Πλαίσιο στοχαστικής προσομοίωσης σε ψευδο-συνεχή χρόνο για την εκτίμηση πλημμυρικών παροχών

Μουστάκης, Ιωάννης; Moustakis, Ioannis

dc.contributor.author	Μουστάκης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Moustakis, Ioannis
dc.date.accessioned	2017-10-17T09:52:54Z
dc.date.available	2017-10-17T09:52:54Z
dc.date.issued	2017-10-17
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45777
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14655
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Υδρολογία	el
dc.subject	Πλημμύρες	el
dc.subject	Στοχαστικές μέθοδοι	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Παροχές	el
dc.subject	Hydrology	en
dc.subject	Discharges	en
dc.subject	Stochastic methods	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Flood	en
dc.title	Πλαίσιο στοχαστικής προσομοίωσης σε ψευδο-συνεχή χρόνο για την εκτίμηση πλημμυρικών παροχών	el
dc.title	Pseudo-continuous stochastic simulation framework for flood flows estimation	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	ΥΔΡΟΛΟΓΙΑ	el
heal.classification	Flood control--United States	en
heal.classification	HYDROLOGY	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/32c23962aad57b536013fb3a01eb4c9d90031796
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2008120704
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/32c23962aad57b536013fb3a01eb4c9d90031796
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-18
heal.abstract	Typically, flood modelling in the context of everyday engineering practices is addressed through event-based deterministic tools, e.g., the well-known SCS-CN method. A major shortcoming of such approaches is the ignorance of uncertainty, which is associated with the variability of soil moisture conditions and the variability of rainfall during the storm event. In event-based modelling, the sole expression of uncertainty is the return period of the design storm, which is assumed to represent the acceptable risk of all output quantities (flood volume, peak discharge, etc.). In the meantime, the varying antecedent soil moisture conditions across the basin are represented by means of scenarios (e.g., the three AMC types by SCS), while the temporal distribution of rainfall is represented through standard deterministic patterns (e.g., the alternative blocks method). Furthermore, time of concentration is considered as a constant characteristic feature of a basin, which has actually been proved to be an invalid assumption. In order to address these major inconsistencies, while simultaneously preserving the simplicity and parsimony of the SCS-CN method, we have developed a pseudo-continuous stochastic simulation approach, suitable for ungauged basins, comprising the following steps: (1) generation of synthetic daily rainfall time series; (2) update of potential maximum soil retention, on the basis of accumulated five-day Antecedent Precipitation; (3) estimation of daily runoff through the SCS-CN formula, using as inputs the daily rainfall and the updated value of maximum soil retention;(4) daily update of the value of time of concentration according to the runoff generated; (5) selection of extreme events and application of the standard SCS-CN procedure for each specific event. This scheme requires the use of two stochastic modelling components, namely the CastaliaR model, for the generation of synthetic daily data, and the HyetosMinute model, for the stochastic disaggregation of daily rainfall to finer temporal scales. Outcomes of this approach are a large number of synthetic flood events, allowing for expressing the design variables in statistical terms and thus properly evaluating flood risk. The proposed pseudo-continuous stochastic simulation framework, along with a series of model variations is thoroughly investigated, in order to examine its response, prove its consistency and suggest further improvements and topics for future work.	en
heal.abstract	Τυπικά, η μοντελοποίηση πλημμυρών, στα πλαίσια των καθημερινών πρακτικών των μηχανικών, βασίζεται στη χρήση ντετερμινιστικών εργαλείων γεγονότος, όπως η γνωστή μέθοδος της SCS-CN. Ένα μεγάλο μειονέκτημα των πρακτικών αυτών είναι ότι δεν λαμβάνεται υπόψη η αβεβαιότητα που σχετίζεται με τη μεταβλητότητα των συνθηκών εδαφικής υγρασίας και τη μεταβλητότητα της βροχόπτωσης κατά τη διάρκεια ενός επεισοδίου. Στα μοντέλα γεγονότος η περίοδος επαναφοράς αποτελεί τη μοναδική έκφραση της αβεβαιότητας για την καταιγίδα σχεδιασμού και θεωρείται ότι είναι ικανή να εκφράσει το αποδεκτό ρίσκο για όλες τις ποσότητες εξόδου (όγκος πλημμύρας, πλημμυρική αιχμή κ.ο.κ.). Εντωμεταξύ, η μεταβλητότητα των συνθηκών εδαφικής υγρασίας στη λεκάνη εκφράζεται υπό τη μορφή σεναρίων (οι τρεις γνωστοί τύποι συνθηκών εδαφικής υγρασίας όπως προτείνονται από την SCS), ενώ η χρονική εξέλιξη της βροχόπτωσης παράγεται από ορισμένα τυποποιημένα ντετερμινιστικά μοτίβα (όπως η μέθοδος των εναλλασσόμενων μπλοκ). Επιπρόσθετα, ο χρόνος συγκέντρωσης, θεωρείται ένα σταθερό χαρακτηριστικό της λεκάνης, γεγονός που έχει αποδειχθεί ότι δεν ισχύει στην πραγματικότητα. Προκειμένου να υπερβληθούν αυτές οι μεγάλες ασυνέπειες, διατηρώντας, παράλληλα, την απλότητα και τη φειδωλότητα της μεθόδου SCS-CN, αναπτύξαμε ένα πλαίσιο στοχαστικής προσομοίωσης σε ψευδο-συνεχή χρόνο, κατάλληλο για λεκάνες χωρίς μετρήσεις, το οποίο αποτελείται από τα ακόλουθα βήματα: (1) παραγωγή συνθετικών χρονοσειρών ημερήσιας βροχόπτωσης, (2) υπολογισμός της μέγιστης δυνητικής κατακράτησης για κάθε ημέρα, με βάση την αθροιστική βροχόπτωση των προηγούμενων πέντε ημερών, (3) υπολογισμός της ημερήσιας απορροής με τη μέθοδο της SCS-CN, χρησιμοποιώντας την ημερήσια βροχόπτωση και την τιμή της δυνητικής εδαφικής υγρασίας που υπολογίστηκε, (4) υπολογισμός του χρόνου συγκέντρωσης για κάθε ημέρα με βάση την παραγόμενη απορροή, (5) επιλογή των ακραίων γεγονότων και εφαμογή της μεθόδου SCS-CN σε κάθε ξεχωριστό γεγονός για την παραγωγή των πλημμυρογραφημάτων. Αυτό το πλαίσιο απαιτεί τη χρήση δύο στοχαστικών μοντέλων και πιο συγκεκριμένα, το λογισμικό «Castalia» για την παραγωγή συνθετικών ημερήσιων δεδομένων και το πακέτο «HyetosMinute» για το στοχαστικό επιμερισμό της βροχόπτωσης σε λεπτότερες χρονικές κλίμακες. Τα αποτελέσματα αυτής της προσέγγισης είναι ένα πλήθος συνθετικών πλημμυρών, επιτρέποντας τη στατιστική έκφραση των μεταβλητών σχεδιασμού και την ορθή εκτίμηση του πλημμυρικού κινδύνου. Το προτεινόμενο πλαίσιο στοχαστικής προσομοίωσης σε ψευδοσυνεχή χρόνο, μαζί με μία σειρά από τροποποιήσεις του, μελετώνται στα πλαίσια αυτής της εργασίας, προκειμένου να αποδειχθεί η συνέπειά του και να προταθούν περαιτέρω βελτιώσεις, αλλά και ιδέες για μελλοντική έρευνα.	el
heal.advisorName	Κουτσογιάννης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Παναγούλια, Διονυσία	el
heal.committeeMemberName	Μαμάσης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	215 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true