Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλίας Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τ.Ε. Λάρισας Π.Μ.Σ. «Σύγχρονες Τεχνολογίες Έργων Διαχείρισης Περιβάλλοντος» ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΠΑΡΟΧΩΝ ΥΔΑΤΟΡΡΕΥΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΕΜΠΩΝ ΛΑΡΙΣΑΣ Ξαφούλης Νικόλαος 1, Δημήτριος Κούριας 2, Σπυρίδων Κωτσόπουλος 3, Ευαγγελία Φαρσιρώτου 4 1 Πολιτικός Μηχανικός Τ.Ε., M.Sc. 2 Πολιτικός Μηχανικός Τ.Ε., M.Sc. 3 Καθηγητής 4 Καθηγήτρια Λάρισα 2018
Εισαγωγή Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η εκτίμηση και αξιολόγηση των πλημμυρικών παροχών ενός υδατορρεύματος για διαφορετικές περιόδους επαναφοράς (Τ), προκειμένου να αναλυθούν και ερμηνευθούν τα προβλήματα από πλημμύρες που έχουν εμφανιστεί κατά καιρούς στην περιοχή. Οι πλημμύρες αυτές, κατά κύριο λόγο οφείλονται στην ιδιαιτερότητα των βροχομετρικών συμβάντων σε συνδυασμό με τις τοπικές συνθήκες (υδρογεωλογικές, χρήσεων γης κ.τ.λ.) και έχουν επιπτώσεις στην ευρύτερη περιοχή της κοιλάδας των Τεμπών. Όλη η μελέτη πραγματοποιήθηκε με βάση τη μεθοδολογία του απορροϊκού συντελεστή (CN) της Soil Conservation Service (S.C.S) ή Natural Resources Conservation Service (U.S. Department of Agriculture, 1972).
Εισαγωγή H μέθοδος διακρίνεται για την απλότητα και για την αξιοπιστία της. Για την εφαρμογή της συνήθως απαιτείται η χρήση μιας μόνο παραμέτρου του αδιάστατου απορροϊκού συντελεστή (CN) (Τσακίρης 1995, Κωτσόπουλος 2006). Για τον υπολογισμό των πλημμυρικών παροχών στην περιοχή είναι αναγκαία η συλλογή και χρήση δεδομένων: Υδρολογικών Εδαφολογικών, γεωλογικών και ανάγλυφου εδάφους Χρήσεων γης & φυτοκάλυψης Βροχοπτώσεων
Περιοχή Μελέτης Γεωγραφική Θέση Η περιοχή μελέτης τοποθετείται βόρεια/βορειοανατολικά στο γεωγραφικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας και αποτελεί τμήμα της λεκάνης απορροής του Πηνειού ποταμού.
Περιοχή Μελέτης Γεωγραφική Θέση Η υπό μελέτη λεκάνη απορροής βρίσκεται στην είσοδο της κοιλάδας των Τεμπών και εντάσσεται στην υδατική υπολεκάνη των Τεμπών, η οποία με βάση την ονοματολογία του πρώην Υ.Β.Ε.Τ αποτυπώνεται ως υπολεκάνη 1005 ή «Πηνειός (εκβολές)».
Περιοχή Μελέτης
Περιοχή Μελέτης Γεωμορφολογία Οι γεωλογικοί σχηματισμοί που δομούν το αλπικό και μεταλπικό υπόβαθρο της περιοχής ανήκουν στην γεωτεκτονική ενότητα της Όσσας η οποία συνίσταται από μεταμορφωμένα πετρώματα μικρού βαθμού μεταμόρφωσης. Οι σχηματισμοί της ενότητας Αμπελακίων είναι εξ ολοκλήρου μεταμορφωμένοι σε συνθήκες υψηλών πιέσεων και χαμηλών θερμοκρασιών και περιλαμβάνουν κυανοσχιστόλιθους, γνευσιοσχιστόλιθους - γνευσίους και πρασινίτες με ενστρώσεις αδρομερών μαρμάρων (Βασιλάκης κ.ά, 2014).
Περιοχή Μελέτης Κλίμα Η μέση ετήσια θερμοκρασία της περιοχής κυμαίνεται από 16 ως 17 ο C. Οι πιο θερμοί μήνες είναι ο Ιούλιος και ο Αύγουστος ενώ οι πιο ψυχροί είναι ο Ιανουάριος, ο Φεβρουάριος και ο Δεκέμβριος. Συχνό φαινόμενο είναι οι παγετοί, που εμφανίζονται κατά την περίοδο Νοεμβρίου Απριλίου. Το ύψος των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων είναι σχετικά μεγάλο στο ορεινό τμήμα ενώ μειώνεται προς το πεδινό. Η πιο βροχερή περίοδος είναι αυτή του Οκτωβρίου Ιανουαρίου, ενώ η πιο ξηρή του Ιουλίου Αυγούστου.
Περιοχή Μελέτης Εδαφοκάλυψη Χρήσεις Γης Στο βόρειο μέρος της περιοχής αυτής σχηματίζονται βραχώδεις ορθοπλαγιές με διάφορα χασμόφυτα. Η υπόλοιπη έκταση καλύπτεται σε μεγάλο ποσοστό από μεσογειακούς θαμνώνες αλλού αναπτυγμένους και πυκνούς και αλλού υποβαθμισμένους. Ένα μέρος της περιοχής καλύπτουν αγροί με γραμμικές καλλιέργειες.
Περιοχή Μελέτης Προστατευόμενες Περιοχές Ένα τμήμα της υπό μελέτη λεκάνης απορροής βρίσκεται εντός της περιοχής Natura 2000 «Αισθητικό Δάσος Κοιλάδας Τεμπών GR1420005 SPA / SCI» και «Αισθητικό Δάσος Όσσας GR1420003 SPA / SCΙ.
Λεκάνη απορροής Γεωμετρικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά Για την παραγωγή του Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους της λεκάνης απορροής χρησιμοποιήθηκε η πρωτογενής πληροφορία παραγωγής ορθοφωτοχαρτών από την ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ Α.Ε, σε μορφή γαιωαναφερόμενου ορθοφωτοχάρτη. Στη συνέχεια έγινε παραγωγή ενός πλέγματος υψομετρικών σημείων (Digital Elevation Model) και έπειτα από επεξεργασία ορίσθηκε η ισοδιάσταση για τις κύριες ισοϋψείς ίση με 50 μέτρα και για τις δευτερεύουσες ισοϋψείς ίση με 5 μέτρα.
Λεκάνη απορροής Γεωμετρικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά Ο σχεδιασμός του υδροκρίτη της λεκάνης απορροής αλλά και του κυρίως υδατορρεύματος έγινε με τη χρήση του σχεδιαστικού προγράμματος AutoCad. Προσδιορισμός βασικών χαρακτηριστικών Έκταση λεκάνης απορροής: 2,07 km 2 Μήκος υδατορρεύματος: 3,4 km Μέγιστο υψόμετρο: 1000 m Ελάχιστο υψόμετρο: 30 m Μέσο υψόμετρο: Η = εi Hz Ε =462,2 m Μέση κλίση: S g = L D E = 42,7%
Λεκάνη απορροής Υπολογισμός χρόνου συρροής Ο χρόνος συρροής ή συγκέντρωσης t c, υπολογίσθηκε από την εξίσωση Giandotti. Χρόνος συρροής (Giandotti): t c = 4 E+1.5 L 0.8 H H 0 = 0,66 hr ή 39,6 min Όπου: Ε: το εμβαδόν της λεκάνης απορροής σε Km 2, L: το μήκος του υδατορρεύματος σε Km, Η: μέσο υψόμετρο λεκάνης σε m και Η 0 : υψόμετρο εκβολής σε m
Εκτίμηση πλημμυρικών παροχών Στην παρούσα εργασία έγινε εκτίμηση των πλημμυρικών παροχών για τις εξής δύο περιπτώσεις: Περίπτωση 1 η : Σημερινές χρήσεις γης Οι χρήσεις γης κατηγοριοποιήθηκαν με τη βοήθεια της δορυφορικής απεικόνισης με την χρήση του λογισμικού Google Earth Pro, τους χάρτες χρήσεων γης Corine Land Cover, δασικούς χάρτες της περιοχής (ΕΣΥΕ) αλλά και με επιτόπου παρατηρήσεις. Στην υπό μελέτη λεκάνη υπάρχουν περισσότερες από μια χρήση γης και για το λόγο αυτό χρησιμοποιείται η σταθμισμένη τιμή του απορροϊκού συντελεστή (CN c ) (Κωτσόπουλος, 2006).
Εκτίμηση πλημμυρικών παροχών Περίπτωση 2 η : Χρήσεις γης μετά από πυρκαγιά Το σενάριο αυτό αφορά την αλλαγή των χρήσεων γης έπειτα από πυρκαγιά. Στη λεκάνη απορροής δεν αναμένονται άλλες σημαντικές αλλαγές στις χρήσεις γης, καθώς η περιοχή είναι σε μεγάλο ποσοστό βραχώδης και άγονη, έχει μεγάλες εδαφικές κλίσεις, ενώ παράλληλα ένα μεγάλο τμήμα της βρίσκεται εντός δημόσιας δασικής έκτασης.
Εκτίμηση πλημμυρικών παροχών Περίπτωση 2 η : Χρήσεις γης μετά από πυρκαγιά
Ανάλυση βροχοπτώσεων Για την εκτίμηση των πλημμυρικών παροχών του υδατορρεύματος είναι αναγκαίος ο προσδιορισμός των αντίστοιχων μέγιστων βροχοπτώσεων συγκεκριμένης διάρκειας. Για το σκοπό αυτό αξιοποιήθηκαν τα βροχομετρικά ύψη μικρής διάρκειας από το σταθμό της Ε.Μ.Υ στη Λάρισα που ήταν και τα μόνα διαθέσιμα στην ευρύτερη περιοχή. Τα ύψη αυτά τροποποιήθηκαν για να περιγράψουν τη διαφοροποίηση που υπάρχει μεταξύ Λάρισας (Μετ. Σταθμός ΕΜΥ Λάρισας) και της περιοχής μελέτης (Μετ. Σταθμός Πυργετού, Σπηλιάς & Καλλιπεύκης). Πίνακας 1: Υψομετρικά και βροχομετρικά στοιχεία συσχετιζόμενων Μετ. Σταθμών Βροχ. Σταθμός Λάρισα Πυργετός Σπηλιά Καλλιπεύκη Υψόμετρο (m) 73.0 31.0 813.0 1050.0 Μέση ετήσια βροχόπτωση (mm) 418.5 795.6 851.6 936.6
log P MEAN, log Sp Ανάλυση βροχοπτώσεων Από την ανάλυση των βροχομετρικών στοιχείων (μικρής διάρκειας από το σταθμό της Λάρισας και μηνιαίων από το σταθμό Πυργετού & Σπηλιάς & Καλλιπεύκης), προέκυψε τελικά για την περιοχή μελέτης, η εξίσωση που υπολογίζει το μέγιστο ύψος βροχής, P T (mm), για συγκεκριμένη διάρκεια βροχόπτωσης, t (min), και περίοδο επαναφοράς Τ (έτη). 2,5 2 log Pmean = 0.345*log t + 0.889 R² = 0.980 P T = P mean + S p * K T 1,5 Pmax T = 7,745 * t 0,345 + 5,358 * t 0,313 * Κτ log Pmean 1 0,5 log Sp = 0.313*log t + 0.729 R² = 0.975 log Sp Όπου: Κ Τ = 6 π (0,5772 + ln( ln( T T 1 )) 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 log T
Μεθοδολογία υπολογισμών Για τον υπολογισμό των πλημμυρικών παροχών του υδατορρεύματος λήφθηκαν υπόψη: οι σταθμισμένες τιμές των απορροϊκων συντελεστών CN c της SCS για αρχική υγρασιακή κατάσταση τύπου ΙΙ (AMC II) και οι εκτιμήσεις των βροχοπτώσεων για περιόδους επαναφοράς 5, 10, 20 και 50 έτη και για τις δύο περιπτώσεις μελέτης. Από τα παραπάνω και με βάση τις αντίστοιχες εξισώσεις της μεθόδου Soil Conservation Service (SCS) υπολογίσθηκαν: η απορροϊκή βροχή και ο συνολικός όγκος της απορροής Όλα τα παραπάνω στοιχεία χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των παροχών με βάση τη μέθοδο του συνθετικού μοναδιαίου υδρογραφήματος της SCS.
Περίπτωση 1 η : Σημερινές χρήσεις γης Αποτελέσματα T (έτη) Pτ max (mm) Q (mm) V (m 3 ) i (mm/hr) 5 39.7 9.8 20285 14.9 10 49.6 15.9 32841 24.1 20 59.1 22.4 46316 34.0 50 71.4 31.6 65267 47.9 Περίπτωση 2 η : Μετά από πυρκαγιά T (έτη) Pτ max (mm) Q (mm) V (m 3 ) i (mm/hr) 5 39.7 26.6 55095 40.5 10 49.6 35.9 74263 54.5 20 59.1 45.0 92998 68.3 50 71.4 56.8 117563 86.3
Q (m 3 /sec) Περίπτωση 1 η : Σημερινές χρήσεις γης 20,0 Υπολογισμός παροχών 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 Q5 Q10 Q20 Q50 4,0 2,0 0,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 t (hr)
Q (m 3 /sec) Περίπτωση 2 η : Μετά από πυρκαγιά Υπολογισμός παροχών 36,0 34,0 32,0 30,0 28,0 26,0 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 t (hr) Q5 Q10 Q20 Q50
Συμπεράσματα Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα: Η μέθοδος απορροϊκού συντελεστή της SCS υπολογίζει τις παροχές αιχμής χρησιμοποιώντας πολλαπλά χαρακτηριστικά της λεκάνης απορροής. Η χρήσεις γης στη λεκάνης απορροής επηρεάζουν σημαντικά τα αποτελέσματα των παροχών αιχμής. Με βάση τις υπάρχουσες χρήσεις γης, τα αποτελέσματα των εκτιμήσεων δίνουν παροχές αιχμής που κυμαίνονται από 5,8 μέχρι 18,6 m 3 /sec για περιόδους επαναφοράς από 5 μέχρι 50 έτη.
Συμπεράσματα Με βάση το ενδεχόμενο πυρκαγιάς, τα αποτελέσματα των εκτιμήσεων δίνουν σαφώς μεγαλύτερες παροχές αιχμής που κυμαίνονται από 15,7 μέχρι 33,5 m 3 /sec για περιόδους επαναφοράς από 5 μέχρι 50 έτη. Οι παροχές αιχμής μετά από ενδεχόμενο πυρκαγιάς και για τις ίδιες βροχοπτώσεις είναι από 2,7 εώς 1,8 φορές μεγαλύτερες για περίοδους επαναφοράς από 5 μέχρι 50 έτη αντίστοιχα.
Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!