Μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης της συνδυασμένης λειτουργίας επιφανειακών και υπόγειων υδατικών συστημάτων

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2008 (EN)
Coupled surface-water and ground-water models
Μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης της συνδυασμένης λειτουργίας επιφανειακών και υπόγειων υδατικών συστημάτων

Σαχανίδης, Φίλιππος Χρήστου

The need to assess the effects of variability in climate, biota, geology, and human activities on water availability and flow requires the development of models that couple two or more components of the hydrologic cycle. These models simulate coupled ground-water and surface-water resources and they are called integrated hydrologic models. They are useful for analyzing complex water-resources problems faced by society while they are important and contemporary tools of assistance for wold-wide sustainable management of water resources. This thesis presents briefly some coupled ground-water and surface-water models and describes in detailed way the organization, concepts, design, and mathematical formulation of all GSFLOW model components. GSFLOW (Ground-water and Surface-water FLOW) is a new integrated hydrologic model that is based on the integration of the U.S. Geological Survey Precipitation-Runoff Modeling System (PRMS) and the U.S. Geological Survey Modular Ground-Water Flow Model (MODFLOW). GSFLOW simultaneously accounts for climatic conditions, runoff across the land surface, subsurface flow and storage, and the connections among terrestrial systems, streams, lakes, wetlands, and ground water. GSFLOW can be used to examine issues such as: the effects of water-resource development on streamflow, wetlands, or ground-water resources of a watershed, how ground-water recharge and streamflow conditions will respond to changes in land use throughout a watershed, and how hydrologic conditions and aquatic resources of a watershed change in response to climate variability. An important aspect of the integrated model design is its efficient approach for simulating unsaturated zone as an intermediate layer among surface runoff and aquifer as well its ability to conserve water mass and to provide comprehensive water budgets for a location of interest. GSFLOW was applied to two different scenarios of the Sagehen Creek watershed example problem, located on the eastern slope of the northern Sierra Nevada, near Truckee, California. A comparative discussion of simulation results referred to scenarios diagrams is followed by a GSFLOW beta-testing control with hint of some model weaknesses and rooms for improvement. Finally, some conclusions are mentioned about the use of integrated hydrologic models.
Η ανάγκη να εκτιμηθούν οι επιδράσεις της μεταβλητότητας του κλίματος ,της πανίδας και χλωρίδας, της γεωλογίας και των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων στην υδάτινη διαθεσιμότητα και ροή απαιτεί την ανάπτυξη μοντέλων που ενώνουν δύο ή περισσότερα στοιχεία του υδρολογικού κύκλου. Τα μοντέλα αυτά προσομοιώνουν συνδυασμένα τους υπόγειους και επιφανειακούς υδατικούς πόρους και καλούνται ενοποιημένα ή ολοκληρωμένα υδρολογικά μοντέλα. Είναι χρήσιμα για την ανάλυση περίπλοκων προβλημάτων υδατικών πόρων που αντιμετωπίζει η κοινωνία καθώς αποτελούν σημαντικά και σύγχρονα βοηθητικά εργαλεία στην υλοποίηση της παγκόσμιας ανάγκης για τη βιώσιμη διαχείριση των υδατικών πόρων. Στη διατριβή αυτή παρουσιάζονται συνοπτικά κάποια μοντέλα συνδυασμένης προσομοίωσης υπόγειων και επιφανειακών υδάτων ενώ περιγράφονται αναλυτικά η οργάνωση, οι έννοιες, ο σχεδιασμός και η μαθηματική διατύπωση όλων των στοιχείων του μοντέλου GSFLOW.Το τελευταίο είναι ένα νέο ολοκληρωμένο υδρολογικό μοντέλο που βασίζεται στη συνένωση των μοντέλων υπόγειας και επιφανειακής ροής της Γεωλογικής Υπηρεσίας των Η.Π.Α (U.S.G.S), PRMS (Precipitation-Runoff Modeling System) και MODFLOW (Modular Ground-Water Flow Model) αντίστοιχα. Το GSFLOW λαμβάνει υπ’ όψη τις κλιματικές συνθήκες, την επιφανειακή απορροή στην επιφάνεια του εδάφους, τη ροή και την αποθηκευτικότητα στο υπέδαφος και τις διασυνδέσεις ανάμεσα στα χερσαία συστήματα, τα υδατορεύματα, τις λίμνες, τις υγρές περιοχές και το υπόγειο νερό. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξέταση θεμάτων όπως είναι : οι επιδράσεις της αξιοποίησης των υδατικών πόρων στη ροή των υδατορευμάτων ή στους υπόγειους υδατικούς πόρους μίας λεκάνης απορροής, η ανταπόκριση του εμπλουτισμού των υπόγειων υδάτων και των συνθηκών της ροής των υδατορευμάτων στις αλλαγές της χρήσης γης μέσα σε μία λεκάνη απορροής, και ο τρόπος με τον οποίο αλλάζουν οι υδρολογικές συνθήκες και οι υδρόβιοι πόροι μιας λεκάνης απορροής σχετικά με τη μεταβλητότητα του κλίματος. Μία ενδιαφέρουσα όψη της ολοκληρωμένης σχεδίασης του μοντέλου αποτελεί η σημαντική ιδιαιτερότητα που έχει να προσομοιώνει και την ακόρεστη ζώνη ως διεπιφάνεια μεταξύ των επιφανειακών απορροών και του υδροφορέα όπως και η ικανότητά του να διατηρεί τον όγκο του νερού και να παρέχει συνολικά υδατικά ισοζύγια για μία περιοχή ενδιαφέροντος. Το GSFLOW εφαρμόστηκε για την περίπτωση δύο τροποποιημένων σεναρίων του παραδείγματος της λεκάνης απορροής του Sagehen Creek, το οποίο τοποθετείται γεωγραφικά στην ανατολική πλευρά της βορινής οροσειράς Sierra Nevada, κοντά στο Truckee της Καλιφόρνια. Ακολουθεί ο συγκριτικός σχολιασμός κάποιων διαγραμμάτων που προέκυψαν από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για τα δύο σενάρια, ένας έλεγχος beta-testing που έγινε για το μοντέλο με την επισήμανση κάποιων αδυναμιών και περιθωρίων βελτίωσής του, και τέλος κάποια γενικά συμπεράσματα για τη χρήση των ολοκληρωμένων υδρολογικών μοντέλων.

Postgraduate Thesis / Μεταπτυχιακή Εργασία

Λεκάνη απορροής
Integrated hydrologic models
Προσομοίωση συνδυασμένη
Υδατικό ισοζύγιο
Επιφανειακά και υπόγεια νερά
Ολοκληρωμένα υδρολογικά μοντέλα
Water budget
Ακόρεστη ζώνη
Integrated simulation
Unsatured zone
Surface water and ground water

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at http://ikee.lib.auth.gr. Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)