Εκτίμηση του πλημμυρικού κινδύνου στην αστική λεκάνη της Ραφήνας

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εκτίμηση του πλημμυρικού κινδύνου στις αστικές λεκάνες απορροής. Ως περιοχή μελέτης επιλέχθηκε η αστική περιοχή της Ραφήνας. Σύμφωνα με την πιο πρόσφατη μελέτη της περιοχής και με τη χρήση του λογισμικού SWMM, μοντελοποιήθηκε το σύστημα αποχέτευσης ομβρίων και διερευνήθηκε η υδραυλική συμπεριφορά του κατά την εμφάνιση ισχυρών καταιγίδων διαφόρων διαρκειών και περιόδων επαναφοράς. Για την προσομοίωση του συστήματος χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος του δυναμικού κύματος, ώστε να προσεγγίζονται στον καλύτερο δυνατό βαθμό οι πραγματικές συνθήκες, αφού η θεωρία αυτή βασίζεται στην εφαρμογή των φυσικών νόμων της μη μόνιμης ροής σε ανοιχτούς αγωγούς. Πρώτο στάδιο της εφαρμογής αυτής αποτελεί ο σχεδιασμός των ορίων των αστικών λεκανών με χρήση του λογισμικού ArcGIS, ενώ στη συνέχεια εισήχθησαν στο λογισμικό όλα τα φρεάτια, οι αγωγοί και τα τελικά σημεία εκβολής του αποχετευτικού δικτύου με τα πλήρη υδραυλικά τους χαρακτηριστικά. Τα γεγονότα βροχόπτωσης που εφαρμόσθηκαν στο μοντέλο με τη μορφή υετογραμμάτων, για διάρκειες 1, 3, 6, 12 h και περιόδους επαναφοράς 5, 10, 25, 50, 100, 1000 και 10000 ετών με χρονικό βήμα 10 λεπτών και με βάση υπάρχουσα ενιαία εξίσωση ομβρίων. Μετά από την μοντελοποίηση του υπόγειου αποχετευτικού συστήματος, είναι εφικτός ο υπολογισμός διαφόρων υδραυλικών μεγεθών των αγωγών όπως η παροχή, το βάθος ροής, η ταχύτητα ροής και ο αριθμός Froude, για οποιαδήποτε χρονική στιγμή και για οποιοδήποτε γεγονός. Παρόλα αυτά, το αποχετευτικό σύστημα έχει την ικανότητα ασφαλούς παροχέτευσης μέχρι και για γεγονότα βροχόπτωσης περιόδου επαναφοράς 25 ετών. Εφαρμόζοντας λοιπόν πλημμυρικά φαινόμενα μεγαλύτερων περιόδων επαναφοράς πολλοί αγωγοί του συστήματος προβλέπεται να υπερφορτιστούν και να πλημμυρίσουν και η ασφαλής διόδευσή τους να καθίσταται αδύνατη. Η ανάγκη λεπτομερούς μελέτης της απόκρισης των αστικών λεκανών, κατά τη διάρκεια σπάνιων γεγονότων ισχυρής βροχόπτωσης οδηγεί στη θεώρηση ενός πολύπλοκου αποχετευτικού συστήματος, του λεγόμενου δυαδικού συστήματος αποχέτευσης. Αυτό είναι ένα σύστημα που αποτελείται από δύο παράλληλα δίκτυα, το δίκτυο υπογείων αγωγών και το δίκτυο των επιφανειακών ανοιχτών αγωγών με τυπική διατομή αυτή των δρόμων. Με αυτόν τον τρόπο, στην περίπτωση που πλημμυρίζει το υπόγειο αποχετευτικό δίκτυο, τότε η ροή πραγματοποιείται στο επιφανειακό. Σύμφωνα λοιπόν με τα παραπάνω, το σύστημα που είναι προς διερεύνηση εστιάζει στα παρακάτω θέματα: Αρχικά στην παραγωγή υδρογραφημάτων απορροής στις εξόδους του συστήματος για όλα τα πλημμυρικά γεγονότα, έπειτα στον προσδιορισμό των υδραυλικών μεγεθών για κάθε αγωγό του δικτύου κάθε χρονική στιγμή του γεγονότος βροχόπτωσης (το πρόγραμμα παρέχει τη δυνατότητα καταγραφής των αποτελεσμάτων μέχρι και κάθε δευτερόλεπτο) και, τέλος, στη διόδευση της πλημμύρας τόσο για μικρά όσο και για μεγάλα γεγονότα βροχόπτωσης. Η περιοχή μελέτης εξετάστηκε μόνον όσον αφορά στο αστικό κομμάτι και άρα στην αστοχία του δικτύου αποχέτευσης όμβριων υδάτων και όχι στην αστοχία του ρέματος της Ραφήνας το οποίο επίσης μπορεί να προκαλέσει σημαντικές επιπτώσεις. Κατόπιν μοντελοποίησης της λεκάνης με το λογισμικό SWMM εφαρμόστηκαν σε αυτήν τα παραπάνω υετογράμματα σχεδιασμού. Βασικό εξαγόμενο αποτέλεσμα είναι μία σειρά από υδρογραφήματα απορροής στην έξοδο εκτιμώντας τον πλημμυρικό κίνδυνο της περιοχής.

The aim of this study is the assessment of flood hazard in urban basins. The study area is the city of Rafina. Based on data from a hydraulic study of the above areas and with the aid of the SWMM software, the stormwater drainage system was modeled and its hydraulic performance was studied for flood events of different durations and recurrence intervals. For the simulation of the system, the dynamic wave method was applied. The latter provides the best approximation of the system operation since it is based on physical laws of unsteady flow in open channels. Firstly, the urban sub-basins were delineated using the ArcGIS software by considering both the natural hydrographic network and the man-made drainage system in the area. Afterwards, all the manholes, conduits and outfalls of the drainage system were inserted in the software package together with their hydraulic characteristics. Design hyetographs for rainfall events were constructed with durations of 1, 3, 6 and 12h and recurrence intervals of 5, 10, 25, 50, 100, 1000 and 10000 years. The time step was 10 minutes and the generalized equation of the IDF curves from an existing hydraulic study was used. After modeling the simple drainage system, several hydraulic quantities such as discharge, flow depth, flow velocity and Froude number were computed for every flood event. However, the drainage system is able to safely convey water only for recurrence intervals below 25 years. For larger recurrence intervals some conduits are surcharged and manholes are flooded. In order to study these phenomena, a more complicated drainage system, the so-called dual system was used. This consists of two parallels networks: one network of underground pipes and a network of open, surface channels with the cross section of a typical street. When the pipe system is surcharged and flooded, water flows on streets. The dual drainage system is extensively investigated are results are drawn in the form of flow, velocity and stage hydrographs