Σχεδιασμός έναντι πλημμυρικού κινδύνου ορεινών λεκανών απορροής και αστικών περιοχών. Διερεύνηση των επιπτώσεων της αρχικής εδαφικής υγρασίας και της αβεβαιότητας του συντελεστή τριβής Manning. Εφαρμογή στις λεκάνες απορροής χειμάρρων του Βόλου
Creators: name: Κατσιόλας, Αναστάσιος Στέργιου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Πλημμυρικά γεγονότα
Διαχείριση πλημμυρικού κινδύνου
Προηγούμενη κατάσταση υγρασίας
Συντελεστής τριβής
Flood events
Flood risk management
Antecedent moisture condition
Friction coefficient

description: Η παρούσα εργασία αφορά τον σχεδιασμό των αστικών περιοχών και των ορεινών λεκανών απορροής έναντι του πλημμυρικού κινδύνου. Συγκεκριμένα αυτή η μελέτη αναλύει τον πλημμυρικό κίνδυνο για την Μητροπολιτική πόλη του Βόλου στη Κεντρική Ελλάδα, η οποία πλήττεται συχνά από έντονες καταιγίδες που προκαλούν ποτάμιες αιφνίδιες πλημμύρες. Όσοv αναφορά το φαινόμενο το οποίο αναλύεται έχει να κάνει με πλημμυρικό γεγονός που συνέβη στις 9 Οκτωβρίου του 2006 και προκάλεσε τεράστιες καταστροφές στην πόλη. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιεί η εργασία χωρίζεται σε τρία στάδια. Στο πρώτο στάδιο χρησιμοποιώντας τις μέσες παραμέτρους των όμβριων καμπυλών και τα σχετικά όρια εμπιστοσύνης ανά υπολεκάνη κατασκευάστηκαν τα υετογραφήματα της καταιγίδας σχεδιασμού με τη μέθοδο των Εναλλασσόμενων Υψών Βροχόπτωσης για περιόδους επαναφοράς 50 και 100 ετών και με τη μέθοδο του Δυσμενέστερου Σχεδιασμού για περίοδο επαναφοράς 1000 ετών. Στο δεύτερο στάδιο για την υδρολογική προσομοίωση του φαινόμενου χρησιμοποιείται η μέθοδος SCS-CN για την εκτίμηση της ενεργού βροχόπτωσης, θεωρώντας τρία υδρολογικά σενάρια για κάθε περίοδο επαναφοράς. Τα σενάρια καθορίζονται συνδυάζοντας τρία (3) σενάρια συνθηκών προηγούμενης εδαφικής υγρασίας, που είναι το ξηρό που αντιστοιχεί στο CNI, το μέσο που αντιστοιχεί στο CNII και το υγρό που αντιστοιχεί στο CNIII , τα οποία διαμορφώνουν διαφορετικά σενάρια απωλειών για κάθε είδος βροχόπτωσης που συναρτάται από την περίοδο επαναφοράς τoυ. Ακόμη εφαρμόζεται για την παραγωγή των υδρογραφημάτων των υπολεκανών η μέθοδος του Στιγμιαίου Μοναδιαίου Υδρογραφήματος Clark, η οποία χρησιμοποιεί ως δεδομένο εισόδου τον χρόνο συγκέντρωσης της απορροής, tc, και την αποθηκευτικότητα, R, για κάθε υπολεκάνη. Τέλος, στο τρίτο στάδιο γίνεται η υδραυλική προσομοίωση χρησιμοποιώντας το λογισμικό (HEC-RAS 2D). Στη συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των εξισώσεων Διάχυσης Κύματος για την προσομοίωση. Ακόμη εφαρμόστηκε η λειτουργία του λογισμικού, που αφορά την ανάλυση της κίνησης της μη μόνιμης ανομοιόμορφης ροής σε δύο διαστάσεις. Για την δόμηση του μοντέλου χρησιμοποιούνται τα γεωμετρικά στοιχεία των τεχνικών έργων που βρίσκονται στους χειμάρρους, οι οριακές συνθήκες που είναι τα πλημμυρογραφήματα που υπολογίστηκαν στο προηγούμενο στάδιο και η κλίση της γραμμής ενέργειας στα κατάντη των λεκανών που αντιστοιχεί στη κλίση του εδάφους. Ακόμη θεωρούμε ότι το κάθε κελί του υπολογιστικού πλέγματος που βρίσκεται εντός των ορίων του εκάστοτε οικοδομικού τετραγώνου ορίζεται στο αριθμητικό μοντέλο με τοπική αύξηση του υψόμετρου του εδάφους, ώστε να είναι αδιαπέραστο. Στη συνέχεια με βάση τις χρήσης γης της περιοχής μελέτης εκτιμάται ο συντελεστής τριβής n της εξίσωσης του Manning για τις παραχειμάρριες περιοχές και με τη χρήση των φωτογραφιών των χειμάρρων με τη μέθοδο του Cowan εκτιμάται ο συντελεστής τριβής n για τα τμήματα των χειμάρρων. Λαμβάνονται επίσης συντελεστές σε ένα διάστημα +/- 50% από την αρχική εκτίμηση ώστε να αναλυθεί η ευαισθησία του συντελεστή. Έτσι προστίθενται και οι επιφάνειες με τους συντελεστές τριβής στο μοντέλο. Με αυτόν τον τρόπο παράγονται οι χάρτες επικινδυνότητας πλημμύρας για 27 διαφορετικά σενάρια. Τέλος συγκρίνονται τα αποτελέσματα της εργασίας με αυτά του Σχεδίου Διαχείρισης Κινδύνων Πλημμύρας της περιοχής και πιστοποιούνται βάση αναφορών των πληγέντων περιοχών.
description: The present thesis concerns the planning of urban areas and mountain watersheds against flood risk. Specifically this study analyzes the flood risk for the Metropolitan city of Volos in Central Greece, which is frequently affected by intense storms that cause riverine flash floods. In particular, the phenomenon analyzed has to do with a flood event that occurred on October 9, 2006 and caused enormous destruction in the city. The methodology used in the work is divided into three stages. In the first stage, using the mean parameters of the Ombrian curves and the relevant confidence limits per sub-basin, the hydrographs of the design storm were constructed with the method of Alternating Precipitation Heights for 50 and 100-year return periods and with the worst-case design method for a 1000-year return period. In the second stage for the hydrological simulation of the phenomenon, the SCS-CN method is used to estimate the effective rainfall, considering three hydrological scenarios for each return period. The scenarios are determined by combining three (3) scenarios of previous soil moisture conditions, which are the dry corresponding to CNI, the medium corresponding to CNII and the wet corresponding to CNIII, which form different loss scenarios for each type of precipitation dependent on during its return period. The Clark Instantaneous Unit Hydrograph method is also applied to produce the hydrographs of the sub-basins, which uses as input data the runoff concentration time, tc, and the storage coefficient, R, for each sub-basin. Finally, in the third stage, the hydraulic simulation is done using the software (HEC-RAS 2D). In this particular study, the method of Wave Diffusion equations was implemented for the simulation. The function of the software concerning the analysis of the movement of non-steady non-uniform flow in two dimensions was also used. To build the model, the geometric elements of the hydraulic structures located in the rivers, the boundary conditions which are the flood graphs calculated in the previous stage and the slope of the energy line downstream of the watersheds corresponding to the slope of the ground are used. We also consider that each cell of the computational grid located within the boundaries of each building block is defined in the numerical model with a local elevation of the ground, so that it is impermeable. Then, based on the land uses of the study areas, the coefficient of friction n of Manning's equation is estimated for the riparian areas, and using the photos of the streams with Cowan's method, we estimate the coefficient of friction n for the sections of the streams. Coefficients within +/- 50% of the original estimate are also taken to analyze the sensitivity of the coefficient. Thus the surfaces with the friction coefficients are also added to the model. In this way the flood hazard maps for 27 different scenarios are produced. Finally, the results of the thesis are compared with those of the Flood Risk Management Plan of the area and validated based on reports for the affected areas.