Εκτίμηση κυματικής υπερπήδησης με ανάλυση ακραίων τιμών ύψους κύματος

Πυρπιρή, Θεοδώρα Χ.; Pyrpiri, Theodora Ch.

dc.contributor.author	Πυρπιρή, Θεοδώρα Χ.	el
dc.contributor.author	Pyrpiri, Theodora Ch.	en
dc.date.accessioned	2016-10-04T09:25:07Z
dc.date.available	2016-10-04T09:25:07Z
dc.date.issued	2016-10-04
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43735
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4716
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Παράκτιες πλημμύρες	el
dc.subject	Ανάλυση ακραίων τιμών	el
dc.subject	Κυματική υπερπήδηση	el
dc.subject	Εμπειρικές σχέσεις	el
dc.subject	Τεχνητά νευρωνικά δίκτυα	el
dc.subject	Coastal flood	en
dc.subject	Extreme value theory	en
dc.subject	Wave overtopping	en
dc.subject	Empirical methods	en
dc.subject	Artificial neural network	en
dc.title	Εκτίμηση κυματικής υπερπήδησης με ανάλυση ακραίων τιμών ύψους κύματος	el
dc.title	Estimation of wave overtopping using extreme value theory	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Coastal zone management	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-06-30
heal.abstract	Οι παράκτιες πλημμύρες αποτελούν ένα φυσικό φαινόμενο, το οποίο εμφανίζεται στην παράκτια ζώνη, εκδηλώνεται μέσω της κυματικής υπερπήδησης στα θαλάσσια μέτωπα και τις περισσότερες φορές ακολουθείται από αρνητικές επιπτώσεις για το περιβάλλον, για διάφορες οικονομικές ή κοινωνικές δραστηριότητες, ακόμα και για την ανθρώπινη ζωή. Ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια τα φαινόμενα των παράκτιων πλημμυρών έχουν αυξηθεί και μελετώνται από διάφορα ερευνητικά προγράμματα: «CCSEAWAVS», «PEARL», «MICORE», «STARFLOOD» και «RISC-KIT», τα οποία στοχεύουν στην ολοκληρωμένη διαχείριση των παράκτιων ζωνών απέναντι στους κινδύνους που αναμένονται από τις επιπτώσεις των επερχόμενων κατακλίσεων. Εστιάζοντας στην περιοχή του Ρεθύμνου και πιο συγκεκριμένα στο λιμένα του, παρατηρείται από τις ιστορικές καταγραφές ότι εμφανίζονται ολοένα και συχνότερα φαινόμενα παράκτιων πλημμυρών παρά τη βελτίωση και την ανακατασκευή της προστασίας του προσήνεμου μόλου ανά τμήματα. Στο πλαίσιο της αντιμετώπισης λοιπόν σχετικών φαινομένων, κρίνεται αναγκαία η μελέτη και η εκτίμηση των ακραίων γεγονότων που οδηγούν στην εμφάνισή τους καθώς και μέσω σύγχρονων εργαλείων, η εκτίμηση των συνεπειών που αναμένονται. Το κυματικό κλίμα που έχει καταγραφεί και χρησιμοποιείται ως βάση για την ανάλυση των ακραίων τιμών του ύψους κύματος της περιοχής του Ρεθύμνου, προκύπτει από τα πρωτογενή δεδομένα των μετεωρολογικών σταθμών της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας και του ΜΕΤΕΟ, δηλαδή από τις τρίωρες και τις δεκάλεπτες αντίστοιχα μετρήσεις του ανέμου στην περιοχή του Ρεθύμνου, για τα έτη 1957 έως και 2014. Με τη χρήση της μεθόδου SMB (Sverdrup-Munk-Bretschneider) αντιστοιχίζονται οι άνεμοι στα κύματα που προκαλούν στα βαθιά και τα οποία απαιτούνται για τη συγκεκριμένη μελέτη. Η ανάλυση των ακραίων τιμών χρησιμοποιείται συχνά σε κλιματικά και μετεωρολογικά δεδομένα κατά την εξέταση των ακραίων υψών κύματος. Για την εφαρμογή της θεωρίας των ακραίων τιμών στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιείται το μοντέλο Block Maxima της Γενικευμένης κατανομής (GEV) και η κατανομή Gumbel, ενώ για τον υπολογισμό των παραμέτρων του μοντέλου επιλέγεται η καταλληλότερη από διαφορετικές μεθόδους, όπως η μέθοδος της Μέγιστης Πιθανοφάνειας (MLE) ή η μέθοδος των L – ροπών. Οι δύο αυτές μέθοδοι, εφαρμόζονται και εξετάζονται αναφορικά με την καλή προσαρμοστικότητά τους στο εκτιμώμενο μοντέλο. Μέσω του λογισμικού πακέτου «extRemes» προσδιορίζονται τα διάφορα επίπεδα επαναφοράς. Στόχο των παραπάνω, αποτελεί κυρίως ο συνυπολογισμός της μη στασιμότητας των ακραίων τιμών κατά την ανάλυση του φαινομένου της κυματικής υπερπήδησης. Τελικά, μέσω της εφαρμογής του μοντέλου PMS του προγράμματος MIKE 21, λαμβάνονται υπόψη διάφορα φαινόμενα που συμβαίνουν κατά την πορεία του κυματισμού από τα βαθιά, προς τα ρηχά (ρήχωση, διάθλαση). Οπότε μέσω του μοντέλου, αποτυπώνεται το ύψος κύματος σε κάθε σημείο του έργου και άρα και στις περιοχές που μας ενδιαφέρουν κατά μήκος του προσήνεμου μόλου. Υπολογίζεται μέσω του νομογραφήματος SMB η νέα περίοδος κυματισμού που αντιστοιχεί στο «νέο» ύψος κύματος, ώστε αυτά να εισαχθούν ως δεδομένα εισόδου στα εργαλεία εκτίμησης της κυματικής υπερπήδησης. Το πρώτο εργαλείο πρόβλεψης, λειτουργεί μέσω της εφαρμογής τεχνητών νευρωνικών δικτύων και αναπτύχθηκε από το WL \| Delft Hydraulics (πλέον Deltares) και παρέχει τη δυνατότητα μέσω των 12 παραμέτρων εισόδου του, μίας σχεδόν ακριβούς αποτύπωσης των περισσότερων παράκτιων κατασκευών και άρα μίας ικανοποιητικής εκτίμησης της μέσης παροχής της κυματικής υπερπήδησης. Το δεύτερο εργαλείο πρόβλεψης παρέχεται από την ιστοσελίδα του EurOtop και βασίζεται στη συμπεριφορά των διαθέσιμων εμπειρικών τύπων που περιγράφουν το φαινόμενο όπως εμφανίζεται σε διάφορες διατομές. Η εκτιμώμενη παροχή της κυματικής υπερπήδησης, αξιολογείται αναφορικά με τα ευρωπαϊκά επιτρεπόμενα όρια της κυματικής υπερπήδησης όπως συγκεντρώνονται στο EurotOp (2007) και εξάγονται κάποια χρήσιμα συμπεράσματα.	el
heal.abstract	More than 33% of the global population lives within the coastal regions, so the vulnerability of these regions due to the climate change and its effects captures the interest of the scientists. Civil engineers are responsible for the appropriate protection of the coastal zone. The combination of the sea level rise and the extreme weather events makes their work uncertain and complex. So, while designing a structure, engineers should be aware of the future changes and stop using stationary hypothesis of the future weather conditions. The application of mathematical models is required, in order to estimate extreme weather events associated with high return periods and the uncertainty of this estimation. By applying such models into the design of a coastal structure, the resilience of them will be ensured during a future storm surge. Several national and EU funded projects focus on the flood risk management in coastal regions such as: «CCSEAWAVS», «PEARL», «MICORE», «STARFLOOD» and «RISC-KIT». On the present work the focus is in the region of Rethumnon and, particularly, in its harbour, where through the historical database it can be observed that despite the sectional improvement and rebuild of the windward dock the occurrence of coastal flood is steadily increasing. On the context of addressing those kind of phenomena, the study and the estimation of extreme events that cause them, is considered to be necessary coupled with the estimation of the expected consequences. The wave condition that has been reported and used as a benchmark for the extreme value analysis of the wave height in the Rethumnon area, occurs from the primary data of the meteorological stations of the Hellenic National Meteorological Service and METEO between the years 1957 and 2014. By using the SMB method the winds are matched to the significant waves that appear in the offshore and which are necessary for this study. Extreme Value Theory is used to this project, in order to analyse extreme wind wave heights of the region of Rethymno and estimate levels that are more extreme than the observed. The datasets analysed in the project were given by the block maxima approach and therefore consist of the annual maxima of north wave heights for a period of 57 years (1957-2014). The behavior of the observations throughout the period can be modeled by the Generalized Extreme Value distribution (GEV) and in order to estimate the parameters of the GEV function, the L- moments estimation procedure is followed. After that procedure, using the «extRemes» package, the statistical analysis of extreme values dataset is completed. Lastly, the MIKE 21 – PMS model is used for the transformation of offshore windwaves in nearshore areas, according to the bathymetry of Rethymno coastal area, taking into account various phenomena such as shoaling and refraction. After the import of all the demanded input datasets which are: the bathymetry, the boundary conditions, the bottom dissipation factor and the offshore wave characteristics, the information of the wave field in the whole area is derived. The mean wave overtopping is estimated too, in two known structure sections, according to the simulated wave characteristics in the nearshore and using two estimation tools. In the EurOtop manual, there is a calculation tool based on several empirical methods, that enables the prediction of the mean wave overtopping discharge in several structure types, by adding the dimensions of the structure and the incident’s wave characteristics. Furthermore, the artificial neural network that developed by Deltares \| Delft Hydraulics, is available online and it is capable of estimating the mean overtopping discharges at several structure types as well. In the end some valuable conclusions are extracted.	en
heal.advisorName	Τσουκαλά, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Μέμος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μακρόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλά, Βασιλική	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	151 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true