Υδροµετεωρολογία. Εκτίµηση πληµµυρικών παροχών. Νίκος Μαµάσης, Αθήνα 2009

Transcript

1 Υδροµετεωρολογία Πληµµύρες Εκτίµηση πληµµυρικών παροχών Νίκος Μαµάσης, Αθήνα 29 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πληµµύρα ονοµάζεται η κατάσταση κατά την οποία περιοχές, που συνήθως είναι στεγνές, καλύπτονται από ποσότητες νερού για συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα. Οι πληµµυρικοί όγκοι νερού προέρχονται από την τοπική βροχόπτωση, την υπερχείλιση ποταµού, την εισροή της θάλασσας σε παράκτιες περιοχές ή από τη θραύση φράγµατος. Οι πληµµύρες είναι φυσικά φαινόµενα (αφού συνήθως προέρχονται από µετεωρολογικές καταστάσεις), όµως συµβαίνουν όταν η χωρητικότητα του συστήµατος αποστράγγισης (φυσικού ή ανθρωπογενούς), δεν µπορεί να διοχετεύσει τον όγκο νερού που παράγεται από τη βροχόπτωση. Τα φυσικά φαινόµενα που προκαλούν πληµµύρες δεν µπορούν να ελεγχθούν, αλλά οι γεωλογικές, γεωµορφολογικές και εδαφολογικές συνθήκες της λεκάνης απορροής είναι δυνατόν να τροποποιηθούν µετηνανθρώπινηεπέµβαση. Ο πληµµυρικός κίνδυνος είναι συνάρτηση της πιθανότητας εµφάνισης του φυσικού φαινόµενου και της επίδρασης που θα έχει στην ανθρώπινη κοινωνία. Σε µια δεδοµένηβροχόπτωσηοιζηµιές που θα προκληθούν λόγω πληµµύρας, εξαρτώνται από τρεις κύριους παράγοντες: (α) την παρουσία αντιπληµµυρικών έργων, (β) την αλλοίωση του φυσικού περιβάλλοντος που έχει αποτέλεσµα την αύξηση του πληµµυρικού όγκου και τη µείωση του χρόνου συρροής των νερών και (γ) την ένταση της ανθρώπινης δραστηριότητας σε περιοχές που αποτελούν πεδία πληµµυρών µε κάποια πιθανότητα. 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα τρία κύρια µεγέθη της πληµµύρας είναι: ηπαροχήαιχµής και η αντίστοιχη στάθµηστουδατόρευµα οπληµµυρικός όγκος η χρονική διάρκεια Παροχή, Q m 3 /s Παροχή αιχµής Πληµµυρικός όγκος ιάρκεια Χρόνος, t hr Τα µεγέθη των πληµµυρών συνδέονται µε τα χαρακτηριστικά: της βροχόπτωσης (συνολικό ύψος, ένταση, διάρκεια) της λεκάνης απορροής (έκταση, συντελεστής απορροής, χρόνος συρροής) των υδατορευµάτων (διατοµή, κλίση, τραχύτητα, κατάντη στάθµες) ΜΕΤΡΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΠΛΗΜΜΥΡΩΝ Τα προστατευτικά µέτρα σχεδιάζονται για να παρέχουν προστασία σε ένα επίπεδο πληµµύρας. Το επίπεδο προστασίας που επιλέγεται εξαρτάται από το κόστος, την επιθυµία της κοινωνίας, τη εν δυνάµει ζηµία, την επίδραση στο περιβάλλον και άλλους παράγοντες. Η προστασία από τις πληµµύρες δεν είναι ποτέ απόλυτη. Τα ερωτήµατα που τίθενται είναι: πόσο ασφαλείς θέλουµεναείµαστε µετικόστοςκαι τι αποδοχή έχει η κοινωνία για την πιθανότητα που αποµένει (εµφάνιση εξαιρετικά ακραίων γεγονότων). Η αντιµετώπιση των πληµµυρών γίνεται µε µια σειρά µέτρων που διακρίνονται ανάλογα µε: την κατασκευή ή όχι τεχνικών έργων (κατασκευαστικά-µη κατασκευαστικά µέτρα) το αν προστατεύουν συγκεκριµένες κατασκευές ή µεγαλύτερες περιοχές το αν έχουν σκοπό: (α) να διαφοροποιήσουν την πληµµύρα, (β) να µειώσουν την ευπάθεια σε πληµµύρα και (γ) να µειώσουν την επίδραση της πληµµύρας. 2

3 ΜΕΤΡΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΠΛΗΜΜΥΡΩΝ Κατασκευαστικά αντιπληµµυρικοί ταµιευτήρες στα ανάντη της λεκάνης αναχώµατα και προστατευτικοί τοίχοι λεκάνες κατάκλυσης δίπλα στο ποτάµι καιστιςχαµηλές περιοχές δίκτυα οµβρίων εκτροπές ποταµών παράκτια προστασία αύξηση της παροχετευτικότητας των ποταµών µε καθαρισµό, εκβάθυνση και διάνοιξη των διατοµών εισαγωγή πρόσθετων διαδροµών παράλληλα µετοποτάµι υπερχειλιστές σε ταµιευτήρες Τα κατασκευαστικά µέτρα έχουν ως κύριους στόχους την αποθήκευση του νερού και την αύξηση της ικανότητας µεταφοράς του. εδοµένου ότι οι κατασκευές είναι τρωτές στις πληµµύρες (αφού έχουν σχεδιαστεί για κάποια πιθανότητα) θα πρέπει να συνοδεύονται και από άλλα µη κατασκευαστικά µέτρα. Παροχή, Q m 3 /s ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ Λεκάνες κατάκλυσης Όγκος υπερχείλισης V=Q*t m 3 Όγκος κατάκλυσης Vm 3 Α Λεκάνη κατάκλυσης, Α m 2 Ύψος νερού H=V/Α m h Χρόνος, t hr Τεχνητό σπάσιµο αναχωµάτων Ανάντη υδρογράφηµα Λεκάνη κατάκλυσης Κατάντη υδρογράφηµα Περιοχές για προστασία 3

4 ΜΕΤΡΑ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΠΛΗΜΜΥΡΩΝ Μη κατασκευαστικά µέτρα διατήρηση και επέκταση των δασών στις ορεινές περιοχές της λεκάνης διατήρηση των υγροτόπων και των πληµµυρικών πεδίων από ανθρώπινες επεµβάσεις και χρήσεις ώστε οι φυσικές ζώνες πληµµυρών να καθυστερούν τη ροή προσαρµογή των χρήσεων των πληµµυρικών πεδίων στη πιθανότητα καταστροφής και χωροθέτηση των σηµαντικών εγκαταστάσεων σε ακίνδυνες περιοχές διατήρηση των µαιάνδρων των ποταµών και των φυσικών συνδέσεων τους µε τις πληµµυρικές περιοχές έλεγχος και συντήρηση των αποχετευτικών συστηµάτων στις αστικές περιοχές χρήση ιστορικών πληροφοριών, ανάπτυξη συστηµάτων πρόγνωσης καταιγίδων και µοντέλων βροχής-απορροής συστήµατα ειδοποίησης του κοινού µηχανισµός διαρκούς ενηµέρωσης του κοινού και αναίρεση της εσφαλµένης αντίληψης για απόλυτη προστασία οργάνωση φορέων για πρόληψη και αντιµετώπιση φυσικών καταστροφών Ατοµικά µέτρα για την µείωση του κινδύνου των κατοικιών ανύψωση κατασκευής στεγανοποίηση κατασκευών κατασκευή τοίχου ή αναχώµατος γύρω από την κατοικία διευκόλυνση µελλοντικών εκκενώσεων ασφάλεια για πληµµύρα ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Ίχνη πληµµύρας Ίχνη πληµµύρας στο Porz Restaurant της Κολωνίας Πηγή: Early Warning Systems in the Framework of the Cologne Flood Protection Scheme, Stadtentwasserungs-betriebe Koln, AoR 4

5 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Ελλάδα Παρά τις εντυπώσεις, οι πληµµύρες των τελευταίων 4 ετών έχουν προκαλέσει πολύ περισσότερα θύµατα σε ανθρώπινες ζωές από ότι οι σεισµοί στο ίδιο διάστηµα. Οι συγκρίσεις σε ότι αφορά την καταστροφή περιουσιών και υποδοµών δεν είναι δυνατές λόγω απουσίας στατιστικών στοιχείων Απώλειες σε ανθρώπινες ζωές τα τελευταία 12 χρόνια Ηµεροµηνία Περιοχή Νεκροί Ηµεροµηνία Περιοχή Νεκροί 1/1887 Αθήνα 1 11/1979 Θεσσαλονίκη 4 11/1896 Αθήνα 21 11/1979 Πελοπόννησος 1 11/1896 Πειραιάς 4 1/198 Αθήνα 1 11/1924 Καλαµάτα 15 11/1985 Λάρισα 2 11/1925 Αθήνα 8 1/1989 Αθήνα 7 1/193 Αθήνα 2 8/199 Εύβοια 5 1/1933 Αθήνα 1 1/199 Πελοπόννησος 1 1/1933 Πειραιάς 2 1/1991 Αθήνα 1 11/1934 Πειραιάς 6 11/1992 Καβάλα 4 11/1936 Πειραιάς 2 1/1994 Ρόδος 4 1/1938 Αθήνα 1 1/1994 Αθήνα 9 11/1961 Αθήνα 4 12/21 Πάτρα 2 11/1977 Αθήνα 21 2/23 Πρέβεζα 2 11/1977 Πειραιάς 17 Σύνολο: 22 Σύνολο Αθήνας-Πειραιά: 18 ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ 5/11/1961 2/11/ /1/ /3/1998 8/7/22 7-8/8/22 3/9/22 7/11/22 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Ελλάδα ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Εκτεταµένες πληµµύρες µε αποτέλεσµα 47 νεκρούς κυρίως στο Μπουρνάζι Νέα Φιλαδέλφεια: 114 mm σε 8 ώρες Εκτεταµένες πληµµύρες µε αποτέλεσµα 29 νεκρούς Νέα Φιλαδέλφεια 61 mm σε 12 ώρες Εκτεταµένες πληµµύρες µε αποτέλεσµα 9 νεκρούς Νέα Φιλαδέλφεια: 111 mm σε 24 ώρες Εκτεταµένες πληµµύρες στην Αττική Ελευσίνα: 128 mm σε 12 ώρες Αστεροσκοπείο: 91 mm σε 3 ώρες Αστεροσκοπείο: 53 mm σε 2 ώρες Λιόσια: 87 mm σε 3 ώρες, Νέα Φιλαδέλφεια: 62 mm σε 3 ώρες. Αστεροσκοπείο: 77 mm σε 6 ώρες Πειραιάς: 61 mm σε 6 ώρες. 5

6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Οι πληµµύρες είναι φυσικά φαινόµενα που συµβαίνουν από την πραγµατοποίηση ακραίων µετεωρολογικών φαινοµένων, εντείνονται από την αλλοίωση των γεωµορφολογικών χαρακτηριστικών των λεκανών απορροής, ενώ η επίδρασή τους αυξάνεται όσο εντείνεται η ανθρώπινη δραστηριότητα σε πληµµυρικά πεδία. Στη χώρα µας οι πληµµύρες των τελευταίων 4 ετών έχουν προκαλέσει πολύ περισσότερα θύµατα σε ανθρώπινες ζωές από ότι οι σεισµοί στοίδιοχρονικό διάστηµα, ενώτοίδιοσυµβάνει σε πολλές περιοχές της γης. Τα προστατευτικά µέτρα σχεδιάζονται για να παρέχουν προστασία από πληµµύρα κάποιας πιθανότητας. Το επίπεδο προστασίας που επιλέγεται, εξαρτάται από την επιθυµία της κοινωνίας για ασφάλεια σε συνδυασµό µε το κόστος των αντιπληµµυρικώνέργωνκαιτωνπιθανώνζηµιών. Τα κατασκευαστικά µέτρα έχουν ως κύριους στόχους την αποθήκευση του νερού και την αύξηση της ικανότητας µεταφοράς του. εδοµένου, όµως ότι οι κατασκευές είναι τρωτές στις πληµµύρες, αφού έχουν σχεδιαστεί για κάποια πιθανότητα, θα πρέπει να συνοδεύονται και από άλλα µη κατασκευαστικά µέτρα. Ηπληµµύρα είναι και ατοµικό πρόβληµα, αφού µπορεί να συµβεί και σε ένα µόνο σπίτι. Οι πολίτες που ζουν σε πληµµυρικά πεδία πρέπει να παίρνουν και ατοµικά µέτρα για την προστασία των περιουσιών τους. Το πληµµυρικό επεισόδιο της 21-22/1/1994 Συνολικό ύψος βροχής (mm) από 21/1/ UTC to 22/1/ UTC που καταγράφηκε σε βροχοµετρικούς σταθµούς General description of meteorological situation Πηγή: K. Lagouvardos, V. Kotroni, S. Dobricic, S. Nickovic, and G. Kallos. The storm of October 21-22, 1994, over Greece: Observations and model results, Journal of Geophysical Research, Vol 11, No D21, p ,

7 Το πληµµυρικό επεισόδιο της 21-22/1/1994 Χρονική εξέλιξη ωριαίας βροχόπτωσης σε σταθµούς της Αττικής Hourly rainfall depth (mm) /1/ /1/ Time (hr) Hourly rainfall depth (mm) 5 21/1/ /1/1994 Zografou Spata Nea Filadelfia Time (hr) Hourly rainfall depth (mm) Hourly rainfall depth (mm) /1/ /1/ Time (hr) 21/1/ /1/1994 Spata Marathonas Time (hr) Hourly rainfall depth (mm) /1/ /1/1994 Elliniko Time (hr) Hourly rainfall depth (mm) /1/ /1/1994 Markopoulo Time (hr) 2 νεκροί στη Λειβαδιά Παρασύρθηκε το αµάξι τους 1 νεκρός σε πληµµυρισµένο σπίτι στο Λουτράκι Το πληµµυρικό επεισόδιο της 21-22/1/1994 Αποτελέσµατα 3 νεκροί κοντά στον Κηφισό Παρασύρθηκε το αµάξι τους 2 νεκροί σε πληµµυρισµένο υπόγειο στη Νέα Ιωνία ΟΙσθµός της Κορίνθου έκλεισε από βράχους και λάσπη 1 νεκρός στου Παπάγου Παρασύρθηκε από το νερό 1 νεκρός στη θάλασσα 1 νεκρός στη θάλασσα Ο Κηφισός υπερχείλισε µε αποτέλεσµαεκτεταµένες πληµµύρες σε Ταύρο, Μοσχάτο και Φάληρο εκάδες σπίτια και καταστήµατα πληµµύρισαν εκάδες δρόµοι έκλεισαν Αυτοκίνητα παρασύρθηκαν ύο κτήρια έγειραν και εκκενώθηκαν 7

8 ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΜΕΘΟ ΟΣ Η ορθολογική µέθοδος εφαρµόζεται συχνά στις υδρολογικές µελέτες για την εκτίµηση της πληµµυρικής αιχµής. Χρησιµοποιείται σε µικρές σχετικά υδρολογικές λεκάνες και βασίζεται στην αρχή ότι σε βροχές που παρουσιάζουν οµοιόµορφη ένταση και κατανοµή στη λεκάνη, η µέγιστη απορροή εµφανίζεται όταν στην έξοδό της λεκάνης καταφθάσει το νερό από όλα τα σηµεία της. Η ορθολογική µέθοδος εκφράζεται από την σχέση: Q =.278 * C * i * A όπου: Q(m 3 /sec): ηαιχµή της απορροής C : ο συντελεστής απορροής i (mm/hr): ηέντασητηςβροχόπτωσηςγιατοχρόνοσυγκέντρωσης A(km 2 ): η επιφάνεια της υδρολογικής λεκάνης Για να φτάσει η πληµµυρική παροχή την µέγιστη αιχµή, πρέπει ο χρόνος βροχόπτωσης πρέπει να είναι ίσος µε τον χρόνο συγκέντρωσης της λεκάνης ώστε όλα τα σηµεία της λεκάνης να συνεισφέρουν στην απορροής ταυτόχρονα. ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΗΣ ΑΙΧΜΗΣ 1. Επιλογή περιόδου επαναφοράς 2. Κατασκευή οµβρίων καµπυλών Στάθµη πληµµύρας για Τ=1 έτη Στάθµη πληµµύρας για Τ=1 έτη Συνήθης στάθµη Λεκάνη απορροής h = a* t i = a * t b b 1 Ένταση βροχής, i mm/hr i=a*t b-1 T=2 T=1 T=5 T=2 T=1 T=5 T=2 ιάρκεια βροχής, t hr 4. Εκτίµηση έντασης βροχής για το χρόνο συρροής: i c (mm/hr)=α*t b-1 3. Εκτίµηση χαρακτηριστικών λεκάνης Έκταση : Α km 2 Συντελεστής απορροής: c Χρόνος συγκέντρωσης: t (hr) 5. Εκτίµηση παροχής αιχµής Q (m 3 /s)=.278*c* i c *A 8

9 Φυσικό πλαίσιο Παράγοντες που επιδρούν στα χαρακτηριστικά των πληµµυρών Έκταση λεκάνης απορροής: Α km2 Συντελεστής απορροής: c Στάθµηποταµού H (m)=f(q) Ε Q (m 3 /s)=ε*v=ε*k*(ε/π) 2/3 *J 1/2 Συνολικό ύψος βροχής: h (mm) Ένταση βροχής για χρόνο συρροής: i c (mm/hr) Όγκος απορροής V (hm3): h*a/1 Παροχή αιχµής Q (m3/s)=.278*c* i c *A v: µέση ταχύτητα νερού κ: συντελεστής τραχύτητας Ε: εµβαδόν βρεχόµενης διατοµής Π: µήκος βρεχόµενης περιµέτρου J: κλίση κατά µήκος του ποταµού Περίοδοι επαναφοράς (έτη) για αντιπληµµυρικά έργα ΑΓΩΓΟΙ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ ΡΟΜΩΝ Μικρής κυκλοφορίας (5-1) Μεσαίας κυκλοφορίας (1-25) Μεγάλης κυκλοφορίας (5-1) ΓΕΦΥΡΕΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ ΡΟΜΩΝ ευτερεύον (1-5) Πρωτεύον δίκτυο (5-1) ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ (5-5) ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗ ΠΟΛΕΩΝ Μικρές πόλεις (2-25) Μεγάλες πόλεις (25-5) ΑΕΡΟ ΡΟΜΙΑ Μικρής (5-1) Μεσαίας (1-25) Μεγάλης κυκλοφορίας (5-1) ΑΝΑΧΩΜΑΤΑ Σε αγροτικές εκτάσεις (2-5) Σε πόλεις (5-2) 9

10 Περίοδοι επαναφοράς (έτη) για φράγµατα ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΠΙΚΙΝ ΥΝΟΤΗΤΑΣ (χωρίς πιθανότητα απώλειας ζωής) ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΜΕΣΑΙΑΣ ΕΠΙΚΙΝ ΥΝΟΤΗΤΑΣ (πιθανή απώλεια ζωής) ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΥΨΗΛΗΣ ΕΠΙΚΙΝ ΥΝΟΤΗΤΑΣ (υψηλή πιθανότητα απώλειας ζωών) Μικρά Μεσαία Μεγάλα 5-1 >1 5-1%* >1 5-1%* 1%* 5-1%* 1%* 1%* * Στηνπερίπτωσηαυτήηπληµµύρα σχεδιασµού εκτιµάται ως ποσοστό της τιµής η οποία προκύπτει από µεθόδους που βασίζονται στον υπολογισµό της πιθανής µέγιστης κατακρήµνισης ή της µέγιστης πιθανής πληµµύρας ιακινδύνευση Η πιθανότητα R να πραγµατοποιηθεί µέσα σε n έτη τιµή που αντιστοιχεί σε περίοδο επαναφοράς Τ Πιθανότητα µη υπέρβασης σε ένα έτος: F=1-F 1 =(1-1/Τ) Πιθανότητα µη υπέρβασης σε n έτη: (1-1/Τ) n Πιθανότητα υπέρβασης σε n έτη ( ιακινδύνευση): R=1-(1-1/Τ) n Παραδείγµατα Τ=1 έτη n=1 έτη R=1-(1-1/1) 1 =.65=65% Τ=1 έτη n=1 έτη R=1-(1-1/1) 1 =.95=9.5% Τ=5 έτη n=1 έτη R=1-(1-1/5) 1 =.2=2% 1

11 Εµπειρικές σχέσεις χρόνου συγκέντρωσης t c (hr) A (km 2 ) L (km) H (m) t c (min) L (m) S Giandotti t c =(4*A 1/2 +1.5*L)/(.8* Η.5 ) χρόνος συγκέντρωσης έκταση της λεκάνης το µήκος του κυρίου υδατορεύµατος ηδιαφοράτουµέσου υψοµέτρου λεκάνης από το υψόµετρο στην έξοδο Kirpich t c =.1947*L.77 *S χρόνος συγκέντρωσης το µέγιστο µήκος διαδροµής του νερού στη λεκάνη ηκλίσηανάµεσα στο υψηλότερο σηµείο της λεκάνης και την έξοδο t c (hr) L (ft) H (ft) Soil Conservation Service (SCS) t c =L 1.15 /(77*Η.38 ) χρόνος συγκέντρωσης το µήκος του κυρίου υδατορεύµατος ηυψοµετρική διαφορά µεταξύ του πλέον αποµεµακρυσµένου σηµείου της λεκάνης και της εξόδου Επίδρασή του χρόνου συρροής στα χαρακτηριστικά πληµµύρας 3 Χρόνοι συρροής: 3, 4, 5 hr Πληµµυρικοί όγκοι: 2. hm 3 1 mm/hr Παροχή (m 3 /s) Χρόνος (hr) ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΕΝΤΑΣΗ ΒΡΟΧΗΣ (mm/hr) ΙΑΡΚΕΙΑ ΒΡΟΧΗΣ (hr) ΕΚΤΑΣΗ ΛΕΚΑΝΗΣ (km 2 ),

12 Επίδρασή της διάρκειας βροχής στα χαρακτηριστικά πληµµύρας 3 ιάρκεια βροχής: 3, 5, 7 hr Πληµµυρικοί όγκοι: 2.5, 3.5, 4.5 hm 3 1 mm/hr Παροχή (m 3 /s) Χρόνος (hr) ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΕΝΤΑΣΗ ΒΡΟΧΗΣ (mm/hr) ΕΚΤΑΣΗ ΛΕΚΑΝΗΣ (km 2 ) ΧΡΟΝΟΣ ΣΥΡΡΟΗΣ (hr), Επίδρασή του χρόνου συρροής και της διάρκειας βροχής στα χαρακτηριστικά πληµµύρας ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΕΝΤΑΣΗ ΒΡΟΧΗΣ (mm/hr) ΙΑΡΚΕΙΑ ΒΡΟΧΗΣ (hr) ΕΚΤΑΣΗ ΛΕΚΑΝΗΣ (km 2 ), ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΕΝΤΑΣΗ ΒΡΟΧΗΣ (mm/hr) ΕΚΤΑΣΗ ΛΕΚΑΝΗΣ (km 2 ) ΧΡΟΝΟΣ ΣΥΡΡΟΗΣ (hr), Χρόνοι συρροής: 3, 4, 5 hr Πληµµυρικοί όγκοι: 2. hm 3 ιάρκεια βροχής: 3, 5, 7 hr Πληµµυρικοί όγκοι: 2.5, 3.5, 4.5 hm Παροχή (m 3 /s) 2 1 Παροχή (m 3 /s) Χρόνος (hr) Χρόνος (hr) 12

13 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΕΝΤΑΣΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΙΣ ΠΛΗΜΜΥΡΕΣ Στη λεκάνη ανάντη του Α και στις υπολοκάνες (Β, Γκαι εφαρµόζονται 5 διαφορετικά υετογράµµατα 1λεπτης βροχόπτωσης συνολικής διάρκειας 4hrκαι συνολικού ύψους 48 mm. Η βροχόπτωση κατανέµεται οµοιόµορφα στο χώρο Οι λεκάνες είναι χωρισµένες σε ίσες ζώνες απορροής κάθε µία από τις οποίες εκφορτίζεται σε 1 min Ο συντελεστής απορροής των λεκανών είναι 1 Στη περιοχή ισχύουν όµβριες καµπύλες της µορφής i = 26*T,11 /d.64 Γ Λεκάνη A B Έκταση (km 2 ) 24 6 Χρόνος συρροής (hr) 4 1 Όγκος απορροής για 48 mm (m 3 *1 3 ) B Γ 2.33 (2 min) (1 min) 48 ΥΠΟΜΝΗΜΑ I Ένταση βροχής (mm/hr) Τ Περίοδος επαναφοράς (έτη) Ηt c Ύψος βροχής σε t c (mm) Ιt c Ένταση βροχής σε t c (mm/hr) Q Παροχή αιχµής (m 3 /s) Q t=n Παροχή αιχµής για Τ=n (m 3 /s) Νίκος Μαµάσης, 29 A 8 6 Λεκάνη Ηt c : 2 mm Ιt c : 12 mm/hr Q: 3.3 m 3 /s Τετράωρη βροχόπτωση Μέγιστη ένταση 12 mm/hr Λεκάνη Β Ηt c : 12 mm Ιt c : 12 mm/hr Q: 2 m 3 /s 4 2 Q T=5 : 27 m 3 /s 8 6 Q T=5 : 52 m 3 /s Γ B Q T=5 : 35 m 3 /s Λεκάνη Γ Ηt c : 4 mm Ιt c : 12 mm/hr Q: 6.7 m 3 /s Λεκάνη Α Ηt c : 2 mm Ιt c : 12 mm/hr Q: 3.3 m 3 /s Q T=3 : 8 m 3 /s Q T=5 : 85 m 3 /s 2 Νίκος Μαµάσης, 29 A

14 8 6 Λεκάνη Ηt c : 48 mm Ιt c : 288 mm/hr Q: 8 m 3 /s Q T=131 : 8 m 3 /s λεπτη βροχόπτωση Μέγιστη ένταση 288 mm/hr Λεκάνη Β Ηt c : 48 mm Ιt c : 48 mm/hr Q: 8 m 3 /s 4 2 Q T=5 : 27 m 3 /s 8 6 Q T=5 : 52 m 3 /s Γ B Q T=5 : 35 m 3 /s Λεκάνη Α Ηt c : 48 mm Ιt c : 12 mm/hr Q: 8 m 3 /s Q T=5 : 85 m 3 /s Λεκάνη Γ Ηt c : 48 mm Ιt c : 144 mm/hr Q: 8 m 3 /s Q T=3 : 8 m 3 /s Νίκος Μαµάσης, 29 A Λεκάνη Ηt c : 24 mm Ιt c : 144 mm/hr Q: 4 m 3 /s λεπτη βροχόπτωση Μέγιστη ένταση 144 mm/hr Λεκάνη Β Ηt c : 48 mm Ιt c : 48 mm/hr Q: 8 m 3 /s 4 2 Q T=5 : 27 m 3 /s 8 6 Q T=5 : 52 m 3 /s Γ Q T=126 : 8 m 3 /s B Q T=5 : 35 m 3 /s Λεκάνη Α Ηt c : 48 mm Ιt c : 12 mm/hr Q: 8 m 3 /s Q T=5 : 85 m 3 /s Λεκάνη Γ Ηt c : 48 mm Ιt c : 144 mm/hr Q: 8 m 3 /s Νίκος Μαµάσης, 29 A

15 8 6 Λεκάνη Ηt c : 8mm Ιt c : 48 mm/hr Q: 13.3 m 3 /s Ωριαία βροχόπτωση Μέγιστη ένταση 48 mm/hr Λεκάνη Β Ηt c : 48 mm Ιt c : 48 mm/hr Q: 8 m 3 /s 4 2 Q T=5 : 27 m 3 /s Γ Q T=31 : 8 m 3 /s Q T=5 : 52 m 3 /s 8 B Q T=5 : 35 m 3 /s Λεκάνη Γ Ηt c : 16 mm Ιt c : 48 mm/hr Q: 26.7 m 3 /s Λεκάνη Α Ηt c : 48 mm Ιt c : 12 mm/hr Q: 8 m 3 /s Q T=5 : 85 m 3 /s Νίκος Μαµάσης, 29 A Λεκάνη Ηt c : 4mm Ιt c : 24 mm/hr Q: 6.7 m 3 /s ίωρη βροχόπτωση Μέγιστη ένταση 24 mm/hr Λεκάνη Β Ηt c : 24 mm Ιt c : 24 mm/hr Q: 4 m 3 /s 4 2 Q T=5 : 27 m 3 /s 8 6 Q T=5 : 52 m 3 /s Γ B Q T=5 : 35 m 3 /s Λεκάνη Α Ηt c : 48 mm Ιt c : 12 mm/hr Q: 8 m 3 /s Q T=5 : 85 m 3 /s Λεκάνη Γ Ηt c : 16 mm Ιt c : 48 mm/hr Q: 13.3 m 3 /s Νίκος Μαµάσης, 29 A

16 Εκτίµηση του συντελεστή απορροής Ο συντελεστής απορροής εκτιµάται (σύµφωνα µε τηνομοε-ασυεο, 22) από το άθροισµατωνεπιµέρους συντελεστών C1, C2, C3, C4 οι οποίοι εξαρτώνται αντίστοιχα από: 1. τοανάγλυφοτηςεπιφάνειαςτηςλεκάνης 2. τη διηθητικότητα του εδάφους 3. την έκταση και την πυκνότητα της φυτοκάλυψης 4. την κλίση των πρανών και την αποθηκευτική ικανότητα σε χαµηλά σηµεία της επιφάνειας της λεκάνης απορροής Οι τιµές των επιµέρους συντελεστών παρουσιάζονται στον επόµενο πίνακα (Πηγή: ΟΜΟΕ-ΑΣΥΕΟ, 22). εδοµένου ότι οι τιµές του πίνακα ισχύουν για περιόδους επαναφοράς 5-1 έτη ο τελικός συντελεστής απορροής θα πρέπει να προσαυξάνεται κατά 1% για Τ=25 έτη, κατά 2% για Τ=5 έτη και κατά 25% για Τ=1 έτη παραµένοντας πάντως µικρότερος της µονάδας εδοµένου ο συντελεστής απορροής εξαρτάται (εκτός από τους προηγούµενους παράγοντες) από την εδαφική υγρασία κατά την έναρξη της βροχής και την ένταση της βροχόπτωσης συµπεραίνεται ότι δεν παραµένει σταθερός για την ίδια λεκάνη Εκτίµηση του συντελεστή απορροής C Τιµές Ακραίες Υψηλές Συνήθεις Χαµηλές,28,35 επικλινές, ανώµαλες επιφάνειες µε µέσες κλίσεις >3%,12,16 µεεπηρεαζόµενο κάλυµµα εδάφους, είτε βραχώδες είτε µανδύας λεπτόκκοκου εδάφους αµελητέας διηθητικότητας,12,16 βλάστηση που δεν επηρεάζει, γυµνό ή πολύ αραιά κάλυψη,1,12 αµελητέες ταπεινώσεις εδάφους και αβαθείς, µικροί διάδροµοι αποστράγγισης, καθόλου τέλµατα,14,2 λοφώδες µε µέσες κλίσεις 1 3 %,8,12 βραδείας διηθητικότητα, άργιλοι ή αβαθή παχιά εδάφη χαµηλής διηθητικότητας, ατελώς ή πολύ µικρής αποστραγγιστικότητας,8,12 πτωχή έως µέτρια, καθαρές καλλιέργειες ή πτωχής φυσικής κάλυψης, λιγότερο από 2% της αποχετευόµενης επιφάνειας µεκαλήκάλυψη,8,1 χαµηλή, καλά οριζόµενο σύστηµαδιαδρόµων αποστράγγισης, όχι λιµνάζοντα νερά ή τέλµατα,14,2 κυµατώδες µε µέσες κλίσεις 5 1 %,6,8 κανονικής διηθητικότητας καλά αποστραγγιζόµενο µικρής ή µεσσίας µακροϋφής εδάφη, αµµώδη παχιά εδάφη, ίλυες και ιλυώδη εδάφη,6,8 µέτρια ως καλή περίπου 5% τηςεπιφάνειαςείναι καλή φυτική γη ή δασώδες, λιγότερο από 5% τηςεπιφάνειεςείναι καλλιέργειες,6,8 κανονική, σηµαντικές επιφανειακές ταπεινώσεις, λιµνάζοντα νερά και τέλµατα,8,14 σχετικά επίπεδο µε µέσες κλίσεις 5 %,4,6 υψηλής διηθητικότητας βαθιά άµµος ή άλλο έδαφος που απορροφά το νερό, πολύ ελαφριά καλά αποστραγγιζόµενα εδάφη,4,6 καλή έως άριστη περίπου 9% της αποχετευόµενης επιφάνειας είναι καλή φυτική γη, δασώδες ή ισοδύναµης κάλυψης,4,6 υψηλή, αποθηκευτικότητα, σύστηµα αποστράγγισης όχι καλά οριζόµενο, µεγάλος αριθµός πληµµυριζόµενων επιφανειών ή τελµάτων 16

17 ΣΥΝΘΕΤΙΚΟ ΜΟΝΑ ΙΑΙΟ Υ ΡΟΓΡΑΦΗΜΑ KATA SNYDER Q p (ft 3 /s)=c p *64*A/t p t p (hr)=c t *(L ca *L).3 T (days)= 3+t p /8 Α εµβαδόν λεκάνης (mi2) L µήκος ποταµού (mi) Lca µήκος ποταµού από την έξοδο µέχρι το κέντρο βάρους της λεκάνης (mi) Cp, Ct παράµετροι t p ta W75 ta W5 Q p W 75 W 5.75*q p.5*q p W 5 (hr)=83/q 1.1 p W 75 (hr)=47/q 1.1 p ta W5 =t p -W 5 /3 ta W75 =t p -W 75 /3 tb W75 =t p +W 75 *2/3 tb W5 =t p +W 5 *2/3 tb W75 tb W5 T ΣΥΝΘΕΤΙΚΟ ΜΟΝΑ ΙΑΙΟ Υ ΡΟΓΡΑΦΗΜΑ KATA SNYDER Προσαρµογή συνθετικού µοναδιαίου υδρογραφήµατος Παροχή (m3/s) V/V µον =1 ΜΟΝΑ ΙΑΙΟΣ ΟΓΚΟΣ (ft 3 ) Α (mi 2 ) * 1 inch= A*525 2 *(1/12) V/V µον =2.9 V/V µον = Χρόνος (hr) 17

18 ΣΥΝΘΕΤΙΚΟ ΜΟΝΑ ΙΑΙΟ Υ ΡΟΓΡΑΦΗΜΑ Μέθοδος Βρετανικού Ινστιτούτου Υδρολογίας Υπολογισµός Μοναδιαίου Υδρογραφήµατος 1 ώρας Παροχή m 3 /s Q p t p = S t b =2.52*t p.38.1* L.85* L * L *(1 + URBAN) 1.99 * RMSD.4 t p χρόνος ανόδου σε hr Q p παροχή αιχµής σε m 3 /s t b χρόνος βάσης σε hr µήκος κύριας µισγάγκειας σε km L S.1*L-.85*L URBAN RMSD t p t b Χρόνος, hr η µέση κλίση υδατορεύµατος µεταξύ των σηµείων 1% και 85% του µήκους του σε m/km αναλογία αστικών περιοχών στη λεκάνη απορροής παράµετρος µεγέθους βροχοπτώσεων σε mm (πρακτικά υπολογίζεται ως το ύψος 24ώρης βροχής που αντιστοιχεί σε περίοδο επαναφοράς 5 ετών) A έκταση λεκάνης απορροής σε km 2 1 mm*a km 2 =.5*t b hr*q p m 3 /s Q p m 3 /s =.1 m *A*1 6 m 2 /(.5*2.52*t p *36 s) Q p =2.2*A/t p ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΥΕΤΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Μέθοδος εναλλασσόµενων τµηµατικών υψών ΕΠΙΛΟΓΗ Περιόδου επαναφοράς (Τ) ιάρκειας επεισοδίου βροχής (n) Χρονικού βήµατος ( t) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ Αθροιστικών υψών h 1,h 2, h 3,.h n Τµηµατικών υψών h 1, h 2, h 3... h n h 1 =h 1, h 2 =h 2 -h 1, h 3 =h 3 -h 2... h n =h n -h n-1 h 1 Τµηµατικά ύψη h 2 h 3... ιάταξη των τµηµατικών υψών t n/2 h n h 1 h 2 Επιφανειακή αναγωγή h ΟΜΒΡΙΑ ΚΑΜΠΥΛΗ για περίοδο επαναφοράς Τ h 3 1 t h h 2 t 1 t 2 t 3 t n h n t. h 3 h n..... h n-1 t n 18

19 Μετατροπή του σηµειακού ύψους βροχής σε επιφανειακό Συντελεστής επιφανειακής αναγωγής φ = (επιφανειακά µέσο ύψος βροχής) / (µέγιστο σηµειακό ύψος βροχής) Ο συντελεστής φ έχει διαπιστωθεί εµπειρικά ότι: Είναι πάντα µικρότερος της µονάδας Είναι φθίνουσα συνάρτηση της έκτασης Α Είναι αύξουσα συνάρτηση της διάρκειας βροχόπτωσης d Εξαρτάται σε κάποιο βαθµό από την περίοδο επαναφοράς της βροχής και φαίνεται ότι η αύξηση της περιόδου επαναφοράς οδηγεί σε ασθενή µείωση του φ Εκτίµηση του φ Με βάση δεδοµένα ιστορικών βροχοπτώσεων από πυκνό βροχοµετρικό δίκτυο, προσδιορίζεται η συνάρτηση φ(d, A) Χρήση πινάκων ή της σχέσης:.48* Α φ = d φ ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΥΕΤΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ.36.1*ln A (Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 1999) ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ Μέθοδος Soil Conservation Service (SCS) Κύριες παραδοχές 1. Στην αρχή του επεισοδίου βροχής το σύνολο της βροχόπτωσης µετατρέπεται σε έλλειµµα. Αυτό συµβαίνει µέχρι το χρόνο t και για συνολικό ύψος ελλειµµάτων h. 2. Το συνολικό έλλειµµα πουµπορεί να πραγµατοποιηθεί σε µια βροχόπτωση συνολικού ύψους h δεν µπορεί να ξεπεράσει µια µέγιστη τιµή S+h. Ητιµή S λέγεται δυνητικά µέγιστη κατακράτηση. 3. Σε κάθε χρονική τιµή (µετά την t ) ο λόγος του ενεργού ύψους βροχής h ε προς το δυνητικό ενεργό ύψος (h-h ) είναι ίσος µε το λόγο των απωλειών µείον το αρχικό έλλειµµα (h α -h ) προς τη δυνητικά µέγιστη κατακράτηση S. ηλαδή h ε /(h-h )=(h a -h )/S. Θέτοντας h a =h-h ε προκύπτουν οι σχέσεις: 2 ( h h hε = αν h h h = ) και αν ε h > h h h + S Οι προηγούµενες σχέσεις απλοποιούνται µε την(εύλογη) παραδοχή ότι h =.2*S hε = αν h.2*s και h ε ( h.2* S) = h +.8* S S 5* h + 1* h 1* h *( h * h) = ε ε ε 2 αν h >.2* S Στην περίπτωση που έχει εκτιµηθεί το h ε τότε το S υπολογίζεται από τη σχέση: 19

20 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ Μέθοδος Soil Conservation Service (SCS) 3 Ύψος βροχής (mm) Χρόνος (hr) h ε /(h-h )=(h a -h )/S Αθροιστική βροχή (mm) 1 5 S h-h t h a -h h h h ε h Χρόνος (hr) ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ Μέθοδος Soil Conservation Service (SCS) 3 Ύψος βροχής (mm) Χρόνος (hr) 7 Αθροιστική βροχή (mm) S+h Χρόνος (hr) 2

21 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ Μέθοδος SCS- Εµπειρική εκτίµηση παραµέτρου S 1 S( mm) = CN Ηπαράµετρος CN παίρνει τιµές από -1 και εξαρτάται από: διαπερατότητα εδάφους χρήσεις γης προηγούµενες συνθήκες εδαφικής υγρασίας Τύποι εδαφών Α: Μεγάλοι ρυθµοί διήθησης (π.χ. αµµώδη και χαλικώδη) Β: Μέσοι ρυθµοί διήθησης (π.χ. αµµώδης πηλός) C: Μικροί ρυθµοί διήθησης (π.χ. αργιλοπηλός) D: Πολύ µικροί ρυθµοί διήθησης (π.χ. πλαστικές άργιλοι) Τύποι προηγουµένων συνθηκών εδαφικής υγρασίας (µε βάση τη βροχή των τελευταίων 5 ηµερών) Ι: Ξηρές συνθήκες (βροχή < 13 mm ή <35 mm για περιοχή µε φυτοκάλυψη σε συνθήκες ανάπτυξης) ΙΙ: Μέσες συνθήκες (βροχή µεταξύ 13 και 38 mm ή µεταξύ 35 και 53 mm για περιοχή µε φυτοκάλυψη σε συνθήκες ανάπτυξης) ΙΙΙ: Υγρές συνθήκες (βροχή > 38 mm ή >53 mm για περιοχή µε φυτοκάλυψη σε συνθήκες ανάπτυξης) Παραδείγµατα τιµής CN για διάφορες χρήσεις γης και συνθήκες υγρασίας τύπου ΙΙ Χρήση γης Τύπος εδάφους Α Β C D Λιβάδια άση Οικιστικές περιοχές ρόµοι CN CN I ΙΙΙ.42* CN II = 1.58* CN 2.3* CN II = 1+.13* CN II II ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΤΕΛΙΚΟΥ ΠΛΗΜΜΥΡΟΓΡΑΦΗΜΑΤΟΣ Ενεργός βροχόπτωση i 1 i 2 i 3 3 Μοναδιαίο υδρογράφηµα Παροχή (m 3 /s) Παροχή (m 3 /s) Παροχή (m 3 /s) U*i 1 / U*i 2 /1 Παροχή (m3/s) Παροχή (m 3 /s) U*i 3 / Q t =U t *i 1 /1+U t-1 *i 2 /1+U t-2 *i 3 /