Πλημμύρες & αντιπλημμυρικά έργα

Transcript

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

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

3 Υδρολογικός σχεδιασμός και αντιπλημμυρικά έργα Νίκος Μαμάσης Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων Αθήνα 214

4 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: Υδρολογικός σχεδιασμός και αντιπλημμυρικά έργα Κατάρτιση υετογράμματος Συνθετικό μοναδιαίο υδρογράφημα Εκτίμηση πλημμυρογραφήματος Μέτρα αντιμετώπισης πλημμυρών Διαχείριση κινδύνων πλημμύρας 4

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

6 Ένταση βροχής, Υψος βροχής i (mm) mm/hr ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΗΣ ΑΙΧΜΗΣ 1. Επιλογή περιόδου επαναφοράς 2. Κατασκευή ομβρίων καμπυλών Στάθμη πλημμύρας για Τ=1 έτη Στάθμη πλημμύρας για Τ=1 έτη Συνήθης στάθμη h a* t i a* t b b 1 1 i=a*t b T=2 T=1 T=5 T=2 T=1 T=5 T= hr) Διάρκεια βροχής, t hr Σχήμα 2: Λεκάνη απορροής 3. Εκτίμηση χαρακτηριστικών λεκάνης Έκταση : Α km 2 Συντελεστής απορροής: Χρόνος c συγκέντρωσης: t (hr) 4. Εκτίμηση έντασης βροχής για το χρόνο συρροής: i c (mm/hr)=α*t b-1 5. Εκτίμηση παροχής αιχμής Q (m 3 /s)=.278*c* i c *A 6

7 ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ (1/2) Περίοδοι επαναφοράς (έτη) για αντιπλημμυρικά έργα ΑΓΩΓΟΙ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΔΡΟΜΩΝ Μικρής κυκλοφορίας (5-1) Μεσαίας κυκλοφορίας (1-25) Μεγάλης κυκλοφορίας (5-1) ΓΕΦΥΡΕΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΔΡΟΜΩΝ Δευτερεύον (1-5) Πρωτεύον δίκτυο (5-1) ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΕΚΤΑΣΕΩΝ (5-5) ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗ ΠΟΛΕΩΝ Μικρές πόλεις (2-25) Μεγάλες πόλεις (25-5) ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΑ Μικρής (5-1) Μεσαίας (1-25) Μεγάλης κυκλοφορίας (5-1) ΑΝΑΧΩΜΑΤΑ Σε αγροτικές εκτάσεις (2-5) Σε πόλεις (5-2) 7

8 ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ (2/2) Περίοδοι επαναφοράς (έτη) για φράγματα ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ (χωρίς πιθανότητα απώλειας ζωής) Μικρά Μεσαία Μεγάλα 5-1 >1 5-1%* ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΜΕΣΑΙΑΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ (πιθανή απώλεια ζωής) ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΥΨΗΛΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ (υψηλή πιθανότητα απώλειας ζωών) >1 5-1%* 1%* 5-1%* 1%* 1%* * Στην περίπτωση αυτή η πλημμύρα σχεδιασμού εκτιμάται ως ποσοστό της τιμής η οποία προκύπτει από μεθόδους που βασίζονται στον υπολογισμό της πιθανής 8 μέγιστης κατακρήμνισης ή της μέγιστης πιθανής πλημμύρας

9 ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ (1/4) Η ορθολογική μέθοδος εφαρμόζεται συχνά στις υδρολογικές μελέτες για την εκτίμηση της πλημμυρικής αιχμής. Χρησιμοποιείται σε μικρές σχετικά υδρολογικές λεκάνες και βασίζεται στην αρχή ότι σε βροχές που παρουσιάζουν ομοιόμορφη ένταση και κατανομή στη λεκάνη, η μέγιστη απορροή εμφανίζεται όταν στην έξοδό της λεκάνης καταφθάσει το νερό από όλα τα σημεία της. Η ορθολογική μέθοδος εκφράζεται από την σχέση: Q =.278 * C * i * A όπου: Q (m 3 /sec): η αιχμή της απορροής C : ο συντελεστής απορροής i (mm/hr): η ένταση της βροχόπτωσης για το χρόνο συγκέντρωσης A (km 2 ) : η επιφάνεια της υδρολογικής λεκάνης Για να φτάσει η πλημμυρική παροχή την μέγιστη αιχμή, πρέπει ο χρόνος βροχόπτωσης πρέπει να είναι ίσος με τον χρόνο συγκέντρωσης της λεκάνης ώστε όλα τα σημεία της λεκάνης να συνεισφέρουν στην απορροής ταυτόχρονα. 9

10 ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ (2/4) Εμπειρικές σχέσεις χρόνου συγκέντρωσης t c (hr) A (km 2 ) L (km) ΔH (m) t c (min) L (m) S Giandotti t c =(4*A 1/2 +1.5*L)/(.8*ΔΗ.5 ) χρόνος συγκέντρωσης έκταση της λεκάνης το μήκος του κυρίου υδατορεύματος η διαφορά του μέσου υψομέτρου λεκάνης από το υψόμετρο στην έξοδο Kirpich t c =.1947*L.77 *S χρόνος συγκέντρωσης το μέγιστο μήκος διαδρομής του νερού στη λεκάνη η κλίση ανάμεσα στο υψηλότερο σημείο της λεκάνης και την έξοδο t c (hr) L (ft) H (ft) Soil Conservation Service (SCS) t c =L 1.15 /(77*Η.38 ) χρόνος συγκέντρωσης το μήκος του κυρίου υδατορεύματος η υψομετρική διαφορά μεταξύ του πλέον απομεμακρυσμένου σημείου της λεκάνης και της εξόδου 1

11 Ο συντελεστής απορροής εκτιμάται (σύμφωνα με την ΟΜΟΕ-ΑΣΥΕΟ, 22) από το άθροισμα των επιμέρους συντελεστών C1, C2, C3, C4 οι οποίοι εξαρτώνται αντίστοιχα από: 1. το ανάγλυφο της επιφάνειας της λεκάνης 2. τη διηθητικότητα του εδάφους ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ (3/4) Εκτίμηση του συντελεστή απορροής 3. την έκταση και την πυκνότητα της φυτοκάλυψης 4. την κλίση των πρανών και την αποθηκευτική ικανότητα σε χαμηλά σημεία της επιφάνειας της λεκάνης απορροής Οι τιμές των επιμέρους συντελεστών παρουσιάζονται στον επόμενο πίνακα (Πηγή: ΟΜΟΕ-ΑΣΥΕΟ, 22). Δεδομένου ότι οι τιμές του πίνακα ισχύουν για περιόδους επαναφοράς 5-1 έτη ο τελικός συντελεστής απορροής θα πρέπει να προσαυξάνεται κατά 1% για Τ=25 έτη, κατά 2% για Τ=5 έτη και κατά 25% για Τ=1 έτη παραμένοντας πάντως μικρότερος της μονάδας Δεδομένου ο συντελεστής απορροής εξαρτάται (εκτός από τους προηγούμενους παράγοντες) από την εδαφική υγρασία κατά την έναρξη της βροχής και την ένταση 11 της βροχόπτωσης συμπεραίνεται ότι δεν παραμένει σταθερός για την ίδια λεκάνη

12 C Τιμές Ακραίες Υψηλές Συνήθεις Χαμηλές 1,28,35 επικλινές, ανώμαλες επιφάνειες με μέσες κλίσεις >3% 2,12,16 με επηρεαζόμενο κάλυμμα εδάφους, είτε βραχώδες είτε μανδύας λεπτόκκοκου εδάφους αμελητέας διηθητικότητας 3,12,16 βλάστηση που δεν επηρεάζει, γυμνό ή πολύ αραιά κάλυψη 4,1,12 αμελητέες ταπεινώσεις εδάφους και αβαθείς, μικροί διάδρομοι αποστράγγισης, ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ (4/4) Εκτίμηση του συντελεστή απορροής,14,2 λοφώδες με μέσες κλίσεις 1 3 %,8,12 βραδείας διηθητικότητα, άργιλοι ή αβαθή παχιά εδάφη χαμηλής διηθητικότητας, ατελώς ή πολύ μικρής αποστραγγιστικότητας,8,12 πτωχή έως μέτρια, καθαρές καλλιέργειες ή πτωχής φυσικής κάλυψης, λιγότερο από 2% της αποχετευόμενης επιφάνειας με καλή κάλυψη,8,1 χαμηλή, καλά οριζόμενο σύστημα διαδρόμων αποστράγγισης, όχι λιμνάζοντα νερά ή τέλματα,14,2 κυματώδες με μέσες κλίσεις 5 1 %,6,8 κανονικής διηθητικότητας καλά αποστραγγιζόμενο μικρής ή μεσσίας μακροϋφής εδάφη, αμμώδη παχιά εδάφη, ίλυες και ιλυώδη εδάφη,6,8 μέτρια ως καλή περίπου 5% της επιφάνειας είναι καλή φυτική γη ή δασώδες, λιγότερο από 5% της επιφάνειες είναι καλλιέργειες,6,8 κανονική, σημαντικές επιφανειακές ταπεινώσεις, λιμνάζοντα νερά και τέλματα,8,14 σχετικά επίπεδο με μέσες κλίσεις 5 %,4,6 υψηλής διηθητικότητας βαθιά άμμος ή άλλο έδαφος που απορροφά το νερό, πολύ ελαφριά καλά αποστραγγιζόμενα εδάφη,4,6 καλή έως άριστη περίπου 9% της αποχετευόμενης επιφάνειας είναι καλή φυτική γη, δασώδες ή ισοδύναμης κάλυψης,4,6 υψηλή, αποθηκευτικότητα, σύστημα αποστράγγισης όχι καλά οριζόμενο, μεγάλος 12 αριθμός πλημμυριζόμενων

13 Αθροιστικό ποσοστό κατακρήμνισης (%) Ύψος κατακρήμνισης (mm) Αθροιστικό ποσοστό κατακρήμνισης (%) Ύψος κατακρήμνισης (mm) Αθροιστικό ποσοστό κατακρήμνισης (%) Ύψος κατακρήμνισης (mm) Αθροιστικό ποσοστό κατακρήμνισης (%) Ύψος κατακρήμνισης (mm) 1 ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΥΕΤΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ (1/2) 1 ου τετάρτου 2 ου τετάρτου Χρόνος (hr) Χρόνος (hr) Αθροιστικό ποσοστό χρόνου καταιγίδας (%) Αθροιστικό ποσοστό χρόνου καταιγίδας (%) ου τετάρτου 4 ου τετάρτου Χρόνος (hr) Χρόνος (hr) Αθροιστικό ποσοστό χρόνου καταιγίδας (%) Αθροιστικό ποσοστό χρόνου καταιγίδας (%) Σχήμα 3: Χρονική κατανομή καταιγίδων σε τέταρτα 13

14 ΕΠΙΛΟΓΗ Περιόδου επαναφοράς (Τ) Διάρκειας επεισοδίου βροχής (n) Χρονικού βήματος (Δt) Δh 1 ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΥΕΤΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ (2/2) Τμηματικά ύψη Επιφανειακή αναγωγή ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ Αθροιστικών υψών h 1,h 2, h 3,.h n Τμηματικών υψών Δh 1, Δh 2, Δh 3...Δh n Δh 1 =h 1, Δh 2 = h 2 -h 1, Δh 3 = h 3 -h 2...Δh n = h n -h n-1 h ΟΜΒΡΙΑ ΚΑΜΠΥΛΗ για περίοδο επαναφοράς Τ Δh 2 Δh 3... Δh n Διάταξη των τμηματικών υψών t n/2 Δh 1 Δh 2 h h n 3 h 2 h 1 Δt t 1 t 2 t 3 t n t Δh n... Δh 3 t n... Δh n-1 Σχήμα 4: Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών 14

15 ΜΟΝΑΔΙΑΙΟ ΥΔΡΟΓΡΑΦΗΜΑ (1/2) Παραδοχές Σε μια συγκεκριμένη υδρολογική λεκάνη, βροχές ίσης διάρκειας που προκαλούν απορροή, δίνουν υδρογραφήματα άμεσης απορροής με την ίδια περίπου χρονική βάση ανεξάρτητα από την ένταση της βροχής. Σε μια δεδομένη υδρολογική λεκάνη, η άμεση απορροή που προκαλείται από μια συγκεκριμένη βροχή είναι ανεξάρτητη από τις προηγούμενες βροχές. Η κατάσταση της υδρολογικής λεκάνης παραμένει χρονικά αμετάβλητη Αρχές Αρχή της αναλογίας: Δύο ενεργές βροχές της ίδιας διάρκειας αλλά διαφορετικής έντασης δημιουργούν υδρογραφήματα με την ίδια χρονική βάση ενώ ο λόγος των παροχών σε κάθε χρονική είναι ίσος με το λόγο των εντάσεων. Αρχή της επαλληλίας: Το συνολικό υδρογράφημα που προκύπτει από διαδοχικές βροχοπτώσεις είναι το υδρογράφημα με παροχές που είναι το άθροισμα άθροισμα των παροχών των επιμέρους υδρογραφημάτων. I i 1 /i 2 =Q 1 /Q 2 1 i 2 Q2 Q 1 Q i 3 =Q 1 +Q 2 1 i 2 Q3 Q 1 Q2 Σχήμα 5: Αρχή της αναλογίας και της επαλληλίας 15

16 ΜΟΝΑΔΙΑΙΟ ΥΔΡΟΓΡΑΦΗΜΑ (2/2) 1 mm/h MY 1h 1 mm V Χρόνος βάσης D (hr) 5 mm/h MY 2h V Εμβαδόν λεκάνης Α Χρόνος βάσης D+1 (hr) 3.33 mm/h MY 3h V=1mm* A Σχήμα 6: Μοναδιαία υδρογραφήματα διαφορετικής διάρκειας V Χρόνος βάσης D+2 (hr) 16

17 Παροχή (m3/s) ΥΔΡΟΓΡΑΦΗΜΑΤΑ 24 2 Βροχόπτωση 1 mm ανά 2 ώρες 16 Καμπύλη S 2 ωρών Μοναδιαία υδρογραφήματα 2 ωρών Χρόνος (hr) Σχήμα 7: Καμπύλη S 17

18 Παροχή m 3 /s ΣΥΝΘΕΤΙΚΟ ΜΟΝΑΔΙΑΙΟ ΥΔΡΟΓΡΑΦΗΜΑ Μέθοδος Βρετανικού Ινστιτούτου Υδρολογίας Υπολογισμός Μοναδιαίου Υδρογραφήματος 1 ώρας t p S.38.1* L.85* L * L *(1 URBAN ) 1.99 * RMSD.4 t p Q p t b =2.52*t p t p χρόνος ανόδου σε hr Q p παροχή αιχμής σε m 3 /s t b L χρόνος βάσης σε hr μήκος κύριας μισγάγκειας σε km S.1*L-.85*L η μέση κλίση υδατορεύματος μεταξύ των σημείων 1% και 85% του μήκους του σε m/km URBAN RMSD Χρόνος, hr Σχήμα 8: Παράδειγμα υδρογραφήματος t b αναλογία αστικών περιοχών στη λεκάνη απορροής παράμετρος μεγέθους βροχοπτώσεων σε mm (πρακτικά υπολογίζεται ως το ύψος 24ώρης βροχής που αντιστοιχεί σε περίοδο επαναφοράς 5 ετών) A έκταση λεκάνης απορροής σε km 2 1 mm*a km 2 =.5*t b hr*q p m 3 /s Q p m 3 /s =.1 m *A*1 6 m 2 /(.5*2.52*t p *36 s) Q p =2.2*A/t p 18

19 Συνθετικό μοναδιαίο υδρογράφημα κατά Snyder (1/3) t p (hr)=c t *(L ca *L).3 Q p (ft 3 /s)=c p *64*A/t p T (days)= 3+t p /8 Α εμβαδόν λεκάνης (mi2) L μήκος ποταμού (mi) Lca μήκος ποταμού από την έξοδο μέχρι το κέντρο βάρους της λεκάνης (mi) Cp, Ct παράμετροι t p ta W75 ta W5 Q p W 75 W 5.75*q p.5*q p W 5 (hr)=83/q 1.1 p W 75 (hr)=47/q 1.1 p ta W5 =t p -W 5 /3 ta W75 =t p -W 75 /3 tb W75 =t p +W 75 *2/3 tb W5 =t p +W 5 *2/3 tb W75 tb W5 Σχήμα 9: Συνθετικό μοναδιαίο υδρογράφημα κατά Snyder T 19

20 Παροχή (m3/s) Συνθετικό μοναδιαίο υδρογράφημα κατά Snyder (2/3) 15 ΜΟΝΑΔΙΑΙΟΣ ΟΓΚΟΣ (ft 3 ) Α (mi 2 ) * 1 inch= A*525 2 *(1/12) 1 V/V μον =1 V/V μον =2.9 5 V/V μον = Χρόνος (hr) Σχήμα 1: Προσαρμογή συνθετικού μοναδιαίου υδρογραφήματος 2

21 Συνθετικό μοναδιαίο υδρογράφημα κατά Snyder (3/3) t R =t p /5.5 t p Q p Q p [m 3 /s]=2.78*c p *A/t p t p [hr]=.752*c t *(L*L c ).3 T [h]= 24+3*t p ta W75 W 75.75*q p ta W75 =t p -W 75 /3 ta W5 W 5.5*q p ta W5 =t p -W 5 /3 W 5 [hr]=2.143/q p 1.9 tb W75 tb W5 tb W75 =t p +W 75 *2/3 tb W5 =t p +W 5 *2/3 W 75 [hr]=1.225/q p 1.8 L: μήκος κύριας μισγάγγειας [km] T Σχήμα 11: Συνθετικό μοναδιαίο υδρογράφημα κατά Snyder L c : μήκος κύριας μισγάγγειας από κ.β. λεκάνης έως την έξοδο [km] Ct: συντελεστής τοπογραφικών & εδαφολογικών χαρακτηριστικών λεκάνης [ ] Cp: συντελεστής συνθηκών μεταφοράς πλημμυρικού κύματος & αποθήκευση της λεκάνης 21 [ ]

22 ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΥΕΤΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ(1/2) ΕΠΙΛΟΓΗ Περιόδου επαναφοράς (Τ) Διάρκειας επεισοδίου βροχής (n) Χρονικού βήματος (Δt) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ Αθροιστικών υψών h 1,h 2, h 3,.h n Τμηματικών υψών Δh 1, Δh 2, Δh 3...Δh n Δh 1 =h 1, Δh 2 = h 2 -h 1, Δh 3 = h 3 -h 2...Δh n = h n -h n-1 Δh 1 Τμηματικά ύψη Επιφανειακή αναγωγή h ΟΜΒΡΙΑ ΚΑΜΠΥΛΗ για περίοδο επαναφοράς Τ Δh 2 Δh 3... Δh n Διάταξη των τμηματικών υψών t n/2 Δh 1 Δh 2 h h n 3 h 2 h 1 Δt t 1 t 2 t 3 t n t Δh n... Δh 3 t n... Δh n-1 Σχήμα 12: Μέθοδος εναλλασσόμενων τμηματικών υψών 22

23 Μετατροπή του σημειακού ύψους βροχής σε επιφανειακό Συντελεστής επιφανειακής αναγωγής φ = (επιφανειακά μέσο ύψος βροχής) / (μέγιστο σημειακό ύψος βροχής) Ο συντελεστής φ έχει διαπιστωθεί εμπειρικά ότι: Είναι πάντα μικρότερος της μονάδας Είναι φθίνουσα συνάρτηση της έκτασης Α Είναι αύξουσα συνάρτηση της διάρκειας βροχόπτωσης d Εξαρτάται σε κάποιο βαθμό από την περίοδο επαναφοράς της βροχής και φαίνεται ότι η αύξηση της περιόδου επαναφοράς οδηγεί σε ασθενή μείωση του φ Εκτίμηση του φ Με βάση δεδομένα ιστορικών βροχοπτώσεων από πυκνό βροχομετρικό δίκτυο, προσδιορίζεται η συνάρτηση φ(d, A) Χρήση πινάκων ή της σχέσης:.48* d ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΥΕΤΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ (2/2).36.1*ln A (Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 1999) 23

24 Μέθοδος Soil Conservation Service (SCS) Κύριες παραδοχές 1. Στην αρχή του επεισοδίου βροχής το σύνολο της βροχόπτωσης μετατρέπεται σε έλλειμμα. Αυτό συμβαίνει μέχρι το χρόνο t και για συνολικό ύψος ελλειμμάτων h. 2. Το συνολικό έλλειμμα που μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μια βροχόπτωση συνολικού ύψους h δεν μπορεί να ξεπεράσει μια μέγιστη τιμή S+h. Η τιμή S λέγεται δυνητικά μέγιστη κατακράτηση. 3. Σε κάθε χρονική τιμή (μετά την t ) ο λόγος του ενεργού ύψους βροχής h ε προς το δυνητικό ενεργό ύψος (h-h ) είναι ίσος με το λόγο των απωλειών μείον το αρχικό έλλειμμα (h α -h ) προς τη δυνητικά μέγιστη κατακράτηση S. Δηλαδή h ε /(h-h )=(h a -h )/S. Θέτοντας h a =h-h ε προκύπτουν οι σχέσεις: 2 h h h αν h h h ( ) και αν h h h h S Οι προηγούμενες σχέσεις απλοποιούνται με την (εύλογη) παραδοχή ότι h =.2*S h αν h.2*s και ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ (1/4) h ( h.2* S) h.8* S 2 αν h.2* S Στην περίπτωση που έχει εκτιμηθεί το h ε τότε το S υπολογίζεται από τη σχέση: S 5* h 1* h 1* h *( h 1.25* h) 24

25 Αθροιστική βροχή (mm) Ύψος βροχής (mm) ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ (2/4) h ε /(h-h )=(h a -h )/S Χρόνος (hr) 1 h ε h 5 h-h t h a -h S h h Χρόνος (hr) Σχήμα 13: Μέθοδος Soil Conservation Service (SCS) 25

26 Αθροιστική βροχή (mm) Ύψος βροχής (mm) ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ (3/4) Χρόνος (hr) S+h Χρόνος (hr) Σχήμα 14: Μέθοδος Soil Conservation Service (SCS) 26

27 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΑΠΩΛΕΙΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ (4/4) Μέθοδος SCS- Εμπειρική εκτίμηση παραμέτρου S S( mm) CN Η παράμετρος CN παίρνει τιμές από -1 και εξαρτάται από: διαπερατότητα εδάφους χρήσεις γης προηγούμενες συνθήκες εδαφικής υγρασίας Τύποι εδαφών Α: Μεγάλοι ρυθμοί διήθησης (π.χ. αμμώδη και χαλικώδη) Β: Μέσοι ρυθμοί διήθησης (π.χ. αμμώδης πηλός) C: Μικροί ρυθμοί διήθησης (π.χ. αργιλοπηλός) D: Πολύ μικροί ρυθμοί διήθησης (π.χ. πλαστικές άργιλοι) Τύποι προηγουμένων συνθηκών εδαφικής υγρασίας (με βάση τη βροχή των τελευταίων 5 ημερών) Ι: Ξηρές συνθήκες (βροχή < 13 mm ή <35 mm για περιοχή με φυτοκάλυψη σε συνθήκες ανάπτυξης) ΙΙ: Μέσες συνθήκες (βροχή μεταξύ 13 και 38 mm ή μεταξύ 35 και 53 mm για περιοχή με φυτοκάλυψη σε συνθήκες ανάπτυξης) ΙΙΙ: Υγρές συνθήκες (βροχή > 38 mm ή >53 mm για περιοχή με φυτοκάλυψη σε συνθήκες ανάπτυξης) Παραδείγματα τιμής CN για διάφορες χρήσεις γης και συνθήκες υγρασίας τύπου ΙΙ Χρήση γης Τύπος εδάφους Α Β C D Λιβάδια Δάση Οικιστικές περιοχές Δρόμοι CN CN I.42* CN II 1.58* CN 2.3* CN II 1.13* CN 27 II II

28 Παροχή (m 3 /s) Παροχή (m3/s) Παροχή (m 3 /s) Παροχή (m 3 /s) Παροχή (m 3 /s) Ενεργός βροχόπτωση i 1 i 2 i 3 3 Μοναδιαίο υδρογράφημα 3 2 U*i 1 / Q t =U t *i 1 /1+U t-1 *i 2 /1+U t-2 *i 3 /1 Σχήμα 15: Κατάρτιση τελικού πλημμυρογραφήματος

29 Παροχή (m3/s) Παροχή (m3/s) Παροχή (m3/s) Παροχή (m3/s) Rainfall depht (mm) ΚΑΤΑΙΓΙΔΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 5, ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΑΝΑΝΤΗ ΣΗΜΕΙΟΥ Α 2 15 ΜΥ 1h ΣΤΗ ΘΕΣΗ Α Constant hyetogram 4, Alternative blocks 3, 2, 1,, Time (h) 6 4 ΠΛΗΜΜΥΡΟ- ΓΡΑΦΗΜΑ ΣΤΗ ΘΕΣΗ Α i=a*t b *T c Χρόνος (hr) Χρόνος (hr) Α Β 6 ΔΙΟΔΕΥΣΗ ΣΤΗ ΘΕΣΗ Γ (ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΑΒΓ) 6 ΔΙΟΔΕΥΣΗ ΣΤΗ ΘΕΣΗ Γ (ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΑΓ) 4 4 Μέγιστο ύψος ΔΙΑΤΟΜΗ ΣΤΗ ΘΕΣΗ Γ Πλάτος 3 m Γ Χρόνος (hr) Χρόνος (hr) Σχήμα 16: Απορροή από λεκάνη σε υδατόρεμα 29

30 1. Υπολογισμός, ι (mm/hr) και h (mm) για Τ=1 έτη και για διάρκειες t=1-24 h i=21.1*t.24 /(t+.17) Υπολογισμός συντελεστή επιφανειακής αναγωγής φ και h*φ (mm).48* d *ln A Δh 1 =h 1, Δh 2 = h 2 -h 1, Δh 3 = h 3 -h 2...Δh n = h n -h n-1 3. Υπολογισμός τμηματικών υψών βροχής (mm) 5. Συνάθροιση τμηματικών υψών βροχής (mm) και υπολογισμός ενεργού αθροιστικού υετογράμματος 4. Διάταξη τμηματικών υψών βροχής (mm) εάν αλλιώς h ε h S h h h h h h ( ) 2 h h S ενεργό ύψος βροχής αρχικό έλλειμμα (15 mm) δυνητικά μέγιστη κατακράτηση (6 mm) 6. Υπολογισμός τμηματικών υψών βροχής (mm) και απωλειών Σχήμα 17: Υπολογισμός ενεργού αθροιστικού υετογράμματος 3

31 Ενεργό υετόγραμμα Πλημμυρογράφημα Μοναδιαίο υδρογράφημα 1 ώρας Σχήμα 18: Υπολογισμός πλημμυρογραφήματος από ενεργό υετόγραμμα και μοναδιαίο υδρογράφημα 31

32 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Chow, V. T., D. R. Maidment, and L. W. Mays, Applied Hydrology, McGraw-Hill, US Bureau of Reclamation, Design of Arch Dams, US Government Printing Office, Denver, CO, Shaw, E. Hydrology in Practice, Nelson Thornes (Publishers) Ltd, Κουτσογιάννης Δ. και Θ. Ξανθόπουλος, Τεχνική Υδρολογία, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα ΟΜΟΕ, ΑΣΥΕΟ, Οδηγίες Μελετών Οδικών Έργων-Αποχέτευση-Στράγγιση-Υδραυλικά έργα οδών, 22. ΠΔ/696/74, Τεχνικαί προδιαγραφαί μελετών υδραυλικών έργων,

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