ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓ. Υ ΡΑΥΛΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕ ΕΛΛΙΠΗ Ε ΟΜΕΝΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓ. Υ ΡΑΥΛΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕ ΕΛΛΙΠΗ Ε ΟΜΕΝΑ ΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙ ΙΚΕΥΣΗΣ Από ΜΕΧΛΕΡΗ. ΒΑΡΒΑΡΑ ιπλωµατούχο Μηχανικό Περιβάλλοντος Επιβλέπον µέλος.ε.π. Καθηγητής Βασίλειος Κ. Καλέρης ΠΑΤΡΑ 2008

2

3 Αφιερώνεται στους γονείς µου ηµήτρη και Ευµορφία και στην αδερφή µου Ευγενία

4 Πρόλογος ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα εργασία αποτελεί ιατριβή για ίπλωµα Ειδίκευσης και εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών, στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού ιπλώµατος Ειδίκευσης στον τοµέα των Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Η ανάθεση του θέµατος και η επίβλεψη της εργασίας έγινε από τον Καθηγητή κ. Βασίλειο Καλέρη. Η συγγραφέας θα ήθελε να τον ευχαριστήσει από καρδίας για την συνεχή και καθοριστική καθοδήγηση, την συνέπεια και την εµπιστοσύνη που έδειξε απέναντί της. Η συγγραφέας θα ήθελε να επισηµάνει την σηµαντική υποστήριξη που της δόθηκε από το Εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής και να ευχαριστήσει όλους τους καθηγητές καθώς και τα υπόλοιπα µέλη του εργαστηρίου για την φιλοξενία σε όλη την διάρκεια εκπόνησης της διατριβής. Τέλος, θα ήθελε να ευχαριστήσει τους γονείς της για την στήριξή τους σε όλη την διάρκεια των σπουδών της. ii

5 Περίληψη ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στον ελληνικό χώρο, για έναν µεγάλο αριθµό λεκανών δεν υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις απορροής, γεγονός που καθιστά δύσκολη την υδρολογική τους προσοµοίωση για τον προσδιορισµό των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου. Μια τέτοια περίπτωση αποτελούν οι λεκάνες απορροής των ποταµών του Πείρου και του Παραπείρου. Στους ποταµούς αυτούς κατασκευάζεται ένα σύστηµα έργων που αποτελείται από ένα φράγµα εκτροπής στη θέση Βαλµαδούρα στον ποταµό Πείρο, έναν ταµιευτήρα στη θέση Αστέρι στον Παραπείρο και έναν συνδετικό αγωγό. Στόχος της κατασκευής των έργων αυτών αποτελεί η κάλυψη των υδρευτικών αναγκών της πόλης των Πατρών, της Βιοµηχανικής Περιοχής και των κοινοτήτων της Β.. Αχαϊας. Στη µελέτη των έργων αυτών (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Μάρτιος 1997) ο υπολογισµός του υδρολογικού ισοζυγίου στις λεκάνες που αντιστοιχούν στις θέσεις των έργων βασίστηκε σε απλοποιητικές παραδοχές. Συγκεκριµένα θεωρήθηκε ότι το νερό αποθηκεύεται µόνο στην εδαφική ζώνη και δεν γίνεται διάκριση ανάµεσα σε επιφανειακή και υπόγεια απορροή. Στην παρούσα εργασία για τον ακριβή και αναλυτικό προσδιορισµό των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου χρησιµοποιήθηκε το υδρολογικό µοντέλο βροχής απορροής ENNS (Nachtnebel, 1993), η χρήση του οποίου απαιτεί την εύρεση τιµών των παραµέτρων που υπεισέρχονται στις εξισώσεις των διαδικασιών που περιγράφουν το µοντέλο. Λόγω ελλείψεως µετρήσεων απορροής για τις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου, για την εύρεση των τιµών των παραµέτρων του µοντέλου εφαρµόστηκε µια µεθοδολογία διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας των δύο λεκανών µε άλλες λεκάνες, για τις οποίες υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις απορροής. Πιο συγκεκριµένα χρησιµοποιήθηκαν οι λεκάνες απορροής του Γλαύκου στον Νοµό Αχαϊας, του Αχελώου που αντιστοιχεί στην θέση του φράγµατος της Μεσοχώρας, του ποταµού Ερύµανθου, παραποτάµου του Αλφειού και του ποταµού Myakka στην Florida των Η.Π.Α.. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε είναι η εξής: Αρχικά πραγµατοποιείται η ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις τέσσερις λεκάνες για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής µε στόχο (α) να βρεθούν οι τιµές των παραµέτρων που επηρεάζουν το αποτέλεσµα της προσοµοίωσης και (β) να διαπιστωθεί το εύρος διακύµανσης των τιµών αυτών των παραµέτρων. Λόγω του σηµαντικού εύρους διακύµανσης αυτών των παραµέτρων, πραγµατοποιείται η κατάταξη των λεκανών του Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα iii

6 Περίληψη Πείρου, του Παραπείρου και των τεσσάρων λεκανών, για τις οποίες υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις απορροής, σύµφωνα µε κάποιους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες που επιλέχθησαν, ως προς την αναµενόµενη επιφανειακή απορροή. Στη συνέχεια, για τις λεκάνες για τις οποίες υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις απορροής γίνεται έλεγχος εάν οι τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS είναι συµβατές µε την κατάταξη των λεκανών σύµφωνα µε τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες. Επειδή προκύπτει ότι αυτό δεν συµβαίνει, πραγµατοποιείται επαναρρύθµιση του µοντέλου αναζητώντας συνδυασµούς παραµέτρων, οι οποίοι να επαληθεύουν την κατάταξη των λεκανών. Τέλος µε βάση τα αποτελέσµατα της διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας των λεκανών επιλέγονται οι τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS για την υδρολογική προσοµοίωση των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου. Τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS συγκρίθηκαν µε τα αποτελέσµατα της µελέτης του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (Μάρτιος 1997). Τα συµπεράσµατα που προκύπτουν από την παρούσα εργασία είναι τα εξής: (α) Από την διερεύνηση της υδρολογικής οµοιότητας των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου µε τις λεκάνες του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Η.Π.Α. διαπιστώθηκε ότι η επαναρρύθµιση του µοντέλου ENNS που πραγµατοποιήθηκε για τις τέσσερις λεκάνες, για τις οποίες υπαρχουν µετρήσεις απορροής, οδήγησε σε βελτίωση των αποτελεσµάτων της ρύθµισης (µείωση των αποκλίσεων της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής). Επίσης, επειδή ο λόγος της επιφανειακής απορροής προς την βροχή για τις τέσσερις λεκάνες επαληθεύει την κατάταξη σύµφωνα µε τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες, προκύπτει ότι η διαδικασία που ακολουθήθηκε αποτελεί µια δυνατότητα αντιστοίχισης των παραµέτρων του µοντέλου ENNS σε κριτήρια που προκύπτουν από αυτούς τους παράγοντες. (β) Από την σύγκριση των αποτελεσµάτων της µελέτης του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. µε τα αποτελέσµατα του µοντέλου αποδεικνύεται ότι το µοντέλο ENNS δίνει πιο ρεαλιστικές τιµές για τις συνιστώσες του υδρολογικού ισοζυγίου των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου από την µελέτη. Οι λόγοι είναι ότι (α) σύµφωνα µε την κατάταξη των λεκανών βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων οι λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου παρουσιάζουν υδρολογική οµοιότητα µε την λεκάνη του Γλαύκου, για την οποία το µοντέλο δίνει µια ρεαλιστική προσέγγιση της συνολικής απορροής Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα iv

7 Περίληψη (άµεσης και βασικής) και (β) η βασική απορροή που υπολογίστηκε µε το µοντέλο παρουσιάζει πολύ µικρότερη µεταβλητότητα στον χρόνο έναντι της άµεσης απορροής λόγω της αποθηκευτικής ικανότητας του εδάφους. (γ) Από τα αποτελέσµατα της υδρολογικής προσοµοίωσης των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS προκύπτει ότι τα ποσοστά της άµεσης απορροής προς την βροχόπτωση των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου σύµφωνα µε το µοντέλο ENNS δεν ήταν τα αναµενόµενα, παρόλο που τα αποτελέσµατα του µοντέλου κρίθηκαν ικανοποιητικά. Οι πιθανοί λόγοι είναι κάποια µειονεκτήµατα που παρουσιάζει η µεθοδολογία διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας των λεκανών και τα οποία κρίνεται ότι εάν ληφθούν υπόψη µπορούν να οδηγήσουν σε βελτίωση της µεθόδου. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα v

8 Περιεχόµενα ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ ii ΠΕΡΙΛΗΨΗ iii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ vi ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ.....ix ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ......xiv ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο : ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο : H ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ Υ.ΠΕ.ΧΩ. Ε Ύ ΡΕΥΣΗ ΠΑΤΡΑΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΠΟΤΑΜΟΥΣ ΠΕΙΡΟ ΚΑΙ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟ ΤO ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΕΡΓΩΝ ΤΩΝ ΠΟΤΑΜΩΝ ΤΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΤΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΤΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., 1997) Υ ΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΛΕΚΑΝΗΣ ΠΟΤΑΜΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ ΣΤΟ ΦΡΑΓΜΑ ΑΣΤΕΡΙΟΥ Μέθοδος Turc Μέθοδος Thornthwaite Υ ΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΛΕΚΑΝΗΣ ΠΟΤΑΜΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΣΤΟ ΦΡΑΓΜΑ ΒΑΛΜΑ ΟΥΡΑΣ Μέθοδος Turc Μέθοδος Thornthwaite ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΠΟΥ ΠΡΟΕΚΥΨΑΝ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ TURC ΚΑΙ THORNTHWAITE...13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο : ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΟΜΟΙΟΤΗΤΑΣ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ...15 vi

9 Περιεχόµενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο : ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ENNS ΓΙΑ ΤΙΣ ΛΕΚΑΝΕΣ ΓΛΑΥΚΟΥ, ΕΡΥΜΑΝΘΟΥ, ΜΕΣΟΧΩΡΑΣ ΚΑΙ MYAKKA, FLORIDA Η.Π.Α ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ENNS Υ ΡΟΛΟΓΙΚΉ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΟΥ ΓΛΑΥΚΟΥ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΗΣ ΜΕΣΟΧΩΡΑΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΟΥ ΕΡΥΜΑΝΘΟΥ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ TOY ΠΟΤΑΜΟΥ MYAKKA, FLORIDA ΤΩΝ Η.Π.Α...42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο :ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΦΥΣΙΟΓΡΑΦΙΚΟΥΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΚΑΤΑΤΑΤΑΞΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΥΣ ΦΥΣΙΟΓΡΑΦΙΚΟΥΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Γεωµετρικά χαρακτηριστικά Το µέγεθος των λεκάνων Το σχήµα των λεκανών Ανάγλυφο και κλίσεις εδάφους των λεκανών Πυκνότητα υδρογραφικού δικτύου Χαρακτηριστικά κυρίου ρεύµατος λεκάνης απορροής Γεωλογία Χρήσεις γης ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΥΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΒΑΣΕΙ ΤΟΥ ΣΥΝΟΛΟΥ ΤΩΝ ΚΡΙΤΗΡΙΩΝ...78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο :Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ENNS ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΩΝ ΤΕΣΣΑΡΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΟΠΟΙΕΣ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΙΑΘΕΣΙΜΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Λεκάνη Γλαύκου Λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α Λεκάνη Ερύµανθου Λεκάνη Μεσοχώρας...90 vii

10 Περιεχόµενα 6.2 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΤΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ Λεκάνη Πείρου Λεκάνη Παραπείρου...99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο : ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ BΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: ΣΥΝΕΧΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΒΡΟΧΗΣ-ΑΠΟΡΡΟΗΣ ENNS ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β: ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΕ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΚΡΙΒΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ: Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΠΛΗΜΜΥΡΩΝ ΣΤΙΣ ΘΕΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΡΓΩΝ ΤΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (1997) viii

11 Κατάλογος Πινάκων ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1 Φυτοκάλυψη λεκάνης απορροής φράγµατος Αστερίου...9 Πίνακας 2.2 Φυτοκάλυψη λεκάνης απορροής φράγµατος Βαλµαδούρας...11 Πίνακας 2.3 Απορροές στις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου που υπολογίστηκαν στη µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (1997)...13 Πίνακας 4.1 Βασικές παράµετροι του ENNS...23 Πίνακας 4.2 Τιµές των παραµέτρων του ENNS για την προσοµοίωση της απορροής στη λεκάνη του Γλαύκου κατά τους Ζιώγα (2006) και Γαλούνη (2007)...27 Πίνακας 4.3 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της υδρολογικής προσοµοίωσης στη λεκάνη του Γλαύκου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2001)...28 Πίνακας 4.4 Ετήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του Γλαύκου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2001)...30 Πίνακας 4.5 Τιµές των παραµέτρων του ENNS για την προσοµοίωση της απορροής στη λεκάνη της Μεσοχώρας κατά τους Kaleris et al. (1999) Πίνακας 4.6 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της υδρολογικής προσοµοίωσης στη λεκάνη της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...34 Πίνακας 4.7 Ετήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...34 Πίνακας 4.8 Τιµές των παραµέτρων του ENNS για την προσοµοίωση της λεκάνης του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) που χρησιµοποιήθηκαν στην εργασία των Yannopoulos et al. (2007) Πίνακας 4.9 Συνδυασµοί των αρχικών τιµών των TAB i για την λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α...45 Πίνακας 4.10 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της υδρολογικης προσοµοίωσης των ηµερήσιων τιµών της απορροής για τον ποταµό Myakka της Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)...50 ix

12 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 4.11 Ετήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνης του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)...50 Πίνακας 4.12 Τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS των λεκανών απορροής του Γλαύκου, του Ερύµανθου, του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. και της Μεσοχώρας...51 Πίνακας 5.1 Το εµβαδό των λεκανών του Πείρου, Παραπείρου, Γλαύκου, Ερύµανθου, Myakka, Florida των Η.Π.Α. και της Μεσοχώρας και ο µέσος ετήσιος µετρηµένος όγκος για τις λεκάνες του Γλαύκου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α...53 Πίνακας 5.2 Γεωλογικοί σχηµατισµοί των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. και το ποσοστό της έκτασης της λεκάνης που καταλαµβάνουν...69 Πίνακας 5.3 Συντελεστές κατείσδυσης επί µέρους γεωλογικών σχηµατισµών (Βουδούρης, 1995)...70 Πίνακας 5.4 Συντελεστές κατείσδυσης των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α...70 Πίνακας 5.5 Κατηγοριοποίηση των χρήσεων γης µε κριτήριο την απορροή και τα ποσοστά της συνολικής έκτασης των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. που καταλαµβάνουν...72 Πίνακας 5.6 Συντελεστές απορροής των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α...73 Πίνακας 5.7 Ετήσια ύψη βροχόπτωσης των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995)...75 Πίνακας 5.8 Τιµές της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) όπως προκύπτουν από την εξίσωση Turc...76 x

13 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 5.9 Ετήσιες τιµές βροχόπτωσης και πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (µέθοδος Turc ) της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2006)...76 Πίνακας 5.10 Ετήσιες τιµές βροχόπτωσης και πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (µέθοδος Turc ) της λεκάνης της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...77 Πίνακας 5.11 Τιµές ετήσιας βροχόπτωσης και ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (µέθδος Turc ) για τις λεκάνες του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. και της Μεσοχώρας...77 Πίνακας 5.12 Κατάταξη των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. µε βάση την υδρολογική τους οµοιότητα...79 Πίνακας 6.1 Ποσοστό άµεσης απορροής προς βροχόπτωση για τις λεκάνες του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α., του Γλαύκου, της Μεσοχώρας και του Ερύµανθου...80 Πίνακας 6.2 Τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS των λεκανών απορροής του Γλαύκου, της Μεσοχώρας, του Ερύµανθου και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. βασιζόµενες στα αποτελέσµατα της κατάταξης σύµφωνα µε τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες των λεκανών...82 Πίνακας 6.3 Ποσοστό άµεσης απορροής προς βροχόπτωση για τις λεκάνες του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α., του Γλαύκου, της Μεσοχώρας και του Ερύµανθου µε τις τιµές των παραµέτρων που επηρεάζουν την άµεση απορροή και είναι συµβατές µε την κατάταξη βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων...83 Πίνακας 6.4 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της προσοµοίωσης της απορροής της λεκάνης του Γλαύκου µε τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2001)...85 Πίνακας 6.5 Ετήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του Γλαύκου για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2001)...86 xi

14 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 6.6 Ετήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)...88 Πίνακας 6.7 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της προσοµοίωσης της απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. µε τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)...89 Πίνακας 6.8 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της προσοµοίωσης της απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας µε τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...91 Πίνακας 6.9 Ετήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...92 Πίνακας 6.10 Βροχοµετρικοί σταθµοί που χρησιµοποιήθηκαν για τον υπολογισµό των βροχοπτώσεων στη λεκάνη απορροής του Πείρου (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., 1997)...94 Πίνακας 6.11 Αποτελέσµατα της υδρολογικής προσοµοίωσης της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995)...95 Πίνακας 6.12 Ετήσια ύψη απορροής της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS...97 Πίνακας 6.13 Βροχοµετρικοί σταθµοί που χρησιµοποιήθηκαν για τον υπολογισµό των βροχοπτώσεων στη λεκάνη απορροής του Παραπείρου (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., 1997) Πίνακας 6.14 Αποτελέσµατα της υδρολογικής προσοµοίωσης της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) Πίνακας 6.15 Ετήσια ύψη απορροής της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου xii

15 Κατάλογος Πινάκων Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS xiii

16 Κατάλογος Σχηµάτων Σχήµα 2.1 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Οι θέσεις των έργων του Πείρου και του Παραπείρου και οι λεκάνες απορροής των ποταµών που αντιστοιχούν στις θέσεις των έργων...3 Σχήµα 4.1 Σχηµατοποίηση της λεκάνης απορροής σύµφωνα µε το µοντέλο ENNS...18 Σχήµα 4.2 Μεταβολή του ποσοστού ε της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής που αποτελεί την πραγµατική εξατµισοδιαπνοή...20 Σχήµα 4.3 (α) Ο ταµιευτήρας που παριστά την εδαφική ζώνη, (β) Γραµµικός ταµιευτήρας...22 Σχήµα 4.4 Η λεκάνη του Γλαύκου ( ArcGis 9.1)...24 Σχήµα 4.5 Οι θέσεις των πέντε λεκανών του ελλαδικού χώρου που µελετήθηκαν ( ArcGis 9.1)...25 Σχήµα 4.6 Ηµερήσιες τιµές µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του Γλαύκου για τα υδρολογικά έτη (90-91) και (97-98)...29 Σχήµα 4.7 Η λεκάνη της Μεσοχώρας ( ArcGis 9.1)...31 Σχήµα 4.8 Οι θέσεις των οκτώ βροχοµετρικών σταθµών στη λεκάνη της Μεσοχώρας (Kaleris et al., 2001)...32 Σχήµα 4.9 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τα υδρολογικά έτη (α) και (β) Σχήµα 4.9 (συνέχεια) Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τα υδρολογικά έτη (γ) και (δ) Σχήµα 4.10 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...37 Σχήµα 4.11 Η λεκάνη του Ερύµανθου( ArcGis 9.1)...39 Σχήµα 4.12 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...41 Σχήµα 4.13 Η λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. και οι θέσεις των βροχοµετρικών σταθµών ( xiv

17 Κατάλογος Σχηµάτων Σχήµα 4.14 Γράφηµα της λογαριθµικής µορφής της ηµερήσιας µετρηµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. συναρτήσει του χρόνου για το υδρολογικό έτος Σχήµα 4.15 Γράφηµα της λογαριθµικής µορφής της ηµερήσιας µετρηµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. συναρτήσει του χρόνου για το υδρολογικό έτος Σχήµα 4.16 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)-1 ο βήµα της προσοµοίωσης...47 Σχήµα 4.17 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)-2 ο βήµα της προσοµοίωσης...47 Σχήµα 4.18 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)-3 ο βήµα της προσοµοίωσης...48 Σχήµα 4.19 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)-Αποτέλεσµα της προσοµοίωσης...48 Σχήµα 4.20 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)-Αποτέλεσµα της προσοµοίωσης...49 Σχήµα 5.1 Ο µέσος ετήσιος µετρηµένος όγκος απορροή του Γλαύκου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. ως συνάρτηση του εµβαδού των λεκανών...53 Σχήµα 5.2 (α) Ο δείκτης CRAVELIUS ( k c ) των λεκανών (1.Πείρου, 2.Παραπείρου, 3.Γλαύκου, 4.Ερύµανθου, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρας)...55 Σχήµα 5.2 (β) Ο δείκτης Κυκλικότητας ( R c ) των λεκανών (1.Πείρου, 2.Παραπείρου, 3.Γλαύκου, 4.Ερύµανθου, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρας)...55 xv

18 Κατάλογος Σχηµάτων Σχήµα 5.3 Αθροιστική καµπύλη επιφανείας-κλίσεων των έξι λεκανών απορροής (Πείρος, Παραπείρος, Γλαύκος, Ερύµανθος, Myakka, Florida των Η.Π.Α., Μεσοχώρα)...58 Σχήµα 5.4 (α) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του Πείρου (Κλίµακα 1:100,000)...59 Σχήµα 5.4 (β) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του Παραπείρου (Κλίµακα 1:100,000)...60 Σχήµα 5.4 (γ) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του Γλαύκου (Κλίµακα 1:100,000)...61 Σχήµα 5.4 (δ) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του Ερύµανθου (Κλίµακα 1:200,000)...62 Σχήµα 5.4 (ε) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. (Κλίµακα 1:200,000)...63 Σχήµα 5.4 (στ) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης της Μεσοχώρας (Κλίµακα Σχήµα 5.5 1:200,000)...64 Η µέση κλίση των έξι λεκανών απορροής (1.Πείρος, 2.Παραπείρος, 3.Γλαύκος, 4.Ερύµανθος, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρα)...65 Σχήµα 5.6 Η πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου ( D d ) των έξι λεκανών απορροής Σχήµα 5.7 (1.Πείρος, 2.Παραπείρος, 3.Γλαύκος, 4.Ερύµανθος, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρα)...66 (α) Το συνολικό µήκος του κυρίου ρεύµατος των έξι λεκανών απορροής (1.Πείρος, 2.Παραπείρος, 3.Γλαύκος, 4.Ερύµανθος, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρα)...67 Σχήµα 5.7 (β) Η κλίση του κυρίου ρεύµατος των έξι λεκανών απορροής (1.Πείρος, Σχήµα Παραπείρος, 3.Γλαύκος, 4.Ερύµανθος, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρα)...67 Οι χρήσεις γης ως συνάρτηση του ποσοστού της συνολικής έκτασης των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α...71 xvi

19 Κατάλογος Σχηµάτων Σχήµα 5.9 Χρονοσειρές των ηµερησίων τιµών βροχόπτωσης των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995)...74 Σχήµα 5.10 Χρονοσειρές της ετήσιας βροχόπτωσης των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995)...75 Σχήµα 6.1 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)...87 Σχήµα 6.2 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005)...88 Σχήµα 6.3 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του Ερύµανθου για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...90 Σχήµα 6.4 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976)...92 Σχήµα 6.5 Eτήσια ύψη άµεσης απορροής της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS...98 Σχήµα 6.6 Eτήσια ύψη βασικής απορροής της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS...98 Σχήµα 6.7 Eτήσια ύψη πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου xvii

20 Κατάλογος Σχηµάτων Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS...99 Σχήµα 6.8 Eτήσια ύψη άµεσης απορροής της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS Σχήµα 6.9 Eτήσια ύψη βασικής απορροής της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS Σχήµα 6.10 Eτήσια ύψη πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS xviii

21

22 Κεφάλαιο 1 o - Εισαγωγή 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε σκοπό τον προσδιορισµό των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου προσκρούει συχνά στην έλλειψη µετρήσεων της απορροής. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η δυνατότητα αντιµετώπισης του προβλήµατος αυτού στις λεκάνες απορροής του ποταµού Πείρου (θέση Βαλµαδούρα) και του ποταµού Παραπείρου (θέση Αστέρι). Στις θέσεις αυτές κατασκευάζονται έργα, τα οποία σύµφωνα µε την µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (Μάρτιος 1997), θα εξυπηρετήσουν ανάµεσα σε άλλους στόχους και την κάλυψη των υδρευτικών αναγκών της Πάτρας. Ο υπολογισµός του υδρολογικού ισοζυγίου που έγινε στα πλαίσια της ανωτέρω µελέτης και παρουσιάζεται συνοπτικά στο 2 ο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας, στηρίζεται σε απλοποιητικές παραδοχές. Ο υπολογισµός του υδρολογικού ισοζυγίου βασίζεται σε ένα απλοποιηµένο υδρολογικό σύστηµα όπου η αποθήκευση νερού λαµβάνει χώρα µόνο στην εδαφική ζώνη και δεν γίνεται διάκριση ανάµεσα σε επιφανειακή και υπόγεια απορροή. Υδρολογικά µοντέλα (µοντέλα βροχής-απορροής) περιορίζουν σηµαντικά την ανάγκη απλοποιήσεων του υδρολογικού συστήµατος. Βασίζονται µεν και αυτά σε σχηµατοποιήσεις των διαδικασιών που λαµβάνουν χώρα στην λεκάνη, οι σχηµατοποιήσεις όµως ανταποκρίνονται περισσότερο στο φυσικό σύστηµα και επιτρέπουν τον αναλυτικό προσδιορισµό των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου, όπως για παράδειγµα τον διαχωρισµό της άµεσης και της βασικής απορροής. Η χρήση τέτοιων µοντέλων όµως απαιτεί την γνώση παραµέτρων, οι οποίες χρησιµοποιούνται στην µαθηµατική περιγραφή των διαδικασιών οι οποίες λαµβάνουν χώρα µέσα στη λεκάνη. Οι τιµές των παραµέτρων αυτών προκύπτουν από την ρύθµιση των µοντέλων, για την οποία ελάχιστα απαιτούµενα δεδοµένα είναι χρονοσειρές βροχόπτωσης, θερµοκρασίας και απορροής. Στον ελληνικό χώρο, ενώ µετρήσεις των κατακρηµνίσεων και της θερµοκρασίας γίνονται συστηµατικά από την Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία (Ε.Μ.Υ.) και άλλους οργανισµούς, η διαθεσιµότητα µετρήσεων απορροής είναι πολύ περιορισµένη. Συστηµατικές µετρήσεις της απορροής έχουν γίνει σε θέσεις ποταµών, οι οποίοι παρουσιάζουν ενδιαφέρον για την.ε.η.. Τέτοιες µετρήσεις δεν υπάρχουν για τις λεκάνες απορροής των ποταµών του Πείρου και του Παραπείρου. Για να εφαρµοστούν υδρολογικά µοντέλα για τις λεκάνες αυτές πρέπει να χρησιµοποιηθούν οι τιµές των παραµέτρων που έχουν προσδιοριστεί σε άλλες λεκάνες. Αυτό, όµως, µπορεί να γίνει µόνο µε την προϋπόθεση ότι οι τιµές των παραµέτρων που θα χρησιµοποιηθούν έχουν προκύψει από την ρύθµιση υδρολογικών Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 1

23 Κεφάλαιο 1 o - Εισαγωγή µοντέλων σε λεκάνες που είναι υδρολογικά όµοιες µε τις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής θα διερευνηθεί η υδρολογική οµοιότητα των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου προς άλλες λεκάνες για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής. Συγκεκριµένα θα χρησιµοποιηθούν (α) η λεκάνη του ποταµού Γλαύκου στον Νοµό Αχαϊας, (β) η λεκάνη του Αχελώου που αντιστοιχεί στην θέση του φράγµατος της Μεσοχώρας, (γ) η λεκάνη του ποταµού Ερύµανθου, παραποτάµου του Αλφειού και (δ) η λεκάνη του ποταµού Myakka στην Florida των Η.Π.Α.. Τα στοιχεία για τις τρεις πρώτες λεκάνες προέρχονται από φορείς στην Ελλάδα, ενώ για την 4 η λεκάνη τα στοιχεία (κατακρηµνίσεις, θερµοκρασίες, απορροές) βρέθηκαν από το διαδίκτυο ( Για τις λεκάνες αυτές θα γίνει ρύθµιση του υδρολογικού µοντέλου ENNS, (Nachtnebel et al., 1993) για τον προσδιορισµό των τιµών των παραµέτρων, µε τις οποίες µπορούν να προσεγγιστούν οι χρονοσειρές της απορροής που έχουν µετρηθεί στις εξόδους των λεκανών. Στη συνέχεια οι ανωτέρω λεκάνες θα συγκριθούν µεταξύ τους καθώς επίσης και µε τις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου µε βάση αφ ενός τα φυσιογραφικά χαρακτηριστικά τους (γεωµετρικά χαρακτηριστικά, χαρακτηριστικά κυρίου ρεύµατος, γεωλογία και χρήσεις γης) και αφ ετέρου τα κλιµατικά τους χαρακτηριστικά (βροχόπτωση, εξατµισοδιαπνοή). Από την σύγκριση αυτών θα εξαχθούν συµπεράσµατα ως προς την οµοιότητα των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου µε τις τέσσερις προαναφερθείσες λεκάνες και θα επιλεγούν οι τιµές των παραµέτρων του ENNS, µε τις οποίες θα γίνει η υδρολογική προσοµοίωση για τις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου. Στην µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (Μάρτιος 1997) γίνεται υπολογισµός πληµµυρικών απορροών για το φράγµα εκτροπής στον Πείρο και για το φράγµα στον Παραπείρο. Το τµήµα αυτό της µελέτης παρουσιάζεται συνοπτικά στο Παράρτηµα Γ. Ο υπολογισµός των πληµµυρικών απορροών γίνεται µε τρεις διαφορετικές µεθόδους. Η εφαρµογή άλλων µεθόδων, όπως για παράδειγµα ο υπολογισµός µε το πρόγραµµα HEC 1 (Ιούνιος 1998) που να στηρίζονται στην ανάλυση µετρηµένων υδρογραφηµάτων της λεκάνης του Γλαύκου, η οποία είναι υδρολογικά όµοια µε τις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου, δεν κατέστη δυνατή. Ο βασικός λόγος είναι ότι το χρονικό βήµα µέτρησης των απορροών είναι ίσο προς µια ηµέρα και κατά συνέπεια η χρονική ανάλυση των µετρηµένων υδρογραφηµάτων δεν ήταν επαρκής. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 2

24 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο 2. Η ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύ ΡΕΥΣΗ ΠΑΤΡΑΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΠΟΤΑΜΟΥΣ ΠΕΙΡΟ ΚΑΙ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟ 2.1 ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΩΝ ΕΡΓΩΝ ΤΩΝ ΠΟΤΑΜΩΝ ΤΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ Στηv υδρολογική µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (Μάρτιος 1997), «Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο», διερευνάται η εύρεση της καλύτερης δυνατής λύσης για τον σχεδιασµό των έργων που απαιτούνται για την επίλυση σε µακροχρόνια βάση του υδρευτικού προβλήµατος του ευρύτερου πολεοδοµικού συγκροτήµατος της Πάτρας, της Βιοµηχανικής Περιοχής και των κοινοτήτων της Β.. Αχαϊας. Το συνολικό σύστηµα αποτελείται από το έργο υδροληψίας του ποταµού Πείρου στη θέση Βαλµαδούρα, τον ταµιευτήρα Αστερίου στον ποταµό Παραπείρο καθώς και τον συνδετικό αγωγό. Οι θέσεις των έργων και οι λεκάνες απορροής των δύο ποταµών που αντιστοιχούν στις θέσεις των έργων δίδονται στο Σχ Σχήµα 2.1 Οι θέσεις των έργων του Πείρου και του Παραπείρου και οι λεκάνες απορροής των ποταµών που αντιστοιχούν στις θέσεις των έργων Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 3

25 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο Συνοπτικά τα χαρακτηριστικά των έργων έχουν ως εξής (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., 1997) : Ο πυρήνας του φράγµατος Αστερίου φτάνει σε ανώτατο ύψος 214 m (1 m κάτω από την στέψη του φράγµατος) και η διαπερατότητά του αναµένεται από cm/sec. Η διαπερατότητα των σωµάτων στήριξης αναµένεται από cm/sec. Η κλίση του ανάντη σώµατος προβλέπεται 1: 3.25 και του κατάντη σώµατος 1:3. Στα ανάντη και κατάντη σώµατα προβλέπονται από 4 οριζόντια στραγγιστήρια. Στραγγιστήριο προβλέπεται και στην κατάντη παρειά του πυρήνα. Ο πυρήνας θεµελιώνεται στον υγιή φλύσχη σε βάθος 8 m και τα σώµατα στήριξης σε αποσαθρωµένο βραχώδη φλύσχη σε βάθος 5 m. Η στέψη του φράγµατος προβλέπεται µε πλάτος 14 m ώστε να υπάρχει η δυνατότητα διέλευσης της οδού Πάτρας Τρίπολης µέχρι να κατασκευαστεί η προβλεπόµενη νέα χάραξη κατά µήκος του αριστερού αντερείσµατος. Στο δεξί αντέρεισµα ανάντη του φράγµατος υπάρχει περιοχή µε στάθµη χαµηλότερη του ύψους στέψης του φράγµατος ( m ), όπου προβλέπεται πλευρικό ανάχωµα. Οι αποστραγγιστικές σήραγγες έχουν διαταχθεί στα αντερείσµατα κατάντη του φράγµατος (µήκους 286 και 300 m στο δεξί και αριστερό αντέρεισµα αντίστοιχα). Στο αριστερό αντέρεισµα κατασκευάζεται έργο εκτροπής υδροληψίας και εκκένωσης. Ο υπερχειλιστής και τα συστατικά των έργων απαγωγής πληµµύρας τοποθετούνται στο δεξιό αντέρεισµα του φράγµατος και η διαστασιολόγησή τους έγινε για την µέγιστη πιθανή πληµµύρα m / sec. Το φράγµα εκτροπής Βαλµαδούρας αποτελεί ένα χαµηλό υπερπηδητό φράγµα από σκυρόδεµα το οποίο συνοδεύεται από λεκάνη υδραυλικού άλµατος για καταστροφή ενεργείας του νερού στα κατάντη. Το φράγµα θα είναι εξοπλισµένο µε ειδικά θυροφράγµατα µε το άνοιγµα των οποίων θα γίνεται έκπλυση µέρους του όγκου των φερτών και να ελευθερώνεται η ζώνη τροφοδοσίας. Ο αγωγός προσαγωγής για τις µεγάλες παροχές πίεση και για τις µικρότερες παροχές µε µερική πλήρωση m / sec λειτουργεί µε πλήρη Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 4

26 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο 2.2 ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΤΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., 1997) Για να εκτιµηθούν οι διαθέσιµες ποσότητες νερού µελετήθηκε το υδρολογικό ισοζύγιο των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου. Στην συνέχεια παρουσιάζονται συνοπτικά οι µέθοδοι που εφαρµόστηκαν και τα αποτελέσµατα που προέκυψαν. Η εξίσωση του υδρολογικού ισοζυγίου µιας λεκάνης απορροής για δεδοµένο χρονικό βήµα, δίνεται από την σχέση P= Vs + Vi + Ur ± S (2.1) όπου P = ο όγκος των βροχοπτώσεων στη λεκάνη V s = ο όγκος των εξερχόµενων από την λεκάνη υδάτων µε επιφανειακή απορροή V i = ο όγκος των εξερχόµενων από την λεκάνη υδάτων µε υπόγεια διήθηση U r = ο όγκος των υδρολογικών απωλειών S = η µεταβολή της εδαφικής υγρασίας Οι παραπάνω µεταβλητές εκφράζονται σε ύψος βροχής, απορροής, απωλειών, υγρασίας, ανηγµένο στην επιφάνεια της λεκάνης. Οι υδρολογικές απώλειες είναι ίσες µε το ύψος της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής από την φυτοκαλυµµένη επιφάνεια της λεκάνης. Με την ανωτέρω εξίσωση προσδιορίζονται τα µεγέθη V s και V i που αποτελούν τις διαθέσιµες ποσότητες νερού. Πιο συγκεκριµένα το υδρολογικό ισοζύγιο των λεκανών απορροής των ποταµών του Πείρου και του Παραπείρου υπολογίζεται µε δύο µεθόδους προκειµένου να επιλεγεί η καταλληλότερη για τον προσδιορισµό των απορροών. Η πρώτη µέθοδος χρησιµοποιεί την εµπειρική σχέση του Turc για τον υπολογισµό του ετήσιου ύψους της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής µε δεδοµένη την βροχόπτωση στη λεκάνη και τη µέση ετήσια θερµοκρασία. Η µεταβολή της ποσότητας νερού που είναι αποθηκευµένη στο έδαφος παραλείπεται και η υπολογιζόµενη απορροή είναι το άθροισµα επιφανειακής και υπόγειας µειωµένο κατά το ποσοστό της βαθειάς κατείσδυσης. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 5

27 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο Η δεύτερη µέθοδος χρησιµοποιεί την εµπειρική µέθοδο Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής για κάθε µήνα µε βάση την µέση µηνιαία θερµοκρασία, την εκτίµηση της διαθέσιµης υγρασίας στην λεκάνη απορροής, καθώς και τα στοιχεία των µηνιαίων υψών της επιφανειακής βροχόπτωσης στην λεκάνη απορροής. Για την εφαρµογή της µεθόδου γίνονται παραδοχές (α) ως προς την σειρά µε την οποία συντελούνται οι διαδικασίες της εξάτµισης, της αποθήκευσης νερού στο έδαφος και της απορροής, (β) ως προς τον τρόπο µε τον οποίο διαχωρίζεται η απορροή σε επιφανειακή και υπόγεια και (γ) ως προς το ποσοστό της βαθειάς κατείσδυσης. Οι παραδοχές αυτές θα εξηγηθούν κατά την εφαρµογή της µεθόδου. 2.3 Υ ΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΛΕΚΑΝΗΣ ΠΟΤΑΜΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ ΣΤΟ ΦΡΑΓΜΑ ΑΣΤΕΡΙΟΥ Μέθοδος Turc Το ετήσιο ύψος της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής σύµφωνα µε την εµπειρική σχέση του Turc ως εξής U r (mm) υπολογίζεται ( ) Ur = P/ P/ L (2.2) όπου P = όγκος των βροχοπτώσεων στην λεκάνη απορροής ( mm ) L= T T T = µέση ετήσια θερµοκρασία ( o C ) 3 Επειδή, όµως, η λεκάνη απορροής βρίσκεται στην περιοχή της Μεσογείου θα χρησιµοποιηθεί η τροποποιηµένη σχέση ( ) Ur = P/ P/ L 30 (2.3) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 6

28 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο Η τροποποιηµένη σχέση βασίζεται στο ότι στην περιοχή της Μεσογείου το µεγαλύτερο µέρος της ετήσιας βροχόπτωσης σηµειώνεται το χειµώνα όταν η δυνητική εξατµισοδιαπνοή είναι µικρή, ενώ αντίθετα την θερινή περίοδο που η εξατµισοδιαπνοή είναι µεγαλύτερη έχει ελάχιστες βροχοπτώσεις. Εποµένως η σχέση 2.2 υπερεκτιµά την τιµή της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής κατά 30 mm. Με βάση την σχέση 2.1, θεωρείται ότι η συνολική ετήσια απορροή, επιφανειακή και υπόγεια, είναι P U. Σε αυτή την περίπτωση αγνοήθηκε οποιαδήποτε µεταβολή S της r εδαφικής υγρασίας. Επειδή το µεγαλύτερο µέρος της υπόγειας απορροής εναποδίδεται τελικά στην επιφάνεια της λεκάνης ή στον ταµιευτήρα, λόγω του ότι η λεκάνη του Παραπείρου δοµείται κυρίως από σχηµατισµούς πρακτικώς υδατοστεγείς, εκτιµήθηκε ότι το ύψος της µέσης ετήσιας επιφανειακής απορροής είναι P U µειωµένη κατά το ποσοστό της βαθειάς κατείσδυσης που για την λεκάνη του Παραπείρου θεωρήθηκε ότι είναι 5% της διαφοράς P U. r Με βάση τα παραπάνω υπολογίστηκε η µέση ετήσια επιφανειακή απορροή της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο 24 υδρολογικών ετών (01/10/ /09/1995). Ο όγκος της µέσης ετήσιας απορροής γι αυτή την χρονική περίοδο ανέρχεται στα 3 38,565,814 m. Στην συνέχεια εφαρµόστηκε η δοκιµή r 2 x και ελέγχθηκε ότι το δείγµα ακολουθεί την κανονική κατανοµή και υπολογίστηκε ο όγκος της ετήσιας επιφανειακής απορροής εξασφαλισµένος µε πιθανότητα 98% ίσος µε 5.51 εκ. 3 m Μέθοδος Thornthwaite Ο υπολογισµός των απορροών χρησιµοποιώντας αυτή την εµπειρική µέθοδο για τον προσδιορισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής γίνεται για µηνιαίο χρονικό βήµα. Αρχικά, λοιπόν, υπολογίζεται η δυνητική εξατµισοδιαπνοή µε βάση τα διαθέσιµα µετεωρολογικά στοιχεία για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995). Ο εµπειρικός τύπος του Thornthwaite υπολογίζει την δυνητική εξατµισοδιαπνοή σαν συνάρτηση της µέσης µηνιαίας θερµοκρασίας ως εξής x ( / 360) U = PE DN (2.4) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 7

29 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο όπου U = η δυνητική εξατµισοδιαπνοή ( mm / month ) ( ) a PE = T / I, η µέση τιµή της δυναµικής εξατµισοδιαπνοής x T = µέση µηνιαία θερµοκρασία ( o C ) I =Σ I i = 112, ετήσιος θερµικός δείκτης I i = 0.09T, µηνιαίος θερµικός δείκτης 3/2 i a = 0.016I D = ο αριθµός των ηµερών του µήνα N = 1.44P, η µέση διάρκεια της ηµέρας P = ποσοστό ωρών ηµέρας του συγκεκριµένου µήνα ανά έτος Η πραγµατική εξατµισοδιαπνοή βροχόπτωση αυτού του µήνα. Εάν η βροχόπτωση U r που συντελείται κάθε µήνα εξαρτάται από την P καλύπτει την δυνητική εξατµισοδιαπνοή U (υγρή περίοδος), τότε υπάρχει διαθέσιµο νερό και ισχύει Στην περίπτωση όπου P U (ξηρή περίοδος), τότε ισχύει Ur U = U. = P. Στην περίπτωση όπου υπάρχει υπόλοιπο P U, αυτό πληρεί το έδαφος έως ότου η εδαφική υγρασία γίνει ίση µε την υδατοϊκανότητα του εδάφους. Στην περίπτωση όπου υπάρχει πλεόνασµα ύδατος, αυτό απορρέει κατά ένα ποσοστό επιφανειακά και κατά το υπόλοιπο υπόγεια, ανάλογα µε τα χαρακτηριστικά της λεκάνης. Επί της επιφανειακής απορροής θεωρείται ποσοστό 5% ως απώλεια βαθειάς κατείσδυσης. Ως προς τον διαχωρισµό της συνολικής απορροής σε επιφανειακή και υπόγεια θεωρείται ότι στη λεκάνη του Παραπείρου 80% της συνολικής απορροής αποτελεί επιφανειακή απορροή. Για την εκτίµηση της διαθέσιµης υγρασίας στην λεκάνη απορροής του έργου του φράγµατος Αστερίου χρησιµοποιήθηκαν δεδοµένα της φυτοκάλυψης της λεκάνης που προέκυψαν από στοιχεία που παρουσιάζονται στον χάρτη Γ.Υ.Σ. κλίµακας 1:50.000, σε χάρτες του Υπουργείου Γεωργίας, του Ινστιτούτου ασικών Ερευνών, Απογραφής και Χαρτογραφήσεως ασών καθώς και από την πραγµατοποίηση επιτόπου επισκέψεων του µελετητή. Στον πίνακα 2.1 παρουσιάζονται συνοπτικά στοιχεία για την φυτοκάλυψη της λεκάνης απορροής του φράγµατος Αστερίου. r Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 8

30 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο Πίνακας 2.1 Φυτοκάλυψη λεκάνης απορροής φράγµατος Αστερίου 2 Είδος Φυτοκάλυψης Επιφάνεια ( km ) Ποσοστό (%) του συνόλου ασικές εκτάσεις Θαµνώδεις εκτάσεις Χέρσες εκτάσεις Το βάθος του ριζικού συστήµατος λαµβάνεται 1000 mm για τα δάση, 600 mm για τους θάµνους και τις καλλιέργειες και 200 mm για τις υπόλοιπες εκτάσεις µε αβαθές εδαφικό στρώµα. Υπολογίζεται στη συνέχεια η ολική διαθέσιµη εδαφική υγρασία µε βάση τα παραπάνω για τους διάφορους τύπους εδαφών. Πιο συγκεκριµένα για την άργιλο η ολική διαθέσιµη υγρασία λαµβάνεται 23% επί του όγκου (τυπική µέση τιµή). Αυτό αντιστοιχεί σε 1000*0.23 = 230 mm υγρασίας για τα δάση 600*0.23 = 138 mm υγρασίας για τους θάµνους 200*0.23 = 46 mm υγρασίας για εκτάσεις µε αβαθές εδαφικό στρώµα Επίσης για τα αµµώδη εδάφη η ολική διαθέσιµη υγρασία λαµβάνεται 8% επί του όγκου. Αυτό αντιστοιχεί σε 1000*0.08 = 80 mm υγρασίας για τα δάση 600*0.08 = 48 mm υγρασίας για τους θάµνους 200*0.08 = 16 mm υγρασίας για εκτάσεις µε αβαθές εδαφικό στρώµα Τέλος για τον αργιλοπηλό η ολική διαθέσιµη υγρασία λαµβάνεται 19% επί του όγκου. Αυτό αντιστοιχεί σε 1000*0.19 = 190 mm υγρασίας για τα δάση 600*0.19 = 114 mm υγρασίας για τους θάµνους 200*0.19 = 38 mm υγρασίας για εκτάσεις µε αβαθές εδαφικό στρώµα Σύµφωνα µε τα παραπάνω, η ολική διαθέσιµη υγρασία για την λεκάνη του φράγµατος Αστερίου θα είναι κατά περίπτωση η εξής i. Για αργιλικά εδάφη 230*25.22%(δάση) + 138*51.44%(θάµνοι, καλλιέργειες) + 46*23.34%(αβαθές εδαφικό στρώµα) = mm Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 9

31 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο ii. Για τα αµµώδη εδάφη 80*25.22%(δάση) + 48*51.44%(θάµνοι, καλλιέργειες) + 16*23.34%(αβαθές εδαφικό στρώµα) = 48.6 mm iii. Για αργιλοπηλό 190*25.22%(δάση) + 114*51.44%(θάµνοι, καλλιέργειες) + 38*23.34%(αβαθές εδαφικό στρώµα) = mm Εποµένως το υδρολογικό ισοζύγιο της λεκάνης θα εξεταστεί για δύο περιπτώσεις, µε τιµή ολικής εδαφικής υγρασίας 139 mm (άνω όριο των τιµών της διαθέσιµης υγρασίας) και 115 mm (µέση κατάσταση από πλευράς φυσικών ιδιοτήτων των εδαφών). Το υδρολογικό ισοζύγιο της λεκάνης του Παραπείρου στην θέση που θα κατασκευαστεί το φράγµα Αστερίου θα προσδιοριστεί µε βάση την σχέση 2.1 για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995). Για την πρώτη περίπτωση όπου η διαθέσιµη υγρασία του εδάφους είναι 139 mm, υπολογίστηκε ότι ο όγκος της µέσης ετήσιας απορροής για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) ανέρχεται στα δοκιµή 3 53,094,079 m. Στην συνέχεια εφαρµόστηκε η 2 x και ελέγχθηκε ότι το δείγµα ακολουθεί την κανονική κατανοµή και υπολογίστηκε ο όγκος της ετήσιας επιφανειακής απορροής εξασφαλισµένος µε πιθανότητα 98% ίσος µε εκ. 3 m. Για την δεύτερη περίπτωση όπου η διαθέσιµη υγρασία του εδάφους είναι 115 mm ο όγκος της µέσης ετήσιας απορροής ανέρχεται στα εξασφαλισµένος µε πιθανότητα 98% είναι ίσος µε εκ. 3 54,644,656 m και ο αντίστοιχος όγκος 3 m. 2.4 Υ ΑΤΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΛΕΚΑΝΗΣ ΠΟΤΑΜΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΣΤΟ ΦΡΑΓΜΑ ΕΚΤΡΟΠΗΣ ΒΑΛΜΑ ΟΥΡΑΣ Μέθοδος Turc Για τον υπολογισµό των ετησίων απορροών εφαρµόζεται ακριβώς η ίδια διαδικασία που εφαρµόστηκε και στην περίπτωση του ποταµού Παραπείρου. Πιο συγκεκριµένα θεωρείται ότι η ετήσια επιφανειακή απορροή µε βάση την σχέση 2.1 είναι αγνοώντας την οποιαδήποτε µεταβολή της εδαφικής υγρασίας. P U, r Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 10

32 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο Επειδή η λεκάνη απορροής του ποταµού Πείρου δοµείται κατά βάση από επαναλαµβανόµενες στρώσεις ασβεστολίθων και σχιστοκερατολίθων της Πίνδου, εκτιµάται ότι η παρουσία αυτών των αδιαπέρατων στρώσεων συντελεί στην ανάκτηση του µεγαλύτερου µέρους των υδάτων που κατεισδύουν στο έδαφος µέσω των διαπερατών στρώσεων των ασβεστολίθων. Κατά συνέπεια εκτιµάται ότι το 10% της επιφανειακής απορροής αποτελεί απώλεια βαθειάς κατείσδυσης. Υπολογίστηκε η ετήσια επιφανειακή απορροή για την χρονική περίοδο 24 υδρολογικών ετών (01/10/ /09/1995). Ο όγκος της µέσης ετήσιας απορροής γι αυτή την χρονική περίοδο ανέρχεται στα 3 36,099,821 m. Στην συνέχεια εφαρµόστηκε η δοκιµή 2 x και ελέγχθηκε ότι το δείγµα ακολουθεί την κανονική κατανοµή και υπολογίστηκε ο όγκος της ετήσιας επιφανειακής απορροής εξασφαλισµένος µε πιθανότητα 98% ίσος µε 5.22 εκ. 3 m Μέθοδος Thornthwaite Για τον υπολογισµό των απορροών µε την χρήση αυτής της εµπειρικής µεθόδου για τον προσδιορισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής ακολουθήθηκε ακριβώς η ίδια διαδικασία µε αυτή που εφαρµόστηκε στην περίπτωση του ποταµού Παραπείρου. Στον πίνακα 2.2 παρουσιάζονται συνοπτικά στοιχεία για την φυτοκάλυψη της λεκάνης απορροής του φράγµατος Βαλµαδούρας. Πίνακας 2.2 Φυτοκάλυψη λεκάνης απορροής φράγµατος Βαλµαδούρας Είδος Φυτοκάλυψης 2 Επιφάνεια ( km ) Ποσοστό (%) του συνόλου ασικές εκτάσεις Θαµνώδεις εκτάσεις Χέρσες εκτάσεις Η ολική διαθέσιµη εδαφική υγρασία για την λεκάνη του φράγµατος Βαλµαδούρας θα είναι κατά περίπτωση η εξής Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 11

33 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο iv. Για αργιλικά εδάφη 230*16.21%(δάση) + 138*46.21%(θάµνοι, καλλιέργειες) + 46*37.58%(αβαθές εδαφικό στρώµα) = mm v. Για τα αµµώδη εδάφη 80*16.21%(δάση) + 48*46.21%(θάµνοι, καλλιέργειες) + 16*37.58%(αβαθές εδαφικό στρώµα) = 41.2 mm vi. Για αργιλοπηλό 190*16.21%(δάση) + 114*46.21%(θάµνοι, καλλιέργειες) + 38*37.58%(αβαθές εδαφικό στρώµα) = 97.6 mm Εποµένως το υδρολογικό ισοζύγιο της λεκάνης θα εξεταστεί για δύο περιπτώσεις, µε τιµή ολικής εδαφικής υγρασίας 97 mm (µέση κατάσταση από πλευράς φυσικών ιδιοτήτων των εδαφών) και 118 mm (άνω όριο των τιµών της διαθέσιµης υγρασίας). Επίσης ο υπολογισµός των απορροών έγινε βάσει δύο παραδοχών. Πρώτον ότι οι απώλειες βαθειάς κατείσδυσης είναι ίσες µε το 10% της συνολικής απορροής. εύτερον ότι το 60% της συνολικής απορροής απορρέει επιφανειακά ( V s ), ενώ το υπόλοιπο 40% της συνολικής απορροής απορρέει µε υπόγεια διήθηση ( V i ) και εναποδίδεται στην επιφανειακή απορροή µε κάποια υστέρηση. Η εφαρµογή της µεθόδου στη θέση που θα κατασκευαστεί το φράγµα εκτροπής Βαλµαδούρας έδωσε για την περίοδο (01/10/ /09/1995) τα εξής αποτελέσµατα: Για την πρώτη περίπτωση όπου η διαθέσιµη υγρασία του εδάφους είναι 118 mm, υπολογίστηκε ότι ο όγκος της µέσης ετήσιας απορροής για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) ανέρχεται στα δοκιµή 3 45,564,562 m. Στην συνέχεια εφαρµόστηκε η 2 x και ελέγχθηκε ότι το δείγµα ακολουθεί την κανονική κατανοµή και υπολογίστηκε ο όγκος της ετήσιας επιφανειακής απορροής εξασφαλισµένος µε πιθανότητα 98% ίσος µε εκ. 3 m. Για την δεύτερη περίπτωση όπου η διαθέσιµη υγρασία του εδάφους είναι 97 mm ο όγκος της µέσης ετήσιας απορροής ανέρχεται στα 3 46,389,045 m και ο αντίστοιχος όγκος εξασφαλισµένος µε πιθανότητα 98% είναι ίσος µε εκ. 3 m. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 12

34 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο 2.5 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΠΟΥ ΠΡΟΕΚΥΨΑΝ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ TURC ΚΑΙ THORNTHWAITE Όπως φαίνεται από τον πίνακα 2.3 τα αποτελέσµατα υπολογισµού της απορροής που προέκυψαν µε την χρήση των µεθόδων Turc και Thornthwaite παρουσιάζουν σηµαντικές αποκλίσεις. Αυτό οφείλεται στις διαφορετικές παραδοχές πάνω στις οποίες στηρίζεται ο υπολογισµός. Πίνακας 2.3 Απορροές στις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου που υπολογίστηκαν στη µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (1997) Απορροές (m 3 /έτος) Μέθοδος υπολογισµού της εξατµισοδιαπνοής Μέση Ετήσια Λεκάνη Πείρου Εξασφαλισµένη µε Ρ=98% Μέση Ετήσια Λεκάνη Παραπείρου Εξασφαλισµένη µε Ρ=98% ΤURC 36.1* * * * *10 6 (FK=118 mm) 13.37* *10 6 (FK=139 mm) 15.53*10 6 THORNTHWAITE 46.4*10 6 (FK=97 mm) 14.18* *10 6 (FK=115 mm) 17.13*10 6 Στην περίπτωση εφαρµογής της µεθόδου Turc δεν λαµβάνεται υπόψη η µεταβολή της ποσότητας νερού που είναι αποθηκευµένη στο έδαφος και δεν γίνεται διάκριση µεταξύ επιφανειακής και υπόγειας απορροής. Στην περίπτωση εφαρµογής της µεθόδου Thornthwaite λαµβάνεται υπόψη η µεταβολή της αποθηκευµένης ποσότητας νερού στο έδαφος και γίνεται διαχωρισµός της επιφανειακής και της υπόγειας απορροής. Όµως για την περιγραφή των διαδικασιών Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 13

35 Κεφάλαιο 2 ο -Η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο αυτών απαιτούνται εκτιµήσεις για την διαθέσιµη υγρασία του εδάφους στη λεκάνη απορροής, τις απώλειες βαθειάς κατείσδυσης και το ποσοστό της επιφανειακής απορροής. Η εφαρµογή µοντέλων βροχής-απορροής, τα οποία έχουν ρυθµιστεί µε την βοήθεια µετρήσεων της απορροής δίνει δυνατότητα πιο αξιόπιστης προσέγγισης του υδρολογικού ισοζυγίου των λεκανών. Όµως λόγω της έλλειψης µετρήσεων της απορροής στις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου η χρήση τέτοιων µοντέλων δεν είναι εφικτή, διότι δεν είναι δυνατός ο προσδιορισµός των τιµών των παραµέτρων που χρησιµοποιούνται για την περιγραφή των υδρολογικών διαδικασιών. Μια δυνατότητα προσδιορισµού αυτών των παραµέτρων σε λεκάνες για τις οποίες δεν υπάρχουν µετρήσεις της απορροής είναι η αναζήτηση οµοιοτήτων όσον αφορά την υδρολογική συµπεριφορά µεταξύ αυτών των λεκανών και άλλων, για τις οποίες είναι διαθέσιµες µετρήσεις απορροής. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 14

36 Kεφάλαιο 3 ο -Μεθοδολογία διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας λεκανών απορροής 3. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΟΜΟΙΟΤΗΤΑΣ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Για την διερεύνηση της υδρολογικής οµοιότητας µεταξύ των λεκανών απορροής µε στόχο να διαπιστωθεί αν οι λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου µπορούν να θεωρηθούν υδρολογικά όµοιες µε λεκάνες για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής ακολουθήθηκε η εξής διαδικασία: 1. Έγινε ρύθµιση του υδρολογικού µοντέλου ENNS (Nachtnebel et al., 1993) για τέσσερις λεκάνες για τις οποίες υπάρχουν µετρηµένες απορροές, µε στόχο (α) να ευρεθούν οι παράµετροι του µοντέλου οι οποίες επηρεάζουν σηµαντικά την προσοµοίωση της απορροής και (β) να διαπιστωθεί το εύρος διακύµανσης των τιµών αυτών των παραµέτρων. Το µοντέλο ENNS επιλέχθηκε λόγω του σχετικά µικρού αριθµού παραµέτρων που χρησιµοποιούνται σ αυτό για την περιγραφή των υδρολογικών διαδικασιών. ιαπιστώθηκε ότι οι τιµές των σηµαντικών παραµέτρων του µοντέλου για τις τέσσερις λεκάνες που εξετάστηκαν παρουσιάζουν σηµαντικό εύρος διακύµανσης. Κατά συνέπεια για να γίνει επιλογή των τιµών αυτών των παραµέτρων σε περιπτώσεις που δεν υπάρχουν µετρήσεις απορροής και δεν µπορεί να γίνει ρύθµιση του µοντέλου, πρέπει αυτές οι παράµετροι να συσχετισθούν µε φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες των λεκανών. 2. Προσδιορίστηκαν για τις τέσσερις λεκάνες, για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής καθώς επίσης για τις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου οι παρακάτω (i) φυσιογραφικοί παράγοντες και (ii) κλιµατικοί παράγοντες. (i) Φυσιογραφικοί παράγοντες (α) (β) Τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά των λεκανών (µέγεθος, σχήµα, κλίση και πυκνότητα στραγγίσεως) Τα χαρακτηριστικά του κυρίου ρεύµατος (συνολικό µήκος και κλίση). Τα χαρακτηριστικά (α) και (β) υπολογίστηκαν από τα ψηφιακά µοντέλα εδάφους των λεκανών µε την χρήση του λογισµικού WMS 7.1. (γ) Το είδος των γεωλογικών σχηµατισµών που απαντώνται µέσα στην κάθε λεκάνη και το ποσοστό της επιφανείας της, το οποίο καλύπτει ο κάθε σχηµατισµός. Για τον σκοπό αυτό χρησιµοποιήθηκαν διαφορετικές πηγές που περιέχουν τέτοιες πληροφορίες για τις διάφορες λεκάνες (βλ. Κεφ. 5). Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 15

37 Kεφάλαιο 3 ο -Μεθοδολογία διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας λεκανών απορροής (δ) Τα είδη των χρήσεων γης που απαντώνται σε κάθε λεκάνη και το ποσοστό της επιφανείας που καλύπτει η κάθε χρήση. Οι χρήσεις γης προσδιορίστηκαν από το διανυσµατικό αρχείο χρήσεων γης της European Environment Agency (E.E.A.) µε την χρήση του λογισµικού ArcGis 9.1. (ii) Κλιµατικοί παράγοντες (α) Ετήσια ύψη βροχής (β) Ετήσια ύψη εξατµισοδιαπνοής Με βάση τα χαρακτηριστικά αυτά έγινε κατάταξη των έξι λεκανών, τέσσερις για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής, η λεκάνη του Πείρου και η λεκάνη του Παραπείρου, ως προς την αναµενόµενη επιφανειακή απορροή. Κάθε ένας από τους ανωτέρω παράγοντες βαθµολογήθηκε µε βαθµούς από το ένα (1) έως το έξι (6). Με ένα (1) βαθµολογείτο η λεκάνη, στην οποία το συγκεκριµένο χαρακτηριστικό αναµένεται και ευνοεί λιγότερο την επιφανειακή απορροή. Το άθροισµα των βαθµών κάθε λεκάνης δίνει τον βαθµό µε τον οποίο η λεκάνη κατατάσσεται σε µια σειρά από ένα έως έξι. Η λεκάνη, η οποία λόγω του συνολικού βαθµού της (µεγαλύτερο άθροισµα) κατατάσσεται στην πρώτη θέση είναι εκείνη, η οποία αναµένεται να δίνει την µεγαλύτερη µέση ετήσια επιφανειακή απορροή. 3. Για τις λεκάνες, στις οποίες υπάρχουν µετρήσεις της απορροής έγινε έλεγχος εάν για τις παραµέτρους του µοντέλου ENNS, οι οποίες επηρεάζουν καθοριστικά την επιφανειακή απορροή, έχουν προκύψει τιµές συµβατές µε την κατάταξη που έγινε µε βάση τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες. Επειδή στις περιπτώσεις που εξετάστηκαν αυτό δεν συµβαίνει, έγινε επαναρρύθµιση του µοντέλου αναζητώντας συνδυασµούς παραµέτρων, οι οποίες να επαληθεύουν την κατάταξη που προκύπτει βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων. Στις περιπτώσεις που εξετάστηκαν η αναζήτηση τέτοιων συνδυασµών ήταν επιτυχής και οδήγησε µάλιστα στην βελτίωση των αποτελεσµάτων της ρύθµισης (µείωση των αποκλίσεων µεταξύ µετρηµένης και υπολογισµένης απορροής) σε σχέση µε τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την ρύθµιση της πρώτης φάσης της διαδικασίας. Επειδή δε ο λόγος της επιφανειακής απορροής προς τη βροχή που προέκυψε για τις τέσσερις λεκάνες από τις προσοµοιώσεις επαληθεύει την κατάταξη µε βάση τους φυσιογραφικούς παράγοντες θεωρούµε ότι η διαδικασία που ακολουθήθηκε αποτελεί µια δυνατότητα αντιστοίχισης των παραµέτρων του µοντέλου ENNS σε κριτήρια που προκύπτουν από φυσιογραφικούς και Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 16

38 Kεφάλαιο 3 ο -Μεθοδολογία διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας λεκανών απορροής κλιµατικούς παράγοντες. Επειδή η διαδικασία στηρίζεται στα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την διερεύνηση σχετικά µικρού αριθµού (τεσσάρων) λεκανών, για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής απαιτείται η επαλήθευση της µεθόδου µε την εξέταση σηµαντικά µεγαλύτερου αριθµού λεκανών. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 17

39 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. 4. ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ENNS ΓΙΑ ΤΙΣ ΛΕΚΑΝΕΣ ΓΛΑΥΚΟΥ, ΕΡΥΜΑΝΘΟΥ, ΜΕΣΟΧΩΡΑΣ ΚΑΙ MYAKKA, FLORIDA Η.Π.Α. 4.1 ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ENNS Στο µοντέλο ENNS, η λεκάνη απορροής σχηµατοποιείται όπως φαίνεται στο Σχ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΒΡΟΧΗ Χιονοκάλυψη FK PWP Εδαφική ζώνη M BETA BFFAK Εδαφικός ταµιευτήρας 1 H1 TAB1 Επιφανειακή απορροή TVS1 Εδαφικός ταµιευτήρας 2 H2 TAB2 Ενδιάµεση απορροή TVS2 Εδαφικός ταµιευτήρας 3 TAB3 Βασική απορροή Ταµιευτήρας 4 TAB4 Συνολική απορροή στην έξοδο της λεκάνης Σχήµα 4.1 Σχηµατοποίηση της λεκάνης απορροής σύµφωνα µε το µοντέλο ENNS Το µοντέλο αποτελείται από τέσσερις ταµιευτήρες, οι τρεις εκ των οποίων είναι γραµµικοί. Από τον πρώτο ταµιευτήρα προκύπτει η επιφανειακή απορροή. Από τον δεύτερο ταµιευτήρα προκύπτει η υπεδάφια (ενδιάµεση) απορροή, ενώ ο τρίτος ταµιευτήρας δίνει τη βασική απορροή. Το σύνολο της απορροής καταλήγει στον 4 ο ταµιευτήρα ο οποίος χρησιµεύει για την διόδευσή της. Όπως φαίνεται στο σχήµα, πάνω από αυτή τη σειρά των ταµιευτήρων βρίσκεται η εδαφική ζώνη, ένα στρώµα εδάφους µε σχετικά µικρό πάχος, Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 18

40 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. πάνω στο οποίο επιδρούν οι µετεωρολογικοί παράγοντες και το οποίο µπορεί να καλύπτεται από χιόνι. Ο τρόπος µε τον οποίο µετατρέπονται οι ατµοσφαιρικές κατακρηµνίσεις (χιονόπτωση, βροχόπτωση) σε απορροή µέσω αυτού του συστήµατος είναι ο ακόλουθος: Το νερό µε την µορφή κατακρήµνισης εισέρχεται στην εδαφική ζώνη όπου ένα µέρος του αποθηκεύεται ως εδαφική υγρασία, ένα ποσοστό εξατµίζεται και επιστρέφει στην ατµόσφαιρα, ενώ το υπόλοιπο συνεχίζει την πορεία του προς την αλληλουχία των ταµιευτήρων. Στον 1 ο και στον 2 ο ταµιευτήρα εκτός από την οριζόντια εκροή υπάρχει και κατακόρυφη απορροή, ενώ ο 3 ος έχει µόνο οριζόντια εκροή, την βασική απορροή. Τελικά η συνολική απορροή καταλήγει στον 4 ο ταµιευτήρα. Το χρονικό βήµα που χρησιµοποιείται για την προσοµοίωση είναι µια ηµέρα. Για τον υπολογισµό της ηµερήσιας δυνητικής εξατµισοδιαπνοής χρησιµοποιείται η µέθοδος Thornthwaite, ελαφρώς τροποποιηµένη. Το πρόγραµµα κάνει υπολογισµούς για κάθε µέρα χρησιµοποιώντας την µέση ηµερήσια θερµοκρασία. Στη συνέχεια οι τιµές που προκύπτουν διαιρούνται µε τον αριθµό των ηµερών του µήνα και έτσι προκύπτουν οι ηµερήσιες τιµές της εξατµισοδιαπνοής. Η πραγµατική εξατµισοδιαπνοή είναι ένα ποσοστό ε της δυνητικής και εξαρτάται από την υγρασία της εδαφικής ζώνης: Ε = ( Ε ) i (4.1) π ε Η σχέση του συντελεστή ε µε την εδαφική υγρασία φαίνεται στο Σχ Όταν η εδαφική υγρασία είναι κάτω από το σηµείο µονίµου µαράνσεως, η πραγµατική εξατµισοδιαπνοή είναι µηδενική και ο συντελεστής ε είναι µηδέν. Όταν η περεκτικότητα σε υγρασία της εδαφικής ζώνης ξεπεράσει ένα καθορισµένο ποσοστό λ (λ 1) της υδατοϊκανότητας του εδάφους, δηλαδή της ποσότητας του νερού που µπορεί να συγκρατήσει το έδαφος υπό συνθήκες στράγγισης, ο συντελεστής ε είναι ένα. Για τις ενδιάµεσες τιµές της εδαφικής υγρασίας ο συντελεστής ε µεταβάλλεται γραµµικά. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 19

41 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. ε 100 % 0 % Σηµείο µονίµου µαράνσεως λ x Υδατοϊκανότητα Υδατοϊκανότητα Ε ΑΦΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ Σχήµα 4.2 Μεταβολή του ποσοστού ε της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής που αποτελεί την πραγµατική εξατµισοδιαπνοή Στο Σχ. 4.3 (α) αναπαρίσταται ο εδαφικός ταµιευτήρας µε τον οποίο περιγράφονται οι διαδικασίες στην εδαφική ζώνη. Ένα ποσοστό του νερού από την εδαφική ζώνη κατευθύνεται προς την αλληλουχία των ταµιευτήρων µε δύο µηχανισµούς, τον µηχανισµό της άµεσης κατείσδυσης και τον µηχανισµό της βραδείας κατείσδυσης. Η άµεση κατείσδυση αποτελεί το τµήµα των εισροών που βγαίνει αµέσως από το κάτω όριο της εδαφικής ζώνης και εισέρχεται στους ταµιευτήρες και οφείλεται σε ασυνέχειες του εδάφους ενώ η βραδεία κατείσδυση γίνεται µέσω των πόρων του εδάφους. Η συνολική κατείσδυση από την εδαφική ζώνη QVSO είναι το άθροισµα των δύο συνιστωσών: QVSO = BWOAB1+ BWOAB2 (4.2) όπου BWOAB1 η αργή κατείσδυση και BWOAB2 η γρήγορη κατείσδυση. Η ποσότητα του νερού που είναι αποθηκευµένη στην εδαφική ζώνη είναι ίση µε: BWO = BF * M (4.3) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 20

42 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. όπου BF είναι το ποσοστό υγρασίας που περιέχεται στο έδαφος και Μ το πάχος της εδαφικής ζώνης. Η ελάχιστη ποσότητα υγρασίας που µπορεί να υπάρξει στην εδαφική ζώνη είναι: (4.4) BWOmin = PWP * M όπου PWP το σηµείο µονίµου µαράνσεως. Η ποσότητα του νερού σε mm που απορρέει από την εδαφική ζώνη εξαιτίας της άµεσης κατείσδυσης δίνεται από την σχέση: BF BWOAB1 = ( P + MELT ) FK b (4.5) όπου Ρ το νερό προερχόµενο από την βροχή MELT το νερό προερχόµενο από την τήξη του χιονιού BF το ποσοστό της εδαφικής υγρασίας FK η υδατοϊκανότητα b η σταθερά της άµεσης κατείσδυσης Η ποσότητα του νερού σε mm που απορρέει από την εδαφική ζώνη εξαιτίας της αργής κατείσδυσης δίνεται από την σχέση: DT BWOAB2 ( BW BW min ) = 1 e KBF (4.6) όπου KBF η σταθερά αργής κατείσδυσης και DT το χρονικό βήµα Η κατείσδυση από την εδαφική ζώνη εισέρχεται στον πρώτο ταµιευτήρα, τον οποίο δείχνει το Σχ. 4.3(β). Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 21

43 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Κατακρήµνιση Εξατµισοδιαπνοή Κατείσδυση BW0 M (mm) BW (mm) Η Οριζόντια Απορροή (α) (β) Κατείσδυση Βαθιά κατείσδυση Σχήµα 4.3 (α) Ο ταµιευτήρας που παριστά την εδαφική ζώνη, (β) Γραµµικός ταµιευτήρας Η απορροή από τον ταµιευτήρα αυτόν, τόσο η οριζόντια όσο και η κατακόρυφη, για ένα χρονικό διάστηµα dt δίνεται από την σχέση: dt S Q= t dt 1 e k k (4.7) όπου S η ποσότητα του νερού που είναι αποθηκευµένη στον ταµιευτήρα και k η σταθερά t dt του ταµιευτήρα Η σταθερά k έχει διαφορετικές τιµές για την οριζόντια και την κατακόρυφη απορροή. Η οριζόντια απορροή, από τον πρώτο ταµιευτήρα αντιστοιχεί στην άµεση απορροή και λαµβάνει χώρα µόνο εφόσον η στάθµη του νερού µέσα στον ταµιευτήρα ξεπεράσει ένα ορισµένο ύψος Η. Έαν δεν πληρούται αυτή η συνθήκη τότε δεν υπάρχει οριζόντια απορροή. Αντίθετα στον 3 ο και στον 4 ο ταµιευτήρα η απορροή εξαρτάται µόνο από την τιµή της σταθεράς k του ταµιευτήρα. Όπως φαίνεται στο Σχ. 4.1 ο δεύτερος ταµιευτήρας, ο οποίος αντιστοιχεί στην ακόρεστη ζώνη, λειτουργεί όπως και ο πρώτος. Ο τρίτος ταµιευτήρας αντιστοιχεί στην κορεσµένη ζώνη και δίνει την βασική απορροή. Τα σύµβολα που χρησιµοποιούνται για την ονοµασία των παραµέτρων στο µοντέλο ENNS φαίνονται στο Σχ. 4.1 και συνοψίζονται στον πίνακα 4.1. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 22

44 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Πίνακας 4.1 Βασικές παράµετροι του µοντέλου ENNS Παράµετροι Συµβολισµός Υδατοϊκανότητα (%) FK Σηµείο µονίµου µαράνσεως (%) PWP λ (αδιάστατο) Πάχος εδαφικής ζώνης ( mm ) Σταθερά γρήγορης κατείσδυσης(αδιάστατο) Σταθερά αργής κατείσδυσης ( hr ) Ύψος νερού στον 1 ο ταµιευτήρα πάνω από το οποίο συµβαίνει επιφανειακή απορροή ( mm ) Ύψος νερού στον 2 ο ταµιευτήρα πάνω από το οποίο συµβαίνει επιφανειακή απορροή ( mm ) Σταθερά 1 ου ταµιευτήρα για κατακόρυφη απορροή προς τον 2 ο ( hr ) Σταθερά 2 ου ταµιευτήρα για κατακόρυφη απορροή προς τον 3 ο ( hr ) Σταθερά 1 ου ταµιευτήρα για την άµεση απορροή ( hr ) Σταθερά 2 ου ταµιευτήρα για την ενδιάµεση απορροή ( hr ) Σταθερά 3 ου ταµιευτήρα για την βασική απορροή ( hr ) Σταθερά 4 ου ταµιευτήρα για την συνολική απορροή ( hr ) BFFAK M BETA KBF H1 H2 TVS1 TVS2 TAB1 TAB2 TAB3 TAB4 Το µοντέλο ENNS για την προσοµοίωση της απορροής χρησιµοποιεί ως δεδοµένα εισόδου ηµερήσιες τιµές της θερµοκρασίας και των κατακρηµνίσεων. Μαζί µε τις Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 23

45 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. χρονοσειρές αυτές πρέπει να δοθεί και η χρονοσειρά της µετρηµένης απορροής η οποία θα συγκριθεί µε την υπολογιζόµενη χρονοσειρά. Τα δεδοµένα εισάγονται στο µοντέλο µε την µορφή αρχείων για κάθε υδρολογικό έτος για το οποίο πρόκειται να γίνει η προσοµοίωση. Κάθε αρχείο αποτελείται από τρεις στήλες, στην 1 η στήλη δίνονται οι κατακρηµνίσεις, στην 2 η η θερµοκρασία και στην 3 η οι τιµές της µετρηµένης απορροής. Ειδικές ρυθµίσεις που πρέπει να γίνουν για την προσοµοίωση καθώς επίσης και η δοµή των αποτελεσµάτων που δίνει το µοντέλο δίδονται στο Παράρτηµα Α. 4.2 Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΟΥ ΓΛΑΥΚΟΥ Η λεκάνη του Γλαύκου (Σχ. 4.4 και 4.5) βρίσκεται στο νοµό Αχαϊας. Μελετήθηκε το τµήµα της λεκάνης, το οποίο βρίσκεται ανάντη του Υδροηλεκτρικού σταθµού (Υ.Η.Σ.) της ΕΗ, διότι συστηµατικές µετρήσεις της απορροής γίνονται στον υδροηλεκτρικό σταθµό. Το κέντρο της λεκάνης βρίσκεται σε υψόµετρο +876 m από την επιφάνεια της θάλασσας και το µέσο υψόµετρό της είναι m. Σχήµα 4.4 Η λεκάνη του Γλαύκου (ArcGis 9.1) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 24

46 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Σχήµα 4.5 Οι θέσεις των πέντε λεκανών του ελλαδικού χώρου που µελετήθηκαν (ArcGis 9.1) Η ρύθµιση του µοντέλου έχει γίνει από τον Ζιώγα (2006) για την περίοδο 01/10/1982 έως 30/09/2001. Εδώ παρουσιάζονται συνοπτικά τα βασικά σηµεία της διαδικασίας καθώς και τα αποτελέσµατα. Η χρονοσειρά της ηµερήσιας βροχόπτωσης για το ανωτέρω διάστηµα συντέθηκε από µετρήσεις της ΕΗ στη θέση του Υ.Η.Σ. και από µετρήσεις της Ε.Μ.Υ. στους σταθµούς Πάτρας και Αράξου ενώ η χρονοσειρά της θερµοκρασίας συντέθηκε από µετρήσεις της Ε.Μ.Υ. στην Πάτρα και τον Άραξο. Η διαδικασία σύνθεσης των χρονοσειρών αυτών και η αναγωγή τους στο κέντρο της λεκάνης περιγράφεται από τον Ζιώγα (2006). Οι µετρήσεις της απορροής στον Υ.Η.Σ. διατέθηκαν από την ΕΗ. Οι τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS, οι οποίες προσδιορίστηκαν κατά την ρύθµιση δίνονται στον πίνακα 4.2 (Ζιώγας, 2006 και Γαλούνη, 2004). Κατά την ρύθµιση θεωρήθηκε ότι η υπόγεια απορροή Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 25

47 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. δεν γίνεται µέσω του ποταµού. Έτσι η µετρηµένη απορροή συγκρίθηκε µε το άθροισµα της επιφανειακής και της ενδιάµεσης. Επειδή η υπόγεια απορροή είναι άγνωστη, χρησιµοποιήθηκε για την ρύθµιση και η συνθήκη ότι η ετήσια εξατµισοδιαπνοή πρέπει να είναι περίπου ίση µε την τιµή που προκύπτει από την µέθοδο Turc. Χαρακτηριστικά παραδείγµατα χρονοσειρών στη λεκάνη απορροής του Γλαύκου δίδονται στο Σχ Τα κριτήρια που χρησιµοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της υδρολογικής προσοµοίωσης είναι τα ακόλουθα: Συµφωνία της υπολογισµένης µε την µετρηµένη άµεση απορροή. Η υπολογισµένη απορροή προκύπτει ως το άθροισµα της επιφανειακής και της ενδιάµεσης απορροής. Ο έλεγχος αυτός είναι καθαρά οπτικός και πραγµατοποιείται µε την παρουσίαση των γραφηµάτων των ηµερήσιων τιµών της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής για κάθε υδρολογικό έτος. Ο συντελεστής γραµµικής συσχέτισης ( R ) µεταξύ των ηµερήσιων τιµών µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής. Η τετραγωνική ρίζα του µέσου τετραγωνικού σφάλµατος της υπολογισµένης άµεσης απορροής ( Root Mean Square Error - RMSE ), που υπολογίζεται από την σχέση: RMSE = n i= 1 ( O P) 2 i n i (4.8) όπου O i = οι ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης απορροής ( 3 m sec ) P i = οι ηµερήσιες τιµές της προσοµοιωµένης απορροής ( 3 m ) Ο δείκτης d ( index of agreement ), ο οποίος ορίζεται σύµφωνα µε τις εξισώσεις 4.9, 4.10, Οι τιµές του κυµαίνονται µεταξύ 0 και 1. Όσο πιο κοντά βρίσκεται ο δείκτης αυτός στη µονάδα, τόσο µικρότερες οι διαφορές µεταξύ µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής. sec Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 26

48 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. d n ( P O ) i i = 1 i= 1 n 2 2 i= 1 ' ' ( Pi + Oi ) (4.9) P = P O (4.10) ' i i και O = O O (4.11) ' i i m. sec όπου O = η µέση τιµή των ηµερήσιων τιµών της µετρηµένης απορροής ( 3 ) Οι τιµές των ανωτέρω δεικτών για κάθε υδρολογικό έτος παρουσιάζονται στον πίνακα 4.3. Πίνακας 4.2 Τιµές των παραµέτρων του ENNS για την προσοµοίωση της απορροής στη λεκάνη του Γλαύκου κατά τους Ζιώγα (2006) και Γαλούνη (2004) Παράµετροι του µοντέλου Τιµές FK 0.38 (%) PWP 0.19( %) BFFAK 0.66 (αδιάστατο) M ( mm ) BETA 4.10 (αδιάστατο) KBF ( hr ) H ( mm ) H2 0.50( mm ) TVS ( hr ) TVS ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 27

49 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Πίνακας 4.3 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της υδρολογικής προσοµοίωσης στη λεκάνη του Γλαύκου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2001) Υδρολογικό έτος R RMSE ( m 3 /sec) d Μέση τιµή Στον πίνακα 4.4 δίνεται για κάθε υδρολογικό έτος το ύψος της µετρηµένης και της υπολογισµένης άµεσης απορροής καθώς και οι ποσοστιαίες αποκλίσεις µεταξύ των. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 28

50 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης 01/10/ /09/ Απορροή (m 3 /sec) /08/ /10/ /11/ /01/ /03/ /04/ /06/ /07/ /09/ /11/1991 Χρόνος (ηµέρες) Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης 01/10/ /09/ Απορροή (m 3 /sec) /08/ /09/ /11/ /01/ /02/ /04/ /06/ /07/ /09/ /11/1998 Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 4.6 Ηµερήσιες τιµές µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του Γλαύκου για τα υδρολογικά έτη (90-91) και (97-98) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 29

51 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Πίνακας 4.4 Eτήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του Γλαύκου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2001) Ύψος Ύψος Υδρολογικό (Μετρηµένη- µετρηµένης προσοµοιωµένης έτος Προσοµοιωµένη)/Μετρηµένη απορροής (mm) απορροής (mm) Σύνολο Όπως φαίνεται από τον πίνακα 4.4 η διαφορά µεταξύ µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής είναι για όλα τα υδρολογικά έτη µικρότερη από 44%. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 30

52 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. 4.3 Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΗΣ ΜΕΣΟΧΩΡΑΣ Η λεκάνη της Μεσοχώρας βρίσκεται στην κεντρική ορεινή περιοχή του ελλαδικού χώρου (Σχ. 4.7 και 4.5) και έχει εµβαδό km περίπου. Ο κεντρικός ποταµός που διασχίζει την λεκάνη είναι ο Αχελώος. Το µέσο υψόµετρο της λεκάνης είναι m και το υψόµετρο στην έξοδο της είναι +780 m. Σχήµα 4.7 Η λεκάνη της Μεσοχώρας (ArcGis 9.1) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 31

53 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Η ρύθµιση του µοντέλου έχει γίνει από τους Kaleris et al. (2001). Εδώ παρουσιάζονται συνοπτικά τα βασικά σηµεία της διαδικασίας καθώς και τα αποτελέσµατα. Η ρύθµιση του µοντέλου έγινε για την περίοδο 01/10/ /09/1976. Η χρονοσειρά της ηµερήσιας βροχόπτωσης για το παραπάνω διάστηµα προέκυψε µε την εφαρµογή της µεθόδου των πολυγώνων Thiessen στους οκτώ βροχοµετρικούς σταθµούς που βρίσκονται µέσα και γύρω από την λεκάνη απορροής (Σχ. 4.8), για τους οποίους υπάρχουν διαθέσιµες ηµερήσιες τιµές βροχόπτωσης. Η χρονοσειρά της θερµοκρασίας συντέθηκε από µετρήσεις µέγιστων και ελάχιστων τιµών από τον σταθµό Vakari ενώ οι µετρήσεις της απορροής έχουν γίνει από τον σταθµό της Mesohoras. Η διαδικασία σύνθεσης των χρονοσειρών αυτών έγινε από τους Kaleris et al. (2001). Οι τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS, οι οποίες προσδιορίστηκαν κατά την ρύθµιση δίνονται στον πίνακα 4.5 (Kaleris et al., 1999). Κατά την ρύθµιση η λεκάνη χωρίστηκε σε τέσσερις υψοµετρικές ζώνες, όπου η 1 η καλύπτει το 32.2% της συνολικής επιφάνειας της λεκάνης, η 2 η το 45.3%, η 3 η το 20.5%, ενώ η 4 η καλύπτει µόλις το 2% της λεκάνης. Γι αυτό το λόγο έγινε αναγωγή των µετρήσεων της θερµοκρασίας στο υψόµετρο κάθε ζώνης µε την χρήση της θερµοβαθµίδας 0.7 o C/100m. Σχήµα 4.8 Oι θέσεις των οκτώ βροχοµετρικών σταθµών στη λεκάνη της Μεσοχώρας (Kaleris et al., 2001) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 32

54 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Πίνακας 4.5 Τιµές παραµέτρων του ENNS για την προσοµοίωση της απορροής στη λεκάνη της Μεσοχώρας κατά τους Kaleris et al. (1999) Παράµετροι του µοντέλου Τιµές FK 0.35 (%) PWP 0.25 (%) BFFAK 0.75 (αδιάστατο) M ( mm ) BETA 0.50 (αδιάστατο) KBF ( hr ) H ( mm ) H ( mm ) TVS ( hr ) TVS ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) Τα κριτήρια αξιολόγησης της προσοµοίωσης της λεκάνης της Μεσοχώρας είναι ίδια µε αυτά που χρησιµοποιήθηκαν στην προσοµοίωση της λεκάνης του Γλαύκου. Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της υδρολογικής προσοµοίωσης για κάθε υδρολογικό έτος παρουσιάζονται στον πίνακα 4.6. Επίσης στον πίνακα 4.7 δίνεται για κάθε υδρολογικό έτος το ύψος της µετρηµένης και της υπολογισµένης άµεσης απορροής καθώς και οι ποσοστιαίες αποκλίσεις µεταξύ των. Χαρακτηριστικά παραδείγµατα προσοµοιωµένων και υπολογισµένων χρονοσειρών της απορροής της Μεσοχώρας δίδονται στο Σχ Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 33

55 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Πίνακας 4.6 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της υδρολογικής προσοµοίωσης της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) Υδρολογικό έτος R RMSE( m 3 /sec) d Μέση τιµή Πίνακας 4.7 Eτήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) Ύψος Ύψος Υδρολογικό (Μετρηµένη- µετρηµένης προσοµοιωµένης έτος Προσοµοιωµένη)/Μετρηµένη απορροής (mm) απορροής (mm) Σύνολο Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 34

56 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. 250 Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης 1/10/ /09/1973 (α) 200 Απορροή (m 3 /sec) /09/ /10/ /12/ /02/ /03/ /05/ /07/ /08/ /10/ /12/1973 Χρόνος (ηµέρες) Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης 1/10/ /09/1974 (β) Απορροή (m 3/ sec) /08/ /10/ /12/ /01/ /03/ /05/ /06/ /08/ /09/ /11/1974 Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 4.9 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τα υδρολογικά έτη (α) και (β) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 35

57 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης 1/10/ /09/1975 (γ) Απορροή (m 3 /sec) /08/ /09/ /11/ /01/ /02/ /04/ /06/ /07/ /09/ /11/1975 Χρόνος (ηµέρες) Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης 1/10/ /09/1976 (δ) Απορροή (m 3 /sec) /07/ /09/ /11/ /12/ /02/ /03/ /05/ /07/ /08/ /10/ /12/1976 Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 4.9 (συνέχεια) Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τα υδρολογικά έτη (γ) και (δ) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 36

58 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Στο Σχ δίδονται οι χρονοσειρές των µηνιαίων τιµών της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής για ολόκληρη την χρονική περίοδο της προσοµοίωσης (01/10/ /09/1976) Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης 1/10/ /09/1976 Απορροή (m 3 /sec) Apr-72 Oct-72 May-73 Dec-73 Jun-74 Jan-75 Jul-75 Feb-76 Aug-76 Mar-77 Χρόνος (µήνες) Σχήµα 4.10 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) 4.4 Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΟΥ ΕΡΥΜΑΝΘΟΥ Η λεκάνη του Ερύµανθου (Σχ και 4.5) είναι µια από τις υπο-λεκάνες του ποταµού Αλφειού που εκτείνεται νοτιοανατολικά της Πελοποννήσου. Το µέσο υψόµετρο της λεκάνης είναι m και έχει µέση κλίση 35.3%. Η ρύθµιση του µοντέλου έγινε στα πλαίσια της εργασίας των Yannopoulos et al. (2007). Εδώ παρουσιάζονται συνοπτικά τα βασικά σηµεία της διαδικασίας καθώς και τα αποτελέσµατα. Η ρύθµιση του µοντέλου έγινε για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976). Η χρονοσειρά µετρήσεις της ηµερήσιας βροχόπτωσης για το ανωτέρω διάστηµα συντέθηκε από ενός βροχοµετρικού σταθµού που βρίσκεται πολύ κοντά στο κέντρο της λεκάνης ενώ η χρονοσειρά της θερµοκρασίας συντέθηκε από µηνιαίες µετρήσεις θερµοκρασίας για τα χρονικά διαστήµατα ( ), ( ) και ( ) από το φράγµα του Λάδωνα. Επειδή το υψόµετρο στο σηµείο που γίνονται οι µετρήσεις ανέρχεται στα 480 m και το υψόµετρο του κέντρου της λεκάνης του Ερύµανθου βρίσκεται στα 838 m, έγινε αναγωγή των µετρήσεων µε την χρήση θερµοβαθµίδας Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 37

59 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. 0.6 o C /100m. Έτσι, οι τιµές της θερµοκρασίας µειώθηκαν κατά o o 0.6 C/100 ( ) 2.15 C. Η διαδικασία σύνθεσης των χρονοσειρών αυτών περιγράφεται στην εργασία των Yannopoulos et al. (2007). Συνεχείς µετρήσεις απορροής για την λεκάνη του Ερύµανθου δεν υπάρχουν για µια ορισµένη χρονική περίοδο. Αντίθετα είναι διαθέσιµες ηµερήσιες τιµές απορροής για κάποιες συγκεκριµένες ηµεροµηνίες κατά την χρονική περίοδο , που θεωρούνται επαρκείς. Οι µετρήσεις όµως αυτές προέρχονται από ένα σταθµό που βρίσκεται 8 km πάνω από το σηµείο εξόδου της λεκάνης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα η επιφάνεια της λεκάνης που προσοµοιώθηκε να µειωθεί στα km. Στο τέλος της προσοµοίωσης που έγινε από τους Yannopoulos et al. (2007) έγινε µια τροποποίηση στα αποτελέσµατα έτσι ώστε να ανταποκρίνονται στην πραγµατική επιφάνεια της λεκάνης 2 ( ) 360 km µε την χρήση του δείκτη f = 360/329.5 = Οι τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS, οι οποίες προσδιορίστηκαν κατά την ρύθµιση των Yannopoulos et al. (2007) δίδονται στον πίνακα 4.8. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 38

60 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Σχήµα 4.11 Η λεκάνη του Ερύµανθου (ArcGis 9.1) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 39

61 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Πίνακας 4.8 Τιµές παραµέτρων του ENNS για την προσοµοίωση της λεκάνης του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) που χρησιµοποιήθηκαν στην εργασία των Yannopoulos et al. (2007) Παράµετροι του µοντέλου Τιµές FK 0.39 (%) PWP 0.19 (%) BFFAK 0.50 (αδιάστατο) M ( mm ) BETA 2.50 (αδιάστατο) KBF ( hr ) H ( mm ) H ( mm ) TVS ( hr ) TVS ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) TAB ( hr ) Τα κριτήρια που χρησιµοποιήθηκαν για την προσοµοίωση της λεκάνης του Ερύµανθου είναι τα ακόλουθα: Σύγκριση των µετρηµένων τιµών της ηµερήσιας απορροής µε τις µετρήσεις που έδωσε το µοντέλο. Η σύγκριση αυτή έγινε κάνοντας γραµµική παρεµβολή και υπολογίζοντας τον συντελεστή γραµµικής συσχέτισης ( R ). Τα αποτελέσµατα της σύγκρισης είναι πολύ ικανοποιητικά όπως φαίνεται και στο Σχ Ο συντελεστής γραµµικής συσχέτισης έχει την τιµή R = Την τετραγωνική ρίζα του µέσου τετραγωνικού σφάλµατος ( RMSE) των προσοµοιωµένων τιµών της απορροής στο σηµείο εξόδου της λεκάνης. Η τιµή του RMSE είναι m 3 /sec (Σχ. 4.12). Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 40

62 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Σχήµα 4.12 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του Ερύµανθου για την χρονική περίδο (01/10/ /09/1976) Σύγκριση της ετήσιας τιµής της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής που υπολογίστηκε µε την µέθοδο του Turc µε αυτή που προκύπτει από την ρύθµιση του µοντέλου. Η τιµή που υπολογίστηκε µε βάση την εµπειρική µέθοδο για την χρονική περίοδο των 13 υδρολογικών ετών (01/10/ /09/1976) είναι 578 mm / yr. Ενώ η τιµή που προκύπτει µε βάση τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης είναι πολύ κοντά και είναι 459 mm / yr. 4.5 Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ MYAKKA, FLORIDA ΤΩΝ Η.Π.Α. Ο ποταµός Myakka βρίσκεται στα νοτιοδυτικά της πολιτείας της Florida (Σχ. 4.13). Εκτείνεται κατά µήκος των συνόρων της πολιτείας Hardee Manatee και κατευθύνεται νοτιοδυτικά και µετά νοτιοανατολικά διασχίζοντας τις πολιτείες Manatee, Sarasota και Charlotte. Απορρέει στο λιµάνι της πολιτείας Charlotte, µια περιοχή του Κόλπου του Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 41

63 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Μεξικού. Το ποτάµι έχει µήκος 40 km περίπου και η λεκάνη απορροής του έχει εµβαδό km. Λεκάνη του ποταµού Myakka Έξοδος λεκάνης + θέση του σταθµού Myakka River, near Sarasota, Sarasota County Θέση του σταθµού Joshua Creek at Nocatee, De Soto County Σχήµα 4.13 Η λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida Η.Π.Α και οι θέσεις των σταθµών ( Τα βροχοµετρικά δεδοµένα που χρησιµοποιήθηκαν προέρχονται από την υπηρεσία USGS (United States Geological Survey), η οποία προσφέρει την δυνατότητα πρόσβασης σε δεδοµένα µέσω της ιστιοσελίδας Οι µετρήσεις ηµερήσιας βροχόπτωσης που είναι διαθέσιµες προέρχονται από τον βροχοµετρικό σταθµό Myakka o ' '' o ' '' River, near Sarasota, Sarasota County ( , ) (Σχ. 4.13) και αφορούν την χρονική περίοδο (10/07/ /07/2007). ιαθέσιµες τιµές για την θερµοκρασία στον σταθµό αυτό για το διάστηµα για το οποίο γίνεται η προσοµοίωση της λεκάνης δεν υπάρχουν και γι αυτό το λόγο χρησιµοποιήθηκαν µετρήσεις από τον σταθµό Joshua Creek at Nocatee, De Soto County Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 42

64 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. o ' '' o ' '' ( , ) (Σχ. 4.13), που βρίσκεται σε απόσταση km από τον προηγούµενο βροχοµετρικό σταθµό. Πρόκειται για ηµερήσιες µέγιστες και ελάχιστες τιµές για την χρονική περίοδο (20/12/ /09/2007). Η χρονοσειρά της ηµερήσιας θερµοκρασίας για την ανωτέρω χρονική περίοδο προέκυψε ως µέσος όρος των ηµερήσιων µεγίστων και ελαχίστων τιµών. Οι µετρήσεις απορροής προέρχονται από τον σταθµό Myakka River, near Sarasota, Sarasota County απ όπου προήλθαν και οι µετρήσεις βροχόπτωσης. ιαθέσιµες ηµερήσιες τιµές απορροής υπάρχουν για την χρονική περίοδο (01/09/ /07/2007). Η προσοµοίωση της απορροής στην λεκάνη του ποταµού Myakka πραγµατοποιήθηκε για το χρονικό διάστηµα (01/10/ /09/2005), µε ηµερήσιο χρονικό βήµα. Για ορισµένες παραµέτρους του µοντέλου ENNS προσδιορίστηκαν αρχικές τιµές µε τις οποίες ξεκίνησε η διαδικασία της ρύθµισης. Τα βήµατα που ακολουθήθηκαν είναι τα εξής: Αρχικά υπολογίστηκαν οι τιµές των παραµέτρων των οριζόντιων εκροών (TAB i ) του 1 ου, 2 ου και 3 ου ταµιευτήρα. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν γραφήµατα της λογαριθµικής µορφής των ηµερήσιων τιµών της µετρηµένης απορροής συναρτήσει του χρόνου για κάθε υδρολογικό έτος. Στη συνέχεια στα γραφήµατα αυτά εντοπίστηκαν ένα ή και περισσότερα εφόσον υπάρχουν τµήµατα τα οποία περιλαµβάνουν στη σειρά τρία κατιόντα σκέλη, ένα µεγάλης κλίσης, ένα µικρότερης κλίσης και ένα πιο ήπιας κλίσης. ύο τµήµατα τέτοιας µορφής βρέθηκαν στα γραφήµατα των υδρολογικών ετών και και παρουσιάζονται στα Σχ και 4.15 αντίστοιχα. Οι τιµές των παραµέτρων TAB i αντιπροσωπεύουν την κλίση των τριών σκελών κάθε αποµονωµένου τµήµατος ως προς τον άξονα της λογαριθµικής µορφής της µετρηµένης παροχής και υπολογίζονται από την σχέση TAB i t = (4.12) ln Q όπου TAB i η σταθερά TAB του 1 ου, 2 ου και 3 ου ταµιευτήρα όπου η κλίση υπολογίζεται για το 1 ο, 2 ο και 3 ο σκέλος του τµήµατος, t το χρονικό διάστηµα που χρησιµοποιούµε για να υπολογίσουµε την κλίση σε hr και ( ln Q) η διαφορά του λογαρίθµου της µικρότερης Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 43

65 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. από την µεγαλύτερη τιµή της παροχής που αντιστοιχούν στο συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα lnq (m 3 /sec) Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 4.14 Γράφηµα της λογαριθµικής µορφής της ηµερήσιας µετρηµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. συναρτήσει του χρόνου για το υδρολογικό έτος lnq (m 3 /sec) Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 4.15 Γράφηµα της λογαριθµικής µορφής της ηµερήσιας µετρηµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. συναρτήσει του χρόνου για το υδρολογικό έτος Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 44

66 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Από τα Σχ και 4.15, προέκυψαν οι συνδυασµοί των παραµέτρων που χρησιµοποιούνται στο µοντέλο ENNS για την περιγραφή της οριζόντιας απορροής που παρουσιάζονται στον πίνακα 4.9. Πίνακας 4.9 Συνδυασµοί των αρχικών τιµών των TAB i για την λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. Οµάδα TAB1 TAB2 TAB3 1 η η Ο συνδυασµός παραµέτρων που επιλέχτηκε είναι αυτός της 2 ης οµάδας. Οι τιµές όµως αυτές δεν είναι τελικές, επιδέχονται αλλαγής, απλά αποτελούν µια καλή βάση για την εκκίνηση της ρύθµισης του µοντέλου. Σε µια από τις δοκιµές που έγιναν για την ρύθµιση του µοντέλου χρησιµοποιήθηκε και η 1 η οµάδα παραµέτρων αλλά δεν υπήρξαν αλλαγές στο αποτέλεσµα. Επίσης εκτιµήθηκε το πάχος της εδαφικής ζώνης Μ=500 ( mm ), η υδατοϊκανότητα FK=0.65, το σηµείο µονίµου µαράνσεως PWP=0.25 και η παράµετρος BFFAK, στην οποία δόθηκε η τιµή Οι τιµές αυτές δεν είναι οριστικές, αλλά αποτελούν µια αρχική εκτίµηση. Για την ρύθµιση του µοντέλου ENNS έγιναν πολλές δοκιµές (αλλαγές στις τιµές των παραµέτρων) µε στόχο να βρεθεί (α) ο τρόπος που επηρεάζει η κάθε παράµετρος το αποτέλεσµα, εάν δηλαδή διευκολύνει ή εµποδίζει την απορροή που φτάνει στην έξοδο της λεκάνης και (β) σε ποιο βαθµό είναι καθοριστική η αλλαγή της κάθε παραµέτρου για το αποτέλεσµα. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα πιο αντιπροσωπευτικά βήµατα καθώς και τα αποτελέσµατα τους (χρονοσειρές µηνιαίων τιµών µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής). 1 ο βήµα Αρχικά εισήχθησαν στο µοντέλο ENNS οι τιµές που υπολογίστηκαν (Πίνακας 4.9) για τις σταθερές οριζόντιας εκροής και δόθηκε στην σταθερά γρήγορης κατείσδυσης ( BETA ) τιµή 5.00, στην σταθερά αργής κατείσδυσης ( KBF ) τιµή ( hr ), στο κρίσιµο ύψος του 1 ου ταµιευτήρα (Η1, Σχ. 4.1) τιµή 2.00 ( mm ) και στο κρίσιµο ύψος του Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 45

67 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. 2 ου ταµιευτήρα (Η2) τιµή 0.50 ( mm ), καθώς και στις παραµέτρους κατακόρυφης εκροής (TVS i ) τιµή 600 ( hr ). Το αποτέλεσµα της ρύθµισης µε αυτές τις τιµές παραµέτρων (χρονοσειρές µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής) παρουσιάζεται στο Σχ ο βήµα Από το Σχ φαίνεται ότι οι τιµές της παροχής του µοντέλου είναι µικρές σε σχέση µε τις µετρηµένες. Προκειµένου να επιτευχθεί αύξηση της επιφανειακής απορροής, που συνεπάγεται αύξηση της απορροής στην έξοδο της λεκάνης, µειώθηκε η σταθερά γρήγορης κατείσδυσης ( BETA ) από την τιµή 5.00 στην τιµή Οι χρονοσειρές µηνιαίων τιµών της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής παρουσιάζονται στο Σχ ο βήµα Από το Σχ φαίνεται ότι οι παροχές εκροής του µοντέλου αυξήθηκαν αλλά εξακολουθούν να είναι µικρές σε σχέση µε τις µετρηµένες. Για να επιτευχθεί, λοιπόν, µεγαλύτερη αύξηση της επιφανειακής απορροής αυξήθηκε η σταθερά κατακόρυφης εκροής του 1 ου ταµιευτήρα ( TVS 1) από την τιµή ( hr ) στην τιµή ( hr ). Συγχρόνως πραγµατοποιήθηκε και αλλαγή (αύξηση) του κρίσιµου ύψους νερού στον 1 ο ταµιευτήρα (Η1) από την τιµή 2.00 ( mm) στην τιµή ( mm ), που συνεπάγεται, όµως, µείωση της επιφανειακής απορροής. Οι αλλαγές αυτές είχαν σαν αποτέλεσµα την µικρή αύξηση της απορροής στην έξοδο της λεκάνης (Σχ. 4.18). 4 ο βήµα (Αποτέλεσµα προσοµοίωσης) Η ρύθµιση του µοντέλου ολοκληρώθηκε µε την µείωση της σταθεράς οριζόντιας εκροής του 1 ου ταµιευτήρα (ΤΑΒ1) από την τιµή ( hr ) στην τιµή ( hr ). Αυτό είχε σαν αποτέλεσµα οι τιµές της απορροής που δίνει το µοντέλο να πλησιάσουν πολύ τις πραγµατικές τιµές όπως φαίνεται στο Σχ Για µια καλύτερη εικόνα των αποτελεσµάτων δίδονται στο Σχ και οι χρονοσειρές ηµερήσιων τιµών της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής για ολόκληρη την χρονική περίοδο προσοµοίωσης. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 46

68 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Απορροή (m 3 /sec) Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης FK=0.65 % PWP=0.25 % BFFAK=0.75 M= mm BETA=5.00 KBF= hr H1=2.00 mm H2=0.50 mm TVS1= hr TVS2= hr TAB1= hr TAB2= hr TAB3= hr TAB4=0.50 hr 10 0 May-02 Dec-02 Jun-03 Jan-04 Aug-04 Feb-05 Sep-05 Mar-06 Χρόνος (µήνες) Σχήµα 4.16 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) 1 ο βήµα της προσοµοίωσης Απορροή (m 3 /sec) Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης FK=0.65 % PWP=0.25 % BFFAK=0.75 M= mm BETA=2.50 KBF= hr H1=2.00 mm H2=0.50 mm TVS1= hr TVS2= hr TAB1= hr TAB2= hr TAB3= hr TAB4=0.50 hr 10 0 May-02 Dec-02 Jun-03 Jan-04 Aug-04 Feb-05 Sep-05 Mar-06 Χρόνος (µήνες) Σχήµα 4.17 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) 2 ο βήµα της προσοµοίωσης Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 47

69 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. FK=0.65 % PWP=0.25 % BFFAK=0.75 M= mm BETA=2.50 KBF= hr H1=35.00 mm H2=0.50 mm TVS1= hr TVS2= hr TAB1= hr TAB2= hr TAB3= hr TAB4=0.50 hr Σχήµα 4.18 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) 3 ο βήµα της προσοµοίωσης Απορροή (m 3 /sec) Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης FK=0.65 % PWP=0.25 % BFFAK=0.75 M= mm BETA=2.50 KBF= hr H1=35.00 mm H2=0.50 mm TVS1= hr TVS2= hr TAB1= hr TAB2= hr TAB3= hr TAB4=0.50 hr 10 0 May-02 Dec-02 Jun-03 Jan-04 Aug-04 Feb-05 Sep-05 Mar-06 Χρόνος (µήνες) Σχήµα 4.19 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) Αποτέλεσµα της προσοµοίωσης Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 48

70 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. 350 Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης Απορροή (m 3 /sec) /05/ /12/ /06/ /01/ /08/ /02/ /09/ /03/2006 Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 4.20 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) Αποτέλεσµα της προσοµοίωσης Τα κριτήρια που χρησιµοποιούνται για την αξιολόγηση της προσοµοίωσης της λεκάνης του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. είναι τα ακόλουθα: Σύγκριση της µεταβολής των χρονοσειρών µετρηµένης και προσοµοιωµένης παροχής για όλα τα υδρολογικά έτη της προσοµοίωσης. Ο έλεγχος αυτός είναι καθαρά οπτικός. Οι τρεις δείκτες ( R, RMSE, d) για κάθε υδρολογικό έτος που χρησιµοποιήθηκαν και για τις προηγούµενες προσοµοιώσεις. Οι τιµές τους παρουσιάζονται στον πίνακα Στον πίνακα 4.11 δίνονται τα ετήσια ύψη της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής καθώς και οι ποσοστιαίες αποκλίσεις µεταξύ των. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 49

71 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. Πίνακας 4.10 Οι τιµές των τριών δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της υδρολογικής προσοµοίωσης στην λεκάνη του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) Υδρολογικό έτος R RMSE ( 3 /sec) m d Μέση τιµή Πίνακας 4.11 Eτήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής στη λεκάνη του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. Υδρολογικό έτος Ύψος µετρηµένης Ύψος προσοµοιωµένης (Μετρηµένη- Προσοµοιωµένη)/Μετρηµένη απορροής (mm) απορροής (mm) Σύνολο Από τον πίνακα 4.10 φαίνεται ότι υπάρχει στενή συσχέτιση µεταξύ της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής κατά τα υδρολογικά έτη και , όπου οι τιµές του δείκτη d πλησιάζουν την µονάδα. Ένα µέτρο αξιολόγησης της ρύθµισης του µοντέλου αποτελεί και η σύγκριση της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής που υπολογίστηκε σύµφωνα µε το υδρολογικό ισοζύγιο της λεκάνης µε αυτή που δίνει το µοντέλο. Η ετήσια πραγµατική εξατµισοδιαπνοή για την περίοδο των τριών ετών είναι mm / yr, ενώ αυτή που προέκυψε σύµφωνα µε την προσοµοίωση είναι mm / yr και είναι πολύ ικανοποιητική. Από την διαδικασία που ακολουθήθηκε για την σωστή ρύθµιση του µοντέλου (συµφωνία µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής) προκύπτει ότι οι παράµετροι, οι αλλαγές των οποίων καθόρισαν το αποτέλεσµα, είναι η σταθερά γρήγορης κατείσδυσης ( BETA ), το ύψος του 1 ου ταµιευτήρα ( H 1), η σταθερά οριζόντιας εκροής του 1 ου Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 50

72 Κεφάλαιο 4 o -Ρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες Γλαύκου, Ερύµανθου, Μεσοχώρας και Myakka, Florida Η.Π.Α. ταµιευτήρα ( TAB 1) και η σταθερά κατακόρυφης εκροής από τον 1 ο ταµιευτήρα ( 1) TVS. Πιο συγκεκριµένα η σταθερά ( BETA ) η οποία αναφέρεται στην εδαφική ζώνη (Σχ. 4.1) και οι άλλες τρεις παράµετροι που αναφέρονται στον 1 ο ταµιευτήρα (Σχ. 4.1) καθορίζουν το µέγεθος της επιφανειακής απορροής. Επίσης στον πίνακα 4.12 δίδονται συγκεντρωτικά οι τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS για τις λεκάνες που µελετήθηκαν. Πίνακας 4.12 Τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS των λεκανών απορροής του Γλαύκου, του Ερύµανθου, του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. και της Μεσοχώρας Myakka, Παράµετροι Florida Η.Π.Α Γλαύκος Μεσοχώρα Ερύµανθος FK (%) PWP (%) BFFAK (αδιάστατο) M ( mm ) BETA (αδιάστατο) KBF ( hr ) H1 ( mm ) H2 ( mm ) TVS1 ( hr ) TVS2 ( hr ) TAB1 ( hr ) TAB2 ( hr ) TAB3 ( hr ) TAB4 ( hr ) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 51

73 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες 5. ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΦΥΣΙΟΓΡΑΦΙΚΟΥΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Όπως ήδη αναφέρθηκε στο 3 ο κεφάλαιο, για να προσδιοριστούν για τις λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου, για τις οποίες δεν υπάρχουν µετρήσεις απορροής, τιµές των παραµέτρων που χρησιµοποιούνται στο µοντέλο ENNS, πρέπει οι λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου να συσχετισθούν µε τις λεκάνες του Γλαύκου, της Μεσοχώρας, του Ερύµανθου και του ποταµού Myakka στη Florida των Η.Π.Α. µέσω των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων. 5.1 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΥΣ ΦΥΣΙΟΓΡΑΦΙΚΟΥΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Οι φυσιογραφικοί παράγοντες που επιλέχθηκαν για τον χαρακτηρισµό των λεκανών είναι (α) τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά (µέγεθος, σχήµα, κλίσεις-ανάγλυφο, πυκνότητα στραγγίσεως), (β) τα χαρακτηριστικά του κυρίου ρεύµατος (συνολικό µήκος και κλίση), (δ) η γεωλογία και (ε) οι χρήσεις γης. Με βάση τα χαρακτηριστικά αυτά έγινε προσπάθεια να καταταγούν οι λεκάνες µε κριτήριο το µέγεθος της απορροής που αναµένεται να δώσουν ως ποσοστού της βροχής Γεωµετρικά χαρακτηριστικά Το µέγεθος των λεκανών Το µέγεθος των λεκανών επηρεάζει τόσο την συνολική απορροή όσο και τον χρόνο συγκέντρωσης και κατά συνέπεια τη χρονική µεταβολή της απορροής στην έξοδο της λεκάνης. Η σχέση µεταξύ µεγέθους της λεκάνης και απορροής δεν έχει διευκρινιστεί (Τσακίρης, 1995). Στην βιβλιογραφία έχουν παρουσιαστεί εκθετικές σχέσεις µεταξύ του µέσου ετήσιου όγκου απορροής και του εµβαδού της λεκάνης (Thompson, 1999). Τα εµβαδά των λεκανών που εξετάστηκαν εδώ και οι αντίστοιχοι µέσοι ετήσιοι όγκοι απορροής για τις λεκάνες για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις δίδονται στον πίνακα 5.1 και στο Σχ Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 52

74 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Πίνακας 5.1 Το εµβαδό των λεκανών του Πείρου, Παραπείρου, Γλαύκου, Ερύµανθου, Myakka, Florida των Η.Π.Α. και της Μεσοχώρας και ο µέσος ετήσιος µετρηµένος όγκος για τις λεκάνες του Γλαύκου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α.. Λεκάνη απορροής 2 Εµβαδό ( km ) Μέσος ετήσιος όγκος µετρηµένης απορροής ( m ) Πείρου Παραπείρου Γλαύκου Ερύµανθου * Myakka, Florida Η.Π.Α Μεσοχώρας * εν επαρκούν τα δεδοµένα για την εξαγωγή συµπερασµάτων για τον ετήσιο όγκο απορροής του Ερύµανθου. 700 Μέσος ετήσιος όγκος απορροής(*10 6 m 3 ) Γλαύκος Myakka, Florida Η.Π.Α. Μεσοχώρα Εµβαδό (km 2 ) Σχήµα 5.1 Ο µέσος ετήσιος µετρηµένος όγκος απορροής του Γλαύκου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. ως συνάρτηση του εµβαδού των λεκανών Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 53

75 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Από το Σχ. 5.1 φαίνεται ότι δεν υπάρχει συσχέτιση ανάµεσα στον όγκο της απορροής και το εµβαδό της λεκάνης. Επειδή όπως προαναφέρθηκε η σχέση µεταξύ του εµβαδού της λεκάνης και της απορροής δεν έχει διευκρινιστεί (Τσακίρης, 1995), το εµβαδό δεν θα ληφθεί υπόψη στην ταξινόµηση που θα γίνει εδώ. Επειδή το κριτήριο ταξινόµησης είναι το ύψος της απορροής (όγκος απορροής/εµβαδόν λεκάνης) µπορεί να θεωρηθεί ότι το εµβαδόν λαµβάνεται εµµέσως υπόψη Το σχήµα των λεκανών Το σχήµα της λεκάνης απορροής επηρεάζει τον χρόνο συγκέντρωσης της λεκάνης και κατά συνέπεια τόσο το µέγεθος της παροχής που παρατηρείται στην έξοδο της λεκάνης όσο και την διάρκεια της άµεσης απορροής µετά από µια βροχή. Επιµήκεις λεκάνες απορροής έχουν µεγαλύτερο χρόνο συγκέντρωσης από ριπιδοειδείς ή κυκλικές. Για τον χαρακτηρισµό του σχήµατος της λεκάνης χρησιµοποιούνται συνήθως οι παρακάτω δείκτες: i. είκτης CRAVELIUS ( k c ), ο οποίος δίνεται από την σχέση (Τσακίρης, 1995): Περιµετρος της λεκανης Ρ µε εµβαδο Α k c = (5.1) Περιµετρος κυκλου µε ισο εµβαδο Α και k c P 0.28P = = (5.2) 2 π A A όπου P η περίµετρος της λεκάνης και A το εµβαδό της λεκάνης. Για κυκλική λεκάνη ισχύει k c = 1. Όσο µεγαλύτερη είναι η τιµή του k c τόσο πιο επιµήκης είναι η λεκάνη. ii. Κυκλικότητα ( R c ), η οποία δίνεται από την σχέση (Τσακίρης, 1995): Εµβαδο της λεκανης Α R c = (5.3) Εµβαδο κυκλου Α µε την ιδια περιµετρο C Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 54

76 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες και R c 4π A = (5.4) 2 P όπου P η περίµετρος της λεκάνης. Η εξίσωση 5.4 δείχνει ότι όσο µικρότερος είναι ο δείκτης R c τόσο πιο επιµήκης είναι η λεκάνη. Οι τιµές των ανωτέρω παραµέτρων που χαρακτηρίζουν το σχήµα της λεκάνης φαίνονται στα Σχ. 5.2 (α) και 5.2 (β). 3 (α) είκτης Carvellius (k c ) Λεκάνες Σχήµα 5.2 (α) Ο δείκτης CRAVELIUS ( k c ) των λεκανών (1.Πείρου, 2.Παραπείρου, 3.Γλαύκου, 4.Ερύµανθου, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρας) (β) Κυκλικότητα (R c ) Λεκάνες Σχήµα 5.2 (β) Ο δείκτης Κυκλικότητας ( R c ) των λεκανών (1.Πείρου, 2.Παραπείρου, 3.Γλαύκου, 4.Ερύµανθου, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρας) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 55

77 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Επειδή όπως προαναφέρθηκε όσο πιο επιµήκης είναι η λεκάνη τόσο πιο αργή είναι η απορροή, θα θεωρηθεί για την κατάταξη των λεκανών ότι η αναµενόµενη µέση ετήσια απορροή ως ποσοστό του ετήσιου ύψους βροχής είναι τόσο µικρότερη όσο πιο επιµήκης είναι η λεκάνη δεδοµένου ότι κατά την αργή εξέλιξη του φαινοµένου της απορροής οι απώλειες λόγω εξατµισοδιαπνοής και κατείσδυσης µπορούν να είναι µεγαλύτερες. Έτσι µε βάση τις τιµές των παραµέτρων του σχήµατος που δίνονται στα Σχ. 5.2 (α) και 5.2 (β) οι λεκάνες που εξετάστηκαν κατατάσσονται ως εξής: Ερύµανθος (µε το µικρότερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής), Μεσοχώρα, Myakka των Η.Π.Α., Παραπείρος, Γλαύκος και Πείρος (µε το µεγαλύτερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής) Ανάγλυφο και κλίσεις εδάφους των λεκανών Το ανάγλυφο των λεκανών απορροής και οι κλίσεις των επιµέρους τµηµάτων τους επηρεάζουν σηµαντικά τις διεργασίες της απορροής. Σε λεκάνες µε οµαλό ανάγλυφο και µεγάλες κλίσεις, ο χρόνος συγκέντρωσης του περισσεύµατος βροχής είναι µικρός και κατά συνέπεια και η πιθανότητα διήθησης αυτής µειώνεται σηµαντικά, ενώ στην περίπτωση λεκανών µε οµαλό ανάγλυφο και µικρές κλίσεις οι απώλειες αναµένεται να είναι µεγαλύτερες. Έτσι για την κατάταξη των λεκανών θα θεωρηθεί ότι η απορροή ως ποσοστό του ύψους βροχής θα είναι µεγαλύτερη όσο µεγαλύτερη είναι η µέση κλίση των λεκανών. Στο Σχ. 5.3 δίνονται οι καµπύλες επιφανείας-κλίσεων. Στα Σχ. 5.4 (α) έως 5.4 (στ) φαίνεται η χωρική κατανοµή των κλίσεων σε όλες τις λεκάνες που µελετήθηκαν. Ο υπολογισµός έγινε µε την χρήση του λογισµικόυ ArcGis 9.1 ( Η διαδικασία υπολογισµού των κλίσεων περιγράφεται στο Παράρτηµα Β (παράγραφος Β.2.3). Στο Σχ. 5.5 δίνονται οι µέσες κλίσεις για όλες τις λεκάνες. Η µέση κλίση υπολογίζεται µε το λογισµικό WMS 7.1 ( Το λογισµικό αυτό αξιοποιώντας την πληροφορία για τα υψόµετρα (ψηφιακό µοντέλο εδάφους) δηµιουργεί ένα τριγωνικό πλέγµα και υπολογίζει την κλίση κάθε τριγώνου ως πηλίκο της µέγιστης υψοµετρικής διαφοράς µεταξύ των κορυφών του τριγώνου προς την απόσταση της προβολής των δύο αυτών κορυφών στο οριζόντιο επίπεδο. Η µέση κλίση της λεκάνης είναι η µέση τιµή των κλίσεων όλων των τριγώνων του πλέγµατος. Όπως φαίνεται στο Σχ. 5.4 (ε) η λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. έχει σχεδόν οµοιόµορφο ανάγλυφο και την µικρότερη µέση κλίση από όλες τις λεκάνες Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 56

78 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες που µελετήθηκαν εδώ. Θεωρώντας ότι η αργή απορροή που συνεπάγονται οι µικρές κλίσεις αυξάνει τις απώλειες της βροχής, η λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. αναµένεται να δώσει το µικρότερο ποσοστό επιφανειακής απορροής. Έτσι η λεκάνη κατατάσσεται πρώτη βάσει του κριτηρίου της µέσης κλίσης και του αναγλύφου. Στις λεκάνες του Παραπείρου και του Γλαύκου (Σχ. 5.4 (β) και 5.4 (γ) αντιστοίχως) οι µεγάλες κλίσεις (µεγαλύτερες του 30%) καλύπτουν περίπου το 40% της συνολικής επιφάνειας των λεκανών (Σχ. 5.3). Στη λεκάνη του Παραπείρου µεγαλύτερες κλίσεις εµφανίζονται στα ανάντη, µακριά από την έξοδο της λεκάνης ενώ στη λεκάνη του Γλαύκου οι µεγαλύτερες κλίσεις εµφανίζονται στην περιοχή της εξόδου της λεκάνης. Αυτή η διαφορά θεωρήθηκε ότι δεν διαφοροποιεί τις λεκάνες ως προς το ποσοστό της βροχής, το οποίο αναµένεται να µετατρέπεται σε άµεση απορροή. Αντίθετα θεωρήθηκε ότι το ποσοστό της βροχής που µετατρέπεται σε άµεση απορροή καθορίζεται από το ποσοστό της επιφανείας των έντονων και ήπιων κλίσεων, τα οποία όπως προαναφέρθηκε είναι και στις δύο λεκάνες περίπου τα ίδια. Βάσει των ποσοστών αυτών (Σχ. 5.3) και της µέσης κλίσης των λεκανών (Σχ. 5.5) η λεκάνη του Παραπείρου κατατάσσεται δεύτερη και η λεκάνη του Γλαύκου τρίτη. Με το ίδιο σκεπτικό όπως προηγουµένως η λεκάνη του Πείρου (Σχ. 5.4 (α)), στην οποία οι περιοχές κλίσεων µεγαλύτερων του 30% καλύπτουν περίπου το 50% της έκτασής της και η µέση κλίση της είναι µεγαλύτερη εκείνης των λεκανών του Παραπείρου και του Γλαύκου βάσει του κριτηρίου µέσης κλίσης-αναγλύφου, κατατάσσεται τέταρτη. Οι περιοχές µεγάλων κλίσεων στις λεκάνες του Ερύµανθου και της Μεσοχώρας (Σχ. 5.4 (δ) και 5.4 (στ)) καταλαµβάνουν ποσοστό περίπου 60% της επιφάνειας των λεκανών και κατανέµονται στο µεγαλύτερο µέρος της έκτασής τους. Έτσι και οι λεκάνες αυτές διαφοροποιούνται µεταξύ τους µόνο ως προς τη µέση κλίση τους. Σε σχέση µε τις άλλες λεκάνες κατατάσσονται βάσει του ποσοστού περιοχών µεγάλων κλίσεων και της µέσης κλίσης τους, η µεν λεκάνη του Ερύµανθου στην πέµπτη θέση η δε λεκάνη της Μεσοχώρας στην έκτη θέση. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 57

79 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Σχήµα 5.3 Αθροιστική καµπύλη επιφανείας-κλίσεων των έξι λεκανών απορροής (Πείρος, Παραπείρος, Γλαύκος, Ερύµανθος, Myakka, Florida των Η.Π.Α., Μεσοχώρα) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 58

80 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες (α) Σχήµα 5.4(α) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του Πείρου (Κλίµακα 1:100,000) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 59

81 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες (β) Σχήµα 5.4(β) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του Παραπείρου (Κλίµακα 1:100,000) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 60

82 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες (γ) Σχήµα 5.4(γ) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του Γλαύκου (Κλίµακα 1:100,000) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 61

83 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες (δ) Σχήµα 5.4(δ) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του Ερύµανθου (Κλίµακα 1:200,000) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 62

84 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες (ε) Σχήµα 5.4(ε) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. (Κλίµακα 1:200,000) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 63

85 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες (στ) Σχήµα 5.4(στ) Χωρική κατανοµή των κλίσεων της λεκάνης της Μεσοχώρας (Κλίµακα 1:200,000) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 64

86 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Μέση κλίση (%) Λεκάνες Σχήµα 5.5 Η µέση κλίση των έξι λεκανών απορροής (1.Πείρος, 2.Παραπείρος, 3.Γλαύκος, 4.Ερύµανθος, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α, 6.Μεσοχώρα) Πυκνότητα υδρογραφικού δικτύου Για την ποσοτική έκφραση της πυκνότητας του δικτύου χρησιµοποιούνται διάφοροι δείκτες, ο σηµαντικότερος εκ των οποίων είναι η πυκνότητα στραγγίσεως, D d, που εκφράζει το µέσο µήκος των υδατορρευµάτων ανά µονάδα επιφάνειας της λεκάνης απορροής και δίνεται από την σχέση (Τσακίρης, 1995): D d ΣL = (5.5) A όπου D d η πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου ( 2 ) ρευµάτων όλων των κατηγοριών ( ) km, Σ L το συνολικό µήκος των km km. 2 km και A το εµβαδό της λεκάνης απορροής ( ) Το συνολικό µήκος των υδατορρευµάτων και το εµβαδό της λεκάνης υπολογίστηκαν µε την χρήση του λογισµικού WMS 7.1 ( Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 65

87 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Για την κατάταξη των λεκανών θα θεωρηθεί ότι όσο µεγαλύτερη είναι η τιµή του δείκτη στραγγίσεως, πιο πυκνό υδρογραφικό δίκτυο, τόσο µεγαλύτερη είναι η άµεση απορροή ως ποσοστό του ύψους της βροχής. Έτσι µε βάση τις τιµές του δείκτη της πυκνότητας στραγγίσεως που δίνονται στο Σχ. 5.6 οι λεκάνες που εξετάστηκαν κατατάσσονται ως εξής: Μεσοχώρα (µε το µικρότερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής), Ερύµανθος, Γλαύκος, Πείρος, Παραπείρος και Myakka, Florida των Η.Π.Α. (µε το µεγαλύτερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής) Πυκνότητα στραγγίσεως (D d ) Λεκάνες Σχήµα 5.6 Η πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου ( D d ) των έξι λεκανών απορροής (1.Πείρος, 2.Παραπείρος, 3.Γλαύκος, 4.Ερύµανθος, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρα) Χαρακτηριστικά κυρίου ρεύµατος λεκάνης απορροής Από τα χαρακτηριστικά του κυρίου ρεύµατος µιας λεκάνης απορροής, ιδιαίτερη σηµασία παρουσιάζουν το συνολικό µήκος και η κλίση του, τα οποία καθορίζουν τον χρόνο που απαιτείται για να φτάσει η απορροή στην έξοδο της λεκάνης. Οι τιµές αυτών των χαρακτηριστικών για τις λεκάνες που µελετώνται παρουσιάζονται στα Σχ. 5.7 (α) και 5.7 (β). Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 66

88 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Μήκος κυρίου ρεύµατος (m) Λεκάνες Σχήµα 5.7 (α) Το συνολικό µήκος του κυρίου ρεύµατος των έξι λεκανών απορροής (1.Πείρος, 2.Παραπείρος, 3.Γλαύκος, 4.Ερύµανθος, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρα) 10 9 Κλίση κυρίου ρεύµατος (%) Λεκάνες Σχήµα 5.7(β) Η κλίση του κυρίου ρεύµατος των έξι λεκανών απορροής (1.Πείρος, 2.Παραπείρος, 3.Γλαύκος, 4.Ερύµανθος, 5.Myakka, Florida των Η.Π.Α., 6.Μεσοχώρα) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 67

89 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Τα χαρακτηριστικά αυτά του κυρίου ρεύµατος αλληλεπιδρούν µεταξύ τους στον καθορισµό του χρόνου παραµονής του νερού µέσα στο κυρίως ρεύµα. Θεωρώντας ότι στα κυρίως ρεύµατα όλων των λεκανών που εξετάστηκαν λαµβάνει χώρα κατείσδυση από τον πυθµένα των ρευµάτων τότε όσο µεγαλύτερος είναι ο χρόνος παραµονής του νερού µέσα στο ρεύµα τόσο µεγαλύτερες είναι οι απώλειες. Θεωρώντας την ταχύτητα ροής µέσα στο κυρίως ρεύµα ανάλογη της τετραγωνικής ρίζας της κλίσης (τύπος του Manning ), ο χρόνος παραµονής του νερού µέσα στο κυρίως ρεύµα είναι ανάλογος της παραµέτρου L/ S f όπου L το µήκος του κυρίου ρεύµατος και S f η κλίση του. Με βάση τις τιµές αυτών των µεγεθών από τα Σχ. 5.7 (α) και 5.7 (β) προκύπτει η εξής βαθµολογία των λεκανών που εξετάστηκαν:myakka, Florida των Η.Π.Α. 1 (η µικρότερη αναµενόµενη άµεση απορροή ως ποσοστό της βροχής), Ερύµανθος 2, Μεσοχώρα 3, Γλαύκος 4, Παραπείρος 5 και Πείρος Γεωλογία Η γεωλογία του επιφανειακού στρώµατος του εδάφους µιας λεκάνης απορροής καθορίζει κατά ένα µεγάλο βαθµό την απορροή που θα φτάσει στην έξοδο της λεκάνης. Ο τύπος του γεωλογικού σχηµατισµού παίζει καθοριστικό ρόλο στην διαδικασία της κατείσδυσης, η οποία ρυθµίζει το ποσοστό των κατακρηµνίσεων που θα διασχίσει την λεκάνη απορροής και θα φτάσει στην έξοδό της ως απορροή. Οι γεωλογικοί σχηµατισµοί που αναπτύσσονται σε κάθε λεκάνη σε συνδυασµό µε το ποσοστό της συνολικής έκτασης που καταλαµβάνουν παρουσιάζονται στον πίνακα 5.2. Πληροφορίες για την γεωλογία των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου και της Μεσοχώρας προήλθαν από τον γεωλογικό χάρτη της Ελλάδος. Τα ποσοστά της επιφανείας που καταλαµβάνει ο κάθε σχηµατισµός υπολογίστηκαν µε την χρήση του λογισµικού ArcGis 9.1. Πληροφορίες για την γεωλογία της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. ελήφθησαν από την ιστιοσελίδα Γνωρίζοντας το ποσοστό της έκτασης της λεκάνης που καταλαµβάνει ο κάθε σχηµατισµός καθώς και τον συντελεστή κατείσδυσης του κάθε σχηµατισµού από τον πίνακα 5.3 (Βουδούρης, 1995), υπολογίστηκε ο συντελεστής κατείσδυσης κάθε λεκάνης ως άθροισµα των γινοµένων του ποσοστού της έκτασης της λεκάνης που καταλαµβάνει ο Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 68

90 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες κάθε σχηµατισµός επί τον συντελεστή κατείσδυσής του. Οι συντελεστές κατείσδυσης των λεκανών που µελετήθηκαν παρουσιάζονται στον πίνακα 5.4. Από τον πίνακα 5.4, οι λεκάνες που εξετάστηκαν µε κριτήριο τον συντελεστή κατείσδυσης κατατάσσονται ως εξής: Πείρος (µε το µικρότερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής), Γλαύκος, Ερύµανθος, Παραπείρος, Μεσοχώρα και Myakka, Florida των Η.Π.Α. (µε το µεγαλύτερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής). Πίνακας 5.2 Γεωλογικοί σχηµατισµοί Πελαγικοί ασβεστόλιθοι Λεπτοπλακώδεις ασβεστόλιθοι Γεωλογικοί σχηµατισµοί των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. και το ποσοστό της έκτασης της λεκάνης που καταλαµβάνουν Myakka, Πείρος Παραπείρος Γλαύκος Ερύµανθος Florida Η.Π.Α. Μεσοχώρα Ραδιολαρίτες Φλύσχης Σύγχρονες και παλαιές τεταρτογενείς αποθέσεις Προσχώσεις Πλειστοκαινικές αποθέσεις Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 69

91 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Πίνακας 5.3 Συντελεστές κατείσδυσης επί µέρους γεωλογικών σχηµατισµών (Βουδούρης, 1995) Γεωλογικός σχηµατισµός Συντελεστής κατείσδυσης (%) Ασβεστόλιθοι 39 Προσχώσεις 20 Σύγχρονες και παλαιές τεταρτογενείς αποθέσεις Φλύσχης 5 Ραδιολαρίτες 2 Κορήµατα, κώνοι κορηµάτων Νεογενή 7* * Η µεγάλη συµµετοχή κροκαλοπαγών στα νεογενή του Β και ΒΑ τοµέα της λεκάνης του Πείρου προσδίδει σ αυτά αυξηµένη διηθητικότητα και έτσι ο συντελεστής κατείσδυσης εκτιµήθηκε σε 15%. Πίνακας 5.4 Συντελεστές κατείσδυσης των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. Λεκάνη απορροής Συντελεστής κατείσδυσης (%) Πείρου Παραπείρου Γλαύκου Ερύµανθου Myakka, Florida Η.Π.Α. 6.6 Μεσοχώρας Χρήσεις γης Οι χρήσεις γης µιας λεκάνης παίζουν επίσης καθοριστικό ρόλο στην διαδικασία της κατείσδυσης, η οποία ρυθµίζει το ποσοστό των κατακρηµνίσεων που θα διασχίσει την λεκάνη και θα φτάσει στην έξοδό της ως απορροή. Στο Σχ. 5.8 παρουσιάζονται οι χρήσεις γης κάθε λεκάνης σε συνάρτηση µε το ποσοστό της έκτασης της λεκάνης που καταλαµβάνουν. Οι χρήσεις γης για τις πέντε λεκάνες στον ελλαδικό χώρο και τα ποσοστά της έκτασης που καταλαµβάνουν προσδιορίστηκαν από το διανυσµατικό αρχείο χρήσεων γης της European Environment Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 70

92 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Agency (E.E.A.) µε την χρήση του λογισµικού ArcGis 9.1. Οι χρήσεις γης της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. προήλθαν από την ιστιοσελίδα Ποσοστό έκτασης της λεκάνης (%) Bare rocks Beaches, dunes, sands Broad-leaved forest Complex cultivation patterns Coniferous forest Discontinuous urban fabric Land principally occupied by agriculture, with significant Mixed forest Moors and heathland Natural grasslands Non-irrigated arable land Olive groves Pastures Sclerophyllous vegetation Sparsely vegetated areas Transitional woodland-shrub Water courses Peiros Parapeiros Glaukos Erymanthos Mesoxora Myakka river near Sarasota, Florida county Χρήσεις γης Σχήµα 5.8 Οι χρήσεις γης ως συνάρτηση του ποσοστού της συνολικής έκτασης των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. Ο µεγάλος αριθµός κατηγοριών χρήσεων γης δεν διευκολύνει την κατάταξη των λεκανών που µελετήθηκαν µε βάση αυτό το κριτήριο. Γι αυτό το λόγο πραγµατοποιήθηκε µια κατηγοριοποίηση των χρήσεων γης µε βάση το πόσο επηρεάζουν το µέγεθος της απορροής που φτάνει στην έξοδο της λεκάνης (µικρή, µεσαία και µεγάλη απορροή). Στην πρώτη κατηγορία (µικρή απορροή) ανήκουν οι εξής χρήσεις γης:(α) ακτές, αµµόλοφοι (beaches, dunes, sands), (β) δάση πλατύφυλλων δέντρων (broad-leaved forests), (γ) κωνοφόρα δάση (coniferous forests), (δ) φυσικοί βοσκότοποι (natural grasslands), (ε) σκληροφυλλική βλάστηση (sclerophyllous vegetation) και (στ) δάσηθαµνώδεις εκτάσεις (transitional woodland-shrub). Στην δεύτερη κατηγορία (µεσαία απορροή) ανήκουν οι εξής χρήσεις γης: (α) διάφορες µορφές καλλιέργειας (complex cultivation patterns), (β) γεωργικές εκτάσεις µε µεγάλες περιοχές φυσικής βλάστησης (land principally occupied by agriculture, with significant areas of natural vegetation), (γ) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 71

93 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες µη αρδευόµενες καλλιεργήσιµες εκτάσεις (non-irrigated arable land), (δ) ελαιώνες (olive groves), (ε) χέρσα γη (moors and heathland) και (στ) λιβάδια, βοσκοτόπια (pastures). Στην τρίτη κατηγορία (µεγάλη απορροή) ανήκουν οι εξής χρήσεις γης: (α) βραχώδεις εκτάσεις (bare rocks), (β) µη συνεχής αστικός ιστός (discontinuous urban fabric), (γ) εκτάσεις µε αραιή βλάστηση (sparsely vegetated areas) και (δ) υδατορρεύµατα (water courses). Στον πίνακα 5.5 παρουσιάζονται τα ποσοστά της έκτασης που αντιστοιχούν σε κάθε κατηγορία για τις έξι λεκάνες που µελετήθηκαν. Πίνακας 5.5 Κατηγοριοποίηση των χρήσεων γης µε κριτήριο την απορροή και τα ποσοστά της συνολικής έκτασης των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. που καταλαµβάνουν Myakka, Κατηγορία Πείρος Παραπείρος Γλαύκος Ερύµανθος 1 η (µικρή απορροή) 2 η (µεσαία απορροή) 3 η (µεγάλη απορροή) Florida Η.Π.Α. Μεσοχώρα Για την κατάταξη των λεκανών υπολογίζεται ο συντελεστής απορροής κάθε λεκάνης ως το άθροισµα του γινοµένου του ποσοστού της έκτασης που καταλαµβάνει κάθε κατηγορία χρήσεων γης (1 η, 2 η και 3 η ) επί τον αντίστοιχο συντελεστή απορροής της. Θα θεωρηθεί ότι η άµεση απορροή ως ποσοστό του ύψους βροχής είναι τόσο µεγαλύτερη όσο µεγαλύτερη είναι η τιµή του συντελεστή απορροής. Ο συντελεστής απορροής των τριών κατηγοριών χρήσεων γης εκτιµήθηκε από τους επιµέρους συντελεστές απορροής για τις χρήσεις γης που περιλαµβάνονται σε κάθε µια από τις παραπάνω οµάδες (Viessman et al. 1989). Έτσι προκύπτει ότι για την 1 η κατηγορία χρήσεων γης ο συντελεστής απορροής έχει την τιµή 0.30, για την 2 η, 0.37 και για την 3 η, Από τις τιµές αυτές και τον πίνακα 5.5 προκύπτουν οι συντελεστές απορροής των λεκανών που µελετήθηκαν όπως παρουσιάζονται στον πίνακα 5.6 Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 72

94 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Πίνακας 5.6 Συντελεστές απορροής των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. Λεκάνη απορροής Συντελεστής απορροής C Πείρου 0.32 Παραπείρου 0.33 Γλαύκου 0.33 Ερύµανθου 0.35 Myakka, Florida Η.Π.Α Μεσοχώρας 0.32 Από τον πίνακα 5.6, οι λεκάνες που εξετάστηκαν µε κριτήριο τον συντελεστή απορροής κατατάσσονται ως εξής: στην 1 η θέση ο Πείρος (µε το µικρότερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής), 2 η η Μεσοχώρα, στην 3 η και 4 η θέση ο Παραπείρος και Γλαύκος αντίστοιχα που έχουν την ίδια τιµή συντελεστή απορροής, στην 5 η θέση ο Ερύµανθος και στην 6 η θέση ο ποταµός Myakka, Florida των Η.Π.Α. (µε το µεγαλύτερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής). 5.2 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΥΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Κριτήριο για την σύγκριση της υδρολογικής συµπεριφοράς των λεκανών απορροής αποτελούν οι χρονοσειρές των διαθέσιµων µετρήσεων βροχόπτωσης καθώς και οι τιµές της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής υπολογισµένης µε την µέθοδο Turc. Οι χρονοσειρές ηµερησίων τιµών βροχόπτωσης των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) παρουσιάζονται στο Σχ Στον πίνακα 5.7 παρουσιάζονται και τα ετήσια ύψη βροχόπτωσης των τεσσάρων λεκανών για την ίδια χρονική περίοδο. Από το Σχ. 5.10, όπου παρουσιάζονται οι χρονοσειρές ετήσιας βροχόπτωσης των τεσσάρων λεκανών, προκύπτει ότι οι χρονοσειρές των κατακρηµνίσεων των λεκανών απορροής του Πείρου και του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) είναι οι ίδιες. Συγκρίνοντάς τες µε την χρονοσειρά του Γλαύκου προκύπτει ότι έχουν την ίδια σχεδόν µορφή µε εξαίρεση κάποιες ιδιαίτερα αυξηµένες τιµές ηµερησίας βροχόπτωσης (28/11/1985, 29/09/1989, 07/11/1989, 19/05/1992). Αντίθετα, οι τιµές της ετήσιας βροχόπτωσης της λεκάνης του Ερύµανθου είναι πολύ µικρές σε σχέση Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 73

95 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες µε αυτές των άλλων τριών λεκανών. Οι τιµές της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής υπολογισµένης µε την µέθοδο Turc των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) δίδονται στον πίνακα Πείρος Παραπείρος Γλαύκος Ερύµανθος Myakka Βροχόπτωση (mm) /03/ /11/ /08/ /12/ /09/ /05/ /06/ /01/ /03/ /10/1995 Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 5.9 Χρονοσειρές των ηµερησίων τιµών βροχόπτωσης των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 74

96 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Μέση ετήσια βροχόπτωση (mm) Πείρος Παραπείρος Γλαύκος Ερύµανθος Υδρολογικό έτος Σχήµα 5.10 Χρονοσειρές της ετήσιας βροχόπτωσης των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) Πίνακας 5.7 Ετήσια ύψη βροχόπτωσης των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) Υδρολογικό Πείρος Παραπείρος Γλαύκος Ερύµανθος έτος Μέση τιµή Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 75

97 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Πίνακας 5.8 Τιµές της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής των λεκανών του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου και του Ερύµανθου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) όπως προκύπτουν από την εξίσωση του Turc Υδρολογικό Πείρος Παραπείρος Γλαύκος Ερύµανθος έτος Μέση τιµή Στους πίνακες 5.9 και 5.10 δίδονται οι τιµές της ετήσιας βροχόπτωσης και της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής υπολογισµένης µε την µέθοδο Turc της λεκάνης του ποταµού Myakka στη Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2006) και της λεκάνης της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976). Πίνακας 5.9 Ετήσιες τιµές βροχόπτωσης και πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (µέθοδος Turc ), της λεκάνης του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2006) Υδρολογικό έτος Βροχόπτωση (mm) Πραγµατική εξατµισοδιαπνοή (mm) Μέση τιµή Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 76

98 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Πίνακας 5.10 Ετήσιες τιµές βροχόπτωσης και πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (µέθοδος Turc ) της λεκάνης της Μεσοχώρας για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) Υδρολογικό έτος Βροχόπτωση (mm) Πραγµατική εξατµισοδιαπνοή (mm) Μέση τιµή Οι µέσες τιµές της ετήσιας βροχόπτωσης και της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής για τις λεκάνες που µελετήθηκαν καθώς και το ποσοστό της απορροής προς την βροχόπτωση παρουσιάζονται συγκεντρωτικά στον πίνακα Πίνακας 5.11 Τιµές ετήσιας βροχόπτωσης, ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (µέθοδος Turc ) και ετήσιας απορροής για τις λεκάνες του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. και της Μεσοχώρας Ετήσια Ετήσια Απορροή/ Λεκάνη πραγµατική Απορροή βροχόπτωση Βροχόπτωση απορροής εξατµισοδιαπνοή (mm) (mm) (%) (mm) Πείρου Παραπείρου Γλαύκου Ερύµανθου Myakka, Florida Η.Π.Α Μεσοχώρας Έτσι µε βάση τις τιµές του ποσοστού της συνολικής απορροής προς την βροχόπτωση που δίνονται στον πίνακα 5.11 οι λεκάνες που εξετάστηκαν κατατάσσονται ως εξής: Myakka, Florida των Η.Π.Α. (µε το µικρότερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής), Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 77

99 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Ερύµανθος, Παραπείρος, Πείρος, Γλαύκος και Μεσοχώρα (µε το µεγαλύτερο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής). 5.3 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΒΑΣΕΙ ΤΟΥ ΣΥΝΟΛΟΥ ΤΩΝ ΚΡΙΤΗΡΙΩΝ Στον πίνακα 5.12 δίδεται η βαθµολόγηση των λεκανών όπως αυτή έγινε για κάθε κριτήριο στα κεφάλαια 5.1 και 5.2. Όπως έχει ήδη αναφερθεί ο βαθµός 1 σε συγκεκριµένο κριτήριο δηλώνει ότι για τη συγκεκριµένη λεκάνη αναµένεται βάσει του κριτηρίου αυτού η µικρότερη άµεση απορροή ως ποσοστό του ύψους βροχής. Ο βαθµός 6 σε συγκεκριµένο κριτήριο σηµαίνει ότι η λεκάνη αναµένεται να δώσει το µεγαλύτερο ποσοστό άµεσης απορροής από τις έξι λεκάνες που εξετάστηκαν εδώ. Για την κατάταξη βάσει του συνόλου των κριτηρίων αθροίζονται οι βαθµοί που έχει η κάθε λεκάνη σε όλα τα κριτήρια. Όπως φαίνεται στην τελική κατάταξη (τελευταία σειρά του πίνακα 5.12), το ποσοστό της βροχής που αναµένεται να γίνεται άµεση απορροή έχει την µικρότερη τιµή στη λεκάνη του Ερύµανθου και αυξανόµενες τιµές κατά σειρά στη λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α., της Μεσοχώρας, του Γλαύκου, του Πείρου και του Παραπείρου (για τις τρεις τελευταίες αναµένεται το ίδιο ποσοστό άµεσης απορροής). Με βάση την κατάταξη αυτή θα επιχειρηθεί στη συνέχεια ο προσδιορισµός κατάλληλων τιµών για τις παραµέτρους του µοντέλου ENNS που θα χρησιµοποιηθούν για την προσοµοίωση των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου, για τις οποίες δεν υπάρχουν µετρήσεις απορροής. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 78

100 Κεφάλαιο 5 ο -Κατάταξη λεκανών απορροής µε βάση φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες Πίνακας 5.12 Κατάταξη των λεκανών απορροής του Πείρου, του Παραπείρου, του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. µε βάση την υδρολογική τους οµοιότητα Myakka, Κριτήρια Πείρος Παραπείρος Γλαύκος Ερύµανθος Florida Η.Π.Α. Μεσοχώρα Σχήµα Κλίση(%)- Ανάγλυφο Πυκνότητα στράγγισης (D d ) Χαρακτηριστικά Κυρίου ρεύµατος Γεωλογία Χρήσεις γης Κλιµατικά δεδοµένα Σύνολο Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 79

101 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS 6. Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ENNS Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα που έδωσε η ρύθµιση του µοντέλου βροχής απορροής για τις λεκάνες του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, για τις οποίες υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις απορροής στο 4 ο κεφάλαιο, προκύπτει το ποσοστό της άµεσης απορροής προς την βροχόπτωση που δίδεται στον Πίνακα 6.1. Τα αποτελέσµατα αυτά δεν επιβεβαιώνουν την κατάταξη των λεκανών απορροής µε βάση τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες που παρουσιάστηκε στο 5 ο κεφάλαιο. Σύµφωνα µε την κατάταξη αυτή η ρύθµιση των µοντέλων θα έπρεπε να δώσει τιµές του λόγου άµεση απορροή/βροχή, οι οποίοι κατά αύξουσα τάξη µεγέθους να έχουν ως εξής:ερύµανθος, Myakka, Μεσοχώρα, Γλαύκος. Πίνακας 6.1 Ποσοστό άµεσης απορροής προς βροχόπτωση για τις λεκάνες του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α., του Γλαύκου, της Μεσοχώρας και του Ερύµανθου Λεκάνη Μέσο ετήσιο ύψος βροχής (mm) Μέσο ετήσιο ύψος άµεσης απορροής (µοντέλοenns) (mm) Ποσοστό (%) Myakka, Florida Η.Π.Α Γλαύκου Μεσοχώρας Ερύµανθου Για να γίνουν τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης των ανωτέρω λεκανών συµβατά µε την κατάταξη που έγινε βάσει των φυσιογραφικών και των κλιµατικών παραγόντων, πρέπει να αναπροσαρµοστούν οι τιµές των παραµέτρων που επηρεάζουν σηµαντικά την άµεση απορροή. Οι παράµετροι αυτές είναι, όπως συζητήθηκε στο 4 ο κεφάλαιο, οι εξής: η σταθερά γρήγορης κατείσδυσης ( BETA ), το κρίσιµο ύψος του 1 ου ταµιευτήρα ( H 1) σταθερά οριζόντιας εκροής (άµεση απορροή) του 1 ου ταµιευτήρα ( TAB 1) και η σταθερά κατακόρυφης εκροής του 1 ου ταµιευτήρα προς τον 2 ο ( TVS 1). Συγκρίνοντας τις τιµές αυτών των παραµέτρων που προσδιορίστηκαν κατά την αρχική ρύθµιση των µοντέλων (Πίνακας 4.12) παρατηρούµε ότι και οι τιµές αυτές δεν είναι συµβατές µε την κατάταξη που έγινε βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών, η Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 80

102 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS παραγόντων (Πίνακας 5.12). Επειδή, όπως έχει ήδη αναφερθεί, η άµεση απορροή µειώνεται µε αύξουσα τιµή της παραµέτρου BETA, οι τιµές του BETA θα έπρεπε να µειώνονται κατά τη σειρά Ερύµανθος, Myakka, Μεσοχώρα, Γλαύκος. Το ίδιο ισχύει και για τις παραµέτρους H 1 και TAB 1, ενώ η παράµετρος TVS 1 θα έπρεπε να αυξάνεται κατά τη σειρά Ερύµανθος, Myakka, Μεσοχώρα, Γλαύκος. Έτσι η αναπροσαρµογή των τιµών των ανωτέρω παραµέτρων έγινε µε την επαναρρύθµιση των µοντέλων των ανωτέρω λεκανών µε στόχο (α) οι τιµές των παραµέτρων να πληρούν την κατάταξη που προαναφέρθηκε και (β) τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης να προσεγγίζουν στον ίδιο ή καλύτερο βαθµό τις µετρηµένες χρονοσειρές της απορροής απ ότι τις προσεγγίζουν οι προσοµοιώσεις που έγιναν στο 4 ο κεφάλαιο. Οι τιµές των παραµέτρων που προέκυψαν τελικά µετά από δοκιµές ώστε να ικανοποιούνται τα ανωτέρω κριτήρια δίδονται στον Πίνακα 6.2. Οι τιµές αυτές είναι συµβατές µε την κατάταξη που έγινε βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων (Πίνακας 5.12). Για την παράµετρο TAB 1 διαπιστώθηκε ότι µικρές διαφοροποιήσεις της τιµής της από λεκάνη σε λεκάνη, οι οποίες θα ακολουθούσαν την κατάταξη του Πίνακα 5.12 δεν επέφεραν βελτιώσεις στα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης και για το λόγο αυτό χρησιµοποιήθηκε η ίδια τιµή TAB 1 = 350 ( hr) για όλες τις λεκάνες. Η αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της προσοµοίωσης και η σύγκρισή τους µε τα αποτελέσµατα των αρχικών προσοµοιώσεων (4 ο κεφάλαιο) γίνεται στο Κεφ Οι τιµές του λόγου της άµεσης απορροής προς την βροχή που προέκυψε από τις προσοµοιώσεις µε τις νέες τιµές των παραµέτρων BETA, H 1, TAB 1 και TVS 1 και δίδονται στον πίνακα 6.3 είναι συµβατές µε την κατάταξη του Πίνακα Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 81

103 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Πίνακας 6.2 Τιµές των παραµέτρων του µοντέλου ENNS των λεκανών απορροής του Γλαύκου, της Μεσοχώρας, του Ερύµανθου και του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. βασιζόµενες στα αποτελέσµατα της κατάταξης σύµφωνα µε τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες των λεκανών Παράµετροι Γλαύκος Μεσοχώρα Myakka, Ερύµανθος Florida Η.Π.Α. FK (%) PWP( %) BFFAK(αδιάστατο) M( mm ) BETA (αδιάστατο) KBF ( hr ) H1( mm ) H2( mm ) TVS1 ( hr ) TVS2 ( hr ) TAB1 ( hr ) TAB2 ( hr ) TAB3 ( hr ) TAB4 ( hr ) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 82

104 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Πίνακας 6.3 Ποσοστό άµεσης απορροής προς βροχόπτωση για τις λεκάνες του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α., του Γλαύκου, της Μεσοχώρας και του Ερύµανθου µε τις τιµές των παραµέτρων που επηρεάζουν την άµεση απορροή και οι οποίες είναι συµβατές µε την κατάταξη βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων Λεκάνη Μέσο ετήσιο ύψος βροχής (mm) Μέσο ετήσιο ύψος άµεσης απορροής (µοντέλοenns) (mm) Ποσοστό (%) Myakka, Florida Η.Π.Α Γλαύκου Μεσοχώρας Ερύµανθου ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΩΝ ΤΕΣΣΑΡΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Λεκάνη Γλαύκου Τα κριτήρια που χρησιµοποιήθηκαν για την συγκριτική αξιολόγηση των νέων αποτελεσµάτων της υδρολογικής προσοµοίωσης του Γλαύκου έναντι των αποτελεσµάτων του Κεφ. 4 είναι τα ίδια µε αυτά που χρησιµοποιήθηκαν για την σύγκριση των αποτελεσµάτων προσοµοίωσης και µετρήσεων του Κεφ. 4. Αρχικά υπολογίστηκαν οι τιµές των τριών δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d για κάθε υδρολογικό έτος που παρουσιάζονται στον Πίνακα 6.4. Συγκρίνοντας τις τιµές του δείκτη RMSE όλων των υδρολογικών ετών, προκύπτει ότι για τα υδρολογικά έτη 90-91, και η τιµή του είναι σηµαντικά µεγαλύτερη σε σχέση µε τα άλλα έτη. Για τα ίδια έτη, οι τιµές του συντελεστή γραµµικής συσχέτισης κυµαίνονται από έως Ο µεγαλύτερος, όµως, συντελεστής γραµµικής συσχέτισης προέκυψε για το υδρολογικό έτος και έχει την τιµή Συγκρίνοντας τις τιµές αυτές των τριών δεικτών µε τις αντίστοιχες από την αξιολόγηση της προσοµοίωσης µε τις αρχικές τιµές των παραµέτρων που παρουσιάστηκε στο 4 ο κεφάλαιο (Πίνακας 6.4), προκύπτει ότι τα αποτελέσµατα µε τις καινούριες τιµές είναι καλύτερα. Οι µέσες τιµές των δεικτών R και d αυξήθηκαν (0.705 και έναντι και αντίστοιχα), ενώ η τιµή του δείκτη RMSE µειώθηκε (1.189 m 3 /sec έναντι m 3 /sec). Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 83

105 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Στον πίνακα 6.5 παρουσιάζονται τα ύψη της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης άµεσης απορροής καθώς και οι ποσοστιαίες διαφορές µεταξύ των. Από τον πίνακα προκύπτει ότι η διαφορά µεταξύ µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής, µε τις τιµές των παραµέτρων βασιζόµενες στην κατάταξη των λεκανών σύµφωνα µε τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες, είναι για όλα τα υδρολογικά έτη µικρότερη από 32%. Στον ίδιο πίνακα παρουσιάζονται και τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης µε τις αρχικές τιµές των παραµέτρων όπου η µεγαλύτερη διαφορά µεταξύ µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής είναι 44% Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 84

106 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Πίνακας 6.4 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της προσοµοίωσης της απορροής της λεκάνης του Γλαύκου µε τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2001) Υδρολογικό πριν την κατάταξη µετά την κατάταξη έτος R RMSE ( m 3 /sec) d R RMSE ( m 3 /sec) Μέση τιµή d Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 85

107 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Πίνακας 6.5 Υδρολογικό Eτήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του Γλαύκου για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2001) πριν την κατάταξη µετά την κατάταξη έτος Ύψος µετρηµένης απορροής Ύψος προσοµοιωµένης απορροής (Μετρηµένη- Προσοµοιωµένη)/ Μετρηµένη Ύψος προσοµοιωµένης απορροής (Μετρηµένη- Προσοµοιωµένη)/ Μετρηµένη (mm) (mm) (mm) Σύνολο Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 86

108 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Λεκάνη του ποταµού Myakka, Florida των Η.Π.Α. Για την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της προσοµοίωσης της λεκάνης του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. µε τις καινούριες τιµές των παραµέτρων έναντι των αποτελεσµάτων του Κεφ. 4, αρχικά συγκρίνονται οι χρονοσειρές µετρηµένης και προσοµοιωµένης παροχής για όλα τα έτη της προσοµοίωσης (Σχ. 6.1 και 6.2). Από την σύγκριση προκύπτει ότι οι χρονοσειρές µηνιαίων και ηµερησίων τιµών της απορροής σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης µε τις καινούριες τιµές των παραµέτρων προσεγγίζουν καλύτερα τις αντίστοιχες χρονοσειρές της µετρηµένης παροχής. Στον πίνακα 6.6 δίδονται και τα µέσα ετήσια ύψη της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής µε τις τιµές των παραµέτρων βασιζόµενες στην κατάταξη των λεκανών για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) καθώς και οι ποσοστιαίες διαφορές µεταξύ των, οι οποίες δεν ξεπερνούν το 17%. Στον ίδιο πίνακα παρουσιάζονται και τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης µε τις αρχικές τιµές των παραµέτρων όπου η διαφορά µεταξύ µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής είναι µικρότερη από 8%. 70 Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης µετά την κατάταξη Παροχή προσοµοίωσης πριν την κατάταξη Απορροή (m 3 /sec) May-02 Dec-02 Jun-03 Jan-04 Aug-04 Feb-05 Sep-05 Mar-06 Χρόνος (µήνες) Σχήµα 6.1 Μηνιαίες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 87

109 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS 350 Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης µετά την κατάταξη Παροχή προσοµοίωσης πριν την κατάταξη Απορροή (m 3 /sec) /05/ /12/ /06/ /01/ /08/ /02/ /09/ /03/2006 Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 6.2 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) Πίνακας 6.6 Υδρολογικό έτος Eτήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/2002)-(30/09/2005) πριν την κατάταξη µετά την κατάταξη Ύψος µετρηµένης απορροής (mm) Ύψος προσοµοιωµένης απορροής (mm) Προσοµοιωµένη)/ Μετρηµένη Ύψος προσοµοιωµένης απορροής (mm) (Μετρηµένη- (Μετρηµένη- Προσοµοιωµένη)/ Μετρηµένη Σύνολο Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 88

110 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Επίσης υπολογίζονται και οι τιµές των τριών δεικτών αξιολόγησης ( R, RMSE, d) για κάθε υδρολογικό έτος (πίνακας 6.7). Πίνακας 6.7 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της υδρολογικής προσοµοίωσης της λεκάνης του ποταµού Myakka της Florida των Η.Π.Α. για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/2005) Υδρολογικό πριν την κατάταξη µετά την κατάταξη έτος R RMSE (m 3 /sec) d R RMSE (m 3 /sec) Μέση τιµή d Συγκρίνοντας τα αποτελέσµατα µε τις τιµές των παραµέτρων µετά την κατάταξη των λεκανών µε τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης µε τις αρχικές τιµές των παραµέτρων (πριν από την κατάταξη) προκύπτει ότι οι τιµές των δεικτών R και d αυξήθηκαν (0.80 και 0.91 έναντι 0.64 και 0.81 αντίστοιχα), ενώ η τιµή του δείκτη RMSE µειώθηκε (13.71 m 3 /sec έναντι 18.2 m 3 /sec) (Πίνακας 6.7). Εποµένως τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης µε τις καινούριες τιµές των παραµέτρων είναι πιο ικανοποιητικά λόγω και των µεγάλων διαφορών που εµφανίζουν οι δείκτες αξιολόγησης R, RMSE και d Λεκάνη Ερύµανθου Τα κριτήρια που χρησιµοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της προσοµοίωσης της λεκάνης του Ερύµανθου µε τις τιµές των παραµέτρων βασιζόµενες στην κατάταξη των λεκανών έναντι των αποτελεσµάτων του Κεφ. 4 είναι τα ακόλουθα: Σύγκριση των µετρηµένων τιµών της ηµερήσιας απορροής µε τις µετρήσεις που έδωσε το µοντέλο για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη) (Σχ. 6.3). Η σύγκριση αυτή έγινε κάνοντας γραµµική παρεµβολή και υπολογίζοντας τον συντελεστή γραµµικής συσχέτισης ( R ). Τα αποτελέσµατα της Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 89

111 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS της προσοµοίωσης µε τις καινούριες τιµές των παραµέτρων είναι περισσότερο ικανοποιητικά διότι ο συντελεστής γραµµικής συσχέτισης έχει την τιµή R = 0.86 έναντι της τιµής Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης µετά την κατάταξη Παροχή προσοµοίωσης πριν την κατάταξη Απορροή (m 3 /sec) /05/ /12/ /01/ /09/ /06/ /03/ /10/ /12/ /07/ /08/ /04/ /01/1978 Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 6.3 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης του Ερύµανθου για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) Την τετραγωνική ρίζα του µέσου τετραγωνικού σφάλµατος ( RMSE) των προσοµοιωµένων τιµών της απορροής στο σηµείο εξόδου της λεκάνης. Η τιµή του δείκτη RMSE µειώθηκε από την τιµή m 3 /sec στην τιµή m 3 /sec, γεγονός που επιβεβαιώνει ότι τα αποτελέσµατα µε τις καινούριες τιµές των παραµέτρων είναι καλύτερα Λεκάνη της Μεσοχώρας Τα κριτήρια που χρησιµοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των αποτελεσµάτων της προσοµοίωσης της λεκάνης της Μεσοχώρας έναντι των αποτελεσµάτων του Κεφ. 4 είναι Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 90

112 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS τα ακόλουθα. Αρχικά υπολογίστηκαν οι τιµές των δεικτών R, RMSE και d για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) όπως παρουσιάζονται στον πίνακα 6.8. Πίνακας 6.8 Οι τιµές των δεικτών αξιολόγησης R, RMSE και d της προσοµοίωσης της απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) Υδρολογικό πριν την κατάταξη µετά την κατάταξη έτος R RMSE (m 3 /sec) d R RMSE (m 3 /sec) d Μέση τιµή Από τον Πίνακα 6.8 προκύπτει ότι η τιµή του δείκτη RMSE µειώθηκε από την τιµή m 3 /sec στην τιµή m 3 /sec. Ενώ οι τιµές των δεικτών R και d µειώθηκαν (0.689 και έναντι και αντίστοιχα) χωρίς όµως να παρουσιάζουν σηµαντικές αλλαγές. Στον πίνακα 6.9 παρουσιάζονται και τα µέσα ετήσια ύψη της µετρηµένης και της προσοµοιωµένης απορροής για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) καθώς και οι ποσοστιαίες διαφορές µεταξύ των για τις περιπτώσεις πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών. Στο Σχ. 6.4 παρουσιάζονται οι χρονοσειρές των ηµερήσιων τιµών της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976). Συγκρίνοντας τα ετήσια ύψη της προσοµοιωµένης απορροής πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών (Πίνακας 6.9) παρατηρείται ότι τα αποτελέσµατα που προέκυψαν µε τις καινούριες τιµές των παραµέτρων είναι περισσότερο ικανοποιητικά χωρίς όµως σηµαντικές διαφορές. Οι τιµές της απορροής µειώθηκαν και πλησιάζουν περισσότερο τις πραγµατικές τιµές. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 91

113 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Πίνακας 6.9 Υδρολογικό έτος Ύψος µετρηµένης απορροής (mm) Ύψος προσοµοιωµένης απορροής (mm) Προσοµοιωµένη)/ Μετρηµένη Ύψος προσοµοιωµένης απορροής (mm) Eτήσια ύψη µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/1972)- (30/09/1976) πριν την κατάταξη µετά την κατάταξη (Μετρηµένη- (Μετρηµένη- Προσοµοιωµένη)/ Μετρηµένη Σύνολο Μετρηµένη παροχή Παροχή προσοµοίωσης µετά την κατάταξη Παροχή προσοµοίωσης πριν την κατάταξη Απορροή (m 3 /sec) /04/ /10/ /05/ /12/ /06/ /01/ /07/ /02/ /08/ /03/1977 Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 6.4 Ηµερήσιες τιµές της µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής της λεκάνης της Μεσοχώρας για τις δύο οµάδες τιµών των παραµέτρων (πριν και µετά την κατάταξη των λεκανών) για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1976) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 92

114 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS 6.2 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΤΟΥ ΠΕΙΡΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΠΑΡΑΠΕΙΡΟΥ Από την κατάταξη των λεκανών που µελετήθηκαν µε βάση τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες όπως παρουσιάστηκε στο 5 ο κεφάλαιο προέκυψε ότι οι λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου έχουν την ίδια υδρολογική συµπεριφορά µε την λεκάνη του Γλαύκου (το ίδιο αναµενόµενο ποσοστό άµεσης απορροής προς την βροχόπτωση, Πίνακας 5.12). Για την υδρολογική τους προσοµοίωση, λοιπόν, µε την χρήση του µοντέλου ENNS χρησιµοποιήθηκαν οι τιµές των παραµέτρων της λεκάνης του Γλαύκου, οι οποίες δίδονται στον Πίνακα Λεκάνη Πείρου Η υδρολογική προσοµοίωση της λεκάνης του ποταµού Πείρου µε την χρήση του µοντέλου βροχής απορροής πραγµατοποιήθηκε για 10 υδρολογικά έτη και πιο συγκεκριµένα για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995). Για την υδρολογική προσοµοίωση χρειάζονται ηµερήσιες τιµές βροχόπτωσης και θερµοκρασίας. Οι τιµές των ηµερησίων υψών βροχής προέκυψαν µε µετατροπή των µηνιαίων τιµών (διαίρεση µε τον αριθµό των ηµερών του µήνα) που ελήφθησαν από την µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Εκεί για τον υπολογισµό των µηνιαίων τιµών της βροχόπτωσης χρησιµοποιήθηκαν οι σταθµοί του Αστερίου, της Κάτω Βλασίας και του Λεοντίου. Η αναγωγή των σηµειακών βροχοπτώσεων των σταθµών στην επιφάνεια της λεκάνης έγινε µε την χρήση της µεθόδου των πολυγώνων THIESSEN, σύµφωνα µε την οποία η συνολική επιφάνεια της λεκάνης χωρίζεται σε τοµείς που περιγράφονται από τρεις σταθµούς (πίνακας 6.10) (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Μάρτιος 1997). Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 93

115 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Πίνακας 6.10 Βροχοµετρικοί σταθµοί που χρησιµοποιήθηκαν για τον υπολογισµό των βροχοπτώσεων στη λεκάνη απορροής του Πείρου (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Μάρτιος 1997) 2 Σταθµός Επιφάνεια ( km ) Ποσοστό (%) επί του συνόλου Αστερίου Κάτω Βλασίας Λεοντίου Σύνολο Το ύψος βροχής Χ το οποίο ανάγεται στη συνολική επιφάνεια της λεκάνης, δίνεται από τη σχέση: X = X X X (6.5) όπου X 1, X 2 και X 3 τα µηνιαία ύψη βροχής των σταθµών του Αστερίου, της Κάτω Βλασίας και του Λεοντίου αντίστοιχα. Για την εκτίµηση της θερµοκρασίας λαµβάνονται υπόψη τα στοιχεία του µετεωρολογικού σταθµού των Πατρών. Επειδή όµως υπάρχει σχέση µεταξύ των τιµών της θερµοκρασίας και του υψοµέτρου σε µια περιοχή, τα δεδοµένα προσαρµόζονται στο µέσο υψόµετρο της λεκάνης. Η αναγωγή των µετρηµένων τιµών στο νέο υψόµετρο γίνεται µε την χρήση θερµοβαθµίδας o C /100 m. Ο σταθµός των Πατρών βρίσκεται σε υψόµετρο +1 m και η λεκάνη του ποταµού Πείρου έχει µέσο υψόµετρο +825 m και εποµένως αφαιρούνται από τις τιµές της θερµοκρασίας του µετεωρολογικού σταθµού των o Πατρών i ( ) 0.66 C/100 m m 5.44 o C. Οι µέσες µηνιαίες τιµές που προκύπτουν συγκρίνονται µε τις µέσες µηνιαίες θερµοκρασίες του σταθµού των Καλαβρύτων που βρίσκεται σε υψόµετρο +731 m, αλλά και σε άλλη υδρολογική λεκάνη. Ο σταθµός των Πατρών προτιµήθηκε από τον σταθµό των Καλαβρύτων επειδή θεωρήθηκε ότι περιγράφει καλύτερα την επίδραση της θαλάσσιας αύρας στην περιοχή της λεκάνης του Πείρου (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Μάρτιος 1997). Στη συνέχεια από τις µέσες µηνιαίες τιµές της θερµοκρασίας προέκυψαν οι αντίστοιχες ηµερήσιες θεωρώντας την ίδια τιµή θερµοκρασίας (µέση µηνιαία) για όλες τις ηµέρες του κάθε µήνα. Για τον ίδιο λόγο που δεν προτιµήθηκε ο σταθµός των Καλαβρύτων έναντι του σταθµού των Πατρών, δεν Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 94

116 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS επιλέχθηκαν και οι χρονοσειρές θερµοκρασίας που χρησιµοποιήθηκαν για την προσοµοίωση της απορροής της λεκάνης του Γλαύκου, παρόλο που παρουσιάζει µεγάλη υδρολογική οµοιότητα και βρίσκεται πολύ κοντά στην λεκάνη του Πείρου. Στον πίνακα 6.11 δίδονται τα ετήσια ύψη της άµεσης απορροής καθώς και η άµεση απορροή ως ποσοστό της βροχόπτωσης, το οποίο προέκυψε 27.71%. Λόγω ελλείψεως µετρήσεων απορροής, κριτήριο για την αξιολόγηση της προσοµοίωσης της λεκάνης του Πείρου αποτελεί η σύγκριση της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής που υπολογίζει το µοντέλο ENNS µε την τιµή που υπολογίζεται µε την χρήση της εµπειρικής µεθόδου του Turc. Η µέση τιµή της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής που προκύπτει µε βάση τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) είναι ίση µε mm / yr και πλησιάζει την τιµή mm / yr που προκύπτει από την εµπειρική µέθοδο του Turc. Πίνακας 6.11 Αποτελέσµατα της υδρολογικής προσοµοίωσης της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) Υδρολογικό έτος Ύψος βροχόπτωσης Ύψος άµεσης απορροής Άµεση απορροή/βροχόπτωση Σύνολο Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης της λεκάνης του Πείρου που προέκυψαν µε την χρήση του µοντέλου θα συγκριθούν µε τα αποτελέσµατα της µελέτης του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. που παρουσιάστηκαν στο 2 ο κεφάλαιο. Η σύγκριση έγινε για τις ετήσιες τιµές της µελέτης Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 95

117 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS που προέκυψαν από την εφαρµογή της µεθόδου Thornthwaite (άθροισµα µηνιαίων τιµών). Στην µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. ο υπολογισµός των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου της λεκάνης βασίζεται στις απλοποιητικές παραδοχές ότι 60% της απορροής είναι επιφανειακή και το υπόλοιπο 40% υπόγεια. Στο µοντέλο ENNS αυτός ο διαχωρισµός προκύπτει βάσει της σχηµατοποίησης της λεκάνης απορροής και των τιµών των παραµέτρων που χρησιµοποιήθηκαν στην προσοµοίωση. Στα Σχήµατα 6.5, 6.6 και 6.7 δίδονται οι ετήσιες τιµές της άµεσης απορροής, της βασικής απορροής και της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής που προέκυψαν από τις µηνιαίες τιµές για τις δύο περιπτώσεις διαθέσιµης υγρασίας στην µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. και οι αντίστοιχες τιµές που προέκυψαν από το µοντέλο ENNS. Επίσης στον Πίνακα 6.12 δίδονται οι τιµές της ετήσιας άµεσης απορροής για την λεκάνη του Πείρου που υπολογίστηκαν µε την χρήση της µεθόδου Thornthwaite στην µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., οι τιµές που προέκυψαν µε την χρήση του µοντέλου ENNS καθώς και οι ποσοστιαίες αποκλίσεις µεταξύ των. Οι τιµές που υπολογίστηκαν µε την χρήση της µεθόδου Thornthwaite προέκυψαν ως µέση τιµή για τις δύο περιπτώσεις διαθέσιµης υγρασίας του εδάφους (βλ. Κεφ. 2). Από τον Πίνακα 6.12 και το Σχ. 6.5 προκύπτει ότι οι τιµές της άµεσης απορροής που δίνει το µοντέλο πλησιάζουν αρκετά τις τιµές που προέκυψαν από την µέθοδο Thornthwaite. Συγκρίνοντας όµως τις χρονοσειρές της βασικής απορροής και της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (Σχ. 6.6 και 6.7) προκύπτει ότι παρουσιάζουν σηµαντικές αποκλίσεις. Το ποσοστό της βασικής απορροής που προκύπτει σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα του µοντέλου ENNS είναι µικρότερο του 40% της συνολικής απορροής που έχει υποτεθεί στη µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. εδοµένου ότι (α) σύµφωνα µε την κατάταξη των λεκανών βάσει των φυσιογραφικών και των κλιµατικών τους χαρακτηριστικών, η λεκάνη του Πείρου παρουσιάζει υδρολογική οµοιότητα µε την λεκάνη του Γλαύκου, για την οποία το µοντέλο ENNS µε τις τιµές των παραµέτρων που χρησιµοποιήθηκαν δίνει µια ρεαλιστική προσέγγιση της συνολικής απορροής (άµεσης και βασικής) και (β) η βασική απορροή που υπολογίστηκε µε το µοντέλο ENNS παρουσιάζει όπως αναµένεται πολύ µικρότερη µεταβλητότητα στο χρόνο έναντι της άµεσης απορροής λόγω της αποθηκευτικής ικανότητας του εδάφους, µπορεί να θεωρηθεί ότι τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης µε Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 96

118 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS το ENNS δίνουν πιο ρεαλιστικές τιµές για τις συνιστώσες του υδρολογικού ισοζυγίου απ ότι η µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. ιαπιστώνεται όµως ότι η άµεση απορροή ως ποσοστό της βροχής που προκύπτει για την λεκάνη του Πείρου (27.7%) είναι µικρότερο από το αντίστοιχο ποσοστό της λεκάνης του Γλαύκου (36.5%), µε την οποία η λεκάνη του Πείρου θεωρήθηκε όµοια. Το ποσοστό 27.7% τοποθετεί την λεκάνη του Πείρου στην κατάταξη µεταξύ της λεκάνης της Μεσοχώρας και του Ερύµανθου. Οι πιθανοί λόγοι για τους οποίους δεν επαληθεύεται η κατάταξη που έγινε βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων θα συζητηθούν µετά την παρουσίαση των αποτελεσµάτων της προσοµοίωσης για την λεκάνη του Παραπείρου. Πίνακας 6.12 Ετήσια ύψη απορροής της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS Υδρολογικό έτος Τhornthwaite Μοντέλο ENNS ENNS - Thornthwaite/ENNS Μέση τιµή Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 97

119 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS ENNS Thornthwaite(118) Thornthwaite(97) Πείρος Ύψος άµεσης απορροής (mm) Υδρολογικό έτος Σχήµα 6.5 Eτήσια ύψη άµεσης απορροής της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS ENNS Thornthwaite(118) Thornthwaite(97) Πείρος Ύψος βασικής απορροής (mm) Υδρολογικό έτος Σχήµα 6.6 Eτήσια ύψη βασικής απορροής της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 98

120 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS ENNS Thornthwaite(118) Thornthwaite(97) Πείρος Ύψος πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (mm) Υδρολογικό έτος Σχήµα 6.7 Eτήσια ύψη πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής της λεκάνης του Πείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS Λεκάνη Παραπείρου H υδρολογική προσοµοίωση της λεκάνης του Παραπείρου πραγµατοποιήθηκε για 10 υδρολογικά έτη και πιο συγκεκριµένα για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995), Οι τιµές των ηµερησίων υψών βροχής προέκυψαν µε µετατροπή των µηνιαίων τιµών (διαίρεση µε τον αριθµό των ηµερών του µήνα) που ελήφθησαν από την µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Εκεί για τον υπολογισµό των µηνιαίων τιµών της βροχόπτωσης χρησιµοποιήθηκαν οι σταθµοί της Κρυόβρυσης, του Ξηροχωρίου, του Αστερίου και της Κάτω Βλασίας. Η αναγωγή των σηµειακών βροχοπτώσεων των σταθµών στην επιφάνεια της λεκάνης έγινε µε την χρήση της µεθόδου των πολυγώνων THIESSEN, σύµφωνα µε την οποία η συνολική επιφάνεια της λεκάνης χωρίζεται σε τοµείς που περιγράφονται από τέσσερις σταθµούς (πίνακας 6.13) (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Μάρτιος 1997). Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 99

121 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Πίνακας 6.13 Βροχοµετρικοί σταθµοί που χρησιµοποιήθηκαν για τον υπολογισµό των βροχοπτώσεων στη λεκάνη απορροής του Παραπείρου (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Μάρτιος 1997) 2 Σταθµός Επιφάνεια ( km ) Ποσοστό (%) επί του συνόλου Αστερίου Κάτω Βλασίας Ξηροχωρίου Κρυόβρυσης Σύνολο Το ύψος βροχής Χ το οποίο ανάγεται στη συνολική επιφάνεια της λεκάνης, δίνεται από τη σχέση: X = X X X X (6.6) όπου X 1, X 2, X 3 και X 4 τα µηνιαία ύψη βροχής των σταθµών του Αστερίου, της Κάτω Βλασίας, του Ξηροχωρίου και της Κρυόβρυσης αντίστοιχα. Για την εκτίµηση της θερµοκρασίας λαµβάνονται υπόψη τα στοιχεία του µετεωρολογικού σταθµού των Πατρών όπως και στην περίπτωση της λεκάνης του Πείρου. Για την προσαρµογή των µετρήσεων της θερµοκρασίας στο µέσο υψόµετρο της λεκάνης χρησιµοποιείται θερµοβαθµίδα o 0.66 C /100 m. Ο σταθµός των Πατρών βρίσκεται σε υψόµετρο +1 m και η λεκάνη του ποταµού Παραπείρου έχει µέσο υψόµετρο +600 m και εποµένως αφαιρούνται από τις τιµές της θερµοκρασίας του µετεωρολογικού σταθµού των o Πατρών ( ) 0.66 C/100 m i m 3.95 o C (Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε., Μάρτιος 1997). Στη συνέχεια από τις µέσες µηνιαίες τιµές της θερµοκρασίας προέκυψαν οι αντίστοιχες ηµερήσιες θεωρώντας την ίδια τιµή θερµοκρασίας (µέση µηνιαία) για όλες τις µέρες του κάθε µήνα. Στον πίνακα 6.14 δίδονται τα ετήσια ύψη της άµεσης απορροής καθώς η άµεση απορροή ως ποσοστό της βροχόπτωσης, το οποίο προέκυψε 21.34%. Η µέση τιµή της ετήσιας πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής που προκύπτει µε βάση τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) είναι Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 100

122 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS ίση µε mm / yr και πλησιάζει την τιµή που προκύπτει από την εµπειρική µέθοδο του Turc και είναι mm / yr. Πίνακας 6.14 Αποτελέσµατα της υδρολογικής προσοµοίωσης της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) Υδρολογικό έτος Ύψος βροχόπτωσης Ύψος άµεσης απορροής Άµεση απορροή/βροχόπτωση Σύνολο Όπως και στην περίπτωση της λεκάνης του Πείρου, οι τιµές της απορροής σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα του µοντέλου ENNS θα συγκριθούν µε τα αποτελέσµατα που προκύπτουν µε την χρήση της µεθόδου Thornthwaite στην µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. Για την περίπτωση της λεκάνης του Παραπείρου στη µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. έγινε η υπόθεση ότι 80% της απορροής είναι επιφανειακή και το υπόλοιπο 20% υπόγεια. Η διαφορά στα ποσοστά κατανοµής της συνολικής απορροής σε άµεση και βασική (60% άµεση και 40% βασική στον Πείρο και 80% άµεση και 20% βασική στον Παραπείρο) οφείλεται στην εκτίµηση που έγινε στη µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. ότι η λεκάνη του Πείρου είναι πιο διαπερατή από τη λεκάνη του Παραπείρου. Τα χαρακτηριστικά του επιφανειακού στρώµατος αποτέλεσαν κριτήριο και για την κατάταξη των λεκανών στο Κεφ. 5, όπου ο συντελεστής κατείσδυσης για τη λεκάνη του Παραπείρου εκτιµήθηκε σε 14.52% και του Πείρου σε ποσοστό 23.09% της βροχής που κατεισδύει. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 101

123 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Στα Σχήµατα 6.8, 6.9 και 6.10 δίδονται οι ετήσιες τιµές της άµεσης απορροής, της βασικής απορροής και της πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής που προέκυψαν από τις µηνιαίες τιµές στη µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. για τις δύο περιπτώσεις διαθέσιµης υγρασίας και οι αντίστοιχες τιµές που προέκυψαν από το µοντέλο ENNS. Στον Πίνακα 6.15 δίδονται τα ετήσια ύψη άµεσης απορροής που προκύπτουν για τις δύο περιπτώσεις καθώς και οι ποσοστιαίες αποκλίσεις µεταξύ των. Σύµφωνα µε τον Πίνακα 6.15 και το Σχ. 6.8 οι διαφορές των τιµών της άµεσης απορροής που προέκυψαν από τη µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. και από το µοντέλο ENNS είναι σηµαντικές και πολύ µεγαλύτερες από εκείνες που προέκυψαν για τη λεκάνη του Πείρου. Αυτές, οφείλονται στη υπόθεση του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. ότι στον Παραπείρο 80% της συνολικής απορροής είναι άµεση απορροή και 20% βασική ενώ στον Πείρο τα ποσοστά αυτά είναι 60% και 40% αντιστοίχως. Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης µε το µοντέλο ENNS δίνουν για τον Παραπείρο παρόµοια κατανοµή της συνολικής απορροής σε άµεση και βασική όπως για τον Πείρο. Πίνακας 6.15 Ετήσια ύψη απορροής της λεκάνης του Παραπείρου για την περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS Υδρολογικό έτος Τhornthwaite Μοντέλο ENNS ENNS - Thornthwaite/ENNS Μέση τιµή Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 102

124 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS ENNS Thornthwaite(139) Thornthwaite(115) Παραπείρος Ύψος άµεσης απορροής (mm) Υδρολογικό έτος Σχήµα 6.8 Ετήσια ύψη άµεσης απορροής της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS ENNS Thornthwaite(139) Thornthwaite(115) Παραπείρος Ύψος βασικής απορροής (mm) Υδρολογικό έτος Σχήµα 6.9 Ετήσια ύψη βασικής απορροής της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 103

125 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS ENNS Thornthwaite(139) Thornthwaite(115) Παραπείρος Ύψος πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής (mm) Υδρολογικό έτος Σχήµα 6.10 Ετήσια ύψη πραγµατικής εξατµισοδιαπνοής της λεκάνης του Παραπείρου για την χρονική περίοδο (01/10/ /09/1995) µε την χρήση (α) της µεθόδου Thornthwaite για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής και (β) του µοντέλου ENNS Από την προσοµοίωση της λεκάνης του Παραπείρου προκύπτει ότι η άµεση απορροή ως ποσοστό της βροχής (21.3%) είναι µικρότερο από το αντίστοιχο ποσοστό της λεκάνης του Γλαύκου (36.5%). Επειδή το ύψος της ετήσιας εξατµισοδιαπνοής το οποίο προκύπτει από την προσοµοίωση αντιστοιχεί ικανοποιητικά στην τιµή που προκύπτει από την µέθοδο Turc, η οποία θεωρείται γενικά αξιόπιστη, η απόκλιση της άµεσης απορροής ως ποσοστού της βροχής από την περιοχή τιµών που καθορίζει η κατάταξη βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων οφείλεται πιθανόν στην κατανοµή της συνολικής απορροής σε άµεση και βασική που προκύπτει κατά την προσοµοίωση. Οι πιθανοί λόγοι γι αυτό είναι: 1) Στην ανάλυση ευαισθησίας που έγινε για να βρεθούν οι παράµετροι που επηρεάζουν την άµεση απορροή, δεν αξιολογήθηκε σωστά ο ρόλος κάποιων παραµέτρων, οι τιµές των οποίων θα έπρεπε να αναπροσαρµοσθούν παράλληλα µε τις τιµές BETA, H 1, TAB 1 και TVS 1. 2) Στην τελική βαθµολόγηση των λεκανών µε βάση τα κριτήρια που χρησιµοποιήθηκαν (Πίνακας 5.12), οι βαθµοί που προκύπτουν για κάθε κριτήριο θεωρήθηκαν ότι συνεισφέρουν στην τελική βαθµολόγηση µε το ίδιο βάρος. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 104

126 Κεφάλαιο 6 ο Υδρολογική προσοµοίωση του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS Η διερεύνηση αυτών των πιθανών αιτίων καθώς επίσης και η αξιολόγηση της αποτελεσµατικότητας της µεθοδολογίας διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας των λεκανών είναι δύσκολο να πραγµατοποιηθεί µε βεβαιότητα σε αυτή τη φάση όπως προαναφέρθηκε και στο Κεφ. 3 δεδοµένου ότι η µεθοδολογία είναι εµπειρική και εφαρµόστηκε για έναν περιορισµένο αριθµό λεκανών για τις οποίες υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις απορροής. Η διερεύνηση πρέπει να συνδυαστεί µε την ανάλυση µεγαλύτερου αριθµού λεκανών, για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 105

127 Κεφάλαιο 7 ο Ανακεφαλαίωση-Συµπεράσµατα 7. ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία πραγµατοποιήθηκε η υδρολογική προσοµοίωση των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου για τις οποίες δεν υπάρχουν µετρήσεις απορροής µε σκοπό τον προσδιορισµό των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου. Τα αποτελέσµατα της εργασίας συγκρίθηκαν µε τα αποτελέσµατα υπολογισµού του υδρολογικού ισοζυγίου που έχει ήδη πραγµατοποιηθεί στην µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (1997). Για τον υπολογισµό του υδρολογικού ισοζυγίου χρησιµοποιήθηκε το συνεχές µοντέλο βροχής-απορροής ENNS, η χρήση του οποίου όµως απαιτούσε την γνώση παραµέτρων που περιγράφουν τις υδρολογικές διεργασίες που πραγµατοποιούνται στην λεκάνη. Λόγω ελλείψεως µετρήσεων απορροής για τις λεκάνες των δύο ποταµών, η χρήση του µοντέλου δεν ήταν εφικτή. Το πρόβληµα αντιµετωπίστηκε µε την ανάπτυξη µιας µεθοδολογίας διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου µε λεκάνες για τις οποίες υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις απορροής. Από την διερεύνηση της υδρολογικής οµοιότητας των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου µε τις λεκάνες του Γλαύκου, του Ερύµανθου, της Μεσοχώρας και του ποταµού Myakka, Florida των Η.ΠΑ. για τις οποίες υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις απορροής, προκύπτει ότι: 1. Οι παράµετροι του µοντέλου ENNS, οι αλλαγές των οποίων καθορίζουν το αποτέλεσµα (συµφωνία µετρηµένης και προσοµοιωµένης απορροής) είναι η σταθερά γρήγορης κατείσδυσης ( BETA ), το κρίσιµο ύψος του 1 ου ταµιευτήρα ( H 1), η σταθερά οριζόντιας εκροής του 1 ου ταµιευτήρα ( 1) TAB και η σταθερά κατακόρυφης εκροής από τον 1 ο ταµιευτήρα ( TVS 1). Πιο συγκεκριµένα οι παράµετροι αυτές καθορίζουν το µέγεθος της επιφανειακής απορροής. 2. Οι τιµές των τεσσάρων παραµέτρων δεν ήταν συµβατές µε την κατάταξη των λεκανών που έγινε βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων και έτσι έγινε επαναρρύθµιση του µοντέλου ENNS για τις τέσσερις λεκάνες για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής. Οι αλλαγές αυτές οδήγησαν σε βελτίωση των αποτελεσµάτων της ρύθµισης (µείωση των αποκλίσεων µεταξύ µετρηµένης και υπολογισµένης απορροής) σε σχέση µε τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την ρύθµιση στην πρώτη φάση της διαδικασίας. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 106

128 Κεφάλαιο 7 ο Ανακεφαλαίωση-Συµπεράσµατα 3. Ο λόγος της επιφανειακής απορροής προς τη βροχή που προέκυψε για τις τέσσερις λεκάνες σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα του µοντέλου ENNS επαληθεύει την κατάταξη µε βάση τους φυσιογραφικούς και κλιµατικούς παράγοντες και εποµένως η διαδικασία που ακολουθήθηκε αποτελεί µια δυνατότητα αντιστοίχισης των παραµέτρων του µοντέλου ENNS σε κριτήρια που προκύπτουν από αυτούς τους παράγοντες. 4. Οι λεκάνες απορροής του Πείρου και του Παραπείρου παρουσιάζουν την ίδια υδρολογική συµπεριφορά µε την λεκάνη του Γλαύκου και εποµένως για την υδρολογική προσοµοίωση µε την χρήση του µοντέλου ENNS χρησιµοποιήθηκαν οι τιµές των παραµέτρων της λεκάνης του Γλαύκου. Από τα αποτελέσµατα της υδρολογικής προσοµοίωσης των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου µε την χρήση του µοντέλου ENNS και την σύγκρισή τους µε τα αποτελέσµατα της µελέτης του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (1997) που προέκυψαν από την εφαρµογή της µεθόδου Thorntwaite, προκύπτει ότι: 1. Στην µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. (1997) ο υπολογισµός των συνιστωσών του υδρολογικού ισοζυγίου βασίζεται σε απλοποιητικές παραδοχές (60% της απορροής είναι επιφανειακή και 40% υπόγεια στην λεκάνη του Πείρου ενώ στη λεκάνη του Παραπείρου τα ποσοστά είναι 80% και 20% αντίστοιχα). Αντίθετα στο µοντέλο ENNS αυτός ο διαχωρισµός προκύπτει βάσει της σχηµατοποίησης της λεκάνης και των τιµών των παραµέτρων που χρησιµοποιήθηκαν. 2. Το µοντέλο ENNS δίνει πιο ρεαλιστικές τιµές για τις συνιστώσες του υδρολογικού ισοζυγίου από την µελέτη του Υ.ΠΕ.ΧΩ..Ε. διότι (α) σύµφωνα µε την κατάταξη των λεκανών βάσει των φυσιογραφικών και κλιµατικών παραγόντων οι λεκάνες του Πείρου και του Παραπείρου παρουσιάζουν υδρολογική οµοιότητα µε την λεκάνη του Γλαύκου, για την οποία το µοντέλο δίνει µια ρεαλιστική προσέγγιση της συνολικής απορροής (άµεσης και βασικής) και (β) η βασική απορροή που υπολογίστηκε µε το µοντέλο παρουσιάζει πολύ µικρότερη µεταβλητότητα στον χρόνο έναντι της άµεσης απορροής λόγω της αποθηκευτικής ικανότητας του εδάφους. 3. Τα ποσοστά της άµεσης απορροής προς την βροχόπτωση των λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου σύµφωνα µε το µοντέλο ENNS δεν ήταν τα αναµενόµενα (27.7% και 21.3% αντίστοιχα έναντι 36.5% του Γλαύκου) παρόλο που τα αποτελέσµατα του µοντέλου είναι ικανοποιητικά (συµφωνία της πραγµατικής Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 107

129 Κεφάλαιο 7 ο Ανακεφαλαίωση-Συµπεράσµατα εξατµισοδιαπνοής µε την τιµή από την µέθοδο Turc, η οποία ειναι αξιόπιστη). Οι πιθανοί λόγοι είναι κάποια µειονεκτήµατα που παρουσιάζει η µεθοδολογία διερεύνησης της υδρολογικής οµοιότητας των λεκανών και τα οποία εάν ληφθούν υπόψη µπορούν να οδηγήσουν σε βελτίωση της µεθόδου: (α) Η µέθοδος είναι εµπειρική και εφαρµόστηκε για έναν περιορισµένο αριθµό λεκανών για τις οποίες υπάρχουν µετρήσεις απορροής. (β) Λανθασµένη αξιολόγηση του ρόλου των παραµέτρων που επηρεάζουν την άµεση απορροή, οι τιµές των οποίων θα έπρεπε να αναπροσαρµοσθούν παράλληλα µε τις τιµές των τεσσάρων παραµέτρων. (γ) Η συνεισφορά όλων των κριτηρίων µε το ίδιο βάρος στην τελική βαθµολόγηση των λεκανών. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 108

130 Βιβλιογραφία ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ελληνική [1] Βουδούρης Κ. ΣΤ. (1995), Υδρογεωλογικές συνθήκες του Β. Τµήµατος του νοµού Αχαίας, ιδακτορική διατριβή, Τµήµα Γεωλογίας, Πανεπιστήµιο Πατρών, Πάτρα. [2] Γαλούνη Β. (2004), Υδρολογική προσοµοίωση της λεκάνης του ποταµού Γλαύκου ανάντη του Υδροηλεκτρικού Σταθµού της.ε.η. (περιοχή Πατρών), ιπλωµατική Εργασία, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών. [3] Ζιώγας Η. Α. (2006), Υδρολογικό ισοζύγιο του υδροφορέα του Γλαύκου και ζώνες τροφοδοσίας των γεωτρήσεων, Mεταπτυχιακή ιατριβή, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών, Πάτρα. [4] Σακκάς Γ.Ι. (2004), ΤΕΧΝΙΚΗ Υ ΡΟΛΟΓΙΑ:ΤΟΜΟΣ Ι, Υδρολογία Επιφανειακών Υδάτων, Εκδόσεις ΑΪΒΑΖΗ, Θεσσαλονίκη. [5] Τσακίρης Γ. (1995), Υ ΑΤΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ:ΤΟΜΟΣ Ι, Τεχνική Υδρολογία, Εκδόσεις Συµµετρία, Αθήνα. [6] Υ.ΠΕ.Χ.Ω..Ε. (Μάρτιος 1997), Ύδρευση Πάτρας από τους ποταµούς Πείρο και Παραπείρο, Aρ. Μελέτης , Αθήνα. Ξενόγλωσση [7] HEC-1 (June 1998), Flood Hydrograph Package, User s Manual, US Army Corps of Engineers. [8] Hershfield D.M., Estimating the Probable Maximum Precipitation, Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Journal of the Hydraulics Division, Vol.87, No HY5, September Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 109

131 Βιβλιογραφία [9] Institute of Hydrology, Flood Studies Report, Vol.I, 1975 [10] Institution of Civil Engineers, Floods and reservoir safety, London, [11] Kaleris V., Papanastasopoulos D., Lagas G. (1999), Impact of Climate Change on River Basin Hydrology under Different Climate Conditions, CC-HYDRO Final Report, ENV4-CT [12] Kaleris V., Papanastasopoulos D., Lagas G. (2001), Case study on impact of atmospheric circulation changes on river basin hydrology: uncertainty aspects, Journal of Hydrology, Vol. 245, pp [13] Nachtnebel H.P., Lettl W., Baumung St., (1993) Abfluβprognosemodell fuer das Einzugsgebiet der Enns und der Steyr (Handbuch), Institut fuer Wasserwirtschaft, Hydrologie Wasserbau, Wien, Austria. [14] Thompson A.S., (1999), Hydrology for water management, A.A. Balkema, Rotterdam, Brookfield, USA. [15] Ven Te Chow, D.R. Maidment, L.W. Mays, McGraw-Hill, (1988), Applied Hydrology, International Edition. [16] Viessman W., Lewis G.L., Knapp J.W., Introduction to Hydrology, 3 rd ed., Harper Collins Publishers, New York, USA. [17] Yannopoulos C. P., Manariotis D. I., Ziogas I. A., Kaleris K. V. (2007), Methology of river pollution assessment and preliminary results, Proceedings of 32 nd Congress of IAHR, Harmonizing the Demands of Art and Nature in Hydraulics, July 2007, Venice, Italy. [18] ArcGis 9.1, [19] USGS, Real Time Water Data for the Nation, Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 110

132 Βιβλιογραφία [20] Wikipedia, the free Encyclopedia, [21] WMS 7.1, Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα 111

133 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α

134 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α-Συνεχές µοντέλο βροχής-απορροής ENNS A. ΣΥΝΕΧΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΒΡΟΧΗΣ-ΑΠΟΡΡΟΗΣ ENNS Πριν ξεκινήσει η προσοµοίωση µε την χρήση του µοντέλου ENNS (Nachtnebel et al., 1993) θα πρέπει να γίνουν κάποιες ρυθµίσεις στον κώδικα και σε κάποιες παραµέτρους. Οι ρυθµίσεις αυτές αφορούν στοιχεία για τον προσδιορισµό της εξατµισοδιαπνοής κυρίως αλλά και ρυθµίσεις για τον διαχωρισµό της λεκάνης σε υψοµετρικές ζώνες και τον προσδιορισµό της δηµιουργίας και τήξης του χιονιού. Η δυνητική εξατµισοδιαπνοή εξαρτάται αποκλειστικά από τις συνθήκες θερµοκρασίας που επικρατούν σε µία περιοχή καθώς και από τη γεωγραφική της θέση. Το µοντέλο ENNS αρχικά υπολογίζει τη δυνητική εξατµισοδιαπνοή και στη συνέχεια το ποσοστό αυτής που αντιστοιχεί στην πραγµατική εξατµισοδιαπνοή. Για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής το µοντέλο χρησιµοποιεί µία παραλλαγή της µεθόδου Thornthwaite. Ο ετήσιος θερµικός δείκτης του Thornthwaite προσδιορίζεται βάσει των µακροχρόνιων µέσων µηνιαίων θερµοκρασιών της λεκάνης, οι τιµές των οποίων πρέπει να δοθούν µε τη σειρά ηµερολογιακού ή υδρολογικού έτους, ανάλογα µε το αν τρέχουµε ηµερολογιακό ή υδρολογικό έτος. Οι συντελεστές διόρθωσης εξαρτώνται από το Β. Γεωγραφικό Πλάτος της λεκάνης. έτσι, εφόσον προσδιορισθούν από κάποιο πίνακα θα πρέπει να εισαχθούν στο µοντέλο µε την σειρά ηµερολογιακού έτους. Αυτό γίνεται µέσα στον κώδικα της Fortran (αρχείο MODEL.for στο directory C:\enns\MODEL) στις γραµµές του κώδικα 2466 και 2467, όπως φαίνεται παρακάτω. **** Se imerologiako etos - Erymanthos Basin - 07/2007 ****************** DATA GBFAK /0.855, 0.84, 1.03, 1.1, 1.225, 1.23, , 1.17, 1.035, 0.965, 0.845, 0.83/ Σχήµα A-1 Συντελεστές διόρθωσης για τον υπολογισµό της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής Η ρύθµιση διαχωρισµού της λεκάνης σε τέσσερις εδαφικές ζώνες αφορά και την εξατµισοδιαπνοή γιατί περιλαµβάνει ρύθµιση θερµοβαθµίδας η οποία αυξοµειώνει τα θερµοκρασιακά δεδοµένα, ανάλογα της ζώνης. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα A - 1

135 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α-Συνεχές µοντέλο βροχής-απορροής ENNS Ο καθορισµός των 4 ζωνών και συγκεκριµένα του ποσοστού εµβαδού της λεκάνης που καταλαµβάνει η κάθε µία γίνεται κατά το τρέξιµο του προγράµµατος από τις παραµέτρους DFZONE(4) οι οποίες στην περίπτωση µη διαχωρισµού σε ζώνες θα πρέπει να δοθούν ως εξής : DFZONE(4) Σχήµα A-2 Mορφή των παραµέτρων DFZONE(4) στην περίπτωση µη διαχωρισµού σε ζώνες Οι βασικές παράµετροι του ENNS που τροποποιούνται παρουσιάζονται στον πίνακα Α-1. Εκτός από αυτές τις παραµέτρους είναι αναγκαίο να ρυθµιστούν στην αρχή και οι ακόλουθες παράµετροι. 2 EZFL : Εµβαδό της λεκάνης ( km ) DFZONE(4) : Χωρισµός της λεκάνης σε 4 υψοµετρικές ζώνες TMMON(12) : Μακροχρόνιες µέσες µηνιαίες θερµοκρασίες της λεκάνης ( o C ) Τα αποτελέσµατα της προσοµοίωσης υπολογίζονται και παρουσιάζονται µε την µορφή αρχείων για κάθε υδρολογικό έτος. Περιέχουν ηµερήσιες τιµές των ακόλουθων µεγεθών: MT-ZO1: Τήξη χιονιού στην υψοµετρική ζώνη 1 (mm) MT-ZO2: Τήξη χιονιού στην υψοµετρική ζώνη 2 (mm) MT-ZO3: Τήξη χιονιού στην υψοµετρική ζώνη 3 (mm) MT-ZO4: Τήξη χιονιού στην υψοµετρική ζώνη 4 (mm) MT-GEB: Συνολική τήξη χιονιού (mm) EV-AKT: Πραγµατική εξατµισοδιαπνοή (mm) EV-POT: υναµική εξατµισοδιαπνοή (mm) QV-SOI: Κατακόρυφη απορροή από την εδαφική ζώνη στον 1 ο ταµιευτήρα (mm) QV-SP1: Κατακόρυφη απορροή από τον 1 ο στον 2 ο ταµιευτήρα (mm) QV-SP2: Κατακόρυφη απορροή από τον 2 ο στον 3 ο ταµιευτήρα (mm) QA-SP1: Επιφανειακή απορροή (m 3 /sec) QA-SP2: Ενδιάµεση απορροή (m 3 /sec) QA-SP3: Βασική απορροή (m 3 /sec) QA-BEO: Μετρηµένη πραγµατική απορροή (m 3 /sec) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα A - 2

136 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α-Συνεχές µοντέλο βροχής-απορροής ENNS QA-PRO: Αποτέλεσµα προσοµοίωσης (m 3 /sec) Η ρύθµιση του µοντέλου βασίζεται στις τιµές QA-BEO και QA-PRO. Πίνακας Α-1 Βασικές παράµετροι του µοντέλου ENNS Παράµετροι Συµβολισµός Υδατοϊκανότητα (%) FK Σηµείο µονίµου µαράνσεως (%) PWP λ (αδιάστατο) Πάχος εδαφικής ζώνης ( mm ) Σταθερά γρήγορης κατείσδυσης(αδιάστατο) Σταθερά αργής κατείσδυσης ( hr ) Ύψος νερού στον 1 ο ταµιευτήρα πάνω από το οποίο συµβαίνει επιφανειακή απορροή ( mm ) Ύψος νερού στον 2 ο ταµιευτήρα πάνω από το οποίο συµβαίνει επιφανειακή απορροή ( mm ) Σταθερά 1 ου ταµιευτήρα για κατακόρυφη απορροή προς τον 2 ο ( hr ) Σταθερά 2 ου ταµιευτήρα για κατακόρυφη απορροή προς τον 3 ο ( hr ) Σταθερά 1 ου ταµιευτήρα για την άµεση απορροή ( hr ) Σταθερά 2 ου ταµιευτήρα για την ενδιάµεση απορροή ( hr ) Σταθερά 3 ου ταµιευτήρα για την βασική απορροή ( hr ) Σταθερά 4 ου ταµιευτήρα για την συνολική απορροή ( hr ) BFFAK M BETA KBF H1 H2 TVS1 TVS2 TAB1 TAB2 TAB3 TAB4 Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα A - 3

137 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β

138 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής B. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΕ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΚΡΙΒΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΙΑΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Τα λογισµικά που χρησιµοποιήθηκαν είναι το WMS 7.1 και το ArcGis 9.1. Οι δυνατότητες που προσφέρουν τα δύο λογισµικά είναι πολύ µεγάλες και χρησιµοποιήθηκαν µε τέτοιο τρόπο έτσι ώστε το ένα να συµπληρώνει το άλλο στα σηµεία που υστερεί. Β.1 WMS 7.1 Στο πρώτο στάδιο της µελέτης χρησιµοποιήθηκε το WMS 7.1, Watershed Modelling System. Πιο συγκεκριµένα, πρόκειται για ένα εκτενές περιβάλλον υδρολογικής ανάλυσης. Αναπτύχθηκε από το Εργαστήριο Περιβαλλοντικής Ανάλυσης και Μοντελοποίησης (Environmental Modelling Research Laboratory) του Πανεπιστηµίου του Brigham σε συνεργασία µε το Αµερικάνικο Στρατιωτικό Σώµα των Μηχανικών του Πειραµατικού Σταθµού (U.S. Army of Engineers Waterways Experiment Station). Το περιβάλλον του λογισµικού αυτού αποτελείται από διάφορες ενότητες. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τον προσδιορισµό της λεκάνης απορροής και των χαρακτηριστικών της παρουσιάζεται στην ακόλουθη ενότητα. Β.1.1 ιαδικασία Αρχικά εισάγεται ένα Ψηφιακό Υψοµετρικό Μοντέλο Εδάφους (Ψ.Υ.Μ.Ε.). Πρόκειται για µια ψηφιακή απεικόνιση της επιφάνειας του εδάφους και µπορεί να έχει την µορφή είτε τετραγωνικού είτε τριγωνικού πλέγµατος. Στην µελέτη αυτή χρησιµοποιήθηκαν τετραγωνικά πλέγµατα µε µέγεθος κελιού (75*75 m) όπου στο κέντρο καθενός αντιστοιχεί και µια τιµή υψοµέτρου. Η αριθµητική πληροφορία συντεταγµένων είναι σε προβολικό σύστηµα ΕΓΣΑ. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 1

139 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής Σχήµα Β-1 Αναπαράσταση ψηφιακού υψοµετρικού µοντέλου εδάφους ( WMS 7.1) Στη συνέχεια µε την χρήση του ΤΟΡΑΖ (Topographic Parameterization Program), που αποτελεί µια υπορουτίνα του WMS δηµιουργούνται δύο αρχεία. Το ένα αρχείο περιλαµβάνει τα αποτελέσµατα του προσδιορισµού της κατεύθυνσης της ροής. Για τον προσδιορισµό της χρησιµοποιεί το µοντέλο των οκτώ γειτονικών σηµείων όπως παρουσιάζεται στο Σχ. Β-2 που ακολουθεί. Η ροή κατευθύνεται προς το σηµείο που έχει το µικρότερο υψόµετρο. Το δεύτερο αρχείο που δηµιουργείται αποτελείται από ένα σύνολο τιµών που είναι ακέραιοι αριθµοί και αποτελούν τις συγκεντρώσεις της ροής. Για κάθε σηµείο του πλέγµατος υπολογίζεται ο αριθµός των σηµείων που βρίσκονται ανάντη από αυτό και των οποίων τα ρεύµατα ροής περνούν από αυτό. Ο αριθµός αυτός αποτελεί χαρακτηριστική ιδιότητα του κάθε σηµείου και ονοµάζεται συγκέντρωση ροής. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 2

140 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής Σχήµα Β-2 Μοντέλο οκτώ γειτονικών σηµείων (Eight-Point Pour Model) ( WMS 7.1) Το επόµενο βήµα αφορά στον ορισµό µιας τιµής ροής (κατώφλι ροής). Με αυτό τον τρόπο ορίζεται ένα ελάχιστο όριο και έτσι όλα τα σηµεία που βρίσκονται πάνω από το σηµείο εξόδου συνδέονται για την δηµιουργία του δικτύου υδατορρευµάτων της λεκάνης απορροής. Σχήµα Β-3 Προσδιορισµός του υδρογραφικού δικτύου (WMS 7.1) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 3

141 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής Σχήµα Β-4 Καθορισµός των σηµείων εξόδου και προσδιορισµός των ορίων των υδρολογικών λεκανών του Πείρου και του Παραπείρου( WMS 7.1) Το τελικό βήµα αφορά στον ορισµό των σηµείων εξόδου (Σχ. Β-4). Αφού ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία το WMS υπολογίζει τα όρια της λεκάνης καθώς και των υπολεκανών και χρησιµοποιώντας την εντολή Compute Basin Geometric Data το µοντέλο παρέχει την δυνατότητα άµεσου υπολογισµού των γεωµετρικών χαρακτηριστικών κάθε λεκάνης απορροής. Β.1.2 Περιγραφή των γεωµετρικών χαρακτηριστικών Το σύνολο των γεωµετρικών χαρακτηριστικών µιας λεκάνης απορροής που υπολογίζει το WMS 7.1 παρουσιάζονται στην συνέχεια: Α το εµβαδό της λεκάνης απορροής BS η µέση κλίση της λεκάνης ή µέση κλίση των κελιών που αποτελούν την λεκάνη Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 4

142 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής %NF %SF L P Shape AVEL MSL MSS L SS το ποσοστό της λεκάνης που προσανατολίζεται βόρεια, όπου ο βορράς ορίζεται ως η θετική διεύθυνση y το ποσοστό της λεκάνης που προσανατολίζεται νότια, όπου ο νότος ορίζεται ως η αρνητική διεύθυνση y το µήκος της λεκάνης η περίµετρος της λεκάνης ο δείκτης µορφής της λεκάνης, το µήκος διαιρούµενο µε το πλάτος το µέσο υψόµετρο της λεκάνης το µέγιστο µήκος υδατορρεύµατος της λεκάνης (κύριο ρεύµα). Υπολογίζεται καθορίζοντας την µέγιστη απόσταση που διανύεται ταξιδεύοντας από την κορυφή των υδατορρευµάτων µέχρι το σηµείο εξόδου της λεκάνης απορροής η κλίση του κυρίου ρεύµατος τα µήκη των τµηµάτων στα οποία είναι χωρισµένα τα υδατορρεύµατα της λεκάνης οι κλίσεις των τµηµάτων Β.2 ArcGis 9.1 Στη συνέχεια της µελέτης και προκειµένου να επιτευχθεί µια πιο λεπτοµερής αλλά και παραστατική περιγραφή µιας λεκάνης απορροής χρησιµοποιήθηκε το λογισµικό ArcGis 9.1. Πρόκειται για ένα γεωγραφικό σύστηµα πληροφοριών. Η γεωγραφική πληροφορία που αποθηκεύεται και επεξεργάζεται το περιβάλλον αυτό µπορεί να έχει διάφορες µορφές. Οι τρεις βασικές µορφές αρχείων που χρησιµοποιεί είναι i. ιανύσµατα (vector) Η διανυσµατική πληροφορία περιλαµβάνει τα σηµεία, τις γραµµές και τα πολύγωνα. Τα σηµεία αποτελούν ζευγάρια µε συντεταγµένες x, y, οι γραµµές αποτελούν σύνολα ζευγαριών συντεταγµένων που καθορίζουν ένα σχήµα ενώ τα πολύγωνα αποτελούν σύνολα ζευγαριών συντεταγµένων που καθορίζουν τα όρια που εγκλείουν περιοχές. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 5

143 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής Σχήµα Β-5 Απεικόνιση των µορφών της διανυσµατικής πληροφορίας (ArcGis 9.1) Οι τιµές των συντεταγµένων εξαρτώνται από το γεωγραφικό σύστηµα στο οποίο είναι αποθηκευµένη η γεωγραφική πληροφορία. ii. Τετραγωνικά πλέγµατα (raster) Τα αρχεία αυτά έχουν την µορφή ενός Καρτεσιανού πίνακα που αποτελείται από κελιά. Τα κελιά είναι τετραγωνικά και έχουν τις ίδιες διαστάσεις (ύψος, πλάτος). Οι διαστάσεις των κελιών µπορεί να είναι µεγάλες ή µικρές ανάλογα µε την ακρίβεια που απαιτείται. Μικρότερο µέγεθος κελιού συνεπάγεται µεγαλύτερη ακρίβεια αλλά συγχρόνως και µεγαλύτερο χώρο αποθήκευσης. Σχήµα Β-6 Απεικόνιση ενός τετραγωνικού πλέγµατος (ArcGis 9.1) Το κάθε κελί συνοδεύεται από µια τιµή για την περιγραφή της τάξης, κατηγορίας ή οµάδας στην οποία ανήκει (πληροφορία κατηγοριοποίησης). Χαρακτηριστικό παράδειγµα τέτοιου είδους πληροφορίας αποτελούν οι χρήσεις γης. Επίσης η τιµή µπορεί ακόµα να απεικονίζει Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 6

144 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής το µέγεθος, την ποσότητα, την απόσταση ή την σχέση του κελιού πάνω σε µια συνεχή επιφάνεια. Οι τιµές αυτές, όµως, µπορεί να είναι αρνητικές ή θετικές, δεκαδικές ή ακέραιες ή ακόµα να υπάρχουν κελιά NODATA, δηλαδή κελιά τα οποία δεν έχουν καµία πληροφορία. Στην περίπτωση της πληροφορίας κατηγοριοποίησης είναι καλύτερα οι τιµές να έχουν την µορφή ακέραιων αριθµών, ενώ στην περίπτωση συνεχών επιφανειών την µορφή δεκαδικών αριθµών. iii. Τριγωνικά πλέγµατα (TIN) Σε ένα τριγωνικό ακανόνιστο πλέγµα, ο κόσµος παρουσιάζεται σαν ένα δίκτυο συνδεδεµένων τριγώνων που ορίζονται από ακανόνιστα από άποψη αποστάσεων σηµεία µε διαστάσεις x, y, z. Χαρακτηρίζεται ως ένας πολύ επαρκής τρόπος αποθήκευσης και ανάλυσης επιφανειών. Σχήµα Β-7 Απεικόνιση της µορφής ενός τριγωνικού πλέγµατος (ArcGis 9.1) Ανοµοιογενείς επιφάνειες που παρουσιάζουν έντονες αλλαγές σε κάποιες περιοχές και πιο ήπιες σε κάποιες άλλες, µπορούν να µοντελοποιηθούν καλύτερα µε µια τριγωνοποιηµένη επιφάνεια παρά µε ένα τετραγωνικό πλέγµα. Αυτό συµβαίνει διότι πολλά σηµεία µπορεί να είναι τοποθετηµένα σε επιφάνειες έντονα πιοκιλόµορφες ενώ λιγότερα σηµεία σε επιφάνειες που παρουσιάζουν πιο ήπιες διακυµάνσεις. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 7

145 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής Β.2.1 Περιγραφή της διαδικασίας Προκειµένου να εισαχθεί η λεκάνη απορροής που δηµιούργησε το WMS 7.1 στο περιβάλλον του ArcGis 9.1 εφαρµόστηκαν τα εξής βήµατα Αρχικά εισήχθηκε η λεκάνη µε την µορφή πολυγώνου, το δίκτυο των υδατορρευµάτων µε την µορφή γραµµών και το σηµείο εξόδου της λεκάνης ως σηµείο. Τα αρχεία αυτά εντάσσονται στην κατηγορία των διανυσµατικών αρχείων (shapefiles). Στη συνέχεια, από το ψηφιακό µοντέλο εδάφους στο WMS 7.1 επιλέχτηκε µόνο η περιοχή που µας ενδιαφέρει, η λεκάνη απορροής, ως πολύγωνο και χρησιµοποιώντας την εντολή Trim αποµονώθηκε από την υπόλοιπη περιοχή. Επειδή το αρχείο αυτό (Ψηφιακό Υψοµετρικό Μοντέλο Εδάφους) στην µορφή που βρίσκεται δεν µπορεί να εισαχθεί και να επεξεργαστεί στο περιβάλλον του ArcGis 9.1, µετατράπηκε σε αρχείο raster. Επίσης επιλέχτηκε το αρχείο να είναι float, δηλαδή οι τιµές των υψοµέτρων να βρίσκονται σε δεκαδική µορφή έτσι ώστε να επιτευχθεί όσο το δυνατόν µεγαλύτερη ακρίβεια κατά την µετατροπή. Οι διαστάσεις του κάθε κελιού του πλέγµατος παρέµειναν οι ίδιες (75*75 m). Β.2.2 Εφαρµογές Το περιβάλλον του ArcGis 9.1 παρέχει την δυνατότητα αναπαράστασης της επιφάνειας του εδάφους και κατ επέκταση της λεκάνης απορροής που είναι και η περιοχή ενδιαφέροντος µε καµπύλες (contours) που συνδέουν σηµεία που έχουν την ίδια τιµή ενός µεγέθους, όπως το υψόµετρο και η κλίση. Η κατανοµή των καµπυλών αυτών απεικονίζει τον τρόπο µε τον οποίο αλλάζουν οι τιµές κατά µήκος της επιφάνειας. Στις περιοχές όπου υπάρχει µεγάλη απόσταση µεταξύ των καµπυλών, δηλαδή είναι αραιές, οι αλλαγές στις τιµές δεν είναι µεγάλες. Στις περιοχές όπου οι τιµές παρουσιάζουν πολύ έντονες αυξοµειώσεις, οι καµπύλες αυτές είναι πιο πυκνές. Παρακολουθώντας τον τρόπο µε τον οποίο εξελίσσονται οι καµπύλες, µπορούν εύκολα να αναγνωριστούν οι τοποθεσίες που έχουν τις ίδιες τιµές. Οι καµπύλες αυτές αποτελούν ένα πολύ σηµαντικό εργαλείο για την αναπαράσταση επίπεδων και απότοµων περιοχών. Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 8

146 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής Β.2.3 Υπολογισµός της κλίσης Για κάθε κελί, η συνάρτηση της κλίσης υπολογίζει τον µέγιστο ρυθµό αλλαγής ανάµεσα στο κελί αυτό και τα γειτονικά του. Βασικά όσο πιο µεγάλη είναι η αλλαγή στο υψόµετρο ανάµεσα στο κάθε κελί και στα οκτώ γειτονικά του, τόσο πιο απότοµη είναι η κάθοδος από το κελί αυτό (µεγάλη κλίση). Σε κάθε κελί αντιστοιχεί και µια τιµή κλίσης. Όσο πιο µικρές οι τιµές τόσο πιο επίπεδη είναι η επιφάνεια, ενώ όσο πιο µεγάλες οι τιµές τόσο πιο απότοµη η επιφάνεια. Η κλίση µπορεί να υπολογιστεί µε δύο τύπους µονάδων, βαθµοί (degrees) ή ποσοστό (percent). Σχήµα Β-8 Υπολογισµός της κλίσης (ArcGis 9.1) Ο αλγόριθµος της κλίσης Ο ρυθµός αλλαγής της επιφάνειας στην οριζόντια ( dz dx ) και την κατακόρυφη dz ( dy ) διεύθυνση από το κεντρικό κελί καθορίζει την κλίση. Ο βασικός αλγόριθµος που χρησιµοποιείται για να υπολογίσει την κλίση είναι : 2 slope _ radians = ATAN dz + dz dx dy 2 Η κλίση συνήθως υπολογίζεται σε βαθµούς, σύµφωνα µε τον αλγόριθµο: 2 2 slope _ deg rees ATAN dz dz = + * dx dy Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 9

147 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής Ο αλγόριθµος της κλίσης µπορεί επίσης να διαµορφωθεί και να πάρει την µορφή: ( ) slope _ deg rees = ATAN rise _ run * where : 2 rise _ run = dz dz + dx dy 2 Οι τιµές του κεντρικού κελιού και των οκτώ γειτονικών του καθορίζουν τους ρυθµούς αλλαγής προς την οριζόντια και κατακόρυφη διεύθυνση. Τα γειτονικά κελιά αναπαριστώνται µε γράµµατα από το a µέχρι το i και µε e το κελί για το οποίο θα υπολογιστεί η κλίση. Σχήµα Β-9 Αναπαράσταση του κελιού e και των οκτώ γειτονικών του κελιών Ο ρυθµός αλλαγής στην διεύθυνση x για το κελί e υπολογίζεται µε τον αλγόριθµο: ( c+ 2f + i) ( a+ 2d + g) ( 8* ) dz = dx x cell size O ρυθµός αλλαγής στην διεύθυνση y για το κελί e υπολογίζεται µε τον αλγόριθµο: ( g+ 2h+ i) ( a+ 2b+ c) ( 8* ) dz = dy y cell size Επίσης στο περιβάλλον του ArcGis 9.1 υπάρχει η δυνατότητα υπολογισµού της κλίσης και παρουσίασής της µε την µορφή χαρτών όπου η Λεκάνη απορροής είναι Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 10

148 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής χωρισµένη σε περιοχές σύµφωνα µε την κλίση του εδάφους (Σχ. Β-11). Συγχρόνως, είναι δυνατή και η κατανοµή της κλίσης µε τον διαχωρισµό της σε κλάσεις, καθώς και η απεικόνισή της (Σχ. Β-10). Σχήµα Β-10 Αναπαράσταση των καµπυλών ίσης κλίσης της λεκάνης του Πείρου (ArcGis 9.1) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 11

149 Παράρτηµα Β-Ανάλυση της διαδικασίας και του λογισµικού που χρησιµοποιήθηκε για την ακριβή περιγραφή µιας λεκάνης απορροής Σχήµα Β-11 Χωρική κατανοµή της κλίσης στην λεκάνη του Πείρου (ArcGis 9.1) Υδρολογική προσοµοίωση λεκανών απορροής µε ελλιπή δεδοµένα B - 12