Ένα ολοκληρωμένο σύστημα εκτίμησησς της επικινδυνότητας και των επιπτώσεων πλημμυρικών φαινομένων
Authors: Βοζινάκη Ανθή-Ειρήνη 
Published: August 2021

Οι ποτάμιες πλημμύρες αποτελούν καταστροφικά γεγονότα για μια κοινωνία και την οικονομία της. Ειδικά σε περιπτώσεις ποτάμιας πλημμύρας, όπου η αγροτική και η αστική ανάπτυξη κατά μήκος του ποταμού είναι έντονη, οι ζημιές είναι πολύ σημαντικές και επιδρούν αρνητικά στην οικονομία της περιοχής. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή δημιουργήθηκε ένα τεχνοοικονομικό μοντέλο ικανό να εκτιμά τη ζημιά που προκαλείται από ένα στιγμιαίο γεγονός πλημμύρας στο αγροτικό και αστικό περιβάλλον της περιοχής μελέτης. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκε το υδρολογικό μοντέλο MIKE FLOOD για την προσομοίωση της υδραυλικής του ποτάμιου συστήματος (με χρήση του MIKE 11 μονοδιάστατου υπό-μοντέλου) και της επιφανειακής ροής στην πλημμυρική κοίτη του ποταμού (με χρήση του MIKE 21 διδιάστατου υπό-μοντέλου). Το ενιαίο μοντέλο πλέγματος χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση ενός συγκεκριμένου στιγμιαίου πλημμυρικού γεγονότος, αναπαριστώντας την περιοχή μελέτης ως πλέγμα με τετράγωνα κελιά. Το υδρολογικό μοντέλο εκτιμά σε κάθε κελί του πλέγματος μελέτης τις τιμές των πλημμυρικών παραμέτρων, μέγιστο ύψος πλημμυρικού κύματος και αντίστοιχη ταχύτητα, τη χρονική στιγμή όπου το ύψος μεγιστοποιείται. Στη συνέχεια, ένα μαθηματικό μοντέλο πλέγματος, το οποίο λαμβάνει υπόψη του τις τιμές των πλημμυρικών παραμέτρων, όπως αυτές προκύπτουν από το ΜΙΚΕ FLOOD μοντέλο, εκτιμά την οικονομική ζημιά που προκαλείται στο αγροτικό και αστικό περιβάλλον της περιοχής μελέτης. Πιο συγκεκριμένα, το τεχνοοικονομικό μοντέλο για τον αγροτικό τομέα λαμβάνει υπόψη του την εποχή εμφάνισης της πλημμύρας και το είδος της καλλιέργειας, ενώ το μοντέλο για τον αστικό τομέα λαμβάνει υπόψη του το είδος του κτίσματος. Οι οικονομικές εκτιμήσεις ζημιάς έχουν ως κύριο δεδομένο εισόδου συνθετικές επιφάνειες ζημιάς, οι οποίες προκύπτουν από δεδομένα ερωτηματολογίου ενισχυμένα με μια σταθμισμένη μέθοδο Monte Carlo. Εξ’ αιτίας της έλλειψης ιστορικών δεδομένων ζημιάς στην περιοχή μελέτης, στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύχθηκε μια συνθετική μέθοδος για τη δημιουργία επιφανειών ζημιάς. Η μέθοδος περιλαμβάνει μια έρευνα ερωτηματολογίου, η οποία στοχεύει σε γεωπόνους ερευνητές και πρακτικούς για τον αγροτικό τομέα και σε ειδικούς κατασκευών (πολιτικούς μηχανικούς και αρχιτέκτονες) για τον αστικό τομέα. Από την έρευνα ερωτηματολογίου προέκυψαν δεδομένα ζημιάς για τον αγροτικό και τον αστικό τομέα, τα οποία βασίστηκαν στις εκτιμήσεις ζημιάς που έκαναν οι συμμετέχοντες αναφερόμενοι σε συγκεκριμένα σενάρια πλημμυρικών συνθηκών. Οι απαντήσεις τους, οι οποίες βασίστηκαν στη γνώμη και στην εμπειρία τους, συνέβαλλαν στη συσχέτιση της ζημιάς, που προκαλείται στις διάφορες χρήσεις γης, με τις πλημμυρικές παραμέτρους, ύψος και ταχύτητα του πλημμυρικού κύματος. Στη συνέχεια, μια σταθμισμένη Monte Carlo προσομοίωση πραγματοποιήθηκε για την ενίσχυση της αποκτημένης πληροφορίας ζημιάς από τα αποτελέσματα της έρευνας ερωτηματολογίου. Οι στατιστικές ιδιότητες των Monte Carlo συνθετικών δεδομένων ήταν όμοιες με αυτές των αποτελεσμάτων των ερωτηματολογίων. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της Λογιστικής Παλινδρόμησης στα αποτελέσματα της σταθμισμένης Monte Carlo μεθόδου για τη δημιουργία λογιστικών επιφανειών ζημιάς για τον αγροτικό και τον αστικό τομέα. Οι επιφάνειες ζημιάς είναι η σημαντικότερη παράμετρος για την εκτίμηση της πλημμυρικής ζημιάς από το τεχνοοικονομικό μοντέλο. Η σταθμισμένη Monte Carlo μέθοδος και η μέθοδος της Λογιστικής Παλινδρόμησης συνδυάστηκαν σε έναν ενιαίο Python κώδικα (WMCLR Python κώδικα). Κάθε εκτέλεση του WMCLR κώδικα παρείχε μια επιφάνεια ύψους-ταχύτητας-ζημιάς για κάθε χρήση γης που μελετήθηκε. Πιο συγκεκριμένα κάθε εκτέλεση του WMCLR κώδικα για τον αγροτικό τομέα παρείχε μια συνθετική επιφάνεια ζημιάς για κάθε είδος καλλιέργειας μελέτης και για κάθε μήνα του έτους, σχετίζοντας τη ζημιά σε κάθε καλλιέργεια μελέτης με το μέγιστο ύψος και την αντίστοιχη ταχύτητα και τη φάση ανάπτυξης της καλλιέργειας κατά την πλημμύρα. Αντίστοιχα, κάθε εκτέλεση του WMCLR κώδικα για τον αστικό τομέα παρείχε μια επιφάνεια ζημιάς για κάθε κτίσμα μελέτης με τις πλημμυρικές παραμέτρους. Το τεχνοοικονομικό μοντέλο αναπτύχθηκε σε γλώσσα προγραμματισμού Python, κάνοντας χρήση πλέγματος, όμοιου με το πλέγμα του MIKE FLOOD μοντέλου. Το μοντέλο λαμβάνει σε κάθε κελί του πλέγματος την πληροφορία για τη χρήση γης του κελιού καθώς επίσης και το ποσοστό της ζημιάς από την κατάλληλη επιφάνεια ζημιάς και με κατάλληλες εξισώσεις ζημιάς, που χρησιμοποιεί ξεχωριστά για κάθε οικονομικό τομέα μελέτης, υπολογίζει τόσο τη ζημιά σε κάθε κελί του πλέγματος, όσο και τη συνολική ζημιά σε όλη την επιφάνεια μελέτης, για κάθε έναν οικονομικό τομέα ξεχωριστά. Το μοντέλο αυτό επιτρέπει την οπτικοποίηση της εκτιμώμενης αγροτικής και αστικής ζημιάς σε περιβάλλον ArcGIS και είναι ικανό να προσδιορίσει αγροτικές και αστικές περιοχές επιρρεπείς τόσο σε πλημμύρες όσο και σε πλημμυρικές ζημιές. Το σημαντικότερο είναι ότι το μοντέλο αυτό έχει τη δυνατότητα να προσδιορίζει με μεγάλη λεπτομέρεια την ακριβή τοποθεσία και το μέγεθος της ζημιάς. Το μοντέλο εφαρμόστηκε για την εκτίμηση της ζημιάς που προκλήθηκε από το στιγμιαίο πλημμυρικό γεγονός στις 11-12 Φεβρουαρίου, 2003, στην λεκάνη απορροής του ποταμού Κοιλιάρη, στην Κρήτη. Η ακρίβεια και η συνέπεια των αποτελεσμάτων του τεχνοοικονομικού μοντέλου εκτίμησης της ζημιάς εξετάστηκαν μέσα από μια νέα Monte Carlo προσομοίωση, στην οποία ο κώδικας του τεχνοοικονομικού μοντέλου εκτελέστηκε πολλαπλές φορές, παράγοντας πολλαπλές εκτιμήσεις ζημιάς για κάθε αντικείμενο μελέτης του εκάστοτε οικονομικού τομέα μελέτης. Σε κάθε εκτέλεση του κώδικα χρησιμοποιήθηκε η κατάλληλη επιφάνεια ζημιάς, η οποία προέκυψε από τον WMCLR κώδικα. Τα αποτελέσματα του κώδικα για κάθε αντικείμενο μελέτης του εκάστοτε τομέα μελέτης και για τη συνολική ζημιά του τομέα μελέτης, επεξεργάστηκαν στατιστικά. Η στατιστική αυτή επεξεργασία εξασφάλισε την ακρίβεια και τη συνέπεια της μεθοδολογίας εκτίμησης της ζημιάς, η οποία αναπτύχθηκε και παρουσιάζεται στην παρούσα διδακτορική διατριβή. Η μεθοδολογία που παρουσιάζεται στην παρούσα διδακτορική διατριβή θεσπίζει ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο ικανό να προσδιορίσει άμεσα περιοχές επιρρεπείς στον πλημμυρικό κίνδυνο και να εκτιμήσει άμεσα τις οικονομικές απώλειες που αυτός προκαλεί σε διάφορους οικονομικούς τομείς. Ένα εργαλείο ικανό να αναλύει τον πλημμυρικό κίνδυνο και να εκτιμά την πλημμυρική τρωτότητα είναι πολύτιμο για τις κοινωνίες που πλήττονται συχνά από αυτή την απειλή.