ΥΔΑΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ

Transcript

1 ΥΔΑΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Photo by Sandra Baki Νίκος Μαμάσης Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων - Τομέας Υδατικών Πόρων Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 2 Δομή παρουσίασης Ορισμοί Ιστορία Αρχαία υδραυλικά έργα Υδρολογικός κύκλος και χωρική κλίμακα Υδρολογικές Μεταβλητές Μεγέθη στην Υδρολογία

2 Ορισμός της υδρολογίας Υδρολογία (hydrology) είναι η επιστήμη που ασχολείται με τα ύδατα της Γης, την παρουσία, την κυκλοφορία και κατανομή τους, τις φυσικές και χημικές ιδιότητές τους, και τις αλληλεπιδράσεις τους με το περιβάλλον, στο οποίο περιλαμβάνονται και τα έμβια όντα. Τεχνική υδρολογία (engineering hydrology) είναι ο κλάδος της υδρολογίας που έχει στόχο την ποσοτική εκτίμηση και πρόγνωση των υδρολογικών μεγεθών. Σημείωση: Ο ορισμός της υδρολογίας προτάθηκε το 962 από μια Αμερικανική Επιτροπή υπό τον W. Langbein και υιοθετήθηκε από την UNESCO στη διεθνή υδρολογική δεκαετία (965-74) (βλ. U.S. Committee on Opportunities in the Hydrological Sciences, 99, και Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 999) Διασαφήνιση του ορισμού της υδρολογίας Τομέας Ανάλυση αντικειμένου Περιλαμβάνει: Δεν περιλαμβάνει Υδατικό ισοζύγιο υδρογείου Χωρική και χρονική μεταβλητότητα του υδατικού ισοζυγίου της υδρογείου (σε στερεή, υγρή και αέρια φάση, στη θάλασσα, την ξηρά και την ατμόσφαιρα) Διαδρομές διακίνησης, Φυσικές, χημικές και διακινούμενες μάζες νερού βιολογικές διεργασίες και χρόνοι παραμονής, τόσο εσωτερικές στην ατμόμεταξύ ωκεανών, ατμόσφαιρα και τους ωκεασφαιρας και ηπείρων, όσο και νούς μεταξύ των τριών φάσεων Ηπειρωτικές (χερσαίες) υδρολογικές διεργασίες Κίνηση του νερού πάνω Φυσικές και χημικές Βιολογικές διεργασίες και κάτω από την διεργασίες που συνοδεύουν που απλώς εξαρτώνται επιφάνεια της γης, σε όλες την κίνηση του νερού, καθώς από το νερό (π.χ. τις χωρικές και χρονικές και βιολογικές διεργασίες που κύκλος ζωής υδρόβιων κλίμακες, από την μικρο- αλληλεπιδρούν με αυτή την οργανισμών) κλίμακα μέχρι την κλίμακα κίνηση (π.χ. διαπνοή φυτών, ηπείρων διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες) Σημείωση: Διατυπώθηκε από την U.S. Committee on Opportunities in the Hydrological Sciences (99). 2

3 Ορισμoί μετεωρολογίας και κλιματολογίας Μετεωρολογία (meteorology) είναι η επιστήμη που ασχολείται με τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα και τη χρονικά εξαρτημένη συμπεριφορά τους, και τις αλληλεπιδράσεις τους με την επιφάνεια της γης, τους ωκεανούς καθώς και τα έμβια όντα. Η μετεωρολογία είναι η επιστήμη του καιρού. Καιρός είναι η κατάσταση της ατμόσφαιρας πάνω από μια δεδομένη περιοχή για ένα δεδομένο χρόνο. Ο καιρός περιγράφεται από ένα σύνολο μετεωρολογικών μεταβλητών (στοιχείων καιρού). Κλιματολογία (climatology) είναι η επιστήμη που ασχολείται με το κλίμα. Κλίμα είναι η σύνθεση των στοιχείων του καιρού για ένα μακρό χρονικό διάστημα. Η έννοια του κλίματος συνυφαίνεται με τη στατιστική εικόνα του μεταβλητού καιρού. Στο μακρό χρονικό διάστημα απαλείφονται τα σφάλματα και εδραιώνονται οι στατιστικές παράμετροι. Η μετεωρολογία και η κλιματολογία είναι οι δύο κύριες ατμοσφαιρικές επιστήμες. Κύριοι κλάδοι των ατμοσφαιρικών επιστημών Μετεωρολογία Φυσική μετεωρολογία (physical meteorology): Δομή και σύνθεση της ατμόσφαιρας, μεταφορά ακτινοβολίας και ακουστικών κυμάτων, διεργασίες σχηματισμού νεφών, κ.ά. Συνοπτική μετεωρολογία (synoptic meteorology): Περιγραφή, ανάλυση και πρόβλεψη των ατμοσφαιρικών κινήσεων μεγάλης κλίμακας. Δυναμική μετεωρολογία (dynamic meteorology): Εφαρμογή των αρχών της ρευστοδυναμικής στην κίνηση της ατμόσφαιρας. Κλιματολογία Φυσική κλιματολογία (physical climatology): Ανάλυση των θεμελιωδών αιτιών του κλίματος. Κλιματογραφία (climatography): Γεωγραφική περιγραφή και ταξινόμηση των κλιμάτων σε διάφορες χωρικές κλίμακες. Εφαρμοσμένη κλιματολογία (applied climatology): Εφαρμογή των κλιματικών παραμέτρων στην επίλυση πρακτικών προβλημάτων. 3

4 Ορισμός της υδρομετεωρολογίας Ευρύτερος ορισμός: World Meteorological Organization (Fourth Congress, 963 ) Η υδρομετεωρολογία ασχολείται με τη μελέτη της ατμοσφαιρικής και επίγειας φάσης του υδρολογικού κύκλου με έμφαση στις αλληλοσυσχετίσεις των δύο αυτών φάσεων. Ειδικότερος ορισμός: Fry and Showalter (945) Υδρομετεωρολογία είναι ένας συνδυασμός εξειδικευμένης μετεωρολογίας και υδρολογίας που έχει εφαρμογή στην επίλυση προβλημάτων και την κατανόηση φυσικών φαινομένων για τα οποία καμία από τις δύο επιστήμες δεν επαρκεί. Η υδρομετεωρολογία δεν είναι μια ξεχωριστή επιστήμη αλλά μάλλον ένα πεδίο ολοκλήρωσης της υδρολογίας και μετεωρολογίας. Ειδικότερος ορισμός: Wiesner (97) Υδρομετεωρολογία είναι η μελέτη των ατμοσφαιρικών διεργασιών, οι οποίες επηρεάζουν τους υδατικούς πόρους της γης και ενδιαφέρουν τον υδρολόγο μηχανικό. Διεργασίες που πρωτίστως ενδιαφέρουν την υδρομετεωρολογία: Οι ατμοσφαιρικές διεργασίες που περιλαμβάνουν μετατροπές του νερού στην ατμόσφαιρα και συγκεκριμένα οι κατακρημνίσεις και η εξατμοδιαπνοή. Παράξενες ιδιότητες του νερού Αφθονία στην επιφάνεια επιφάνεια του πλανήτη: 34*6 km3 (96.5% αλµυρό) κατάληψη του 7% της επιφάνειας της γης Ταυτόχρονη παρουσία του στις τρεις τρεις φάσεις (στερεό, υγρό, αέριο) Συµπεριφορά στις αλλαγές φάσης Πυκνότητα πάγου = 9.7% της πυκνότητας του νερού µε συνέπειες: Ο πάγος δεν βυθίζεται Γεωλογικές διεργασίες Κίνδυνοι για υδραυλικά έργα Μεγάλη θερµοχωρητικότητα Κλιµατικός θερµοστάτης της γης (ωκεανοί) Σταθεροποίηση της θερµοκρασίας των βιολογικών οργανισµών Αποτελεσµατικό µέσο κατάσβεσης πυρκαγιών 4

5 Παράξενες ιδιότητες του νερού Μεγάλη ειδική λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης Αποτελεσµατικός εναλλάκτης θερµότητας Καθοριστικός παράγοντας στην στην ανταλλαγή ενέργειας Αποτελεσµατικός διαλύτης Ρυθµιστής της κυκλοφορίας πολλών ουσιών στην υδρόγειο (π.χ. CO2) Γεωµορφολογικός ρυθµιστής (π.χ. διάβρωση ασβεστολίθων) Ελιξίριο ζωής Καθαριστικό υγρό Μικρή συνεκτικότητα Γρήγορη κίνηση στην επιφάνεια της γης Επιφανειακή τάση Τριχοειδή φαινόµενα Σύντομο ιστορικό 6ος -5ος αιώνας π.χ.: Πρώτες ορθές επιστημονικά εξηγήσεις μετεωρολογικών φαινομένων από Ίωνες και Αθηναίους φιλοσόφους (Αναξιμένης, Ίππων, 5ος αιώνας Αναξαγόρας, 5-428, Ιπποκράτης). 4ος-3ος αιώνας π.χ.: Αριστοτέλης ( ): συγγραφή Μετεωρολογικών (34). Ακολουθούν οι Θεόφραστος ( ) και Επίκουρος (34-27). Οι Leonardo da Vinci και Bernard Palissy διατύπωσαν διατύπωσαν την έννοια του υδρολογικού κύκλου το 6ο αιώνα. Εφεύρεση θερμομέτρου (Γαλιλαίος, 592, 62, Fahrenheit, 79), και βαρομέτρου (Τορρικέλλι, 643). Γέννηση της ενόργανης μετεωρολογίας (Μέγας Δούκας Φερδινάνδος της Τοσκάνης, 653). Ο Pierre Perrault (6?-68), γάλλος δικηγόρος και συγγραφέας, στη μελέτη του De l origine des fontaines (674) έδειξε ότι η βροχόπτωση στη λεκάνη απορροής του Σηκουάνα επαρκεί για να τροφοδοτήσει την απορροή απορροή του, που είναι μόνο το /6 της βροχόπτωσης. Ο Edme Mariotte (62?-684), γάλλος φυσικός και ιερέας, μέτρησε την ταχύτητα και τη διατομή και υπολόγισε την παροχή του Σηκουάνα. Ο Edmund Halley ( ), άγγλος αστρονόμος, γεωφυσικός, μαθηματικός, μετεωρολόγος και φυσικός, έδειξε ότι η εξάτμιση από τη Μεσόγειο είναι αρκετή για να τροφοδοτήσει την απορροή των ποταμών που εκρέουν σε αυτή. Καθιέρωση, μετά από μετρήσεις, της έννοιας του υδρολογικού κύκλου (Perrault, Mariotte, Halley, τέλος 7ου αιώνα). Γέννηση της σύγχρονης υδραυλικής (Bernoulli, Euler, Chezy, κ.ά, αρχές 8ου αιώνα). 5

6 Σύντομο ιστορικό 9ος αιώνας: Δημιουργία δικτύων μετεωρολογικών σταθμών (Lamark, La Place, Lavoisier). Καθιέρωση της τηλεγραφικής μεταβίβασης μετεωρολογικών παρατηρήσεων (Henry, 849) για λόγους πρόβλεψης (Le Verrier, 854) και προειδοποίησης (Ballot, 86). Ίδρυση μετεωρολογικών υπηρεσιών (Le Verrier, Γαλλία, 855) και διεθνή μετεωρολογικού οργανισμού (878). 927, 93: Εφεύρεση ραδιοβολίσεων για τη μέτρηση της ανώτερης ατμόσφαιρας. 93, 946: Πειραματική εφαρμογή τεχνικών τροποποίησης καιρού (τεχνητής βροχής) : Αυτόματοι μετεωρολογικοί σταθμοί, χρήση πυραύλων για μετρήσεις ανώτερης ατμόσφαιρας. 953: Αερόστατα σταθερού ύψους σήμερα: Χρήση υπολογιστών για μετεωρολογικές εφαρμογές: Μοντέλα αριθμητικής πρόγνωσης καιρού, κλιματικά μοντέλα. Μετεωρολογικοί δορυφόροι (96: εκτόξευση πρώτου μετεωρολογικού δορυφόρου Tiros I) Τηλεμετρία Ραντάρ καιρού Ιστορικό στην Αρχαία Ελλάδα Η αξιοποίηση των φυσικών πόρων, του ήλιου, του ανέμου, του νερού, απασχολούσε όλους τους αρχαίους πολιτισμούς, και έδινε έναυσμα στην πρόοδο τους, με εφευρέσεις και τεχνολογικές εφαρμογές. Τα επιτεύγματα αυτά βοήθησαν τις αρχαίες κοινωνίες να διαχειριστούν το δυναμικό του ανέμου για τα ιστιοφόρα τους, να αξιοποιήσουν τα αποθέματα νερού για ύδρευση και άρδευση, να εκμεταλλευτούν την ηλιακή ενέργεια χωροθετώντας τα κτήρια με τον κατάλληλο προσανατολισμό. Τέτοιου είδους τεχνολογικές εφαρμογές, υποδηλώνουν σίγουρα κάποια γνώση για τη φύση. Παρ όλ αυτά, κατά τα πρώτα στάδια των πολιτισμών, οι εξηγήσεις που δίνονταν ήταν υπερφυσικές, δηλαδή μυθολογικές. Με την πρόοδο της Τεχνολογίας, εμφανίστηκε μια νέα ανάγκη, η ανάγκη να εξηγηθούν με νόμους της φυσικής τα υδρομετεωρολογικά φαινόμενα που διέπουν τους φυσικούς πόρους. Στην αρχαία Ελλάδα είχαν προταθεί διάφορες θεωρίες, σε ένα πλαίσιο που διήρκεσε πάνω από έξι αιώνες (από την αρχαϊκή έως τη ρωμαϊκή περίοδο), κατά τους οποίους υπήρξε πνευματική άνθηση. Σε αυτό το περιβάλλον θεωρείται ότι γεννήθηκαν η φιλοσοφία και η επιστήμη, καθώς και οι δυο εμφανίστηκαν τότε για πρώτη φορά στον κόσμο. Μελετώντας τα κείμενα εκείνης της περιόδου, ο ερευνητής συναντά μια μεγάλη ποικιλία απόψεων σε μορφή μυθολογική, ποιητική, θρησκευτική, συμβολική, φιλοσοφική, και επιστημονική. Είναι ενδιαφέρον, πως οι μυθολογικές απόψεις και οι συμβολισμοί, ήταν δημοφιλείς ακόμα και στα τελευταία στάδια αυτής της περιόδου (ιδιαίτερα σαν έμπνευση για τις τέχνες), αν και είχαν ήδη αναπτυχθεί πιο επιστημονικές θεωρήσεις 6

7 Ιωνία Αν και οι τεχνολογικές εφαρμογές που αφορούν τους υδατικούς πόρους, άρχισαν στην Ελλάδα πριν από το 2 π.χ., στον Μινωικό και Μυκηναϊκό πολιτισμό, οι πρώτες επιστημονικές απόψεις σχετικές με τα φαινόμενα αυτά διατυπώθηκαν περί το 6 π.χ. Οι Έλληνες φιλόσοφοι της Ιωνίας απέρριψαν τις μεταφυσικές προσεγγίσεις που εκφράζονταν στα επικά ποιήματα, και ερμήνευσαν πολλά φυσικά φαινόμενα με επιστημονικό τρόπο. Ο Θαλής ο Μιλήσιος ( π.χ.), ήταν ο ιδρυτής της Ιωνικής φιλοσοφίας. Διατύπωσε τη θεωρία ότι το νερό ήταν η βασική ουσία του κόσμου. Πραγματοποίησε την εκτροπή του ποταμού Άλη (Ηρόδοτος, Ιστορίαι, Κλειώ, 75), για να βοηθήσει τη στρατιά του Κροίσου (βασιλιά της Λυδίας) σε μια μάχη ενάντια στη στρατιά του Κύρου (βασιλιά της Περσίας). Επίσης, ο Θαλής επεχείρησε να εξηγήσει το υδρολογικό παράδοξο των πλημμυρών του ποταμού Νείλου, θεωρώντας πως οι βόρειοι άνεμοι που επικρατούν στην περιοχή το χειμώνα, δεν επιτρέπουν στο ποτάμι να ξεχειλίσει. Ο Αναξίμανδρος (περίπου π.χ.) από τη Μίλητο, διάδοχος του Θαλή, είναι ο πρώτος που τόλμησε να γράψει ένα βιβλίο «Περί Φύσεως», που δεν βασιζόταν στη μυθολογία ή τη θρησκεία που δυστυχώς όμως έχει χαθεί. Κατανόησε τη σχέση μεταξύ βροχόπτωσης και εξάτμισης: «Η βροχή παράγεται από την εξάτμιση (ατμίδα) που στέλνεται προς τα πάνω από τη γη, λόγω του ηλίου». Επίσης, αποπειράθηκε να ερμηνεύσει τη γένεση των ανέμων και των κεραυνών Ιωνία Ο Αναξιμένης ( π.χ.) από τη Μίλητο, μαθητής του Αναξίμανδρου, επινόησε λογικές εξηγήσεις για τον σχηματισμό των νεφών, της βροχόπτωσης, και της χαλαζόπτωσης. Σύμφωνα με αυτόν: «Το χαλάζι παράγεται όταν κατερχόμενο το νερό από τα νέφη παγώσει το χιόνι παράγεται όταν το νερό στα πιο διάβρεκτα σύννεφα παγώσει». Επίσης, αποπειράθηκε να ερμηνεύσει τον σχηματισμό της ίριδας (του ουράνιου τόξου) και της αστραπής. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει η θεωρία του Αναξιμένη για τη δημιουργία των ανέμων: «Προκαλούνται όταν μειώνεται η πυκνότητα του αέρα, έτσι καθίσταται ελαφρός και αρχίζει να κινείται». Ο Ξενοφάνης από την Κολοφώνα (57-48 π.χ.) φιλόσοφος, ποιητής, και ταξιδευτής φαίνεται πως είναι ο πρώτος που ολοκλήρωσε την έννοια του υδρολογικού κύκλου: Η θάλασσα είναι η πηγή του ύδατος και του ανέμου/ Αφού χωρίς τη μεγάλη θάλασσα, δεν θα υπήρχε ο άνεμος/ Ούτε ρεύματα ποταμών, ούτε βροχή από ψηλά/ Μα η μεγάλη θάλασσα είναι ο γεννήτορας των νεφών, των ανέμων, και των ποταμών». Ο Αναξαγόρας από τις Κλαζομενές (5-428 π.χ.), αποσαφήνισε την έννοια του υδρολογικού κύκλου, και μελέτησε διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα (ανέμους, καταιγίδες), δεχόμενος σε γενικές γραμμές τις ερμηνείες του Αναξιμένη. Συγκεκριμένα, θεώρησε ότι οι διαφορές στην πυκνότητα του αέρα, που προκαλούνται από τη θερμότητα του ήλιου, ήταν υπεύθυνες για τη δημιουργία των ανέμων «Ίριδα καλούμε την αντανάκλαση της λάμψης του ηλιακού φωτός που προσπίπτει στα νέφη». Τέλος, προσπάθησε να ερμηνεύσει το παράδοξο των πλημμυρών του ποταμού Νείλου, προτείνοντας την υπόθεση πως το χιόνι που λιώνει την άνοιξη στα όρη της Αιθιοπίας, προκαλεί θερινές πλημμύρες στην περιοχή του Δέλτα του Νείλου, με μια χρονική καθυστέρηση. 7

8 Κλασική Αθήνα Ιδρυτής της Αθηναϊκής φιλοσοφίας θεωρείται ο Σωκράτης (περίπου π.χ.), ο οποίος δεν άφησε δικά του γραπτά αλλά οι απόψεις του μεταφέρθηκαν στα γραπτά του μαθητή του Πλάτωνα (περίπου π.χ.). Στον Κριτία αναφέρει: Η γη δρέπει το όφελος από την ετήσια βροχή, όχι μόνο άμεσα αφήνοντας να χαθεί το νερό που ρέει από τη γυμνή γη στη θάλασσα, αλλά, κρατώντας ένα άφθονο απόθεμα σε όλα τα μέρη, και το παραλαμβάνει μέσα της και το αποθησαυρίζει στο πυκνό αργιλικό έδαφος... προσφέροντας παντού άφθονες πηγές και ποτάμια Ο Αριστοτέλης ( π.χ.) ήταν μαθητής του Πλάτωνα, αλλά οι θεωρίες του επηρεάστηκαν και από τους Ίωνες φιλοσόφους. Η περίφημη πραγματεία του Μετεωρολογικά ήταν μια μεγάλη συνεισφορά στην υδρομετεωρολογία. Αν και πολλές από τις απόψεις του είναι λανθασμένες, ο Αριστοτέλης διατύπωσε με σωστό τρόπο τον υδρολογικό κύκλο. Κατανόησε τις αλλαγές φάσης του νερού, και την ανταλλαγή ενέργειας που απαιτείται γι αυτό: «... ο ήλιος προκαλεί την άνοδο της υγρασίας αυτό είναι όμοιο με ό,τι συμβαίνει όταν το νερό ζεσταίνεται στη φωτιά». «... Ο ατμός που ψύχεται, λόγω έλλειψης θερμότητας στην περιοχή όπου ευρίσκεται, συμπυκνώνεται και μετατρέπεται από αέριο σε νερό και αφού δημιουργηθεί το νερό με αυτόν τον τρόπο, πέφτει κάτω πάλι προς τη γη. Η αναθυμίαση του νερού είναι ατμός και η συμπύκνωση του αέρα σε νερό είναι σύννεφο.». Αναγνώρισε επίσης την αρχή της διατήρησης της μάζας στον υδρολογικό κύκλο: «Κατά συνέπεια, η θάλασσα δεν θα στεγνώσει ποτέ αφού το νερό που ανέβηκε προς τα πάνω πρωτύτερα θα γυρίσει σ αυτήν κι αν αυτό συνέβη κάποτε, θα πρέπει να δεχτούμε την επαναληπτική εμφάνισή του». «Ακόμα κι αν δεν επιστρέφει πίσω η ίδια ποσότητα κάθε χρόνο ή σε μια δεδομένη περιοχή, ωστόσο σε μια ορισμένη χρονική περίοδο η συνολική ποσότητα που αφαιρέθηκε θα επιστρέψει». Κλασική Αθήνα Ο φιλόσοφος Θεόφραστος ( π.χ.) προώθησε και διόρθωσε τις θεωρίες του Αριστοτέλη για το σχηματισμό των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων εξαιτίας της συμπύκνωσης και της ψύξης των υδρατμών. Κατανόησε επίσης τη φύση του ανέμου: «Η κίνηση του αέρα είναι άνεμος», και τη σχέση του με τη δημιουργία των νεφών, όπως και το ρόλο της ορογραφίας σε αυτές. Επιπλέον κατανόησε τους μηχανισμούς της εξάτμισης, και ειδικότερα το πόσο επηρεάζεται αυτή από τον άνεμο: «Ο λόγος που οι άνεμοι, οι οποίοι είναι ψυχροί, στεγνώνουν [το έδαφος] πιο γρήγορα από ότι ο ήλιος, που είναι θερμός, και οι ψυχρότεροι άνεμοι πιο πολύ, πρέπει να είναι διότι δημιουργούν ατμό και τον μετακινούν... ενώ ο ήλιος αφήνει αμετακίνητο τον ατμό». Οι προλήψεις στην εξήγηση των μετεωρολογικών φαινομένων εκδηλώνονται στο θεατρικό έργο Νεφέλαι του κωμωδιογράφου Αριστοφάνη (περίπου π.χ.). Σωκ: Ποιος Δίας; Μη χωρατεύεις. Δεν υπάρχει κανένας Δίας. Στρεψ: Μα τι λες; Τότε ποιος βρέχει; Αυτό πρώτα απ όλα να μου εξηγήσεις. Σωκ: Στα σίγουρα. Θα στο διδάξω με ακαταμάχητα στοιχεία. Έλα τώρα, τον έχεις δει ποτέ κάπου να βρέχει χωρίς Σύννεφα; Κι όμως θα έπρεπε να βρέχει με ξαστεριά, κι αυτά να λείπουν. Στρεψ: Μα τον Απόλλωνα, στ αλήθεια ορθά το αποδεικνύεις με αυτή σου την επιχειρηματολογία. Κι όμως, πριν απ αυτό, πραγματικά νόμιζα πως ο Δίας προκαλεί τη βροχή. Αλλά πες μου ποιος είναι που προκαλεί τους κεραυνούς; Αυτό με κάνει να τρέμω. Σωκ: Αυτά, καθώς κυλούν, κάνουν τους κεραυνούς. Στρεψ: Με ποιο τρόπο; παράτολμε άνθρωπε! Σωκ: Όταν γεμίσουν με πολύ νερό, και ωθούνται και παρασύρονται πιο πέρα, καθώς απαραιτήτως ορμούν προς τα κάτω όταν γεμίσουν με βροχή, τότε πέφτουν βαριά το ένα πάνω στ άλλο και σκάνε και κτυπάνε. Στρεψ: Ποιος είναι που τα ωθεί και τα παρασύρει πιο πέρα; Δεν είν ο Δίας; Σωκ: Καθόλου, αλλά ο αιθερικός Στρόβιλος. Στρεψ: Ο Στρόβιλος; Είχε διαφύγει της προσοχής μου ότι δεν υπάρχει ο Δίας, και ότι βασιλεύει τώρα ο Στρόβιλος στη θέση του. Αλλά ακόμη δεν μου έχεις διδάξει τίποτε σχετικά με τη βροντή και τον κεραυνό. Σωκ: Μα δεν με άκουσες που είπα ότι τα Σύννεφα, όταν γεμίσουν υγρασία, προσκρούουν το ένα στο άλλο και βροντούν λόγω της πυκνότητάς τους; 8

9 Ελληνιστικοί χρόνοι Ο Επίκουρος (34-27 π.χ.), που έζησε στην Αθήνα, ανέπτυξε την έννοια της ελεύθερης βούλησης: οι Θεοί υπάρχουν, αλλά δεν παρεμβαίνουν στα φυσικά φαινόμενα ή στις ανθρώπινες υποθέσεις. «Όταν τα σύννεφα συγκρούονται μεταξύ τους ή υπόκεινται σε κάποιο μετασχηματισμό, παράγουν νεροποντές και οι παρατεταμένες βροχές προκαλούνται από την κίνηση των νεφών όταν μεταφέρονται μέσω του αέρα» «Τα νέφη είναι δυνατόν να έχουν σχηματιστεί από τον αέρα που συμπυκνώθηκε κάτω από την πίεση των ανέμων, ή από την επενέργεια ατόμων απομονωμένων στα άκρα, ή από εκπομπές από τη γη και τα νερά, ή από άλλες αιτίες...». Επίσης μελέτησε και προσπάθησε να δώσει εξηγήσεις για τις θύελλες, το χαλάζι, το χιόνι, την πάχνη, τον παγετό, το ουράνιο τόξο, την αστραπή και τη βροντή για τη χρονική υστέρηση των δύο λέει: «... ίσως, τα δύο φαινόμενα να συμβαίνουν ταυτόχρονα, αλλά η αστραπή φτάνει σε μας πιο γρήγορα παρά ο θόρυβος του κεραυνού, όπως έχει παρατηρηθεί πράγματι σε άλλες περιπτώσεις, όταν για παράδειγμα βλέπουμε από απόσταση τη σύγκρουση δύο αντικειμένων». Ο Ποσειδώνιος (περίπου 35-5 π.χ.) μελέτησε τα μετεωρολογικά φαινόμενα. Μεταξύ των γραπτών του, που χάθηκαν όλα πλην ελάχιστων αποσπασμάτων, είναι οι πραγματείες Περί μετεωρολογίας και Περί μετεώρων. Γνωρίζουμε ότι μελέτησε τα νέφη, την ομίχλη, τον άνεμο, τη βροχή, τον παγετό, το χαλάζι, την ίριδα και την αστραπή, ακολουθώντας πιστά τις διδασκαλίες του Αριστοτέλη. Ελληνιστικοί χρόνοι Στην Ελληνιστική περίοδο η επιστήμη εμφανίζεται να έχει πιο αυστηρή βάση, να πλησιάζει πιο πολύ στη σημερινή της έννοια. Για το λόγο αυτό, σ αυτή την περίοδο μπορούμε να αποδώσουμε την ίδρυση των μοντέρνων μαθηματικών από τον Ευκλείδη (περίπου π.χ.), τον Αρχιμήδη ( π.χ.) και τον Απολλώνιο (περίπου π.χ.), και της μοντέρνας αστρονομίας από τον Αρίσταρχο τον Σάμιο (3-23 π.χ.) και τον Ερατοσθένη ( π.χ.). Ο Αρχιμήδης θεωρείται επίσης φυσικός και μηχανικός, και ιδρυτής της υδροστατικής. Καθιέρωσε τη φερώνυμη αρχή, ότι ένα σώμα βυθιζόμενο σε ένα υγρό, υπόκειται σε μια δύναμη προς τα άνω (άνωση) ίση με το βάρος του εκτοπιζόμενου υγρού. Ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς (έζησε περίπου το 5 π.χ., κατ άλλους από -7 μ.χ.), στην πραγματεία του Πνευματικά θεμελίωσε αρκετές έννοιες φυσικής με ερμηνείες αποδεκτές ως σήμερα, όπως την πίεση (την πίεση του αέρα, την πίεση του νερού, και τη σχέση των δύο), την ταχύτητα ροής και την παροχή. Είναι εντυπωσιακές οι απόψεις του, και η πολύ σύγχρονη πειραματική του μέθοδος. Ο Ήρων είχε την ικανότητα να μετατρέπει την θεωρητική γνώση του σε τεχνολογικά εφευρήματα. Έτσι, περιγράφει στα γραπτά του πολλά επινοήματα και μηχανισμούς που εφεύρε, μεταξύ των οποίων το απλούστερο είναι ο σίφωνας και το πιο γνωστό είναι μια ατμομηχανή (στοβιλομηχανή), η πρώτη καταγραμμένη μηχανή που εκμεταλλεύεται τη δύναμη του ατμού, που δημιουργήθηκε σχεδόν δύο χιλιάδες χρόνια πριν από τη βιομηχανική επανάσταση. 9

10 Υδραυλικά έργα στην αρχαία Ελλάδα Υδραγωγεία Τουαλέτες Μινωικές τουαλέτες Sewer Door Wooden seat Flushing conduit Hood Sewer m Wooden seat uit Flushing cond Gypsum floor Door Τομή και κάτοψη τουαλέτας στο Παλάτι του Μίνωα (Graham,987).

11 Μινωικές αποχετεύσεις ομβρίων και ακαθάρτων Κνωσός Αγία Τριάδα Μια ημέρα μετά από μια ισχυρή νεροποντή κατάπληκτος είδα ότι όλες οι αποχετεύσεις λειτουργούσαν περίφημα και το νερό περνούσε από τα κανάλια, πάνω από τα οποία ένας άνθρωπος μπορούσε να περάσει. Αμφιβάλλω αν υπάρχει άλλο παράδειγμα αποχέτευσης που να λειτουργεί μετά από 4 χρόνια Angelo Mosso από την επίσκεψή του στην Αγία Τριάδα (Escursioni nel Mediterraneo e gli scavi di Creta, Treves, Milano, 97) Το υδραγωγείο της Σάμου Το πιο φημισμένο υδραυλικό έργο της αρχαίας Ελλάδας είναι το υδραγωγειο της Σάμου. Το πιο εντυπωσιακό τμήμα του υδραγωγείου είναι το Ευπαλίνειο όρυγμα, μία σήραγγα μήκους 36 μέτρων, η πρώτη γνωστή βαθεία σήραγγα στην ιστορία του. Ο Ευπαλινος, μηχανικός από τα Μέγαρα έσκαψε τη σήραγγα από τα δύο άκρα, πρακτική που εφαρμόζεται και σήμερα. Επέλυσε πολλά τεχνικά προβλήματα όπως το σκάψιμο ευθύγραμμων τμημάτων, η ελαχιστοποίηση της αβεβαιότητας της θέσης και η εξασφάλιση της υδραυλικής κλίσης ώστε να επιτυγχάνεται η ροή στο αγωγό. Η κατασκευή της σήραγγας έγινε μεταξύ π.χ. κατά τη διάρκεια της τυραννίας του Πολυκράτη. To p ( ) Spr i n g ( ) Sea ct N A N ct Ci t y t a n k No r t h en t r a n ce ( i n l et ) M eet i n g po i n t Tu n n el Du P 2 m C B Du Q Spr i n g E D F So u t h en t r a n ce ( o u t l et ) S

12 Πατησίω ν Το Πεισιστράτιο Υδραγωγείο θη ν Τ γρ ού κ Κο ύ πο ο κιν υ λο Π ιφ. ερ ύ ττο η Υμ ύ ττο η Υμ Λ. Σ υγ Κω Β. ν τα νσ υ ο τίν Το πρώτο μεγάλο υδραυλικό έργο στην Αθήνα κατασκευάστηκε ααπό τον τύραννο Πεισίστρατο (κυβέρνησε την περίοδο π.χ.) και τους γυιούς του. Το μεγαλύτερο μέρος του είναι σε βάθος 4 μέτρων και αποτελείται από κεραμικούς σωλήνες Peisistratean aqueduct Κα τεχ άν ίω κη γε ο σ ε Μ φισ ιάς ού ρικ ίου ημ στ πι νε ίου ΠΣαταδ ών ς Ιερ άο αιώ δό Πειρ ς άνδρας πη Κη Λ. Α The Roman Hadrianean aqueduct Αλεξ Fig. 3.5: Lay out of the Peisistratos and Hadrian aqueducts in Athens Το υδραγωγείο της Περγάμου Ανεστραμμένος σίφωνας μήκους 3 km με υδραυλικό φορτίο 8 m Open channel Inverted siphon Elevation (m.a.s.l) 4 Hydraulic head 4 Ground Distance (km) Κατασκευάστηκε γύρω στο 2 π.χ. και είναι η πρώτη γνωστή κατασκευή μεγάλης κλίμακας όπου το νερό μεταφέρεται υπό πίεση. Πέτρα αγκύρωσης του μολύβδινου αγωγού υπό πίεση Fig. 3.2: The lead-pipes were resting an perforated stone-supports and on underlying stoneslabs (P. von Zabern, p.29) 2

13 Αποχετεύσεις ομβρίων στην κλασική περίοδο Αθήνα Ερέτρεια Αθήνα Κασσιόπη Δίον Φράγμα Αλυζίας Το φράγμα κατασκευάστηκε κατά την κλασική περίοδο για να προστατεύει την κατάντη πεδιάδα από πλημμύρες κα φερτά. Διατηρείται σε άριστη κατάσταση μέχρι σήμερα. Ο υπερχειλιστής έχει διαμορφωθεί στο βράχο και το ασύμμετρο σχήμα του οφείλεται στη διάβρωση Ο υπερχειλιστής σε λειτουργία 3

14 Φεβ-72 Απρ-72 Ιουν-72 Αυγ Δεκ Οκτ Ιουν-7 Αυγ Χρόνος t (ημέρες) Δεκέμβριος 97 Φεβ Απρ Δεκ Οκτ Δεκεμβρίου 97 Χρόνος t (ώρες) Παροχή Q (m 3/s) Παροχή Q (m 3/s) Παροχή Q (m 3/s) Παροχή Q (m 3/s) Χαρακτηριστικές χρονικές κλίμακες στην Υδρολογία Χρόνος t (μήνες) Χρόνος t (υδρολογικά έτη) Δεδομένα: Παροχή Ευήνου στη θέση Πόρος Ρηγανίου (Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 999) 4

15 Χωρικές κλίμακες της υδρολογίας: Η λεκάνη απορροής Σπ ερχ ειό ς Βο ιω τικ ός Κη φι σό ς Παραλίμνη Υλίκη ό Ασωπ ς Α Γ Βα Β υσ ρδο όρεμα ρ. 2 Αρτοτίνα 22 ρ. 2 ΐτα 2 Β Σα Ισοϋψείς Υδροκρίτης Υδρογραφικό δίκτυο Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος (999) Λεκάνη Ευήνου Λεκάνη Μόρνου π. Εύηνος 2 Λεκάνη απορροής: Λεπτομέρεια Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος (999) 2 km 5

16 Υδροκρίτης Photo by Sandra Baki ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ ΥΔΡΟΚΡΙΤΗΣ ΥΠΟΓΕΙΟΣ ΥΔΡΟΚΡΙΤΗΣ Φρεάτιος ορίζοντας ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ ΥΔΡΟΚΡΙΤΗΣ ΥΠΟΓΕΙΟΣ ΥΔΡΟΚΡΙΤΗΣ Αδιαπέρατο στρώμα 6

17 Χωρικές κλίμακες της υδρολογίας: Το υδατικό διαμέρισμα : Δυτική Πελοπόννησος 2: Βόρεια Πελοπόννησος 3: Ανατολική Πελοπόννησος 4: Δυτική Στερεά Έλλάδα 5: Ήπειρος 6: Αττική 7: Ανατολική Στερεά Έλλάδα 8: Θεσσαλία 9: Δυτική Μακεδονία : Κεντρική Μακεδονία : Ανατολική Μακεδονία 2: Θράκη 3: Κρήτη 4: Νησιά Αιγαίου 4 3 Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος (999) 3 Χαρακτηριστικές χωρικές κλίμακες της μετεωρολογίας Οριζόντιες κλίμακες Μικροκλίμακα: cm - km. Χαρακτηριστικά φαινόμενα: τύρβη, θερμικές ανωστικές κινήσεις, μικροκλίμα κοντά στην κοίτη ποταμού. Τοπική κλίμακα: m - 5 km. Χαρακτηριστικά μετεωρολογικά φαινόμενα: νεφοστρόβιλοι (tornadoes). Μεσοκλίμακα: - 2 km. Χαρακτηριστικά μετεωρολογικά φαινόμενα: μεταγωγικές καταιγίδες Μακροκλίμακα: - 4 km Συνοπτική κλίμακα: η τυπική κλίμακα των χαρτών καιρού, της τάξης των km. Χαρακτηριστικά μετεωρολογικά συστήματα: κυκλώνες και αντικυκλώνες. Πλανητική κλίμακα: Γενική κυκλοφορία Κατακόρυφες κλίμακες Πάχος τροπόσφαιρας ( km) Πάχος συνοριακού στρώματος (την ημέρα -2 km, τη νύχτα m). 7

18 Μεσοκλίμακα - 2 km Μικροκλίμακα cm - km Τοπική κλίμακα Μακροκλίμακα m - 5 km - 4 km Χρόνος (s) m km 4 km (περιφέρεια Γης) km Γεωφυσικές διεργασίες και χαρακτηριστικές κλίμακες χρόνια ΥΠΟΜΝΗΜΑ (ηλικία Γης) Ατμοσφαιρικές διεργασίες Υδρολογικές διεργασίες Γεωμορφολογικές διεργασίεςσχηματισμός Ανάπτυξη λεκανών υδρογραφικούαπορροής 6 χρόνια δικτύου χρόνια Παγε(κύκλος ελλειπτικότητας) τώνες Κυκλος 4 χρόνια υπόγειουσχηματισμός ος (κύκλος άξονα περιστροφής Γης) τ έ νερού / εδάφουςμεταm 2 χρόνια (κύκλος περιηλίου) Διάβρωση βολές αιώνας 3c εδάφους CO2 /s 9 m Υπερετήσιες Κύκλος μεταβολές επιφανειακού νερού έτος Εποχιακές μεταβολές μήνας Αντικυκλώνες εβδομάδα Τυφώνες d Μεταγωγικές καταιγίδες υ) Συντέθηκε με βάση στοιχεία των: ο Πλημμύρες χ h McIlveen (992, σσ. 7, 96) Νεφοστρόβιλος αή Διαπνοή φυτών τ η ύτ Μεταγωγή Oke (987, σσ. 3-5) χ α min s (τ U.S. Committee on Opportunities in / s m Τύρβη m/ the Hydrological Sciences (99) 4 Κλιματικές αλλαγές km (ακτίνα Γης) Διάστημα (m) Υδρολογικό ισοζύγιο ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΚΑΙ ΕΤΗΣΙΑ ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ 42 m3*6 ΠΛΗΜΜΥΡΑ 2 ΗΜΕΡΩΝ ΟΓΚΟΣ: 24 m3*6 ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ ΑΠΟ ΛΙΜΝΗ ΓΙΑ ΥΔΡΕΥΣΗ-ΑΡΔΕΥΣΗ 8 m3*6 ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ 2 m3*6 ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΔΙΑΦΥΓΕΣ ΛΕΚΑΝΗΣ 8 m3*6 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΑΠΟΡΡΟΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ 9 m3*6 ΕΞΑΤΜΙΣΗ ΛΙΜΝΗΣ 3 m3*6 ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ ΛΕΚΑΝΗΣ 5 m3*6 8

19 Υδρολογικό ισοζύγιο ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΕΠ ΙΦ ΑΠ ΑΝ ΟΡ ΕΙΑ ΡΟ Κ Η Η ΕΞΑΤΜΙΣΗ ΛΙΜΝΗΣ ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΣΤΑΘΜΗΣΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ-ΟΓΚΟΥ Στάθμη (m) Επιφάνεια (km2) 6,6 6,9 7,3 7,7 8 8,4 8,8 9,2 Όγκος (m3x6) 235, ,3 34,5 322,9 34,5 36,3 ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΟΓΚΟΣ ΣΤΑΘΜΗ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΔΙΑΦΥΓΕΣ ΝΕΚΡΟΣ ΟΓΚΟΣ ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ ΓΙΑ ΥΔΡΕΥΣΗ, ΑΡΔΕΥΣΗ ΣΤΑΘΜΗ ΘΑΛΑΣΣΑΣ ΕΙΔΗ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΗΣΜΑΤΩΝ Ο όρος κατακρημνίσματα χρησιμοποιείται για να περιγράψει μαζικά τις μετρήσιμες ποσότητες νερού που φτάνουν στην επιφάνεια της γης ως συνέπεια της υγροποίησης ατμοσφαιρικών υδρατμών. Στην Ελλάδα κυριαρχούν τρεις κύριες μορφές κατακρημνισμάτων: Βροχή: είναι το συνηθέστερο φαινόμενο, υπερέχει ποσοτικά πολύ των άλλων μορφών κατακρημνισμάτων και δημιουργεί τα σημαντικότερα φαινόμενα επιφανειακής απορροής Xιόνι: είναι η κυριότερη πηγή της εαρινής και θερινής απορροής Χαλάζι: έχει καταστροφικά αποτελέσματα, ιδίως στη γεωργία Υπάρχουν και άλλες μορφές κατακρημνισμάτων, όπως π.χ. το χιονόβροχο Διαφορετικό μηχανισμό γέννησης και μικρότερη σημασία για την υδρολογία έχουν οι υδρολογικές αποθέσεις που περιλαμβάνουν τη δρόσο, τη πάχνη, τη βρέχουσα ομίχλη και την αχλύ. 9

20 Πίεση υδρατμών, e ή e* (hpa) ΦΥΣΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΕΩΝ ΣΧΕΣΗ ΠΙΕΣΗΣ ΥΔΡΑΤΜΩΝ, ΠΙΕΣΗΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ, ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ, ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΣΗΜΕΙΟΥ ΔΡΟΣΟΥ 8 Ενδιάμεση κατάσταση Αρχική κατάσταση T = 28oC T = 35oC e* = 38.8 hpa, e = 25 hpa e* = 56.2 hpa, e = 25 hpa U = 66.% U = 44.5% Τελική κατάσταση o 4 T = 2. C (σημείο δρόσου) 3 e* = 25 hpa, e = 25 hpa U = % e A =e B =e Γ = 25 hpa Γ 2 B A Θερμοκρασία, T (oc) ΦΥΣΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΕΩΝ ΣΧΕΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ-ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ 2

21 ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΕΩΝ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΧΩΡΟ Απεικόνιση της επιφάνειας μέσης ετήσιας βροχόπτωσης, με την μέθοδο της ψηφιδωτής διαμέρισης. Η επιφάνεια καταρτίστηκε με βάση τις ισοϋέτιες καμπύλες της ΔΕΗ για την περίοδο Τομέας Υδατικών Πόρων ΜΕΤΡΗΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ (Συμβατικός τρόπος) ΒΡΟΧΟΓΡΑΦΟΣ ΤΑΙΝΙΕΣ ΒΡΟΧΟΓΡΑΦΟΥ 2

22 ΜΕΤΡΗΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ (Αυτόματος τρόπος) ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΤΗΛΕΜΕΤΡΙΚΟΣ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ Καταχωρητής δεδομένων (data logger) Μεταφορά μετρήσεων σε υπολογιστή (σε ομαλή λειτουργία μέσω τηλεφωνικής γραμμής) Εισαγωγή των μετρήσεων σε βάση δεδομένων. Έλεγχος, επεξεργασία και παραγωγή χρονοσειρών Αισθητήρας βροχής Διαδίκτυο Πρωτογενείς μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο Επεξεργασμένες ιστορικές χρονοσειρές ΜΕΤΡΗΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ Μετεωρολογικό radar Μη ρυθμισμένο πεδίο βροχής Πεδίο βροχής ρυθμισμένο με επίγεια βροχόμετρα 22

23 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΣΤΑΘΜΩΝ Β ΚΑΙ Α ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ ΣΤΑΘΜΟΥ Β (mm) 2 (ΒΡΟΧΗ Β) =.5*(ΒΡΟΧΗ Α) -3. ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗΣ: ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ ΣΤΑΘΜΟΥ A (mm) Μέθοδος σταθμισμένων αντίστροφων αποστάσεων (ΣΑΑ) H παρεμβολή γίνεται με βάση τη σχέση: h όπου : d k N d n k n h d 2 k N d n k n h2... d N k N d n k n hn h η τιμή της μεταβλητής στη ζητούμενη θέση Ν o αριθμός των σημείων που συμμετέχουν h, h2, h3,...,hn οι σημειακές μετρήσεις στα σημεία, 2, 3,, N d, d2, d3,...,dn οι αποστάσεις του κυττάρου από τα σημεία, 2, 3,, N k ο συντελεστής επιρροής της απόστασης Η τιμή του εκθέτη k συνήθως λαμβάνεται ή 2 [Dingman, 994]. 23

24 ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΣΑΑ DAB DΒΔ DΒΓ DΒΗ DΒΕ DΒθ DΒΖ PB 2 DAB * PA D D D 2 2 D * P D 2 D * P D 2 D * P D 2 D * P D 2 D * P D 2 D * P D 2 D * P D D D D D D D Ρ: βροχόπτωση σε mm D: απόσταση μεταξύ σταθμών σε m ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Κατηγορίες μεθόδων ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ Αριθμητικός μέσος Πολύγωνα Thiessen Δύο άξονες (Bethlahmy s) Υψομετρική μέθοδος ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (ισοπληθείς καμπύλες) ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (ψηφιδωτή διαμέριση) Βέλτιστης παρεμβολής (kriging) Ελάχιστων τετραγώνων με πολυώνυμα Πολυωνύμων Langrange Παρεμβολής spline Πολυτετραγωνικής παρεμβολής Σταθμισμένων αντίστροφων αποστάσεων (ΣΑΑ) 24

25 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ Πολύγωνα Thiessen (9) Πιτσιωτά Τρίλοφο Νεοχώρι Ζηλευτό Σπ ερχ ειό ς Καρπενήσι Υπάτη ΓΕΦΥΡΑ ΚΟΜΠΟΤΑΔΩΝ Κρίκελλο Πυρά Γραμμένη Οξυά 5 Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 997 km Συκέα ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ Δύο αξόνων Bethlahmys (976) Μέγιστος άξονας λεκάνης Υδροκρίτης Σημειακή μέτρηση α2 2 α α3 3 Μεσοκάθετος μέγιστου άξονα Ποταμός Τιταρήσιος (Παραπόταμος Πηνειού) Γέφυρα Μεσοχωρίου Το βάρος της i μέτρησης δίδεται από τη σχέση: ai n a i i 25

26 ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ Ισοπληθείς καμπύλες Πιτσιωτά (253.) 6 Νεοχώρι Τρίλοφο (75.2) (7.3) 6 χει ός 4 (263.3) Καρπενήσι (545.) Σπ ερ 8 Μέσες ετήσιες ισοϋέτιες καμπύλες της λεκάνης Σπερχειού ανάντη Γ. Κομποτάδων (Πηγή: Ζηλευτό Υπάτη (79.7) Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 997) (564.) 2 Γραμμένη Οξυά 5 4 Πυρά (2.) ΓΕΦΥΡΑ ΚΟΜΠΟΤΑΔΩΝ Κρίκελλο (669.3) km Συκέα (587.6) ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ Ψηφιδωτή διαμέριση Η περιοχή ολοκλήρωσης διαμερίζεται σε ισομεγέθη στοιχειώδη κύτταρα ή ψηφίδες με την εφαρμογή ενός ορθογωνικού καννάβου, με δεδομένη ισαποχή των οριζόντιων και κατακόρυφων γραμμών του. Για κάθε κύτταρο, υπολογίζεται η τιμή της μεταβλητής, η οποία αντιστοιχεί στο κέντρο του κυττάρου αλλά θεωρείται σταθερή για όλη την επιφάνεια του. Η επιφανειακή τιμή προκύπτει, τότε, ως ο μέρος όρος των τιμών όλων των κυττάρων. Η τιμή που ολοκληρώνεται μπορεί να είναι στιγμιαία, μέση ή αθροιστική για συγκεκριμένη χρονική διάρκεια ( Επιφάνεια ετήσιας βροχόπτωσης (mm) ( ( ( Ε Τ Η Σ ΙΟ Υ Ψ Ο Σ Β Ρ Ο Χ Η Σ ( m m ) ( > 7 5 ( ( ( Β Ρ Ο Χ Ο Μ Ε Τ Ρ ΙΚ Ο Ι Σ Τ Α Θ Μ Ο Ι ( ( Λεκάνη Τιταρήσιου (ανάντη Γέφυρας Μεσοχωρίου) ( 26

27 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ ΥΨΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΓΩΓΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ (mm) 9 8 α ΥΨΟΜΕΤΡΟ (m) P ά tan * ( z ά z ώ ) P ά Εξάτμιση-Εισαγωγικές έννοιες Εξάτμιση (evaporation): η μετατροπή του νερού από την υγρή στην αέρια φάση. Διαπνοή (transpiration): η μετατροπή του νερού σε υδρατμούς που πραγματοποιείται στους πόρους της χλωρίδας, και ιδίως των φυλλωμάτων των φυτών (έδαφος ρίζες αγγειακό σύστημα πόροι φυλλωμάτων στόματα). Eξατμισοδιαπνοή evapotranspiration): το σύνολο των πραγματικών απωλειών νερού από την εξάτμιση εδαφών και από τη διαπνοή της χλωρίδας. Δυνητική εξατμισοδιαπνοή (potential evapotranspiration): η ποσότητα της εξατμισοδιαπνοής που πραγματοποιείται από εδαφικές επιφάνειες, πλήρως και ομοιόμορφα καλυμμένες από αναπτυσσόμενη χλωρίδα, σε συνθήκες απεριόριστης διαθεσιμότητας νερού. Εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας αναφοράς (reference crop evapotranspiration): η εξατμισοδιαπνοή από μια ιδεατή εκτεταμένη επιφάνεια καλυμμένη πλήρως από ομοιόμορφη χαμηλού ύψους χλόη που σκιάζει πλήρως το έδαφος και βρίσκεται σε συνθήκες ενεργού ανάπτυξης χωρίς έλλειψη νερού. 27

28 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΓΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΦΑΣΗΣ ΣΤΟ ΝΕΡΟ Απορρόφηση 8 θερμίδων (calories) Λανθάνουσα θερμότητα τήξης Πάγος gr oc Απορρόφηση 54 θερμίδων (calories) Λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης Απορρόφηση θερμίδων (calories) Απελευθέρωση 54 θερμίδων (calories) Λανθάνουσα θερμότητα συμπύκνωσης Απελευθέρωση θερμίδων (calories) Απελευθέρωση 8 θερμίδων (calories) Λανθάνουσα θερμότητα πήξης Υδρατμοί gr oc Νερό gr oc Νερό gr oc Διαθέσιμη ενέργεια εξάτμισης Rn = Sn Ln Λ + Η Rn: Ολική καθαρή ακτινοβολία Λ: Λανθάνουσα θερμότητα Sn: Καθαρή ακτινοβολία βραχέων κυμάτων Η: Αισθητή θερμότητα Ln: Καθαρή ακτινοβολία μακρών κυμάτων Η Sn εξαρτάται από: Η Ln εξαρτάται από: Τη ροή ηλιακής ενέργειας στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας σε επίπεδη επιφάνεια So Τη λευκαύγεια (albedo) Τη διάρκεια ηλιοφάνειας Το γεωγραφικό πλάτος Τη θερμοκρασία Την πίεση υδρατμών Τη διάρκεια ηλιοφάνειας Sn Ln μακροκυματική ακτινοβολία μικροκυματική ακτινοβολία n S n ( r ) * S * (.29 * cos.55 * ) kj 2 m day 4 Ln * * (.56.9 * e.5 ) * (..9 * n kj ) m 2 day Παράδειγμα Μήνας Ιούνιος, 4ο Ν, T=8 oc, U=55%, n/n=.8, r=.6 So=47 kj/m2/day, Sn=262 kj/m2/day, Ln=75 kj/m2/day So=482 w/m2, Sn=33 w/m2, Ln=87 w/m2 28

29 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΘΕΣΗΣ ΗΛΙΟΥ (γεωγραφικό πλάτος 4ο) (4o N, 72,2) 2 Μαρτίου Ημέρα 8 (4o N, 8,2) (4o N, 355,2) 2 Ιουνίου Ημέρα 72 W (4o N, 355,7) (4o N, 8,8) (4o N, 72,9) S 2 Δεκεμβρίου Ημέρα 355 N (4o N, 355, 8) E (4o N, 8, 7) (4o N, 72,6) Το ύψος και το αζιμούθιο του Ηλίου είναι συνάρτηση των Γεωγραφικό πλάτος Ημέρας Ώρας της ημέρας Γωνία πρόσπτωσης ηλιακών ακτινών το μεσημέρι, σε επίπεδη επιφάνεια και σε γεωγραφικό πλάτος 39ο Ισημερίες Γωνία πρόσπτωσης α: 9-39=5o α 39o 9o Θερινό ηλιοστάσιο Γωνία πρόσπτωσης α: 9-( )=73.5o Χειμερινό ηλιοστάσιο Γωνία πρόσπτωσης α: 9-( )=27.5o α α 9o o o 9o 39o 23.5o 29

30 ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟ ΟΡΙΟ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ (W/m2) ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ (ALBEDO) Albedo (%) Σελήνη 6-8% Υδάτινα σώματα -6% Εξαρτάται από το υψόμετρο του ηλίου Φρέσκο χιόνι 8-95% Σκούρα στέγη 8-8% Δάσος -2% Ανοικτή στέγη 8-8% Καλλιέργειες -25% Γρασίδι 25-3% Άσφαλτος 5-% Τσιμέντο 7-27% Πέτρεςτούβλα 2-4% 3

31 Η μέτρηση της εξάτμισης Όργανο: εξατμισίμετρο Διάφοροι τύποι λεκάνης, π.χ. λεκάνη τύπου Α, λεκάνη τύπου Colorado, λεκάνη GGI-3, λεκάνη 2 m2 κτλ. Μετρούμενο μέγεθος: όχι η φυσική εξάτμιση Ε αλλά η προφανώς διαφοροποιημένη εξάτμιση από το εξατμισίμετρο Εm. Εκτίμηση της φυσικής εξάτμισης από υδάτινο σώμα ή της εξατμοδιαπνοής της καλλιέργειας αναφοράς Ε = k Em όπου k ο συντελεστής εξατμισιμέτρου, κατά κανόνα μικρότερος από. Λόγω της αβεβαιότητας ως προς την τιμή του k και της συχνής αναξιοπιστίας των μετρήσεων του εξατμισιμέτρου, κατά κανόνα είναι προτιμότερη η εκτίμηση της εξάτμισης ή εξατμοδιαπνοής με εφαρμογή της μεθόδου Penman ή των τροποποιήσεών της. 3

32 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ (E) ΚΑΤΑ PENMAN U: σχετική υγρασία (%) Δ ΚΛΙΣΗ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ ΥΔΡΑΤΜΩΝ 498 * es hpa o C (T 237.3) 2 λ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ E * T kj / kg R * n * F (u ) * D αλγεβρικό άθροισμα εισερχόμενης μείον ανακλώμενης μικροκυματικής ακτινοβολίας S n ( r ) * S * (.29 * cos.55 * n kj ) m 2 day kg φ: γεωγραφικό πλάτος της θέσης (o) So: ακτινοβολία βραχέων κυμάτων kj στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας m 2 day Εκτιμάται (Πίνακας 3.) με βάση το μήνα και το γεωγραφικό πλάτος ΟΛΙΚΗ ΚΑΘΑΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Rn S n Ln kj 7.27*T es 6.* 2.78 T hpa γ F(u) ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΕΜΟΥ F (u ).26 * (.54 * u 2 ) kg 2 m day m 2 day ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ.67 hpa o D ΕΛΛΕΙΜΑ ΚΟΡΕΣΜΟΥ ΥΔΡΑΤΜΩΝ C D es e hpa m 2 day Rn Sn r: ανακλαστικότητα εδάφους (αlbedo) <r< es: πίεση κορεσμού των υδρατμών u2: ταχύτητα ανέμου σε ύψος 2 m (m/sec) Τ: θερμοκρασία (oc) e: τάση υδρατμών U e es * hpa Ln καθαρή μακροκυματική ακτινοβολία n 4 Ln * * (.56.9 * e.5 ) * (..9 * ) kj 2 m day n: πραγματική ηλιοφάνεια (hr) Ν: δυνητική ηλιοφάνεια (hr) Εκτιμάται (Πίνακας 3.2) με βάση το μήνα και το γεωγραφικό πλάτος Τκ: θερμοκρασία σε Kelvin T 273 Kelvin σ: σταθερά Stefan-Bolzmann 4.9 * 6 kj m 2 k 4 day 32

33 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ (E) ΚΑΤΑ PENMAN-MONTEITH U: σχετική υγρασία (%) es: πίεση κορεσμού των υδρατμών u2: ταχύτητα ανέμου σε ύψος 2 m (m/sec) Τ: θερμοκρασία (oc) Δ ΚΛΙΣΗ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ ΥΔΡΑΤΜΩΝ 498 * es hpa o C (T 237.3) 2 λ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ E * Τ kj/kg 7.27*T es 6.* 2.78 T hpa γ F(u) ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΕΜΟΥ F (u ) 9 * u2 kg 2 m day T 273 R ' * n * F (u ) * D ' ' kg αλγεβρικό άθροισμα εισερχόμενης μείον ανακλώμενης μικροκυματικής ακτινοβολίας S n ( r ) * S * (.29 * cos.55 * r: ανακλαστικότητα εδάφους (αlbedo) <r< n kj ) m 2 day φ: γεωγραφικό πλάτος της θέσης (o) Rn S n Ln kj m 2 day D C ΕΛΛΕΙΜΑ ΚΟΡΕΣΜΟΥ ΥΔΡΑΤΜΩΝ D es e hpa m 2 day Rn ΟΛΙΚΗ ΚΑΘΑΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Sn ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΟΣ ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ '.67 * (.33 * u 2) hpa o e: τάση υδρατμών U e es * hpa Ln καθαρή μακροκυματική ακτινοβολία n 4 Ln * * (.56.9 * e.5 ) * (..9 * ) kj 2 m day n: πραγματική ηλιοφάνεια (hr) Ν: δυνητική ηλιοφάνεια (hr) Εκτιμάται (Πίνακας 3.2) με βάση το μήνα και το γεωγραφικό πλάτος So: ακτινοβολία βραχέων κυμάτων kj στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας m 2 day Εκτιμάται (Πίνακας 3.) με βάση το μήνα και το γεωγραφικό πλάτος Τκ: θερμοκρασία σε Kelvin T 273 Kelvin σ: σταθερά Stefan-Bolzmann 4.9 * 6 kj m 2 k 4 day Ψηφιακό μοντέλο εδάφους Διάσταση κανάβου: 2x2 m Αριθμός pixels: Μέσο υψόμετρο: 626 m 33

34 Ετήσια κατανομή δυνητικής ηλιακής ακτινοβολίας (W/m2) AREA (%) < POTENTIAL RADIATION (W/m ) >4 W/m2 Calculated mean: 323 Expected mean: >4 ΑΠΟΡΡΟΗ- ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παροχή των υδατορευμάτων που προκύπτει από την υδρομετρία είναι η κύρια συνιστώσα του υδρολογικού κύκλου και αποτελεί το κύριο αντικείμενο του υδραυλικού μηχανικού Η υδρομετρία, σε αντίθεση με τη βροχομετρία, είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη και πολυδάπανη διαδικασία, και απαιτεί ειδικευμένο προσωπικό τόσο για τις διαδικασίες υπαίθρου όσο και για τις εργασίες γραφείου Κύριος στόχος της υδρομετρίας είναι η παραγωγή αδιάλειπτων χρονοσειρών παροχής σε διάφορες χρονικές κλίμακες και απαιτείται η εκτέλεση μετρήσεων παροχής ανά τακτά χρονικά διαστήματα (π.χ. εβδομάδας ή δεκαπενθημέρου) Όμως, ποτέ η χρονική πυκνότητα των μετρήσεων παροχής δεν είναι η απαιτούμενη (λόγω των ιδιαίτερων δυσκολιών και του σημαντικού κόστους τους) και έτσι για την πύκνωση των χρονοσειρών παροχής στο επιθυμητό χρονικό βήμα (π.χ. ημερήσιο, ωριαίο ή και ακόμη μικρότερο) μετριέται η στάθμη του υδατορεύματος της οποίας η μέτρηση είναι απλούστερη Η υδρομετρία αποτελεί σήμερα ολόκληρη εφαρμοσμένη επιστήμη που απασχολεί σημαντικές βιομηχανικές μονάδες με ενσωματωμένα ερευνητικά κέντρα, αλλά και υδρολογικές υπηρεσίες. Προδιαγραφές για την υδρομετρία έχουν εκδώσει τόσο ο World Meteorological Organization (98) όσο και ο International Standards Organization (983) 34

35 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΥΔΑΤΟΡΕΥΜΑΤΟΣ. Συνεχής μέτρηση στάθμης (σταθμήμετρο, σταθμηγράφος) 2. Περιστασιακή μέτρηση παροχής 3. Κατάρτιση καμπυλών στάθμης-παροχής 4. Επέκταση καμπύλης στάθμης-παροχής 5. Εκτίμηση παροχών 6. Διόρθωση παροχών (Stout) ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΤΑΘΜΗΣ Τυπική εγκατάσταση σταθμηγράφου Σταθμηγράφος Σταθμήμετρο Αντίβαρο Πλωτήρας Φρεάτιο Σωλήνες επικοινωνίας 35

36 ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ Μέτρηση με παρεμβολή μετρητών παροχής Παρεμβάλλονται στη ροή ειδικά τμήματα όπως υπερχειλιστές και στενώσεις και η παροχή εκτιμάται με υδραυλικές σχέσεις Μέτρηση πεδίου ταχυτήτων Η παροχή εκτιμάται με βάση το πεδίο ταχυτήτων και το εμβαδόν της υγρής διατομής Μέτρηση με τη μέθοδο διαλυμάτων Διαχέεται ένας δείκτης εύκολα ανιχνέυσιμος και αναλύεται δείγμα σε μια πιο κατάντη διατομή Εκτίμηση με πλωτήρες Χονδροειδής μεθοδος που στηρίζεται στη μέτρηση της ταχύτητας ενός αντικειμένου που επιπλέει Εκτίμηση με υδραυλικές σχέσεις ροής Η παροχή εκτιμάται προσεγγιστικά με τη χρήση ημιεμπειρικών σχέσεων της υδραυλικής Σύγχρονες μέθοδοι μέτρησης Μέθοδος υπερήχων, ηλεκτρομαγνητική μέθοδος, μέθοδος φυσαλίδων MΕΤΡΗΣΗ ΠΕΔΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ Τυπική κατανομή ταχυτήτων σε κατακόρυφη διατομή υδατορεύματος Απόσταση απ' την επιφάνεια προς συνολικό βάθος Ελεύθερη επιφάνεια νερού..2 u +u u = u u +u u = Σημειακή ταχύτητα προς μέση ταχύτητα 36

37 ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕΔΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ KAI ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΑΡΟΧΗΣ i N Συνολική παροχή: Q qi Παροχή νοητού τμήματος: i Μέτρηση στο.6 του βάθους vi=u.6 qi vi Ai Εμβαδόν νοητού τμήματος Αi Μέτρηση στο.2 και.8 του βάθους vi=(u.2+u.8)/2 Μέτρηση στο.2,.4 και.8 του βάθους vi= u.6/2 + (u.2+u.8)/4 ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕΔΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ KAI ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΑΡΟΧΗΣ Διαστάσεις Μέτρηση πεδίου ταχυτήτων (29//23) Στάθμη: 2.55 m Εμβαδόν: 27.8m2 Βρεχόμενη περίμετρος: 6.27 m Υδραυλική ακτίνα:.79 m Μετρημένη παροχή: 6.59 m3/s Συντελεστής τραχύτητας: n=.7 ή K=59 37

38 ΥΔΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ Παραδείγματα Θέση Αμυγδαλιά (Πηνειός) Γεφυρα Μεσοχωρίου (Τιταρήσιος) ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΤΑΘΜΗΣ 38

39 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ Μυλίσκος και σύστημα ανάρτησης ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΔΡΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Καμπύλες στάθμης-παροχής (θέση Πόρος Ρηγανίου-ποταμός Εύηνος) 39

40 Q = C (h a) Στάθμη, h (m) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΔΡΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Καμπύλες στάθμης-παροχής(θέση Αχλαδόκαστρο-ποταμός Εύηνος) N 2 (α).5.5 Μετρήσεις Καμπύλη ελάχιστων τετραγώνων Παροχή, Q (m 3/s) Στάθμη, h (m) log Q = log C + N log (h a) 2 (β) Μετρήσεις Καμπύλη ελάχιστων τετραγώνων.. Παροχή, Q (m 3/s) Ένταση βροχόπτωσης, i (mm/hr) ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΛΛΕΙΜΑΤΩΝ Πλημμυρικός όγκος V=A*Σ(i-φ)*Δt A: Έκταση λεκάνης Δείκτης φ Παροχή, Q (m3/s) Χρόνος (hr) Πλημμυρικός όγκος V=ΣQ*Δt Βασική ροή Χρόνος (hr) 4

41 ΔΙΗΘΗΣΗ Διήθηση είναι η φυσική διεργασία της εισχώρησης στο έδαφος νερού που προέρχεται από βροχόπτωση, τήξη χιονιού ή άρδευση Εξαρτάται από: τη διαθεσιμότητα νερού για διήθηση τις ιδιότητες του εδάφους ως προς τη δυνατότητα κίνησης του νερού Η διήθηση είναι σημαντική υδρολογική συνιστώσα αφού επηρεάζει: την επιφανειακή απορροή την εξατμισoδιαπvoή και κατά συνέπεια το βιολογικό κύκλο των φυτών την επαναφόρτιση των υδροφορέων τη μεταφορά διαλυμένων ουσιών στο έδαφος Ο ρυθμός διήθησης είναι μεταβλητός, στο χώρο και το χρόνο και εξαρτάται από: την ένταση και διάρκεια των βροχοπτώσεων τις φυσικές ιδιότητες του εδάφους, την κατάσταση του επιφανειακού εδαφικού καλύμματος και την παρουσία ή όχι χλωρίδας την περιεκτικότητα σε υγρασία του επιφανειακού εδάφους στην αρχή της βροχής τη θερμοκρασία και την ποιότητα του βρόχινου νερού ΣΤΑΔΙΑ ΔΙΗΘΗΣΗΣ Πραγματοποίηση βροχής μετά από περίοδο ξηρασίας Αρχικά, πραγματοποιείται η υγροσκοπική διαβροχή υπό την επίδραση των δυνάμεων προσρόφησης Μετά την κάλυψη των αναγκών σε υγροσκοπικό νερό, το διηθούμενο νερό κινείται υπό την επίδραση της βαρύτητας και των τριχοειδών, τα οποία στη φάση αυτή δρουν προσθετικά. Το νερό κατέρχεται στο έδαφος λόγω του βάρους του και συγχρόνως αναρροφάται από τις ελκτικές τάσεις που αναπτύσσει το τριχοειδές της αέριας φάσης. προκαλώντας υψηλή αρχική τιμή του ρυθμού διήθησης Ο ρυθμός διήθησης με την πάροδο του χρόνου μειώνεται, αφού το πεδίο των τριχοειδών, από προσθετικό στην αρχή της βροχής, μηδενίζεται με τον κορεσμό του εδάφους Μετά το τέλος της βροχόπτωσης, η διήθηση στην επιφάνεια του εδάφους σταματά, αλλά η κίνηση του νερού κάτω από αυτή εξακολουθεί για μακρό διάστημα. Η καθοδική κίνηση του νερού, που οδηγείται από τη βαρύτητα, επιβραδύνεται Με την πάροδο του χρόνου ένα τμήμα της εδαφικής υγρασίας του ανώτερου εδαφικού στρώματος εξατμίζεται ή διαπνέεται μέσω των φυτών, με αποτέλεσμα η περιεκτικότητας σε νερό του εδάφους, να έχει μικρότερες τιμές προς τα πάνω και μεγαλύτερες προς τα κάτω. Έτσι οι δυνάμεις τριχοειδών αλλάζουν φορά και κατευθύνονται προς τα πάνω, με αποτέλεσμα να δημιουργείται πάνω από τον υπόγειο ορίζοντα μια ζώνη τριχοειδούς ανύψωσης 4

42 ΔΙΗΘΗΣΗ Ένταση βροχής Διάρκεια βροχόπτωσης Παρεμπόδιση από φυτοκάλυψη Υετόγραμμα Κατακράτηση από επιφανειακές κοιλότητες f Διήθηση από επιφανειακές κοιλότητες Καμπύλη διήθησης fc f fc (f fc ) exp( kt) Χρόνος Βασικοί στόχοι Υδρολογίας Μέτρηση-εκτίμηση υδατικού δυναμικού και αναγκών (όγκος ταμιευτήρων, ύδρευση, άρδευση) Εκτίμηση πλημμυρών (αποχέτευση, υπερχειλιστές, διευθετήσεις) Υδρολογικές Μεταβλητές ΑΠΟΡΡΟΗ (Πρωτεύουσα υδρολογική πληροφορία) ΒΡΟΧΗ ΕΞΑΤΜΙΣΗ (Θερμοκρασία, Υγρασία, Ταχύτητα ανέμου, Ηλιοφάνεια) ΜΕΓΕΘΗ Στιγμιαία Αθροιστικά Μέσου όρου Βασικές μετατροπές Βροχόπτωση: ύψος X επιφάνεια = όγκος Παροχή: όγκος/χρόνο Χ χρόνο = όγκος 42

43 Δεξαμενή στην αρχαία Θήρα Δεξαμενή που συλλέγει τα όμβρια ύδατα από τη στέγη Ζήτηση ΥΔΡΕΥΣΗ:. m3 ανά κάτοικο ανά ημέρα=36.5 m3 ανά κάτοικο ανά έτος ΑΡΔΕΥΣΗ: 4-7 mm στην αρδευτική περίοδο (Μάιος-Σεπτέμβριος): 4-7 mm * m2=4-7 m3 ΑΝΑΓΚΕΣ ΥΔΡΕΥΣΗΣ: από.- m3 ανά κάτοικο και ημέρα Ελλάδα 2 lt ανά κάτοικο και ημέρα 73 m3/έτος 3 lt ανά επισκέπτη και διανυκτέρευση Αθήνα 42 hm3 ανά έτος ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ, ΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΗ ΠΑΡΟΧΗ, ΙΧΘΥΟΤΡΟΦΙΑ ΕΤΗΣΙΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗ: 5 mm από ελεύθερη επιφάνεια 8 mm από έδαφος? 43

44 Παροχή ΕΤΗΣΙΑ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ: 4 mm (καθαρή) * m2 =4 m3 ανά έτος ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Χρονική κλίμακα Γεωλογία-εδαφολογία Προηγούμενη κατάσταση ΕΤΗΣΙΑ ΑΠΟΡΡΟΗ:. m3/s 864 m3 ανά ημέρα Μόρνος: m3/s Σπερχειός: 7 m3/s Αχελώος: 4 m3/s Ένταση mm σε hr σε m2 m3/ hr 2.8 lt/s mm σε 5 hr σε m2 2 m3/ hr.55 lt/s Χωρητικότητα υδρορροής: 4 m *. m *.5 m = 2 lt Παροχετευτικότητα υδρορροής: lt/sec Στην πρώτη περίπτωση η στέγη θα πλημμυρίσει σε 2 lt/(2.8-) lt/sec= sec Στην δεύτερη περίπτωση η στέγη δεν θα πλημμυρίσει 44

45 Βιβλιογραφία Κουτσογιάννης, Δ., και Θ. Ξανθόπουλος, Τεχνική Υδρολογία, Έκδοση 3, 48 σελίδες, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Κουτσογιάννης, Δ., Σημειώσεις Υδρομετεωρολογίας - Μέρος, Έκδοση 2, 57 σελίδες, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, 2. Κουτσογιάννης, Δ., Ν. Μαμάσης, και Α. Τέγος, Υδρομετεωρολογικά ζητήματα στην αρχαία ελληνική επιστήμη και φιλοσοφία, Η Οικονομία του Νερού, επιμέλεια Η. Ευθυμιόπουλος και Μ. Μοδινός, Ύδρα, Ελληνικά Γράμματα, Zarkadoulas, N., D. Koutsoyiannis, N. Mamassis, and S.M. Papalexiou, Climate, water and health in ancient Greece, European Geosciences Union General Assembly 28, Geophysical Research Abstracts, Vol., Vienna, 26, European Geosciences Union, Mamassis, N., V. Kanellopoulos, and D. Koutsoyiannis, A web based information system for the inspection of the hydraulic works in Ancient Greece, 5th International Symposium on Environmental Hydraulics, Tempe, Arizona, International Association of Hydraulic Research,