Κατάρτιση πλημμυρικών χαρτών σύμφωνα με την οδηγία 2007 / 60 / ΕΕ. Εφαρμογή στη λεκάνη του Σπερχειού

Abstract

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας αναπτύσσεται η διαδικασία της υδρολογικής και υδραυλικής προσομοίωσης της λεκάνης απορροής και του ποταμού αντίστοιχα, με σκοπό την σύνθεση χαρτών πλημμυρικής επικινδυνότητας και πλημμυρικού κινδύνου. Η επίτευξη αυτού του στόχου κατέστη εφικτή με την χρήση του λογισμικού HEC-HMS για την υδρολογική προσομοίωση και HEC-RAS για την υδραυλική προσομοίωση. Για την προεπεξεργασία των αρχικών δεδομένων και την οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων υπό μορφή χαρτών, τα προγράμματα αυτά συνδέονται με το σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών ArcGIS, με την χρήση των αντίστοιχων εργαλειοθηκών HEC-GeoHMS και HEC-GeoRAS. Η διαδικασία, που ακολουθήθηκε στην παρούσα εργασία, περιγράφεται συνοπτικά με τα εξής βήματα:  Συλλογή και επεξεργασία αρχικών δεδομένων. Ως αρχικά δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν το ψηφιακό μοντέλο εδάφους, ο γεωλογικός χάρτης, ο χάρτης χρήσεων γης, η υδρολογική πληροφορία κλπ.  Υδρολογική προσομοίωση της λεκάνης απορροής για την εκτίμηση των πλημμύρων σχεδιασμού για τέσσερις διαφορετικές περιόδους επαναφοράς.  Υδραυλική προσομοίωση του ποταμού για την εκτίμηση των πιεζομετρικών βαθών και της γραμμής ενέργειας.  Σύνθεση πιεζομετρικών χαρτών και χαρτών πλημμυρικής κατάκλυσης  Σύνθεση χαρτών κινδύνου της πλημμύρας σχεδιασμού με χρήση του χάρτη ειδών καλλιέργειας του Οργανισμού Πληρωμών και Κοινοτικών Ενισχύσεων Προσανατολισμού και Εγγυήσεων. Η περιοχή μελέτης που επιλέχθηκε, είναι η ανάντη λεκάνη απορροής του ποταμού Σπερχειού με έκταση 1128.7 km2. Ως αρχικά δεδομένα για την περιοχή μελέτης, αποκτήθηκαν το ψηφιακό μοντέλο εδάφους με ανάλυση φατνίου 25 x 25 m, ο χάρτης χρήσεων γης, ο γεωλογικός χάρτης και λόγω έλλειψης βρομετρικής πληροφορίας χρησιμοποιήθηκαν οι όμβριες καμπύλες που διατίθενται για την περιοχή. Με την ολοκήρωση της προεπεξεργασίας των αρχικών δεδομένων, δημιουργούνται τα αρχεία εισόδου για την υδρολογική προσομοίωση. Το υδρολικό μοντέλο που δημιουργείται αποτελείται από 11 υπολεκάνες και ποταμούς μέχρι 3ης τάξης. Η εκτέλεση του υδρολογικού μοντέλου ολοκληρώνεται για τέσσερις περιόδους επαναφοράς (10, 100, 500, 1000) και τα προϊόντα αυτής της διαδικασίας είναι τα πλημμυρογραφήματα σχεδιασμού για κάθε υπολεκάνη και οι αντίστοιχοι όγκοι πλημμύρας αυτών. Εν συνεχεία, εκτελείται η υδραυλική προσομοίωση, στην οποία επιλέγεται ένα τμήμα του ποταμού για περαιτέρω επεξεργασία. Οι υπολογισμοί ολοκληρώνονται για τις ίδιες περιόδους επαναφοράς και σε συνθήκες μόνιμης ροής. Εξαγόμενο αποτέλεσμα της υδραυλικής προσομοίωσης είναι ο υπολογισμός της πιεζομετρικής επιφάνειας του ποταμού για κάθε περίοδο επαναφοράς. Για την σύνθεση των πιεζομετρικών χαρτών, αντιπαραβάλλονται η πιεζομετρική επιφάνεια, όπως προέκυψε από την υδραυλική προσομοίωση, με το ψηφιακό μοντέλο εδάφους και υπολογίζονται τα βάθη του νερού. Με τον τρόπο αυτό, ορίζονται και τα ακριβή όρια της κατάκλυσης της πλημμύρας. Η διαδικάσια αυτή γίνεται και για τις τέσσερις περιόδους επαναφοράς και συγκρίνονται τα αντίστοιχα αποτελέσματα. Τέλος, εκπονούνται οι χάρτες κινδύνου πλημμύρας, όπου η σύνθεσή του γίνεται εφικτή με τον συνδυασμό των πολυγώνων της πλημμυρικής κατάκλυσης, που προέκυψαν από το προηγούμενο στάδιο, και τον χάρτη ειδών καλλιέργειας στην περιοχή μελέτης. Υπολογίζονται οι εκτάσεις από κάθε καλλιέργεια που κατακλύζεται από την πλημμύρα και αναφέρονται οι επιπτώσεις του νερού στην κύρια καλλιέργεια που υπάρχει στην περιοχή. Συμπερασματικά, η παρούσα εργασία δίνει μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία για την εκπόνηση χαρτών πλημμυρικής επικινδυνότητας και κινδύνου, όπως ορίζεται και από την Οδηγία 2007 / 60 / ΕΕ. Συμβάλλει καίρια στην πρόβλεψη και πρόληψη των δυσμενών επιπτώσεων των πλημμυρών. Με προτεινόμενη μετεξέλιξη της εργασίας στην κατεύθυνση της εκτίμησης του κόστους των ζημιών και ενός διαχειριστικού σχεδίου του κινδύνου πλημμυρών θα αποτελέσει ένα ολοκληρωμένο σχέδιο πρόβλεψης, πρόληψης και αντιμετώπισης των πλημμυρικών φαινομένων και των ζημιών που ενδέχεται να προκαλέσουν.

1. Introduction The Aim of present postgraduate thesis is the hydrologic simulation of basin and the hydraulic simulation of corresponding part of river. The final result of the thesis is the flood hazards maps for this region. The region that was selected for the simulation is the upper basin of Sperhios river. It is essential for this work to present the process that is followed for the development of flood maps and for this is given a grate consideration in the methodology of simulations. Concisely, the methodology, that is developed, focuses in the following points: • Process of geographic information in given digital elevation model of study region, in order to delimitation basic geometric and topographic elements of basin and river. • Calculation of her hydrologic response in the study basin and the export hydrographic network. • Analysis of river, that has been selected, aiming at the determination of geometric elements of this. • Hydraulic simulation for the selected river in permanent conditions. • Use of hydraulic simulation results to compose piezometric and flood hazards maps. 2. Case study Administratively Sperhios basin belongs in the Prefecture Fthiotida where it is also the seat of region of Sterea Hellas and has seat in the city of Lamia. The region of study is the upper basin of river Sperhios. The extent of basin is 1128.7 km2 and it is separated in 11 sub basin. The hydrographical network of upper basin of Spercheioy is characterized by small number of characteristic streams, low penetrability and high rate of flow. The bigger medium monthly flows are observe from November until April (64.6 – 132.6 hm3) while smallest are observe from July until September (9.4 – 15.9 hm3. Main river length was 50802 m, as they were calculated with the help of ArcMap program. In study region is observed intense bas-relief with intense and step slope, that they give in the river a mountainous-ephemeral character, with acute peaks of floods. More concretely, in the bigger amount of upper Sperhios basin the slope is very intense, while in the river main watercourse of river slope are very mild. 3. Hydrologic simulation The hydrologic simulation constitutes a process of depiction of hydrologic characteristics of a region in order to calculate flood hydrograph of Sperhios basin of for various return of periods. This process is achieved with the use of programs HEC- Subbasin GeoHMS and HEC-HMS. More concretely, HEC-GeoHMS constitutes a toolbox inside ArcMap environment. It prepares entry data for the hydrologic simulation. Illustrates the territorial information determining the form of river, the subbasin that takes shape as well as other characteristics of Sperhios basin. This data are imported in the HEC-HMS in order to modelling the hydrologic characteristics of uper part of Sperhios. The results correspond to floods with return period T=10, T=100, T=500 and T=1000 years, as it is also fixed by the European Directive on her floods 2007/60. However, is given the possibility of review the results of each hydrologic simulation for subbasin and for each part of riveIs observed an over-estimation of calculated flood volumes and peak discharged comparatively with corresponding results of older hydrologic study. It was considered advisable to calibrate the model for the parameters of this. In Fingure 3 appear also final flood hydrograph in the exit of upper basin of Sperhios that is examined in the present Thesis 4. Hydraulic simulation The hydraulic simulation of study area is achieved with the use of HEC-GeoRAS and HEC-RAS programs. Aim of this process is also the calculation of piezometric depths, energy line and floodplain maps. More analytically, the program HEC-GeoRAS creates the entry files for the simulation. Substantially it prepares the initial data in order to design the suitable geometric model. Digital elevation model of the study area import as initial data. En continuity, geometric model that emanated from the pretreatment of initial data is imported in the HEC-RAS. With the help of hydrologic file, that resulted from the hydrologic simulation, are calculated the piezometric depths and the lines of energy at river. 5. Flood maps Final product of hydraulic simulation of Sperhios river constitutes the composition of flood maps These constitute a graphic depiction of results of design floods, where they provide information about the piezometric surface of river, the limits floodplain and the corresponding water depth. For flood maps were used HEC-RAS and HEC-GeoRAS. The process that is followed for the export of maps, via the programs, is the following: • Export of results in the HEC-RAS • Composition of piezometric maps • Composition of floodplain maps 6. Flood risk map The composition of Flood risk map is materialized with the combination of floodplains with land use map. Therefore, is calculated the potential damage from flood. Follow the flood risk map for 100 years flood. 7 Conclusions The present thesis ends with the following conclusions: • Hec-hms overestimates the results of hydrologic simulation • In the hydraulic simulation is required densification of cross-sections of river for the better representation of this and for more precise results. • Is not observed great deviations in extents between floodplains for the various return periods • The softwares that were used constitute economically, functionnal, reliable tools and proposed for the calculation of floodplain and the design of flood map • Alogical recommendation for the thesis’ continuation could be the development of a flood management too.