Γεωμορφολογική - Υδρολογική Ανάλυση στο πλαίσιο της εκτίμησης του Πλημμυρικού Κινδύνου σε ευάλωτες περιοχές

Ναλμπαντίδου, Αγγελική

Geomorphological - Hydrological Analysis in the context of Flood Risk Assessment in vulnerable areas

Διπλωματική εργασία

Author

Ναλμπαντίδου, Αγγελική

Date

2022-07-21

Advisor

Feloni, Elissavet

Διπλωματική Εργασία (4.845Mb)

Keywords

ΣΓΠ ; Μάνδρα ; Κρεμαστή Ρόδου ; GIS ; Mandra ; Kremasti Rhodes ; Hydrological Analysis ; Πλημμύρα ; Υδρολογική ανάλυση

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το θέμα της εκτίμησης του πλημμυρικού κινδύνου σε ευάλωτες περιοχές χρησιμοποιώντας διαφόρες μεθοδολογίες γεωμορφολογικής και υδρολογικής ανάλυσης. Εξετάζονται δύο περιοχές στον Ελληνικό Χώρο που έχουν σημειωθεί πλημμυρικά επεισόδια λόγω αιφνίδιας βροχόπτωσης. Η πρώτη καταγράφηκε κατά τις 14 και 15 Νοεμβρίου του 2017 στην περιοχή Μάνδρα Αττικής και η δεύτερη καταγράφηκε στις 22 και 23 Νοεμβρίου του 2013 στη Ρόδο στον οικισμό Κρεμαστή. Από κοινού οι δύο καταιγίδες υψηλής έντασης προκάλεσαν πλημμύρες, υλικές ζημίες και ανθρώπινες απώλειες. Για την πρώτη περιοχή, μελετώνται τμήμα των ρεμάτων Σούρες και Αγίας Αικατερίνης της λεκάνης του ποταμού Σαραντοπόταμου (ανάντη του οικισμού Μάνδρα) και για την δεύτερη περιοχή τμήμα της λεκάνη απορροής του ρέματος Κρεμαστής (ανάντη της ομώνυμης γέφυρας). Στο πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκε η γεωμορφολογική ανάλυση των περιοχών σε περιβάλλον Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφορίων (ΣΓΠ/GIS). Για την ανάλυση χρησιμοποιήθηκαν ένα σύνολο δεδομένων, όπως τα ψηφιακά μοντέλα εδάφους (DEM) για τις δύο περιοχές, οι χρήσεις γης καθώς και άλλα φυσιογραφικά χαρακτηριστικά των περιοχών μελέτης (εδάφη, κλπ.). Στο δεύτερο στάδιο της εργασίας περιλαμβάνεται η υδρολογική ανάλυση. Στόχος της ανάλυσης είναι η προσομοίωση συγκεκριμένων επεισοδίων από υδρολογικής άποψης, λαμβάνοντας υπόψη και τα διαθέσιμα δεδομένα μετρήσεων βροχής (καταγραφές των γειτονικών βροχομετρικών σταθμών Ελευσίνας και Αεροδρομίου Ρόδου, για τις δύο περιοχές μελέτης, αντίστοιχα). Αρχικά, συλλέχθηκε ένα σύνολο από υδρολογικά μεγέθη, όπως οι όμβριες καμπύλες από τα Σχέδια Διαχείρισης Κινδύνου Πλημμύρας, ενώ υπολογίστηκαν και μεγέθη όπως, ο χρόνος συγκέντρωσης σύμφωνα με διάφορες μεθόδους (Giandotti, Kirpich, Passini, NRCS), ο συντελεστής απορροής σε επίπεδο λεκάνης απορροής, o αριθμός καμπύλης CN. Με τα παραπάνω δεδομένα υπολογίστηκε η μέγιστη (πλημμυρική) παροχή μέσω της Ορθολογικής Μεθόδου. Στην συνέχεια προσδιορίστηκε η παροχή αιχμής και μέσω του υπολογισμού του αντίστοιχου πλημμυρογραφήματος. Για τον προσδιορισμό του τελευταίου, αρχικά εκτιμήθηκαν δύο μοναδιαία υδρογραφήματα ανά λεκάνη, αξιοποιώντας διαφορετικές μεθόδους (Αδιάστατο Μοναδιαίο Υδρογράφημα κατά NRSCS, και Μοναδιαίο Υδρογράφημα με την μέθοδο ισόχρονων καμπυλών). Σημαντική ήταν η αξιοποίηση τεχνικών GIS για τον καθορισμό των επιμέρους παραμέτρων. Ακολούθως, για την εξαγωγή των πλημμυρογραφημάτων δημιουργήθηκαν δύο σενάρια βροχογραφήματων: το πρώτο σενάριο αντιστοιχεί σε καταιγίδα σχεδιασμού περιόδου αναφοράς 100 ετών και το υετόγραμμα προκύπτει χρησιμοποιώντας την μέθοδο εναλλασσόμενων υψών βροχής, ενώ για το δεύτερο σενάριο χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα βροχής των μετεωρολογικών σταθμών (παρατηρημένο επεισόδιο που οδήγησε σε πλημμύρα). Τέλος το σύνολο των αποτελεσμάτων αναφορικά με τις επιμέρους παροχές αιχμής συγκρίνονται, και αξιολογούνται τα ευρήματα για κάθε περιοχή.

Abstract

Τhis thesis deals with the issue of flood risk assessment in vulnerable areas based on geomorphological and hydrological analysis. Two areas in the Greek Territory that have experienced flooding due to severe rainfall are examined. The first was recorded on November 14 and 15, 2017 in the settlement of Mandra (West Attica) and the second was recorded on November 22 and 23, 2013 in Rhodes, in the village of Kremasti. Both storms of high rainfall intensity caused extensive flooding, damages on properties and infrastructure and human losses. For the first area, the subbasins of Soures and Agia Ekaterini streams (Sarandopotamos river basin) that located upstream the Mandra settlement were analyzed, while, for the second area, part of the Kremasti stream catchment area (upstream of the homonymous bridge) was studied. In the first stage, the geomorphological analysis of the areas was carried out in a Geographical Information Systems (GIS) environment. Several datasets were used for the analysis, such as the digital elevation models (DEM) for the two areas, land use distribution, as well as, other physiographic characteristics of the study areas (soil types, etc.). The second stage of the work includes the hydrological analysis. The aim of the analysis is to simulate specific rainfall-runoff events from a hydrological perspective, taking into account the available rainfall measurements (i.e., records of the neighboring rain gauges in Elefsina and Rhodes Airport, for the two study areas, respectively). Initially, a set of hydrological parameters was considered, such as the IDF (intensity-duration-frequency) curves that were determined in the frame of Floods Directive (2007/60/EC) implementation. Additionally, several parameters were calculated considering various methods, such as the time of concentration (using Giandotti, Kirpich, Passini, NRCS equations), the runoff coefficient (lumped per catchment), and the curve number (CN). Using the above-mentioned data, the peak discharge was calculated using the Rational Method. This value was also determined by calculating the corresponding flood hydrograph. To determine the latter, two unit hydrographs per basin were initially estimated, using different methods (The standard SCS dimensionless unit hydrograph/ NRCS, and the Unit Hydrograph using the method of isochronous curves/time-area diagram). The incorporation of GIS techniques was decisive for calculations. Subsequently, for the extraction of the hydrographs, two rainfall scenarios were created: the first one corresponds to a 100-y return period and the design hyetogram is determined using the alternating block method, while for the second scenario the rainfall records of the flood event for the available meteorological stations were considered. Finally, results regarding peak flow are discussed, compared, and evaluated for each study area.