Εισαγωγή στην Υδρολογία

Transcript

1 Εισαγωγή στην Υδρολογία Photo by Sandra Baki Νίκος Μαµάσης, Λέκτορας ΕΜΠ Αθήνα 011 Περιεχόµενα Εισαγωγή* Ιστορία* Υδραυλικά έργα στην αρχαία Ελλάδα Υδρολογικός κύκλος και χωροχρονικές κλίµακες Υδρολογικό ισοζύγιο Κατακρήµνιση Εξάτµιση Απορροή ιήθηση *Πηγή:Κουτσογιάννης,., καιθ. Ξανθόπουλος, ΤεχνικήΥδρολογία, Έκδοση 3, 418 σελίδες, ΕθνικόΜετσόβιοΠολυτεχνείο, Αθήνα,

2 Παράξενες ιδιότητες του νερού Αφθονία στην επιφάνεια επιφάνεια του πλανήτη: 1340*10 6 km 3 (96.5% αλµυρό) κατάληψη του 70% της επιφάνειας της γης Ταυτόχρονη παρουσία του στις τρεις τρεις φάσεις (στερεό, υγρό, αέριο) Συµπεριφορά στις αλλαγές φάσης Πυκνότητα πάγου = 91.7% της πυκνότητας του νερού µε συνέπειες: Ο πάγος δεν βυθίζεται Γεωλογικέςδιεργασίες Κίνδυνοι για υδραυλικά έργα Μεγάλη θερµοχωρητικότητα Κλιµατικός θερµοστάτης της γης (ωκεανοί) Σταθεροποίηση της θερµοκρασίας των βιολογικών οργανισµών Αποτελεσµατικό µέσο κατάσβεσης πυρκαγιών Παράξενες ιδιότητες του νερού Μεγάλη ειδική λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης Αποτελεσµατικός εναλλάκτης θερµότητας Καθοριστικός παράγοντας στην στην ανταλλαγή ενέργειας Αποτελεσµατικός διαλύτης Ρυθµιστήςτηςκυκλοφορίαςπολλώνουσιώνστηνυδρόγειο (π.χ. CO ) Γεωµορφολογικός ρυθµιστής (π.χ. διάβρωση ασβεστολίθων) Ελιξίριοζωής Καθαριστικόυγρό Μικρή συνεκτικότητα Γρήγορη κίνηση στην επιφάνεια της γης Επιφανειακή τάση Τριχοειδήφαινόµενα

3 Ορισµός της υδρολογίας Υδρολογία (hydrology) είναι η επιστήµη που ασχολείται µε ταύδατατηςγης, τηνπαρουσία, τηνκυκλοφορίακαικατανοµήτους, τις φυσικές και χηµικές ιδιότητές τους, και τις αλληλεπιδράσεις τους µε το περιβάλλον, στο οποίο περιλαµβάνονταικαιταέµβιαόντα. 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 196 από µια Αµερικανική Επιτροπή υπό τον W. Langbein και υιοθετήθηκε από την UNESCO στη διεθνή υδρολογική δεκαετία ( ) (βλ. U.S. Committee on Opportunities in the Hydrological Sciences, 1991, και ΚουτσογιάννηςκαιΞανθόπουλος, 1999) ιασαφήνιση του ορισµού της υδρολογίας Τοµέας Ανάλυση αντικειµένου Περιλαµβάνει: εν περιλαµβάνει Υδατικό ισοζύγιο υδρογείου Ηπειρωτικές (χερσαίες) υδρολογικές διεργασίες Χωρική και χρονική ιαδροµές διακίνησης, µεταβλητότητα του υδατικού ισοζυγίου της υδρογείου (σε στερεή, υγρή και αέρια φάση, στη θάλασσα, την ξηρά και την ατµόσφαιρα) διακινούµενες µάζες νερού και χρόνοι παραµονής, τόσο µεταξύ ωκεανών, ατµόσφαιρας και ηπείρων, όσο και µεταξύ των τριών φάσεων Κίνηση του νερού πάνω Φυσικές και χηµικές και κάτω από την επιφάνεια της γης, σε όλες τις χωρικές και χρονικές κλίµακες, από την µικροκλίµακα µέχρι την κλίµακα ηπείρων διεργασίες που συνοδεύουν την κίνηση του νερού, καθώς και βιολογικές διεργασίες που αλληλεπιδρούν µε αυτή την κίνηση (π.χ. διαπνοή φυτών, διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες) Φυσικές, χηµικές και βιολογικές διεργασίες εσωτερικές στην ατµόσφαιρα και τους ωκεανούς Βιολογικές διεργασίες που απλώς εξαρτώνται από το νερό (π.χ. κύκλος ζωής υδρόβιων οργανισµών) Σηµείωση: ιατυπώθηκεαπότην U.S. Committee on Opportunities in the Hydrological Sciences (1991). 3

4 Ένταξη της υδρολογίας στο ευρύτερο επιστηµονικό και τεχνολογικό πλαίσιο Βασικές επιστήµες Μαθηµατικά Φυσική Χηµεία Βιολογία Γενικές εφαρµοσµένες επιστήµες Πιθανοθεωρία, Στατιστική, Στοχαστικές ανελίξεις Ανάλυση συστηµάτων Πληροφορική Γενικές εφαρµοσµένες επιστήµες Επιχειρησιακή έρευνα Ανάλυση συστηµάτων Θεωρία ελέγχου Ανάλυση διακινδύνευσης Υδρολογική επιστήµη (κατανόηση) Τεχνική υδρολογία (εκτίµηση και πρόγνωση) Τεχνολογία και διαχείριση υδροσυστηµάτων (κατασκευή έργων και λήψη αποφάσεων) Συγγενείς γεωεπιστήµες Γεωλογία Γεωµορφολογία Εδαφολογία Ατµοσφαιρική επιστήµη Ωκεανογραφία Λιµνολογία Επιστήµη παγετώνων Γεωχηµεία Συγγενείς εφαρµοσµένες επιστήµες Μηχανική ρευστών Υδραυλική Περιβαλλοντική τεχνολογία Υδρογεωλογία Μετεωρολογία Κατασκευή έργων Τεχνολογικές επιστήµες οµοστατική τεχνολογία Εδαφοµηχανική Αντισεισµική τεχνολογία Περιβαλλοντική τεχνολογία Ενεργειακή τεχνολογία Αγροτική τεχνολογία ασοτεχνολογία Λήψη αποφάσεων Κοινωνικές επιστήµες Κοινωνιολογία Πολιτική επιστήµη Οικονοµική Νοµική Επιστήµη διεθνών σχέσεων 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 έµβιαόντα. Ηµετεωρολογίαείναιηεπιστήµητουκαιρού. Καιρός είναι η κατάσταση της ατµόσφαιρας πάνω από µια δεδοµένη περιοχή για έναδεδοµένοχρόνο. Ο καιρός περιγράφεται από ένα σύνολο µετεωρολογικών µεταβλητών (στοιχείων καιρού). Κλιµατολογία (climatology) είναιηεπιστήµηπουασχολείταιµετοκλίµα. 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. 4

5 Κύριοι κλάδοι των ατµοσφαιρικών επιστηµών Μετεωρολογία Φυσικήµετεωρολογία (physical meteorology): οµή καισύνθεσητηςατµόσφαιρας, µεταφορά ακτινοβολίας και ακουστικώνκυµάτων, διεργασίες σχηµατισµού νεφών, κ.ά. Συνοπτικήµετεωρολογία (synoptic meteorology): Περιγραφή, ανάλυση και πρόβλεψη των ατµοσφαιρικών κινήσεων µεγάλης κλίµακας. υναµικήµετεωρολογία (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. Ορισµός της υδροµετεωρολογίας Ευρύτεροςορισµός: World Meteorological Organization (Fourth Congress, 1963 ) Η υδροµετεωρολογία ασχολείται µε τη µελέτη της ατµοσφαιρικής και επίγειας φάσης του υδρολογικού κύκλου µε έµφαση στις αλληλοσυσχετίσεις των δύο αυτών φάσεων. Ειδικότεροςορισµός: Fry and Showalter (1945) 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. Ειδικότεροςορισµός: Wiesner (1970) Υδροµετεωρολογία είναι η µελέτη των ατµοσφαιρικών διεργασιών, οι οποίες επηρεάζουν τους υδατικούς πόρους της γης και ενδιαφέρουν τον υδρολόγο µηχανικό. ιεργασίες που πρωτίστως ενδιαφέρουν την υδροµετεωρολογία: Οι ατµοσφαιρικές διεργασίες που περιλαµβάνουν µετατροπές του νερού στην ατµόσφαιρα και συγκεκριµένα οι κατακρηµνίσεις και η εξατµοδιαπνοή. 5

6 Σύντοµο ιστορικό 6ος -5ος αιώνας π.χ.: Πρώτες ορθές επιστηµονικά εξηγήσεις µετεωρολογικών φαινοµένων από Ίωνες και Αθηναίους φιλοσόφους (Αναξιµένης, Ίππων, 5ος αιώνας Αναξαγόρας, , Ιπποκράτης). 4ος-3οςαιώναςπ.Χ.: Αριστοτέλης (384-33): συγγραφήμετεωρολογικών (340). Ακολουθούν οι Θεόφραστος (37-87) και Επίκουρος (341-70). Οι Leonardo da Vinci και Bernard Palissy διατύπωσαν διατύπωσαν την έννοια του υδρολογικούκύκλουτο 16 ο αιώνα. Εφεύρεσηθερµοµέτρου (Γαλιλαίος, 159, 161, Fahrenheit, 1709), καιβαροµέτρου (Τορρικέλλι, 1643). Γέννησητηςενόργανηςµετεωρολογίας (Μέγας ούκαςφερδινάνδοςτηςτοσκάνης, 1653). Ο Pierre Perrault (1611?-1680), γάλλος δικηγόρος και συγγραφέας, στη µελέτη του e l origine des fontaines (1674) έδειξε ότι η βροχόπτωση στη λεκάνη απορροής του Σηκουάναεπαρκείγιανατροφοδοτήσειτηναπορροήαπορροήτου, πουείναιµόνοτο 1/6 τηςβροχόπτωσης. Ο Edme Mariotte (160?-1684), γάλλος φυσικός και ιερέας, µέτρησε την ταχύτητα και τηδιατοµήκαιυπολόγισετηνπαροχήτουσηκουάνα. Ο Edmund Halley ( ), άγγλοςαστρονόµος, 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, µετάαπόµετρήσεις, τηςέννοιαςτουυδρολογικούκύκλου (Perrault, Mariotte, Halley, τέλος 17ουαιώνα). Γέννηση της σύγχρονης υδραυλικής (Bernoulli, Euler, Chezy, κ.ά, αρχές 18ου αιώνα). Σύντοµο ιστορικό 19οςαιώνας: ηµιουργίαδικτύωνµετεωρολογικώνσταθµών (Lamark, La Place, Lavoisier). Καθιέρωση της τηλεγραφικής µεταβίβασης µετεωρολογικών παρατηρήσεων (Henry, 1849) γιαλόγουςπρόβλεψης (Le Verrier, 1854) και προειδοποίησης (Ballot, 1860). Ίδρυσηµετεωρολογικώνυπηρεσιών (Le Verrier, Γαλλία, 1855) και διεθνή µετεωρολογικού οργανισµού (1878). 197, 1930: Εφεύρεση ραδιοβολίσεων για τη µέτρηση της ανώτερης ατµόσφαιρας. 1931, 1946: Πειραµατική εφαρµογή τεχνικών τροποποίησης καιρού (τεχνητής βροχής) : Αυτόµατοι µετεωρολογικοί σταθµοί, χρήση πυραύλων για µετρήσεις ανώτερης ατµόσφαιρας. 1953: Αερόστατα σταθερού ύψους σήµερα: Χρήση υπολογιστών για µετεωρολογικές εφαρµογές: Μοντέλα αριθµητικής πρόγνωσηςκαιρού, κλιµατικάµοντέλα. Μετεωρολογικοί δορυφόροι (1960: εκτόξευση πρώτου µετεωρολογικού δορυφόρου Tiros I) Τηλεµετρία Ραντάρ καιρού 6

7 7

8 8

9 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 χωροθετώνταςτακτήριαµετονκατάλληλοπροσανατολισµό. Τέτοιου είδους τεχνολογικές εφαρµογές, υποδηλώνουν σίγουρα κάποια γνώση για τη φύση. Παρ όλ αυτά, κατά τα πρώτα στάδια των πολιτισµών, οι εξηγήσεις που δίνονταν ήτανυπερφυσικές, δηλαδήµυθολογικές. 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 οποίουςυπήρξεπνευµατικήάνθηση. 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, καιεπιστηµονική. Είναι ενδιαφέρον, πως οι µυθολογικές απόψεις και οι συµβολισµοί, ήταν δηµοφιλείς ακόµα καιστατελευταίαστάδιααυτήςτηςπεριόδου (ιδιαίτερασανέµπνευσηγιατιςτέχνες), αν και είχαν ήδη αναπτυχθεί πιο επιστηµονικές θεωρήσεις Ιωνία Αν και οι τεχνολογικές εφαρµογές που αφορούν τους υδατικούς πόρους, άρχισαν στην Ελλάδα πριν από το 000 π.χ., στον Μινωικό και Μυκηναϊκό πολιτισµό, οι πρώτες επιστηµονικές απόψεις σχετικές µε τα φαινόµενα αυτά διατυπώθηκαν περί το 600 π.χ. Οι Έλληνες φιλόσοφοι της Ιωνίας απέρριψαν τις µεταφυσικές προσεγγίσεις που εκφράζονταν στα επικά ποιήµατα, και ερµήνευσαν πολλά φυσικά φαινόµενα µε επιστηµονικό τρόπο. ΟΘαλήςοΜιλήσιος ( π.χ.), ήτανοιδρυτήςτηςιωνικήςφιλοσοφίας. ιατύπωσε 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 πουεπικρατούνστηνπεριοχήτοχειµώνα, δενεπιτρέπουνστοποτάµιναξεχειλίσει. 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 9

10 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 ( π.χ.) φιλόσοφος, ποιητής, και ταξιδευτής φαίνεται πως είναι ο πρώτος που ολοκλήρωσε την έννοια του υδρολογικού κύκλου: Η θάλασσαείναιηπηγήτουύδατοςκαιτουανέµου/ Αφούχωρίςτηµεγάληθάλασσα, δενθα 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 ( 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 έλτα του Νείλου, µε µια χρονική καθυστέρηση. Κλασική Αθήνα Ιδρυτής της Αθηναϊκής φιλοσοφίας θεωρείται ο Σωκράτης (περίπου π.χ.), ο οποίος δενάφησεδικάτουγραπτάαλλάοιαπόψειςτουµεταφέρθηκανσταγραπτάτουµαθητήτου Πλάτωνα (περίπου π.χ.). Στον Κριτία αναφέρει: Η γη δρέπει το όφελος από την ετήσιαβροχή, όχιµόνοάµεσααφήνονταςναχαθείτονερόπουρέειαπότηγυµνήγηστη 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 στηφωτιά». «... Οατµόςπουψύχεται, λόγωέλλειψηςθερµότηταςστηνπεριοχήόπουευρίσκεται, 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». 10

11 Κλασική Αθήνα Ο φιλόσοφος Θεόφραστος (37-87 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 ψυχρότεροιάνεµοιπιοπολύ, πρέπειναείναιδιότιδηµιουργούνατµόκαιτονµετακινούν... ενώ ο ήλιος αφήνει αµετακίνητο τον ατµό». Οι προλήψεις στην εξήγηση των µετεωρολογικών φαινοµένων εκδηλώνονται στο θεατρικόέργο Νεφέλαι τουκωµωδιογράφουαριστοφάνη (περίπου π.χ.). Σωκ: Ποιος ίας; Μη χωρατεύεις. εν υπάρχει κανένας ίας. Στρεψ: Μα τι λες; Τότε ποιος βρέχει; Αυτό πρώτα απ όλα να µου εξηγήσεις. Σωκ: Στασίγουρα. Θαστοδιδάξωµεακαταµάχηταστοιχεία. Έλατώρα, τονέχειςδειποτέκάπουναβρέχειχωρίςσύννεφα; Κιόµωςθαέπρεπεναβρέχειµεξαστεριά, κιαυτάναλείπουν. Στρεψ: ΜατονΑπόλλωνα, στ αλήθειαορθάτοαποδεικνύειςµεαυτήσουτηνεπιχειρηµατολογία. Κιόµως, πριναπ αυτό, πραγµατικά νόµιζα πως ο ίας 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: Μεποιοτρόπο; παράτολµεάνθρωπε! 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; εν είν ο ίας; Σωκ: Καθόλου, αλλά ο αιθερικός Στρόβιλος. Στρεψ: ΟΣτρόβιλος; Είχεδιαφύγειτηςπροσοχήςµουότιδενυπάρχειο ίας, καιότιβασιλεύειτώραοστρόβιλοςστηθέση του. Αλλάακόµηδενµουέχειςδιδάξειτίποτεσχετικάµετηβροντήκαιτονκεραυνό. Σωκ: ΜαδενµεάκουσεςπουείπαότιταΣύννεφα, ότανγεµίσουνυγρασία, προσκρούουντοέναστοάλλοκαιβροντούν λόγω της πυκνότητάς τους; Ελληνιστικοί χρόνοι Ο Επίκουρος ( 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 εξηγήσειςγιατιςθύελλες, τοχαλάζι, τοχιόνι, τηνπάχνη, τονπαγετό, τοουράνιοτόξο, 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 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. 11

12 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 αποδώσουµετηνίδρυσητωνµοντέρνωνµαθηµατικώναπότονευκλείδη (περίπου π.χ.), τον Αρχιµήδη (87-1 π.χ.) και τον Απολλώνιο (περίπου π.χ.), και της µοντέρνας αστρονοµίας από τον Αρίσταρχο τον Σάµιο ( π.χ.) και τον Ερατοσθένη ( π.χ.). ΟΑρχιµήδηςθεωρείταιεπίσηςφυσικόςκαιµηχανικός, καιιδρυτήςτηςυδροστατικής. 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 150 π.χ., κατ άλλους από 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. ΥδραυλικάέργαστηναρχαίαΕλλάδα Υδραγωγεία Τουαλέτες 1

13 Μινωικές τουαλέτες Sewer Wooden seat oor Hood Gypsum floor Flushing conduit Wooden seat Flushing conduit Sewer 1 m oor Τοµή και κάτοψη τουαλέτας στο Παλάτι του Μίνωα (Graham,1987). 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 4000 χρόνια Angelo MossoαπότηνεπίσκεψήτουστηνΑγίαΤριάδα (Escursioni nel Mediterraneo e gli scavi di Creta, Treves, Milano, 1907) 13

14 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 1036 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 ( + 5 ) Spr i n g ( ) Sea 0 00 m Ci t y t a n k ct No r t h en t r a n ce ( i n l et ) ct M eet i n g po i n t C Tu n n el u P N A N B u Q Spr i n g 100 E F So u t h en t r a n ce ( o u t l et ) S Πατησίω ν Το Πεισιστράτιο Υδραγωγείο The Roman Hadrianean aqueduct Αλεξά Τ υγ γρ ού Λ. Σ φισ ιάς νδρας η ύπ ο ρικ ίο υ ηµ στ πι ν ε ίο υ ΠΣαταδ θη ν ς Ιερ ών άο αιώ δό Πειρ ς Β. ν Κω ού ηττ Υµ Κη Λ. Α Κα τίν αν στ ου σ Με τε χάν κ είω η ογ ου ύλ πο ο ιν κκ Κο Peisistratean aqueduct ού ηττ Υµ. ριφ Πε 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 14 µέτρων και αποτελείται από κεραµικούς σωλήνες 14

15 Το υδραγωγείο της Περγάµου Ανεστραµµένος σίφωνας µήκους 3 km µε υδραυλικό φορτίο 180 m 100 Inverted siphon Elevation (m.a.s.l) Open channel Hydraulic head 400 Ground istance (km) Πέτρα αγκύρωσης του µολύβδινου αγωγού υπό πίεση Κατασκευάστηκε γύρω στο 00 π.χ. και είναι η πρώτη γνωστή κατασκευή µεγάλης κλίµακας όπου το νερό µεταφέρεται υπό πίεση. Αποχετεύσεις οµβρίων στην κλασική περίοδο Αθήνα Ερέτρεια Αθήνα Κασσιόπη ίον 15

16 Το φράγµα κατασκευάστηκε κατά την κλασική περίοδο για να προστατεύει την κατάντη πεδιάδα από πληµµύρες κα φερτά. ιατηρείται σε άριστη κατάσταση µέχρι σήµερα. Φράγµα Αλυζίας Ο υπερχειλιστής έχει διαµορφωθεί στο βράχο και το ασύµµετρο σχήµα του οφείλεται στη διάβρωση Ο υπερχειλιστής σε λειτουργία Υδρολογικός κύκλος 16

17 Χαρακτηριστικές χρονικές κλίµακες στην Υδρολογία Παροχή Q (m 3 /s) εκεµβρίου 1970 Χρόνος t (ώρες) Παροχή Q (m 3 /s) Οκτ-70 εκ-70 Φεβ-71 Απρ-71 Ιουν-71 Αυγ-71 Οκτ-71 εκ-71 Φεβ-7 Απρ-7 Ιουν-7 Αυγ-7 Χρόνος t (µήνες) Παροχή Q (m 3 /s) εκέµβριος 1970 Χρόνος t (ηµέρες) Παροχή Q (m 3 /s) Χρόνος t (υδρολογικά έτη) εδοµένα: Παροχή Ευήνου στη θέση Πόρος Ρηγανίου (Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 1999) Χωρικές κλίµακες της υδρολογίας: Η λεκάνη απορροής Σπερχειός Βοιωτικός Κηφισός Παραλίµνη Υλίκη Ασωπός Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος (1999) 17

18 Λεκάνη απορροής: Λεπτοµέρεια Β Εύηνος π. Α Αρτοτίνα Σαΐτα ρ. Βαρδου 1400 σόρε µαρ Γ Β 1800 Λεκάνη Ευήνου Λεκάνη Μόρνου 1400 Ισοϋψείς Υδροκρίτης Υδρογραφικό δίκτυο Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος (1999) km Υδροκρίτης Photo by Sandra Baki 18

19 ΕΞΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ ΛΕΚΑΝΗΣ ΜΕ ΣΓΠ Θέση λεκάνης Μεσοχωρίου Κάναβος υψοµέτρου (m) > 400 Θέση Λεκάνη απορροής και υδρογραφικό δίκτυο Ανάγλυφο Συγκέντρωση ροής Υδρογραφικό δίκτυο Χρόνοι απορροής Υδρογράφηµα 1600 Αριθµός κυττάρων Χρόνος (hr) 19

20 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ ΥΠΟΓΕΙΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ Φρεάτιος ορίζοντας ΥΠΟΓΕΙΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ Αδιαπέρατο στρώµα Χωρικές κλίµακες τηςυδρολογίας: Το υδατικό διαµέρισµα : υτικήπελοπόννησος 0: ΒόρειαΠελοπόννησος 03: ΑνατολικήΠελοπόννησος 04: υτική Στερεά Έλλάδα 05: Ήπειρος 06: Αττική 07: Ανατολική Στερεά Έλλάδα 08: Θεσσαλία 09: υτικήμακεδονία 10: ΚεντρικήΜακεδονία 11: ΑνατολικήΜακεδονία 1: Θράκη 13: Κρήτη 14: ΝησιάΑιγαίου Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος (1999) 13 0

21 Χρόνος (s) Μικροκλίµακα 1 cm - 1 km 1 m 10 9 m/s 3 cm/έτος 1 m/s Μεσοκλίµακα km Τοπική κλίµακαμακροκλίµακα 100 m - 50 km km 1 km 1000 km 340 m/s (ταχύτηταήχου) χρόνια (ηλικίαγης) ιάστηµα (m) Κλιµατικές αλλαγές 6370 km (ακτίνα Γης) km (περιφέρεια Γης) ΥΠΟΜΝΗΜΑ Ατµοσφαιρικές διεργασίες Υδρολογικές διεργασίες Γεωµορφολογικές διεργασίες Ανάπτυξη Σχηµατισµόςλεκανών υδρογραφικούαπορροής 10 6 χρόνια δικτύου Παγετώνες (κύκλος ελλειπτικότητας) χρόνια Κυκλος υπόγειου χρόνια Σχηµατισµός νερού (κύκλος άξονα περιστροφής Γης) εδάφους ιάβρωση Μεταβολές εδάφους χρόνια (κύκλοςπεριηλίου) CO 1 αιώνας Υπερετήσιες µεταβολές Κύκλος επιφανειακού νερού1 έτος Εποχιακές µεταβολές 1 µήνας Αντικυκλώνες 1 εβδοµάδα Τυφώνες 1 d Μεταγωγικές καταιγίδες Πληµµύρες Νεφοστρόβιλος 1 h ιαπνοή φυτών Μεταγωγή 1 min Τύρβη Γεωφυσικές διεργασίες και χαρακτηριστικές κλίµακες Συντέθηκε µε βάση στοιχεία των: McIlveen (199, σσ. 7, 96) Oke (1987, σσ. 3-5) U.S. Committee on Opportunities in the Hydrological Sciences (1991) Υδρολογικό ισοζύγιο ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΚΑΙ ΕΤΗΣΙΑ ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ 40 m 3 *10 6 ΠΛΗΜΜΥΡΑ 1 ΗΜΕΡΩΝ ΟΓΚΟΣ: 4 m 3 *10 6 ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ ΑΠΟ ΛΙΜΝΗ ΓΙΑ Υ ΡΕΥΣΗ-ΑΡ ΕΥΣΗ 180 m 3 *10 6 ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΙΑΦΥΓΕΣ ΛΕΚΑΝΗΣ 80 m 3 *10 6 ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ 0 m 3 *10 6 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΑΠΟΡΡΟΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ 190 m 3 *10 6 ΕΞΑΤΜΙΣΗ ΛΙΜΝΗΣ 30 m 3 *10 6 ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗ ΛΕΚΑΝΗΣ 150 m 3 *10 6 1

22 Υδρολογικό ισοζύγιο ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΑΠΟΡΡΟΗ ΕΞΑΤΜΙΣΗ ΛΙΜΝΗΣ ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΣΤΑΘΜΗΣ- ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ-ΟΓΚΟΥ Στάθµη Επιφάνεια Όγκος (m) (km ) (m 3 x10 6 ) 6 16,6 35, , , ,7 86, , ,4 3, ,8 341, , 360,3 ΣΤΑΘΜΗ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΙΑΦΥΓΕΣ ΟΓΚΟΣ ΝΕΚΡΟΣ ΟΓΚΟΣ ΣΤΑΘΜΗ ΘΑΛΑΣΣΑΣ ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ ΓΙΑ Υ ΡΕΥΣΗ, ΑΡ ΕΥΣΗ Υδρολογικές Μεταβλητές ΑΠΟΡΡΟΗ (Πρωτεύουσα υδρολογική πληροφορία) ΒΡΟΧΗ ΕΞΑΤΜΙΣΗ (Θερµοκρασία, Υγρασία, Ταχύτητα ανέµου, Ηλιοφάνεια) ΜΕΓΕΘΗ Στιγµιαία Αθροιστικά Μέσου όρου Βασικοί στόχοι Υδρολογίας Μέτρηση-εκτίµησηυδατικούδυναµικούκαιαναγκών (όγκοςταµιευτήρων, ύδρευση, άρδευση) Εκτίµησηπληµµυρών (αποχέτευση, υπερχειλιστές, διευθετήσεις) Βασικές µετατροπές Βροχόπτωση: ύψος X επιφάνεια = όγκος Παροχή: όγκος/χρόνο Χ χρόνο = όγκος

23 Κατακρηµνίσεις 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 ιαφορετικό µηχανισµό γέννησης και µικρότερη σηµασία για την υδρολογία έχουν οι υδρολογικές αποθέσεις που περιλαµβάνουν τη δρόσο, τη πάχνη, τη βρέχουσα οµίχλη και την αχλύ. Πίεση υδρατµών, e ή e * (hpa) ΦΥΣΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΕΩΝ ΣΧΕΣΗΠΙΕΣΗΣΥ ΡΑΤΜΩΝ, ΠΙΕΣΗΣΚΟΡΕΣΜΟΥ, ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ, ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΣΗΜΕΙΟΥ ΡΟΣΟΥ Τελική κατάσταση T = 1.1 o C (σηµείο δρόσου) e * = 5 hpa, e = 5 hpa U = 100% ea = eb = eγ = 5 hpa Ενδιάµεση κατάσταση T = 8 o C e * = 38.8 hpa, e = 5 hpa U = 66.1% Αρχική κατάσταση T = 35 o C e * = 56. hpa, e = 5 hpa U = 44.5% Γ B A Θερµοκρασία, T ( o C) 3

24 ΦΥΣΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΕΩΝ ΣΧΕΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ-ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΕΩΝ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ ΣΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΧΩΡΟ Απεικόνιση της επιφάνειας µέσης ετήσιας βροχόπτωσης, µε την µέθοδο της ψηφιδωτής διαµέρισης. Ηεπιφάνεια καταρτίστηκε µε βάση τις ισοϋέτιες καµπύλες της ΕΗ για την περίοδο Τοµέας Υδατικών Πόρων 4

25 ΜΕΤΡΗΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ (Συµβατικός τρόπος) ΒΡΟΧΟΓΡΑΦΟΣ ΤΑΙΝΙΕΣ ΒΡΟΧΟΓΡΑΦΟΥ 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 ιαδίκτυο Πρωτογενείς µετρήσεις σε πραγµατικό χρόνο Επεξεργασµένες ιστορικές χρονοσειρές 5

26 ΜΕΤΡΗΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ Μετεωρολογικό radar Μη ρυθµισµένο πεδίο βροχής Πεδίο βροχής ρυθµισµένο µε επίγεια βροχόµετρα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ ΣΤΑΘΜΟΥ Β (mm) ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΣΤΑΘΜΩΝ Β ΚΑΙ Α (ΒΡΟΧΗ Β) = 1.05*(ΒΡΟΧΗ Α) ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗΣ: ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ ΣΤΑΘΜΟΥ A (mm) 6

27 Μέθοδος σταθµισµένων αντίστροφων αποστάσεων (ΣΑΑ) H παρεµβολή γίνεται µε βάση τη σχέση: όπου : h Ν h 1, h, h 3,...,h N d 1, d, d 3,...,d N k h= k k d1 d h1 + h + + N... d d N n= 1 k n n= 1 k n η τιµή της µεταβλητής στη ζητούµενη θέση o αριθµός των σηµείων που συµµετέχουν οισηµειακέςµετρήσειςστασηµεία 1,, 3,, N οιαποστάσειςτουκυττάρουαπότασηµεία 1,, 3,, N ο συντελεστής επιρροής της απόστασης N d n= 1 k N d k n h N Η τιµή του εκθέτη k συνήθως λαµβάνεται 1 ή [ingman, 1994]. ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟ Ο ΣΑΑ AB Β ΒΓ ΒΗ ΒΕ Βθ ΒΖ ΑΒ ΓΒ Β ΕΒ ΖΒ AB ΗΒ ΘΒ = * P + * P + * P + * P + * P + * P + * P + * P B A Α Γ Ε Ζ Η Θ P 1 = ΑΒ 1 + ΓΒ 1 + Β 1 + ΕΒ 1 + ΖΒ 1 + ΗΒ 1 + ΖΒ 1 Ρ: βροχόπτωση σε mm : απόσταση µεταξύ σταθµών σε m 7

28 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Κατηγορίες µεθόδων ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ Αριθµητικός µέσος Πολύγωνα Thiessen ύοάξονες (Bethlahmy s) Υψοµετρική µέθοδος ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (ισοπληθείς καµπύλες) ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (ψηφιδωτή διαµέριση) Βέλτιστηςπαρεµβολής (kriging) Ελάχιστων τετραγώνων µε πολυώνυµα Πολυωνύµων Langrange Παρεµβολής spline Πολυτετραγωνικής παρεµβολής Σταθµισµένωναντίστροφωναποστάσεων (ΣΑΑ) ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ Πολύγωνα Thiessen (1911) Πιτσιωτά Τρίλοφο Καρπενήσι Νεοχώρι Ζηλευτό Σπερχειός Υπάτη Κρίκελλο ΓΕΦΥΡΑ ΚΟΜΠΟΤΑ ΩΝ Γραµµένη Οξυά Πυρά km Συκέα Πηγή: Κουτσογιάννηςκαι Ξανθόπουλος,

29 ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ ύο αξόνων Bethlahmys (1976) Υδροκρίτης Μέγιστος άξονας λεκάνης Σηµειακή µέτρηση 1 α1 α α3 3 Μεσοκάθετος µέγιστου άξονα Ποταµός Τιταρήσιος (Παραπόταµος Πηνειού) Γέφυρα Μεσοχωρίου Το βάρος της i µέτρησης δίδεται από τη σχέση: a i n i= 1 a i ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ Ισοπληθείς καµπύλες Νεοχώρι (1715.) 1600 Πιτσιωτά (153.0) Τρίλοφο (711.3) 600 Ζηλευτό (545.1) Μέσες ετήσιες ισοϋέτιες καµπύλες της λεκάνης ΣπερχειούανάντηΓ. Κοµποτάδων (Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 1997) Καρπενήσι (163.3) Κρίκελλο (1564.0) 1400 Γραµµένη Οξυά (111.0) Υπάτη (791.7) 1400 Πυρά (1669.3) Σπερχειός ΓΕΦΥΡΑ ΚΟΜΠΟΤΑ ΩΝ km Συκέα (1587.6) 9

30 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) ( ( ( ( ( ( ( ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΕΤΗΣΙΟ ΥΨΟΣ ΒΡΟΧΗΣ (mm) > 750 ( ( ( Λεκάνη Τιταρήσιου (ανάντη Γέφυρας Μεσοχωρίου) ( ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ 1000 ΥΨΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΓΩΓΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ (mm) α ΥΨΟΜΕΤΡΟ (m) µ = P + tanα *( z z ) λεκάνης P λεκάνης λεκάνης σταθµ ών 30

31 Εξάτµιση Εξάτµιση (evaporation): η µετατροπή του νερού από την υγρή στην αέρια φάση. ιαπνοή (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. υνητική 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. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΓΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΦΑΣΗΣ ΣΤΟ ΝΕΡΟ Απορρόφηση 80 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα τήξης Απορρόφηση 100 θερµίδων (calories) Απορρόφηση 540 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης Πάγος 1 gr 0 o C Νερό 1 gr 0 o C Νερό 1 gr 100 o C Υδρατµοί 1 gr 100 o C Απελευθέρωση 80 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα πήξης Απελευθέρωση 100 θερµίδων (calories) Απελευθέρωση 540 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα συµπύκνωσης 31

32 ιαθέσιµη ενέργεια εξάτµισης R n : Ολικήκαθαρήακτινοβολία R n = S n L n Λ+ Η S n : Καθαρήακτινοβολίαβραχέωνκυµάτων L n : Καθαρήακτινοβολίαµακρώνκυµάτων Η S n εξαρτάταιαπό: Τη ροή ηλιακής ενέργειας στο εξωτερικό όριο τηςατµόσφαιραςσεεπίπεδηεπιφάνεια S o Τη λευκαύγεια (albedo) Τη διάρκεια ηλιοφάνειας Το γεωγραφικό πλάτος Λ: Λανθάνουσαθερµότητα Η: Αισθητήθερµότητα Η L n εξαρτάταιαπό: Τη θερµοκρασία Την πίεση υδρατµών Τη διάρκεια ηλιοφάνειας S n µικροκυµατική ακτινοβολία n = (1 r)* S *(0.9*cosφ+ 0.55* ) kj Ν S n 0 m day σ L n µακροκυµατική ακτινοβολία 0.5 n *( * e )*( * ) kj Ν m day 4 L n = * Τκ Παράδειγµα ΜήναςΙούνιος, 40 ο Ν, T=18 o C, U=55%, n/n=0.81, r=0.06 S o =41700 kj/m /day, S n =600 kj/m /day, L n =7500 kj/m /day S o =48 w/m, S n =303 w/m, L n =87 w/m ΜΕΤΑΒΟΛΗΘΕΣΗΣΗΛΙΟΥ (γεωγραφικόπλάτος 40 ο ) 1 Μαρτίου Ηµέρα 80 (40 o N, 80,1) (40 o N, 17,1) (40 o N, 355,1) (40 o N, 355,17) W (40 o N, 80,18) (40 o N, 17,19) 1 Ιουνίου Ηµέρα 17 S N 1 εκεµβρίου Ηµέρα 355 (40 o N, 355, 8) E (40 o N, 80, 7) (40 o N, 17,6) Τούψοςκαιτοαζιµούθιοτου Ηλίου είναι συνάρτηση των Γεωγραφικόπλάτος Ηµέρας Ώρας της ηµέρας 3

33 Γωνία πρόσπτωσης ηλιακών ακτινών το µεσηµέρι, σε επίπεδη επιφάνειακαισεγεωγραφικόπλάτος 39 ο Ισηµερίες Γωνίαπρόσπτωσηςα: 90-39=51 o α 90 o 39 o Θερινό ηλιοστάσιο Γωνίαπρόσπτωσηςα: 90-(39-3.5)=73.5 o Χειµερινό ηλιοστάσιο Γωνίαπρόσπτωσηςα: 90-(39+3.5)=7.5 o α α 90 o 39 o 3.5 o 90 o 39 o 3.5 o ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΟΡΙΟΤΗΣΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ (W/m ) 33

34 ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ (ALBEO) Albedo (%) Σελήνη 6-8% Φρέσκο χιόνι 80-95% Γρασίδι 5-30% άσος 10-0% Καλλιέργειες 10-5% Άσφαλτος 5-10% Τσιµέντο 17-7% Σκούρα στέγη 8-18% Υδάτινα σώµατα 10-60% Εξαρτάται από το υψόµετρο του ηλίου Ανοικτή στέγη 8-18% Πέτρεςτούβλα 0-40% Η µέτρηση της εξάτµισης Όργανο: εξατµισίµετρο ιάφοροι τύποι λεκάνης, π.χ. λεκάνη τύπου Α, λεκάνη τύπου Colorado, λεκάνη GGI-3000, λεκάνη 0 m κτλ. Μετρούµενο µέγεθος: όχι η φυσική εξάτµιση Ε αλλά η προφανώς διαφοροποιηµένηεξάτµισηαπότοεξατµισίµετροε m. Εκτίµηση της φυσικής εξάτµισης από υδάτινο σώµα ή της εξατµοδιαπνοής της καλλιέργειας αναφοράς Ε = k E m όπου k ο συντελεστής εξατµισιµέτρου, κατά κανόνα µικρότερος από 1. Λόγωτηςαβεβαιότηταςωςπροςτηντιµήτου kκαιτηςσυχνής αναξιοπιστίας των µετρήσεων του εξατµισιµέτρου, κατά κανόνα είναι προτιµότερη η εκτίµηση της εξάτµισης ή εξατµοδιαπνοής µε εφαρµογή της µεθόδου Penman ή των τροποποιήσεών της. 34

35 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ (E) ΚΑΤΑ PENMAN U: σχετική υγρασία (%) Τ:θερµοκρασία ( o C) u :ταχύτηταανέµουσε ύψος m (m/sec) e s :πίεσηκορεσµούτωνυδρατµών = e s 17.7*T 6.11*.718 T hpa λ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ λ= * T Kkj / kg ΚΛΙΣΗ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ Υ ΡΑΤΜΩΝ 4098* e = s hpa o ( T ) C S n αλγεβρικό άθροισµα εισερχόµενης µείον ανακλώµενης µικροκυµατικής ακτινοβολίας n = (1 r)* S kj 0 *(0.9*cosφ+ 0.55* ) Ν m day S n F(u) ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΕΜΟΥ ( u) = 0.6*( * u kg ) m day F Rn γ E= * + * F( u)* + γ λ + γ Rn ΟΛΙΚΗ ΚΑΘΑΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Rn = Sn L kj n m day kg m day γ ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ γ = 0.67 hpa o C e: τάση υδρατµών e= e * U s hpa 100 καθαρή µακροκυµατική ακτινοβολία n σ * Τ *( * e )*( * ) kj Ν m day L n = κ L n ΕΛΛΕΙΜΑ ΚΟΡΕΣΜΟΥ Υ ΡΑΤΜΩΝ = e s e hpa r: ανακλαστικότητα εδάφους (αlbedo) 0<r<1 φ:γεωγραφικό πλάτοςτηςθέσης ( o ) So: ακτινοβολία βραχέων κυµάτων kj στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας m day Εκτιµάται (Πίνακας 3.1) µε βάση το µήνα και το γεωγραφικό πλάτος n: πραγµατική ηλιοφάνεια (hr) Ν: δυνητική ηλιοφάνεια (hr) Εκτιµάται (Πίνακας 3.) µε βάση το µήνα και το γεωγραφικό πλάτος σ:σταθερά Stefan-Bolzmann σ = 4.9*10 6 Τ κ :θερµοκρασίασε Kelvin Τ = T + 73 Kelvin κ kj m k 4 day 35

36 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ (E) ΚΑΤΑ PENMAN-MONTEITH U: σχετική υγρασία (%) Τ:θερµοκρασία ( o C) u :ταχύτηταανέµουσε ύψος m (m/sec) e s :πίεσηκορεσµούτωνυδρατµών = e s 17.7*T 6.11*.718 T hpa λ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ λ= * Τ kj/kg ΚΛΙΣΗ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ Υ ΡΑΤΜΩΝ 4098* e = s hpa o ( T ) C S n αλγεβρικό άθροισµα εισερχόµενης µείον ανακλώµενης µικροκυµατικής ακτινοβολίας n = (1 r)* S kj 0 *(0.9*cosφ+ 0.55* ) Ν m day S n F(u) ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΑΝΕΜΟΥ 90 F( u) = * u kg T+ 73 m day ' Rn γ E= * + * F( u)* ' ' + γ λ + γ Rn ΟΛΙΚΗ ΚΑΘΑΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Rn = Sn L kj n m day kg m day γ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΟΣ ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ' γ = 0.67 *( * u) hpa o C e: τάση υδρατµών e= e * U s hpa 100 καθαρή µακροκυµατική ακτινοβολία n σ * Τ *( * e )*( * ) kj Ν m day L n = κ L n ΕΛΛΕΙΜΑ ΚΟΡΕΣΜΟΥ Υ ΡΑΤΜΩΝ = e s e hpa r: ανακλαστικότητα εδάφους (αlbedo) 0<r<1 φ:γεωγραφικό πλάτοςτηςθέσης ( o ) So: ακτινοβολία βραχέων κυµάτων kj στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας m day Εκτιµάται (Πίνακας 3.1) µε βάση το µήνα και το γεωγραφικό πλάτος n: πραγµατική ηλιοφάνεια (hr) Ν: δυνητική ηλιοφάνεια (hr) Εκτιµάται (Πίνακας 3.) µε βάση το µήνα και το γεωγραφικό πλάτος σ:σταθερά Stefan-Bolzmann σ = 4.9*10 6 Τ κ :θερµοκρασίασε Kelvin Τ = T+ 73 Kelvin κ kj m k 4 day Ψηφιακό µοντέλο εδάφους ιάστασηκανάβου: 00x00 m Αριθµός pixels: 457 Μέσο υψόµετρο: 66 m 36

37 Ετήσια κατανοµή δυνητικής ηλιακήςακτινοβολίας (W/m ) 50 AREA (%) < >400 POTENTIAL RAIATION (W/m ) W/m Calculated mean: 33 Expected mean: >400 Παροχή 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 (1981) όσο και ο International Standards Organization (1983) 37

38 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ Υ ΑΤΟΡΕΥΜΑΤΟΣ 1. Συνεχής µέτρηση στάθµης (σταθµήµετρο, σταθµηγράφος). Περιστασιακή µέτρηση παροχής 3. Κατάρτιση καµπυλών στάθµης-παροχής 4. Επέκταση καµπύλης στάθµης-παροχής 5. Εκτίµηση παροχών 6. ιόρθωση παροχών (Stout) ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΤΑΘΜΗΣ Τυπική εγκατάσταση σταθµηγράφου Σταθµηγράφος Αντίβαρο Σταθµήµετρο Πλωτήρας Φρεάτιο Σωλήνες επικοινωνίας 38

39 ΜΕΘΟ ΟΙ 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 Ηπαροχήεκτιµάταιµεβάσητοπεδίοταχυτήτωνκαιτοεµβαδόντηςυγρής διατοµής Μέτρηση µε τη µέθοδο διαλυµάτων ιαχέεται 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 ΠΕ ΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ Τυπική κατανοµή ταχυτήτων σε κατακόρυφη διατοµή υδατορεύµατος Απόσταση απ' την επιφάνεια προς συνολικό βάθος Ελεύθερη επιφάνεια νερού Σηµειακή ταχύτητα προς µέση ταχύτητα u = u 0. + u 0.8 u = u u 0. + u

40 ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕ ΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ KAI ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΑΡΟΧΗΣ Συνολική παροχή: Q i = = N q i i= 1 Παροχή νοητού τµήµατος: q i = v A i i Μέτρηση στο 0.6 τουβάθους v i =u 0.6 Μέτρηση στο 0. και 0.8 του βάθους v i =(u 0. +u 0.8 )/ Εµβαδόν νοητού τµήµατοςα i Μέτρηση στο 0., 0.4 και 0.8 του βάθους v i = u 0.6 / + (u 0. +u 0.8 )/4 ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕ ΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ KAI ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΑΡΟΧΗΣ ιαστάσεις Μέτρηση πεδίου ταχυτήτων (9/1/003) Στάθµη:.55 m Εµβαδόν: 7.81m Βρεχόµενηπερίµετρος: 16.7 m Υδραυλικήακτίνα: m Μετρηµένηπαροχή: m 3 /s Συντελεστής τραχύτητας: n= ή K=59 40

41 Υ ΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ Παραδείγµατα Γεφυρα Μεσοχωρίου (Τιταρήσιος) Θέση Αµυγδαλιά (Πηνειός) ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΤΑΘΜΗΣ 41

42 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ Μυλίσκος και σύστηµα ανάρτησης ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Υ ΡΟΜΕΤΡΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ Καµπύλες στάθµης-παροχής(θέση Αχλαδόκαστρο-ποταµός Εύηνος) Q = C (h a) N Στάθµη, h (m) (α) Μετρήσεις Καµπύλη ελάχιστων τετραγώνων Παροχή, Q (m 3 /s) log Q = log C + N log (h a) Στάθµη, h (m) 10 1 (β) 0.1 Μετρήσεις Καµπύλη ελάχιστων τετραγώνων Παροχή, Q (m 3 /s) 4

43 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΛΛΕΙΜΑΤΩΝ Έντασηβροχόπτωσης, i (mm/hr) Πληµµυρικός όγκος V=A*Σ(i-φ)* t A: Έκτασηλεκάνης είκτης φ Χρόνος (hr) Παροχή, Q (m 3 /s) Πληµµυρικός όγκος V=ΣQ* t Βασική ροή Χρόνος (hr) ΙΗΘΗΣΗ ιήθηση 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 Ηδιήθησηείναισηµαντικήυδρολογικήσυνιστώσααφούεπηρεάζει: την επιφανειακή απορροή την εξατµισoδιαπvoή και κατά συνέπεια το βιολογικό κύκλο των φυτών την επαναφόρτιση των υδροφορέων τη µεταφορά διαλυµένων ουσιών στο έδαφος Ορυθµόςδιήθησηςείναιµεταβλητός, στοχώροκαιτοχρόνοκαιεξαρτάταιαπό: 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 43

44 ΣΤΑ ΙΑ ΙΗΘΗΣΗΣ 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 Μετάτοτέλοςτηςβροχόπτωσης, ηδιήθησηστηνεπιφάνειατουεδάφουςσταµατά, 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 ΙΗΘΗΣΗ ιάρκεια βροχόπτωσης Ένταση βροχής Παρεµπόδιση από φυτοκάλυψη Υετόγραµµα Κατακράτηση από επιφανειακές κοιλότητες f 0 ιήθηση από επιφανειακές κοιλότητες Καµπύλη διήθησης f= f + (f f ) exp( kt) c 0 c f c Χρόνος 44

45 Βιβλιογραφία Κουτσογιάννης,., καιθ. Ξανθόπουλος, ΤεχνικήΥδρολογία, Έκδοση 3, 418 σελίδες, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Κουτσογιάννης,., ΣηµειώσειςΥδροµετεωρολογίας -Μέρος 1, Έκδοση, 157 σελίδες, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, Κουτσογιάννης,., Ν. Μαµάσης, καια. Τέγος, Υδροµετεωρολογικάζητήµαταστην αρχαίαελληνικήεπιστήµηκαιφιλοσοφία, ΗΟικο-νοµίατουΝερού, επιµέλειαη. ΕυθυµιόπουλοςκαιΜ. Μοδινός, Ύδρα, ΕλληνικάΓράµµατα, Zarkadoulas, N.,. Koutsoyiannis, N. Mamassis, and S.M. Papalexiou, Climate, water and health in ancient Greece, European Geosciences Union General Assembly 008, Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, Vienna, 1006, European Geosciences Union, Mamassis, N., V. Kanellopoulos, and. 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,