Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Az elmúlt évtizedekben alapos kutatások zajlottak a területhasználat és az éghajlatváltozás hidrológiai hatásaival kapcsolatban. A megfigyelések és az előrejelzések egyaránt azt mutatják, hogy a vízkörforgásban a közelmúltban és a jövőben is egyre gyakoribbakká válnak a szélsőségek. A két legmeghatározóbb szélsőség, az árvíz és az aszály súlyos ökológiai, társadalmi és gazdasági károkat okoz a világ fejlődő és fejlett régióiban egyaránt.  A hagyományos vízgazdálkodás részben képes megbirkózni ezekkel a problémákkal. A konvencionális vízgazdálkodási módszerek azonban főként ágazati válaszokat kínálnak, ami korlátozott és/vagy költséges megoldást jelent a kibontakozó víz- és környezeti válságra.

 

A természetalapú vízgazdálkodási megoldások (nature based solutions for water – NBS) és a fenntartható tájhasználat (sustainable land management – SLM), mint ígéretes alternatívák egyre nagyobb népszerűségre, szakmai és társadalmi támogatottságra tesznek szert. Az ide tartozó szerteágazó módszerek ugyanabból a paradigmából indulnak ki: számos kis- és közepes méretű, a természetet utánzó beavatkozás hatása az egész vízgyűjtőre kiterjedően összegződik, és költséghatékony, többcélú és fenntartható megoldást kínál a vízzel kapcsolatos problémákra és az éghajlati alkalmazkodásra. Mivel a vízmozgás számos környezeti anyagáram fő hajtóereje, a vízmegtartás mind az NBS, mind a SLM egyik alapgondolatát jelenti.

 

Az ígéretes sajátosságaik ellenére az NBS és a SLM rövidebb múltra tekintenek vissza: kevesebb a jól dokumentált gyakorlati megvalósítás, a bevált tervezési módszer, továbbá az általánosan elfogadott és széles körben használt vizsgálati eljárások. A környezeti/hidrológiai modellezés hatékony eszköz lehet az NBS és a SLM megoldások támogatására. Elméletileg számos koncepcionális és folyamatalapú hidrológiai modell képes e módszerek hatásainak kiszámítására. Az ilyen modellek tényleges kidolgozása azonban nagymértékben függ a gyakorlati alkalmazásokból származó mért adatoktól, amik mind a paraméterezés, mind a kalibrálás-validálás során szükségesek. A közelmúltban végzett szakirodalmi feltárások szerint még mindig jelentős tudáshiány van azzal kapcsolatban, hogy hogyan lehet az NBS és a SLM módszerek alkalmazását általánosságban, és konkrétabban a környezeti/hidrológiai modellezés segítségével támogatni.

 

A témára jelentkező PhD-hallgatónak (i) irodalmi áttekintést kell végeznie a különböző NBS- és SLM-módszerek matematikai modellreprezentációjáról, (ii) opcionálisan adatokat kell gyűjtenie a megvalósult vízvisszatartási kísérletekből, (iii) megbízható, modellalapú elemzési módszertant kell kidolgoznia, és (iv) vízgyűjtő-méretű szimulációkat kell végeznie az NBS-SLM-módszerek hidrológiai hatásainak vizsgálatára. E vizsgálatoknak a kiválasztott vízgyűjtő(k)re kidolgozott, reális éghajlatváltozási-vízgazdálkodási-földhasználati forgatókönyveken kell alapulniuk, és a vízgyűjtő vízháztartásának különböző összetevőire kell összpontosítaniuk (lefolyásdinamika, hasznosítható vízkészlet stb.). 

 

Az NBS-ek közül sok alacsony technológiai és költségigényű, ami nagy lehetőséget kínál a szűkös erőforrásokkal rendelkező, fejlődő régiók számára. Ez az egyszerűség környezetvédelmi, fenntarthatósági szempontból is kedvező. Ezen túlmenően ez a sajátosság egy másik fontos szempontot is előtérbe helyez: növeli az érintett közösség rezílianciáját, alkalmazkodóképességét. Ezért a Pályázónak opcionálisan azt is meg kell vizsgálnia, hogy a kiválasztott vízgyűjtő(k) helyi közösségeit, önkormányzatait hogyan lehet támogatni az árvízkockázat csökkentésben, adaptációban. Például egy olyan árvíz-kategorizálási keretrendszer bevezetésével, amely reális katasztrófakezelési stratégiák és proaktív kockázatcsökkentő intézkedések kidolgozásához használható.

 

***

 

The hydrological consequences of land use-land cover alterations and climate change have been well studied in recent decades. Observations and forecasts both indicate the increased frequency of extreme conditions in the water cycle in recent past as well as in the future. The two most defining extremities, flood and drought cause serious ecological, societical and economical impacts, both in developing and developed regions of the world.  Conventional water management can partially cope with these problems. However, such methods offer mainly sectoral answers, which mean limited and/or expensive solutions for the unfolding water- and environmental crisis.

 

As promising alternatives, nature based solutions for water (NBS) and sustainable land management (SLM) gain increasing popularity, professional and public support. These diverse methods originate from the same paradigm: the effects of many small- and mid-scale, nature-mimicing, low impact interventions accumulate over the whole catchment and offer cost effective, multi-purpose and sustainable solution for water-related issues and climate change adaptation. As water movement is the main driving force of many environmental flows, water retention is a core idea for both NBS and SLM.

 

Even though of these promising features, NBS and SLM have a shorter history with less well-documented real world implementations, well-established design methods, commonly accepted and widely used analysis methods. Environmental/hydrological modelling can be a powerful tool to aid the application of NBS and SLM. In theory, many conceptual and process-based hydrological models have the capacity to calculate the effects of these methods. However, the actual model implementation greatly depends on measured data gained from real implementations, both for parametrization and for calibration-validation. According to recent review papers, there is still a general knowledge gap about how to carry out sound planning of NBS and SLM in general and more specifically, with environmental/hydrological modelling.

 

The PhD student should (i) perform a literature review about the mathematical model representation of various NBS and SLM methods, (ii) optionally gather data from realised water retention attemps (iii) set up a reliable, model-based analysis methodology, and (iv) carry out catchment scale simulations to investigate the hydrological effects of theses NBS-SLM methods. These investigations should be based on realistic climate change-water management-land use scenarios developed for selected watershed(s), and focus on various components of the catchment water budget (discharge dynamics, water availability, etc). 

 

Many of the NBS are low tech and low budget, offering great opportunity for resource scarce, developing regions. This simplicity is also favourable from an environmental, sustainability point of view. Furthermore, this feature also propagates another important aspect: more enhanced societical involvement, stronger role for the local communities in the adaptation process. Therefore, the candidate optionally should also investigate ways to help local communities, municipalities of the selected watershed(s) to improve flood risk mitigation. E.g by implementing a flood resilience categorization framework that can be used for the development of realistic disaster management strategies and proactive risk mitigation measures.