Kolcsár Imre, Földmérő Iroda Kft, Szolnok

1. Bevezetés

Egy hosszabb száraz időszak után 1998-tól kezdődően a vizekkel kapcsolatos természeti csapások ismételten nem kímélték országunkat. A lehullott nagy mennyiségű hó a közlekedést bénította, és településeket vágott el a külvilágtól. A nyár elején kis idő alatt lehulló nagy mennyiségű csapadék patakok vizét emelte hatalmas méretűre, falvakat árasztott el percek alatt. A belvíz által elöntött területek nagysága évtizedes rekordokat ért el, települések belterületét is veszélyeztetve. Ugyanakkor a vizek hiánya is megjelent, előfordult, hogy a belvizes táblától párszáz méterre az aszály miatt öntözni volt szükséges. A tavaszi árvizek a Tiszán és mellékfolyóin évszázados csúcsokat döntöttek, és sajnos az idén katasztrófát okoztak. A Tisza jobb partján a Tarpa és Tivadar közötti két gátszakadáson átfolyó víz a beregi öblözetet árasztotta el, a Túr bal partján Sonkádnál történt két gátszakadás következményeként a környező településeket fenyegette a víz. Mindezeken túl a Tisza és a Szamos élővilágát tavaly februárban a ciánszennyeződés következtében súlyos ökológiai katasztrófa is sújtotta, melyet nehézfém szennyeződések követtek.

A levonult árvizek sok tanulsággal szolgálnak mindannyiunk számára. Egyik ilyen, hogy a természetbeni változások miatt a rendelkezésre álló térképi adatok helyesbítése nem halasztható tovább. A geometriai és leíró adatok feldolgozásának hatékony módszere, a védelmi és tervezési igényeknek megfelelő műszaki színvonal a digitális feldolgozással biztosítható. Véleményem szerint ezen túl a jövőben a térinformatika módszereit kell alkalmazni a tervezésben, az operatív védekezési munkákban és a döntéstámogatásban egyaránt. A digitális domborzat- modellezés, a modellből gyorsan kiolvasható adatok, az előállítható új „termékek” mindezeket jól támogatják.

1. kép: A Zagyva torkolat 2000. április 16.-án, 1023 cm-es vízállásnál (tetőzés: április 18–20, 1041 cm)

2. kép: A Zagyva torkolat 2000. május 17.-én, 292 cm-es vízállásnál

2. A munkaterület leírása¹

^{1.) A 2000. tavaszán fennálló természetbeni állapot leírása. Az árvíz utáni helyreállítási és töltésfejlesztési munkák következtében mindkét parton a védvonalak és a hullámterek részben változtak.}

A kiválasztott folyószakasz a Tisza 335,6 és 340,0 folyókilométerek közötti mederszakasza és hullámterei. A munkaterület nagysága 645 hektár, a jobb parti hullámtér 152, a folyómeder 70, a bal parti hullámtér 423 hektár térmértékű. A munkaterület Szolnok Megyei Jogú Város és Szajol község közigazgatási határán belül fekszik.

2.1. A folyómeder

A Tisza folyó 340-es km szelvénye a kiválasztott szakasz északi határa, itt található a Budapest-Záhony/Békéscsaba vasútvonal hídja. A 339-es kilométernél a folyó egy jobb kanyarulatot ír le, a 337-es folyókilométernél egy nagyobb ívű balkanyar kezdődik. A kiválasztott szakasz alsó határa a 335,6 szelvény, ami alatt a szolnoki belterületi közúti híd íveli át a folyót, fölötte a Zagyva folyó torkolata található. A meder szélessége 130–170 méter között változik.

2.2. A jobb parti hullámtér

A hullámtér északi határa a vasútvonal töltése, mely az árvédelmi vonalat keresztezi. A védvonal a vasúttól egyenes vonalvezetéssel a szolnoki vízműig húzódik. A Zagyva-torkolat és a vízmű között árvízvédelmi támfal húzódik. A hullámtéren egy nyári gát található, amely a fővédvonalra merőlegesen indul, a meder előtt elkanyarodva a folyóval párhuzamosan halad 1900 méter hosszan, majd újra a töltéshez csatlakozik. A hullámtér nagy részét erdő borítja, van gyep és nádas is, valamint egy volt katonai terület, amely anyagnyerő helynek minősíthető. A vasútvonal töltése és a nyári gát közötti rész a hullámtér mélyfekvésű része, a legmélyebb részek közvetlenül a nyári gát és az árvédelmi töltés mellett találhatók, ugyanakkor ezen a területrészen több kisebb domb és lyuk tarkítja a képet. A nyári gát, a szabad strandra vezető burkolt út és a töltés közötti terület kevésbé változatos. Az út és a vízmű közötti rész a volt szovjet fegyverraktár területe, amelyet keresztgát oszt ketté. A területen egy domb és egy gödör található, egyébként ez a hullámtér magasabb fekvésű területe. A hullámtér mélyebb fekvésű részein több vízállás is található. Az egész hullámtérre – nem utolsósorban az árvizeknek köszönhetően – elmondható, hogy rendezetlen és elhanyagolt, többnyire erős aljnövényzettel.

2.3. A bal parti hullámtér

A hullámtér északi határa szintén a vasútvonal töltése, a 4-es főközlekedési út felüljárójáig. Rövid szakaszon a felüljáró földműve a hullámtér határa, melyből a bal parti védvonal indul. Hosszú szakaszon a védvonal egyenes vonalvezetésű, majd a töltés elkanyarodik, és egy nyári gát kezdődik. A munkaterület határa a 442-es út csatlakozásánál kialakított körforgalomnál található, ahonnan a város felé a hullámtéri (ún. százlábú) híd vezet. A hullámtéri híd után 400 méterrel a főmedren átívelő belterületi Tisza-hidat érjük el. A fővédvonalból induló nyári gát a vasútvonal töltéséig húzódik, vonalvezetésében három nagyobb törés található. Egy másik nyári gát az ún. Mentetlen üdülőterületet határolja, a folyómedertől indul, majd a százlábú híd város felé eső részéhez fut ki. Meg kell még említeni a hullámtéren található 9 darab ún. tuskógátat. A hullámtér domborzata három részre bontható. Az első a 4-es út, a vasútvonal és a nyári gát között található ún. telepi legelő, amely egy nagy kiterjedésű nyílt terület. A főút melletti a legmagasabb rész, innen kisebb hullámoktól eltekintve a földútig lapos a terület. A földút és a nyári gát között egy nagy területű, mély gödör van. A védvonal mellett 1,5-2 méter mély anyaggödrök találhatók, melyek a nyári gát mellé is felhúzódnak. A másik rész a nyári gáttól az ún. Mentetlenig tartó Alcsisziget nevű terület. A nyári gát és a vasúti töltés közötti területen anyaggödrök vannak, az Alcsisziget többi része erdővel borított, két anyaggödör kivételével. Ezen a területen találhatóak a tuskógátak, és itt van a különleges külterület is, melyen belül egy domb látható: Az Alcsisziget többi részén változatos a domborzat, hátak és völgyek, dombok és lyukak váltják egymást, a tuskógátakkal megszakítva. A harmadik területrész a Mentetlen, amely a hullámtéri híd – Tisza-híd vonalától a Debreceni út végéig, illetve a folyómederig húzódik. A nyári gát és a folyó között egy anyaggödör, majd lazán beépített üdülőterület található. Az üdülőterületre vezető út és a folyó közötti terület teljesen beépített. A nyári gát és a Debreceni út közötti erdő és a töltés mellett egy fákkal benőtt, mélyfekvésű területen kubikgödrök találhatók. A Mentetlen legmagasabb része a folyó mellett húzódó rész, innen fokozatosan esik a terep, a nyári gáttal és az anyaggödörrel megszakítva. A nyári gát és a Debreceni út melletti mély rész között közel sík terület húzódik.

3. Forrásadatok

A forrásadatok grafikus térképek, digitális állományok, koordináta fájlok, munkarészek, ortofotó, szöveges dokumentumok voltak. A magassági alapszint minden esetben a Balti alapszint volt. A digitális állományok formátuma túlnyomó többségében ITR 2.5, ezen kívül DXF, illetve DWG állományok álltak rendelkezésemre. A többi dokumentum Word és Excel, illetve az ortofotó TIFF formátumú volt.

Az adatok túlnyomó részét a Közép-Tisza Vidéki Vízügyi Igazgatóság Árvízvédelmi és Folyószabályozási Osztálya (KÖTIVIZIG ÁFO), illetve a Földmérő Iroda Kft. biztosította. További adatokat a Geodézia Rt. szolnoki osztályától vettem át, illetve a szolnoki Körzeti Földhivatal térképtárából gyűjtöttem. Az ortofotót kollégám szakdolgozatából vettem át (2).

4. A domborzatmodell elkészítésének technológiája

4.1. Helyszínrajz készítése

Első lépés az átvett digitális állományok „összemásolása” volt. Az állományok eltérő rétegkiosztásban, formátumban, vetületben és méretarányokban készültek, és előfordult hogy a névnek nem megfelelő elemek szerepeltek a rétegen. Ezért a felesleges rétegek letiltásával és a maradék tartalom kivágásával bedolgozandó állományokat hoztam létre. Ezek már nagyrészt a szükséges rajzelemeket tartalmazták, rétegkiosztásuk viszont még az eredeti maradt. Sajnos ezután is maradtak az állományokban felesleges elemek, ezeket „kézzel” kellett törölni, de ezt már könnyebb volt megtenni egy jobban áttekinthető állományon. Ezzel az eljárással az eredeti állományokról sem kellett biztonsági másolatot készíteni, hiszen a további munka már a bedolgozandó állományokkal történt. Ugyanakkor, ha szükséges elemet esetleg mégis töröltem, azt az eredeti állományhoz visszanyúlva pótolni tudtam.

A következő lépés az állomány kiegészítése volt, digitalizálással. Ennek célja a „fehér foltok” megszüntetése, az ellentmondások tisztázása, hiányzó objektumok pótlása, és a természetbeni állapottal való egyezőség biztosítása volt. A digitalizálást úgy volt célszerű végezni, hogy a hiányzó részek egyből az összemásolt állományba kerüljenek, ezért a digitalizálást megelőzően a térképeket elő kellett készíteni. Ez a belterületi térképek esetében úgy történt, hogy az őrkeresztek HKR városi koordinátáit az ismert állandókkal transzformáltam EOV-be, és a koordinátákat ráírtam a munkatérképre, a megfelelő őrkeresztek mellé. A digitalizáló tájékozásához ezeket használtam fel. A digitalizálást A0-s digitalizáló asztalon, manuálisan végeztem. A tájékozásnál affin transzformációt használtam, a maradék ellentmondásokat akkor fogadtam el, ha nagyságuk a térképi 0,3 mm alatt volt.

Végül a folyómeder pontjait tartalmazó állományból szövegfájlt készítettem, és a koordinátákat beolvastam ITR állományba. A mederszelvények szélső pontjait összekötöttem, és így kaptam a meder szélének határvonalát, amit összehasonlítottam a meglévő állományban szereplő határvonallal. A tapasztalható eltérések abból adódtak, hogy a Tisza felmérésben szereplő határvonalat a topográfiai térképről digitalizálták, míg a folyómeder felmérésének „határa” a felmérés időpontjában – a vízállástól függően – a víz széle volt. Célszerűségi okokból a továbbiakban ezt a határvonalat fogadtam el, és ennek megfelelően korrigáltam az állományt. Az átvett állományok egy része tartalmazott feliratokat, ezeken kívül feltüntettem a területek használatának megnevezését (erdő, rét, nádas stb.) és a tájékoztató jellegű feliratokat. A felhasználás szempontjait figyelembe véve elhelyeztem a meder-nyilvántartási szelvénykövek (V.O. kövek) számának feliratát, jelkulcsát, a folyó-kilométer táblák jelkulcsát, valamint a töltések 500 méterenkénti szelvényezését.

4.2. A domborzatrajz elkészítése

A topográfiai térképeket 300 dpi felbontással szkenneltem. A transzformálást a MicroStation Descartes szoftverrel végeztem el, azonos pontok az EOTR szelvényhálózat metszéspontjai voltak. Az alkalmazott modell affin transzformáció volt. A szintvonalak digitalizálását szintén a MicroStation Descartes szoftverrel, automatikus vektorizálással végeztem. A szintvonalak mellett kótált pontokat (dombok tetőpontja, lyukak mélypontja, egyéb pontok) is digitalizáltam.

A támfal töréspontjainak magasságát a mintakeresztszelvényből vettem át. A keresztszelvények részletpontjait ITR-ben felraktam, és a magasságokkal kiegészítettem. A Tisza-felmérés nevű munkában található tengelyeket felhasználva, azokkal párhuzamost szerkesztve kaptam a még hiányzó korona és lábvonalakat. A munka készítőivel, illetve a KÖTIVIZIG munkatársaival egyeztetve vettem fel a hiányzó méreteket. A töltések koronáit, lábvonalát, a folyómeder és az anyaggödrök határvonalát a helyszínrajz állománnyal összehangoltam. A digitalizált szintvonalak állományát beolvastam, és az ellentmondásokat (túlnyúló, „alullőtt” szintvonalak) megszüntettem. A hullámtereken lévő önálló (szórt) pontokat listába gyűjtöttem és kiírtam fájlba.

4.3. A domborzatmodell előállítása

A digitális domborzatmodellt a Bentley GeoTerrain domborzatmodellező szoftverével készítettem el, ehhez az ITR formátumú domborzatrajzot konvertáltam MicroStation DGN formátumra. Ez az állomány az alapja az ún. DTM bemeneti fájlok létrehozásának, amelyekből végül az egységes domborzatmodell készül el.

A modell előállítása a domborzatrajzot tartalmazó design fájl, valamint a folyómeder pontokat és a hullámtéren található szórt pontokat tartalmazó ASCII állomány alapján történt. A koordináta fájlok tartalmazzák a V.O. szelvényeken mért pontokat is a folyómeder kivételével. Ennek az oka az, hogy a V.O. szelvények mérésénél a hullámtér felvételét végezték el (a mérés időpontjában a víz széléig, illetve a víz szélétől). Mivel a meder határvonalát a GPS mérésekből kaptam meg, amely méréskor a vízállás más volt, a V.O. szelvények méréséből pár pont a mederbe esik. Ezeket a pontokat összehasonlítva a GPS mérésből kapott pontokkal, a két mérés nem illeszkedett egymáshoz, ezért a V.O. mérések mederbe eső pontjait nem vettem figyelembe. Az eltérések véleményem szerint a két mérés időpontja között bekövetkezett mederváltozásokkal indokolhatók, amelyek mértéke, figyelembe véve a levonult nagy vizeket, igen jelentős (méter nagyságrendű) lehet. A domborzatrajzot tartalmazó állományt három részre bontottam, így a bemeneti fájl készítésének alapja a jobb és bal parti hullámtér adatait, illetve a meder határvonalát tartalmazó design fájl, és a szórt pontokat tartalmazó koordináta fájlok voltak. Így tehát három DTM bemeneti fájlt készítettem el, amelyek létrehozásának menete a következő volt:

1.    a szórt pontok koordináta állományának beolvasása,

2.    cella típusú rajzelemek beolvasása,

3.    a törésvonalak (töltésláb, töltéskorona, út) beolvasása,

4.    a domborzatmodell határvonalának megadása,

5.    a szintvonalak beolvasása,

6.    „üres” területek (anyaggödrökre nincs felmérési adat) hozzáfűzése.

A bemeneti fájlok alapján készült három domborzatmodell (TIN) állomány, melyeket az egységes modell létrehozásának érdekében össze kellett másolnom. Az állományok akkor fésülhetők össze, ha van legalább egy közös pontjuk, erre a célra a meder határvonala szolgált. Először összefésültem a jobb oldali hullámtér és a folyómeder állományát, majd az így elkészített állományt és a bal oldali hullámtér modelljét, így előállt a munkaterület egységes domborzatmodellje.

3.kép: A domborzatmodell részletei: folyómeder, a domborzatból kiemelkedő fővédvonal, a nyárigát és a tuskógátak

5. Felhasználás az árvízvédelmi tervezésben

Mintapéldaként a munkaterületből két részt kiemeltem. Az egyik a volt fegyverraktár területe, a másik a nyári gát, az ún. vasúti töltés, a folyó és a vasútvonal által határolt terület. A volt fegyverraktár területét jelölték ki a vasúti töltés rekonstrukciójához anyagnyerő helyként, így itt egy térfogatszámítást végeztem. A vasúti töltés lábánál található az egész hullámtér legmélyebb területe, ahonnan a víz elvezetését meg kell oldani. Az előzetes tervezéshez hossz-szelvényt vettem fel, illetve felvázoltam a terület vízválasztóit, a magas- illetve mélypontokat.(2)

A domborzatmodellből tetszőleges pont adatai lekérdezhetők (magasság, pontbeli lejtés), a rézsűfelületek nagysága kiszámolható. Tetszőleges magasságú szintvonalak is egyszerűen generálhatók, a vízelvezetési elemzések további eszközeinek (lefolyási, hozzáfolyási vonalak) használata, illetve az elemzés kiterjesztése az egész munkaterületre elvégezhető, így a hullámtér lefolyási viszonyai modellezhetők. A tet- szőleges irányú hossz- és keresztszelvények készítésének lehetősége is adott, mely kitűnően alkalmazható az árvízvédelmi tervezésben. A térfogatszámítások közül a tetszőlegesen megadott sík és a modell közti térfogatszámítást alkalmazva kiszámítható a hullámterek és a meder tároló térfogata tetszőleges szintközökre is, a legalacsonyabb és a legmagasabb pontok között. A tematikus elemzési lehetőségek, a lejtőnagyságok vagy magasságok szerinti színkódos megjelenítés is szemléletes, ezek könnyen értelmezhető eredményt adnak. Egy árvízi öblözet domborzatmodelljén végzett elemzések eredményeinek értelmezése értékes következtetések levonására ad módot. Mérlegelhetők például a vízkormányzási lehetőségek vagy a kimenekítési útvonalak. Katasztrófa esetén megoldható az elöntés követése, ebből és a domborzati viszonyokból adódó „előrejelzés”, amivel idő nyerhető a szükséges intézkedések megalapozásához, valamint végrehajtásához. A felhasználási lehetőségek bővebb ismertetése külön cikk témája lehet.

4. kép: Magassági jellemzők (koordináta, magasság, folyásirány, szintvonal, lejtés) lekérdezése

6. Tapasztalatok

A legfontosabb – és egyben a legnehezebb is – természetesen a domborzati tartalom létrehozása volt, amely a szintvonalakból, a területen lévő vonalas létesítmények adataiból és a folyómeder felméréséből állt össze. Tekintettel a vízügyi igényekre, a V.O. szelvények ábrázolása és azok felmérési adatainak figyelembevétele, a folyókilométer táblák, a töltés szelvényezés feltüntetése elengedhetetlen. Feleslegesek viszont a közművek, a földrészlet határok, az épületek és az alrészlet határok. Szintén a felhasználás szempontjából fontos az, hogy a hullámterek hasznosításának mikéntje ismert legyen, tehát a különböző hasznosítású területeket is tartalmaznia kell az állománynak. Ezért szükség van helyszínrajzra, valamint a digitális állomány mellett azok kinyomtatása is. A munkaterület nagyságára, a kezelhetőségre és a célszerűségre tekintettel a rajzok méretarányának az 1:10 000 méretarányt választottam. A zsúfoltság elkerülése miatt úgy döntöttem, hogy a helyszínrajz az említett földhasználati jellemzőket, magyarázó feliratokat és jelkulcsokat tartalmazza. Ezzel a munkaterület minél jobb áttekinthetőségét szolgálja. A terepre vonatkozó magassági adatokat a domborzatrajz tartalmazza, amely síkrajzának nagy része viszont a helyszínrajz alapján készült, tehát a helyszínrajzot és a domborzatrajzot folyamatosan össze kellett hangolni.

Az elkészült domborzatmodellből lekérdezett magasságok alapján a munkaterület legalacsonyabb (a folyómederben) és legmagasabb (védőtöltésen) pontja közötti magasságkülönbség 26,5 méterre adódott. A TIN modell 11 000 db magassággal rendelkező pontból készült el, és 22 000 háromszöget tartalmaz. Egy 10×10 méteres hálózat metszéspontjaira generált rácsmodell – 56 000 pont – is pár másodperc alatt elkészíthető.

Végezetül, már csupán az egységes domborzatmodell „böngészése” alapján is megállapítható a következő:

Az elkészített digitális domborzatmodell önmagában is olyan könnyen kezelhető többlet információkat ad, melyekhez egyébként nehezen és lassan – vagy egyáltalán nem – juthatunk hozzá, ugyanakkor olyan lehetőségeket hordoz magában, amelyekre addig talán nem is gondoltunk.

Digital terrain model (DTM) at a given part of the river Tisza, in order to the flood protection design

I. Kolcsár
Summary

The floods of river Tisza and its branches broke all records since centuries. According to my opinion beside the application of CAD system in the planning, decision-support and protective works, the tools of GIS must be used. The selected area, is the 4,4 km long part of the Middle-Tisza and its two-side flood-basin. The size of this area is 645 ha. In my article I am talking about the working area, I show the sources of the data and I describe the technology of the produce of DTM. I bring examples of its application in planning and I also describe that calling down the terrain model makes the information flow faster. Analysing the model could also lead interpretable and well applicated solutions.

Irodalom

1.    Kelemen Róbert: Digitális térkép készítése térinformatikai alkalmazásokhoz; NYME Földmérési és Földrendezői Főiskolai Kar, szakdolgozat, Székesfehérvár, 2000.

2.    Kolcsár Imre: Digitális domborzatmodell előállítása a Tisza folyó egy szakaszára, árvízvédelmi tervezés céljára (konzulensek: Csibrán Zoltán, Homolya András, Kozma Atilla), BME Általános- és Felsőgeodézia Tanszék, diplomaterv, Budapest, 2000.