ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΕΠΙΠΕ Ο ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΚΑΙ GIS

Transcript

1 ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΩΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Υπεύθυνος Καθηγητής: Καρατζάς Γεώργιος ΠΕΡΙΛΗΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ Κουργιαλάς Ν. Νεκτάριος ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΕΠΙΠΕ Ο ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΚΑΙ GIS Τριµελή Εξεταστική Επιτροπή: Καρατζάς Γεώργιος, Επιβλέπων Καθηγητής Νικολαϊδης Νικόλαος, Καθηγητής Καλογεράκης Νικόλαος, Καθηγητής

2 Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η δηµιουργία ένας ολοκληρωµένου πακέτου µοντελοποίησης επιφανειακών και υπογείων υδάτων µε άµεσο στόχο την πρόβλεψη, τη βιώσιµη διαχείριση και την εκτίµηση τυχών ζηµιών από πληµµυρικά φαινόµενα σε καρστικές λεκάνες απορροής Για το σκοπό αυτό προσοµοιώθηκε η υδρολογία της λεκάνης απορροής του ποταµού Κοιλιάρη, όπου σποραδικά εµφανίζονται διάφορα πληµµυρικά φαινόµενα GIS - (Arc View 9.2) Energy Budget Snow melt model Maillet Karstic model BASIN HSPF MIKE SHE Ολοκληρωµένο σύστηµα ανάλυσης κινδύνου επιπτώσεων των πληµµυρών

3 ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ ΚΟΙΛΙΑΡΗ (ΑΝΑΤΟΛΙΚΑ ΤΟΥ Ν. ΧΑΝΙΩΝ) Η περιοχή που καταλαµβάνει η λεκάνη απορροής του ποταµού Κοιλιάρη είναι της έκτασης των 130 km 2

4 Υ ΡΟΓΡΑΦΙΚΟ ΙΚΤΥΟ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ ΚΟΙΛΙΑΡΗ Ο ποταµός Κοιλιάρης αποτελείται από δυο παραποτάµους a) Τον παραπόταµο διαλείπουσας ροής (temporary river) - Keramiotis b) Τον παραπόταµο διαλείπουσας ροής (temporary river) - Anavreti

5 Η ΚΑΡΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ ΚΟΙΛΙΑΡΗ Ο κύριος όγκος νερού εκφορτίζεται από το καρστικό σύστηµα των Λευκών Ορέων (Lefka Ori) δια µέσου των πηγών Οι πηγές του Στύλου αποτελούν το κύριο σηµείο εκφόρτησης του καρστικού συστήµατος τηςπεριοχήςκαιτον βασικότερο τροφοδότη του ποταµού Κοιλιάρη

6 ΠΛΑΝΟ ΒΙΩΣΙΜΗΣ ΑΝΤΙΠΛΗΜΜΥΡΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ ΚΟΙΛΙΑΡΗ Στις χαµηλές περιοχές, έργα προστασίας της όχθης από την διάβρωση και καθαρισµού της κοίτης από αποθέσεις παλαιοτέρων πληµµυρών Στις ενδιάµεσες περιοχές, ενίσχυσης της κατείσδυσης µε τεχνητό εµπλουτισµό Στις υψηλές περιοχές, µπορούν να εφαρµοστούν τεχνικά µέτρα (όπως ταµιευτήρες και ανασχετικά φράγµατα) Έγκαιρηπρόβλεψηπληµµυρικού κινδύνου Για το σκοπό αυτό εγκαταστάθηκαν στην περιοχή µελέτης επιπλέον 2 τηλεµετρικοί υδροµετρικοί και 2 τηλεµετρικοί µετεωρολογικοί σταθµοί

7 Υ ΡΟ-ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟ ΙΚΤΥΟ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ ΚΟΙΛΙΑΡΗ Μέχρι σήµερα στην λεκάνη απορροής του ποταµού Κοιλιάρη υπάρχουν 3 τηλεµετρικοί υδροµετρικοί και 3 τηλεµετρικοί µετεωρολογικοί σταθµοί

8 ΤΡΩΤΟΤΗΤΑ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΕΠΙΠΕ Ο ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Εφαρµόστηκε µεθοδολογία εκτίµησης της τρωτότητας πληµµυρικών φαινοµένων για την λεκάνη απορροής του ποταµού Κοιλιάρη µε τηχρήσηmodel builder GIS Πρόβλεψη των περιοχών που πιθανώς θα υποστούν ζηµιές από ενδεχόµενο πληµµυρικό φαινόµενο Καλύτερη διαχείριση των πληµµυρών σε επίπεδο λεκάνης απορροής Ο συνδυασµός αυτής της µεθοδολογίας µε ένα αποτελεσµατικό σύστηµα προειδοποίησης πληµµυρικού κινδύνου µπορεί να αποβεί ιδιαίτερα χρήσιµος όσο αφορά την ασφάλεια περιουσιών και ανθρωπίνων ζωών

9 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΠΑΚΕΤΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΚΑΡΣΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Α) Μοντέλο Εκτίµησης Ρυθµού Τήξης χιονιού Κατά την διάρκεια της τήξης του χιονιού: α) Μπορεί να αυξηθεί σηµαντικά το υδατικό δυναµικό του υπόγειου υδροφορέα β) Μπορούν να προκληθούν σηµαντικές πληµµύρες, κυρίως όταν συνοδεύετε από εαρινές βροχοπτώσεις 1) Μοντέλο ενεργειακού ισοζυγίου ρυθµού τήξης χιονιού «energy budget snowmelt model» για την ποσοτική προσοµοίωση του όγκου ύδατος

10 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΠΑΚΕΤΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΚΑΡΣΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Α) Μοντέλο Εκτίµησης Ρυθµού Τήξης χιονιού 2) ηµιουργήθηκε µοντέλο GIS (Model builder) που προσοµοιώνει χωρικά τον ρυθµό τήξης του χιονιού στον ορεινό καρστικό όγκο της λεκάνης απορροής

11 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΠΑΚΕΤΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΚΑΡΣΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Β) Καρστικό µοντέλο Maillet Βασίζεται στην εξίσωση του υδρολογικού ισοζυγίου κατά την περίοδο στείρευσης Υποθέτει ότι οι πηγές εκφορτίζονται σε διακριτά σηµεία και όχι σε µέτωπο ύο τµηµάτων Maillet µοντέλο, εφαρµόζεται για τον ανώτερο καρστικό ταµιευτήρα (γρήγορη εκφόρτηση) και τον κατώτερο καρστικό ταµιευτήρα (αργή εκφόρτηση) Τελική ποσότητα του νερού που εισέρχεται στο καρστικό σύστηµα του ορεινού όγκου της λεκάνης απορροής και εκφορτίζεται µέσο των πηγών στο ποτάµι

12 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΠΑΚΕΤΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΚΑΡΣΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Γ) ηµιουργήθηκε κώδικας σε γλώσσα προγραµµατισµού (MATLAB) που ενσωµατώνει: Το στοχαστικό καρστικό µοντέλο Maillet, Το χωρικά µεταβαλλόµενο ρυθµό τήξης του χιονιού, Το ενεργειακό ισοζύγιο του ρυθµού τήξης χιονιού «energy budget snowmelt model» Συνδυασµός των παραπάνω σε ένα ενοποιηµένο και αυτοµατοποιηµένο µοντέλο (µορφής GUI), µε σκοπό την εισαγωγή των αποτελεσµάτων στο υδρολογικό µοντέλο HSPF

13 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΠΑΚΕΤΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΚΑΡΣΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ) Υδρολογικό Μοντέλο BASIN 4 - HSPF Χρονικό ιάστηµα Προσοµοίωσης 09/01/ /05/2007 Εισαγόµενα δεδοµένα µέσο του GIS στο BASIN 4 Χρήσεις γης, Ψηφιακό µοντέλου εδάφους (DEM), Υδρογραφικό δίκτυο, Γεωλογία Η λεκάνη απορροής χωρίστηκε σε 6 υπολεκάνες (SWS)

14 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΠΑΚΕΤΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΚΑΡΣΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ (BASIN-HSPF) - run Τα απαραίτητα µετεωρολογικά δεδοµένα που εισήχθησαν ήταν: θερµοκρασία, ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, θερµοκρασία σηµείου δρόσου, ταχύτητα ανέµου, βροχόπτωση, εξάτµιση, εξατµισοδιαπνοή Η χρονοσειρά του ρυθµού εκφόρτισης από τις πηγές του Στύλου εισήχθη στο κώδικα UCI του HSPF,για να συνυπολογιστεί έτσι στην τελική επιφανειακή και υπόγεια παροχή του ποταµού, που προσδιορίζεται από το µοντέλο HSPF Το επόµενο βήµα είναιτοτρέξιµο (run) του µοντέλου!

15 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΠΑΚΕΤΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΣΕ ΚΑΡΣΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Σύγκριση των Αποτελεσµάτων του Πεδίου µε αυτώντουhspf /01/ /02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/2007 Flow (ft3/sec) Day OBSERVED FLOW (ft3/sec) SWS 1 HSPF FLOW (ft3/sec) SWS 1 Ηπαροχήτουποταµού Κοιλιάρη στην υπολεκάνη 1 (sub-basin1) και σύγκριση της µε τα δεδοµένα του πεδίου

16 ΑΜΕΣΟΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ Χρήση του ενοποιηµένου υδρολογικού µοντέλου MIKE-SHE για την µελέτη πληµµυρικών φαινοµένων Α) Εξατµισοδιαπνοή, Β) Επιφανειακή απορροή, Γ) Ροήσεακόρεστηζώνη, ) Ροή σε κορεσµένη ζώνη, Ε) Ροή σε ποτάµια ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥΣ Εφαρµογή στην λεκάνη απορροής του ποταµού Κοιλιάρη Το MIKE-SHE έχει την δυνατότητα 2D προσοµοίωσης της έκτασης του πληµµυρικού γεγονότος και του ύψους στο οποίο φτάνει

17 ΑΜΕΣΟΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΤΟΥ ΚΙΝ ΥΝΟΥ ΚΑΙ ΤΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΑΠΟ ΤΙΣ ΠΛΗΜΜΥΡΕΣ Κατανεµηµένο υδρολογικό µοντέλο (MIKE-SHE) Μοντέλο εκτίµησης απωλειών από πληµµύρες Οι παράµετροι των πληµµυρών που προσοµοιώνονται από το υδρολογικό µοντέλο στο τέλος κάθε χρονικού βήµατος, εισάγονται στο µοντέλο πληµµυρικών απωλειών για να υπολογιστεί τελικά η ζηµία που προκαλείται από τις πληµµύρες Εκτίµηση των οικονοµικών επιπτώσεων τόσο σε αστικές και αγροτικές περιοχές όσο και σε εγκαταστάσεις υποδοµών

18 Ευχαριστώ για την προσοχή σας!