Πηγές αβεβαιότητας υδρολογικών μοντέλων και επίδρασή τους στην προσομοίωση υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων

Ν. Λάγιος, Πηγές αβεβαιότητας υδρολογικών μοντέλων και επίδρασή τους στην προσομοίωση υδροηλεκτρικών ταμιευτήρων, Μεταπτυχιακή εργασία, 103 pages, Τμήμα Εκπαιδευτικών Πολιτικών Μηχανικών – Ανώτατη Σχολή Παιδαγωγικής & Τεχνολογικής Εκπαίδευσης (ΑΣΠΑΙΤΕ), Ιούνιος 2018.

[doc_id=1849]

[Ελληνικά]

Η περίπλοκη φύση των υδρολογικών διεργασιών καθιστά τον υδρολογικό σχεδιασμό ενός υδραυλικού έργου (ή συστήματος έργων) μια απαιτητική διαδικασία, η οποία καθοδηγείται από τους στόχους, τις απαιτήσεις και τους περιορισμούς της εκάστοτε μελέτης διαχείρισης και αξιοποίησης των υδατικών πόρων. Το υπόβαθρο της υδρολογίας είναι έντονα εμπειρικό και αποκαλύπτεται μέσα από την εφαρμογή πρακτικών που είτε ακολουθούν απλοποιημένες προσεγγίσεις, υπό τη θεώρηση ενός μακροσκοπικού πρίσματος, είτε βασίζονται σε αποτελέσματα πειραματικών λεκανών απορροής, οι οποίες επαληθεύονται για δεδομένες υδροκλιματικές και γεωμορφολογικές συνθήκες. Πρόσθετος παράγοντας που επιβαρύνει την επίτευξη ενός αξιόπιστου σχεδιασμού είναι η έλλειψη ικανοποιητικής, ποσοτικά και ποιοτικά, μετρητικής πληροφορίας πεδίου, που χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση και την επαλήθευση των μοντέλων προσομοίωσης. Για τους λόγους αυτούς, τα περιθώρια της προόδου ολοένα και επεκτείνονται, αφενός τεχνολογικά, μέσω της αξιοποίησης των υπολογιστικών συστημάτων και των σχετικών υδρολογικών και υδραυλικών μοντέλων, και αφετέρου επιστημονικά, μέσω της διαρκούς έρευνας και αναζήτησης βελτιωμένων μεθοδολογιών, που ενσωματώνουν όσο γίνεται ρεαλιστικότερα τις αλληλοεπιδρώσες υδρολογικές συνιστώσες. Η διακύμανση των μεταβλητών που σχετίζονται με τις διεργασίες του υδρολογικού κύκλου εισάγει ένα πιθανοτικό – στατιστικό πλαίσιο προσέγγισης, σε μια καθορισμένη χωρική και χρονική κλίμακα μελέτης του υδροσυστήματος. Η χρονική κλίμακα μπορεί να κυμαίνεται από μια λεπτή ανάλυση, λίγων λεπτών έως μερικών ημερών, για την μελέτη καταιγίδων και πλημμυρών, έως μια αδρή, μηνιαία ή ετήσια, που χρησιμοποιείται κατά κανόνα σε προβλήματα διαχείρισης συστημάτων υδατικών πόρων. Συνηθέστερη χωρική μονάδα μελέτης αποτελεί η λεκάνη απορροής. Στην παρούσα εργασία γίνεται προσπάθεια να συσχετιστεί η επιρροή των υδρολογικών αβεβαιοτήτων των παραμέτρων του υδρολογικού μοντέλου λεκάνης απορροής στη λήψη των αποφάσεων που σχετίζονται με τη λειτουργία ενός υδροηλεκτρικού ταμιευτήρα. Ως περιοχή μελέτης, επιλέχθηκε το Υ/Η έργο της Μεσοχώρας, στον Αχελώο, και η ανάντη λεκάνη απορροής του. Βασικός πυρήνα της μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε αποτελούν τα δύο μοντέλα προσομοίωσης, τα οποία αφορούν στις υδρολογικές διεργασίες της λεκάνης απορροής και στη διαχείριση του Υ/Η έργου. Τα μοντέλα υλοποιηθήκαν σε υπολογιστικό περιβάλλον (MATLAB), ενώ στο ίδιο περιβάλλον αναπτύχθηκε μια πρωτότυπη διαδικασία βελτιστοποίησης των παραμέτρων τους, με την οποία ποσοτικοποιείται η αβεβαιότητα που οφείλεται στη χρονική περίοδο των δεδομένων εισόδου. Συγκεκριμένα, με βάση τις χρονοσειρές εισόδου του υδρολογικού μοντέλου, δηλαδή την επιφανειακή βροχόπτωση, δυνητική εξατμοδιαπνοή και παρατηρημένη απορροή της λεκάνης της περιόδου 1960-2012, αναπτύχθηκε μια διαδικασία βαθμονόμησης που χρησιμοποιεί υποσύνολα των δειγμάτων, κυμαινόμενου μήκους. Επιλύοντας το πρόβλημα βαθμονόμησης σε όλα τα υποδείγματα, παράγεται ένα πλήθος εναλλακτικών συνόλων τιμών παραμέτρων και αντίστοιχων προσομοιωμένων χρονοσειρών απορροής. Στη συνέχεια, τα δείγματα προσομοιωμένης απορροής εισήχθησαν στο μοντέλο διαχείρισης του ταμιευτήρα, στόχος του οποίου είναι η βελτιστοποίηση της αξιοπιστίας των δύο χρήσεων νερού που εξυπηρετεί ο ταμιευτήρας, ήτοι την ενεργειακή παραγωγή και την περιβαλλοντική παροχή. Στη συνέχεια, αναλύθηκαν οι συσχετίσεις των παραμέτρων και αποκρίσεων των δύο μοντέλων, μέσω μιας επίσης πρωτότυπης γραφικής μεθόδου. Από τις παραπάνω αναλύσεις αναδεικνύεται ότι η κατανόηση της επιρροής των υδρολογικών αβεβαιοτήτων στον σχεδιασμό και την διαχείριση των Υ/Η έργων μπορεί να οδηγήσει σε χρήσιμα συμπεράσματα και εργαλεία πρόβλεψης των σχεδιαστικών παραμέτρων αυτών, δίνοντας το έναυσμα για περαιτέρω έρευνα σε ένα γνωστικό αντικείμενο που βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο.

PDF Πλήρες κείμενο (6650 KB)

PDF Συμπληρωματικό υλικό: