A study on the Mandra flash flood of 2017 using a coupled 1D/2D model (SWMM/P-DWave)

Ζαφειράκος, Νικόλαος; Zafeirakos, Nikolaos

dc.contributor.author	Ζαφειράκος, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Zafeirakos, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2020-12-09T09:57:18Z
dc.date.available	2020-12-09T09:57:18Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52416
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20114
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-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Συνδυαστικό 1D/2D μοντέλο	el
dc.subject	Αστική πλημμύρα	el
dc.subject	Μοντέλο πλημμυρικής κατάκλυσης	el
dc.subject	Περίοδος επαναφοράς	el
dc.subject	Επιπτώσεις	el
dc.subject	Coupled 1D/2D model	en
dc.subject	Urban flooding	en
dc.subject	Flood inundation model	en
dc.subject	Return period	en
dc.subject	Impacts	en
dc.title	A study on the Mandra flash flood of 2017 using a coupled 1D/2D model (SWMM/P-DWave)	en
dc.title	Μελέτη της πλημμύρας του 2017 στην Μάνδρα Αττικής με χρήση του συνδυαστικού 1D/2D μοντέλου (SWMM/P-DWave)	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Διαχείριση υδατικών πόρων	el
heal.classification	Water resources management	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-07-17
heal.abstract	The present thesis uses the 2D parallel diffusive wave model P-DWave coupled with the 1D Stormwater Management Model SWMM to simulate the flash flood of 2017 at the town of Mandra, Greece. The 2D overland model P-DWave uses an explicit finite volume solution for the simplified shallow water equations neglecting the inertial terms. The study area for the surface routing covers a total area (hydraulic simulation area) of 10.823 km2. The 1D closed conduit model consists of 51 nodes (26 of them are storages and the other 25 are outfalls) and 26 conduits with a total length of 10,106 meters. The good statistical evaluation (RMSE=0.494, NSE=0.871, MAE=0.362) of the maximum water depths at the checkpoints in conjuction with the very high percentage of 96.0% of the real flood extent compared to the recorded flood extent, validate the coupled 1D/2D model and its setup and indicate that P-Dwave is suitable for flash flood simulations. The refined DEM (building-block method (BB), elevation reduction at streets and flooded buildings, additional topographic maps and data) with a mesh resolution of 5 m, as a compromise between precision, accuracy and computational time, is unable to represent small features but is adequate for accurately modelling a flash flood even for narrow riverbed and streets. The model is applied to four rainfall scenarios (T=20, 50, 100 and 1000 years) where it is shown that the return period of the flood is over T=100 years and more precisely between T=235 and T=391 years. The coupled 1D/2D approach is mainly used to apply flood mitigation and protection strategies in areas of weakness (the main residential area and the main industrial area of Mandra) as well. The impact of proper maintenance of the closed conduits is low but not negligible. The implementation of private protection measures (raising fences to protect the flooded basements in the main industrial area) reduces the average maximum water depth by 58.1%, the flood extent by 48.5% and the flooding by 54.3% in the main industrial area. The impact of the extension of the rainfall zone over the flooded area is huge on the flood extent (increase by 255.2%) but moderate on the average maximum water depth (increase by 46.1%). The incorporation of a stream diversion and a retention pond (public works to protect the main residential area) leads to an important flood mitigation reducing all the parameters (average maximum depth, flood extent and flooding) in the main residentiall area but increasing them in the main industrial area. Finally, the comparison of 3 different scenarios, regarding public protection measures, with the basic Scenario for T=50 years proves that the model results are reliable and the solution to the flood problem requires diversion as well as stream canalisation works.	en
heal.abstract	Η παρούσα διατριβή χρησιμοποιεί το διδιάστατο (2D) παράλληλο μοντέλο διάχυσης κύματος P-DWave σε συνδυασμό με το μονοδιάστατο (1D) μοντέλο SWMM για την προσομοίωση της πλημμύρας του 2017 στην πόλη Μάνδρα της Αττικής. Η περιοχή μελέτης για την επιφανειακή διάβαση πλημμύρας καλύπτει συνολική έκταση (υδραυλική περιοχή προσομοίωσης) 10,823 km2. Το μονοδιάστατο μοντέλο κλειστού αγωγού αποτελείται από 51 κόμβους και 26 αγωγούς με συνολικό μήκος 10.106 μέτρα. Η καλή στατιστική αξιολόγηση (RMSE = 0,494, NSE = 0,871, MAE = 0,362) του μέγιστου βάθους νερού στα σημεία ελέγχου σε συνδυασμό με το πολύ υψηλό ποσοστό 96,0% της πραγματικής έκτασης πλημμύρας σε σύγκριση με την καταγεγραμμένη έκταση πλημμύρας, επικυρώνει το συνδυαστικό μοντέλο και υποδεικνύουν ότι το P-Dwave είναι κατάλληλο για προσομοιώσεις πλημμυρών. Το διορθωμένο ψηφιακό μοντέλο εδάφους με ανάλυση πλέγματος 5 μέτρων, ως συμβιβασμός μεταξύ ακρίβειας και υπολογιστικού χρόνου, είναι αδύνατον να αναπαραστήσει λεπτομέρειες αλλά είναι επαρκές για να μοντελοποιήσει επακριβώς μια ξαφνική πλημμύρα ακόμα και για κοίτες και οδούς μικρού πλάτους. Το μοντέλο εφαρμόζεται σε τέσσερα σενάρια βροχόπτωσης (T=20, 50, 100 και 1000 χρόνια) όπου φαίνεται ότι η περίοδος επαναφοράς της πλημμύρας υπερβαίνει τα 100 έτη και πιο συγκεκριμένα είναι μεταξύ 235 και 391 ετών. Η συνδυαστική 1D/2D προσέγγιση χρησιμοποιείται κυρίως για την εφαρμογή στρατηγικών μετριασμού πλημμυρών και αντιπλημμυρικής προστασίας σε περιοχές αδυναμίας (την κύρια κατοικημένη περιοχή και την κύρια βιομηχανική περιοχή της Μάνδρας). Η επίπτωση της κατάλληλης συντήρησης των κλειστών αγωγών είναι μικρή αλλά όχι αμελητέα. Η εφαρμογή μέτρων ιδιωτικής προστασίας (αύξηση φραχτών για την προστασία των πλημμυρισμένων υπογείων στην κύρια βιομηχανική περιοχή) μειώνει το μέσο μέγιστο βάθος νερού κατά 58,1%, την έκταση πλημμύρας κατά 48,5% και τις πλημμύρα κατά 54,3% στην κύρια βιομηχανική περιοχή. Η επίπτωση της επέκτασης της ζώνης βροχόπτωσης στην πλημμυρισμένη περιοχή είναι τεράστια στην έκταση πλημμύρας (αύξηση κατά 255,2%) αλλά μέτρια στο μέσο μέγιστο βάθος νερού (αύξηση κατά 46,1%). Η ενσωμάτωση μιας εκτροπής ρεμάτων και μιας δεξαμενής κατακράτησης (δημόσια έργα για την προστασία της κύριας κατοικημένης περιοχής) οδηγεί σε έναν σημαντικό μετριασμό της πλημμύρας μειώνοντας όλες τις παραμέτρους (μέσο μέγιστο βάθος, έκταση πλημμύρας και πλημμύρα) στην κύρια κατοικημένη περιοχή αλλά αυξάνοντάς τις στην κύρια βιομηχανική περιοχή. Τέλος, η σύγκριση 3 διαφορετικών σεναρίων, σχετικά με τα δημόσια μέτρα προστασίας, με το βασικό σενάριο για περίοδο επαναφοράς 50 έτη, αποδεικνύει ότι τα αποτελέσματα του μοντέλου είναι αξιόπιστα και ότι η λύση στο πρόβλημα πλημμύρας απαιτεί εκτροπή καθώς και έργα διευθέτησης κοίτης ρέματος.	el
heal.advisorName	Leandro, Jorge Eduardo Teixeira	en
heal.advisorName	Στάμου, Αναστάσιος	el
heal.committeeMemberName	Leandro, Jorge Eduardo Teixeira	en
heal.committeeMemberName	Στάμου, Αναστάσιος	el
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Disse, Markus	en
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	179 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false