Τεχνική Υδρολογία - Αντιπλημμυρικά Έργα

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Τεχνική Υδρολογία - Αντιπλημμυρικά Έργα"

Ἥβη Κοσμόπουλος
9 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΤΕΙ-Αθήνας Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών ΤΕ & Μηχανικών Τοπογραφίας και Γεωπληροφορικής ΤΕ Τεχνική Υδρολογία - Αντιπλημμυρικά Έργα Διδάσκων: Ιωάννης Συμπέθερος Καθηγητής Εαρινό Εξάμηνο Σχ. Έτους

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο Πίνδαρος περιγράφει με θαυμαστή πληρότητα την πρωταρχική σημασία του νερού στη βιόσφαιρα: «άριστον μεν ύδωρ». Η κυρίαρχη φυσική λειτουργία της Γης που εξασφαλίζει το συνεχή εφοδιασμό της βιόσφαιρας με νερό είναι ο υδρολογικός κύκλος: η αέναη κίνηση του νερού ανάμεσα στους ωκεανούς, την ατμόσφαιρα και την ξηρά που συνοδεύεται και από αλλαγές ανάμεσα στην υγρή, την αέρια και τη στερεή φάση του. Υδρολογία: Η επιστήμη που ασχολείται με το όλο πλαίσιο της φυσικής κίνησης του νερού της γης. Κατά τη Διεθνή Υδρολογική Δεκαετία ( ) που οργανώθηκε από το Ο.Η.Ε., έγινε δεκτός ο ακόλουθος ορισμός: Υδρολογία 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 τα έμβια όντα. Το γνωστικό πεδίο της υδρολογίας καλύπτει την όλη ιστορία της παρουσίας του νερού στη Γη.

ξηρά που συνοδεύεται και από αλλαγές ανάμεσα στην υγρή, την αέρια και τη στερεή φάση του. Υδρολογία: Η επιστήμη που ασχολείται με το όλο πλαίσιο της φυσικής κίνησης του νερού της γης.

3 Η υδρολογία είναι μια γεωεπιστήμη (όπως είναι η γεωλογία, η ωκεανογραφία, η επιστήμη της ατμόσφαιρας κτλ.) αφού ασχολείται με το νερό της Γης και όχι Αφαιρετικά με το νερό ως ουσία ή ως ρευστό. Η συνηθέστερη διάκριση κλάδων της υδρολογίας βασίζεται στον τρόπο και το στόχο της προσέγγισης του αντικειμένου. Ο κλάδος της υδρολογίας που έχει κύριο στόχο την κατανόηση των υδρολογικών διεργασιών, των φαινομένων που συνδέονται με αυτές, των νόμων που τις διέπουν και των μηχανισμών που τις κατευθύνουν είναι συχνά γνωστός με τον όρο υδρολογική επιστήμη (hydrologic science) ή φυσική υδρολογία (physical hydrology), ενώ πολύ κοντινός είναι ο όρος περιβαλλοντική υδρολογία (environmental hydrology). Σε αντιδιαστολή, ο κλάδος της υδρολογίας που έχει στόχο την ποσοτική εκτίμηση και πρόγνωση των υδρολογικών μεγεθών είναι γνωστός και ως τεχνική υδρολογία (engineering hydrology) ή εφαρμοσμένη υδρολογία (applied hydrology), εντάσσεται στην περιοχή των επιστημών του μηχανικού και εστιάζεται στη μελέτη των χερσαίων υδρολογικών διεργασιών.

Ο κλάδος της υδρολογίας που έχει κύριο στόχο την κατανόηση των υδρολογικών διεργασιών, των φαινομένων που συνδέονται με αυτές, των νόμων που τις διέπουν και των μηχανισμών που τις κατευθύνουν είναι

4 Σήμερα η τεχνική υδρολογία υποστηρίζει την ευρύτερη επιστημονική και τεχνολογική περιοχή της τεχνολογίας και διαχείρισης υδροσυστημάτων (hydrosystems engineering and management): πρόκειται για συστήματα που αποτελούνται από συνδυασμό φυσικών υδάτινων σωμάτων (ποταμών, λιμνών, υπόγειων υδροφορέων) και υδραυλικών έργων, δηλαδή τεχνικών έργων, συνήθως μεγάλης κλίμακας, που αποσκοπούν τόσο στην αξιοποίηση του νερού ως φυσικού πόρου όσο και στην προστασία από την καταστροφική δράση του νερού (πλημμύρες κτλ.) ως φυσικού κινδύνου. Ένας δεύτερος τρόπος διάκρισης κλάδων της υδρολογίας στηρίζεται στην εξειδίκευση του χώρου στον οποίο συμβαίνουν τα υδρολογικά φαινόμενα: Επιφανειακή υδρολογία (surface hydrology) ασχολείται με τα επιφανειακά νερά, Υπόγεια υδρολογία (subsurface or groundwater hydrology) ασχολείται με τα υπόγεια νερά. Η σκοπιμότητα αυτής της διάκρισης βρίσκεται στις έντονες διαφορές της κινητικής και δυναμικής συμπεριφοράς των επιφανειακών και υπόγειων νερών.

στην αξιοποίηση του νερού ως φυσικού πόρου όσο και στην προστασία από την καταστροφική δράση του νερού (πλημμύρες κτλ.) ως φυσικού κινδύνου.

5 Ένας τελευταίος τρόπος διάκρισης επιστημονικών κλάδων της (τεχνικής) υδρολογίας στηρίζεται στη μεθοδολογική προτίμηση της ακολουθούμενης προσέγγισης: Στατιστική υδρολογία (statistical hydrology) αξιοποιεί μεθόδους της θεωρίας πιθανοτήτων και στατιστικής προκειμένου να οδηγηθεί σε ποσοτική εκτίμηση και πρόγνωση μεγεθών. Στοχαστική (ή επιχειρησιακή) υδρολογία (stochastic or operational hydrology) - αξιοποιεί μεθόδους της θεωρίας στοχατικών ανελίξεων προκειμένου να προσομοιώσει μαθηματικά τη χρονική εξέλιξη των υδρολογικών μεταβλητών και τη συμπεριφορά σύνθετων υδροσυστημάτων.

7 Η έννοια του υδρολογικού κύκλου και του υδατικού ισοζυγίου Το νερό: Οι φυσικές διεργασίες του υδρολογικού κύκλου εξατμίζεται από την θάλασσα και την ξηρά, ανεβαίνοντας κατακόρυφα, υπό μορφή υδρατμών, στην ατμόσφαιρα, αλλά και κινούμενο οριζόντια υπό την επίδραση των ανέμων, διαπνέεται από τα δέντρα και τη βλάστηση, οδηγούμενο και πάλι στην ατμόσφαιρα υπό μορφή υδρατμών, συμπυκνώνεται στην ατμόσφαιρα, σχηματίζοντας σύννεφα, κατακρημνίζεται από την ατμόσφαιρα στη θάλασσα και την ξηρά, σε διάφορες μορφές (βροχή, χιόνι, χαλάζι), κατακρατείται από τα δέντρα, τη βλάστηση και το έδαφος, διηθείται στο έδαφος εμπλουτίζοντάς το με εδαφική υγρασία, επαναφορτίζει τους ταμιευτήρες υπόγειου νερού, απορρέει επιφανειακά, σχηματίζοντας ρέματα και ποτάμια και καταλήγοντας τελικά στη θάλασσα, απορρέει υπόγεια, μέσω των πόρων και ρωγμών των γεωλογικών σχηματισμών, και είτε εκφορτίζεται επιφανειακά μέσω των πηγών, είτε εκρέει προς τη θάλασσα.

ατμόσφαιρα, σχηματίζοντας σύννεφα, κατακρημνίζεται από την ατμόσφαιρα στη θάλασσα και την ξηρά, σε διάφορες μορφές (βροχή, χιόνι, χαλάζι), κατακρατείται από τα δέντρα, τη βλάστηση και το έδαφος,

10 ΥΔΡΟΚΡΙΤΗΣ Η νοητή γραμμή που συνδέει τα ψηλότερα σημεία των υψωμάτων της επιφάνειας του εδάφους και διαχωρίζει τη ροή των όμβριων υδάτων.

11 ΥΔΡΟΚΡΙΤΗΣ

12 ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Η περιοχή της επιφάνειας της γης που περικλείεται από τον υδροκρίτη Το όριο μεταξύ δύο γειτονικών λεκανών απορροής υδροκρίτης Στην περιοχή αυτή συγκεντρώνονται τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα, που στη συνέχεια καταλήγουν σε ένα κεντρικό σύστημα απομάκρυνσής τους. Το σύστημα αυτό μπορεί να είναι ένα ποτάμι, που καταλήγει στη θάλασσα, ένας χείμαρρος ή μία λίμνη όπου το νερό συγκεντρώνεται και εξατμίζεται ή απορροφάται από το έδαφος. Για λόγους διευκόλυνσης (σε κατανεμημένα μοντέλα) η λεκάνη υποδιαιρείται σε επιμέρους υπολεκάνες

13 ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Κάναβος υψομέτρου (m) > 2400

15 ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ Το σύνολο των επιφανειακών υδατορευμάτων (ποταμών [μόνιμη ροή], χειμάρρων [παροδική (εφήμερη) ροή] κτλ.) που συνδέονται μεταξύ τους δημιουργώντας συγκεκριμένους τύπους απορροής. Ο τρόπος σύνδεσης των υδατορευμάτων και ο τύπος απορροής είναι αποτέλεσμα του συνδυασμού των νόμων της κίνησης των ρευστών και των γεωλογικών χαρακτηριστικών της περιοχής επί της οποίας κινούνται.

) που συνδέονται μεταξύ τους δημιουργώντας συγκεκριμένους τύπους απορροής.

16 ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ

17 ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ Υδροκρίτης Υδρογραφικό Δίκτυο Λεκάνη Απορροής

18 Συνιστώσες Υδρολογικού Κύκλου Κατακρήμνιση (βροχή χιόνι χαλάζι) Εξάτμιση Διαπνοή Εξατμισοδιαπνοή / Εξατμοδιαπνοή Κατακράτηση / Παρεμπόδιση Διήθηση Απορροή (επιφανειακή υπόγεια)

19 ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ Η μαθηματική έκφραση του υδρολογικού κύκλου μιας λεκάνης απορροής αποτελεί το υδρολογικό (ή υδατικό) της ισοζύγιο. Για δεδομένη λεκάνη απορροής η εξίσωση της διαφοράς μεταξύ των εκροών και των εισροών με το ρυθμό αλλαγής της αποθήκευσης του νερού στη λεκάνη, σε καθορισμένο χρόνο, εκφράζει το υδατικό ισοζύγιο της λεκάνης. Εισροές Εκροές = Μεταβολή της αποθήκευσης

Για δεδομένη λεκάνη απορροής η εξίσωση της διαφοράς μεταξύ των εκροών και των εισροών με το

20 ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ Εισροές Κατακρήμνιση (βροχόπτωση, χιονόπτωση, χαλάζι) Εκροή ανάντη λεκάνης Εκροές Απορροή (επιφανειακή, ενδιάμεση, υπόγεια) Εξάτμιση Διαπνοή Διήθηση Απολήψεις Αποθήκευση Επιφανειακή (πάνω στο έδαφος, σε υδατορεύματα και ταμιευτήρες) Υπεδάφια (στη ριζική ζώνη) Υπόγεια (υδροφορείς) Παρεμπόδιση/κατακράτηση (από βλάστηση, κτίρια)

Απολήψεις Αποθήκευση Επιφανειακή (πάνω στο έδαφος, σε υδατορεύματα και ταμιευτήρες)

21 Υδρολογικό Ισοζύγιο Ταμιευτήρα ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗ ΛΙΜΝΗΣ ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΣΤΑΘΜΗ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΔΙΑΦΥΓΕΣ ΟΓΚΟΣ ΝΕΚΡΟΣ ΟΓΚΟΣ ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ ΓΙΑ ΥΔΡΕΥΣΗ, ΑΡΔΕΥΣΗ ΣΤΑΘΜΗ ΘΑΛΑΣΣΑΣ

22 Μονάδες μέτρησης Υδρολογικών Μεταβλητών Κατακρήμνιση Εξάτμιση Διήθηση Απορροή Ύψος [mm] Ένταση [mm/h] Ύψος [mm] Ρυθμός [mm/d, mm/m, mm/y] Ύψος [mm] Ρυθμός [mm/h] Παροχή [m 3 /sec] Όγκος [m 3 ] Ισοδύναμο ύψος [mm] Ισοδύναμα mm στη λεκάνη απορροής

23 Μονάδες μέτρησης Υδρολογικών Μεταβλητών!!! Κοινές μονάδες κατά τον υπολογισμό ισοζυγίου h [mm] A [km 2 ] V [m 3 ] Q [m 3 /sec] t V [m 3 στην επιθυμητή μονάδα χρόνου]

24 Εξίσωση υδατικού ισοζυγίου Η εφαρμογή της εξίσωσης διατήρησης της μάζας σε ένα δεδομένο (με καθορισμένα γεωμετρικά όρια) όγκο αναφοράς οδηγεί στην εξίσωση υδατικού ισοζυγίου: σε οποιοδήποτε χρονικό διάστημα, το αλγεβρικό άθροισμα των διακινήσεων και των διαφορών αποθήκευσης στον όγκο αναφοράς είναι ίσο με μηδέν. ΔS = P- R- G E T ΔS= μεταβολή στην αποθηκευτικότητα μιας λεκάνης, P= ποσότητα νερού που πέφτει με τη μορφή κατακρήμνισης, R= ποσότητα νερού που απορρέει επιφανειακά, G= ποσότητα νερού που απορρέει υπόγεια, E= ποσότητα νερού που εξατμίζεται στην ατμόσφαιρα, Τ= ποσότητα νερού που διαπνέεται από τα φυλλώματα της βλάστησης.

34 Κατακρημνίσματα Περιγράφονται οι μορφές των κατακρημνισμάτων, τα όργανα μέτρησης αυτών, η βασική επεξεργασία της σημειακής βροχομετρικής πληροφορίας (ομοιογενοποίηση, συμπλήρωση ελλείψεων, υψομετρική αναγωγή) και οι μέθοδοι εκτίμησης της επιφανειακής βροχόπτωσης.

39 2.6 Εγκατάσταση Δικτύων Σημειακών Μετρήσεων Η εγκατάσταση ενός οργάνου σημειακής μέτρησης, έστω και απλού βροχομέτρου, αποτελεί στην πραγματικότητα εγκατάσταση ενός μετρητικού σταθμού. Οι επιλογές των οργάνων των σταθμών, της πυκνότητάς τους ανά ευρύτερες περιοχές και των θέσεων εγκατάστασής τους, αποτελούν αντικείμενο ειδικής μελέτης και εξαρτώνται κυρίως από γεωμορφολογικούς και κλιματικούς παράγοντες, καθώς επίσης και από τη χρήση βροχομετρικών δεδομένων. Όσο πυκνότερο είναι το δίκτυο, τόσο αντιπροσωπευτικότερο είναι για την επιφανειακή βροχόπτωση. Ανομοιομορφίες όσον αφορά στη γεωμορφολογία απαιτούν πυκνότερο δίκτυο. Το κόστος εγκατάστασης, συντήρησης και η εύκολη ή μη προσβασιμότητα του παρατηρητή, είναι παράγοντες που λαμβάνονται υπόψη. Σε γενικές γραμμές, τα λάθη μέτρησης της βροχής αυξάνονται με το ύψος της επιφανειακής βροχόπτωσης και μειώνονται με την άυξηση της πυκνότητας του δικτύου, τη διάρκεια της βροχής και το μέγεθος της επιφάνειας.

40 2.6 Εγκατάσταση Δικτύων Σημειακών Μετρήσεων Μεγαλύτερες αποκλίσεις παρατηρούνται σε επίπεδο επεισοδίου βροχής, απότι σε επίπεδο μήνα, εποχής ή έτους και κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου. Για την περιγραφή της επιφανειακής βροχόπτωσης το καλοκαίρι απαιτείται 2-3 φορές πυκνότερο δίκτυο απότι το χειμώνα.

Σχετικά έγγραφα

ΤΕΧΝΙΚΗ Υ ΡΟΛΟΓΙΑ. Εισαγωγή στην Υδρολογία. Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων

ΤΕΧΝΙΚΗ Υ ΡΟΛΟΓΙΑ. Εισαγωγή στην Υδρολογία. Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων ΤΕΧΝΙΚΗ Υ ΡΟΛΟΓΙΑ Εισαγωγή στην Υδρολογία Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων ιάρθρωση του µαθήµατος Εισαγωγή στην Υδρολογία Κατακρηµνίσεις