Διερεύνηση του μετασχηματισμού της βροχής σε απορροή με τη μέθοδο του Στιγμιαίου Μοναδιαίου Υδρογραφήματος του Clark και με χρήση GIS. Εφαρμογή στη λεκάνη απορροής του Πορταϊκού ποταμού.:
Creators: name: Χρηστίδης, Χρήστος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών
Στιγμιαίο Μοναδιαίο Υδρογράφημα
Προγράμματα αυτόματης χάραξης υδροκρίτη
Geographic Information Systems
Instantaneous Unit Hydrograph
Automatic Watershed Delineation tools

description: Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ στην ειδίκευση ΥΔΑΤΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, στην ειδίκευση και έχει τίτλο «Εφαρμογές των Γ.Σ.Π. στη λεκάνη απορροής του Πορταϊκού ποταμού σε θέματα υδατικών πόρων και αξιοπιστίας ψηφιακών μοντέλων εδάφους». Η εργασία ολοκληρώθηκε υπό την επίβλεψη του Καθηγητή του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών κ. Σταύρου Γιαννόπουλου (κύριος επιβλέπων) και του Αθανάσιου Λουκά, Αναπληρωτή Καθηγητή στο τμήμα Μηχανικών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Τα αντικείμενα της παρούσας διατριβής χωρίζονται σε τρείς θεματικές ενότητες. Στη πρώτη γίνεται έλεγχος της αξιοπιστίας ενός ψηφιακού μοντέλου εδάφους μορφής GRID, σύμφωνα με κάποια όρια ανοχής που καθορίζονται από τις Ο.Σ.Μ.Ε.Ο. Στη δεύτερη ενότητα γίνεται συγκριτική αξιολόγηση των συνηθέστερα χρησιμοποιούμενων προγραμμάτων αυτόματης χάραξης υδροκρίτη και υδρογραφικού δικτύου μιας λεκάνης απορροής, καθώς και η περιγραφή του τρόπου λειτουργίας τους και σύγκριση των αποτελεσμάτων τους, τόσο μεταξύ τους όσο και με τα στοιχεία που προκύπτουν με τις παραδοσιακές μεθόδους, όπως είναι η χάραξη των ορίων της λεκάνης απορροής (υδροκρίτης) και του υδρογραφικού δικτύου σε αναλογικό χάρτη. Τέλος, στη τρίτη ενότητα γίνεται διερεύνηση του φαινομένου του μετασχηματισμού της βροχόπτωσης σε απορροή με τη μέθοδο του Στιγμιαίου Μοναδιαίου Υδρογραφήματος του Clark, με τη χρήση προγραμμάτων που συνδυάζουν και την τεχνολογία των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Geographic Information System, G.I.S.) και υδρολογικών μοντέλων (WMS), όπως το HEC-1 το οποίο και χρησιμοποιήθηκε στη παρούσα εργασία. Η εφαρμογή έγινε στη λεκάνη απορροής του Πορταϊκού ποταμού η οποία εντάσσεται στο υδατικό διαμέρισμα 08. Για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των Ψ.Μ.Ε. αρχικά έγινε ψηφιοποίηση των ισοϋψών της περιοχής μελέτης από τοπογραφικούς χάρτες της Γ.Υ.Σ., κλίμακας 1:50.000 και δημιουργήθηκαν διάφορα DEM αρχεία με διαφορετικό μέγεθος κελιού το καθένα. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε και το Ψ.Μ.Ε. που δημιουργήθηκε από ραντάρ εικόνες, τύπου SRTM. Στο τέλος, σε όλα τα DEM αρχεία που δημιουργήθηκαν έγινε έλεγχος της ακρίβειας τους. Η ακρίβεια των Ψ.Μ.Ε. περιγράφεται με στατιστικά μεγέθη ως η διαφορά μεταξύ πραγματικού υψομέτρου και του υπολογισμένου με τη βοήθεια του Ψ.Μ.Ε. Για τη συγκριτική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από τα προγράμματα αυτόματης χάραξης υδροκρίτη αρχικά έγινε επιλογή, από την βιβλιογραφία, των συνηθέστερων και ποιο διαδεδομένων προγραμμάτων αυτόματης χάραξης υδροκρίτη, τα οποία είναι το Arc Hydro Tools της ESRI, το PrePro2002 που δημιουργήθηκε στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, Σο λογισμικό BASINS v 4.0, το WSDT που δημιουργήθηκε επίσης στο Πανεπιστήμιο του Τέξας και το TOPAZ (TOpographic PArameteriZation) που δημιουργήθηκε από την USDA-ARS και το National Agricultural Water Quality Laboratory. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας πάντα το ίδιο DEM αρχείο σαν αρχικό αρχείο εισόδου για όλα τα προγράμματα, το οποίο προέκυψε από την ψηφιοποίηση του τοπογραφικού χάρτη κλίμακας 1:50.000 της περιοχής μελέτης καθορίστηκαν τα όρια της λεκάνης απορροής του Πορταϊκού ποταμού και του υδρογραφικού της δικτύου με καθένα από τα προγράμματα αυτά. Τέλος, ακολούθησε η συγκριτική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, τόσο για τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της λεκάνης απορροής (εμβαδόν, περίμετρος), όσο και για χαρακτηριστικά του υδρογραφικού δικτύου (τάξη λεκάνης απορροής, νόμοι υδρογραφικού δικτύου). Στη τρίτη ενότητα, για τη διερεύνηση του φαινομένου του μετασχηματισμού της βροχόπτωσης σε απορροή με τη μέθοδο του Clark, αρχικά συλλέχτηκαν τα δεδομένα βροχόπτωσης, στους βροχομετρικούς σταθμούς Στουρναρέικα και Βροντερό, καθώς και αντίστοιχες μετρήσεις στάθμης στη θέση Πύλη. Όλα αυτά τα δεδομένα έχουν ληφθεί από παλαιότερη μεταπτυχιακή διατριβή που είχε γίνει στην περιοχή από την Αθηνά Κατσή. Ακολούθησε η κατάλληλη επεξεργασία των δεδομένων και η προετοιμασία τους για την εισαγωγή τους στο υδρολογικό μοντέλο HEC-1 ώστε να γίνει προσομοίωση του φαινομένου με τη μέθοδο του Clark. Η ολοκλήρωση της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας οδήγησε στην εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων ως προς την αξιολόγηση των λογισμικών εφαρμογής που χρησιμοποιούνται για εργασίες, όπως είναι η χάραξη του υδρογραφικού δικτύου και του υδροκρίτη.
description: The present dissertation was conducted in terms of the Msc Programme in the faculty of TATM of the Aristotele University in Thessaloniki, in the specialty of Geographic Information Systems and in particular in Hydrology. The subject area is named “Application of G.I.S. in the basin of Portaikos river, focused on the hydrology and the reliability of the use of D.E.M.’’ The dissertation was completed under the supervision of Professor Stavros Yiannopoulos, at the faculty of TATM. The subject area of the present dissertation can be divided in to three separate modules; The first module investigates the reliability of the application of D.E.M. of Grid type, in accordance with certain limits as they are identified by Ο.Σ.Μ.Ε.Ο. The second module includes the most commonly used programmes that delineate the watersheds’ limits and the rivers network automatically as well as the description of their function. In addition, there is a comparison between the results themselves as they were elicited from the already mentioned programmes but also with the results that came out from the use of the traditional method. In detail, the traditional method consists of the manually digitization of the watershed limits and the river net from the analogical map. The aim of this module is to reach certain conclusions concerning the reliability of the results of each programme and their deviations. In the third module, the phenomenon of transformation of the rain to discharge is examined by the use of the Clark method as it is applied by the G.I.S. and the hydrological model HEC-1. Initially, in order to check the reliability of D.E.M., the digitization of the contour lines of the investigated area was conducted taken from the topographic maps of the Greek Geographic Army Service, scaled 1:50.000. After, several D.E.M. files were created with different cell sizes respectively. Moreover, the D.E.M. created by radar pictures of type SRTM was also employed. Finally, all the created D.E.M. files were examined for their accuracy. The D.E.M. accuracy can be described with statistical dimensions. For the comparative assessment of the results, acquired by the automatic delineation programs, initially, there has been a choice by the most popular programs of automatic watershed delineation. Thereafter, the programs, have been applied using the same D.E.M. file produced by digitization of the analog topographic map of the study area. Finally, there has been a comparative assessment of the results for parameters that characterize the basin, like area, perimeter and parameters that characterize the river network, like Horton’s laws and basin category. In the third module, the rain – runoff process has been studied using the Clark’s method. The rainfall data, at the rainfall stations of Stournareika and Vrontero, and the stream flow data at the station of Portaikos Bridge have been taken by a former Msc. study (Athina Katsi, 2004). These data have processed and used as input to hydrological model HEC-1 and the runoff has been simulated by the Clark’s method. The following stage was the calibration of the hydrological model. Finally, follows the statistical checks, which include the calculation of the objective function, the percentage difference of the discharge pick, the discharge volume and the time of rise. This study led to the conclusions about the programs of automatic watershed delineation. Also, the necessary accuracy of D.E.M. for accurate hydrological simulation can be inferred. Finally, the study helps the understanding of the hydrological response of Portaikos watershed.