Συγκριτική διερεύνηση πλημμυρογραφημάτων σχεδιασμού από συνθετικές βροχοπτώσεις σε μικρές λεκάνες απορροής:
Creators: name: Τζιβάνη, Ελένη Σάββα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Παροχή αιχμής
Υδρολογική λεκάνη
Υδρομετρήσεις
Υδρογράφημα
Γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών
Υδρολογική προσομοίωση
Peak flow
River basin
Hydro measurements
Inundation graphic
Geographical information systems
Hydrological simulation

description: Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, της Πολυτεχνικής Σχολής, του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, στη κατεύθυνση Γεωπληροφορική και ειδίκευση Υδατικών Πόρων. Έχει τίτλο “ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΠΛΗΜΜΥΡΟΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΑΠΟ ΣΥΝΘΕΤΙΚΕΣ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΕΙΣ ΣΕ ΜΙΚΡΕΣ ΛΕΚΑΝΕΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΧΩΡΙΣ ΥΔΡΟΜΕΤΡΗΣΕΙΣ”. Η διατριβή ολοκληρώθηκε υπό την επίβλεψη του Καθηγητή του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών κ. Σταύρου Γιαννόπουλου. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση και σύγκριση των διαδικασιών και των εποπτικών μεθόδων υπολογισμού της παροχής αιχμής, σε μια υδρολογική λεκάνη χωρίς υδρομετρήσεις. Ο καθορισμός της παροχής αιχμής είναι ιδιαίτερα σημαντικός στον σχεδιασμό υδραυλικών έργων υποδομής, προκειμένου να ανταποκρίνονται στους όρους ασφάλειας και οικονομίας. Όμως, λόγω του συχνού φαινομένου έλλειψης υδρομετρήσεων δυσχεραίνεται το έργο των Μηχανικών. Το πρόβλημα αυτό προσεγγίζεται με τη χρήση σύγχρονων λογισμικών που υποστηρίζουν την τεχνολογία των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ArcGIS και HEC-GeoHMS) και του λογισμικού HEC-HMS για την υδρολογική προσομοίωση. Για την εφαρμογή αυτών των διαδικασιών επιλέχτηκε η υδρολογική λεκάνη της Μεγάλης Παναγίας στη διοικητική περιφέρεια του Νομού Χαλκιδικής. Η επιλογή αυτής της λεκάνης έγινε με αφορμή την ραγδαία βροχόπτωση που σημειώθηκε σε αυτήν το έτος 2000, η οποία προκάλεσε εκτεταμένες καταστροφές. Η εφαρμογή των προβλεπόμενων ερευνητικών διεργασιών σε ευρύτερο επίπεδο μπορεί να συμβάλλει στην αξιοποίηση και την ορθολογική διαχείριση των υδατικών πόρων μιας περιοχής, ώστε να προβλεφθούν και να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά παρόμοια φαινόμενα. Το πρώτο στάδιο της εργασίας ήταν η εκμάθηση των λογισμικών εφαρμογής και πιο συγκεκριμένα των ArcGIS 9.0 ESRI, Arc Hydro Tools 1.1 της ESRI, HEC-GeoHMS 1 και το HEC-HMS της USACE. Αυτό έγινε μέσω των αντίστοιχων εγχειριδίων και σχετικών συγγραμμάτων. Το χαρτογραφικό υπόβαθρο αποτέλεσε το φύλλο χάρτη «Αρναία» της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (Γ.Υ.Σ.) κλίμακας 1:50.000, το οποίο γεωαναφέρθηκε στο περιβάλλον του ArcGIS. Επόμενο στάδιο αποτέλεσε η εφαρμογή του λογισμκού Arc GIS 9.0 για την δημιουργία του ψηφιακού μοντέλου εδάφους της περιοχής μελέτης μορφής TIN και GRID. Η δημιουργία του Ψ.Μ.Ε. περιελάμβανε την ψηφιοποίηση των θεματικών πληροφοριών (υδροκρίτης, υδατορέματα και ισοϋψείς) και τη χρήση του 3D Analyst για την εξαγωγή του Ψ.Μ.Ε. αρχικά σε μορφή TIN και στη συνέχεια για τη μετατροπή του σε μορφή GRID. Ακολούθησε η διαδικασία της προεπεξεργασίας του εδάφους για την προσομοίωση του υδρογραφικού δικτύου της υπό μελέτη λεκάνης απορροής στο πρόγραμμα Arc Hydro Tools που είναι extension στο ArcGIS. Απο την εφαρμογή του Arc Hydro Tools προέκυψε η εξαγωγή των γεωμορφολογικών παραμέτρων και η οπόια αποτέλεσε ξεχωριστό κεφάλαιο της μεταπτυχιακής εργασίας, στο οποίο πραγματοποιήθηκε ο επιμερισμός της λεκάνης απορροής σε υπολεκάνες, ταξινομήθηκε το υδρογραφικό δίκτυο κατά Strahler και υπολογίστηκε η πυκνότητα αυτού. Προσδιορίστηκαν οι δείκτες κυκλικότητας, συμπαγούς και επιμήκυνσης. Υπολογίστηκαν το μήκος και η μέση κλίση του κυρίου υδατορρεύματος, καθώς και η μέση κλίση της λεκάνης απορροής και των υπολεκανών αυτής. Ακολούθησε ο σχεδιασμός της υψομετρικής καμπύλης και οι υπολογισμοί του ενεργού πλάτους της λεκάνης απορροής, του συντελεστή ελικτότητας του κυρίου υδατορρεύματος και της απόστασης του σημείου εξόδου από το κέντρο βάρους της υδρολογικής λεκάνης. Το λογισμικό HEC-GeoHMS χρησιμοποιήθηκε για τη διαμόρφωση των αρχείων εισόδου στο HEC-HMS. Πρόκειται για το αρχείο υποβάθρου (Background Map File) και το αρχείο ενιαίου μοντέλου λεκάνης απορροής (Lumped Basin Model). Για τον υπολογισμό της παροχής αιχμής εφαρμόστηκαν αρχικά οι ισχύουσες στη χώρα μας τεχνικές προδιαγραφές εκπονήσεως υδραυλικών έργων που προβλέπουν τη χρήση εμπειρικών σχέσεων. Συγκεκριμένα, υπολογίστηκε η παροχή αιχμής εφαρμόζοντας την Ορθολογική μέθοδο και τον τύπο του Fuller, για περίοδο επαναφοράς πλημμύρας σχεδιασμού ίση με 50 έτη. Στη συνέχεια, διερευνήθηκαν τέσσερις διαφορετικές σχέσεις έντασης – διάρκειας – περιόδου επαναφοράς, οι οποίες ισχύουν για την περιοχή της Μεγάλης Παναγίας, και κάθε μια από αυτές αντιστοιχεί στην κατανομή Gumbel, στην κατανομή Pearson τύπου III, στη κατανομή Pearson τύπου III με χρήση του παράγοντα συχνότητας και στη λογαριθμική Pearson τύπου III κατανομή. Ακολούθησε ο υπολογισμός των υψών βροχής σχεδιασμού για καθεμιά από τις εξεταζόμενες σχέσεις έντασης – διάρκειας - περιόδου επαναφοράς, για περίοδο επαναφοράς ίση με 50 έτη και διάρκεια βροχής σχεδιασμού ίση με t = 6, 12 και 24 hrs. Δημιουργήθηκαν συνθετικά υετογραφήματα για βροχή σχεδιασμού με τη μέθοδο των εναλλασσομένων υψών βροχής και τη μέθοδο της SCS. Η περίσσεια της βροχόπτωσης υπολογίστηκε με τη μέθοδο απορροϊκού συντελεστή (Curve Number) της SCS. Ακολούθησε ο προσδιορισμός των Συνθετικών Μοναδιαίων Υδρογραφημάτων της SCS και της Sierra Nevada. Για την διερεύνηση των σχέσεων βροχής - απορροής και τη δημιουργία των πλημμυρογραφημάτων χρησιμοποιήθηκε το υδρολογικό μοντέλο HEC-HMS. Μετά την εισαγωγή των δύο αρχείων που δημιουργήθηκαν με το HEC-GeoHMS στο HEC-HMS, ακολούθησε η διαδικασία της υδρολογικής προσομοίωσης για τα διαφορετικά επεισόδια βροχής που αντιστοιχούν σε καθεμιά από τις εξεταζόμενες περιπτώσεις. Η υδρολογική προσομοίωση περιλαμβάνει τη δημιουργία του μετεωρολογικού μοντέλου, του μοντέλου της λεκάνης απορροής και του ελέγχου των λεπτομερειών. Ακολούθησε μια εκτεταμένη συγκριτική διερεύνηση των πλημμυρογραφημάτων που υπολογίστηκαν για την εξακρίβωση των διαφορών μεταξύ των περιπτώσεων που εξετάζονται στην παρούσα εργασία. Ολοκληρώνοντας, η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία οδήγησε στην εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων ως προς τις παραμέτρους που πρέπει να λαμβάνονται υπ'οψη κατά τον καθορισμό της παροχής αιχμής.
description: This postgraduate thesis was realised in the frame of Postgraduates Studies Program of School of Rural and Surveying Engineering of Faculty of Engineering of Aristotelio University of Thessaloniki, in the direction of Geoinformatics and specialization on water pores. The title is “COMPARATIVE INVESTIGATION OF INUNDATION GRAPHICS PLANNING FROM SYNTHETIC RAINFALLS BASINS FLOW WITHOUT HYDRO MEASUREMENTS”. This thesis was completed under the supervision of the Professor of Rural and Surveyor Engineers department M. Stayros Giannopoylos. The object of this thesis is the investigation and comparison of the procedures and supervisory methods of measurement of flow rate peak, in a hydrological basin without hydro measurements. The definition of flow rate peak is particularly important in the design of the hydraulic infrastructures, in order to satisfy the conditions of security and economy. However, due to the frequent phenomenon of the lack of hydro measurements the work of Engineers is hampered. This problem is approached by using modern software supporting the technology of use of Geographical Information Systems (ArcGIS and HEC-GeoHMS) and HEC-HMS software for hydrological simulation. For the application of these procedures is chosen the hydrological basin of Megali Panagía in the administrative region of the prefecture of Chalkidiki. The choice of this basin was in connection with the rapid rainfall which occurred in the year 2000, which caused extensive damages. The implementation of the planned research processes in a wider level can contribute to the development and rational management of water resources of a region in order to lay down and to tackle effectively with similar phenomena. The first stage of the thesis was the learning of application software and more particularly Arcgis 9.0 ESRI, Arc Hydro Tools 1.1 of ESRI, HEC-GeoHMS and HEC-HMS of USACE. This was done through their respective manuals and relevant books. The cartographic document background was the sheet Charter map «Arnea» of Geographical Service of the Army (G.S.A.) scale 1:50,000, which georeferenced on the environment of ArcGIS. Next stage was the implementation of software ArcGIS 9.0 for the creation of digital model territory of the study region in TIN and GRID form. The creation of D.T.M. included the digitalization of thematic information (watershed, rivers and contours) and the use of 3D Analyst for export of D.T.M. initially in the TIN form and subsequently for conversion to GRID form. The following process was the pre-treatment of soil for the simulation of hydrographic network of the study river basin in the software Arc Hydro Tools which are extension to ArcGIS. The application of Arc Hydro Tools resulted to the export of geomorphological parameters and the conditions which was a separate chapter of the thesis, in which occurred the allocation of the river basin to sub-basins and classified the hydrographic network according to Strahler and measured its density. They were determined the circularity, the compact and elongation indicators. They were measured the length and average slope of the principal stream, as well as the average slope of river basin and their sub-basins. After this followed the design of height curve and the calculations of the active width of the river basin and the distance of exit point from the center of gravity of the river basin. The software HEC-GeoHMS was used for shaping the entry files in HEC-HMS. It is the Background Map File and the Lumped Basin Model. For the calculation of flow rate peak were implied initially the existing in our country technical specifications drawing hydraulic works which provide the use of empirical types. In particular, it was calculated the flow rate peak by applying the rational method and the Fuller type, for a reintroduction flood period equal to 50 years. Subsequently, they were investigated four different types of I.D.F (Intensity-Duration-Frequency) curves for reintroduction, which are valid for the region of Megali Panagía, and each one of these corresponds to the distribution Gumbel, in the distribution Pearson Type III, with the use of frequency factor and logarithmic Pearson Type III allocation. After this was the calculation of rain heights design for each of the examined types of I.D.F (Intensity-Duration-Frequency) curves for reintroduction for an reintroduction period equal to 50 years and rain duration design equal to t = 6, 12 and 24 hrs. They were created synthetic hyetographs for rain design with the method of alternating rain heights and the SCS method. The excess rainfall was calculated using the discharge curve number of SCS. After this followed the determination of Synthetic Unit Hydrographs of SCS and Sierra Nevada. For the investigation of rain-flow rate types and creation of inundation graphics was used the hydrological model HEC-HMS. After the import of two files which were created with HEC-GeoHMS in HEC-HMS, followed the process of hydrological simulation for different rain incidents corresponding to each of the examined cases. The hydrological simulation includes the creation of meteorological model, the model of river basin and the control of details. After this followed by a comprehensive comparative investigation of inundation graphics calculated for the verification of the differences between the cases examined in this thesis. In conclusion, this post-graduate thesis led to export useful conclusions as to the parameters to be taken into account when determining the flow rate peak.