ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ

Transcript

1 Υ ΑΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Νίκος Μαµάσης Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων Τοµέας Υδατικών Πόρων Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 008

2 Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ Photo by Sandra Baki ΕΞΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ ΛΕΚΑΝΗΣ ΜΕ ΣΓΠ Θέση λεκάνης Μεσοχωρίου Κάναβος υψοµέτρου (m) > 400

3 ΧΑΡΑΞΗ Υ ΡΟΚΡΙΤΗ ΜΕ ΣΓΠ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ ΥΠΟΓΕΙΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ Φρεάτιος ορίζοντας ΥΠΟΓΕΙΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ Αδιαπέρατο στρώµα 3

4 Υ ΡΟΛΟΓΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΚΑΙ ΕΤΗΣΙΑ ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ 40 m 3 *0 6 ΠΛΗΜΜΥΡΑ ΗΜΕΡΩΝ ΟΓΚΟΣ: 4 m 3 *0 6 ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ ΑΠΟ ΛΙΜΝΗ ΓΙΑ Υ ΡΕΥΣΗ-ΑΡ ΕΥΣΗ 80 m 3 *0 6 ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΙΑΦΥΓΕΣ ΛΕΚΑΝΗΣ 80 m 3 *0 6 ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ 0 m 3 *0 6 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΑΠΟΡΡΟΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ 90 m 3 *0 6 ΕΞΑΤΜΙΣΗ ΛΙΜΝΗΣ 30 m 3 *0 6 ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗ ΛΕΚΑΝΗΣ 50 m 3 *0 6 Υ ΡΟΛΟΓΙΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΑΠΟΡΡΟΗ ΕΞΑΤΜΙΣΗ ΛΙΜΝΗΣ ΒΡΟΧΗ ΣΤΗ ΛΙΜΝΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΥΠΕΡΧΕΙΛΙΣΗ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΣΤΑΘΜΗΣ- ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ-ΟΓΚΟΥ Στάθµη (m) Επιφάνεια (km ) Όγκος (m 3 x0 6 ) 6 6,6 35,3 63 6, , ,7 86, ,5 67 8,4 3,9 68 8,8 34,5 69 9, 360,3 ΣΤΑΘΜΗ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΥΠΟΓΕΙΕΣ ΙΑΦΥΓΕΣ ΟΓΚΟΣ ΝΕΚΡΟΣ ΟΓΚΟΣ ΣΤΑΘΜΗ ΘΑΛΑΣΣΑΣ ΑΠΟΛΗΨΕΙΣ ΓΙΑ Υ ΡΕΥΣΗ, ΑΡ ΕΥΣΗ 4

5 ΕΙ Η 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 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 ΣΧΕΣΗ ΠΙΕΣΗΣ Υ ΡΑΤΜΩΝ, ΠΙΕΣΗΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ, ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ, ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΣΗΜΕΙΟΥ ΡΟΣΟΥ Τελική κατάσταση T =. o C (σηµείο δρόσου) e * = 5 hpa, e = 5 hpa U = 00% ea = eb = eγ = 5 hpa Ενδιάµεση κατάσταση T = 8 o C e * = 38.8 hpa, e = 5 hpa U = 66.% Αρχική κατάσταση T = 35 o C e * = 56. hpa, e = 5 hpa U = 44.5% Γ B A Θερµοκρασία, T ( o C) 5

6 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 µεβάσητις ισοϋέτιες καµπύλες της ΕΗ για την περίοδο Τοµέας Υδατικών Πόρων 6

7 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) Αισθητήρας βροχής Εισαγωγή των µετρήσεων σε βάση δεδοµένων. Έλεγχος, επεξεργασία και παραγωγή χρονοσειρών ιαδίκτυο Πρωτογενείς µετρήσεις σε πραγµατικό χρόνο Επεξεργασµένες ιστορικές χρονοσειρές 7

8 ΜΕΤΡΗΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ Μετεωρολογικό radar Μη ρυθµισµένο πεδίο βροχής Πεδίο βροχής ρυθµισµένο µεεπίγειαβροχόµετρα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΩΝ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ ΣΤΑΘΜΟΥ Β (mm ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΣΤΑΘΜΩΝ Β ΚΑΙ Α (ΒΡΟΧΗ Β) =.05*(ΒΡΟΧΗ Α) -3.0 ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗΣ: ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ ΣΤΑΘΜΟΥ A (mm) 8

9 Μέθοδος σταθµισµένων αντίστροφων αποστάσεων (ΣΑΑ) H παρεµβολή γίνεται µεβάσητησχέση: όπου : h Ν h, h, h 3,...,h N d, d, d 3,...,d N k h = k k d d h + h + + N... d d N n= k n n= k n ητιµήτηςµεταβλητής στη ζητούµενη θέση o αριθµός των σηµείων που συµµετέχουν οι σηµειακές µετρήσεις στα σηµεία,, 3,, N οι αποστάσεις του κυττάρου από τα σηµεία,, 3,, N ο συντελεστής επιρροής της απόστασης N d n= k N d k n h N Ητιµήτουεκθέτηk συνήθως λαµβάνεται ή [ingman, 994]. ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟ Ο ΣΑΑ AB Β ΒΓ ΒΗ ΒΕ Βθ ΒΖ ΑΒ ΓΒ Β ΕΒ ΖΒ AB ΗΒ ΘΒ B = * PA + * PΑ + * PΓ + * P + * PΕ + * PΖ + * PΗ + * PΘ P = ΑΒ + ΓΒ + Β + ΕΒ + ΖΒ + ΗΒ + ΖΒ Ρ: βροχόπτωση σε mm : απόσταση µεταξύ σταθµών σε m 9

10 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΣΗΜΕΙΑΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Κατηγορίες µεθόδων ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ Αριθµητικός µέσος Πολύγωνα Thiessen ύο άξονες (Bethlahmy s) Υψοµετρική µέθοδος ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (ισοπληθείς καµπύλες) ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (ψηφιδωτή διαµέριση) Βέλτιστης παρεµβολής (kriging) Ελάχιστων τετραγώνων µεπολυώνυµα Πολυωνύµων Langrange Παρεµβολής spline Πολυτετραγωνικής παρεµβολής Σταθµισµένων αντίστροφων αποστάσεων (ΣΑΑ) ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ Πολύγωνα Thiessen (9) Πιτσιωτά Τρίλοφο Καρπενήσι Νεοχώρι Ζηλευτό Σπερχειός Υπάτη Κρίκελλο ΓΕΦΥΡΑ ΚΟΜΠΟΤΑ ΩΝ Γραµµένη Οξυά Πυρά km Συκέα Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 997 0

11 ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΜΕΣΗΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ ύο αξόνων Bethlahmys (976) Υδροκρίτης Μέγιστος άξονας λεκάνης Σηµειακή µέτρηση α 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= a i ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ Ισοπληθείς καµπύλες Μέσες ετήσιες ισοϋέτιες καµπύλες της λεκάνης Σπερχειού ανάντη Γ. Κοµποτάδων (Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος, 997) Νεοχώρι (75.) 600 Καρπενήσι (63.3) Κρίκελλο (564.0) Πιτσιωτά (53.0) 400 Γραµµένη Οξυά (.0) 800 Υπάτη (79.7) Τρίλοφο (7.3) Πυρά (669.3) Ζηλευτό (545.) Σπερχειός ΓΕΦΥΡΑ ΚΟΜΠΟΤΑ ΩΝ km Συκέα (587.6)

12 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 τηςµεταβλητής, η οποία αντιστοιχεί στο κέντρο του κυττάρου αλλά θεωρείται σταθερή για όλη την επιφάνεια του. Η επιφανειακήτιµή 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 000 ΥΨΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΓΩΓΗ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗ (mm) α ΥΨΟΜΕΤΡΟ (m) µ = P + tanα *( z z ) λεκάνης P λεκάνης λεκάνης σταθµ ών

13 Εισαγωγικές έννοιες 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): ηεξατµισοδιαπνοή 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 00 θερµίδων (calories) Απορρόφηση 540 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης Πάγος gr 0 o C Νερό gr 0 o C Νερό gr 00 o C Υδρατµοί gr 00 o C Απελευθέρωση 80 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα πήξης Απελευθέρωση 00 θερµίδων (calories) Απελευθέρωση 540 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα συµπύκνωσης 3

14 ιαθέσιµηενέργειαεξάτµισης R n : Ολική καθαρή ακτινοβολία R n = S n L n Λ + Η S n : Καθαρή ακτινοβολία βραχέων κυµάτων L n : Καθαρή ακτινοβολία µακρών κυµάτων Η S n εξαρτάται από: Τη ροή ηλιακής ενέργειας στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας σε επίπεδη επιφάνεια S o Τη λευκαύγεια (albedo) Τη διάρκεια ηλιοφάνειας Το γεωγραφικό πλάτος Λ: Λανθάνουσα θερµότητα Η: Αισθητή θερµότητα Η L n εξαρτάται από: Τη θερµοκρασία Την πίεση υδρατµών Τη διάρκεια ηλιοφάνειας S n µικροκυµατική ακτινοβολία n = ( r)* S *(0.9*cosφ * ) kj Ν S n 0 m day L n µακροκυµατική ακτινοβολία 0.5 n *( * e )*( * ) kj Ν m day 4 L n = σ * Τκ Παράδειγµα Μήνας Ιούνιος, 40 ο Ν, T=8 o C, U=55%, n/n=0.8, r=0.06 S o =4700 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 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΘΕΣΗΣ ΗΛΙΟΥ (γεωγραφικό πλάτος 40 ο ) Μαρτίου Ηµέρα 80 (40 o N, 80,) (40 o N, 7,) (40 o N, 355,) (40 o N, 355,7) W (40 o N, 80,8) (40 o N, 7,9) Ιουνίου Ηµέρα 7 S N εκεµβρίου Ηµέρα 355 (40 o N, 355, 8) E (40 o N, 80, 7) (40 o N, 7,6) Το ύψος και το αζιµούθιο του Ηλίου είναι συνάρτηση των Γεωγραφικό πλάτος Ηµέρας Ώρας της ηµέρας 4

15 Γωνία πρόσπτωσης ηλιακών ακτινών το µεσηµέρι, σε επίπεδη επιφάνεια και σε γεωγραφικό πλάτος 39 ο Ισηµερίες Γωνία πρόσπτωσης α: 90-39=5 o α 90 o 39 o Θερινό ηλιοστάσιο Γωνία πρόσπτωσης α: 90-(39-3.5)=73.5 o Χειµερινό ηλιοστάσιο Γωνία πρόσπτωσης α: 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 ΕΞΩΤΕΡΙΚΟ ΟΡΙΟ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ (W/m ) 5

16 ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ (ALBEO) Albedo (%) Σελήνη 6-8% Φρέσκο χιόνι 80-95% Γρασίδι 5-30% άσος 0-0% Καλλιέργειες 0-5% Άσφαλτος 5-0% Τσιµέντο 7-7% Σκούρα στέγη 8-8% Υδάτινα σώµατα 0-60% Εξαρτάται από το υψόµετρο του ηλίου Ανοικτή στέγη 8-8% 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 διαφοροποιηµένη εξάτµιση από το εξατµισίµετρο Ε m. Εκτίµηση της φυσικής εξάτµισης από υδάτινο σώµα ήτης εξατµοδιαπνοής της καλλιέργειας αναφοράς Ε = k E m όπου k ο συντελεστής εξατµισιµέτρου, κατά κανόνα µικρότερος από. Λόγω της αβεβαιότητας ως προς την τιµή τουk και της συχνής αναξιοπιστίας των µετρήσεων του εξατµισιµέτρου, κατά κανόνα είναι προτιµότερηηεκτίµηση της εξάτµισης ή εξατµοδιαπνοής µε εφαρµογή της µεθόδου Penman ή των τροποποιήσεών της. 6

17 7

18 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ (E) ΚΑΤΑ PENMAN U: σχετική υγρασία (%) Τ: θερµοκρασία ( o C) u : ταχύτητα ανέµου σε ύψος m (m/sec) e s : πίεση κορεσµού των υδρατµών = e s 7.7*T 6.*.78T hpa λ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ λ = 50.36* T Kkj / kg ΚΛΙΣΗ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ Υ ΡΑΤΜΩΝ 4098* e = s hpa o ( T ) C S n αλγεβρικό άθροισµαεισερχόµενης µείον ανακλώµενης µικροκυµατικής ακτινοβολίας n = ( r)* S kj 0 *(0.9*cosφ * ) 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 00 ΕΛΛΕΙΜΑ ΚΟΡΕΣΜΟΥ Υ ΡΑΤΜΩΝ = e e hpa L n καθαρή µακροκυµατική ακτινοβολία n σ * Τ *( * e )*( * ) kj Ν m day L n = κ s r: ανακλαστικότητα εδάφους (αlbedo) 0<r< φ: γεωγραφικό πλάτος της θέσης ( o ) So: ακτινοβολία βραχέων κυµάτων kj στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας m day Εκτιµάται (Πίνακας 3.) µεβάσητοµήνα και το γεωγραφικό πλάτος n: πραγµατική ηλιοφάνεια (hr) Ν: δυνητική ηλιοφάνεια (hr) Εκτιµάται (Πίνακας 3.) µεβάσητο µήνα και το γεωγραφικό πλάτος σ: σταθερά Stefan-Bolzmann σ = 4.9*0 6 Τ κ : θερµοκρασία σε Kelvin Τ = T + 73 Kelvin κ kj m k 4 day ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ (E) ΚΑΤΑ PENMAN-MONTEITH U: σχετική υγρασία (%) Τ: θερµοκρασία ( o C) u : ταχύτητα ανέµου σε ύψος m (m/sec) e s : πίεση κορεσµού των υδρατµών = e s 7.7*T 6.*.78T hpa λ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ λ = 50.36* Τ kj/kg ΚΛΙΣΗ ΚΑΜΠΥΛΗΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ Υ ΡΑΤΜΩΝ 4098* e = s hpa o ( T ) C S n αλγεβρικό άθροισµαεισερχόµενης µείον ανακλώµενης µικροκυµατικής ακτινοβολίας n = ( r)* S kj 0 *(0.9*cosφ * ) 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 00 ΕΛΛΕΙΜΑ ΚΟΡΕΣΜΟΥ Υ ΡΑΤΜΩΝ = e L n καθαρή µακροκυµατική ακτινοβολία n σ * Τ *( * e )*( * ) kj Ν m day L n = κ s e hpa r: ανακλαστικότητα εδάφους (αlbedo) 0<r< φ: γεωγραφικό πλάτος της θέσης ( o ) So: ακτινοβολία βραχέων κυµάτων kj στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας m day Εκτιµάται (Πίνακας 3.) µεβάσητοµήνα και το γεωγραφικό πλάτος n: πραγµατική ηλιοφάνεια (hr) Ν: δυνητική ηλιοφάνεια (hr) Εκτιµάται (Πίνακας 3.) µεβάσητο µήνα και το γεωγραφικό πλάτος σ: σταθερά Stefan-Bolzmann σ = 4.9*0 6 Τ κ : θερµοκρασία σε Kelvin Τ = T + 73 Kelvin κ kj m k 4 day 8

19 Ψηφιακό µοντέλο εδάφους ιάσταση κανάβου: 00x00 m Αριθµός pixels: 457 Μέσο υψόµετρο: 66 m Ετήσια κατανοµή δυνητικής ηλιακής ακτινοβολίας (W/m ) 50 AREA (%) < >400 POTENTIAL RAIATION (W/m ) W/m Calculated mean: 33 Expected mean: >400 9

20 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 τηβροχοµετρία, 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) ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ Υ ΑΤΟΡΕΥΜΑΤΟΣ. 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) 0

21 ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΤΑΘΜΗΣ Τυπική εγκατάσταση σταθµηγράφου Σταθµηγράφος Αντίβαρο Σταθµήµετρο Πλωτήρας Φρεάτιο Σωλήνες επικοινωνίας ΜΕΘΟ ΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ Μέτρηση µεπαρεµβολή µετρητών παροχής Παρεµβάλλονται στη ροή ειδικά τµήµατα όπως υπερχειλιστές και στενώσεις και η παροχή εκτιµάται µευδραυλικέςσχέσεις Μέτρηση πεδίου ταχυτήτων Ηπαροχήεκτιµάται µε βάση το πεδίο ταχυτήτων και το εµβαδόν της υγρής διατοµής Μέτρηση µετηµέθοδο διαλυµάτων ιαχέεται ένας δείκτης εύκολα ανιχνέυσιµος και αναλύεται δείγµασεµια πιο κατάντη διατοµή Εκτίµηση µεπλωτήρες Χονδροειδής µεθοδος που στηρίζεται στη µέτρηση της ταχύτητας ενός αντικειµένου που επιπλέει Εκτίµηση µε υδραυλικές σχέσεις ροής Ηπαροχήεκτιµάται προσεγγιστικά µετηχρήσηηµιεµπειρικών σχέσεων της υδραυλικής Σύγχρονες µέθοδοι µέτρησης Μέθοδος υπερήχων, ηλεκτροµαγνητική µέθοδος, µέθοδος φυσαλίδων

22 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 ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕ ΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ KAI ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΑΡΟΧΗΣ Συνολική παροχή: = = Q i= i N q i Παροχή νοητού τµήµατος: q i = v A i i Μέτρηση στο 0.6 του βάθους v i =u 0.6 Μέτρηση στο 0. και 0.8 του βάθους v i =(u 0. +u 0.8 )/ Εµβαδόν νοητού τµήµατος Α i Μέτρηση στο 0., 0.4 και 0.8 του βάθους v i =u 0.6 / + (u 0. +u 0.8 )/4

23 ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕ ΙΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ KAI ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΑΡΟΧΗΣ ιαστάσεις Μέτρηση πεδίου ταχυτήτων (9//003) Στάθµη:.55 m Εµβαδόν: 7.8m Βρεχόµενη περίµετρος: 6.7 m Υδραυλική ακτίνα:.709 m Μετρηµένη παροχή: 6.59 m 3 /s Συντελεστής τραχύτητας: n=0.07 ή K=59 Υ ΡΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ Παραδείγµατα Γεφυρα Μεσοχωρίου (Τιταρήσιος) Θέση Αµυγδαλιά (Πηνειός) 3

24 ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΤΑΘΜΗΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ Μυλίσκος και σύστηµα ανάρτησης 4

25 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Υ ΡΟΜΕΤΡΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ Καµπύλες στάθµης-παροχής (θέση Πόρος Ρηγανίου-ποταµός Εύηνος) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Υ ΡΟΜΕΤΡΙΚΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ Καµπύλες στάθµης-παροχής(θέση Αχλαδόκαστρο-ποταµός Εύηνος) Q = C (h a) N Στάθµη, h (m).5 (α) Μετρήσεις Καµπύλη ελάχιστων τετραγώνων Παροχή, Q (m 3 /s) log Q = log C + N log (h a) Στάθµη, h (m) 0 (β) 0. Μετρήσεις Καµπύλη ελάχιστων τετραγώνων Παροχή, Q (m 3 /s) 5

26 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΛΛΕΙΜΑΤΩΝ Ένταση βροχόπτωσης, i (mm/hr) Πληµµυρικός όγκος V=A*Σ(i-φ)* t A: Έκταση λεκάνης 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 διαθεσιµότητανερούγιαδιήθηση 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 6

27 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 τιµήτουρυθµού διήθησης Ο ρυθµός διήθησης µε την πάροδο του χρόνου µειώνεται, αφού το πεδίο των τριχοειδών, από προσθετικό στην αρχή της βροχής, µηδενίζεται µε τονκορεσµό 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 ΙΗΘΗΣΗ ιάρκεια βροχόπτωσης Ένταση βροχής Παρεµπόδιση από φυτοκάλυψη Υετόγραµµα Κατακράτηση από επιφανειακές κοιλότητες f0 ιήθηση από επιφανειακές κοιλότητες Καµπύλη διήθησης f = f + (f f ) exp( kt) c 0 c fc Χρόνος 7