Πλημμύρες και Αντιπλημμυρικά Έργα

Παρουσίαση με θέμα: "Πλημμύρες και Αντιπλημμυρικά Έργα"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Πλημμύρες και Αντιπλημμυρικά Έργα
Μοντέλα για την Προσομοίωση των Πλημμυρών HEC HMS HEC RAS Γιάννης Παναγόπουλος Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων 06 / 04 / 2011

2 Αξιολόγηση & διαχείριση των κινδύνων πλημμύρας
Η οδηγία 2007/60/ΕΚ Αξιολόγηση & διαχείριση των κινδύνων πλημμύρας «Πλημμύρα»: Η προσωρινή κάλυψη εδάφους από νερό, που υπό φυσιολογικές συνθήκες, δεν καλύπτεται από νερό. Σκοπός της οδηγίας: Η θέσπιση ενός πλαισίου αξιολόγησης και διαχείρισης των κινδύνων που συνδέονται με τις πλημμύρες ιδίως στην ανθρώπινη υγεία και ζωή, στο περιβάλλον, στην πολιτιστική κληρονομιά, στην οικονομική δραστηριότητα και στις υποδομές. Τα μέτρα για τη μείωση των κινδύνων θα πρέπει, σύμφωνα με την οδηγία, να συντονίζονται σε επίπεδο λεκάνης απορροής ποταμού για να είναι αποτελεσματικά. Εργαλεία Διαχείρισης Χάρτες πλημμυρικής επικινδυνότητας (Flood hazard maps) (περιέχει τις πλημμυρικές κατακλύσεις) Χάρτες κινδύνων πλημμύρας (Flood risk maps) (χρήσεις γης που πλήττονται και εκτίμηση κόστους)

3 Ορισμός-Κατηγορίες Μοντέλων
Ορισμός Μοντέλου: Η Αναπαραγωγή της Συμπεριφοράς και Απόκρισης ενός Φυσικού Συστήματος

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

5 Hydrologic Engineering Center
HEC Hydrologic Engineering Center Οργανισμός του Ειδικού Σώματος Μηχανικών του Στρατού που υπάγεται στο Ινστιτούτο Υδατικών Πόρων των ΗΠΑ. Ειδικοί σε θέματα επιφανειακής και Υπόγειας Υδρολογίας, Υδραυλικής Ποταμών, Μεταφοράς Φερτών, Στατιστικής Υδρολογίας, Ανάλυσης Διακινδύνευσης, Ανάλυσης Συστημάτων Ταμιευτήρων, Υδρολογικού Σχεδιασμού, Διαχείρισης Υδατικών Πόρων και άλλων συναφών Τεχνικών Αντικειμένων. Υποστηρίζει υπηρεσίες και εργαστήρια παρέχοντας τεχνικές μεθόδους και επιστημονική καθοδήγηση σε θέματα Υδατικών Πόρων. Προσφέρει στην έρευνα και ανάπτυξη και παρέχει τεχνική βοήθεια σε σημαντικά έργα. Τα προϊόντα των εργασιών του είναι διαθέσιμα στο κοινό μέσω της ιστοσελίδας.

6 Hydrologic Modeling System
HMS Hydrologic Modeling System Συγκεντρωτικό ή Κατανεμημένο, Μεμονωμένου Υδρολογικού Γεγονότος ή Συνεχές, Εννοιολογικό. Σχεδιασμένο για την Προσομοίωση των διαδικασιών βροχής-απορροής σε λεκάνες απορροής δενδριτικού τύπου. Εφαρμόζεται τόσο σε μεγάλες αγροτικές λεκάνες όσο και σε μικρές αστικές ή ημιαστικές. Τα υδρογραφήματα που παράγονται χρησιμοποιούνται για μελέτες: Διαθεσιμότητας νερού Πρόγνωσης πλημμυρών Συνεπειών μελλοντικής αστικοποίησης λεκάνης απορροής Σχεδιασμούς υπερχειλιστών φραγμάτων Σχεδιασμούς αντιμετώπισης καταστροφών από πλημμύρες Διευθέτησης περιοχής κατάκλυσης πλημμύρας

7 Hydrologic Modeling System
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 αναπαρίσταται με ένα μαθηματικό μοντέλο Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι αρκετές οι επιλογές του χρήστη για την προσομοίωση της κάθε συνιστώσας. Η υιοθέτηση της πιο κατάλληλης είναι απόρροια της γνώσης του φυσικού συστήματος, των στόχων της υδρολογικής μελέτης καθώς και της κρίσης και εμπειρίας του ερευνητή Το πρόγραμμα περιλαμβάνει μία βάση δεδομένων, δέχεται δεδομένα εισόδου και εξάγει αποτελέσματα με χρήση διάφορων ενσωματωμένων εργαλείων. Το interface επιτρέπει την εύκολη εναλλαγή ανάμεσα στα διάφορα μέρη-εφαρμογές του προγράμματος.

8 Φυσική Περιγραφή Λεκάνης Απορροής
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

9 Φυσική Περιγραφή Λεκάνης Απορροής (2)
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 Εξατμισοδιαπνοή – 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.

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

11 Δρόμος (σκληρή επιφάνεια)
Αριθμοί Καμπύλης CN Κατηγορία εδάφους Χρήση γης Υδρολογική κατάσταση A B C D Καλλιέργειες Φτωχή 72 81 88 91 Μέτρια 67 76 83 86 Καλή 62 71 78 Βοσκότοπος 68 79 89 49 69 84 39 61 74 80 Δάσος 45 66 77 36 60 73 25 55 70 Δρόμος (χώμα) - 82 87 Δρόμος (σκληρή επιφάνεια) 90 92 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

12 Σύνδεση Μοντέλου HMS με ΣΓΠ (Geospatial Hydrologic Modelling System)
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

13 Στάδια Μοντελοποίησης
Επεξεργασία Δεδομένων Εισόδου (χαρτών, κλιματικών χρονοσειρών κ.λ.π.) Σχηματοποίηση Λεκάνης Απορροής (watershed delineation) στο HEC-GeoHMS Συμπλήρωση Παραμέτρων Αρχείων Προγράμματος HEC-HMS (parameterization) Εκτέλεση (run) 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 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

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

15 Υπολεκάνη Τσιμόβου Αποτελεί το τμήμα της λεκάνης του Αράχθου στα ανάντη Η μέση ετήσια βροχόπτωση είναι 1800 mm Έχει έκταση 640 km2 με μεταβολή υψομέτρου 352–2279m, ενώ το μέσο υψόμετρο είναι 1021m Το μήκος ποταμού είναι 40 km με μέση ετήσια παροχή 18 m3/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.

16 Χωρικά Δεδομένα Χάρτης Χρήσεων Γης
Βοσκότοποι: 168 km2 – 26% Καλλιεργήσιμη γη: 102 km2 – 16% Δάση: 369 km2 – 58% Urban: 0,7 km2 – 0,1% 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

17 Χωρικά Δεδομένα (2) Γεωλογικός Χάρτης
Αλλούβια: 8 km2 – 1% Οφιόλιθοι: 5 km2 – 1% Φλύσχης: 518 km2 – 81,5% Ασβεστόλιθοι: 77 km2 – 12% Πυριγενή πετρώματα: 4 km2 – 0,5% Κερατόλιθοι: 28 km2 – 4% 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

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

19 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

20 Αδρομερές και Ημικατανεμημένο Μοντέλο Λεκάνης Τσιμόβου στο
HEC - GeoHMS

21 Η Λεκάνη του Τσιμόβου στο HEC-HMS

22 Παράμετροι Βαθμονόμησης για 4 Πλημμυρογραφήματα

23 Προσομοιωμένα Πλημμυρογραφήματα

24 Συχνά Προβλήματα Εφαρμογής του Μοντέλου HMS σε Ελληνικές Λεκάνες
Λίγα Δεδομένα Παρατηρήσεων στο Χώρο και στο Χρόνο Κακής Ποιότητας Δεδομένα (Βροχογραφήματα–Σταθμηγραφήματα) Σχεδόν αδύνατη η εφαρμογή του σε κατανεμημένη μορφή (έλλειψη δεδομένων βροχής από radar)

25 Προβλήματα στην Αποκωδικοποίηση της Βροχής

26 Σενάρια - Έρευνα Αλλαγή στη Χρήση Γης Αλλαγές στο Είδος Φυτοκάλυψης
Αλλαγή στις Πρακτικές Διαχείρισης της Γης Αστικοποίηση Αποδάσωση

27 HEC RAS Hydrologic Engineering Centers River Analysis System Το HEC-RAS είναι ένα από τα μοντέλα του U.S.Army Corps of Engineers Κατασκευάστηκε από το Hydrologic Engineering Center (HEC) Είναι μοντέλο υδραυλικής ποταμού Είναι μοντέλο μεμονωμένου υδρολογικού γεγονότος Προσομοιώνει υδατορεύματα (River Analysis System – RAS) Φυσικά ή τεχνητά Μεμονωμένα ή συστήματα

28 Βήματα Μοντελοποίησης
Κατασκευή γεωμετρικού υποβάθρου (είτε από την αρχή είτε εισαγόμενο από άλλα προγράμματα – π.χ. HEC-2, ArcGIS) Προσδιορισμός συνθηκών ροής Προσομοίωση Αποτελέσματα Έλεγχος αποτελεσμάτων & αποδοχή ή όχι

29 Βήμα 1ο – Δεδομένα Γεωμετρίας
Ορισμός άξονα υδατορεύματος Ορισμός διατομών υδατορεύματος Χιλιομετρική θέση διατομής Γεωμετρία διατομής (εδάφους) Από χάρτη ΓΥΣ κλίμακας 1:5000 Από τοπογραφική αποτύπωση (η ιδανικότερη λύση) Απώλειες (manning & contraction/expansion coefficients) Εναλλακτικά : Εισαγωγή δεδομένων από ΗEC-2 Εισαγωγή δεδομένων από GIS Σημείωση ! Η ψηφιοποίηση χαρτών ΓΥΣ κλίμακας 1:5000 είναι μία διαδικασία χρονοβόρα και εξαντλητική για τον χρήστη ενώ το αποτέλεσμα της είναι φέρει δείκτη αβεβαιότητας πολύ μεγάλο καθώς ο 1:5000 ΔΕΝ έχει την απαραίτητη λεπτομέρεια που κάνει την διαφορά. Προτιμότερη μέθοδος είναι η αποστολή τοπογραφικού συνεργείου όπου θα αποτυπώσει τις διατομές του ποταμού επιτόπου και με λεπτομέρεια στα σημεία όπου ο μελετητής έχει επιλέξει από τον χάρτη 1:5000. Η πυκνότητα των διατομών επαφύεται στην εμπειρία του μελετητή και στο κόστος της αποτύπωσης – Δώσε π.χ. Με ένα σκίτσο σε ποταμό

30 Παράθυρο Εισαγωγής Δεδομένων Γεωμετρίας

31 Βήμα 2ο – Συνθήκες Ροής Παροχές σχεδιασμού
Προκύπτουν από την υδρολογική μελέτη ή από ανάντη συνθήκες (π.χ. έξοδος σταθμού παραγωγής) Χρειάζονται μόνο οι αιχμές Οριακές συνθήκες ανάλογα με το αν η ροή είναι υποκρίσιμη ή υπερκρίσιμη Δεδομένη στάθμη νερού Κρίσιμο βάθος Ομοιόμορφο βάθος Καμπύλη στάθμης – παροχής Σημείωση : Σε περίπτωση έλλειψης δεδομένων παροχών και όταν δεν έχει εκπονηθεί υδρολογική μελέτη μπορεί να τρέξει το πρόγραμμα με ένα φάσμα παροχών εντός των αναμενώμενων τιμών της υδρολογικής μελέτης και όταν ολοκληρωθεί να γίνουν οι απαραίτητες αλλαγές στις αιχμές των παροχών. Υποκρίσιμη = κατάντη Υπερκρίσιμη = ανάντη

32 Αποτελέσματα Διατομές

33 Στάθμη νερού κατά μήκος ποταμού
Αποτελέσματα Στάθμη νερού κατά μήκος ποταμού Εκτός από στάθμη νερού απεικονίζονται επίσης : Κρίσιμα βάθη Γραμμή ενέργειας

34 Κατάρτιση Μεθοδολογικού Πλαισίου για την Εκπόνηση Χαρτών Πλημμύρας
Εφαρμογή στο Ν. Αρκαδίας (HMS-RAS) Άξονες Μεθοδολογίας Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης Καταιγίδα & πλημμύρα σχεδιασμού HEC-HMS HEC-GeoHMS HEC-HMS Χαρτογράφηση πλημμύρας Υδραυλική προσομοίωση ποταμού Εύρος πλημμυρικού πεδίου HEC-RAS HEC-GeoRAS HEC-GeoRAS

35 Περιοχή μελέτης - Άνω λεκάνη Αλφειού ποταμού έκτασης 164 km2

36 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Δόμηση Μεθοδολογίας Κατώφλι ορισμού ρέματος Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Χάραξη υπολεκανών απορροής HECGeoHMS Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Εμβαδά υπολεκανών Τοπολογία υπολεκανών Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Αρχείο Λεκάνης Απορροής Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Γεωμετρικό Αρχείο Παροχές αιχμής Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Καθορισμός οριακών συνθηκών Υδρολογικό Αρχείο Υδραυλική Προσομοίωση HEC-RAS HECGeoRAS Υδραυλική προσομοίωση Πιεζομετρικός χάρτης Χάρτης πλημμυρικών κατακλύσεων Χάρτης κινδύνων πλημμύρας Χάρτης χρήσεων γης + Χαρτογράφηση Χάρτης χρήσεων γης Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder + Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Μετεωρολογικό Αρχείο Αρχείο Προσομοιώσεων Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Όμβριες Καμπύλες Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Υετόγραμμα σχεδιασμού HEC-HMS Εκτέλεση υδρολογικής προσομοίωσης

37 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης HECGeoHMS Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Κάνναβος ανάλυσης 33m*33m

38 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης HECGeoHMS Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων 1= ανατολικά, 2= νοτιοανατολικά 4= νότια, 8= νοτιοδυτικά 16= δυτικά, 32= βορειοδυτικά 64= βόρεια, 128= βορειοανατολικά

39 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης HECGeoHMS Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων

40 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης HECGeoHMS Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων

41 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης HECGeoHMS Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων

42 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Οριοθέτηση λεκάνης μελέτης HECGeoHMS Κάνναβος διευθύνσεων ροής Κάνναβος συγκεντρωτικής ροής Κατώφλι ορισμού ρέματος Διανυσματικό υδρογραφικό δίκτυο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάραξη υπολεκανών απορροής Ορισμός υπολεκανών μελέτης Εξαγωγή τοπογραφικών χαρακτηριστικών Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων

43 Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης
Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων - διαύλων + Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Υπολογισμός καταιγίδας σχεδιασμού Υπολογισμός απωλειών βροχόπτωσης και άμεσης απορροής Υδρολογική προσομοίωση για 6 περιόδους επαναφοράς (2,5,10,50,100,1000 έτη) Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες

44 Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης
Καταιγίδα σχεδιασμού Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες

45 Απώλειες βροχόπτωσης (κατά SCS)
Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης Απώλειες βροχόπτωσης (κατά SCS) Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Απαραίτητα δεδομένα εισόδου για τον υπολογισμό του αριθμού καμπύλης CN: Υδρολιθικός τύπος εδαφών Χάρτης χρήσεων γης Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες

46 Άμεση απορροή (κατά Snyder)
Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης Άμεση απορροή (κατά Snyder) Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού - χρόνος υστέρησης αιχμής - Παροχή αιχμής Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης - Χρόνος βάσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Απαραίτητα δεδομένα εισόδου: Μέγιστη υδάτινη διαδρομή Μέγιστη κεντροβαρική υδάτινη διαδρομή Κλίσεις εδάφους Όμβριες Καμπύλες

47 Βροχογράφημα & πλημμυρογράφημα σχεδιασμού
Υδρολογική προσομοίωση λεκάνης Βροχογράφημα & πλημμυρογράφημα σχεδιασμού Υδρολιθολογικός χάρτης εδαφών + Αρχείο Λεκάνης Απορροής Τοπολογία υπολεκανών Εμβαδά υπολεκανών Μέγιστες υδάτινες διαδρομές Κέντρα βάρους υπολεκανών Μέγιστες κεντροβαρικές υδάτινες διαδρομές Απλοποιημένο μοντέλο κόμβων διαύλων Χάρτης χρήσεων γης Απώλειες βροχής κατά SCS Συνθετικό ΜΥ Snyder Αρχείο Προσομοιώσεων Καθορισμός χρονικής διάρκειας προσομοίωσης Πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού Μετεωρολογικό Αρχείο Χρονοσειρές επεισοδίων βροχόπτωσης Υετόγραμμα σχεδιασμού Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών Όμβριες Καμπύλες

48 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Υδραυλική Προσομοίωση Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Αποτύπωση γεωμετρίας ποταμού Επεξεργασία υδρολογικών δεδομένων Υδραυλική προσομοίωση για 6 περιόδους επαναφοράς (2,5,10,50,100,1000 έτη) Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού

49 Αποτύπωση γεωμετρίας ποταμού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Αποτύπωση γεωμετρίας ποταμού Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Υδραυλική Προσομοίωση Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Χάραξη κοίτης Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού Χάραξη διατομών

50 Επεξεργασία υδρολογικών δεδομένων Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Επεξεργασία υδρολογικών δεδομένων Δεδομένα μόνιμης ροής (παροχές αιχμής) Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Υδραυλική Προσομοίωση Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Εισαγωγή οριακής συνθήκης στα ανάντη Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού

51 Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Υδραυλική Προσομοίωση Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Υπολογισμός παροχής σε κάθε τμήμα της διατομής Υπολογισμός μέσης κινητικής ενέργειας κάθε διατομής Υπολογισμός πιεζομετρικού βάθους σε κάθε διατομή Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού

52 Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Προσομοίωση πλημμύρας σε διατομή ποταμού για 6 πλημμυρικά επεισόδια Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Υδραυλική Προσομοίωση Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού T=2

53 Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Προσομοίωση πλημμύρας σε διατομή ποταμού για 6 πλημμυρικά επεισόδια Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Υδραυλική Προσομοίωση Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού T=10 T=2

54 Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Προσομοίωση πλημμύρας σε διατομή ποταμού για 6 πλημμυρικά επεισόδια Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Υδραυλική Προσομοίωση Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού T=100 T=50 T=20 T=10 T=2

55 Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Υδραυλική προσομοίωση Αλφειού Εκτέλεση υδραυλικών υπολογισμών Προσομοίωση πλημμύρας σε διατομή ποταμού για 6 πλημμυρικά επεισόδια Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους HECGeoRAS Χάραξη κοίτης ποταμού Όχθες ποταμού Κύριες διευθύνσεις ροής Διατομές ποταμού Υδραυλική Προσομοίωση Συντελεστές Manning στις διατομές (εδαφοκάλυψη) Γεωμετρικό Αρχείο Οριζοντιογραφία, μηκοτομή και διατομές ποταμού Υδρολογικό Αρχείο Μόνιμες ή μη μόνιμες συνθήκες ροής Παροχές αιχμής Καθορισμός οριακών συνθηκών Πλημμυρογραφήματα Σχεδιασμού T=1000 T=100 T=50 T=20 T=10 T=2

56 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Χαρτογράφηση πλημμύρας Αποτελέσματα υδραυλικής προσομοίωσης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάρτης πλημμυρικών κατακλύσεων HECGeoRAS Πιεζομετρικός χάρτης + Χάρτης χρήσεων γης Υψομετρική χάραξη της ελεύθερης επιφάνειας του ποταμού Χάρτης κινδύνων πλημμύρας

57 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Χαρτογράφηση πλημμύρας Αποτελέσματα υδραυλικής προσομοίωσης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάρτης πλημμυρικών κατακλύσεων HECGeoRAS Πιεζομετρικός χάρτης + Χάρτης χρήσεων γης Χάρτης κινδύνων πλημμύρας Πιεζομετρικός χάρτης (Τ=100 έτη)

58 Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους
Χαρτογράφηση πλημμύρας Αποτελέσματα υδραυλικής προσομοίωσης Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Χάρτης πλημμυρικών κατακλύσεων HECGeoRAS Πιεζομετρικός χάρτης + Πλημμυρική κατάκλυση (Τ=100 έτη) Χάρτης χρήσεων γης Χάρτης κινδύνων πλημμύρας

59 Χαρτογραφικά προϊόντα

60 Χαρτογραφικά προϊόντα

61 Χαρτογραφικά προϊόντα

62 Χαρτογραφικά προϊόντα

63 Χαρτογραφικά προϊόντα

64 Χαρτογραφικά προϊόντα

65 Συμπεράσματα χαρτογράφησης πλημμύρας
Εύρος πλημμυρικής κατάκλυσης περίπου 1-2 km2 Εγκάρσιο (ως προς την κοίτη) μήκος κατάκλυσης περίπου m Μικρή αύξηση εμβαδού κατακλύσεων με την αύξηση του πλημμυρικού όγκου -> απόλυτα λογικό λόγω των σχετικά έντονων κλίσεων ένθεν και ένθεν του ποταμού

66 Επαλληλία χαρτών πλημμυρικών κατακλύσεων με χάρτη χρήσεων γης
Μελλοντική Έρευνα Επαλληλία χαρτών πλημμυρικών κατακλύσεων με χάρτη χρήσεων γης Εκπόνηση χαρτών κινδύνου πλημμύρας (flood risk maps) για την εκτίμηση των χρήσεων γης, που πλήττονται, και τον υπολογισμό κόστους ζημιών ανάλογα με το εκάστοτε πλημμυρικό επεισόδιο.

67 Αναφορές [1] USACE, Geospatial Hydrologic Modeling Extension, HEC-GeoHMS, User’s Manual. Version 1.1. US Army Corps of Engineer, Hydrologic Engineering Center, 267p. [2] USACE, Hydrologic Modeling System, HEC-HMS, User’s Manual. Version US Army Corps of Engineer, Hydrologic Engineering Center, 268p. [3] USACE, Hydrologic Modeling System, HEC-HMS, Technical Reference Manual. US Army Corps of Engineer, Hydrologic Engineering Center, 149p. [4] Soil Conservation Service, National Engineering Handbook. United States Department of Agriculture, United States Government, Washington, USA. [5] USACE, Hydrologic Modeling System, HEC-HMS, Applications Guide. US Army Corps of Engineer, Hydrologic Engineering Center, 106p. [6] Γκιόκας Α., Κατάρτιση Μεθοδολογικού Πλαισίου για την Εκπόνηση Χαρτών Πλημμύρας, Εφαρμογή στο Ν. Αρκαδίας Μεταπτυχιακή Εργασία ΕΜΠ, 2009.