 000
 |
||
 |
||
14-16
Domborzati viszonyok (DTA-50)
M = 50 000
17-76 Meteorológiai
adatbázis ( 1968 - 1997 )
OMSZ - és extrapolált adatok
M = 1: 100 000
77-78 Talajvízállások
(
Területi Tervezési Atlasz )
M = 1: 100 000
 |
79-81 Tápanyag-ellátottság
( MTA TAKI )
M = 1: 100 000
 |
82-83 Szintézis térképek (output)
M = 1: 100 000
 |
84-93 Alkalmazási példák
M = 1: 100 000
95 Kistérségi
tervezésekhez a Kreybig-
féle digitális adatbázis
( MTA TAKI )
M = 1: 25 000
96
-102 Példa üzemi szintű tervezésre
M = 1: 10 000
1. ábra
A Mezőgazdasági vízgazdálkodás FIR felépítése
Az ábrán nem jelzett alrétegek:
4.-12. A termőhelyi talajadottságok rétegei (az AGROTOPO alapján):
1. - a talaj típusa és altípusa,
2. - a talajképző kőzet,
3. - a talaj fizikai félesége,
4. - a talaj agyagásvány összetétele,
5. - a talaj vízgazdálkodási tulajdonságai,
6. - a talaj kémhatása, és mészállapota,
7. - a talaj szervesanyag-készlete,
8. - a talaj termőréteg vastagsága.
9. - a talaj értékszáma
14.-16. Domborzati viszonyok (a DTA-50 alapján)
1. - Domborzat (m)
2. - Lejtőkitettség égtájak szerint
3. - Lejtés (fokokban)
17.-28. Havi csapadék (mm)
29.-40. Havi középhőmérséklet ( C0 )
41.-52. Havi tényleges párolgás (mm/hó)
53.-64. Havi potenciális párolgás (mm/hó)
65.-76. Havi víz-ellátottsági mutató
77.-78. Talajvízállás (legmagasabb, legalacsonyabb)
79.-85. Tápanyag-ellátottság (humusz, pH, Zn, Cu, P, K, Mg)
Az alaprétegek a jövőben felmerülő igények szerint természetesen folyamatosan bővíthetők.
4. 2. A tematikus térképek ábrázolási módszere
A tematikus térképei felületi és kartogram módszerrel készültek. A színek alkalmazásánál a színfokozatosságon túl a természetes színérzékelésen, a szín pszichológián alapuló színválasztás vezérelt, így a téli hónapok színei hidegek, a nyáriaké meleg színűek. A tavaszi és őszi hónapok színeinek megválasztása szubjektíven történt. A színválasztásnál felmerült az egyes hónapok összehasonlításának gondolata is, de ezt az igen eltérő adattartományok és a színválasztási lehetőségek korlátai lehetetlenné tették. Az egyes hónapok középértékeinek összehasonlításával lehetőség nyílik a havi összehasonlításokra is, relatív adatokkal.
A megjelenítés módja természetesen egy digitális grafikus adatbázis esetén tetszés szerint és gyorsan megváltoztatható.
5. Output
Munkám eredménye egy új, multidiszciplináris adatbázis FIR formájában, melynek elsődleges output-ja egy digitális grafikus térkép (M = 1:100 000) és egy alfanumerikus adatbázis havi bontásban az egész évre vonatkozóan, az azonos paraméterekkel (csapadék, középhőmérséklet, tényleges- és potenciális párolgás, a talaj tulajdonságai, víz-ellátottsági mutatószám és tápanyag-ellátottsági mutatók) jellemezhető területek lehatárolhatóságával Az egyes polygonok homogén adatokat tartalmaznak (1. ábra). Természetesen lehetőség van az adatok táblázatos és grafikonos formájú lekérdezésére is, különböző csoportosításban és elemzési lehetőséggel.
6. Alkalmazási lehetőségek
Az elkészült grafikus és alfanumerikus digitális alapadatbázis számos környezetgazdálkodási feladat megoldásának alapja lehet. A meglévő adatbázis értelmes kérdésfeltevések megválaszolására alkalmas és az adott feladattól függően folyamatosan bővíthető. Néhány lehetséges gyakorlati, alkalmazási példa:
- A nitrátszennyezés-veszélyeztetettség mértékének meghatározása homokos talajokon
- Az areális erózió-veszélyeztetettség mértéke a mezőgazdaságilag művelt területeken
- A hígtrágya kihelyezésre alkalmas területek kiválasztása
7. Útmutató térségi és üzemi szintű alkalmazáshoz
Munkám végén útmutatót adok térségi és üzemi szintű alkalmazáshoz egy üzem példáján keresztül (M =1:25 000 és M =1:10 000 léptékben).
Térségi szintű tervezéshez ajánlom a Kreybig- féle adatbázist, melynek digitális feldolgozása most készül a MTA TAKI-ban.
Az üzemi szintű alkalmazásokhoz a nagyméretarányú üzemi térképek használatán túl javaslom a részletes laboratóriumi talajvizsgálatokat a Lajta-Hanság Rt. megvalósult példáján bemutatva.
8. Összefoglalás
A Kisalföld területére elkészült a Mezőgazdasági vízgazdálkodás FIR Víz-ellátottsági és tápanyag-utánpótlási modulja M =1: 100 000 léptékben, havi bontásban.
A meteorológiai adatbázis négy meteorológiai állomás 1968-1997 közötti hőmérséklet [t], csapadék [P], potenciális párolgás [Eto] és tényleges párolgás [ET] értékeit tartalmazza (havi középértékek, havi összegek).
A Dunay-féle modell alapján a talaj vízellátottsága számszerűsítve lett a jó vízellátású talajokra (havi bontásban).
A pontadatok egy képzett rácshálóra lettek extrapolálva, majd felületre kiterjesztve.
A meteorológiai alaprétegeken túl domborzati, felszínborítottsági, talaj, talajvíz, valamint tápanyag-ellátottsági alprétegekkel lett a FIR bővítve.
Kiemelt célkitűzésem, hogy megvilágítsam az ember és a természet közti harmónia szükségességét és időszerűségét az agrárképzésben és kutatásban dolgozó térképész és humán térinformatikus lehetséges eszközeivel.
Köszönetnyilvánítás
A szerző köszönetét fejezi ki segítségükért Dr. Klinghammer Istvánnak, Dr.Várallyay Györgynek, Dr. Bardóczyné Dr. Székely Emőkének (vízépítő mérnök, GATE), Dr. Domonkos Péternek (meteorológus, OMSZ), Dr. Zentai Lászlónak (térképész, ELTE), Pataki Róbertnek (hallgató, GATE), Harkányi Ádámnak (SW mérnök, BASF), Harkányi Nándornak és Máténak (tanulók, Szt. Norbert Premontrei Gimnázium).
Irodalom
Csaba L. - Kiss O. - Szinay M. - Vermes L.(1978):Hígtrágyahasznosítás. Budapest.
Mezőgazdasági Kiadó.
Detrekői Á. - Szabó György (1995): Bevezetés a térinformatikába.
Budapest. Nemzeti Tankönyvkiadó.
Detrekői Á. (1991): A térinformatikai rendszerek adatai. Térinformatika, okt.sz.
Detrekői Á. (1992): Térinformatika és az elsődleges adatnyerés.
Geodézia és Kartográfia 44. évf.
Domonkos P. (1999): Meteorológiai és talajtani információk felhasználása a Kisalföld vízellátottságának jellemzéséhez. Kézirat.
Irányelvek a hígtrágya mezőgazdasági hasznosításáról és elhelyezéséről (1974). Budapest. Vízügyi Értesítő, 25. sz.
Kertész Á. et al (1989): Mikroszámítógépes földrajzi információs rendszerek.
Geodézia és Kartográfia, 41. évf
Klinghammer I.- Papp-Váry Á. (1980): Tematikus kartográfia, Tankönyvkiadó
Klinghammer I.- Papp-Váry Á.(1982): Kartográfia I., Mezőgazdasági kiadó, Bp.
Klinghammer I.- Papp-Váry Á. (1982): Kartográfia II., Mezőgazdasági kiadó, Bp.,
Klinghammer I.- Pápay Gy.- Török Zs. (1995): Kartográfiatörténet, ELTE kiadó, Bp.,
Márkus B. (1989): Földrajzi információs rendszerek várható fejlődése. Geodézia és Kartográfia. 41. évf.
Mélykúti G. (1991): Földmérés és geoinformatika.
Geodézia és Kartográfia.43.évf.
Nováky B.- Bussay A.- Domonkos P.: (1996): Éghajlati változások hatása az öntözővízigényre. Éghajlati és agrometeorológiai tanulmányok 5.
Sántha A. (1991): A mezőgazdasági melléktermékek hasznosítása és a
környezetvédelem. Budapest. Akadémiai Kiadó.
Stefanovits P. (1977): Talajvédelem, környezetvédelem.
Budapest. Mezőgazdasági Kiadó.
Petrasovits I.-Gáspár Z. et al (1976): A hígtrágya elhelyezés és hasznosítás helyzete és néhány agroökológiai vonatkozás Magyarországon. Budapest. MHT Kiadvány.
Várallyay Gy. (1999): A talaj jelentősége a vízgazdálkodási problémák megoldásában. kézirat
Várallyay Gy. (1999): Vízrendezési beavatkozások hatása a Kisalföld és néhány más dunántúli terület talajviszonyaira. kézirat
Várallyay Gy. (1987): A talaj vízgazdálkodása I. , II. Akadémiai doktori értekezés. Budapest.
Vermes L. (1992): Hulladékgazdálkodás, hulladékhasznosítás. Budapest. Mezőgazdasági Kiadó.
Zentai L. (1994): Számítógéppel segített térképszerkesztés. Budapest. ELTE.
Geographical Information Science Research on the regional problems of water-supply, depending on climatic zones
We aim at making a state of water-supply modul, which is in close connection and can be inserted into a bigger Geographical Information System on the state of water-supply and nutriment supply. It would be possible to judge by the natural state of water-supply on the necessity, as well as the degree of watering and the tasks of water-management on polders.
The result of our work is a digital, graphic ( Scale=1 : 100 000 ) and alfanumerical database bordering areas, which could be characterized by the same parametres, from month to month.
On the thematic map made by a superficial method, the codes in each polygon show the meteorological potential and the index of the state of water-supply, characterizing that particular area. Besides it is a guide for the territorial and the operating application ( both in S=1 : 25 000 and in S=1 : 10 000 )