Υδρολογική Διερεύνηση της Λεκάνης Απορροής του Ποταμού Βενέτικου
Creators: name: Τσακστάρας, Δημήτριος Ηρακλή
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Υδρολογική Διερεύνηση
Λεκάνη Απορροής
Βενέτικος
Hydrological Investigation
Watershed
Venetikos

description: Στη διατριβή αυτή μελετήθηκε η διαδικασία μετασχηματισμού της βροχής σε απορροή, στην υδρολογική λεκάνη του ποταμού Βενέτικου, στο Νομό Γρεβενών. Για το σκοπό αυτό δημιουργήθηκε ένα ενιαίο υδρολογικό μοντέλο συνεχούς προσομοίωσης χρησιμοποιώντας το λογισμικό HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrological Modeling System). Η ρύθμιση του μοντέλου έγινε με ημερήσια δεδομένα της περιόδου Οκτώβριος 1998 – Σεπτέμβριος 2006 και η επαλήθευσή του με ημερήσια δεδομένα της περιόδου Οκτώβριος 2006 – Σεπτέμβριος 2008. Για την εξαγωγή της υδρολογικής λεκάνης και του υδρογραφικού δικτύου της περιοχής μελέτης, χρησιμοποιήθηκε το ψηφιακό μοντέλο εδάφους (Digital Elevation Model, DEM) της αποστολής Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), ακρίβειας 1 arc-sec (περίπου 30 m X 30 m). Χάρτες της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού, κλίμακας 1:50,000, χρησιμοποιήθηκαν για τον αρχικό προσδιορισμό της θέσης της περιοχής μελέτης και για τον έλεγχο των υψομέτρων του DEM. Οι χρήσεις γης πάρθηκαν από τα υπόβαθρα του CORINE 2000. Οι εδαφικές παράμετροι προέκυψαν από τη βάση δεδομένων EU-SoilHydroGrids με τη μορφή εικόνων (raster) ανάλυσης 250 m και 1 km. Τα απαιτούμενα δεδομένα βροχόπτωσης πάρθηκαν από τους σταθμούς του Κηπουριού, της Αετιάς, της Κρανιάς και της Βοβούσας. Η μέση βροχόπτωση της λεκάνης υπολογίστηκε με τη μέθοδο Thiessen. Δεδομένα θερμοκρασίας ήταν διαθέσιμα μόνο από το σταθμό της Βοβούσας. Ο υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής έγινε με τη μέθοδο Hargreaves-Samani. Στο υδρολογικό μοντέλο που δημιουργήθηκε στο HEC-HMS για τη λεκάνη του Βενέτικου, προσομοιώνονται οι ακόλουθες επιμέρους διαδικασίες: η συγκράτηση από τη φυτοκάλυψη (Simple Canopy), η αποθήκευση σε επιφανειακές κοιλότητες του εδάφους (Simple Surface), η διήθηση και αποθήκευση στην επιφανειακή στρώση και σε βαθύτερα στρώματα του εδάφους (Soil Moisture Accounting, SMA), ο μετασχηματισμός της βροχόπτωσης σε άμεση απορροή (Clark Unit Hydrograph), η βασική απορροή (Linear Reservoir) και η διόδευση της απορροής μέχρι την έξοδο της λεκάνης (Muskingum). Για την εφαρμογή του μοντέλου απαιτείται ο προσδιορισμός των τιμών 25 συνολικά παραμέτρων, 6 από τις οποίες αφορούν την αρχική συνθήκη της προσομοίωσης, ενώ οι υπόλοιπες 19 είναι οι παράμετροι των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των προαναφερθέντων διαδικασιών. Για τη ρύθμιση και επαλήθευση του μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν μέσες ημερήσιες τιμές παροχής στην έξοδο της λεκάνης. Οι τιμές αυτές προέκυψαν από μετρήσεις στάθμης (σταθμός Ελευθεροχωρίου, ΔΕΗ) και εφαρμογή της καμπύλης στάθμης-παροχής. Για την εξαγωγή της καμπύλης στάθμης-παροχής χρησιμοποιήθηκαν 113 ζεύγη μετρήσεων στάθμης-παροχής στο διάστημα της χρονικής περιόδου 1997-2010. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη ρύθμιση του μοντέλου ήταν ένας συνδυασμός της μεθόδου δοκιμής-σφάλματος (trial and error method) και της αυτόματης ρύθμισης με την ενσωματωμένη στο λογισμικό του HEC-HMS μέθοδο Simplex. Ως αντικειμενική συνάρτηση επιλέχθηκε το επί τοις εκατό σφάλμα του συνολικού όγκου απορροής. Το μοντέλο HEC-HMS με τη χρησιμοποίηση των τελικών τιμών των παραμέτρων που προσδιορίστηκαν κατά το στάδιο της ρύθμισης, εφαρμόστηκε για την εκτίμηση της ημερήσιας παροχής του ποταμού Βενέτικου στην έξοδο της λεκάνης, στη Γέφυρα Ελευθεροχωρίου. Οι όγκοι απορροής (εξαμηνιαίοι, ετήσιοι και συνολικοί) που εκτιμήθηκαν με τη βοήθεια της υπολογισμένης ημερήσιας παροχής στην περίοδο ρύθμισης και στην περίοδο πρόβλεψης συγκρίθηκαν με τους αντίστοιχους "μετρημένους" όγκους και τα αποτελέσματα ήταν πολύ ικανοποιητικά.
description: ή (Clark Unit Hydrograph), η βασική απορροή (Linear Reservoir) και η διόδευση της απορροής μέχρι την έξοδο της λεκάνης (Muskingum). Για την εφαρμογή του μοντέλου απαιτείται ο προσδιορισμός των τιμών 25 συνολικά παραμέτρων, 6 από τις οποίες αφορούν την αρχική συνθήκη της προσομοίωσης, ενώ οι υπόλοιπες 19 είναι οι παράμετροι των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των προαναφερθέντων διαδικασιών. Για τη ρύθμιση και επαλήθευση του μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν μέσες ημερήσιες τιμές παροχής στην έξοδο της λεκάνης. Οι τιμές αυτές προέκυψαν από μετρήσεις στάθμης (σταθμός Ελευθεροχωρίου, ΔΕΗ) και εφαρμογή της καμπύλης στάθμης-παροχής. Για την εξαγωγή της καμπύλης στάθμης-παροχής χρησιμοποιήθηκαν 113 ζεύγη μετρήσεων στάθμης-παροχής στο διάστημα της χρονικής περιόδου 1997-2010. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη ρύθμιση του μοντέλου ήταν ένας συνδυασμός της μεθόδου δοκιμής-σφάλματος (trial and error method) και της αυτόματης ρύθμισης με την ενσωματωμένη στο λογισμικό του HEC-HMS μέθοδο Simplex. Ως αντικειμενική συνάρτηση επιλέχθηκε το επί τοις εκατό σφάλμα του συνολικού όγκου απορροής. Το μοντέλο HEC-HMS με τη χρησιμοποίηση των τελικών τιμών των παραμέτρων που προσδιορίστηκαν κατά το στάδιο της ρύθμισης, εφαρμόστηκε για την εκτίμηση της ημερήσιας παροχής του ποταμού Βενέτικου στην έξοδο της λεκάνης, στη Γέφυρα Ελευθεροχωρίου. Οι όγκοι απορροής (εξαμηνιαίοι, ετήσιοι και συνολικοί) που εκτιμήθηκαν με τη βοήθεια της υπολογισμένης ημερήσιας παροχής στην περίοδο ρύθμισης και στην περίοδο πρόβλεψης συγκρίθηκαν με τους αντίστοιχους "μετρημένους" όγκους και τα αποτελέσματα ήταν πολύ ικανοποιητικά. ABSTRACT In this thesis we studied the process of transformation of rainfall into runoff into the hydrological basin of the Venetikos river in the Prefecture of Grevena, Greece. For this purpose, the HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrological Modeling System) software has been usen. It is a lumped hydrological model of continuous simulation. The model calibration was based on daily data from October 1998 to September 2006 and was verified with daily data from October 2006 to September 2008. For the extraction of the catchment area and the hydrographic network of the study area the Digital Elevation Model (DEM) of the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) was used, which has an accuracy of 1 arc-sec (approximately 30 m X 30 m). Maps of the Military Geographic Service, of scale 1: 50,000, were used to initially determine the location of the study area and to control the altitude of the DEM. The land uses were derived from the CORINE 2000. The soil parameters were derived from the EU-SoilHydroGrids database in the form of 250 m and 1 km resolution raster images. The required rainfall data were obtained from the stations of Kipourio, Aetia, Krania and Vovousa. Mean areal rainfall was calculated using the Thiessen method. Temperature data was only available at Vovoussa Station. Evapotranspiration was calculated using the Hargreaves-Samani method. In the hydrological model created in HEC-HMS for the Venetikos basin, the following individual procedures are were simulated: canopy storage (Simple Canopy), surface storage (Simple Surface), infiltration and storage in the upper and lower subsurface layers (Soil Moisture Accounting - SMA), transformation of rainfall to direct runoff (Clark Unit Hydrograph), baseflow (Linear Reservoir), and runoff routing to the basin outlet (Muskingum). For the implementation of the model it is was necessary to determine the values of 25 parameters in total, 6 of which refer to the initial condition of the simulation, while the other 19 are the parameters of the methods used to simulate the aforementioned processes. Daily discharge values at the basin outlet were used to calibrate and verify the model. These values were derived from stage measurements (Eleftherochorion Station, PPC) and application of a rating curve (stage-discharge curve). To derive the rating curve for Venetikos river, 113 pairs of stage-discharge measurements were used over the period 1997-2010. The model was calibrated by a combination of the trial and error method and the automatic calibration procedure which is integrated in the HEC-HMS software (Simplex method). The percent error of the total runoff volume was selected as the objective function. The HEC-HMS model, using the parameter values derived from calibration, was applied to estimate the daily discharge of the Venetikos river at the basin outlet at the Eleftherochorion Bridge. The runoff volumes (semi-annual, annual and total) estimated using the calculated daily discharge in the calibration period and in the verification period were compared with the corresponding "measured" volumes and the results were very satisfactory.