Εισαγωγή στα υδρογραφήµατα

Εισαγωγή στα υδρογραφήµατα Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων Αθήνα 009 ΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ Υ ΡΟΓΡΑΦΗΜΑΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Υ ΡΟΓΡΑΦΗΜΑ ΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΒΑΣΙΚΗΣ ΡΟΗΣ ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΛΛΕΙΜΑΤΩΝ

Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ Photo by andra Baki ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ ΥΠΟΓΕΙΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ Φρεάτιος ορίζοντας ΥΠΟΓΕΙΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ Υ ΡΟΚΡΙΤΗΣ Αδιαπέρατο στρώµα

ΕΞΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ ΛΕΚΑΝΗΣ ΜΕ ΣΓΠ Θέση λεκάνης Μεσοχωρίου Κάναβος υψοµέτρου (m) 0-300 300-600 600-900 900-00 00-500 500-800 800-00 00-400 > 400 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Κατάταξη H λεκάνη απορροής, ως σύστηµα µετασχηµατισµού των ατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων σε απορροή, παρουσιάζει ορισµένα ειδικά φυσικά γνωρίσµατα που επηρεάζουν σηµαντικά, τόσο τη διαδικασία του µετασχηµατισµού όσο και το τελικό της αποτέλεσµα, δηλαδή το υδρογράφηµα της απορροής. Τα γνωρίσµατα αυτά ονοµάζονται φυσιογραφικά χαρακτηριστικά της λεκάνης απορροής και µπορούν να καταταγούν στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες: Mορφολογικά χαρακτηριστικά (µορφή, ανάγλυφο, υδρογραφικό δίκτυο) Εδαφολογικά χαρακτηριστικά (µηχανικές ιδιότητες, χηµική σύσταση) Φυτοκάλυψη (είδη χλωρίδας και χωρική διάταξή της) Τα παραπάνω χαρακτηριστικά αποτελούν χωρικά κατανεµηµένη πληροφορία (µεταβάλλονται από θέση σε θέση) αλλά στην πράξη γίνεται συµπυκνωµένη περιγραφή τους χρησιµοποιώντας δείκτες και διαγράµµατα. 3

ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Γεωµετρία Ο υδροκρίτης είναι το όριο, το οποίο ορίζει την έκταση που καταλαµβάνει η λεκάνη απορροής ανάντη µιας δεδοµένης διατοµής Α υδατορεύµατος. Το κυριότερο γεωµετρικό χαρακτηριστικό της λεκάνης απορροής είναι το εµβαδό της. Αν και το σχήµα µιας λεκάνης απορροής είναι πάντα πολύπλοκο, έχουν προταθεί διάφοροι αδιάστατοι δείκτες που κωδικοποιούν το σχήµατηςλεκάνης Ο δείκτης κυκλικότητας ορίζεται ως ο λόγος της επιφάνειας της λεκάνης προς την επιφάνεια κύκλου µε περίµετρο ίδια µε αυτήτηςλεκάνης(p Α ): Ο δείκτης συµπαγούς ορίζεται ως ο λόγος της περιµέτρου της λεκάνης προς την περίµετρο κύκλου µε επιφάνεια ίδια µε αυτήτηςλεκάνης: E E P 4π c = ' c P = = 4π E c Ο δείκτης επιµήκυνσης ορίζεται ως ο λόγος της πλευράς ενός τετραγώνου µε επιφάνεια ίδια µε αυτή της λεκάνης, προς ένα χαρακτηριστικό µήκος της λεκάνης L (π.χ. το µήκος από την έξοδο µέχρι το πιο αποµακρυσµένο σηµείο της λεκάνης): E L = L ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Ανάγλυφο Υψοµετρική (ή υψογραφική) καµπύλη της λεκάνης Η καµπύλη που σε κάθε δεδοµένη τιµή του τοπογραφικού υψοµέτρου z αντιστοιχίζει το ποσοστό της επιφάνειας της λεκάνης F(z) που έχει υψόµετρο µεγαλύτερο ή ίσο της δεδοµένης τιµής Μέγιστο, ελάχιστο (στην έξοδο) και µέσο υψόµετρο λεκάνης Ουπολογισµός του µέσου υψοµέτρου της λεκάνης γίνεται µε βάσητηνυψοµετρική καµπύλη F(z) χρησιµοποιώντας τη σχέση: zr + zr zs = zdf z () Fr όπου το πεδίο µεταβολής του F έχει υποδιαιρεθεί σε υποδιαστήµατα µήκους F r (όχι κατ ανάγκη ίσα, αλλά µε άθροισµα ίσο µε ) και οι τιµές του z που αντιστοιχούν στα άκρα του υποδιαστήµατος F r είναι z r, και z r. Μέση κλίση λεκάνης Υπολογίζεται από τη σχέση i s = id ir όπουησυνολικήέκτασητηςλεκάνηςέχειυποδιαιρεθείσετµήµατα r που το καθένα έχει περίπου σταθερή κλίση i r. 0 r r r 4

ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Υψοµετρική (ή υψογραφική) καµπύλη της λεκάνης ΕΞΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΡΑΦΙΚΟΥ ΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΣΓΠ Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους ιάσταση: 50 m Αριθµός κυττάρων: 9988 5

ΕΞΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΡΑΦΙΚΟΥ ΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΣΓΠ ιεύθυνση ροής ΕΞΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΡΑΦΙΚΟΥ ΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΣΓΠ Συγκέντρωση ροής 6

ΕΞΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΡΑΦΙΚΟΥ ΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΣΓΠ Υδρογραφικό δίκτυο Κατώφλι κυττάρων: 30 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Ταξινόµηση υδρογραφικού δικτύου 4 Β Σύστηµαταξινόµησης Horton (945) και trahler (964) 3 3 Σαΐτα ρ. 4 Βαρδου 3 σόρεµα ρ. 3 0 Υδροκρίτης Κύριο υδατόρευµα Λοιπό υδρογραφικό δίκτυο km Λόγος διακλαδώσεων (Horton, 945). Ο αντίστοιχος εµπειρικός νόµος,γνωστός ως νόµος του Horton για τον αριθµόυδατορευµάτων Ν i, των κλάδων δεδοµένης τάξης i: Νόµος του Horton για τα µήκη υδατορευµάτων L i, των κλάδων δεδοµένης τάξης i : Νόµοςτωνεπιφανειώντωνυδατορευµάτων ( chumm, 956) Α i, τωνκλάδωνδεδοµένης τάξης i: N N i i + = R, i =,,..., I B Li + RL i I L =, =,,..., i i + R i I =, =,,..., i 7

ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Πυκνότητα υδρογραφικού δικτύου Η πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου D, ορίζεται ως ο λόγος του συνολικού µήκους του υδρογραφικού δικτύου ΣL προς την επιφάνεια της λεκάνης : και έχει διαστάσεις [L ]. Η µέσηαπόστασηαπότονυδροκρίτηµέχρι το υδατόρευµαείναι: D L = Η µέση διαδροµή µιαςσταγόναςσεσυνθήκεςεπίγειαςροής, µέχρι να φτάσει στο υδρογραφικό δίκτυο είναι: X Y = = 4D Μια συγκεκριµένη διαδροµή κατάµήκος του υδατορεύµατος, ηοποίακαταλήγει στην έξοδο της λεκάνης (συνήθως ο κλάδος µε µεγαλύτερη τάξη και µεγαλύτερο µήκος), χαρακτηρίζεται ως κύριο υδατόρευµα ή κύρια µισγάγγεια της λεκάνης. Το µήκος του κύριου υδατορεύµατος αποτελεί από τα βασικότερα φυσιογραφικά χαρακτηριστικά της λεκάνης και συσχετίζεται εµπειρικά µε το χρόνο συγκέντρωσης της λεκάνης. X = D Ποταµός ΟΙ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟΙ ΠΟΤΑΜΟΙ ΤΗΣ ΓΗΣ Ήπειρος Μέσος ετήσιος Έκταση, Μήκος, Μέση παροχή, m 3 όγκος απορ- 0 3 km km /s ροής, km 3 Μέσο ετήσιο ύψος απορροής, mm Συντελεστής απορροής. mazon N. Αµ. 780 675 90 000 6000 835 0.47. Congo Αφρική 38 4666 4 000 330 340 0.5 3. Yangtzekiang Ασία 970 4987 35 000 00 560 0.50 4. Orinoco Ν. Αµ. 086 574 9 000 95 845 0.46 5. Brahmaputra Ασία 589 0 000 630 070 0.65 6. La Plata Ν. Αµ. 650 394 9 500 65 35 0.0 7. Yenesei Ασία 599 57 7 800 565 5 0.4 8. Mississippi Β. Αµ. 34 66 7 700 560 75 0. 9. Lena Ασία 430 460 6 300 55 0 0.46 0. Mekong Ασία 795 483 5 900 500 630 0.43. Ganges Ασία 073 5 500 490 455 0.4. Irrawaddy Ασία 43 4 000 440 00 0.60 3. Ob Ασία 950 4505 500 395 35 0.4 4. iking Ασία 435 500 365 840 5. mur Ασία 843 4666 000 350 90 0.3 6. t. Lawrence Β. Αµ. 030 3459 0 400 330 30 0.33 Σύνολο ή µέση τιµή 34 07 478 00 5 00 504 0.40 Αχελώος 4.9 0 47 4.3 95 0.60 Σηµείωση: ΟΝείλος(που δεν περιλαµβάνεται στους 6 µεγαλύτερους σε παροχή ποταµούς) έχει µήκος 65 km. 8

Ε ΑΦΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Το είδος των εδαφών της λεκάνης απορροής επηρεάζει ιδιαίτερα τα υδρολογικά ελλείµµατα, άρα και την επιφανειακή απορροή Οι µηχανικές ιδιότητές των εδαφών, καθορίζουν το ρυθµό της διήθησης και κατά συνέπεια επηρεάζουν άµεσα την απορροή Η χηµική σύσταση των εδαφών, σε συνδυασµό µε τις µηχανικές ιδιότητές τους, καθορίζει τη φυτοκάλυψη και τους επικρατούντες τύπους χλωρίδας, και συνεπώς επηρεάζει αποφασιστικά την επιφανειακή απορροή ΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΦΥΤΟΚΑΛΥΨΗΣ µείωση του όγκου απορροής κατά την ποσότητα που κατακρατείται από τη χλωρίδα (και τελικώς εξατµίζεται ή απορροφάται απ αυτή) χρονική υστέρηση της απορροής (συντείνει εξ άλλου και η αύξηση της τραχύτητας των εδαφών, που προκαλείται από τη φυτοκάλυψη) αύξηση της διηθητικής ικανότητα του εδάφους (από τη δράση των ριζών αλλά και των φυλλωµάτων που πέφτουν) συγκράτηση του εδαφικού υλικού και µείωση της διάβρωσης της λεκάνης (εφόσον επιβραδύνεται η άµεση απορροή, προστατεύεται το έδαφος από την κινητική ενέργεια της βροχής, και δηµιουργείται συνεκτικός ιστός µεταξύ των εδαφικών κόκκων) Συνολικά η φυτοκάλυψη δρα προς την κατεύθυνση της µείωσης του όγκου άµεσης απορροής, της επιβράδυνσης και εξοµάλυνσης των ρυθµών της, µε τελική συνέπεια τη µείωση των αιχµών των πληµµυρικών υδρογραφηµάτων 9

ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΠΟΡΡΟΗ Παράγοντες που επηρεάζουν την απορροή ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ιάρκεια Ένταση Συνολικό ύψος Χωρική κατανοµή Χρονική κατανοµή ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΛΕΚΑΝΗΣ Μέγεθος Σχήµα Ανάγλυφο Γεωλογία Έδαφος Φυτοκάλυψη ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΠΟΡΡΟΗ Επίδραση της γεωµετρίας στο υδρογράφηµα ΛΕΚΑΝΕΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ (ΜΕ ΕΜΒΑ ΟΝ Α) Υ ΡΟΓΡΑΦΗΜΑΤΑ ΓΙ ΩΦΕΛΙΜΗ ΒΡΟΧΗ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ Ι ΚΑΙ ΙΑΡΚΕΙΑΣ D Q (m 3 /s) t (hr) V=*I*D t (hr) t (hr) 0

ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΠΟΡΡΟΗ Επίδρασή της κλίσης στα χαρακτηριστικά πληµµύρας Μικρή κλίση Μεγάλος χρόνος συρροής Μέτρια κλίση Μέτριος χρόνος συρροής Μεγάλη κλίση Μικρός χρόνος συρροής Η Η Η Χρόνος συρροής Χρόνος συρροής Χρόνος συρροής Βροχή Βροχή Βροχή V V V ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Ένταση βροχής (mm/min) Χρόνος (min) Ένταση βροχής: mm/min ιάρκεια βροχής: 0 min ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΛΕΚΑΝΗΣ ΣΤΗΝ ΑΠΟΡΡΟΗ Έκταση λεκάνης απορροής: km Στη λεκάνη χαράχτηκαν ισόχρονες καµπύλες και χωρίστηκε σε 0 ζώνες. To νερό της ης ζώνης απορρέει σε min, της ής σε minκαι της 0ής σε 0 min. Οι ζώνες έχουν το ίδιο εµβαδόν. Απορροή ζώνης:.000 m 3 /min ΙΑΤΟΜΗ ΕΞΟ ΟΥ 000 ΠΛΗΜΜΥΡΟΓΡΑΦΗΜΑ ΕΞΟ ΟΥ Όγκος απορροής: 0.000 m 3 Παροχή αιχµής 6.7 m 3 /s 500 Παροχή (m 3 /min) 5 0 5 0 Νίκος Μαµάσης, 009 Χρόνος (min)

ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΠΟΡΡΟΗ Μέθοδος ισοχρόνων Ισόχρονες καµπύλες Καµπύλες χρόνου - επιφάνειας απορροής Χρόνος συρροής Τ c 6Τ Α 6 5Τ Α 5 4Τ Α 4 3Τ Α 3 Τ Α Τ Α 5 Έκταση σε χρόνο Τ (km / Τ) 80 60 40 0 0 Τ Τ 3 Τ 4 Τ 5 Τ 6 Τ Τc Χρόνος Q n =i n Α +ι n- Α + + i Α n Πληµµυρογράφηµα Έκταση (km ) 400 300 00 00 0 Τ Τ 3 Τ 4 Τ 5 Τ 6 Τ Τc Χρόνος Ένταση βροχής (mm/ Τ) Υετογράφηµα 0 5 i i3 0 i i4 5 i6 i5 i7 0 Τ Τ 3 Τ 4 Τ 5 Τ 6 Τ Τc Χρόνος 4 ΑΠΟΡΡΟΗ (hm 3 )/ Τ 3 0 Τ Τ 3 Τ 4 Τ 5 Τ 6 Τ Τc Τc+ Τ Τc+3 Τ Τc+4 Τ Τc+5 Τ Τc+6 Τ Χρόνος Υ ΡΟΓΡΑΦΗΜΑΤΑ Ένταση βροχόπτωσης t K t Λ t Μ t Ν Έλλειµµα Ενεργός βροχή Χαρακτηριστικά µεγέθη Παροχή, Q t a t L t L Γ t c t b lnq t a : Χρόνος ανόδου t c : Χρόνος συγκέντρωσης tb : Χρόνος βάσης t L, t L : Χρόνοι υστέρησης ΒΓ: Κλάδος ανόδου Γ : Κλάδος καθόδου Κ Γ: Αιχµή πληµµύρας Άµεση απορροή Α Β Βασική απορροή Ε t B t Γ t Χρόνος, t

ΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΒΑΣΙΚΗΣ ΡΟΗΣ Πληµµυρογράφηµα 50 Παροχή [m3/sec] Βασική ροή 40 30 0 0 0 0 3 4 5 6 7 8 9 0 3 ln(q) [m3/sec] 0,00 Χρόνος [hr] Καµπύλη ln(q) - t Σηµείο αλλαγής κλίσης,00 0 3 4 5 6 7 8 9 0 3 Χρόνος t [hr] Ένταση βροχόπτωσης, i (mm/hr) ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΛΛΕΙΜΑΤΩΝ Μέθοδος δείκτη φ Πληµµυρικός όγκος V=*Σ(i-φ)* t : Έκταση λεκάνης είκτης φ Χρόνος (hr) Παροχή, Q (m 3 /s) Πληµµυρικός όγκος V=ΣQ* t Βασική ροή Χρόνος (hr) 3