Εκτίμηση της αβεβαιότητας των σχέσεων στάθμης-παροχής και επίδρασή της στη βαθμονόμηση υδρολογικών μοντέλων

Σ. Μπατέλης, Εκτίμηση της αβεβαιότητας των σχέσεων στάθμης-παροχής και επίδρασή της στη βαθμονόμηση υδρολογικών μοντέλων, MSc thesis, 135 pages, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Μάρτιος 2014.

[doc_id=1445]

[Ελληνικά]

Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η διερεύνηση της αβεβαιότητας που προκαλείται στη μελέτη και στην αντιμετώπιση των πλημμυρών λόγω μιας σειρά σφαλμάτων και κυρίως της παρουσίας μη μόνιμης ροής. Είναι γεγονός πως στις περισσότερες υδρολογικές και υδραυλικές εφαρμογές, η μελέτη πλημμυρικών φαινομένων γίνεται θεωρώντας μια μονοσήμαντη ντετερμινιστική σχέση στάθμης-παροχής και θεωρώντας την ροή μόνιμη (εξίσωση Manning, 1-D, 2-D μοντέλα για μόνιμη ροή), καθώς η θεώρηση αυτή είναι πιο εύχρηστη, απαιτεί λιγότερο υπολογιστικό χρόνο και είναι πιο εύληπτη. Ωστόσο, η παραπάνω θεώρηση προκαλεί συστηματικό σφάλμα που τείνει να υποεκτιμήσει την πλημμυρική παροχή, με ότι αυτό συνεπάγεται στην μελέτη και κατασκευή αντιπλημμυρικών έργων. Στο πλαίσιο της εργασίας εξετάστηκαν ένα θεωρητικό και ένα πραγματικό πρόβλημα. Στο πρώτο, θεωρήθηκαν τρεις πρότυποι αγωγοί με σταθερό πλάτος και μήκος 10, 25 και 50 km στο υδραυλικό μοντέλο HEC-RAS, για να μελετηθεί η μη μόνιμη ροή. Μελετήθηκαν για διάφορες τιμές κλίσεων, από ήπιες έως απότομες, για διάφορες τιμές του συντελεστή Manning, που αντιστοιχούν σε κανάλι ποταμού, και για διάφορα πλημμυρογραφήματα οι διαφορές μεταξύ της καμπύλης στάθμης-παροχής της μόνιμης και μη μόνιμης ροής. Ιδιαίτερα, διερευνήθηκε η υποεκτίμηση στην παροχή αιχμής της πλημμύρας όταν γίνεται χρήση της καμπύλης για μόνιμη ροή αλλά και η αβεβαιότητα γύρω από τη μόνιμη καμπύλη λόγω του βρόχου που δημιουργεί η καμπύλη της μη μόνιμης ροής. Επίσης, εξετάστηκε η επίδραση του σχήματος του πλημμυρογραφήματος στην αβεβαιότητα μεταξύ μόνιμης και μη μόνιμης ροής αλλά και η χρήση των σχέσεων Manning και Chezy στην επέκταση των καμπυλών. Στην πραγματική εφαρμογή, ως περιοχή μελέτης επιλέχθηκε ο ποταμός Εύηνος και συγκεκριμένα το τμήμα ανάμεσα στους δύο υδρομετρικούς σταθμούς Πόρος Ρηγανίου και Γέφυρα Μπανιά. Στην περιοχή αυτή έγιναν οι εξής αναλύσεις: (1) εξαγωγή των καμπυλών στάθμης-παροχής, (2) βαθμονόμηση του HEC-RAS για το τμήμα του ποταμού μεταξύ των δύο σταθμών, (3) υπολογισμός του σφάλματος στην καμπύλη επέκτασης που κατασκευάστηκε με υδραυλικές μεθόδους και με επέκταση των καμπυλών, (4) υπολογισμός της τυπικής απόκλισης του υπόλοιπου των σφαλμάτων από την παρεμβολή κατά την κατάρτιση των καμπυλών, ώστε να γίνει Monte Carlo ανάλυση για διάστημα εμπιστοσύνης 95%. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση της ενσωμάτωσης της αβεβαιότητας στη βαθμονόμηση ενός μοντέλου για την υπολεκάνη του Πόρου. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκε το εννοιολογικό μοντέλο Ζυγός σε ημερήσιο βήμα και βαθμονομήθηκε αρχικά με τις τιμές της παροχής που προέκυψαν από τις καμπύλες που είχαν καταρτιστεί για την έξοδο της λεκάνης και σε δεύτερη φάση συμπεριλαμβάνοντας την αβεβαιότητα για να διερευνηθεί αν η χρήση της εν τέλει παίζει ρόλο στη διαδικασία της βαθμονόμησης. Δηλαδή, αν δίνοντας στο μοντέλο τη δυνατότητα να γίνει πιο ευέλικτο κατά τη διαδικασία της βαθμονόμησης, καθώς δεν ψάχνει να μειώσει τη διαφορά με μια τιμή (Qobs) αλλά με ένα εύρος τιμών κατά το στάδιο της βαθμονόμησης τους, θα δώσει λύσεις που θα είναι πιο εύρωστες.

PDF Πλήρες κείμενο (4009 KB)

PDF Συμπληρωματικό υλικό: