Πλημμύρες & αντιπλημμυρικά έργα

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Πλημμύρες & αντιπλημμυρικά έργα Εισαγωγή και ιστορικό Νίκος Μαμάσης, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Πλημμύρες Εισαγωγή και ιστορικό Νίκος Μαμάσης Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων Αθήνα 214

4 Εισαγωγή Πλημμύρα ονομάζεται η κατάσταση κατά την οποία περιοχές, που συνήθως είναι στεγνές, καλύπτονται από ποσότητες νερού για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Οι πλημμύρες προέρχονται από την αλληλεπίδραση: των φυσικών φαινομένων (π.χ βροχόπτωση), των συνθηκών της λεκάνης απορροής (π.χ. χρήσεις) και τη παροχετευτικότητα του συστήματος αποστράγγισης (φυσικού ή ανθρωπογενούς) Ανάλογα με την έκταση της λεκάνης απορροής οι πλημμύρες μπορεί να εμφανιστούν αρκετό χρόνο μετά τη βροχόπτωση και να διαρκέσουν από ημέρες, εβδομάδες ή ακόμη και μήνες. Σε μικρότερα ποτάμια είναι δυνατόν να εμφανιστούν στιγμιαίες πλημμύρες (flash floods) που συνήθως οφείλονται σε πολύ έντονη τοπική βροχόπτωση. Αυτές είναι λιγότερο προβλέψιμες και μπορεί να προκαλέσουν εκτεταμένες καταστροφές.

5 Ατμόσφαιρα Έντονη βροχόπτωση Απότομη άνοδος θερμοκρασίας Αστρονομική παλίρροια Ατμοσφαιρική κυκλοφορία Περιβάλλον Χαρακτηριστικά λεκάνης (συντελεστής απορροής, χρόνος συγκέντρωσης) Παροχετευτική ικανότητα αποστραγγιστικού συστήματος Διαχείριση υδατικών συστημάτων Φυσικά φαινόμενα τα οποία δεν είναι δυνατόν να ελεγχθούν τοπική βροχόπτωση υπερχείλιση ποταμού σε συνδυασμό με επέμβαση προκαλούν πλημμύρες από: τήξη χιονιού Περιβαλλοντικά και τεχνικά χαρακτηριστικά που είναι δυνατόν να τροποποιηθούν με ανθρώπινη εισροή της θάλασσας θραύση φράγματος Οι ζημιές που θα προκληθούν λόγω πλημμύρας, εξαρτώνται από: την ένταση των φυσικών φαινομένων την παρουσία αντιπλημμυρικών έργων την αλλοίωση του φυσικού περιβάλλοντος την ετοιμότητα των μηχανισμών την ένταση της ανθρώπινης δραστηριότητας σε πεδία πλημμυρών Ο πλημμυρικός κίνδυνος είναι συνάρτηση και της επίδρασης που θα έχει στην ανθρώπινη κοινωνία Κοινωνία Ένταση και αξία δραστηριοτήτων στα πλημμυρικά πεδία Ετοιμότητα σε ακραία φαινόμενα Η προστασία από τις πλημμύρες δεν είναι ποτέ απόλυτη. Το επίπεδο προστασίας επιλέγεται με βάση το: πόσο ασφαλείς θέλουμε να είμαστε με τι κόστος τι αποδοχή έχει η κοινωνία για την 5 πιθανότητα που απομένει

6 Εισροή της θάλασσας Τοπική βροχόπτωση Πλημμύρες Ολλανδίας Ρήνος Μεύσης Λεκάνη Ρήνου 185. km 2 Υπερχείλιση ποταμού Το δέλτα των ποταμών έχει έκταση 75 km 2 με το μεγαλύτερο τμήμα να έχει υψόμετρο μικρότερο από τη μέση στάθμη θάλασσας (έως και 6 m) Λεκάνη Μεύση 36. km 2 Εικόνα 1: Χάρτες της Ολλανδίας 6

7 Πλημμύρες από θραύση φράγματος Το φράγμα Vajont στην Ιταλία έχει ύψος 262 m Στις 9/1/1963 μια μεγάλη κατολίσθηση στον ταμιευτήρα προκάλεσε ένα τσουνάμι ύψους m το οποίο υπερπήδησε το φράγμα και προκάλεσε περίπου 2. θανάτους. Το φράγμα Malpasset στη Γαλλία κατέρρευσε στις 2/12/1959. Το κύμα ύψους 4 m και ταχύτητας 75 km/hr που δημιουργήθηκε προκάλεσε 423 θανάτους. Εικόνα 2: Το φράγμα Malpasset Εικόνα 3: Το φράγμα Vajont 7

8 Πλημμύρες και ανθρώπινες επεμβάσεις Οι αιτίες των πλημμυρών είναι φυσικά φαινόμενα τα οποία δεν μπορούν να ελεγχθούν. Εντούτοις, το εάν μια δεδομένη βροχόπτωση, θα προκαλέσει ζημίες λόγω πλημμύρας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ανθρώπινες επεμβάσεις που τροποποιούν τα περιβαλλοντικά και τεχνικά χαρακτηριστικά. Σε αυτές τις επεμβάσεις περιλαμβάνονται: η αστικοποίηση η αποδάσωση τμημάτων της λεκάνης απορροής η ευθυγράμμιση του ρου των ποταμών η εξάλειψη των φυσικών πεδίων κατάκλυσης η ανεπαρκής αποστράγγιση λόγω επέμβασης στα ρέματα η οικοδόμηση κτιρίων και κατασκευών σε επικίνδυνα πεδία κατάκλυσης 8

9 Προστασία Η προστασία από τις πλημμύρες πρέπει να αντιμετωπίζεται κατά συνδυασμένο και συντονισμένο τρόπο σε όλη τη λεκάνη απορροής του ποταμού, δεδομένου ότι τα τοπικά μέτρα προστασίας που λαμβάνονται σε ένα μέρος μπορεί να έχουν έμμεσο αντίκτυπο στις ανάντη και κατάντη περιοχές. Το σημείο αυτό γίνεται σημαντικό στις περιπτώσεις ποταμών που διέρχονται από διαφορετικά κράτη, όπου θα πρέπει να υπάρχει αλληλεγγύη στο χειρισμό των πλημμυρών. Η γενική στρατηγική έχει τρία κύρια βήματα: κατακράτηση αποθήκευση αποστράγγιση 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 (γ) να μειώσουν την επίδραση της πλημμύρας 9

10 Παροχή (m3/s) (m3/s) Υψος βροχής (mm) Διάρκεια βροχής hr) Παροχή (m3/s) Ατμόσφαιρα Χαρακτηριστικά βροχόπτωσης Υδρολογικός σχεδιασμός και αντιπλημμυρικά έργα Όμβριες καμπύλες U*i 1 /1 U*i 2 /1 Κατάρτιση Ενεργός υετογράμματος βροχόπτωση i 1 i 2 i 3 Περιβάλλον Χαρακτηριστικά λεκάνης (συντελεστής απορροής, χρόνος συγκέντρωσης) Παροχετευτική ικανότητα αποστραγγιστικού συστήματος Επιλογή περιόδου Κοινωνία επαναφοράς σχεδιασμού Αντιπλημμυρικά έργα Ένταση και αξία δραστηριοτήτων στα πλημμυρικά πεδία Ετοιμότητα σε ακραία φαινόμενα Διαχείριση κινδύνων πλημμύρας T= T= T= T=2 T= T=5 T=2 Εκτίμηση πλημμυρογραφήματος Εικόνα 4: Σχεδιασμός αντιπλημμυρικών έργων 3 Μοναδιαίο 3 υδρογράφημα 3 Ενεργός Q βροχόπτωση 6 =U 6 *i 1 /1+U 5 *i 2 /1+U 4 *i 3 /1 Q 7 =U 6 *i 2 /1+U 5 *i 3 / i 1 i 8 2 Q 8 =U i 6 3 *i 3 / Επιλογή έργων και μέτρων U*i 2 /1 Στάθμη πλημμύρας για Τ= έτη Στάθμη πλημμύρας για Τ=1 έτη Συνήθης στάθμη U*i 3 /1 Q t =U t *i 1 /1+U t-1 *i 2 /1+U t-2 *i 3 /1 Εκτίμηση διήθησης 3 6 Μοναδιαίο υδρογράφημα U*i 1 /1 Ενεργός βροχόπτωση i 1 i 2 i 3 Q =U *i 1 /1 Q 1 =U 1 *i 1 /1+U *i 2 /1 Q 2 =U 2 *i 1 /1+U 1 *i 2 /1+U *i 3 /1 Q 3 3 =U 3 *i 1 /1+U 2 *i 2 /1+U 1 *i 3 / Q 4 =U 4 *i 1 /1+U 3 *i 2 /1+U 2 *i 3 /1 Q 5 =U 5 *i 1 /1+U 4 *i 2 /1+U 3 *i 3 /1 U*i 3 /

11 Διαχρονικό πρόβλημα (1/4) Εικόνα 5: Ερυθρόµορφο Αττικό αγγείο του 6ου αιώνα π.χ. Απεικονίζει τη µάχη του Ηρακλή ενάντια στον Αχελώο Το νόηµα της της νίκης του Ηρακλή, όπως αποµυθοποιήθηκε από τον ιστορικό Διόδωρο το Σικελιώτη (~ 9-3 π.χ.) και το γεωγράφο Στράβωνα (~ 64 π.χ.-24 µ.χ.), σχετίζεται µε τη διευθέτηση του ποταµού (ο µεγαλύτερος σε παροχή ελληνικός ποταµός και την κατασκευή αναχωµάτων για γτον περιορισµό της µετακινούµενης κοίτης του. 11

12 Κνωσός Διαχρονικό πρόβλημα (2/4) Αγία Τριάδα Εικόνα 6: Μινωικές αποχετεύσεις ομβρίων και ακαθάρτων Μια ημέρα μετά από μια ισχυρή νεροποντή κατάπληκτος είδα ότι όλες οι αποχετεύσεις λειτουργούσαν περίφημα και το νερό περνούσε από τα κανάλια, πάνω από τα οποία ένας άνθρωπος μπορούσε να περάσει. Αμφιβάλλω αν υπάρχει άλλο παράδειγμα αποχέτευσης που να λειτουργεί μετά από 4 χρόνια Angelo Mosso από την επίσκεψή του στην Αγία Τριάδα (Escursioni nel Mediterraneo e 12 gli scavi di Creta, Treves, Milano, 197)

13 Διαχρονικό πρόβλημα (3/4) Αθήνα Ερέτρεια Αθήνα Δίον Κασσιόπη Εικόνα 7: Αποχετεύσεις ομβρίων στην κλασική περίοδο 13

14 Διαχρονικό πρόβλημα (4/4) Το φράγμα κατασκευάστηκε κατά την κλασική περίοδο για να προστατεύει την κατάντη πεδιάδα από πλημμύρες κα φερτά. Διατηρείται σε άριστη κατάσταση μέχρι σήμερα. Ο υπερχειλιστής έχει διαμορφωθεί στο βράχο και το ασύμμετρο σχήμα του οφείλεται στη διάβρωση Ο υπερχειλιστής σε λειτουργία Εικόνα 8: Φράγμα Αλυζίας 14

15 Το αίνιγμα του Νείλου (1/3) Το αίνιγμα της απορροής του Νείλου για τους αρχαίους Έλληνες όπως διατυπώνεται από τον Ηρόδοτο (5 ος αιώνας π.χ) ο οποίος έφτασε μέχρι τη Συήνη και αναφέρει την Μερόη. «Για το φαινόμενο της πλημμύρας του ποταμού δεν μπόρεσα να πληροφορηθώ τίποτα ούτε από τους ιερείς ούτε από κανέναν άλλο. Εκείνο που ήθελα κυρίως να μάθω από αυτούς, ήταν γιατί ο Νείλος πλημμυρίζει από το θερινό ηλιοστάσιο επί ημέρες και όταν τελειώσουν οι ημέρες ξαναμπαίνει στην κοίτη του και έτσι όλο το χειμώνα μένει χαμηλός ώσπου να ξανάρθει το θερινό ηλιοστάσιο. Για το ζήτημα αυτό δεν μπόρεσα να μάθω τίποτα από κανέναν από τους Αιγυπτίους που ρωτούσα ποιος είναι ο λόγος για τον οποίο ο Νείλος κάνει το αντίθετο από τους άλλους ποταμούς» Ευτέρπη,19 Βροχόπτωση Bodrum (Αλικαρνασσός) Μέση ετήσια τιμή: 76 mm «Μερικοί Έλληνες θέλοντας να φανούν έξυπνοι έδωσαν τρεις εξηγήσεις για τις πλημμύρες του Νείλου. Με τις δύο από τις εξηγήσεις αυτές δεν αξίζει ούτε για να ασχοληθεί κανείς παρά μόνο για να τις αναφέρει» «Η πρώτη είναι ότι τα μελτέμια είναι η αιτία που πλημμυρίζει ο ποταμός γιατί εμποδίζουν τον Νείλο να χύνεται στη θάλασσα Η δεύτερη εξήγηση είναι ότι ο Νείλος τα κάνει αυτά επειδή πηγάζει απ ευθείας από τον Ωκεανό που περιβάλλει όλη τη Γη Η τρίτη εξήγηση.ότι ο Νείλος προέρχεται από χιόνια που λιώνουν» Ευτέρπη, 2-22 Σχήμα 1: Βροχόπτωση στην Αλικαρνασσό και σε 2 θέσεις του Νείλου Βροχόπτωση Κάιρο (Ηλιούπολη) Μέση ετήσια τιμή: 27 mm Παροχή Νείλου στο Ασουάν (Συήνη) Μέση ετήσια τιμή: 278 m 3 /s Βροχόπτωση Ασουάν (Συήνη) Μέση ετήσια τιμή: 1 mm 15

16 Το αίνιγμα του Νείλου (2/3) Η άποψη του Ηρόδοτου: «Με τις δύο από τις εξηγήσεις αυτές δεν αξίζει ούτε για να ασχοληθεί κανείς παρά μόνο για να τις αναφέρει». Στη συνέχεια σχολιάζει τις τρείς εξηγήσεις και δίνει και τη δικιά του. Για τη πρώτη εξήγηση αναφέρει: Αλλά πολλές φορές τα μελτέμια δεν εφύσηξαν και ο Νείλος κάνει πάντα τα ίδια. Και πρέπει να προστεθεί ότι αν τα μελτέμια ήταν η αιτία και οι άλλοι ποταμοί, όσοι κυλούν αντίθετα με την από την κατεύθυνση των μελτεμιών να παθαίνουν τα ίδια και μάλιστα σε μεγαλύτερο βαθμό, αφού είναι μικρότεροι και το ρεύμα τους λιγότερο δυνατό. Και υπάρχουν πολλοί ποταμοί στην Συρία και στη Λιβύη που δεν παθαίνουν τίποτα από όσα παθαίνει ο Νείλος Την δεύτερη εξήγηση την θεωρεί φανταστική που στηρίζεται σε άγνωστο Ομηρικό μύθο ο οποίος δεν μπορεί να ελεγχθεί. Την τρίτη εξήγηση την θεωρεί πιο αληθοφανή αλλά όχι αληθή. Μεταξύ άλλων αναφέρει: Ο Νείλος περνάει από τη χώρα των Αιθιόπων και ρέει στην Αίγυπτο. Πως λοιπόν μπορεί να έχει την πηγή του σε χιόνια αφού ρέει από θερμότερα κλίματα σε ψυχρότερα. Ακόμη δίνει τρία επιχειρήματα: Πρώτη και μεγαλύτερη απόδειξη ότι οι άνεμοι που πνέουν από αυτές τις χώρες είναι θερμοί. Δεύτερη απόδειξη ότι η Αίγυπτος δεν έχει ούτε βροχές ούτε παγωνιές και όταν πέσει χιόνι πρέπει να βρέξει οπωσδήποτε μετά από 5 ημέρες. Έτσι λοιπόν αν χιόνιζε θα έπρεπε αναγκαστικά να βρέχει στα μέρη αυτά. Τρίτη απόδειξη είναι ότι οι άνθρωποι από την πολλή ζέστη είναι μαύροι. Τα περδικογέρακα και τα χελιδόνια μένουν στην Αίγυπτο όλο το χρόνο και οι γερανοί διωγμένοι από το κρύο που κάνει στη Σκυθία πηγαίνουν σε αυτά τα μέρη. Αν λοιπόν χιόνιζε στη χώρα από την οποία πηγάζει ο Νείλος τίποτα από τα προηγούμενα μπορούσε να υπάρχει. Η εξήγηση του Ηρόδοτου: Αν αφού απέρριψα τις γνώμες αυτές που ανέφερα, πρέπει να πω και εγώ την δική μου γνώμη για ένα τόσο δύσκολο ζήτημα, θα έλεγα ότι μου φαίνεται πως τον χειμώνα ο ήλιος πάει προς την άνω Λιβύη... Είναι φυσικό η χώρα που βρίσκεται πιο κοντά στο θεό αυτό και ακριβώς κάτω του να έχει μεγάλη έλλειψη υδάτων και τα ποτάμια της να ξεραίνονται... Άλλες ερμηνείες: Οινοπίδης (5 ος αιώνας π.χ) Βασιζόμενος στη θερμοκρασία του νερού μέσα σε βαθιά πηγάδια υπέθεσε, λανθασμένα, ότι τα υπόγεια νερά είναι ψυχρότερα το καλοκαίρι από ότι τον χειμώνα. Τον χειμώνα, όταν το νερό της βροχής εισχωρούσε στο υπέδαφος, θα εξατμιζόταν και πάλι σύντομα εξαιτίας της θερμότητας του εδάφους, ενώ το θέρος, όταν το νερό του υπεδάφους ήταν υποτίθεται ψυχρότερο, θα υπήρχε λιγότερη εξάτμιση. Το επιπλέον νερό θα έπρεπε να διαφύγει με άλλο τρόπο, προκαλώντας έτσι την πλημμύρα του Νείλου. Κλεομίδης (1 ος αιώνας μ.χ) που μεταφέρει απόσπασμα του Ποσειδώνιου (2 ος αιώνας π.χ.). «Επειδή κοντά στον Ισημερινό η διάρκεια της νύκτας είναι ίση με αυτή της ημέρας, υπάρχει χρόνος ώστε το έδαφος να κρυώσει και προκαλούνται βροχοπτώσεις και άνεμοι που ψυχραίνουν τον αέρα. Πράγματι λέγεται ότι υπάρχουν θερινές βροχοπτώσεις στην Αιθιοπία ειδικότερα κοντά στο ηλιοστάσιο οι οποίες προκαλούν τις θερινές πλημμύρες του Νείλου» Σχήμα 2: Χάρτης Νείλου 16

17 Παροχή Λευκού Νείλου (Χαρτούμ) Μέση ετήσια τιμή: 88 m 3 /s Το αίνιγμα του Νείλου (3/3) και η απάντηση από τον Στράβωνα (1 ος αιώνας π.χ.) που μεταφέρει απόψεις του Ερατοσθένη (3 ος αιώνας π.χ): τὸν δ Ἀστάπουν ἄλλον εἶναι, ῥέοντα ἔκ τινων λιμνῶν ἀπὸ μεσημβρίας καὶ σχεδόν τι τὸ κατ εὐθεῖαν σῶμα τοῦ Νείλου τοῦτον ποιεῖν: τὴν δὲ πλήρωσιν αὐτοῦ τοὺς θερινοὺς ὄμβρους παρασκευάζειν. Γεωγραφικά Παροχή Νείλου στο Ασουάν Μέση ετήσια τιμή: 278 m 3 /s Λεκάνη απορροής: 285*1 3 km 2 Παροχή Atbara Μέση ετήσια τιμή: 375 m 3 /s Λεκάνη απορροής: 69*1 3 km 2 Παροχή Λευκού Νείλου (Malakal) Μέση ετήσια τιμή: 94 m 3 /s Λεκάνη απορροής: 18*1 3 km 2 Παροχή Κυανού Νείλου (Χαρτούμ) Μέση ετήσια τιμή: 159 m 3 /s Λεκάνη απορροής: 325*1 3 km 2 Παροχή Λευκού Νείλου (Mongalia) Μέση ετήσια τιμή: 1 m 3 /s Λεκάνη απορροής: 45*1 3 km 2 Βροχόπτωση Χαρτούμ Μέση ετήσια: 155 mm Βροχόπτωση Καμπάλα Μέση ετήσια τιμή: 1244 mm Σχήμα 3: Βροχόπτωση και παροχή στο Νείλο Βροχόπτωση Αντις Αμπέμπα Μέση ετήσια: 123 mm 17

18 Συνιστώσες του μαθήματος Πλημμύρες Φυσικές καταστροφές Φυσικό πλαίσιο Πιθανοτικό πλαίσιο Επιπτώσεις Μέτρα αντιμετώπισης (κατασκευαστικά και μη) Οδηγία 7/6 Case studies 18

19 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Εικόνα 2: Το φράγμα Malpasset, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 3: Το φράγμα Vajont, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 5: Ερυθρόµορφο Αττικό αγγείο του 6ου αιώνα π.χ. Απεικονίζει τη µάχη του Ηρακλή ενάντια στον Αχελώο, Κουτσογιάννης Δ., Ν. Μαμάσης και Α. Τέγος, Υδρομετεωρολογικά ζητήματα στην αρχαία ελληνική επιστήμη και φιλοσοφία, Η Οικο-νομία του Νερού, επιμέλεια Η. Ευθυμιόπουλος και Μ. Μοδινός, Ύδρα, Ελληνικά Γράμματα, 9, CC: BY-NC-SA Εικόνα τίτλου: "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." 19

20 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.