Ανάλυση και αξιολόγηση δορυφορικών δεδομένων βροχόπτωσης στη λεκάνη απορροής της Καρύταινας

Σάββας, Γεώργιος; Savvas, Georgios

dc.contributor.author	Σάββας, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Savvas, Georgios	en
dc.date.accessioned	2024-03-27T09:08:43Z
dc.date.available	2024-03-27T09:08:43Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59059
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26755
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	Βροχή - απορροή	el
dc.subject	Δορυφορικές εκτιμήσεις βροχόπτωσης	el
dc.subject	Συγκεντρωτικό μοντέλο	el
dc.subject	Κατανεμημένο μοντέλο	el
dc.subject	Καρύταινα	el
dc.subject	Rainfall - runoff	en
dc.subject	Satellite precipitation estimates	en
dc.subject	Lumped model	en
dc.subject	Distributed model	en
dc.subject	Karytaina	en
dc.title	Ανάλυση και αξιολόγηση δορυφορικών δεδομένων βροχόπτωσης στη λεκάνη απορροής της Καρύταινας	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υδρολογία	el
heal.classification	Hydrology	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-11-01
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας Μεταπτυχιακής Εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη και εφαρμογή ενός συγκεντρωτικού και ενός πλήρως κατανεμημένου μοντέλου βροχής - απορροής για την προσομοίωση πέντε ιστορικών επεισοδίων βροχής που οδήγησαν σε πλημμυρικά επεισόδια. Η ανάλυση εφαρμόζεται στη λεκάνη απορροής της Καρύταινας, εμβαδού 879 km2. Πρόκεται για μία υπολεκάνη του Αλφειού ποταμού που εντάσσεται στο μεγαλύτερο τμήμα της στην ΠΕ Αρκαδίας. Για την ανάλυση αξιοποιήθηκαν οι μετρήσεις από τους γειτονικούς σταθμούς. Στο κατανεμημένο μοντέλο, αυτές ανάγονται σε όλη την έκταση της λεκάνης απορροής με τη χρήση της μεθόδου Inverse Distance Weighting (IDW), ενώ στην περίπτωση του συγκεντρωτικού μοντέλου πραγματοποιήθηκε επιφανειακή ολοκλήρωση της βροχής, μέσω των πολυγώνων Thiessen. Τα πρωτογενή δεδομένα της βροχής είναι ανά δεκάλεπτο, ενώ οι παροχές ανά εικοσάλεπτο. Οι τιμές της βροχής και των παροχών ανήχθησαν στη μία ώρα, έτσι ώστε να είναι άμεσα συγκρίσιμες με τις αντίστοιχες εκτιμήσεις των δορυφορικών δεδομένων. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης και εκτιμήσεις βροχόπτωσης από το National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), του προγραμμάτος Climate Prediction Center Morphing (CMORPH). Οι εκτιμήσεις αυτές είναι ωριαίες σε μορφή κανάβου μεγέθους 0.25×0.25o. Η δεύτερη πηγή δορυφορικών εκτιμήσεων διατίθεται από τη NASA και χρησιμοποιείται η αποστολή GPM Imerg V06 Final Precipitation L3 . Η ακρίβεια τους είναι μεγαλύτερη καθώς πρόκειται για μισάωρες εκτιμήσεις σε κελιά 0.1×0.1o.Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS) λαμβάνοντας υπόψη το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (DEM), ενώ οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν στο υδρολογικό πρόγραμμα HEC-HMS. Ως κατανεμημένο μοντέλο εφαρμόστηκε το ModClark, έτσι ώστε να υπολογιστούν η άμεση απορροή και διόδευση της πλημμύρας, ενώ για την εκτίμηση των απωλειών βροχόπτωσης η μέθοδος Gridded SCS Curve Number. Στο συγκεντρωτικό μοντέλο αντίστοιχα οι απώλειες εκτιμήθηκαν με βάση τη μέση τιμή Curve Number, για όλη τη λεκάνη απορροής, λαμβάντας υπόψη το γεωλογικό χάρτη της περιοχής. Επειδή είναι γνωστό το Μοναδιαίο Υδρογράφημα (ΜΥΓ) της λεκάνης από τη ΔΕΗ, εφαρμόστηκε το ModClark, αυτή τη φορά θεωρώντας μηδενικές απώλειες, έτσι ώστε να βαθμονομηθούν ο χρόνος συγκέντρωσης και η αποθηκευτικότητα της λεκάνης και στη συνέχεια οι τιμές που προέκυψαν θεωρήθηκαν σταθερές για όλα τα επεισόδια που εξετάστηκαν. Επιπλέον, με βάση το παρατηρημένο ΜΥΓ, κατασκευάστηκε το ΜΥΓ μέσω ισόχρονων καμπυλών. Εφόσον και απορροή είναι γνωστή για κάθε επεισόδιο, το συγκεντρωτικό και κατανεμημένο μοντέλο με επίγειους σταθμούς βαθμονομήθηκαν επίσης, έτσι ώστε να προσομοιάζουν όσο το δυνατόν περισσότερο τις παρατηρημένες τιμές, με στοχική συνάρτηση τη μεγιστοποίηση του συντελεστή Nash - Sutcliffe. Οι ίδιες τιμές χρησιμοποιήθηκαν και για το κατανεμημένο μοντέλο που λάμβανε ως τιμές εισόδου τις δορυφορικές εκτιμήσεις και οι προσομοιώσεις εκτελέστηκαν σε χρονικό βήμα μίας ώρας. Μέσω των προσομοιώσεων στην περιοχή μελέτης απεδείχθει ότι το κατανεμημένο μοντέλο είναι πιο αποδοτικό σε σχέση με το συγκεντρωτικό. Στα περισσότερα επεισόδια παρατηρήθηκε ότι τα αποτελέσματα διέφεραν αρκετά ως προς το χρόνο αιχμής, την παροχή αιχμής, το συνολικό όγκο νερού και το συνολικό ύψος βροχόπτωσης, καθώς στις δορυφορικές εκτιμήσεις υπεισέρχονται πολλά σφάλματα και για το λόγο αυτό τα δορυφορικά δεδομένα διορθώθηκαν με τους επίγειους σταθμούς, με τη μέθοδο Mean Field Bias Correction (MFBC), σε ωριαία βάση. Η διόρθωση ήταν επιτυχής, καθώς η αποδοτικότητα του μοντέλου μετά τη διόρθωση βελτιώθηκε αισθητά και στα πέντε επεισόδια που εξετάστηκαν.	el
heal.abstract	The subject of this Master Thesis is the development and implementation of a lumped and a fully distributed rainfall - runoff model, for the simulation of five historical rainfall episodes, which caused flood events. The analysis is applied to the Karytaina water basin, a subbasin of Alfeios river, with an area of 879 km2. Karytaina basin is located in the regional unit of Arcadia. Historical rainfall data from neighboring ground stations were used. In the distributed model rainfall was interpolated in the whole basin, by using the Inverse Distance Weighting (IDW) method, while in the lumped model a single rainfall value was calculated through the Thiessen polygons. The available rainfall data have ten-minute time step and the discharge data have a twenty-minute time step. The rainfall and discharge values were converted to a one-hour time step, so that they could be directly comparable to the estimates of satellite data. Gridded precipitation satellite estimates were also used. The National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Climate Prediction Center Morphing (CMORPH) Program was used. These estimates are hourly, with a cell size of 0.25 × 0.25o. The second source of satellite estimates is available from NASA, namely the GPM IMERG V06 Final Precipitation L3. Their resolution is greater, as they are half-hour gridded estimates in cells of 0.1 × 0.1o. For the purpose of the study, Geographical Information Systems (GIS) techniques were used, by taking the Digital Elevation Model (DEM) into account, while the simulations were carried out on the HEC-HMS hydrological program. Regarding the distributed model, ModClark was applied for the direct runoff calculation and routing, while the losses were calculated from the Gridded SCS Curve Number method. Respectively, in the lumped model the average SCS Curve number was applied, as a loss method. In both models, the geological map of the area was used to estimate SCS Curve number values. The unit hydrograph (UH) of the basin was provided by Public Power Corporation of Greece and since it is a given, the ModClark model was applied, considering zero losses, to calibrate the time of concentration and the watershed storage coefficient. Then, the calculated values were considered constant for all the examined events. Also by using the observed (UH) and GIS techniques a new UH was created and calibrated manually, through isochrones curves. Since the runoff was known for each episode, the lumped and distributed models with rain gauges were calibrated to resemble the observed values as much as possible. The objective of these simulations was the maximization of Nash - Sutcliffe coefficient. The calibrated values were also used for the distributed model, which received satellite gridded rainfall estimates as an input and the simulations were executed in a one - hour time step. Through the simulations in the study area, it turned out that the distributed model was more efficient than the lumped model. In most cases examined, the values of the time of peak discharge, the peak discharge, the total water volume and the precipitation height were found to differ greatly, when compared to the ground measurements. Such a case was expected, since satellite estimates suffer from many errors and therefore they were adjusted, by considering a Mean Field Bias Correction (MFBC) coefficient, on an hourly basis. The corrections applied seemed to be successful, as the efficiency of the model was significantly improved in all events.	en
heal.advisorName	Μπαλτάς, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μπαλτάς, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Μαμάσης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	149 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false