Elsőként nézzük meg, hogy valójában mi is a hidrológia és a hidrológiai modellezés szorosabban vett tárgyköre. Ez nem más, mint a hidrológiai ciklus (5.1. ábra), melynek rövid leírásával, a modellek könnyebb megérhetőségét is támogatjuk.

5.1. ábra - A hidrológiai ciklus elemei

A teljes földi vízkészlet mintegy 1,3 milliárd km³ vizet jelent, melynek mintegy 97,5%-a az óceánokban található (5.2. ábra). A hidrológiai ciklus egy olyan körfolyamat, amelyben az energia forrása és a mozgatórugója a Napsugárzásból származó energia. A felszínre érkező energia következtében a víz elpárolog az óceánok felszínéről, nedves légtömegek formájában a szárazföldek fölé áramlik, s megfelelő környezeti feltételek mellett csapadék formájában kihull (5.3. ábra).

5.2. ábra - A földi vízkészlet eloszlása

5.3. ábra - A hidrológiai ciklus kvantitatív ábrázolása. Az egyes tározókban km³, míg a nyilak mentén pedig km³/év a mértékegység

A talaj felszínét elérő csapadék egy része a talajba szivárog, ha azonban a csapadék intenzitása meghaladja a talaj beszivárgási sebességét, megfelelő lejtőszög esetén felszíni lefolyás lép fel (5.4. ábra). A csapadék egy része (kb. 2 mm) fent maradhat a leveleken, ezt a folyamatot nevezzük intercepciónak, illetve ennek egy része törzsmenti lefolyás következtében mégis eljuthat a talajfelszínre (5.5. ábra).

5.4. ábra - Veszteségi szintek a HEC-HMS csapadék-lefolyás modell alapján

5.5. ábra - Intercepciós veszteség a csapadékmennyiség függvényében (bal oldali ábra), valamint törzs menti lefolyás (jobb oldali ábra)

A felszínhasználatváltozás következtében, a betonfelszínek és vízzáró rétegek területi arányának növekedése következtében azonban a beszivárgás és a felszíni elfolyás aránya jelentősen megváltozhat (5.6. ábra). A talajba kerülő víz egy része visszakerül a légkörbe párolgás (evaporáció) és párologtatás (transpiráció) következtében. A felszíni elfolyás, valamint a háromfázisú (vadózus) zonában végbemenő közteslefolyás (angolul interflow) következtében időszakos, majd állandó vízfolyások révén a víz visszakerül az óceánokba és tengerekbe, ezáltal bezárva a körfolyamatot. A víz egy része eljuthat a mélységi víztározókba is, mint pl. a talaj- és a rétegvízbe is, amelyekből, igaz lassabban, de visszakerül a víz az óceánokba. A víz egy része pedig eljut a tektonikai folyamatokat magába foglaló hidrogeológiai ciklusba is. Vízgyűjtő-szinten azonban több részfolyamat, mint pl. a beszivárgás és az evapotranspiráció (párolás és párologtatás együttesen) is nehezen mérhető, illetve időben és térben is jelentősen változhat.

5.6. ábra - A lefolyás és beszivárgás arányának változása a felszínhasználat függvényében

A modellalkotás, modellezés során, végső soron arra törekszünk, hogy a hidrológia ciklus egyes elemeit parametrizáljuk és matematikai és fizikai összefüggéseik alapján egyszerűsítsük egy számítógépes reprezentáció keretében (5.7. ábra)

5.7. ábra - A Sematikus vízhálózat és vízgyűjtő modell a HEC-HMS szoftverben (MORGAN, 1996, a web-oldal és a feltüntetett források nyomán)

5.8. ábra - Ultra-kisméretű vízgyűjtőn kialakuló hirtelen árvíz, vízhozamának becslése és adatgyűjtés Q-H görbe modellezéséhez (video)

5.9. ábra - Rohanó, turbulens áramlás kialakulása műtárgy mögött, a Bükkösdi-víz 2010 május 16.-i árvízi eseményekor (video)

5.10. ábra - Tipikus városi árvíz kialakulása Pécsett 2010. május 17.-én, a Vince utcában, műtárgy eltömődése miatt (video)