Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Υδρολογικό Μοντέλο HEC-HMS Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιο π οίησης Υδατικών Πόρων Μάιος 2008 Πλημμύρες και Αντι π λημμυρικά Έργα.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Υδρολογικό Μοντέλο HEC-HMS Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιο π οίησης Υδατικών Πόρων Μάιος 2008 Πλημμύρες και Αντι π λημμυρικά Έργα."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Υδρολογικό Μοντέλο HEC-HMS Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιο π οίησης Υδατικών Πόρων Μάιος 2008 Πλημμύρες και Αντι π λημμυρικά Έργα

2 Ορισμός-Κατηγορίες Μοντέλων Ορισμός-Κατηγορίες Μοντέλων Μοντέλα Κατανεμημένα Διαχωρισμός της λεκάνης σε μικρότερα τμήματα Ενιαία ή Συγκεντρωτικά Ολόκληρη η λεκάνη αποτελεί μία ενιαία χωρική οντότητα Μεμονωμένου υδρολογικού γεγονότος Λειτουργεί σε χρονικό επίπεδο επεισοδίου βροχής Συνεχή Λειτουργεί και εξάγει αποτελέσματα σε συνεχή χρόνο (π,χ πολλά έτη) Εννοιολογικά Βασίζονται σε απλουστευτικές παραδοχές του φυσικού συστήματος Φυσικά Προσομοιώνουν το σύστημα με βάση μαθηματικές εξισώσεις της φυσικής Μαύρου κουτιού Απλές εξισώσεις (π.χ μοναδιαίο υδρογράφημα) Προσδιοριστικά Καμία μεταβλητή δεν έχει στοχαστική δομή Στοχαστικά Λαμβάνουν υπόψη τα στατιστικά χαρακτηριστικά των μεταβλητών Ορισμός Μοντέλου: Η Αναπαραγωγή της Συμπεριφοράς και Απόκρισης Ορισμός Μοντέλου: Η Αναπαραγωγή της Συμπεριφοράς και Απόκρισης ενός Φυσικού Συστήματος

3 Γνωστά Μοντέλα Γνωστά Μοντέλα Επιφανειακή Υδρολογία HEC-HMS, SWAT, WBUDG HEC-HMS, SWAT, WBUDG Υπόγεια Υδρολογία MODFLOW MODFLOW

4 HEC Hydrologic Engineering Center Οργανισμός του Ειδικού Σώματος Μηχανικών του Στρατού π ου υ π άγεται στο Ινστιτούτο Υδατικών Πόρων των ΗΠΑ. Ειδικοί σε θέματα ε π ιφανειακής και Υ π όγειας Υδρολογίας, Υδραυλικής Ποταμών, Μεταφοράς Φερτών, Στατιστικής Υδρολογίας, Ανάλυσης Διακινδύνευσης, Ανάλυσης Συστημάτων Ταμιευτήρων, Υδρολογικού Σχεδιασμού, Διαχείρισης Υδατικών Πόρων και άλλων συναφών Τεχνικών Αντικειμένων. Υ π οστηρίζει υ π ηρεσίες και εργαστήρια π αρέχοντας τεχνικές μεθόδους και ε π ιστημονική καθοδήγηση σε θέματα Υδατικών Πόρων. Προσφέρει στην έρευνα και ανά π τυξη και π αρέχει τεχνική βοήθεια σε σημαντικά έργα. Τα π ροϊόντα των εργασιών του είναι διαθέσιμα στο κοινό μέσω της ιστοσελίδας.

5 HMS Hydrologic Modeling System Συγκεντρωτικό ή Κατανεμημένο, Μεμονωμένου Υδρολογικού Γεγονότος ή Συνεχές, Εννοιολογικό. Σχεδιασμένο για την Προσομοίωση των διαδικασιών βροχής - α π ορροής σε λεκάνες α π ορροής δενδριτικού τύ π ου. Εφαρμόζεται τόσο σε μεγάλες αγροτικές λεκάνες όσο και σε μικρές αστικές ή ημιαστικές. Τα υδρογραφήματα π ου π αράγονται χρησιμο π οιούνται για μελέτες : Διαθεσιμότητας νερού Πρόγνωσης π λημμυρών Συνε π ειών μελλοντικής αστικο π οίησης λεκάνης α π ορροής Σχεδιασμούς υ π ερχειλιστών φραγμάτων Σχεδιασμού αντιμετώ π ισης καταστροφών α π ό π λημμύρες Διευθέτησης π εριοχής κατάκλυσης π λημμύρας και Διαχείρισης συστημάτων

6 HMS (2) Hydrologic Modeling System Ένα μοντέλο λεκάνης κατασκευάζεται με το διαχωρισμό του υδρολογικού κύκλου σε συνιστώσες και με ορισμό οριακών συνθηκών σε αυτή. Κάθε συνιστώσα του υδρολογικού κύκλου ανα π αρίσταται με ένα μαθηματικό μοντέλο Στις π ερισσότερες π ερι π τώσεις είναι αρκετές οι ε π ιλογές του χρήστη για την π ροσομοίωση της κάθε συνιστώσας. Η υιοθέτηση της π ιο κατάλληλης είναι α π όρροια της γνώσης του φυσικού συστήματος, των στόχων της υδρολογικής μελέτης καθώς και της κρίσης και εμ π ειρίας του ερευνητή Το π ρόγραμμα π εριλαμβάνει μία βάση δεδομένων, δέχεται δεδομένα εισόδου και εξάγει α π οτελέσματα με χρήση διάφορων ενσωματωμένων εργαλείων. Το interface ε π ιτρέ π ει την εύκολη εναλλαγή ανάμεσα στα διάφορα μέρη - εφαρμογές του π ρογράμματος.

7 Φυσική Περιγραφή Λεκάνης Α π ορροής Οι υπολογισμοί ξεκινούν από τα ανάντη προς τα κατάντη Εκτίμηση Απωλειών: Initial constant (δείκτης φ) SCS Curve Number Gridded SCS Curve Number Exponential (εκθετική συνάρτηση του χρόνου) Green-Ampt. Υπολογισμός Επιφανειακής Απορροής: Μοναδιαίο Υδρογράφημα Snyder SCS Οριζόμενο από το χρήστη Βασική Ροή: Recession method (εκθετικά μειούμενη) Σταθερή ροή Linear reservoir method (εκφόρτιση διηθούμενου νερού στο υδατόρρευμα με διατήρηση μάζας Διόδευση: Lag method (μέθοδος καθυστέρησης – όχι εξασθένιση πλημμυρικού κύματος) Muskingum Κινηματικό κύμα Muskingum-Cunge

8 Βροχόπτωση Παρατηρημένα Υετογράμματα Σταθμών για κάθε υπολεκάνη Απόδοση Βαρών στους Σταθμούς (Thiessen, Id) για κάθε λεκάνη Απόδοση τιμής σε κάθε στοιχείο του καννάβου (gridded method). Απαιτούνται βροχομετρικά δεδομένα από radar Συνθετικά Υετογράμματα με βάση στατιστικές μεθοδολογίες Δυνητική Εξατμισοδια π νοή – σε Συνεχή Προσομοίωση Μέθοδος Priestley – Taylor με ενσωμάτωση φυτικού συντελεστή Μέθοδος gridded Priestley – Taylor Υδρολογική Προσομοίωση Καθορισμός ημερομηνίας και ώρας έναρξης και λήξης επεισοδίου, καθώς και χρονικού διαστήματος υπολογισμών Η εκτέλεση του προγράμματος γίνεται με συνδυασμό του μοντέλου λεκάνης, του μετεωρολογικού μοντέλου και καθορισμούς ελέγχου από το χρήστη Καθορισμός Παραμέτρων Δοκιμές βελτιστοποίησης παραμέτρων για επιτυχή προσομοίωση. Διάφορες αντικειμενικές συναρτήσεις ενσωματώνονται για την αξιολόγηση της επιτυχίας προσαρμογής των προσομοιωμένων στα παρατηρημένα δεδομένα. Φυσική Περιγραφή Λεκάνης Α π ορροής (2)

9 Επιφανειακή Απορροή Μέθοδος της SCS Αριθμός καμπύλης CN Εξαρτάται από: Εδαφική Διαπερατότητα Εδαφική Διαπερατότητα Εδαφοκάλυψη Εδαφοκάλυψη Συνθήκες Υγρασίας Συνθήκες Υγρασίας SCS: Soil Conservation Service S: max κατακράτηση εδάφους Qsurf: επιφανειακή απορροή Rday: βροχόπτωση

10 Αριθμοί Καμπύλης CN Κατηγορία εδάφους Χρήση γηςΥδρολογική κατάστασηABCD ΚαλλιέργειεςΦτωχή Μέτρια Καλή Βοσκότοπος Φτωχή Μέτρια Καλή Δάσος Φτωχή Μέτρια Καλή Δρόμος (χώμα) Δρόμος (σκληρή επιφάνεια) Μέσο CN λεκάνης Τσιμόβου: CN = 0.16* * *73 = 76 Μέσο CN λεκάνης Τσιμόβου: CN = 0.16* * *73 = 76 Οι συντελεστές δηλώνουν τα ποσοστά των χρήσεων γης στη λεκάνη, ενώ επιλέχτηκαν τα CN για τύπο εδάφους C (φλύσχης) και για μέτρια υδρολογική κατάσταση

11 Σύνδεση Μοντέλου HMS με ΣΓΠ HEC-GeoHMS (Geospatial Hydrologic Modelling System) Εργαλείο Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών που αξιοποιεί τοπογραφικά δεδομένα και γεωμετρικούς αλγόριθμους για το σχηματισμό της λεκάνης απορροής Πακέτο Λογισμικού συμβατό με το ArcView που προετοιμάζει τα δεδομένα εισόδου για τη μοντελοποίηση με το HEC -HMS Ανάλυση Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους – Υπολογισμός Γεωμετρικών Στοιχείων Λεκάνης (μήκη υδατορευμάτων, κλίσεις κλπ). Τα όρια της λεκάνης και ο σχηματισμός του υδρογραφικού δικτύου μετατρέπονται σε ένα σύστημα υδρολογικών δεδομένων που αναπαριστά την απόκριση της λεκάνης στη βροχόπτωση Παρέχει ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον εργασίας GIS με εργαλεία – κουμπιά – menus Επιτρέπει στο χρήστη να ορίσει τα σημεία μετρητικών σταθμών υδραυλικών κατασκευών ή άλλων σημείων ελέγχου. Τα αποτελέσματα εισάγονται στο HEC-HMS για την τελική προσομοίωση

12 Στάδια Μοντελοποίησης Στάδια Μοντελοποίησης Επεξεργασία Δεδομένων Εισόδου (χαρτών, κλιματικών χρονοσειρών κ.λ.π.) Επεξεργασία Δεδομένων Εισόδου (χαρτών, κλιματικών χρονοσειρών κ.λ.π.) Σχηματοποίηση Λεκάνης Απορροής (watershed delineation) στο HEC- GeoHMS Σχηματοποίηση Λεκάνης Απορροής (watershed delineation) στο HEC- GeoHMS Συμπλήρωση Παραμέτρων Αρχείων Προγράμματος HEC-HMS (parameterization) Συμπλήρωση Παραμέτρων Αρχείων Προγράμματος HEC-HMS (parameterization) Εκτέλεση (run) Εκτέλεση (run) Ρύθμιση (calibration). Μεταβολή παραμέτρων του μοντέλου με σκοπό τη σύγκλιση προσομοιωμένων και παρατηρημένων πλημμυρογραφημάτων. Ρύθμιση (calibration). Μεταβολή παραμέτρων του μοντέλου με σκοπό τη σύγκλιση προσομοιωμένων και παρατηρημένων πλημμυρογραφημάτων. Επαλήθευση (validation). Σύγκριση ενός ανεξάρτητου set πλημμυρογραφημάτων με τα αντίστοιχα του μοντέλου χωρίς περαιτέρω μεταβολή των παραμέτρων. Επαλήθευση (validation). Σύγκριση ενός ανεξάρτητου set πλημμυρογραφημάτων με τα αντίστοιχα του μοντέλου χωρίς περαιτέρω μεταβολή των παραμέτρων. Αξιολόγηση (verification). Διερεύνηση της τεχνικής που ακολουθείται από τον κώδικα του προγράμματος για τις μεταβολές αυτές ώστε να επιβεβαιωθεί ότι προκύπτουν με αξιοπιστία - Αποφυγή ‘λανθασμένης’ προσαρμογής του μοντέλου στην πραγματικότητα. Αξιολόγηση (verification). Διερεύνηση της τεχνικής που ακολουθείται από τον κώδικα του προγράμματος για τις μεταβολές αυτές ώστε να επιβεβαιωθεί ότι προκύπτουν με αξιοπιστία - Αποφυγή ‘λανθασμένης’ προσαρμογής του μοντέλου στην πραγματικότητα.

13 Υδρολογική Λεκάνη Αράχθου Ήπειρος Περιοχή Μελέτης Περιοχή Μελέτης Υπολεκάνη Τσιμόβου Υπολεκάνη Τσιμόβου Κριτήρια Επιλογής Στο υδατικό διαμέρισμα της Ηπείρου συμβαίνουν έντονα μετεωρολογικά και υδρολογικά φαινόμενα Στο υδατικό διαμέρισμα της Ηπείρου συμβαίνουν έντονα μετεωρολογικά και υδρολογικά φαινόμενα Ποιότητα διαθέσιμων δεδομένων (βροχοπτώσεις, σταθμηγραφήματα, καμπύλες στάθμης- παροχής) Ποιότητα διαθέσιμων δεδομένων (βροχοπτώσεις, σταθμηγραφήματα, καμπύλες στάθμης- παροχής) Τσίμοβο

14   Αποτελεί το ανάντη τμήμα της λεκάνης του Αράχθου  Η μέση ετήσια βροχόπτωση είναι 1800 mm  Έχει έκταση 640 km 2 με μεταβολή υψομέτρου 352– 2279m, ενώ το μέσο υψόμετρο είναι 1021m  Το μήκος ποταμού είναι 40 km με μέση ετήσια παροχή 18 m 3 /s ( )  Τα έντονα επεισόδια βροχής σε συνδυασμό με τα αδιαπέρατα εδάφη και τις μεγάλες κλίσεις προκαλούν σημαντικές παροχές στη θέση Τσίμοβο κατά τη διάρκεια του έτους. Υπολεκάνη Τσιμόβου

15 Χωρικά Δεδομένα Βοσκότοποι: 168 km 2 – 26% Καλλιεργήσιμη γη: 102 km 2 – 16% Δάση: 369 km 2 – 58% Urban: 0,7 km 2 – 0,1% Χάρτης Χρήσεων Γης

16 Αλλούβια: 8 km 2 – 1% Οφιόλιθοι: 5 km 2 – 1% Φλύσχης: 518 km 2 – 81,5% Ασβεστόλιθοι: 77 km 2 – 12% Πυριγενή πετρώματα: 4 km 2 – 0,5% Κερατόλιθοι: 28 km 2 – 4% Γεωλογικός Χάρτης Χωρικά Δεδομένα (2)

17 Βροχομετρική πληροφορία Απαιτούνται ωριαία ή και αναλυτικότερα (μέχρι 10λεπτα) δεδομένα βροχήςΑπαιτούνται ωριαία ή και αναλυτικότερα (μέχρι 10λεπτα) δεδομένα βροχής Δύο βροχογράφοι στη λεκάνη (Ελατοχώρι και Μικρό Περιστέρι) με δεδομένα σε ωριαίο χρονικό βήμα Οι μετρημένες παροχές στην έξοδο (Τσίμοβο) είναι επίσης διαθέσιμες σε ωριαία βάση

18 Στόχοι   Επιτυχής προσομοίωση επιλεγμένων πλημμυρογραφημάτων στη θέση Τσίμοβο  Αναγνώριση των καλύτερα προσαρμοζόμενων υδρολογικών μεθόδων για τα διάφορα μέρη της προσομοίωσης  Συμπεράσματα για το υδρολογικό καθεστώς στη λεκάνη (αρχικές απώλειες, επιφανειακή απορροή, βασική ροή κ.λ.π.) στην υγρή και ξηρή περίοδο  Σύγκριση Αδρομερούς και Ημικατανεμημένου Μοντέλου

19 Σύγκριση Αδρομερούς και Ημικατανεμημένου Μοντέλου Λεκάνης Τσιμόβου

20 Συχνά Προβλήματα Εφαρμογής του Μοντέλου HMS σε Ελληνικές Λεκάνες Λίγα Δεδομένα Παρατηρήσεων στο Χώρο και στο Χρόνο Λίγα Δεδομένα Παρατηρήσεων στο Χώρο και στο Χρόνο Κακής Ποιότητας Δεδομένα (Βροχογραφήματα–Σταθμηγραφήματα) Κακής Ποιότητας Δεδομένα (Βροχογραφήματα–Σταθμηγραφήματα) Σχεδόν αδύνατη η εφαρμογή του σε κατανεμημένη μορφή (έλλειψη δεδομένων βροχής από radar) Σχεδόν αδύνατη η εφαρμογή του σε κατανεμημένη μορφή (έλλειψη δεδομένων βροχής από radar) Αποτέλεσμα: Εισαγωγή Μεγάλης Αβεβαιότητας στη Μοντελοποίηση

21 Προβλήματα στην Αποκωδικοποίηση της Βροχής

22 Σενάρια - Έρευνα Αλλαγή στη Χρήση Γης Αλλαγές στο Είδος Φυτοκάλυψης Αλλαγές στο Είδος Φυτοκάλυψης Αλλαγή στις Πρακτικές Διαχείρισης της Γης Αλλαγή στις Πρακτικές Διαχείρισης της Γης Αστικοποίηση Αστικοποίηση Αποδάσωση Αποδάσωση Ανθρωπογενείς Παρεμβάσεις – Κατασκευές

23 Κριτήρια Επιλογής Μοντέλου Σκοπός Κατασκευής Σκοπός Κατασκευής Επιστημονική Εγκυρότητα – Παρελθόν Επιστημονική Εγκυρότητα – Παρελθόν Χωρική Ανάλυση – Διακριτοποίηση Χωρική Ανάλυση – Διακριτοποίηση Χρονική Ανάλυση (ωριαίο, ημερήσιο, μηνιαίο κ.τ.λ.) Χρονική Ανάλυση (ωριαίο, ημερήσιο, μηνιαίο κ.τ.λ.) Απαιτήσεις σε Δεδομένα Απαιτήσεις σε Δεδομένα Ικανότητες Χρηστών Ικανότητες Χρηστών Κόστος Εφαρμογής Κόστος Εφαρμογής Ικανότητα στην Ανάπτυξη Σεναρίων Ικανότητα στην Ανάπτυξη Σεναρίων Καταλληλότητα ανά ευρύτερη περιοχή Καταλληλότητα ανά ευρύτερη περιοχή


Κατέβασμα ppt "Υδρολογικό Μοντέλο HEC-HMS Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιο π οίησης Υδατικών Πόρων Μάιος 2008 Πλημμύρες και Αντι π λημμυρικά Έργα."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google