Υλοποίηση μεθοδολογικού πλαισίου για την κατάρτιση χαρτών πλημμύρας. Εφαρμογή στο Σαρανταπόταμο Ελευσίνας

Abstract

Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εξετάζεται, η διαδικασία της υδρολογικής προσομοίωσης λεκάνης απορροής ποταμού, της μετέπειτα υδραυλικής προσομοίωσης τμήματος υδατορεύματος και τελικά η εξαγωγή χαρτών πιεζομετρικών βαθών και χαρτών πολυγώνων πλημμυρικής κατάκλυσης. Τα λογισμικά που χρησιμοποιήθηκαν είναι το υδρολογικό μοντέλο HEC-HMS και το υδραυλικό μοντέλο HEC-RAS, σχεδιασμένα από το Σώμα Μηχανικών του Αμερικανικού Στρατού. Το πρώτο εφαρμόζεται για την προσομοίωση των διεργασιών βροχόπτωσης-απορροής σε λεκάνες απορροής, ενώ το δεύτερο επιτρέπει τη μονοδιάστατη ανάλυση και την προσομοίωση φυσικών υδατορευμάτων ή τεχνητών συστημάτων. Η προεπεξεργασία των δεδομένων επιτυγχάνεται με το σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών ArcGis και συγκεκριμένα με τις επεκτάσεις αυτού HEC-GeoHMS και HEC-GeoRAS. Αρχικά, επιλέχθηκε η περιοχή μελέτης, ήτοι 200 km2, της λεκάνης απορροής του Σαρανταπόταμου στην Ελευσίνα για την υδρολογική προσομοίωση και περίπου 20 km του βόρειου κλάδου του ποταμού για την υδραυλική προσομοίωση σε συνθήκες μόνιμης ροής. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε η συλλογή πρωτογενών δεδομένων, δηλαδή, το ψηφιακό μοντέλο εδάφους, οι χάρτες χρήσεων γης και ο γεωλογικός χάρτης. Ακολούθησε η υδρολογική προσομοίωση της λεκάνης μελέτης, για τρεις περιόδους επαναφοράς Τ=20, 100, 1000 έτη, και ενός παρατηρημένου επεισοδίου βροχής (06/02/12-10/02/12). Αρχικά, λόγω έλλειψης βροχομετρικών δεδομένων, έγινε προσεγγιστική εκτίμηση του υδρολογικού καθεστώτος μέσω όμβριων καμπυλών που ισχύουν για την περιοχή. Η υδρολογική προσομοίωση έδωσε ως τελικά εξαγόμενα, πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού για κάθε υπολεκάνη της περιοχής μελέτης και για κάθε περίοδο επαναφοράς τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για την υδραυλική προσομοίωση του ποταμού. Η υδραυλική προσομοίωση της ροής κατά μήκος του ποταμού σε συνθήκες μόνιμης ροής εξάγει τελικά τις γραμμές ενέργειας και τα πιεζομετρικά βάθη για κάθε περίοδο επαναφοράς και για την παρατηρημένη βροχόπτωση. Τα τελικά αποτελέσματα της προσομοίωσης αυτής δίνουν τις πιεζομετρικές επιφάνειες οι οποίες συγκρινόμενες με το ψηφιακό μοντέλο εδάφους υπολογίζουν τα βάθη του νερού. Η χαρτογράφηση της πλημμύρας πραγματοποιείται σε περιβάλλον ArcGis (HEC-GeoRAS), με τη σχεδίαση των πιεζομετρικών επιφανειών και τελικά τον ορισμό των πολυγώνων πλημμυρικής κατάκλυσης. Παρατηρούνται μικρές διαφορές στις εκτάσεις των πλημμυρικών πεδίων για τις τρείς περιόδους επαναφοράς και για το παρατηρημένο επεισόδιο βροχόπτωσης (έως 1 km2). Η εκπόνηση χαρτών πλημμυρικής επικινδυνότητας που πραγματεύεται η εν λόγω εργασία αποτελεί ουσιαστικό κομμάτι εφαρμογής της Οδηγίας 2007/60/ΕΚ για τη διαχείριση του πλημμυρικού κινδύνου. Η ολοκληρωμένη προσέγγιση αξιολόγησης των πλημμυρών πραγματοποιείται με την εκπόνηση χαρτών κινδύνων πλημμύρας όπου περιγράφονται οι δυσμενείς επιπτώσεις πλημμύρας, μια πιθανή μετέπειτα εξέλιξη της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας.

In this postgraduate thesis, entitled as, “Implementation of a methodological framework for mapping flood inundation in Sarantapotamos river basin”, the process of hydrological river basin simulation, the hydraulic simulation of a stream section and finally the export of piezometric flood depth maps and flood depth polygon maps are examined. The study was accomplished through the use of the software developed by the Hydrologic Engineering Center of the U.S. Army Corps of Engineers, specifically the hydrological model HEC-HMS and hydraulic model HEC-RAS. The first, applied to simulate rain-runoff processes in river basins, while the second allows the one-dimensional analysis and simulation of natural water courses or artificial systems. The preprocessing of the data obtained with the geographical information system ArcGis and specifically with ArcGis extensions, HEC-GeoHMS and HEC-GeoRAS.