Διερεύνηση προσομοίωσης πλημμύρας για το σχεδιασμό σε λεκάνες χειμαρρικής δίαιτας - Εφαρμογή στη λεκάνη του Σαρανταπόταμου

Abstract

Η τυπική διαδικασία υδρολογικού σχεδιασμού έργων στην Ελλάδα χρησιμοποιεί εμπειρικές μεθόδους που έχουν ελεγχθεί πειραματικά σε συγκεκριμένους τύπους λεκανών απορροής στο εξωτερικό. Συνεπώς, κατά την εφαρμογή των μεθόδων αυτών στις ελληνικές λεκάνες τα αποτελέσματα μπορεί να είναι μη ρεαλιστικά ή και παραπλανητικά. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας εφαρμόστηκαν οι μέθοδοι του υδρολογικού σχεδιασμού σε τμήμα της λεκάνης του Σαρανταπόταμου με διαθέσιμα δεδομένα βροχής και απορροής και ελέγχθηκαν τα αποτελέσματα αυτών. Συγκεκριμένα δόθηκε έμφαση στην επάρκεια της μεθόδου SCS σε τέτοιου τύπου ασβεστολιθικές λεκάνες υψηλής διηθητικότητας και εφήμερης ροής χρησιμοποιώντας τυπικές τιμές παραμέτρων καθώς και βελτιστοποιημένες. Η μέθοδος αδυνατούσε να περιγράψει τις παρατηρημένες απορροές κυρίως λόγω της παρουσίας έντονης υποδερμικής ροής πολύ μεγαλύτερης σε διάρκεια από το χρόνο συγκέντρωσης και λόγω της εγγενούς αδυναμίας της μεθόδου να λάβει υπόψη τη μεταβολή της εδαφικής υγρασίας κατά τη διάρκεια του επεισοδίου. Όμως, μετά την προσθήκη και βελτιστοποίηση μιας επιπλέον παραμέτρου του ΣΜΥ η βελτιστοποιημένη μέθοδος SCS παρήγαγε πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο υδραυλικών αναλόγων έξι παραμέτρων και τεσσάρων αρχικών συνθηκών. Ακολούθησε η βαθμονόμηση του μοντέλου βάσει των διαθέσιμων δεδομένων βροχής και απορροής και υπολογίστηκαν οι προσομοιωμένες απορροές. Αυτές συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες της βελτιστοποιημένης μεθόδου SCS και διαπιστώθηκε πως το μοντέλο τύπου υδραυλικών αναλόγων έδινε παρεμφερή αποτελέσματα. Στη συνέχεια παρήχθησαν συνθετικές βροχές με στοχαστική προσέγγιση καθώς και με την εμπειρική μέθοδο των εναλλασσόμενων μπλοκ. Οι συνθετικές βροχές μεταφράστηκαν σε απορροές με εφαρμογή του μοντέλου των υδραυλικών αναλόγων και έγινε στατιστική ανάλυση των εξαγόμενων πλημμυρογραφημάτων. Η στατιστική ανάλυση μέγιστων παροχών έδειξε την υποεκτίμηση της μέγιστης παροχής κατά την εφαρμογή της μεθόδου των μπλοκ και επομένως οδηγεί στο συμπέρασμα πως οι στοχαστικές μέθοδοι κατανομής της βροχής είναι ασφαλέστερες κατά τον υδρολογικό σχεδιασμό. Αποτελέσματα της παρούσας εργασίας παρουσιάστηκαν στο 5ο EGU Leonardo Conference.

The typical hydrological procedure used for design in Greece includes empirical methods that were experimentally tested for specific types of basins abroad. Consequently, while implementing those methods in Greek basins the results can be unrealistic or misleading. This procedure was tested in a specific part of Sarantapotamos basin with measured flow and rain data and results were later tested and analyzed. Specific interest was given in the efficiency of the SCS method using typical as well as calibrated parameters in this type of limestone basins with ephemeral flow that favours deep percolation. The method couldn’t simulate the observed flows mainly due to the existence of intense interflow that exceeded in duration the concentration time and also the method’s inherent inability to take into consideration the change in soil moisture that occurs in an episode. After adding and optimizing an additional parameter used in the parametric SUH the optimized SCS method produced very satisfying results. Next, a hydrological analogues model was developed using six parameters and four initial conditions. The model was calibrated based on the available rain and flow data and the simulated flows were calculated. These flows were later compared with those obtained from the optimized SCS method and the results proved to be similar. In addition, synthetic rain distributions were produced using a stochastic procedure as well as an empirical procedure (alternating block method). The synthetic rain distributions were transformed into flow with the implementation of the hydraulic analogues model and a statistical analysis of the hydrographs was carried out. The statistical analysis of the peak flows showed an underestimation of the peak flow when using the alternating block method and therefore leads to the conclusion that stochastic methods used for rainfall distribution are safer to use for the hydrological design. Results from this thesis were presented at the 5th EGU Leonardo Conference.