Τεχνική Υδρολογία Επανάληψη μαθημάτων (μέσα Νοέμβρη-τέλη Δεκέμβρη) Υδρολογικά Μοντέλα (εκτός ύλης)

Χρυσάνθου, 2013

Μπέλλος, 2006

Εξατμισοδιαπνοή Εξάτμιση: νερό από υγρή σε αέρια φάση (π.χ. ταμιευτήρας) Πραγματική εξατμισοδιαπνοή: μεταφορά νερό προς την ατμόσφαιρα από τη διαπνοή των φυτών και από την εξάτμιση από την επιφάνεια του εδάφους και των φύλλων όταν αυτά είναι υγρά Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή: εξατμισοδιαπνοή σε συνθήκες πλήρους διαθεσιμότητας νερού (κλιματικοί παράγοντες θερμοκρασία, μικροκλίμα κ.ά) (πιο γενικό, μοντέλα υδατικού ισοζυγίου) Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας αναφοράς: εξατμισοδιαπνοή σε συνθήκες πλήρους διαθεσιμότητας νερού για μία καλλιέργεια αναφοράς (π.χ. μηδική) που αναπτύσσεται δυναμικά (Παπαμηχαήλ, 2001)(αρδεύσεις) Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας : υπολογισμός σε σχέση με τη Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας αναφοράς Συνήθως η διαστασιολόγηση γίνεται με βάση τη δυναμική εξατμισοδιαπνοή, δυσκολία αποτίμησης της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής

Δυνητική και Πραγματική Εξατμισοδιαπνοή Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή: Εξατμισοδιαπνοή σε συνθήκες άπειρης επάρκειας νερού, ισχυρή εξάρτηση (και όχι μόνο) από θερμοκρασία. Σε πραγματικές συνθήκες το καλοκαίρι για μη αρδευόμενες εκτάσεις στον Ελληνικό χώρο η πραγματική εξατμισοδιανοή είναι μικρότερη της δυνητικής Αρδευόμενες εκτάσεις: Πραγματική εξατμισοδιαπνοή προσεγγίζει τη δυνητική

Εξάρτηση μόνο από τη θερμοκρασία κατά Thornthwaite ΠΡΟΣΟΧΉ: Εξίσωση για εκτίμηση Δυνητικής Εξατμσιδιαπνοής mm/ μήνα (μηνιαία βάση)

Κατανομή βροχοπτώσεων στο χώρο Συμπλήρωση δεδομένων που λείπουν Πολύγωνα Τhiessen (από σημείο σε σημείο)

Πολύγωνα Thiessen P1 P2 Μεσοκάθετος στο ευθύγραμμο τμήμα που ενώνει ανά δύο τους βρ. σταθμούς

3 και περισσότερα σημεία…

βροχοβαθμίδα

Συμπλήρωση βροχομετρικών παρατηρήσεων Ένας ελαττωματικός σταθμός σε σχέση με άλλον ή το Μ.Ο άλλου Έλεγχος γραμμικής συσχέτισης Ομοιογένειας Γραμμική παλινδρόμηση

n

Εξίσωση γραμμικής παλινδρόμησης Ελαχιστοποίηση του τετραγώνου των αποκλίσεων

Μετασχηματισμός βροχής σε απορροή

Μετασχηματισμός απορροής σε βροχόπτωσης στα πλαίσια της λεκάνης απορροής Χρυσάνθου, 20014 όπως και όλες οι χειρόγραφες διαφάνειες

Διαχωρισμός απορροής (μόνο η άμεση συνδέεται ευθέως με τη βροχή που εξετάζεται)

Βασική Απορροή (δεν εξαρτάται άμεσα από το πλημμυρικό γεγονός)

Ανάγκη υπόθεσης για βασική απορροή, π.χ. ευθεία

Βροχή (προφανώς υπάρχουν απώλειες) περίσσευμα βροχής Βροχή (προφανώς υπάρχουν απώλειες) περίσσευμα βροχής

Πλημμυρικό γεγονός (Τσακίρης και Βαγγέλης,2010)

Εκτίμηση απωλειών, δείκτης Φ

Με το μοναδιαίο υδρογράφημα (περίσσευμα βροχής και άμεση απορροή) Μετασχηματισμός βροχής σε απορροής(?) Με το μοναδιαίο υδρογράφημα (περίσσευμα βροχής και άμεση απορροή)

Μοναδιαίο Υδρογράφημα: -- Υδρογράφημα άμεσης απορροής -- ύψους (περισσεύματος βροχής) 1 cm -- σε ενεργό βροχόπτωση συγκριμένης διάρκειας -- χαρακτηρίζει τη λεκάνη απορροής διαφορετικό από λεκάνη σε λεκάνη

Γραμμικό μοντέλο Μπέλλος, Τεχνική Υδρολογία

Αρχή της αναλογίας Από Τσακίρης, 2014, Τεχνική Υδρολογία

Αρχή της αναλογίας Κ (ή ισοδύναμα σε άλλα βιβλία α)= hπερίσευμμα (cm) /1 (cm)= hπερίσευμμα (mm) /1 0(mm)=

(Τσακίρης και Βαγγέλης, 2009)

Προσδιορισμός περισσεύματος βροχόπτωσης με δείκτη Φ Προϋπόθεση: Προσδιορισμός έντασης βροχής («ταχύτητας βροχής»)

α’ τρόπος, προσδιορισμού περισσεύματος βροχής (παραπλήσιος) Η συνολική βροχόπτωση φαίνεται στο παρακάτω σχήμα (υετόγραμμα) Για παράδειγμα, από 0-2 ώρες θα έχει συνολική βροχή (από σχήμα εκφώνησης) hr =2cm, επομένως η ένταση (συνολικής) βροχόπτωσης θα είναι: hr /2=2cm/2=1cm/h (=10mm/h)

Αφού κατασκευάσω το υετόγραμμα τότε με φάση το δείκτη Φ προσδιορίζω το περίσσευμα βροχής (εμβαδό υετογράμματος πάνω από το δείκτη φ, πορτοκαλί χρώμα)

Εκτίμηση απωλειών, δείκτης Φ

Αναλογία με μοναδιαίο, 1 cm Την πρώτη ώρα η ενεργός ένταση βροχής θα είναι 1-0.4 (cm/h)=0.6 cm/h. Στην πρώτη ώρα το περίσσευμα βροχής θα είναι 0.6 cm/h·1h=0.6cm (εμβαδόν, πορτοκαλί χρώμα) Oμοίως τη δεύτερη ώρα Τη τρίτη τέταρτη ώρα 0< φ, επομένως η βροχή μηδενικής έντασης δεν δίνει περίσσευμα Ομοίως για τις άλλες ώρες Ενεργός βροχόπτωση (cm/h) και περίσσευμα βροχής ανά 1 ώρα Αναλογία με μοναδιαίο, 1 cm (περίσσευμα βροχής)

Μονο αυτές οι τιμές αθροίζονται όχι το μοναδιαίου που υπάρχει απλά για βοηθητικούς λόγους

Προσδιορισμός Μοναδιαίου Υδρογραφήματος Αν υπάρχουν δεδομένα (αντικειμενικές δυσκολίες+ έλλειψη υδρολογικών δεδομένων στον Ελληνικό χώρο), επιλύω ένα σύστημα (βλπ εφαρμογή, εντός ύλης). Πιο γενικά, επιλύοντας ένα πρόβλημα γραμμικής παλινδρόμησης (εκτός ύλης). Αν δεν υπάρχουν δεδομένα, έχει καθιερωθεί να χρησιμοποιηθούν τα συνθετικά μοναδιαία υδρογραφήματα από τη βιβλιογραφία. Δυστηχώς, τα δεδομένα προέρχονται από τις Ηνωμένες Πολιτείες και όχι π.χ. από το Μεσογειακό χώρο: Μέθοδος SCS Μέθοδος SNYDER

Συνθετικό Μοναδιαίο Υδρογράφημα Δύο μέθοδοι: Snyder και SCS Snyder και SCS αντιστοιχούν σε (ενεργό) βροχή συγκεκριμένης διάρκειας tr. Ωστόσο, η μέθοδος Snyder προσαρμόζεται πιο εύκολα σε διάρκεια βροχής tR. Προσδιορίζεται η μέγιστη απορροή με βάση τα φυσιογραφικά χαρακτηριστικά της λεκάνης κύρια, την έκταση της λεκάνης και το χρόνο υστέρησης. Υποτίθεται μία κατανομή της παροχής στο χρόνο

Μέθοδοι εκτίμησης απορροής BASIN MODEL - SUBBASIN Μέθοδοι εκτίμησης απορροής Clark Unit Hydrograph: Συνθετικό Μοναδιαίο Υδρογράφημα Kinematic Wave: εννοιολογικό μοντέλο (απορροή οδηγείται σε ρέμα με τη μέθοδο της διόδευσης) ModClark: γραμμική μέθοδος βασισμένη στο Μ.Υ. Clark SCS Unit Hydrograph: M.Y. SCS Snyder Unit Hydrograph: συνθετικό Μ.Υ. User-Specified S-Graph: εισαγωγή από το χρήστη User-Specified Unit Hydrograph: εισαγωγή M.Y. από το χρήστη

Διόδευση

Αντιπλημμυρικά Έργα Χρυσάνθου,2013

Τσακιρης και Μπέλλος, 2014

Αποτελέσματα της διόδευσης Ανακούφιση αιχμής Χρονική επιβράδυνση αιχμής

Σκοπός της διόδευσης (a) Πρόβλεψη πλημμύρας, προειδοποίηση (b) Σχεδιασμός ταμιευτήρα (c) Οριοθέτηση πλημμυρικής κοίτης (d) Προσομοίωση λεκάνης απορροής Routing

Διατήρηση της μάζας

Διόδευση Υδρολογικές μέθοδοι διόδευσης που στηρίζονται πρωτίστως στη διατήρηση της μάζας: Υδρολογική μέθοδος διόδευσης πλημμυρικού κύματος σε τμήμα ποταμού, Muskingum. Υδρολογική μέθοδος διόδευσης σε ταμιευτήρα

Διόδευση σε ποτάμι (Muskingum) Τσακίρης και Μπέλλος, 2014

Χρυσάνθου. 2013 Άλλοι συμβολισμοί

Λύση: Προσδιορίζω τους συντελεστές και την εξίσωση προσδιορισμού της εκροής Ξεκινώ για t =0, Q0 = 120 m^3/s H εκροή για t =0 θα είναι δοσμένη από την εκφώνηση )δεν εξαρτάται από το πλημμυρικό κύμα) (π.χ. i=1) To χρονικό βήμα, ασκησιολογικά, προκύπτει από τα δεδομένα Δt = 6 Aμέσως μετά (π.χ. i+1) Η διαδικασία επαναλαμβάνεται με βήμα 6 h

Σακκάς, τεχν. υδρολογία Μέγιστη εκροή Μέγιστη αποθήκευση

BASIN MODEL - REACH Οι υπολογισμοί στους κλάδους γίνεται με διάφορες μεθόδους διόδευσης της ροής Κάθε μέθοδος αναφέρεται σε διαφορετικό επίπεδο λεπτομέρειας Μπορεί να επιλεγεί διαφορετική μέθοδος για κάθε κλάδο

Διόδευση σε ταμιευτήρα

Ταμιευτήρας

Ν, διατήρηση της μάζας, υποθετικό μέγεθος χωρίς φ.σημασία

Τσακίρης και Μπέλλος, 2014

Τσακίρης και Μπέλλος: Αντί V, S

Διόδευση σε ταμιευτήρα , δίοδευση σε τμήμα ποταμού Σύγκριση: Διόδευση σε ταμιευτήρα , δίοδευση σε τμήμα ποταμού οπή εκχειλιστής Ποτάμι

Διόδευση σε ταμιευτήρα Διοδευση ταμιευτήρα. Η εκροή εξαρτάται άμεσα από τη στάθμη, αν αυτή είναι υπεράνω της στάθμης του εκχειλιστή και έμμεσα από το υδρογράφημα εισροής όταν η εισροή είναι ίση με την εκροή έχω τη μέγιστη αποθήκευση dS/dt= I – Q =0. Τότε όμως θα έχω τη μέγιστη στάθμη και άρα τη μέγιστη εκροή για εκχειλιστή Άρα όταν η εισροή είναι ίση με την εκροή τότε θα έχω τη μέγιστη αποθήκευση αλλά και τη μέγιστη εκροή, για ταμιευτήρα Μέγιστη αποθήκευση

Προσδιορίζοντας τον όγκο νερού Σχέση ύψους ελευθέρας επιφανείας και όγου, στρην πραγματικότητα μη γραμμική Χρήση τοπογραφικών δεδομένων για χάραξη της καμπύλης αποθήκευση και επιφάνεια ελευθέρας επιφανείας προσδιορίζονται ως συνάρτηση του βάθους Στάθμη Όγκος Νερού Φράγμα

Ορολογία Σχόλιο: Ταμιευτήρα: Ενσωματώνει τις υδρολογικές έννοιες και την υδρολογική λειτουργία Φράγμα, περιγράφει την κατασκευή …

Τσακίρης και Μπέλλος, 2014

Πρώτο βήμα Ανεξάρτητα από την επίλυση χαράσσω τις καμπύλες S, Q, N συναρτήσει της στάθμης. Τσακίρης και Μπέλλος, 2014

V, S ίδιο μέγεθος, άλλος συμβολισμός Σχόλιο άσκησης: Συνήθως, η καμπύλη στάθμης αποθήκευσης είναι μη γραμμική και προκύπτει από τοπογραφικά δεδομένα Για να καλλιεργηθεί η κριτική ικανότητα η άσκηση αναφέρεται σε κατακόρυφες όχθες στο ταμιευτήρα, επομένως, ο όγκος από τη στιγμή της έναρξης θα είναι γραμμική συνάρτηση του ύψους εφόσον η επιφάνεια παραμένει σταθερή Α V, S ίδιο μέγεθος, άλλος συμβολισμός Α

Παρατηρείστε ότι για κάθε τιμή του Ν αντιστοιχεί μία τιμή του Q Πρώτο βήμα Ανεξάρτητα από την επίλυση χαράσσω τις καμπύλες S, Q, N συναρτήσει της στάθμης. Παρατηρείστε ότι για κάθε τιμή του Ν αντιστοιχεί μία τιμή του Q (αυτά έχουν προσδιοριστεί συναρτήσει του H)

Υπολογίζω Το ΔΝ και κατόπιν το Ν Τότε με γραμμική παρεμβολή από τον προηγούμενο πίνακα Προσδιορίζω την αντίστοιχη παροχή…. Τσακίρης και Μπέλλος, 2014

Σχόλιο για άριστη επίλυση Με βάση το προηγούμενο πίνακα η μέγιστη τιμή συμβαίνει για t = 72 h, Q = 274 m^3/s Παρατηρείστε ωστόσο, ότι γι αυτή την τιμή η εισροή είναι περίπου ίση με την εκροή. Ωστόσο, σε ταμιευτήρα η μέγιστη εκροή λαμβάνει χώρα για μέγιστη αποθήκευση και τότε η Εισροή είναι ίση με την εκροή. Δύναται λοιπόν, να υποτεθεί μία ελαφρώς μεγαλύτερη τιμή της παροχής εκροής που μπορεί να προκύψει, όχι με μεγάλη ακρίβεια, γραφικά και με διάφορες παραδοχές. Βλ. πολύ ωραία άσκηση 6.3, από σύγγραμμα Μπέλλου, Τεχνική Υδρολογία

Επέκταση Εκχειλιστής (σε κάθε φράγμα) + οπή Εκτός από εκχειλιστή ο ταμιευτήρας μπορεί να περιλαμβάνει και οπή (προσοχή άλλη η εξίσωση της παροχής σε οπή και άλλη σε εκχειλιστή) Θα δίνεται σε εκφώνηση Στην οπή έχουμε εκροή που εξαρτάται από τη στάθμη και είναι συνήθως μη μηδενική

Ταξινόμηση μοντέλων βροχόπτωσης απορροής Ναλμπάντης 2007 (εκτός ύλης)

Εννοιολογικό μοντέλο, χρήση φυσικού αναλόγου (εκτός ύλης) Εννοιολογικό μοντέλο, χρήση φυσικού αναλόγου Π.χ. ταμιευτήρα Χρυσάνθου, 2013

(εκτός ύλης) Χρυσάνθου, 2013

(εκτός ύλης) Χρυσάνθου, 2013

Τα εννοιολογικά μοντέλα έχουν λιγότερες παραμέτρους από τα μοντέλα μαύρου κουτιού (τα οποία χρειάζονται σημαντικό αριθμό δεδομένων). Η απλοποίηση των εννοιολογικών μοντέλων επιτυγχάνεται με τη χρήσης φυσικού αναλόγου (εκτός ύλης)