Εκτίμηση πλημμυρικού κινδύνου σε αστικές λεκάνες απορροής: Η περίπτωση των λεκανών Νέου Ψυχικού- Χαλανδρίου

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εκτίμηση του πλημμυρικού κινδύνου σε αστικές λεκάνες απορροής. Ως περιοχή μελέτης, επιλέχθηκε η περιοχή Νέου Ψυχικού-Χαλανδρίου στο λεκανοπέδιο Αττικής. Έχοντας ως υπόβαθρο πρόσφατη υδραυλική μελέτη της περιοχής και με τη χρήση του λογισμικού SWMM, μοντελοποιήθηκε σύστημα αποχέτευσης ομβρίων και διερευνήθηκε η υδραυλική συμπεριφορά του κατά την εφαρμογή διαφορετικών πλημμυρικών γεγονότων, διαφόρωνν διαρκειών και περιόδων επαναφοράς αλλά και πραγματικών δεδομένων βροχής για μια σειρά δεκαπέντε ετών. Για την προσομοίωση του συστήματος χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος του δυναμικού κύματος, που προσεγγίζει στον καλύτερο δυνατό βαθμό τις πραγματικές συνθήκες, αφού στηρίζεται στην εφαρμογή της θεωρίας της μη μόνιμης ροής σε ανοικτούς αγωγούς. Αρχικό στάδιο της μοντελοποίησης αποτέλεσε ο σχεδιασμός των ορίων των αστικών λεκανών, σύμφωνα με το φυσικό υδρογραφικό δίκτυο αλλά και το πολεοδομικό σχέδιο της περιοχής ενώ, στη συνέχεια, εισήχθησαν στο λογισμικό όλα τα φρεάτια, οι αγωγοί και τα τελικά σημεία εκβολής του αποχετευτικού δικτύου, με τα πλήρη υδραυλικά τους χαρακτηριστικά. Τα γεγονότα βροχόπτωσης εφαρμόστηκαν στο μοντέλο με βάση δύο διαφορετικές μεθοδολογίες. Η πρώτη περιλαμβάνει τη χρήση συνθετικών υετογραμμάτων για διάρκειες 1, 3, 6, 12 ώρες και 5, 10, 25, 50, 100, 1000 και 10000 έτη με χρονικό βήμα δέκα λεπτών, με βάση την ενιαία εξίσωση ομβρίων καμπυλών του νοτιοανατολικού σταθμού της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου. Η δεύτερη περιλαμβάνει τα υετογράμματα που συντέθηκαν με βάση τα πραγματικά δεδομένα βροχόπτωσης για τα υδρολογικά έτη από το 1994 έως το 2009, τα οποία είχαμε στη διάθεση μας επίσης από μετρήσεις στον μετεωρολογικό σταθμό της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου και σε αυτή την περίπτωση με χρονικό βήμα δέκα λεπτών. Η ανάγκη λεπτομερούς μελέτης της απόκρισης των αστικών λεκανών κατά τη διάρκεια μεγάλων και ισχυρών γεγονότων βροχόπτωσης μας οδήγησε από την αρχή στην θεώρηση και κατασκευή ενός πολυπλοκότερου αποχετευτικού συστήματος, του δυαδικού, το οποίο αποτελείται από δύο παράλληλα δίκτυα, ένα δίκτυο υπόγειων αγωγών και ένα δίκτυο επιφανειακών ανοικτών αγωγών τυπικής διατομής αυτής των δρόμων. Έτσι, σε περίπτωση που πλημμυρίσει το υπόγειο δίκτυο, κάτι που ενδεχομένως να συμβεί με την εφαρμογή πλημμυρικών φαινομένων μεγάλων περιόδων επαναφοράς, οπότε πολλοί αγωγοί αναμένεται να υπερφορτιστούν και να πλημμυρίσουν, η ροή θα πραγματοποιείται στο επιφανειακό. Η διερεύνηση εστιάζει στα εξής θέματα: (α) Παραγωγή υδρογραφημάτων απορροής στην έξοδο του συστήματος για όλα τα πλημμυρικά γεγονότα και των δύο μεθοδολογιών (β) Προσδιορισμός υδραυλικών μεγεθών για κάθε αγωγό του δικτύου κάθε χρονική στιγμή του γεγονότος βροχόπτωσης καθώς υπάρχει δυνατότητα καταγραφής των αποτελεσμάτων μέχρι και ανά 1 s, (γ) Διόδευση της πλημμύρας τόσο για μικρά όσο και μεγάλα γεγονότα βροχόπτωσης αλλά και διόδευση για τις βροχοπτώσεις που συντέθηκαν με βάση τις πραγματικές διαθέσιμες μετρήσεις. Το τελευταίο πραγματοποιήθηκε για ερευνητικό σκοπό για να υπολογιστεί απευθείας το μέγεθος που μας ενδιαφέρει, η παροχή αιχμής στην έξοδο της λεκάνης. Γι’ αυτό στη συνέχεια, ακολούθησε στατιστική ανάλυση των παροχών αιχμής στη έξοδο του συστήματός μας με βάση δύο κατανομές που είναι κατάλληλες για την περιγραφή υδρολογικών μεταβλητών , την Gumbel τύπου Ι (μεγίστων) και την Log- Pearson III. Αυτό κατέστη εφικτό και με τη χρήση του λογισμικού «Hydrognomon». Η επεξεργασία αυτή είχε ως στόχο να εκτιμήσει τα μεγέθη των μεγίστων παροχών για τις αντίστοιχες περιόδους επαναφοράς της κλασικής μεθοδολογίας. Η όλη διερεύνηση αυτή είχε ως τελικό στόχο να γίνει η σύγκριση μεταξύ των δύο μεθοδολογιών και να προσδιοριστούν οι διαφορές των εκτιμήσεων των παροχών που προκύπτουν.

The aim of this study is the assessment of flood hazard in urban basins Psichiko and Chalandri that lie within the Attica water district. Based on data from a recent hydraulic study of the above areas and with the aid of SWMM software, the stormwater drainage system was modeled and its hydraulic performance was studied for flood events of different durations and recurrence intervals but also for flood events based on real historical data that were available. For the simulation of the system, the dynamic wave method was applied. The latter provides the best approximation of the system operation since it is based on the theory of unsteady flow in open channels. First, the urban sub-basins were delineated based both on the natural, hydrographic network and the man-made drainage system in the area. Afterwards, all the manholes, conduits and outfalls of the drainage system were inserted in the software package together with their hydraulic characteristics. Design hyetographs for rainfall events were constructed based on two different methods. These were constructed with durations of 1, 3, 6, and 12 h, and recurrence intervals of 5, 10, 25, 50, 100, 1000 and 10000 years. The time step was 10 minutes and the generalized equation of IDF curves of the northeastern meteorological station of NTUA campus in Zographos (Athens) was used. Secondly, hyetographs were constructed with the historical data of rainfall depths, which were taken from the northeastern meteorological station of NTUA campus in Zographos (Athens) too. Regarding flood events of larger recurrence intervals, some conduits are surcharged and manholes are expected to become flooded. In order to study these phenomena, a more complicated drainage system, called the dual drainage system was used. This consists of two parallel networks, a network of underground pipes and a network of open, surface channels whose cross sections coincide with those of a typical street. Cross sections of gutters represent the surface “channel” through which water would flow if the pipe system were surcharged and flooded the street. The dual drainage system was investigated through a series of computational steps: (a) discharge hydrographs at the outlet of the system were estimated (b) hydraulic quantities, for every conduit of the network, during the rainfall event, (even 1 s can be used as time interval for reporting results), (c) hydraulic routing was performed for both minor and major rainfall events and as well as for rainfall events that come from the second construction method. The latter was performed for research purposes to calculate directly the maximum discharge at the outflet of our system. In addition, a statistical analysis of the maximum flow was accomplished, based on two probability distributions for extreme flood events in hydrology, i.e, the Gumbel distribution for maxima (type I) and the Log-Pearson III distribution. This was made possible thanks to the use of the “Hydrognomon” software. The aim of this processing was to estimate the rates of maximum flow for each recurrence intervals in every case. The isultimate goal of this investigation’s was to compare the results of the above methods for estimating peak discharge.