Η αναζήτηση μιας συνεπούς αναπαράστασης της βροχόπτωσης και μιας ρεαλιστικής προσομοίωσης των αλληλεπιδράσεων των διεργασιών στην εκτίμηση της πλημμυρικής διακινδύνευσης

Παρουσιάζουμε ένα μεθοδολογικό πλαίσιο για την εκτίμηση της πλημμυρικής διακινδύνευσης στη λεκάνη απορροής του Βοιωτικού Κηφισού, στην Ελλάδα, που αποστραγγίζει μια έκταση 1850 km2. Πρόκειται για ένα αντικείμενο-πρόκληση, καθώς η λεκάνη παρουσιάζει πολλές ιδιαιτερότητες. Εξαιτίας της κυριαρχίας των υψηλής περατότητας γεωλογικών σχηματισμών, σημαντικό τμήμα της απορροής προέρχεται από καρστικές πηγές, οι οποίες συνεισφέρουν ταχέως στην παροχή του ποταμού, σε αντίθεση με την ασυνήθιστα χαμηλή συνεισφορά της άμεσης (πλημμυρική) απορροής. Επιπλέον, λόγω των συνδυασμένων απολήψεων από επιφανειακά και υπόγεια νερά και της ύπαρξης ενός τεχνητού αποστραγγιστικού δικτύου στο χαμηλό τμήμα της λεκάνης (όπου οι κλίσεις είναι εξαιρετικά μικρές), το σύστημα είναι έντονα τροποποιημένο. Για να εκτιμήσουμε την πιθανότητα των ακραίων πλημμυρών, ειδικά σε τέτοιες πολύπλοκες λεκάνες, είναι αναγκαίο να εξασφαλίσουμε ταυτόχρονα μια στατιστικά συνεπή περιγραφή των φορτίσεων (βροχόπτωση) και μια ρεαλιστική αναπαράσταση των μηχανισμών απορροής. Συνήθως, η μοντελοποίηση των πλημμυρών αντιμετωπίζεται με εργαλεία γεγονότος, τα οποία χρησιμοποιούν ντετερμινιστικές καταιγίδες σχεδιασμού και εμπειρικές σχέσεις για την εκτίμηση της ενεργού βροχόπτωσης και του μετασχηματισμού της σε απορροή. Ωστόσο υπάρχουν πολλές αδυναμίες στις προσεγγίσεις αυτές, ειδικά όταν εφαρμόζονται σε μεγάλης κλίμακας συστήματα. Πρώτον, οι ευρέως εφαρμοζόμενες μεθοδολογίες κατασκευής καταιγίδων σχεδιασμού αδυνατούν να περιγράψουν σωστά τη μεταβλητότητα της βροχόπτωσης, καθώς δεν λαμβάνουν υπόψη τις χρονικές και χωρικές συσχετίσεις των ιστορικών δειγμάτων. Για παράδειγμα, θεωρείται ότι οι καταιγίδες εισόδου όλων των υπολεκανών αντιστοιχούν στην ίδια περίοδο επαναφοράς. Από την άλλη πλευρά, τα μοντέλα γεγονότος δεν επιτρέπουν την ερμηνεία της πλημμυρικής διακινδύνευσης ως συνδυασμένης πιθανότητας όλων των υδρολογικών μεταβλητών που αλληλοσχετίζονται στην παραγωγή της απορροής (βροχόπτωση, αλληλεπιδράσεις ποταμού ,και υδροφορέα, συγκέντρωση εδαφικής υγρασίας). Τέλος, για την εκτίμηση των παραμέτρων του μοντέλου, η τυπική προσέγγιση αφορά στη βαθμονόμησή τους με βάση έναν μικρό, κατά κανόνα, αριθμό ιστορικών επεισοδίων πλημμυρών, το οποίο είναι τουλάχιστον αμφισβητήσιμο – η πληροφορία που περιέχεται στη βαθμονόμηση απέχει πολύ από το να είναι αντιπροσωπευτική των μηχανισμών της λεκάνης. Με στόχο της εκτίμηση της πλημμυρικής διακινδύνευσης στην προαναφερθείσα λεκάνη, εφαρμόσαμε μια διαδικασία δύο βημάτων. Πρώτα, χρησιμοποιήσαμε ένα πολυμεταβλητό στοχαστικό μοντέλο βροχοπτώσεων, ώστε να προσομοιώσουμε τα ημερήσια ύψη βροχής σε 13 σταθμούς, για τους οποίους διαθέτουμε ιστορικά δεδομένα 40 ετών. Ειδικότερα, το μοντέλο αναπαράγει επαρκώς όλες τις ουσιώδεις πτυχές της παρατηρημένης βροχόπτωσης, ήτοι: (α) την εποχιακή διακύμανση, (β) την πιθανότητα ξηρής ημέρας, (γ) τη μέση τιμή και τυπική απόκλιση της περιθώριας κατανομής, καθώς και την ασυμπτωτική, εκθετικού τύπου ουρά της, η οποία σχετίζεται ισχυρά με τη συχνότητα εμφάνισης ακραίων γεγονότων, (δ) τις αυτοσυσχετίσεις πρώτης τάξης, και (ε) τις ετεροσυσχετίσεις μηδενικής και πρώτης τάξης, μεταξύ των σταθμών, Ακολούθως, εισάγαμε τις συνθετικές χρονοσειρές, μήκους 1000 ετών, στην πρόσφατα προσαρμοσμένη ημερήσια εκδοχή του συνδυαστικού υδρολογικού μοντέλου ΥΔΡΟΓΕΙΟΣ. Το μοντέλο βαθμονομήθηκε με βάση δεδομένα παροχής σε πολλαπλές θέσεις, για μια περίοδο έξι ετών, και στη συνέχεια έτρεξε σε στοχαστική προσομοίωση για την εκτίμηση των ημερήσιων ροών κατά μήκος του υδρογραφικού δικτύου. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων του μοντέλου μας παρείχε πολύτιμα συμπεράσματα, όχι μόνο όσον αφορά στις συχνότητες των ακραίων γεγονότων, αλλά και σχετικά με τον ρόλο-κλειδί του καρστικού υδροφορέα στη μεγέθυνση της εμμονής των αποκρίσεων του συστήματος.