Εφαρμογή του υδρολογικού μοντέλου HEC-HMS στην ορεινή πειραματική λεκάνη Βαρετάδας Αμφιλοχίας

Abstract

Οι ορεινές περιοχές αποτελούν θύλακες βιοποικιλότητας που απειλούνται πλέον από σοβαρότατους κινδύνους από φυσικές καταστροφές, όπως δασικές πυρκαγιές, πλημμύρες και κατολισθήσεις. Τα ορεινά δασικά οικοσυστήματα έχουν σημαντική οικολογική αξία και ιδιαίτερη και πολύπλευρη σημασία για την επιβίωση του ανθρώπου, καθώς είναι ένας ανανεώσιμος φυσικός πόρος που συμβάλει στην καλύτερη ποιότητα ζωής. Παρ’ όλα αυτά, αξίζει να σημειωθεί ότι τα ορεινά δάση δεν είναι, πλέον, άτρωτα και υφίστανται σε μεγάλο βαθμό υποβάθμιση. Στην Ελλάδα τις τελευταίες δεκαετίες, οι δασικές πυρκαγιές και οι πλημμύρες παρουσιάζουν ιδιαίτερη ένταση. Μελλοντικά αναμένεται αύξηση της έντασης και της συχνότητας τους. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εφαρμόζεται το υδρολογικό μοντέλο, το HEC-HMS, για την εκτίμηση της υδρολογικής απόκρισης μιας μικρής ορεινής δασικής λεκάνης απορροής πριν και μετά από μια ενδεχόμενη πυρκαγιά. Προσομοιώθηκαν μεμονωμένα γεγονότα βροχής με δύο διαφορετικές μεθόδους υπολογισμού της άμεσης απορροής, του Μοναδιαίου Υδρογραφήματος της Soil Conservation Service (SCS) και του Συνθετικού Μοναδιαίου Υδρογραφήματος Snyder. Η περιοχή που μελετήθηκε είναι μια από τις τρεις πειραματικές λεκάνες απορροής του Ινστιτούτου Μεσογειακών Δασικών Οικοσυστημάτων και Τεχνολογίας Δασικών Προϊόντων (ΙΜΔΟ&ΤΔΠ). Η λεκάνη απορροής του ρέματος Πουρνόσκαλα βρίσκεται στην περιοχή Βαρετάδα του Νομού Αιτωλοακαρνανίας και έχει έκταση 1,235 km2. Η συγκεκριμένη λεκάνη επιλέχθηκε λόγω του ορεινού της χαρακτήρα και λόγω του ότι παρουσιάζει έντονο ενδιαφέρον για πλημμυρική διερεύνηση. Το ΙΜΔΟ&ΤΔΠ μας παρείχε όλα τα απαραίτητα βροχομετρικά και σταθμημετρικά δεδομένα, σε βήμα 15 min, τα οποία αποτέλεσαν δεδομένα εισόδου στην προσομοίωση και επέτρεψαν στη βαθμονόμηση του υδρολογικού μοντέλου. Στην εφαρμογή χρησιμοποιήθηκαν και το ψηφιακό μοντέλο εδάφους, το οποίο επεξεργάστηκε από το πρόγραμμα ArcGIS 9.3, και εξήγαγε τις απαραίτητες γεωμορφολογικές παραμέτρους για τη διαδικασία της προσομοίωσης. Με δεδομένα όλα τα παραπάνω πραγματοποιήθηκε υδρολογική προσομοίωση της λεκάνης για τέσσερα ξεχωριστά γεγονότα βροχής, όπου εφαρμόζοντας τις δύο μεθόδους υπολογισμού άμεσης απορροής SCS και Snyder, υπολογίστηκαν τα υδρογραφήματα εξόδου. Ακολούθησε βαθμονόμηση και επαλήθευση του υδρολογικού μοντέλου, σε ένα επεισόδιο βροχής. Τέλος, στο πλαίσιο της εργασίας επαναπροσδιορίστηκαν οι παράμετροι του υδρολογικού μοντέλου (κατακράτηση από τη φυτοκόμη, αριθμός καμπύλης CN, αρχικές απώλειες Ια) μετά την επίδραση μιας ενδεχόμενης πυρκαγιάς μέτριας έντασης, σύμφωνα με τιμές που πάρθηκαν από τη διεθνή βιβλιογραφία.

Mountainous areas biodiversity is rich and threatened by most serious risks from natural disasters such as forest fires, floods and landslides. Mountain forests are particularly important ecosystems and useful for the society as it is a renewable natural resource that contributes to better quality of life. Nevertheless, it is worth noting that the mountain forests are no longer invulnerable since there greatly degraded. During the last decades, in Greece, they have become particularly intense. In the future, an increase in the frequency and intensity of forest fires and floods is expected. In the present Master thesis, we applied the hydrological model, HEC-HMS, for the assessment of the hydrological response of a small mountainous forest watershed before and after a possible fire. Individual rainfall events were simulated with two different methods of calculation of direct runoff, the unit hydrograph of the Soil Conservation Service (SCS) and the Synthetic unit hydrograph Snyder. The studied area is one of the three experimental watersheds of the Institute of Mediterranean Forest Ecosystems and Forest Products Technology (FRIA). The watershed of the stream Pournoskala is located in Varetada in the region of Aitoloakarnania and covers an area of 1,235 km2. This watershed was chosen because of its mountainous nature and its great interest to investigate flood. All the necessary Meteorologic and observed flow data were provided by the FRIA, in 15 min step, which were used as the input to the simulation and allowed the calibration of the hydrological model. The digital terrain model was also used in the application, which was processed by the program ArcGIS 9.3, and the necessary geomorphological parameters for process simulation were extracted. Given all the above, hydrological watershed simulation was held for four separate rain events, where the hydrographs output were calculated by applying the two methods of calculating the direct runoff SCS and Snyder. The calibration and verification of the hydrological model in an episode of rain was followed. Last but not least, in the context of work the parameters of the hydrological model (interception, curve number CN, initial losses Ia) were redefined after the effect of a possible fire of moderate intensity, in accordance with values taken from the literature.