ΥΔΡΟΛΟΓΙΑ & ΔΥΠ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ 2016 ΥΔΡΟΛΟΓΙΑ & ΔΥΠ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ Δρ. Παύλος Μεγαλοβασίλης

2 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΖΑΚΥΝΘΟΥ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΑΣ & ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Δρ. Παύλος Μεγαλοβασίλης ΖΑΚΥΝΘΟΣ

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1. Ορισμός Υδρολογίας Η Υδρολογία είναι βασικά η επιστήµη του νερού και είναι διεθνής όρος που όμως ετυμολογικά προκύπτει από την συνένωση των αρχαίων ελληνικών λημμάτων Ύδωρ+Λόγος (ή Λόγια = λόγος, ομιλία), δηλαδή αυτός που μελετάει και «μιλάει» για το νερό. Όμως η σύγχρονη υδρολογία δεν μελετάει όλες τις ιδιότητες του ύδατος αλλά ενδιαφέρεται κυρίως για τη κατανομή των υδάτων στην επιφάνεια της γης και τη μετακίνηση τους πάνω και κάτω από την γήινη επιφάνεια αλλά και την ατμόσφαιρα. Η υδρολογία ως επιστήµη του γήινου νερού περιλαμβάνει την εµφάνιση, κυκλοφορία και κατανοµή του, τις χηµικές και φυσικές ιδιότητές του και τις σχέσεις του µε το περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένου και του έµβιου κόσμου. Σύµφωνα µε τον παραπάνω ορισµό, γενικό αντικείµενο της υδρολογίας είναι η ύπαρξη και η συμπεριφορά του νερού, οπουδήποτε στη γη κι αν βρίσκεται αυτό και σε οποιαδήποτε μορφή (υγρή, στερεά ή αέρια). Το έργο της Υδρολογίας στην πραγματικότητα είναι η εμπεριστατωμένη μελέτη του γλυκού νερού με στόχο τη σωστή και αειφόρο διαχείριση των υδατικών πόρων και την αντιμετώπιση προβλημάτων όπως η λειψυδρία, η ξηρασία, οι πλημμύρες και άλλες φυσικές ή ανθρωπογενείς καταστροφές. Η μελέτη του αλμυρού νερού αποτελεί αντικείμενο άλλης επιστήμης της Ωκεανογραφίας. Κατά τη μελέτη της διανομής και της μετακίνησης του νερού είναι πολύ σημαντικός και ο ρόλος της ανθρώπινης αλληλεπίδρασης ενώ σε μερικές περιπτώσεις μάλιστα είναι απόλυτα καθοριστικός όπως στις περιπτώσεις της αγροτικής κατανάλωσης, των φραγμάτων κλπ. Σ αυτό το βιβλίο γίνεται προσπάθεια να ενσωματωθούν τόσο οι φυσικές υδρολογικές διαδικασίες όσο και ανθρώπινες αλληλεπιδράσεις που σχετίζονται αποκλειστικά με τη διαχείριση του γλυκού νερού πάνω στη Γη. Γενικά, η ανθρωπογενής επίδραση μπορεί να αφορά προβλήματα που έχουν να κάνουν με τις ποσότητες όπως για παράδειγμα η άντληση και διάθεση νερού για αστική, αγροτική ή και βιομηχανική κατανάλωση. Όμως σχεδόν πάντα, αφορά και ζητήματα ποιότητας του νερού όπως για παράδειγμα η ρύπανση υδάτων, η διάθεση αστικών και βιομηχανικών λυμάτων στο περιβάλλον ή και άλλα προβλήματα επιφανειακών ή υπόγειων νερών εξαιτίας της αγροτικής ανάπτυξης και της εκτενούς χρήσης φυτοφαρμάκων, λιπασμάτων κλπ. Το νερό είναι μεταξύ των πιο ουσιαστικών προϋποθέσεων που παρέχει ο πλανήτης για να στηρίξει τη ζωή στα φυτά, στα ζώα και στους ανθρώπους, μαζί με άλλα βασικά για τη ζωή όπως τα θρεπτικά στοιχεία, ο ήλιος και το οξυγόνο. Το πεδίο µελέτης της υδρολογίας περιλαμβάνει την ατµόσφαιρα (µέχρι περίπου 15km υψόμετρο), την επιφάνεια και το εσωτερικό της λιθόσφαιρας (µέχρι 1Km) και την υδατόσφαιρα (ποτάμια, λίμνες και ωκεανοί). Εντός του συστήματος των τριών αυτών χώρων εξελίσσεται ο Υδρολογικός κύκλος (Εικόνα 1.1). Οι επιστήµες που χρησιμοποιούνται βοηθητικά στην υδρολογική έρευνα είναι: η μετεωρολογία,τα µαθηµατικά, η γεωχημεία, η γεωλογία, η κλιματολογία, η στατιστική, η µηχανική των ρευστών, η φυσική, η οικολογία κ.α. Ουσιαστικά λοιπόν η Υδρολογία είναι μια συνδυαστική επιστήμη που επιμέρους υποβοηθείται από ένα πλήθος άλλων επιστημονικών πεδίων. Επίσης η Υδρολογία διακρίνεται σε τρεις βασικούς τοµείς που παρουσιάζουν κάποια αυτονοµία μεταξύ τους: 3

4 Η Υδροµετεωρολογία, που έχει σαν αντικείμενο τη μελέτη των επιπτώσεων των μετεωρολογικών φαινομένων στις υδρολογικές διαδικασίες Η Υδρογεωλογία, που ασχολείται κυρίως µε τα υπόγεια νερά, Η Τεχνική Υδρολογία που έχει ως αντικείμενο τις τεχνικές μετρήσεις, τις αναλύσεις μοντέλων και την μελέτη και κατασκευή των τεχνικών ή υδραυλικών έργων Υπάρχουν όμως και άλλοι δευτερεύοντες τομείς με μεγάλο ενδιαφέρον όπως: Η Ποταµολογία, µε αντικείµενο τη µελέτη της συµπεριφοράς των επιφανειακών υδάτινων ρευµάτων. Η Λιµνολογία, που ασχολείται µε τη µελέτη των λιµνών, Η µελέτη χιονιού και πάγου που αναφέρεται μερικές φορές ως Κρυολογία. Δυστυχώς μερικές φορές ισχύει ένα επιστημονικό παράδοξο. Πολλοί θεωρούν ότι η μελέτη των επιφανειακών υδάτων είναι διαφορετική από τη μελέτη των υπόγειων υδάτων και για αυτό προσπαθούν να διαχωρίσουν αυτά τα επιστημονικά πεδία. Όμως το νερό στην επιφάνεια της γης είναι σε άρρηκτη σύνδεση με το υπόγειο νερό όπως και το αντίστροφο. Στην επιστήμη της Υδρογεωλογίας που ασκείται από Γεωλόγους μελετά όλα τα χαρακτηριστικά του υπόγειου υδατικού δυναμικού, είναι αδιανόητη μια απομόνωση των υπόγειων από τα επιφανειακά νερά σε μια Υδρογεωλογική μελέτη, αρκετές φορές άλλες επιστημονικές ειδικότητες όπως οι Μηχανικοί, απομονώνουν τα πεδία μελέτης και ξεχωρίζουν την Επιφανειακή Υδρολογία από την υπόγεια Υδρολογία. Αυτό πολλές φορές αναφέρεται και ως «η τρέλα του νερού», και ουσιαστικά αποτελεί παράδειγμα αποφυγής. Ειδικά η επιστήμη της Γεωχημείας είναι αυτή που συνεισφέρει στην ποιοτική αξιολόγηση τόσο των επιφανειακών όσο και των υπόγειων υδάτινων σωμάτων και για αυτό υπάρχει ξεχωριστό κεφάλαιο στη Γεωχημεία του Υπόγειου νερού και πως αυτή επηρεάζεται από τα περιβάλλοντα πετρώματα αλλά και από τον άνθρωπο. Εφαρμοσμένη & Τεχνική Υδρολογία Η υδρολογία είναι ένας συνδυασµός θεωρητικής και εφαρµοσµένης επιστήµης. Γι αυτό το λόγο πολλές φορές χρησιµοποιείται ο όρος Εφαρµοσµένη Υδρολογία για να τονίσει ακριβώς τον εφαρµοσµένο χαρακτήρα της ενώ ιδιαίτερα χαρακτηριστικά προσλαμβάνει η Υδρολογία που χρησιμοποιείται ως βασικό εργαλείο ανάλυσης προκειμένου να κατασκευαστούν διάφορα τεχνικά έργα, όπως φράγματα, διευθετήσεις ποταμών για αποφυγή πλημμυρών κ.ά, για αυτό αναφέρεται και ως Τεχνική Υδρολογία. Το αντικείµενο της Τεχνικής Υδρολογίας είναι ο προσδιορισµός των υδρολογικών δεδοµένων: (βροχόπτωση, απορροή, κ.α.) µιας υδρολογικής λεκάνης για τις ανάγκες αξιολόγησης / σχεδιασµού / προµελέτης ενός τεχνικού (υδραυλικού) έργου και η εκτενής μαθηματική και στατιστική μελέτη ώστε να μπορεί να πιθανολογήσει τη συχνότητα, την ένταση και τα μέγιστα ή ελάχιστα όλων των υδρολογικών παραμέτρων. Επίσης σημαντικό αντικείμενο μελέτης της είναι και ο προσδιορισµός της πιθανότητας εµφάνισης µιας: «πολύ ακραίας τιµής ενός υδρολογικού φαινομένου σε µια δεδομένη χρονική περίοδο». Η χρονική περίοδος είναι συνάρτηση συχνά µε το εύρος λειτουργίας ενός συγκεκριμένου τεχνικού έργου (π.χ για ένα φράγμα μπορεί να είναι τα 100 έτη). Επίσης ένα άλλο παράδειγμα είναι η πιθανότητα η τιμή της απορροής ενός ποταµού σε µια συγκεκριμένη θέση ή και το ύψος της βροχόπτωσης σε µία υδρογραφική λεκάνη αν ποτέ ξεπεράσει µια προκαθορισµένη τιµή σημαντική για τις ανθρώπινες δρατηριότητες. Μέσα στο πλαίσιο αυτό, οι Linsley et al. (1949) θεωρούν ότι για τη σωστή υδρολογική διερεύνηση πρέπει να υπάρχουν τα παρακάτω στάδια: 4

5 1. Μέτρηση, καταγραφή και ταξινόµηση των παρατηρήσεων υδρολογικών παραµέτρων. 2. Χρήση των παραµέτρων αυτών για τη διαμόρφωση βασικών υδρολογικών θεωριών ή την επέκταση αυτών που ήδη υπάρχουν. 3. Εφαρμογή των δεδομένων και των θεωριών αυτών για την επίλυση πολλαπλών υδρολογικών προβληµάτων. Η παραπάνω τοποθέτηση αποδείχτηκε πολύ και αποτελεί την κατευθυντήρια γραµµή κάθε εφαρμοσμένης υδρολογικής ανάλυσης. Πετυχημένη υς παρακάτω βασικούς και επιμέρους τομείς: Φυσική υδρολογία Τεχνική υδρολογία Προσδιοριστική (deterministic) υδρολογία Εµπειρικές διαδικασίες Στατιστική υδρολογία Πιθανολογική Στοχαστική (χρονική ακολουθία στη δοµή των υδρολογικών συµβάντων 2. Εισαγωγή στη Διαχείριση Υδατικών Πόρων Σήμερα παρουσιάζεται όσο ποτέ άλλοτε η ανάγκη για όλο και μεγαλύτερη αξιοποίηση των υδατικών πόρων και αυτό προκύπτει από την αύξηση του πληθυσμού και τις διαρκώς αυξανόμενες ανάγκες σε νερό και τροφή. Επίσης από την τεχνολογική ανάπτυξη που δημιουργεί με τη σειρά της νέες δραστηριότητες οι οποίες απαιτούν και αυτές ολοένα και μεγαλύτερες ποσότητες νερού. Τα φαινόμενα αυτά αν συνδυαστούν με την εξαιρετικά περιορισμένη ποσότητα γλυκού νερού στον πλανήτη μας (περίπου 0,33% της συνολικά εκτιμώμενης ποσότητας νερού στη γη), κάνουν επιτακτική πλέον την ανάγκη ανάπτυξης συστημάτων ελέγχου και διαχείρισης που αποβλέπουν στη βέλτιστη διάθεση των υδατικών πόρων, αυτό που σήμερα ονομάζεται Διαχείριση Υδατικών Πόρων (ΔΥΠ). Δραστηριότητες Υδατικών Πόρων Η πρώτη δραστηριότητα αφορά τα "έργα" και αναφέρεται στα έργα ανάπτυξης υδατικών πόρων (δίκτυα υδρεύσεως, γεωτρήσεις νερού, κ.λ.π.) Και η δεύτερη στα έργα Διατήρησης και Ελέγχου των υδατικών πόρων (π.χ. αντιπλημ-μυρικά έργα, έργα βιολογικού καθαρισμού κ.ά.). Η δραστηριότητα αυτή αφορά στη διαχείριση υδατικών πόρων για την εξασφάλιση της βέλτιστης χρήσης νερού σήμερα αλλά και στο μέλλον. Τα θέματα διαχείρισης στηρίζονται επίσης και σε άλλες επιστημονικά πεδία όπως η Οικονομική και Επιχειρησιακή Έρευνα η Πολιτική Περιβάλλοντος κ.ά. Όμως η Υδρολογία παρέχει τις εκτιμήσεις των βασικών παραμέτρων που απαιτούνται για οποιαδήποτε διαχείριση. Η μελέτη Υδατικών πόρων προκύπτει από τη μελέτη των παρακάτω θεματικών ενοτήτων: Υδρολογικού κύκλου Υδροµετεωρολογίας 5

6 Εξατµισοδιαπνοής Κατακρήµνισης Καιρικών συστηµάτων Κλίµατος Κλιµατικών µεταβολών Ως βασικοί στόχοι της Διαχείρισης Υδατικών Πόρων θεωρούνται ότι είναι οι παρακάτω: (1) Να προμηθεύσει σε επαρκείς ποσότητες και κατάλληλο ποιοτικά για τη κάλυψη των αστικών (οικιακών), αγροτικών, βιομηχανικών, ενεργειακών και λοιπών αναγκών σε μια κοινωνία σε νερό. (2) Να προστατεύσει τους υδατικούς πόρους από τη ρύπανση ώστε να διατηρείται η καλή τους ποιότητα (3) Να μπορεί να παρέχει ικανοποιητική προστασία από τα διάφορα ακραία υδρολογικά φαινόμενα που μπορούν να συμβούν όπως οι πλημμύρες, οι ξηρασίες κλπ. 6

7 3. ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Ο κύκλος του νερού (υδρολογικός κύκλος) περιγράφει την κίνηση του νερού πάνω από την επιφάνεια της γης, πάνω στην επιφάνεια της γης και κάτω από αυτή. Το νερό πάνω στην επιφάνεια της γης συγκεντρώνεται σε Ποτάμια Λίμνες Υγροτόπους Κόλπους Θάλασσες Ωκεανούς Το νερό κάτω από την επιφάνεια της γης είναι το εδαφικό και υπόγειο νερό. Διάφοροι ερευνητές συγκλίνουν στο να δεχτούν ότι η ποσότητα του νερού (και με τις τρεις καταστάσεις) που υπάρχει στη Γη είναι της τάξης των km 3. Αυτή η ποσότητα κατανέμεται ως εξής: Ι. Κατά κατάσταση Υγρή 97,85% Στερεά(παγετώνες) 2,15% Αέρια (...πολύ μικρός αριθμός.%) ΙΙ. Κατά Περιβάλλον Θάλασσες km 3 Παγετώνες km 3 Ατμόσφαιρα km 3 Γλυκό ηπειρωτικό νερό km 3 Λίμνες Ποτάμια km 3 Υπόγειο Νερό km 3 Αν υποθέσουμε λοιπόν ότι όλη η επιφάνεια της Γης καλυφθεί ομοιόμορφα με ένα στρώμα νερού, τότε το πάχος αυτού του στρώματος θα είναι m περίπου. Από την πελώρια αυτή ποσότητα του νερού που υπάρχει στη γη μόνον το 2,8% είναι γλυκό νερό και από αυτό το μεγαλύτερο μέρος 2,15% είναι παγετώνες. Έτσι τελικά ένα μικρό ποσοστό 0,65% είναι γλυκό νερό σε υγρή κατάσταση, αλλά κατά το μεγαλύτερο του μέρος μη προσιτό ή μη χρησιμοποιούμενο. Οι ποσότητες του νερού, οι χρησιμοποιούμενες από τον άνθρωπο αντιπροσωπεύουν ελάχιστα ποσοστά (0,15 έως 20%). Το νερό φτάνει στην επιφάνεια της γης σαν βροχή, χιόνι, χαλάζι, δροσιά, κλπ., γνωστά στο σύνολο τους σαν ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα. Στην συνέχεια έχει να ακολουθήσει τους εξής δρόμους: Να διαπεράσει την επιφάνεια του εδάφους, να κινηθεί στην εδαφική ζώνη και να φτάσει στους υδροφόρους ορίζοντες. Η ποσότητα αυτή είναι γνωστή σαν κατείσδυση. Να ρεύσει επιφανειακά και παραλαμβανόμενο από το υδρογραφικό δίκτυο (ποτάμια) να εκχυθεί στη θάλασσα (ή σε λίμνες). Η ποσότητα αυτή που ρέει επιφανειακά και τελικά χύνεται στη θάλασσα είναι η επιφανειακή απορροή. Να εξατμισθεί από την επιφάνεια του εδάφους, από την ελεύθερη επιφάνεια του υδρογραφικού δικτύου ή των λιμνών ή των θαλασσών ή ακόμα και να διαπνευσθεί από τα φυτά που το αντλούν από το υπέδαφος. Αυτή η ποσότητα συνιστά την εξατμισιδιαπνοή. 7

8 Ονομάζουμε λεκάνη απορροής (ή υδρολογική λεκάνη) ενός ποταμού το τμήμα εκείνο της επιφάνειας του εδάφους πάνω στο οποίο τα νερά που ρέουν επιφανειακά φέρονται με το υδρογραφικό δίκτυο στην κοίτη του ποταμού, ο οποίος τα οδηγεί στη θάλασσα απευθείας ή μέσου άλλου ποταμού, του οποίου είναι παραπόταμος. Η οριακή γραμμή μιας λεκάνης απορροής λέγεται υδροκριτική γραμμή και αντιστοιχεί στην κορυφογραμμή εκείνη εκατέρωθεν της οποίας τα επιφανειακά νερά κατευθύνονται προς διαφορετικές λεκάνες απορροής. Υπόγειο νερό (Groundwater) είναι το νερό εκείνο το οποίο γεμίζει τα κενά (πόρους, χάσματα, καρστικές οπές) των πετρωμάτων. Κινείται υπό την επίδραση της βαρύτητας, έχει κυρίως μετεωρική προέλευση και μπορεί να διακριθεί σε Νερό της κατείσδυσης Νερό ροής Νερό βάθους ή βαθύ νερό (απολιθωμένο νερό), αυτό μπορεί να είναι παλιό νερό (vadose) ή νέο νερό (juvenile), π.χ. μαγματικό νερό. Υδροφόρο στρώμα (aquifer) είναι το γεωλογικό στρώμα, το οποίο είναι κορεσμένο σε νερό, μαζί με το περιεχόμενο νερό. Επομένως το υδροφόρο στρώμα έχει προς τα πάνω μία επιφάνεια κορεσμού, η επιφάνεια αυτή λέγεται υδροφόρος ορίζοντας. Είναι δηλαδή μία επιφάνεια (πραγματική ή εικονική) όπου η πίεση του νερού είναι ίση με την ατμοσφαιρική. Πρόκειται δηλαδή για μια υδροστατική στάθμη. Υδροφορέας είναι το πέτρωμα ή ο γεωλογικός σχηματισμός που περιέχει εκμεταλλεύσιμο νερό. Τα υδροφόρα στρώματα διακρίνονται: Ελεύθερα υδροφόρα στρώματα ή φρεάτια (unconfined aquifer) είναι εκείνα στα οποία ο υδροφόρος ορίζοντας (φρεάτιος υδροφόρος) βρίσκεται μέσα στον υδροφορέα ή το πολύ στην οροφή του. Δηλαδή στο ελεύθερο υδροφόρο στρώμα ο υδροφόρος ορίζοντας (φρεάτια στάθμη) συμπίπτει με την πάνω επιφάνεια της ζώνης κορεσμού. Εγκλωβισμένο ή υπό πίεση υδροφόρο στρώμα (confined aquifer) είναι εκείνο το στρώμα που υπόκειται ενός υδροφόρου σχηματισμού και η υδροστατική του στάθμη (υδροφόρος ορίζοντας) εμποδίζεται να λάβει τη φυσική της θέση μέσα στον υδροφορέα, έτσι βρίσκεται πάνω από αυτόν. 8

9 ΜΕΡΙΚΕΣ ΔΙΑΠΙΣΤΩΣΕΙΣ ΕΜΒΑΔΟΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΓΗΣ: km 2 αν καλυφθεί με νερό τότε το πάχος του στρώματος = 2.610m περίπου 2,80% μόνο του νερού της γης = είναι γλυκό ( km 3 ) 2,15% του γλυκού νερού = παγετώνες ( km 3 ) 0,65% του γλυκού νερού = σε υγρή κατάσταση ( km 3 ) ο άνθρωπος χρησιμοποιεί το 0,15 0,20% του νερού ΠΛΑΝΗΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΝΕΡΟΥ Συνολικές τιμές για όλη τη Γή: Βροχόπτωση: Ολική (P) km 3 (830mm) -επί ωκεανών km 3 (900mm) -επί των ηπείρων km 3 (680mm) Απορροή ολική (επιφανειακή + υπόγεια): km 3 (180mm) Επανεξάτμιση: Ολική (Ε) km 3 (830mm) -από τους ωκεανούς km 3 (970mm) -από τις ηπείρους km 3 (500mm) 9

10 4. ΒΑΣΙΚΟ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ Εξίσωση υδρολογικού ισοζυγίου P = I + R + E P = Κατακρημνίσματα Ι = Κατείσδυση R = Επιφανειακή απορροή Ε = Εξατμισιδιαπνοή ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ: Όγκος (m 3 ), ύψος βροχής (mm), συντελεστής (%) π.χ.: P = I + R + E 11, = 1, , ,310 7 m = mm 100% = 11% + 44% + 45% % άλλη έκφραση του υδρολογικού ισοζυγίου ΔS = I - O Ι = εισροή νερού σε μία δεδομένη περιοχή κατά τη διάρκεια ορισμένου χρόνου Ο = εκροή νερού στην περιοχή τον ίδιο χρόνο ΔS= Μεταβολή του όγκου του νερού στον ίδιο χρόνο στην ίδια περιοχή Επίσης, αν ληφθεί υπόψη και η τυχόν μεταβολή στα αποθέματα του υπόγειου νερού (δw), αλλά και τυχόν απολήψεις ή εισροές νερού επιφανειακές ή υπόγειες (q), τότε η εξίσωση υδρολογικού ισοζυγίου παίρνει την παρακάτω μορφή: P = R + E + I ±δw ±q 10

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΑΣ 1. ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΡΙΘΜΗΣΗΣ ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ Για να γίνει ποσοτική ανάλυση ενός υδρογραφικό δίκτυο θα πρέπει να καθορισθεί μία σχέση ανάμεσα στους κλάδους αλλά και στη διαφορά του μεγέθους των κλάδων και της θέσης καθενός ως προς τους υπόλοιπους. Διαπιστώνεται ότι υπάρχουν: 1. Κεντρικοί κλάδοι 2. Μικρότεροι δευτερεύοντες 3. Μικρότεροι παράκλαδοι (παρακλάδια) Α. Αρίθμηση κατά HORTON 1 ης Τάξης κλάδοι = αυτοί που δεν δέχονται τα ύδατα κανενός μικρότερου κλάδου αλλά μια μικρής επιφανειακής λεκάνης. 2 ης Τάξης κλάδοι = αυτοί που δέχονται τα ύδατα κλάδων 1 ης τάξης, από της αρχής τους έως τέλους 3 ης Τάξης κλάδοι = αυτοί που δέχονται τα ύδατα από κλάδους 2 ης τάξης Η αρίθμηση ενός κλάδου ισχύει από της αρχής έως το τέλος του Οι μεγαλύτεροι σε μήκος είναι μεγαλύτεροι σε τάξη. Η σύνδεση κλάδων μικρότερης τάξης με κλάδους μεγαλύτερης τάξης δεν μεταβάλλει παραπάνω την τάξη. Β. Αρίθμηση κατά STRAHLER 1 ης Τάξης κλάδοι = ρεύματα που δεν δέχονται τα ύδατα μικρότερων κλάδων ρευμάτων. 2 ης Τάξης κλάδοι = αυτοί που προκύπτουν από ένωση κλάδων 1 ης τάξης, 3 ης Τάξης κλάδοι = αυτοί που προκύπτουν από ένωση κλάδων 2 ης τάξης Αν ενωθούν κλάδοι διαφορετικής τάξης αυτός που προκύπτει παίρνει το μεγαλύτερο αριθμό από τους κλάδους που ενώνονται. Επίσης έτσι δεν συμμετέχουν πολύ στην αρίθμηση οι μικρότεροι κλάδοι σε ένα υδρογραφικό δίκτυο. Γ. Αρίθμηση κατά SHREVE Λαμβάνεται υπόψη το μέγεθος σύνδεσης 1. Κάθε εξωτερικός κλάδος έχει μέγεθος 1 2. Εάν κλάδοι μεγεθών μ1 και μ2 αντίστοιχα συνδέονται, τότε αυτός που προκύπτει έχει μέγεθος μ=μ1+μ2 11

12 3. Ίδια αρίθμηση με αυτήν του Scheidegger με τη διαφορά ότι ο κλάδος 1 ης τάξης κατά Shreve αντιστοιχεί προς τον κλάδο 2ας τάξεως του Scheidegger. Λαμβάνονται υπόψη όλοι οι κλάδοι του δικτύου καθώς και το μέγεθος. Δίκτυα ισομεγέθη έχουν ίσον αριθμό κλάδων Δ. Αρίθμηση κατά SHEIDEGGER Παρόμοια με Shreve αλλά ξεκινάει από το 2 και όχι από το 1. 2 ης Τάξης κλάδοι = όλοι οι κλάδοι που δεν δέχονται ύδατα άλλων κλάδων 4 ης Τάξης κλάδοι = αυτοί που προκύπτουν από σύνδεση δύο κλάδους 2 ης Τάξης... Ν ης Τάξης = πολλαπλάσιο του 2 Έτσι όλοι οι κλάδοι συμβάλλουν στην αρίθμηση 12

13 2. ΜΟΡΦΗ ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΚΟΥ ΔΙΚΤΟΥ Η μορφή του υδρογραφικού δικτύου, το σχήμα του και η εξάπλωση του εξαρτιέται από τα παρακάτω: 1. Γεωλογία (είδος πετρωμάτων, πυριγενή, ιζηματογενή, μεταμορφωμένα, ηφαιστειακά κλπ). 2. Τεκτονική (ύπαρξη ρηγμάτων, διακλάσεων, ρωγμώσεων κλπ). 3. Κλιματικές συνθήκες (βροχοπτώσεις, θερμοκρασίες και κλίμα). Ταξινόμηση Υδρογραφικού Δικτύου. α) Δενδριτική μορφή, η οποία έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά: 1. Μορφή δέντρου με τις διακλαδώσεις του. 2. Κλάδοι ενώνονται μεταξύ τους με οξεία γωνία (φ). 3. Οι κλάδοι ενώνονται με τον κύριο κορμό επίσης με οξεία γωνία. 4. Η γωνία αυτή είναι συνήθως φ>30 ο. 5. Καταλαμβάνει όλο το προσφερόμενο χώρο ομοιόμορφα. 6. Οι κλάδοι έχουν κανονικότητα (ισομεγέθης ανάπτυξη παντού). 7. Αντανακλά μια γεωλογία ομογενή (ίδιου τύπου πετρώματα). 8. Η περιοχή δεν προκαλεί κάποιο συγκεκριμένο «ρυθμό» ανάπτυξης. Παρατηρείται σε περιοχές με ομαλή ανάγλυφο ή «νέες» περιοχές. β) Παράλληλος μορφή. Αυτή αποτελείται από: 1. Κλάδους παράλληλους μεταξύ τους. 2. Οι μικρότεροι κλάδοι όμως ενώνονται υπό οξείες γωνίες μεταξύ τους. 3. Η γωνία ένωσης τους είναι συνήθως φ<40 ο. 4. Υπάρχει παραλληλότητα και μεταξύ των μικροτέρων κλάδων. 5. Αντανακλά απότομες κλίσεις πετρωμάτων και αναγλύφου. 6. Συνδέεται σε μερικές περιπτώσεις με επιμήκεις μορφές ξηράς. 13

14 γ) Ορθογώνιος μορφή 1. Ο κύριος κλάδος κάμτεται κατά την πορεία του κατ ορθές γωνίες. 2. Οι μικρότεροι κλάδοι ενώνονται με ορθίες γωνίες επίσης. 3. Οι κλάδοι δεν είναι διατεταγμένοι κανονικά, δεν εμφανίζουν ρυθμό. 4. Οι κλάδοι δεν εμφανίζουν συμμετρία. 5. Σχετίζεται με ομάδες παράλληλων ρηγμάτων που τέμνονται κάθετα. 14

15 γ 1 ) Υποπερίπτωση Ορθογωνίου: Γωνιώδης = όταν τα ρήγματα τέμνονται υπό γωνία λίγο διαφορετικής της ορθής. δ) Κλιμακωτή 1. Αντανακλά «ανώμαλη» γεωλογία (ρήγματα, πτυχές, ρωγμές, κεκλιμένα πετρώματα κλπ). 2. Έχει ρυθμό κατασκευής. 3. Υπάρχει κύριος κλάδος εκατέρωθεν του οποίου διατάσονται κατά ζεύγη οι δευτερεύοντες οι οποίοι ενώνονται κατά ορθές γωνίες με αυτόν. 4. Οι μικρότεροι κλάδοι ενώνονται και αυτοί υπό ορθή γωνία με τους δευτερεύοντες. 5. Μοιάζει με κλίμακα (σκάλα). 15

16 Υποπεριπτώσεις Κλιμακωτής δ 1 ) Διευθυνόμενη Κλιμακωτή Χαρακτηρίζεται από: 1. Μονόπλευρη ανάπτυξη μικροτέρων ρευμάτων σε σχέση με δευτερεύοντα. 2. Γεωλογία που υποδηλώνει ασσυμετρία κλίσεων των πετρωμάτων ώστε να ευνοείται η ανάπτυξη των μικρότερων ρευμάτων της μίας πλευράς των δευτερευόντων κλάδων. δ 2 ) Κεκαμμένη Κλιμακωτή 1. Κάμψη δευτερευόντων και μικρών ρευμάτων 2. Τοξοειδής μορφή διάταξης 3. Ύπαρξη κυματοειδών πτυχώσεων ή ανεστραμμένων μεταμορφωμένων 16

17 δ 3 ) Ρηξιγενής Κλιμακωτή 1. Ύπαρξη ενός ή και περισσοτέρων κύριων κλάδων 2. Οι μικρότεροι κλάδοι ενώνονται κατ ορθήν γωνίαν με τους κύριους κλάδους 3. Φανερώνει την ύπαρξη ρηγμάτων σε ομάδες και κάθετα μεταξύ τους 4. Ξεχωρίζει από την δενδριτική γιατί οι δευτερεύοντες αλλά και οι μικρότεροι ενώνονται υπό ορθή γωνία με τον ή τους κύριους. δ 4 ) Ρωγμογενής κλιμακωτή 1. Οι κύριοι κλάδοι και οι δευτερεύοντες είναι καλά ανεπτυγμένοι 2. Οι κλάδοι 3 ης είναι παράλληλοι μεταξύ τους και σε ορθή γωνία με τους κλάδους 2 ης τάξης 3. Οι κλάδοι 4 ης είναι κάθετοι με τους κλάδους της 3 ης τάξης, 4. Οι μικροί κλάδοι (1 ης τάξης), έχουν πολύ μικρές διαστάσεις σε σχέση με το δίκτυο 5. Φανερώνει περιοχές πετρωμάτων με διακλάσεις ή ρωγμές και την ύπαρξη μεταμορφωμένων πετρωμάτων. 17

18 ε) Ακτινωτή 1. Αφετηρία υπερυψωμένη ή κωνική περιοχή 2. Οι κλάδοι υπό μορφή ακτίνων 3. Υποδηλώνουν ηφαίστεια ή μεμονωμένους απότομους λόφους ή δόμους στ) Σύνθετος Στη φύση η μορφή των υδρογραφικών δικτύων σε πολλές περιπτώσεις δεν εμφανίζεται με μία καθαρή μορφή αλλά συχνά προκύπτει από τον συνδυασμό μερικών από τις περιπτώσεις και τις μορφές που αναφέρθηκαν, οπότε εμφανίζεται σε πολυπλοκότερη και συνδυαστική μορφή. Ένα παράδειγμα είναι η Σύνθετος ορθογώνιος δενδριτική μορφή όπου: 1. Οι κύριοι κλάδοι έχουν βασικό ορθογώνιο σχήμα ενώ, 2. Οι μικρότεροι κλάδοι έχουν βασικό δενδριτικό σχήμα 3. Συναντάται σε ομογενή διαρρηγμένα πετρώματα 18

19 19

20 20

21 Ν 3 = (3.0) 5-3 = (3.0) 2 = 9 Ν 3 = (3.5) 5-3 = (3.5) 2 = 12,25 2 ος Νόμος της Υδρογραφικής Συνθέσεως του Μήκους των κλάδων Το μέσο μήκος κλάδων κάθε τάξης είναι: 21

22 L L N u u Νόμος Τα αθροιστικά μέσα μήκη των διαδοχικώς μεγαλύτερων τάξεων κλάδων ενός υδρογραφικού δικτύου, τείνουν να σχηματίσουν μία αύξουσα γεωμετρική ακολουθία, της οποίας ο πρώτος όρος είναι το μέσο μήκος των κλάδων 1 ης τάξης και λόγος ο λόγος του μήκους R L. ( u 1) Lu L1 R L (εξίσωση ευθείας) όπου: L = μέσο μήκος κλάδων τάξεως u L 1 = μέσο μήκος κλάδων 1 ης τάξης u = ζητούμενη τάξη Ο λόγος του μήκους δίδεται από την εξίσωση: R L u L L( u 1) 22

23 3 ος Νόμος της Υδρογραφικής Συνθέσεως του Εμβαδού των λεκανών απορροής 23

24 1. Οι μεσολεκανώδεις περιοχές ανήκουν στις λεκάνες της αμέσως μεγαλύτερης τάξης. 2. Η περιμετρική γραμμή των λεκανών κάθε τάξης καθορίζεται από το ανάγλυφο (ισουψείς) Νόμος Το μέσο εμβαδόν των διαδοχικώς αυξανόμενης τάξης λεκανών απορροής ενός υδρογραφικού συστήματος, τείνει να σχηματίσει μια αύξουσα γεωμετρική ακολουθία με πρώτο όρο το μέσο εμβαδόν των λεκανών πρώτης τάξης ( 1 ) και λόγο, τον λόγο του εμβαδού (R A ). A u u = μέσο εμβαδό λεκανών τάξεως ( u = A u 1 1 R A A u ) 1 = μέσο εμβαδό λεκανών 1 ης τάξης & R A =λόγος εμβαδού R A A u Au 1 N u 24

25 25

26 Υψομετρική ανάλυση λεκάνης 26

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΒΑΣΙΚΕΣ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Τοπογραφικός χάρτης : Είναι η οριζόντια και υπό σµίκρυνση προβολή µιας εδαφικής επιφάνειας µε όλα τα φυσικά και τεχνικά χαρακτηριστικά της. Κλίµακα ενός χάρτη καλείται η σχέση των αποστάσεων δύο σηµείων που µετρήθηκαν στον χάρτη και στο έδαφος. Ο ορισµός µπορεί να εκφραστεί µε τον λόγο : Κλίµακα = μ / Μ => µήκος στον χάρτη / µήκος οριζόντιο στο έδαφος (πραγματικο). Η κλίµακα µπορεί να είναι αριθµητική ή γραµµική Π.χ 1: ή γραµµική: 0 1Km Απόλυτο υψόµετρο: Είναι το ύψος, στο οποίο βρίσκεται µία περιοχή,όταν σαν επίπεδο αναφοράς θεωρούµε την επιφάνεια της θάλασσας. Σχετικό υψόµετρο :είναι το ύψος στο οποίο βρίσκεται µια περιοχή όταν ως επίπεδο αναφοράς θεωρούµε οποιαδήποτε επιφάνεια,πλήν της επιφάνειας της θάλασσας. Ισοϋψής καµπύλη :Ονοµάζουµε ισοϋψή καµπύλη τον γεωµετρικό τόπο των σηµείων του εδάφους που έχουν το ίδιο απόλυτο υψόµετρο,( η γραµµή δηλαδή που ενώνει σηµεία µε το ίδιο απόλυτο υψόµετρο). Η ισοϋψής είναι η γραµµή διατοµής του µορφολογικού αναγλύφου µε ένα οριζόντιο επίπεδο. Η κατακόρυφη προβολή των γραµµών αυτών πάνω σε ένα οριζόντιο επίπεδο µας δίνει τον τοπογραφικό χάρτη µιάς περιοχής. Ισοδιάσταση :Είναι η υψοµετρική διαφορά δύο διαδοχικών ισοϋψών ή η απόσταση των οριζόντιων διατοµών. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΙΣΟΫΨΩΝ: α. Οι ισοϋψείς δεν τέµνονται. Β. Όταν οι ισοϋψείς είναι συγκεντρωµένες η µία κοντά στην άλλη αντιστοιχούν σε µεγάλες κλίσεις δηλαδή σε απότοµες πλαγιές, ενώ όταν είναι µακριά η µια από την άλλη αντιστοιχούν σε οµαλό ανάγλυφο µε µικρές κλίσεις. Γ. Όταν οι ισοϋψείς κάµπτονται και σχηµατίζουν ένα V του οποίου η κορυφή στρέφεται : 1.Προς τα µεγαλύτερα υψόµετρα τότε το ανάγλυφο αντιστοιχεί σε µία κοιλάδα. 2.Προς τα χαµηλότερα υψόµετρα τότε το ανάγλυφο αντιστοιχεί σε πλαγιά. Η σχέση η οποία υπάρχει µεταξύ του τοπογραφικού χάρτη (µορφή ισοϋψών ) και των χαρακτηριστικών µορφών της επιφάνειας που αυτός εκφράζει µπορούν να παρατηρηθούν στο παρακάτω σχήµα. 27

28 Σχετικές µε την µορφή του εδάφους είναι οι παρακάτω συνήθεις έννοιες :. Πεδιάδα :είναι µια επίπεδη και οριζόντια εδαφική περιοχή. Λόφος: είναι ένα ύψωµα του εδάφους, µικρού ύψους (µέχρι 300 µέτρα περίπου). Όρος: είναι ένα ύψωµα του εδάφους,µεγάλου ύψους (πάνω από 300 µέτρα). Κλιτύς: είναι η πλαγιά ενός λόφου ή ενός όρους. Κορυφογραµµή ή υδροκρίτης :είναι η νοητή γραµµή που συνδέει τα ψηλότερα σηµεία των υψωµάτων της επιφάνειας του εδάφους και διαχωρίζει την ροή των οµβρίων υδάτων. Ο υδροκρίτης κατά την πορεία του για τα χαµηλότερα υψόµετρα περνάει πάντα από τα κυρτώµατα και όχι από τα κοιλώµατα,λόγω του µεγαλυτέρου υψοµέτρου των κυρτωµάτων προς τα κοιλώµατα. Μισγάγγεια ονοµάζεται η γραµµή συναντήσεως δύο κλιτύων στα χαµηλότερα σηµεία τους. Οι µισγάγγειες συγκεντρώνουν τα όµβρια ύδατα και τα οδηγούν στις πεδιάδες. Koρυφές: είναι τα ψηλότερα σηµεία µιάς κορυφογραµµής. Αυχένες: είναι τα χαµηλότερα σηµεία µιας κορυφογραµµής. Σε ένα τοπογραφικό χάρτη οι κορυφογραµµές σηµειώνονται µε συνεχή γραµµή και οι µισγάγγειες µε διακεκοµµένη. ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΗ ΤΟΜΗ Οι τοπογραφικοί χάρτες µας δίνουν την εικόνα µιας περιοχής όπως είναι ορατή απευθείας από πάνω (όπως την βλέπουµε από αεροπλάνο). Όµως εµείς δεν είµαστε συνηθισµένοι να βλέπουµε έτσι τις διάφορες µορφές του γήινου αναγλύφου. Όταν πρέπει να µελετηθεί λεπτοµερώς η µορφή µιας περιοχής είναι απαραίτητο οι διάφοροι µορφολογικοί χαρακτήρες να αναλυθούν και αυτό επιτυγχάνεται µε µία τοµή που ονοµάζεται τοπογραφική τοµή. Τοπογραφική τοµή (PROFIL, section): Είναι η τοµή που προκύπτει από ένα επίπεδο κάθετο στην τοπογραφική επιφάνεια και σε οποιαδήποτε διεύθυνση ορίσουµε ότι την χρειαζόµαστε. Φανταζόµαστε δηλαδή ένα κατακόρυφο επίπεδο να τέµνει το ανάγλυφο,η γραµµή που προκύπτει από τα σηµεία τοµής τους είναι η τοπογραφική τοµή. Για να αποδοθεί καλύτερα το ανάγλυφο µιας περιοχής πρέπει η τοπογραφική τοµή να περάσει κάθετα από τα επιµήκη µορφολογικά χαρακτηριστικά π.χ χαράδρες,χείµαρροι κ.λ.π. 28

29 ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ Οι γεωλογικοί σχηµατισµοί αποτυπώνονται πάνω στον γεωλογικό χάρτη. ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΧΑΡΤΗΣ: Είναι η καταγραφή πάνω στον τοπογραφικό χάρτη µίας περιοχής όλων των λιθολογικών, τεκτονικών, στρωµατογραφικών, υδρογεωλογικών και λοιπών στοιχείων και ιδιοτήτων που χαρακτηρίζουν τους γεωλογικούς σχηµατισµούς της περιοχής. Οι γεωλογικοί χάρτες συµπληρώνονται και από άλλα ειδικά στοιχεία για κάθε περίπτωση,οπότε έχουµε τους υδρογεωλογικούς χάρτες,τους γεωτεχνικούς χάρτες κ.λ.π. Τα διάφορα πετρώµατα σηµειώνονται πάνω στον χάρτη µε σύµβολα ή χρώµατα και δίνεται γι αυτά αφενός µεν η επιφανειακή εξάπλωσή τους, αφετέρου δε η σχετική ηλικία τους εφόσον είναι δυνατό να διαπιστωθεί. Εάν δεν είναι γνωστή η ηλικία των στρωµάτων τα διακρίνουµε από τους πετρογραφικούς τους χαρακτήρες,όπως συνήθως συµβαίνει µε τα εκρηξιγενή και µεταµορφωµένα πετρώµατα. Σε κάθε χάρτη υπάρχει υπόµνηµα µε λεπτοµερή εξήγηση των χρωµάτων και των συµβόλων που χρησιµοποιήθηκαν για τον σχεδιασµό του. Πρέπει να δίνουµε µεγάλη σηµασία σε όλα τα σύµβολα του χάρτη που φαίνονται στο υπόµνηµα που τον συνοδεύει και αφορούν την τεκτονική της περιοχής όπως ρήγµατα, πτυχές, κλίσεις, σύγκλινα, αντίκλινα,κατολισθήσεις, λατοµεία και άλλα. Κανένα σύµβολο του γεωλογικού χάρτη δεν είναι περιττό και δεν βρίσκεται σε τυχαία θέση. Σε οποιαδήποτε εργασία και εάν κάνουµε µε βάση τον γεωλογικό χάρτη θα προσέχουµε όλα τα σύµβολα. ΣΤΡΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ ΕΠΑΦΗΣ Τα ιζηµατογενή πετρώµατα εναποτίθενται κατά στρώσεις,οι οποίες παρατηρούνται µε την µορφή των στρωµάτων. ΣΤΡΩΜΑΤΑ ονοµάζουµε στη Γεωλογία τον γεωλογικό σχηµατισµό που βρίσκεται ανάµεσα σε δύο επιφάνειες επαφής περίπου παράλληλες µεταξύ τους. Οι επιφάνειες επαφής είναι τόσο σαφέστερες όσο τα εναλλασσόµενα πετρώµατα είναι µεταξύ τους ανοµοιογενή. Οι επιφάνειες επαφής µπορεί να είναι επίπεδες ή καµπύλες. Όσον αφορά την ηλικία των στρωµάτων αρχαιότερα είναι τα κατώτερα µιας στρωµατογραφικής στήλης,νεώτερα δε τα ανώτερα, όσο δηλαδή προχωρούµε προς την κορυφή της. Γενικά από τον τρόπο γέννεσης των των ιζηµατογενών πετρωµάτων προκύπτει,ότι κάθε υποκείµενο στρώµα είναι αρχαιότερο του υπερκειµένου του,εφόσον η περιοχή στην οποία σχηµατίστηκε δεν έχει διαταραχθεί από διάφορα τεκτονικά αίτια, όπως πτυχές επωθήσεις κ.λ.π. Η κατώτερη (αρχαιότερη) διαχωριστική επιφάνεια ενός στρώµατος ονοµάζεται δάπεδο,ενώ η ανώτερη (νεώτερη) διαχωριστική επιφάνεια ενός στρώµατος ονοµάζεται οροφή. Η επιφάνεια επαφής δύο στρωµάτων απεικονίζεται πάνω στον γεωλογικό χάρτη µε µία απλή γραµµή, η οποία ονοµάζεται γραµµή επαφής. Μία επιφάνεια επαφής δύο στρωµάτων είναι συγχρόνως οροφή του αρχαιοτέρου στρώµατος και δάπεδο του νεωτέρου στρώµατος. Δ/ΝΣΗ,ΠΑΡΑΤΑΞΗ ΚΑΙ ΚΛΙΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΣΤΡΩΜΑΤΩΝ Τα στρώµατα στην φύση σπανίως εµφανίζονται οριζόντια, συνήθως εµφανίζονται κεκλιµένα, πολλές φορές δε ανεστραµµένα ή και πτυχωµένα έπειτα από την επίδραση δυνάµεων. Τις δυνάµεις αυτές εξετάζει ειδικός κλάδος της Γεωλογίας που ονοµάζεται Τεκτονική. Η θέση στον χώρο ενός επιπέδου καθορίζεται από την διεύθυνση και την κλίση του. 29

30 ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ: ενός κεκλιµένου στρώµατος ονοµάζεται η γωνία που σχηµατίζεται µεταξύ της γραµµής Βορράς-Νότος και της γραµµής που προκύπτει από την τοµή του στρώµατος µε ένα οριζόντιο επίπεδο. Πριν προχωρήσουµε στον ορισµό της κλίσης ενός στρώµατος θα ορίσουµε µία άλλη πολύ σηµαντική έννοια που είναι εργαλείο στα χέρια του γεωλόγου και του τοπογράφου και χρειάζεται για την λύση όλων των γεωλογικών προβληµάτων και είναι η παράταξη. ΠΑΡΑΤΑΞΗ: καλείται κάθε οριζόντια γραµµή στην οροφή ή στο δάπεδο του στρώµατος. Παράταξη δηλαδή είναι η τοµή µίας επιφάνειας ενός στρώµατος µε το οριζόντιο επίπεδο. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΠΑΡΑΤΑΞΕΩΝ 1. Οι παρατάξεις µπορεί να είναι ευθείες ή καµπύλες γραµµές ανάλογα µε το αν η επιφάνεια του στρώµατος είναι επίπεδη ή καµπύλη, όπως είναι το συνηθέστερο. α. Καµπύλες παρατάξεις β. Ευθείες παρατάξεις 2. Η παράταξη είναι διαφορετική από την διεύθυνση διότι η διεύθυνση είναι γωνία ενώ η παράταξη είναι ευθεία. 3. Είναι φανερό ότι όλα τα σηµεία µίας παράταξης έχουν το ίδιο απόλυτο υψόµετρο. Έτσι αν σε ένα χάρτη εµφανίζεται επιφάνεια επιπέδου στρώµατος που τέµνει σε δύο σηµεία την ισοϋψή των 100 π.χ µέτρων, η ευθεία που ενώνει τα δύο αυτά σηµεία αποτελεί την παράταξη των 100 µέτρων του στρώµατος αυτού. 4. Εάν πάνω σε ένα χάρτη είναι δυνατή η χάραξη µίας παράταξης τότε µπορούµε από τα σηµεία τοµής της επιφάνειας του στρώµατος µε τις ισοϋψείς του χάρτη να φέρουµε παράλληλες προς την ήδη χαραχθείσα παράταξη.οι παράλληλες αυτές αποτελούν τις παρατάξεις του στρώµατος και είναι χρήσιµες για διάφορους υπολογισµούς. 5. Οι παρατάξεις µίας σταθερά κεκλιµένης επίπεδης επιφάνειας ισαπέχουν µεταξύ τους ενώ οι παρατάξεις µίας επιφάνειας µε µεταβαλλόµενη κλίση αλλού εµφανίζονται πυκνότερες και αλλού αραιότερες. 6. Η πυκνότητα των παρατάξεων είναι ενδεικτική της κλίσης των στρωµάτων(όπως η πυκνότητα των ισοϋψών στη µορφολογική κλίση).έτσι µεγάλη πυκνότητα δηλώνει µεγάλη κλίση. Τώρα µπορούµε να επαναπροσδιορίσουµε τον ορισµό της Δ/νσης ενός επιπέδου,µιάς επιφάνειας σε σχέση µε την παράταξη. ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ :Δ/νση ενός στρώµατος, µίας επιφάνειας, ή ενός επιπέδου ονοµάζεται η γωνία µεταξύ της Δ/νσης Βορράς -Νότος και µίας παρατάξεως του στρώµατος, επιφάνειας ή επιπέδου. Εάν η παράταξη είναι καµπύλη γραµµή τότε την διεύθυνση του στρώµατος την καθορίζει η γωνία που σχηµατίζεται µεταξύ της εφαπτοµένης σε κάθε σηµείο της παράταξης και της διεύθυνσης Βορράς -Νότος. 30

31 ΚΛΙΣΕΙΣ Μέγιστη ή πραγµατική κλίση µίας γεωλογικής επιφάνειας ονοµάζεται η οξεία γωνία η αντίστοιχη της δίεδρης γωνίας που σχηµατίζεται από την επιφάνεια του στρώµατος και από ένα οριζόντιο επίπεδο και µετριέται σε επίπεδο που τέµνει κάθετα την παράταξη του στρώµατος. Η µέγιστη κλίση µετριέται σε µοίρες και επί της %. Φαινόµενη κλίση µίας γεωλογικής επιφάνειας ονοµάζεται η οξεία γωνία που περιέχεται στην δίεδρη γωνία που σχηµατίζεται από την επιφάνεια του στρώµατος και από ένα οριζόντιο επίπεδο και µετριέται σε κατακόρυφο επίπεδο που δεν τέµνει την παράταξη της γεωλογικής επιφάνειας κάθετα (γωνία α διάφορος των 90 µοιρών). Η φαινόµενη όπως και η µέγιστη κλίση µετριέται σε µοίρες και επί της %. Η φαινόμενη κλίση είναι πάντοτε µικρότερη από την πραγματική ή µμέγιστη κλίση και παίρνει τιµές από 0 έως την µέγιστη κλίση,(0-90 µοίρες). Αφού δε εξ ορισµού, τόσο η πραγµατική όσο και η φαινόµενη κλίση µίας γεωλογικής επιφάνειας, είναι οξείες γωνίες θα είναι πάντοτε µικρότερες των 90 µοιρών. ΦΟΡΑ Η ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΤΗΣ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΚΛΙΣΗΣ Φορά η Διεύθυνση της µέγιστης κλίσης: είναι η γωνία ή οποία σχηµατίζεται µεταξύ της διεύθυνσης Βορράς-Νότος και της καθέτου προς την παράταξη του στρώµατος προβαλλόµενης σε οριζόντιο επίπεδο. Εάν δηλαδή γνωρίζουµε την διεύθυνση της µέγιστης κλίσης ενός στρώµατος πάνω στον χάρτη τότε µε πρόσθεση ή αφαίρεση 90 µοιρών στην τιµή της, βρίσκουµε την διεύθυνση του στρώµατος, ή αντίθετα γνωρίζοντας τη διεύθυνση του στρώµατος βρίσκουµε την διεύθυνση(φορά) της µέγιστης κλίσης, µε την βοήθεια δύο παρατάξεων. ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΚΛΙΣΕΩΝ ΠΑΝΩ ΣΤΟΝ ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΧΑΡΤΗ Η διεύθυνση σηµειώνεται πάνω στον γεωλογικό χάρτη µε µία γραµµή και η διεύθυνση της µέγιστης κλίσης µε ένα βέλος κάθετο προς τη διεύθυνση. Στους γεωλογικούς χάρτες η διεύθυνση και η κλίση των στρωµάτων, σηµειώνονται συµβατικά µε τα παραπάνω σύµβολα µε ένα Τ δηλαδή, όπου η οριζόντια γραµµή του «Τ» είναι παράλληλος προς την διεύθυνση του στρώµατος, η δε κάθετος δείχνει την διεύθυνση της κλίσης. Γενικά το µήκος της καθέτου ποικίλλει ανάλογα µε την τιµή της κλίσης,όσο η κλίση είναι µεγαλύτερη τόσο το βέλος είναι µικρότερο. Την κλίση και την διεύθυνση των γεωλογικών στρωµάτων τις µετράµε µε την γεωλογική πυξίδα. Οι κλίσεις των στρωµάτων που σηµειώθηκαν πάνω σε ένα γεωλογικό χάρτη δεν έχουν παρά µόνο τοπική σηµασία και δεν µπορούµε να θεωρήσουµε ότι οι κλίσεις αυτές ισχύουν για µεγάλες αποστάσεις, διότι αυτές το πιθανότερο είναι να αλλάζουν,όπως συµβαίνει σε πτυχωµένες περιοχές. 31

32 Η ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΠΥΞΙΔΑ Η µέτρηση της κλίσης(γωνία), της φοράς της µέγιστης κλίσης και της διεύθυνσης µιας γεωλογικής επιφάνειας,γίνεται στην ύπαιθρο µε την βοήθεια της γεωλογικής πυξίδας. Πρόκειται για ένα όργανο το οποίο έχει µία µαγνητική βελόνα, κλισίµετρο και αεροστάθµη. Για τον προσδιορισµό της διεύθυνσης ή φοράς µέγιστης κλίσης η πυξίδα είναι βαθµονοµηµένη από µοίρες κατά την φορά των δεικτών του ρολογιού, ενώ για τον προσδιορισµό της κλίσης από 0-90 µοίρες. 3. Προδιαγραφές υδρογεωλογικών μελετών / εκθέσεων προτεινόμενων θέσεων εκτέλεσης έργου αξιοποίησης υδατικών πόρων Αρμόδια Υπηρεσία: Δ/ση Βιομηχανίας / Ορυκτού Πλούτου της Οικείας Νομαρχιακής Αυτοδιοίκησης. Στην υδρογεωλογική έκθεση - μελέτη ο μελετητής θα περιλάβει όλα τα στοιχεία που έχει στη διάθεσή του σε σχέση με το αντικείμενο και αναλυτικότερα: α. Εισαγωγή Σκοπός, φορέας έργου / ιδιοκτήτης, γενική περιγραφή του έργου (είδος, τεχνικά χαρακτηριστικά του). β. Θέση Θέση εκτέλεσης του έργου Θέση χρήσης νερού Oι θέσεις εκτέλεσης του έργου και χρήσης νερού θα τοποθετούνται σε τοπογραφικό διάγραμμα ή οδοιπορικό σκαρίφημα σε κατάλληλη κατά περίπτωση κλίμακα που θα παρουσιάζονται το υψόμετρο της θέσης εκτέλεσης του έργου, οι υφιστάμενες υδροληψίες σε απόσταση τουλάχιστον ενός χιλιομέτρου ή μεγαλύτερη, αν διαφαίνεται επηρεασμός π.χ. πηγών ή τροφοδοσίας υπογείων υδροφορέων. γ. Γεωμορφολογία περιοχής (περιληπτικά). δ. Λεκάνη απορροής - Υδρολογία Εκτίμηση της ποσότητας του επιφανειακού νερού που θα εκτραπεί προς το έργο αποθήκευσης (π.χ. λιμνοδεξαμενή). Επιπτώσεις κατάντη του έργου ε. Γεωλογία περιοχής Γεωλογικοί σχηματισμοί (επιφανειακοί) Λιθολογική σύσταση σχηματισμών μέχρι το βάθος ανόρυξης της 32

33 γεώτρησης - πηγαδιού Τεκτονικά χαρακτηριστικά περιοχής στ. Υδρογεωλογία περιοχής Γενικές υδρογεωλογικές συνθήκες περιοχής Εμφάνιση πηγών στην ευρύτερη περιοχή (θέση, παροχή) Υδροφόροι σχηματισμοί Υδροφόρος ορίζοντας - Διακύμανση στάθμης Εκτίμηση υδροπερατότητας λιθολογικών σχηματισμών Υδρογεωλογική λεκάνη που θα κατασκευαστεί το έργο ζ. Ποιότητα νερού Ποιοτική κατάσταση υπογείου υδροφόρου ορίζοντα (υφαλμύρινση κλπ) Ποιοτική κατάσταση επιφανειακών νερών (εφόσον πρόκειται για έργο αποθήκευσης) η. Δυσμενείς Επιπτώσεις του έργου στο περιβάλλον (υφαλμύρινση υπόγειου υδροφορέα, πτώση στάθμης του υδροφορέα από πιθανή υπερεκμετάλλευση, επηρεασμός γειτονικών υδροληπτικών έργων, μείωση παροχής πηγών κλπ.) 33

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Σχέση Talbot Έχουν ιδιαίτερη σημασία στην υδρολογία: Οι μέγιστες ωριαίες εντάσεις βροχών Η διάρκεια τους (σε λεπτά της ώρας) Η συχνότητα τους (κάθε πόσα χρόνια) Η έκταση τους (γεωγραφικά) Έχει διαπιστωθεί ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση μιας ραγδαίας βροχής, τόσο η διάρκεια, η έκταση και η συχνότητα της είναι μικρότερη. Ακόμα μικρότερη συχνότητα έχουν οι ραγδαίες βροχές μεγάλης έντασης και διάρκειας. Η σχέση ανάμεσα στην ένταση και τη διάρκεια μπορεί να παρασταθεί διαγραμματικά με υπερβολή, ενώ η ένταση και η διάρκεια συνδέονται με τη σχέση του Talbot: i = ένταση βροχής σε mm/h t = διάρκεια της βροχής σε λεπτά i = (α / (β + t)). 60 α,β =συντελεστές εξαρτώμενοι από τον τόπο Παράδειγμα για Αττική Για την Αττική η σχέση του Talbot δίνει: α) συχνότητα 1:2 i=(34,7/(t+20,2)).60 β) συχνότητα 1:5 i=(50,6/(t+23,4)).60 γ) συχνότητα 1:10 i=(62,2/(t+24,4)).60 34

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΕΣΗΣ ΕΤΗΣΙΑΣ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΛΑΠ Μέθοδοι Υπολογισμού Μέσου Ύψους Βροχής μιας Λεκάνης 1. Μέθοδος του μέσου όρου των υψών βροχής. 2. Μέθοδος Thiessen ή διάγραμμα Thiessen. 3. Μέθοδος ισοβροχικών καμπυλών (ισοϋετών ή ισοϋετίων 1. Μέθοδος Μέσου Όρου Βρίσκουμε τον αριθμητικό μέσο όρο των υψών βροχής όλων των βροχομέτρων της λεκάνης. Η μέθοδος δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα όταν τα βροχόμετρα είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα μέσα στη λεκάνη (αλλιώς πρέπει να μπαίνει και ένας συντελεστής της περιοχής που καλύπτει το κάθε βροχόμετρο). 2. Μέθοδος αριθμητικού μέσου ύψος βροχής 3. Μέθοδος Thiessen Για λεκάνες με ανομοιόμορφη κατανομή βροχομέτρων. Τα βροχόμετρα ενώνονται μεταξύ τους με ευθείες γραμμές. Στα μέσα των ευθειών αυτών χαράσσονται μεσοκάθετες όπου αλληλοτέμνονται και δημιουργούν προκύπτει ένα πολύγωνο γύρω από κάθε βροχόμετρο, 35

36 έκτασης Ε i με ύψος βροχής Ηi. Έτσι έχουμε για κάθε πολυγωνική περιοχή συγκεκριμένο βροχομετρικό ύψος και έτσι κάνουμε πλέον τους υπολογισμούς μας για αυτήν την περιοχή κλπ Μέσο βροχομετρικό ύψος μιας λεκάνης απορροής με τη μέθοδο Thiessen H i = το ετήσιο ύψος βροχής στο βροχόμετρο i = 1, 2,...n E i = η έκταση της λεκάνης του πολυγώνου που αντιστοιχεί στο βροχόμετρο i (ή στο βροχομετρικό σταθμό i) E ολ = η συνολική έκταση της λεκάνης απορροής H μ = Μέσο ετήσιο βροχομετρικό ύψος όλης της λεκάνης Η προηγούμενη σχέση μπορεί να γραφεί και πιο απλά με την ακόλουθη μορφή: Η 1.Ε 1 + Η 2.Ε Η n.e n Η μ = Ε 1 + Ε Ε n Η μέθοδος στηρίζεται στην παραδοχή ότι η βροχή μεταβάλλεται γραμμικά σε μία λεκάνη και δίνει καλύτερα αποτελέσματα. 36

37 3. Μέθοδος ισοϋετίων Καμπυλών Είναι ακριβέστερη μέθοδος. Είναι πιο πολύπλοκη. Απαιτεί πυκνό δίκτυο βροχομετρικών σταθμών. Δημιουργία χαρτών όπως οι τοπογραφικοί ενώ οι ισοϋψείς καμπύλες γίνονται καμπύλες με ίδιο ύψος βροχής όπου ισχύει: Η μ = το μέσο ύψος κάθε λωρίδας (ο αριθμητικός μέσος ανάμεσα σε δύο ισοϋβροχικές). Ε = το εμβαδόν της λεκάνης που περιλαμβάνεται ανάμεσα σε δύο ισοβροχικές Ε ολ = το ολικό εμβαδόν της λεκάνης. 37

38 ΤΕΛΙΚΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΩΝ ΙΣΟΫΕΤΩΝ ΚΑΜΠΥΛΩΝ 38

39 Συμπληρωματικά στοιχεία Α. Χάραξη υσοϋέτιων καμπυλών 39

40 Β. H Μέθοδος τριγώνου Είναι αυτή που εφαρμόζεται διαδοχικά σε κάθε σημείο ώστε να προκύψουν οι υσοϋτείς, στο παρακάτω παράδειγμα φτιάξαμε ένα μικρό τμήμα ΒΔ της Ισοϋετούς γραμμής των 650mm, από τα δεδομένα τριών Σταθμών (Α,Β και Γ), αφού χαράξαμε τη βοηθητική ευθεία ΑΓ (και μετά πρέπει να σβηστεί ) Γ. Αριθμητική μέθοδος α: (συντελεστής κατεύθυνσης), των y (κατακρημνισμάτων) ανά μονάδα αύξησης του x (υψομέτρου). β: (σταθερή) την τιμή του y για x=0, δηλαδή την τιμή των κατακρημνισμάτων για υψόμετρο 0 (όταν υπάρχει), υπό τις συνθήκες της λεκάνης. Αν υπάρχουν μετρήσεις για μία περιοχή από n βροχομετρικούς σταθμούς τότε υπάρχουν και n εξισώσεις: y1 = αx1 + β y2 = αx2 + β... yn = αxn + β Αυτή η μέθοδος είναι γενική και περιλαμβάνει μια αριθμητική καθαρά προσέγγιση των υδρολογικών μεταβλητών. 40

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΜΑΤΑ Διάφοροι ορισμοί Ατμόσφαιρα Προστατευτικό στρώμα πάχους 100km Επάλληλες σφαίρες διαφορετικού πάχους Τροπόσφαιρα: 0-10 km Στρατόσφαιρα: km Μεσόσφαιρα: km Θερμόσφαιρα: >80 km Για την υδρολογία η τροπόσφαιρα είναι το πιο σπουδαίο στρώμα, έχει 75% του βάρους & το 100% υγρασίας. Ατμοσφαιρική πίεση Το βάρος με το οποίο η ατμόσφαιρα πιέζει την επιφάνεια της γης. Στην επιφάνεια της θάλασσας η πίεση αυτή είναι περίπου ίση με 1 bar. 1 atm = 1013 mbar Η ατμοσφαιρική πίεση κυμαίνεται από: 940 έως 1050 mbar. Σχετική υγρασία Λέγεται ο λόγος της πίεσης των υδρατμών του αέρα (e a ) σε μια θερμοκρασία θ 1 (που είναι ανάλογη προς την υγρασία του αέρα στην θερμοκρασία αυτή), προς την πίεση των υδρατμών κορεσμένου αέρα (e s ) στην ίδια θερμοκρασία και μετριέται σε %. Η σχετική υγρασία είναι μέτρο της ικανότητας του αέρα να απορροφά υγρασία περισσότερη. Παράδειγμα Σχετικής υγρασίας Στη θερμοκρασία θ =20 ο C, μετρήθηκε υγρασία ίση με e a =10,60 mbar. Ποια είναι η σχετική υγρασία; Από το διάγραμμα βρίσκουμε ότι η πίεση κορεσμένου σε υδρατμούς αέρα είναι στους 20 ο C, e s =23,40 mbar. Άρα η σχετική υγρασία είναι: n=e a /e s =10,60/23,40=0,453 ή 45,3%. Βροχοπτώσεις Η βροχή προκύπτει από τη συμπύκνωση των υδρατμών της ατμόσφαιρας και είναι ανάλογη της ποσότητας των υδρατμών. Οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας αιωρούνται με τη μορφή ομίχλης. Όταν όμως πέσει η θερμοκρασία τότε συμπυκνώνονται και πέφτουν στο έδαφος. Οι σταγόνες πέφτουν και συναντούν και θερμά και ψυχρά ή υγρά στρώματα, οπότε άλλες φορές αυξάνονται και άλλες φορές μικραίνουν ενώ μερικές φορές εξατμίζονται πριν φθάσουν κάτω. Η θάλασσα είναι η μεγαλύτερη πηγή υδρατμών. Η θερμοκρασία μειώνεται κάθε 6,5οC κάθε 1000m ύψος. Η ταχύτητα πτώσης είναι ανάλογη της μάζας, από 4 8 m/s. To χαλάζι προϋποθέτει απότομη ψύξη σταγονιδίων, ενώ το χιόνι σταδιακή ψύξη. 41

42 Κατηγορίες Βροχών Βροχές μεταφοράς: Οφείλονται σε ανοδικές κινήσεις σαν συνέπεια των γενικότερων κινήσεων της ατμόσφαιρας. Ο αέρας κοντά στο έδαφος διαστέλλεται θερμαινόμενος και απορροφάει περισσότερη υγρασία. Κινείται προς τα επάνω, ψύχεται, συμπυκνώνεται και προκαλεί βροχές. Βροχές κυκλωνικές: Οφείλονται σε δυναμικές διαταράξεις της ατμόσφαιρας, δηλαδή υφέσεις, θύελλες, δημιουργία ψυχρών και θερμών μετώπων. Βροχές αναγλύφου ή ορογραφικές: Οφείλονται σε τοπικές ανοδικές κινήσεις, όταν αέριο οριζόντιο ρεύμα προσκρούει σε προεξοχές του εδάφους π.χ. μία οροσειρά. Το ρεύμα ανεβαίνει ψηλότερα, και οι υδρατμοί ψύχονται, οπότε βρέχει και πριν την κορυφή. Ορεογραφική Βροχή Τεράστια σημασία για τις υδρολογικές μελέτες έχει η εύρεση της σχέσης Υψομέτρου και Βροχόπτωσης σε μια περιοχή. Για πολλές περιοχές του κόσμου και την Ελλάδα η σχέση αυτή είναι ισχυρά θετική όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχεδιάγραμμα. Σχέση υψομέτρου και βροχών 42

43 Μέτρηση βροχοπτώσεων Μετράμε το κατακόρυφο ύψος της βροχή που πέφτει σε έναν τόπο. Το «ύψος βροχής» μετριέται σε mm από ειδικά όργανα τα βροχόμετρα Αυτά αποτελούνται από μία χοάνη που οδηγεί το νερό σε κλειστό δοχείο για να εμποδιστεί η εξάτμιση. Ύψος βροχής 1mm = 1 l/m 2 (λίτρο ανά τετραγωνικό μέτρο) Είδη βροχομέτρων Απλό βροχόμετρο: μεταλλικό κυλινδρικό δοχείο Α, το επάνω μέρος του είναι ανοιχτό, κυκλικό (συγκεκριμένου εμβαδού), και με αιχμηρά χείλη. Το κάτω μέρος του είναι διαμορφωμένο σε χωνί με εγκοπή για τη σύνδεση του με το δοχείο Β. Το δοχείο Β περιέχει κυλινδρικό δοχείο Γ για τη συγκέντρωση του νερού της βροχής Το βροχόμετρο τοποθετείται έτσι ώστε: Τα χείλη του Α να είναι οριζόντια και να βρίσκονται 1-2,5m από το έδαφος. Να μην είναι εκτεθειμένο σε αέρα, και να απέχει το διπλάσιο από το ύψος το γύρω του εμποδίων. Δεν τοποθετείται πάνω σε εξώστες, ταράτσες γιατί δημιουργούνται ανεμοστρόβιλοι. 43

44 Δεκαπλασιαστικό βροχόμετρο Το κυλινδρικό δοχείο είναι εφοδιασμένο με κλίμακα χωρισμένη σε cm ή mm με διατομή ίση με 1/10 της επάνω διατομής του κώνου. Μετρήσεις κάθε 24 ώρες (ημερήσιο ύψος βροχής). Μέτρηση στις 8:00 και στις 18:00 (στην Ελλάδα μετριέται στις 8:00 και στις 20:00 πολλές φορές). Έτσι όμως δεν μετριέται η ένταση της βροχόπτωσης. Βροχογράφος (συσκευή μέτρησης και της έντασης της βροχόπτωσης) Αποτελείται από: 1. Συλλεκτήρια διάταξη 2. Μηχανισμό λειτουργίας 3. Γραφικό σύστημα Υπάρχουν βροχογράφοι με πλωτήρα και με ζυγό. Η παράγωγος της αθροιστικής καμπύλης είναι: I(t) = dh(t) / dt Σταθµιστικός βροχογράφος Αποτελείται από ένα δοχείο που είναι τοποθετηµένο πάνω σε ένα ελατήριο. Καθώς το νερό συγκεντρώνεται από τη βροχή στο δοχείο, το ελατήριο συµπιέζεται προς τα κάτω και η συµπίεση αυτή μεταφέρεται από ένα µηχανισµό στο χαρτί καταγραφής. Η δυναµικότητα του οργάνου φτάνει να συγκεντρώσει μέχρι και 1000mm βροχής. Βροχογράφος µε πλωτήρα Ο βροχογράφος αποτελείται από ένα δοχείο στο οποίο συγκεντρώνεται το νερό της βροχής, και όπου υπάρχει ένας πλωτήρας που µεταφέρει τις µεταβολές της στάθµης του νερού στο χαρτί καταγραφής µε κατάλληλο µηχανισµό. 44

45 Αν θέλουμε να υπολογίσουμε τις εντάσεις βροχής στο χρονικό διάστημα (9:10 έως 14:15), πρέπει να μετρήσουμε το ύψος βροχής σε κάθε χαρακτηριστική χρονική περίοδο και να διαιρέσουμε το κάθε ένα με τον αντίστοιχο χρόνο διάρκειας του, αφού η ένταση βροχής είναι ο λόγος του ύψους βροχής δια του χρόνου διάρκειας της: i = Y / D (Y: το ύψος βροχής, D=διάρκεια της) η ένταση βροχόπτωσης μετριέται σε mm/min ή mm/h Π.χ. αν σε 40 λεπτά παρατηρήθηκε ύψος βροχής 32mm τότε: i = 32/40 = 0,8mm/min 45

46 Ύψη βροχής - Ορισμοί Α. ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΥΨΗ ΒΡΟΧΗΣ Ημερήσιο ύψος : 8 το πρωί. Αυτό που σημειώθηκε κατά τη διάρκεια κάθε 24ωρου με αρχή και τέλος τις Μηνιαία μέγιστη ημερήσια βροχόπτωση: η μεγαλύτερη ημερήσια κατά τη διάρκεια του μήνα (π.χ. Οκτώβριος 1966 στις 3 του μήνα 177mm). Ετήσια μέγιστη ημερήσια βροχόπτωση: Η μέγιστη ημερήσια βροχόπτωση που παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια του εξεταζόμενου χρόνου (π.χ. η Ε.Μ.Η.Βρ. του 2004 σημειώθηκε στις 9 Ιανουαρίου και ήταν 209mm. Ενώ για το διάστημα συνέβη στις 5 Δεκεμβρίου 1999 και ήταν 233mm). Β. ΜΗΝΙΑΙΑ ΥΨΗ ΒΡΟΧΗΣ Μηνιαίο ύψος βροχής: Το άθροισμα υψών βροχής κατά τη διάρκεια του μήνα αυτού, (π.χ. Μ.Υ.Β. του Φλεβάρη του 1996 έφτασε τα 59mm). Μηνιαίο ελάχιστο ύψος βροχής: Το ελάχιστο ύψος βροχής κατά τον εξεταζόμενο μήνα μιας περιόδου, (π.χ. το Μ.Ε.Υ.Βρ. του Αυγούστου από το παρατηρήθηκε το 1982 και ήταν 21mm. Μηνιαίο μέσο ύψος βροχόπτωσης: Ο αριθμητικός μέσος όρος των υψών βροχής κατά τη διάρκεια της εξεταζομένης περιόδου, (π.χ. το Μ.Μ.Υ.Βρ.του Οκτώβρη της πενταετίας ήταν 36mm. Μηνιαίο μέγιστο ύψος βροχόπτωσης: Για μία περίοδο, είναι το μεγαλύτερο ύψος παρατηρούμενης βροχής κατά τον εξεταζόμενο μήνα, (π.χ. για την ίδια πενταετία το Μ.Μεγ.Υ.Βρ. ήταν 87mm). Γ. ΕΤΗΣΙΑ ΥΨΗ ΒΡΟΧΗΣ Ετήσιο ύψος βροχής: Το άθροισμα των υψών βροχής που σημειώθηκαν κατά τη διάρκεια του έτους, (π.χ. το Ε.Υ.Β. του 1990 ήταν 784mm). Ετήσιο ελάχιστο ύψος βροχόπτωσης : Το ελάχιστο ύψος βροχής σε μία περίοδο, (π.χ. το Ε.Ε.Υ.Βρ της τελευταίας πενταετίας συνέβη το 2002 και ήταν 400mm. Ετήσιο μέσο ύψος βροχοπτώσεων: Ο αριθμητικός μέσος όρος των ετησίων υψών βροχής μιας περιόδου, (π.χ. το Μ.Υ.Βρ. της πενταετίας ήταν 650mm). Ετήσιο μέγιστο ύψος βροχοπτώσεων: Το μέγιστο ύψος βροχής για μία περίοδο πολλών ετών, (π.χ. για την πενταετία μας το Ε.Μεγ.Υ.Βρ. Παρατηρήθηκε το 2001 και ήταν 945mm. 46

47 Διακύμανση βροχόπτωσης έτους, ανά μήνα δημιουργεί το Ετήσιο Υετογράφημα Ή τις ισοϋετείς καμπύλες που ισχύουν στην περιοχή: 47

48 ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΥΝΘΕΤΙΚΟΣ ΧΑΡΤΗΣ ΕΛΛΑΔΟΣ 48

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΠΙΘΑΝΗ ΜΕΓΙΣΤΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ Σε μία περιοχή ανώτατο όριο βροχόπτωσης δεν φαίνεται να υπάρχει. Κάθε φορά που εμφανίζεται ένα μέγιστο είναι δυνατό να ξεπεραστεί από ένα άλλο μέγιστο. Για ορισμένα έργα, π.χ. φράγματα είναι απόλυτα αναγκαίο να βρεθεί απάντηση γιατί μπορούν να πάθουν υπερχείλιση ή καταστροφή. Ορισμός Wiesner (1970) Πιθανή μέγιστη βροχόπτωση (Π.Μ.Β), είναι το ύψος της βροχής το οποίο για δεδομένη έκταση και διάρκεια μπορεί να συμβεί κάποια φορά αλλά ποτέ να ξεπεραστεί κάτω από γνωστές μετεωρολογικές συνθήκες. Προκύπτει από στατιστική επεξεργασία των μέγιστων τιμών ή από μελέτη μετεωρολογικών διακυμάνσεων και θυελών. Τύπος του Hershfield H ΠΜΒ = Η + Κ. σ Η = μέσος όρος ετήσιων βροχοπτώσεων Κ = συντελεστής ίσος με 15 (Hersfield 1961, γενικά όμως ορίζεται ως: Κ = (Μέγιστη βροχή που μετρήθηκε - Μέσος όρος βροχών των ετών ) / Τυπική απόκλιση, για πολλά χρόνια μετρήσεων. δηλαδή: Κ=(Η max -H μέσο ) / σ για μια μεγάλη περίοδο παρατηρήσεων. Όμως μετά από πολλές μετρήσεις βρέθηκε ότι Κ=15 και αυτός ο αριθμός λαμβάνεται υπόψη στους υδρολογικούς υπολογισμούς. σ = τυπική απόκλιση της σειράς δεδομένων 49