Ημερίδα Ερευνητικού Προγράμματος ΔΕΥΚΑΛΙΩΝ «Εκτίμηση πλημμυρικών ροών στην Ελλάδα σε συνθήκες υδροκλιματικής μεταβλητότητας: Ανάπτυξη φυσικά εδραιωμένου εννοιολογικού‐πιθανοτικού πλαισίου και υπολογιστικών εργαλείων» Τετάρτη 2/7/2014, Μουσείο Γουλανδρή Φυσικής Ιστορίας Μοντέλα υδρολογικής προσομοίωσης και πρόγνωσης Αντώνης Δ. Κούσης, Πολιτικός Μηχανικός, Dr. Ing., Δ/ντής Ερευνών ΕΑΑ Ανδρέας Ευστρατιάδης, Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, ΕΔΙΠ ΕΜΠ Από τον υδρολογικό σχεδιασμό με μοντέλα επεισοδίου στα μη γραμμικά στοχαστικά μοντέλα συνεχούς προσομοίωσης Προσομοίωση επεισοδίου (υπόθεση: Τπλημμύρας = Τβροχής) Συνεχής προσομοίωση (στατιστική εκτίμηση μεγεθών σχεδιασμού) Εκτίμηση ολικού και επιμέρους ύψους βροχής μέσω της όμβριας καμπύλης Παραγωγή συνθετικών χρονοσειρών εισόδου (βροχόπτωση, δυνητική εξατμοδιαπνοή), μεγάλου μήκους Κατάρτιση καταιγίδας σχεδιασμού Αναπαράσταση υδρολογικών διεργασιών λεκάνης απορροής Εκτίμηση ενεργού βροχόπτωσης, για δεδομένες συνθήκες αρχικής εδαφικής υγρασίας Παραγωγή χρονοσειρών παροχής Διόδευση πλημμυρικής απορροής μέσω μοναδιαίου υδρογραφήματος Στατιστική ανάλυση δείγματος ετήσιων μέγιστων παροχών Προσθήκη βασικής ροής Πιθανοτική εκτίμηση παροχής σχεδιασμού για δεδομένη περίοδο επαναφοράς της πλημμύρας Υδρογράφημα σχεδιασμού Το υπολογιστικό σύστημα γεω‐υδρολογικής προσομοίωσης Υδρόγειος (έκδοση 3‐beta) Πεδίο εφαρμογής: λεκάνη απορροής Χρονικό βήμα: μηνιαίο, ημερήσιο, ωριαίο («συνεχής» προσομοίωση) Αναπαράσταση διεργασιών και των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων: στην επιφάνεια του εδάφους και την ακόρεστη ζώνη στον υδροφορέα (κορεσμένη ζώνη) στο υδρογραφικό δίκτυο στο ανθρωπογενές περιβάλλον (υδροσύστημα) Χωρικές συνιστώσες μοντέλου: Εδαφικό σύστημα (υπολεκάνες, κόμβοι & κλάδοι υδρογραφικού δικτύου) Μονάδες υδρολογικής απόκρισης Κύτταρα υδροφορέα και θέσεις εκφόρτισης (υπόγειες διαφυγές, πηγές) Θέσεις ζήτησης και απόληψης νερού, έργα μεταφοράς Βασικό πλεονέκτημα: περιγράφεται ο πλήρης υδρολογικός κύκλος Βασικό μειονέκτημα: πολλές παράμετροι που απαιτούν βαθμονόμηση Υδρόγειος: Χαρακτηριστικές φόρμες διαχείρισης γεωγραφικών και υδρολογικών δεδομένων Η Υδρόγειος, καθώς και οι υπόλοιπες υπολογιστικές εφαρμογές που αναπτύχθηκαν, είναι διαθέσιμα μέσω της ιστοσελίδας του έργου Δευκαλίων: http://deucalionproject.gr/ Υδρόγειος: Εννοιολογικό μοντέλο περιγραφής υδρολογικών διεργασιών Άμεση απορροή πάνω στην επιφάνεια του εδάφους, λόγω εξάντλησης της διηθητικής του ικανότητας (Horton) Απορροή με μορφή υπερχείλισης, λόγω κορεσμού του εδάφους σε υγρασία Υποδερμική ροή, διαμέσου της ακόρεστης ζώνης Βασική απορροή από την εκφόρτιση πηγών εντός της υπολεκάνης Εξατµοδιαπνοή βλάστησης eCt Άµεση εξάτµιση eDt Βροχόπτωση pt Κατακράτηση s1t Μέγιστη διηθητικότητα i0 Πραγµατική εξατµοδιαπνοή et ∆ιήθηση it Εδαφική εξατµοδιαπνοή eSt Ανώτερη ακόρεστη ζώνη, χωρητικότητας k Εξατµοδιαπνοή κατώτερης ζώνης eLt Άµεση απορροή qDt Απορροή λόγω κορεσµού qSt Συντελεστής εκφόρτισης κ Αποθήκευση υγρασίας s2t Στάθµη παραγωγής υποδερµικής ροής kΗ Ποσοστό διήθησης που καταλήγει στην κατώτερη ζώνη β Χωρητικότητα κατακράτησης r Υποδερµική ροή qHt ∆ιόδευση µέσω γραµµικού ταµιευτήρα Συνολική απορροή qt Συντελεστής στείρευσης λ Βασική απορροή Αποθήκευση υγρασίας s3t Συντελεστής στείρευσης µ Κατείσδυση gt Εφαρμογή στη λεκάνη του Νέδοντα: Σχηματοποίηση και παραμετροποίηση μοντέλου Νέδουσα Αλαγονία Λατομείο Μπάκα Ψηφιακό μοντέλο εδάφους Κλάσεις περατότητας Καρβελιώτης Σημεία συμβολής και μέτρησης Υδρογραφικό δίκτυο & υπολεκάνες Κλάσεις φυτοκάλυψης Μονάδες υδρολογικής απόκρισης (2×2=4) Εφαρμογή στη λεκάνη του Νέδοντα: Προσαρμογή μοντέλου στα παρατηρημένα δείγματα ωριαίων παροχών 25.0 8.0 Καρβελιώτης Αλαγονία Προσομοιωμένη Παρατηρημένη 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 Παροχή στον σταθμό Αλαγονίας (m3/s) Παροχή στον σταθμό Καρβελιώτη (m3/s) 9.0 Παρατηρημένη Προσομοιωμένη 20.0 15.0 10.0 5.0 1.0 0.0 0.0 Παροχή στον σταθμό Λατομείο Μπάκα (m3/s) 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 Λατομείο Μπάκα Προσομοιωμένη Παρατηρημένη Περίοδος προσομοίωσης: 1/9/2011‐ 13/2/2014 Περίοδος βαθμονόμησης: 17/12/2011‐30/6/2012 Εφαρμογή στη λεκάνη του Σαρανταπόταμου: Σχηματοποίηση και παραμετροποίηση μοντέλου Ψηφιακό μοντέλο εδάφους Υδρογραφικό δίκτυο & υπολεκάνες Οινόη Γύρα Στεφάνης Μονάδες υδρολογικής απόκρισης (διαχωρισμός σε δύο κατηγορίες, με όριο την τιμή CN = 50) Εφαρμογή στη λεκάνη του Σαρανταπόταμου: Προσαρμογή μοντέλου στα παρατηρημένα δείγματα ωριαίων παροχών 18.0 Γύρα Στεφάνης Προσομοιωμένη Παρατηρημένη 16.0 14.0 Περίοδος βαθμονόμησης: 13/12/2011‐30/4/2013 12.0 10.0 8.0 6.0 20.0 1.5 1.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 26/2/13 0:00 2.0 14.0 25/2/13 0:00 2.5 Παρατηρημένη Παρατηρημένη 24/2/13 0:00 3.0 Οινόη 16.0 23/2/13 0:00 3.5 Προσομοιωμένη Προσομοιωμένη 22/2/13 0:00 4.0 18.0 21/2/13 0:00 2.0 20/2/13 0:00 4.0 0.0 Παροχή στον σταθμό Οινόης (m3/s) Περίοδος προσομοίωσης: 1/10/2011‐ 30/4/2014 Παροχή στη Γύρα Στεφάνης (m3/s) Παροχή στον σταθμό Γύρα Στεφάνης (m3/s) 20.0 0.5 0.0 Προσομοίωση παροχών 20‐25/2/2013 Προσομοίωση επεισοδίου πλημμύρας 22‐23/2/2013 στη λεκάνη του Σαρανταπόταμου Εφαρμογή αριθμητικού μοντέλου καιρού WRF σε τρία επάλληλα πλέγματα, χωρικής διακριτότητας 18×18, 6×6 και 2×2 km, αντίστοιχα. Προσομοίωση βροχόπτωσης με διαφορετικό χρόνο έναρξης (και άρα διαφορετικές αρχικές συνθήκες) και ίδιο χρόνο λήξης (άρα διαφορετική διάρκεια), που καλύπτει το σύνολο του επεισοδίου. Παραγωγή οκτώ διαδοχικών (ανά 6 h) σεναρίων πρόγνωσης, από 20/2/13 00:00 έως 21/2/13 18:00. Εκτίμηση σημειακής βροχόπτωσης στους σταθμούς Βίλια, Πράσινο και Μάνδρα, ως σταθμισμένου μέσου όρου των εγγύτερων κόμβων του πλέγματος. Αντικατάσταση «παρατηρημένων» τιμών επιφανειακής βροχόπτωσης υπολεκανών από τις αντίστοιχες προγνώσεις, για την παραγωγή σεναρίων πρόγνωσης της παροχής με το μοντέλο Υδρόγειος. Παράδειγμα εξέλιξης διαδοχικών 6ωρων προγνώσεων βροχής στα Βίλια (20/2/2013 0:00 έως 22/2/2013 12:00) 16 16 Παρατηρημένη 14 Πρόγνωση 20_2_00 12 10 16 Παρατηρημένη 14 Πρόγνωση 20_2_06 12 10 8 8 6 6 4 4 2 2 2 0 0 0 Ώρες μετά τις 21/2/13 0:00 UTC 6 4 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 16 20 18 Παρατηρημένη 16 Πρόγνωση 20_2_18 14 Παρατηρημένη 14 Πρόγνωση 21_2_00 12 8 8 8 6 6 4 4 2 2 2 0 0 0 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 Πρόγνωση 21_2_06 12 10 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 Παρατηρημένη 14 10 1 4 16 10 4 Έναρξη καταιγίδας 22/2/13 0:00 1 12 6 Πρόγνωση 20_2_12 12 10 8 Παρατηρημένη 14 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 Σενάρια πρόγνωσης πλημμυρικών παροχών στην έξοδο της λεκάνης (Γύρα Στεφάνης) Παρατηρημένη παροχή αιχμής: 18.6 m3/s Εκτιμημένη, μέσω βαθμονόμησης, παροχή αιχμής: 16.5 m3/s Εγγύτερη (μέγιστη) εκτίμηση σεναρίων πρόγνωσης: 13.9 m3/s Μέση πρόγνωση παροχής αιχμής (μέσος όρος 8 σεναρίων βροχής): 8.0 m3/s Παροχή στη Γύρα Στεφάνης (m3/s) 20.0 Παρατηρημένη Βελτιστοποιημένη Μέση πρόγνωση Μέγιστη πρόγνωση Ελάχιστη πρόγνωση 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 25/2/13 0:00 24/2/13 18:00 24/2/13 12:00 24/2/13 6:00 24/2/13 0:00 23/2/13 18:00 23/2/13 12:00 23/2/13 6:00 23/2/13 0:00 22/2/13 18:00 22/2/13 12:00 22/2/13 6:00 22/2/13 0:00 21/2/13 18:00 21/2/13 12:00 21/2/13 6:00 21/2/13 0:00 20/2/13 18:00 20/2/13 12:00 20/2/13 6:00 20/2/13 0:00 0.0 Η εγγύτερη (μέγιστη) πρόγνωση των παροχών της περιόδου 20‐25/2/2013 προέρχεται από το σενάριο πρόγνωσης της βροχής που ξεκινά στις 20/2/13 18:00 UTC. Πρώτες εντυπώσεις από τη χρήση της Υδρογείου ως μοντέλο πλημμυρών Επιτυγχάνεται ικανοποιητική αναπαραγωγή των πλημμυρικών διεργασιών σε λεκάνες μηδενικής θερινής (Νέδοντας) και χειμαρρικής (Σαρανταπόταμος) ροής, ακόμα και με τη χρήση πολύ μικρών δειγμάτων για τη βαθμονόμηση των παραμέτρων του μοντέλου (μία και δύο υγρές περίοδοι, αντίστοιχα). Η ύπαρξη υδρομετρικών σταθμών, όχι μόνο στην έξοδο κάθε λεκάνης αλλά και σε ανάντη θέσεις επιτρέπει, την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών γέννησης της απορροής, που διαφοροποιούνται σημαντικά λόγω της έντονης χωρικής ανομοιογένειας των φυσιογραφικών χαρακτηριστικών των λεκανών (σε καμία περίπτωση δεν ισχύει ότι στο Χ% της λεκάνης παράγεται το Χ% της απορροής). Το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί επιχειρησιακά προς δύο κατευθύνσεις: τον υδρολογικό σχεδιασμό, με χρήση συνθετικών χρονοσειρών ωριαίας βροχόπτωσης μεγάλου μήκους, που θα παράγονται από κατάλληλο στοχαστικό μοντέλο (έρευνα σε εξέλιξη) την υδρομετεωρολογική πρόγνωση, με τροφοδοσία του με σενάρια πρόγνωσης της βροχής που παράγονται σε σχεδόν πραγματικό χρόνο Σχετικές δημοσιεύσεις Efstratiadis, A., A. D. Koussis, S. Lykoudis, A. Koukouvinos, A. Christofides, G. Karavokiros, N. Kappos, N. Mamassis, and D. Koutsoyiannis, Hydrometeorological network for flood monitoring and modeling, Proceedings of First International Conference on Remote Sensing and Geoinformation of Environment, Paphos, Cyprus, 8795, 10‐1–10‐10, Society of Photo‐Optical Instrumentation Engineers (SPIE), 2013. Efstratiadis, A., A. Koukouvinos, P. Dimitriadis, A. Tegos, N. Mamassis, and D. Koutsoyiannis, A stochastic simulation framework for flood engineering, 5th EGU Leonardo Conference – Hydrofractals 2013 – STAHY ‘13, Kos Island, Greece, European Geosciences Union, International Association of Hydrological Sciences, International Union of Geodesy and Geophysics, 2013. Efstratiadis, A., and S.M. Papalexiou, The quest for consistent representation of rainfall and realistic simulation of process interactions in flood risk assessment, EGU General Assembly 2010, Geophysical Research Abstracts, Vol. 12, Vienna, 11101, European Geosciences Union, 2010. Efstratiadis, A., I. Nalbantis, A. Koukouvinos, E. Rozos, and D. Koutsoyiannis, HYDROGEIOS: A semi‐ distributed GIS‐based hydrological model for modified river basins, Hydrology and Earth System Sciences, 12, 989–1006, 2008. Efstratiadis, A., K. Mazi, A. D. Koussis, and D. Koutsoyiannis, Flood modelling in complex hydrologic systems with sparsely resolved data, EGU General Assembly 2009, Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, Vienna, 4157, European Geosciences Union, 2009. Nalbantis, I., A. Efstratiadis, E. Rozos, M. Kopsiafti, and D. Koutsoyiannis, Holistic versus monomeric strategies for hydrological modelling of human‐modified hydrosystems, Hydrology and Earth System Sciences, 15, 743–758, doi:10.5194/hess‐15‐743‐2011, 2011.
© Copyright 2024 Paperzz
