Διερεύνηση της χωρικής και χρονικής κατανομής ισχυρών βροχοπτώσεων στην περιοχή της Αττικής

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά τη χωροχρονική κατανομή ισχυρών καταιγίδων σε διαφορετικές χωρικές και χρονικές κλίμακες. Η περιοχή μελέτης οριοθετείται από την υδρολογική λεκάνη του ποταμού Κηφισού Αττικής, όπου τα τελευταία χρόνια λειτουργεί ένα πυκνό δίκτυο βροχογράφων (ΜΕΤΕΟΝΕΤ), το οποίο παρέχει δεδομένα μικρής χρονικής κλίμακας. Η διαχείριση και επεξεργασία των βροχομετρικών δεδομένων έγινε με τη χρήση Συστήματος Γεωγραφικής Πληροφορίας (ArcMap), το οποίο προσφέρει τη δυνατότητα άμεσης εποπτείας της χρονικής εξέλιξης και της χωρικής κατανομής της βροχόπτωσης. Από όλα τα δεδομένα επιλέχθηκαν τα επεισόδια βροχόπτωσης που θεωρήθηκαν πιο έντονα, λαμβάνοντας υπόψη το μέγιστο ύψος βροχής ανά μονάδα χρόνου αλλά και τη χρονική διάρκεια ολόκληρου του επεισοδίου. Με χρήση της προσδιοριστικής μεθόδου χωρικής παρεμβολής των Σταθμισμένων Αντίστροφων Αποστάσεων (ΣΑΑ) ή αλλιώς Inverse Distance Weighted (IDW) τα σημειακά ύψη βροχής μετατράπηκαν σε επιφανειακά με αποτέλεσμα τη δημιουργία επιφανειών βροχής για χαρακτηριστικές χωρικές και χρονικές κλίμακες. Από τις επιφάνειες αυτές προέκυψαν τα μέγιστα ύψη βροχής, για κάθε κλίμακα που μελετήθηκε. Επιπλέον, μελετήθηκαν ορισμένα επεισόδια ως προς την χρονική τους μεταβλητότητά. Με βάση τα στοιχεία που προέκυψαν, υπολογίστηκε ο συντελεστής επιφανειακής αναγωγής φ για τις χρονικές και χωρικές κλίμακες που ερευνήθηκαν και έγινε η σύγκριση με αντίστοιχους που υπάρχουν στη βιβλιογραφία. Εξήχθησαν κάποια συμπεράσματα σχετικά με την εξάρτηση του συντελεστή από τη διάρκεια βροχόπτωσης, την επιφάνεια, αλλά κυρίως την περίοδο επαναφοράς και δημιουργήθηκαν εξισώσεις που προβάλλουν τη σχέση του συντελεστή επιφανειακής αναγωγής με την ένταση της βροχής για την περιοχή μελέτης. Τέλος, επιχειρήθηκε η δημιουργία καμπυλών έντασης–διάρκειας–έκτασης–περιόδου επαναφοράς, που αποτελούν μαθηματικές σχέσεις που συνδέουν την ένταση της βροχόπτωσης και με την χωρική κλίμακα εκτός από την διάρκεια και την περίοδο επαναφοράς. Η έρευνα αυτή προσφέρει μια πρώτη προσέγγιση που απαιτεί όμως πιο επισταμένη και ενδελεχή περεταίρω διερεύνηση. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν αν και προκαταρκτικά είναι σημαντικά και μπορούν να βρουν χρήσιμες εφαρμογές.

The present diploma thesis examines the time and spatial distribution of intense rainfall in different scales (both in time and space). The study area is located in the watershed of Kifisos River of Attica in Greece, where a dense network of rain gauges (METEONET), which provides data of small time scale, is planted. The management and processing of rainfall data was performed using the GIS (ArcMap), which enables direct monitoring of temporal evolution and spatial distribution of rainfall. Rainfall events, that were the most intense considering the maximum rainfall and the duration of the entire episode, were selected. The point rain heights were later converted into surface rainfall using the deterministic method of spatial interpolation Inverse Distance Weighted (IDW). As a result rainfall surfaces of different temporal and spatial scales were formed. Thus, it was possible to estimate the maximum rainfall for each spatial and temporal scale studied. Moreover, some episodes were studied in terms of temporal variability. Based on the exported data, the areal reduction factor (ARF) was estimated for the various temporal and spatial scales and was compared with the corresponding empirical factor in bibliography. The reduction factor derived from this analysis shows a power–law decay with respect to the area and an increase with respect to the duration of the storm. A weak, but significant decrease of the areal reduction factor with respect to the return period is also shown and this result is consistent with that of some recent studies on this topic. Equations, that show the relationship between the ARF and the intensity of rainfall for the study area, were made. Finally, functions were developed, that relate the rainfall intensity over an area and a duration with the frequency of occurrence. The curves that describe this relation are known as intensity–duration–area–frequency (IDAF) curves. This is a first approach, which requires more careful and thorough further investigation. A more extensive analysis of observed rainfall fields is needed, to state the dependence. The results obtained are preliminary but important and can find useful applications.