Υδρολογική Προσομοίωση και Πρόγνωση

Σκοπός του μαθήματος είναι η εισαγωγή και κατανόηση των υδρολογικών μοντέλων επιφανειακής υδρολογίας και της υδρολογικής προσομοίωσης και πρόγνωσης, της στοχαστικής υδρολογίας και των στοχαστικών διαδικασιών στην υδρολογία, της ανάλυσης και προσομοίωσης υδρολογικών χρονοσειρών, της ανάλυσης και προσομοίωσης ακραίων υδρολογικών ποσοτήτων σχεδιασμού και την κατανόηση των διαδικασιών της επιφανειακής υδρολογίας με χρήση προσδιοριστικών και στοχαστικών τεχνικών.

Αναλυτικά το περιεχόμενο του μαθήματος παρουσιάζεται παρακάτω:

• Εισαγωγή. Μαθηματικά μοντέλα βροχής-απορροής. Ταξινόμηση υδρολογικών μοντέλων. Παρουσίαση υδρολογικών μοντέλων
• Παρουσίαση και εφαρμογή υδρολογικών μοντέλων. Ρύθμιση παραμετρικών μοντέλων. Δοκιμαστική και αυτόματη ρύθμιση και πιστοποίηση υδρολογικών μοντέλων
• Συστήματα υδρολογικής προσομοίωσης μεγάλων λεκανών απορροής. Υδρολογικές και υδραυλικές μεθοδολογίας διόδευσης απορροής. Ζεύξη υδρολογικών μοντέλων και μοντέλων διόδευσης απορροής.
• Ανάλυση υδρολογικών χρονοσειρών. Δομή και ιδιότητες υδρολογικών χρονοσειρών. Προσδιοριστικές συνιστώσες υδρολογικής χρονοσειράς. Μέθοδοι ανάλυσης χρονοσειρών. Μέθοδοι μονιμοποίησης χρονοσειρών.
• Στοχαστικά ομοιώματα χρονοσειρών. Στοχαστικά ομοιώματα μιάς μεταβλητής. Ομοίωμα αυτοσυσχέτισης AR(q). Ομοίωμα κυλιομένων μέσων όρων MA(q). Σύνθετο ομοίωμα (autoregressive moving average) ARMA (p,q). Ομοιώματα περιοδικών χρονοσειρών
• Στοχαστικά ομοιώματα δύο μεταβλητών. Ομοίωμα συνάρτησης μεταφοράς θορύβου. Φίλτρο Kalman. Ανελίξεις ή αλυσίδες Markov
• Υδρολογική πρόγνωση. Βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη υδρολογική πρόγνωση. Προσδιοριστική πρόγνωση. Στοχαστική πρόγνωση. Πρόγνωση σε πραγματικό χρόνο.
• Εκτίμηση χωρικής κατανομής υδρομετεωρολογικών παραμέτρων. Προσδιοριστικές μέθοδοι και μέθοδοι γεωστατιστικής
• Ειδικά θέματα υδρολογικής προσομοίωσης και πρόγνωσης.

Το μάθημα βοηθά τους φοιτητές να αναπτύξουν την τεχνική και διανοητική τους ικανότητα ετοιμάζοντας τους για την εργασία σαν μηχανικοί και για μεταπτυχιακές σπουδές. Το μάθημα παρουσιάζει στους φοιτητές τις μεθοδολογίες προσδιοριστικής και στοχαστικής υδρολογικής προσομοίωσης και τις μεθοδολογίες υπολογισμού υδρολογικών ποσοτήτων σχεδιασμού, που χρησιμοποιούνται στην μοντέρνα πρακτική των Πολιτικών Μηχανικών.
Στο τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα πρέπει να έχουν:

• Γνώση και κατανόηση των φυσικών διαδικασιών υδρολογίας λεκανών απορροής
• Ικανότητα να εφαρμόζουν προσδιοριστικά (αδρομερή, ημι-κατανεμημένα και κατανεμημένα) μοντέλα για την υδρολογική προσομοίωση με σκοπό τον υδρολογικό σχεδιασμό
• Γνώση και κατανόηση της βελτιστοποίησης υδρολογικών μοντέλων για υδρολογικό σχεδιασμό (πλημμύρες, υδρολογικές ξηρασίες και σχεδιασμό υδροτεχνικών έργων)
• Ικανότητα να υπολογίσουν παραμέτρους υδρολογικών μοντέλων με χρήση Γ.Σ.Π.
• Ικανότητα να υπολογίσουν τη χωρική κατανομή υδρολογικών και υδρομετεωρολογικών δεδομένων με προσδιοριστικές, γεωστατιστικές, συνδυαστικές και υβριδικές μεθοδολογίες
• Ικανότητα να εφαρμόζουν στοχαστικές και προσδιοριστικές μεθοδολογίες και μοντέλα ανάλυσης και προσομοίωσης υδρολογικών χρονοσειρών
• Ικανότητα να εφαρμόζουν στοχαστικές και προσδιοριστικές μεθοδολογίες υδρολογικής πρόγνωσης

Κύριο διδακτικό βοήθημα

1ο  Συγγραμμα : Μ. Α. Μιμίκου «Τεχνολογία Υδατικών Πόρων», Παπασωτηρίου, 2006

Επικουρικά διδακτικά βοηθήματα:

1. D.R. Maidment (Editor),  «Handbook of Hydrology», 1993.
2. Γ. Τσακίρης «Υδατικοί Πόροι Ι. Τεχνική Υδρολογία», Συμμετρία, 1995.
3. Σακκάς Ι.Μ. «Τεχνική Υδρολογία: Τόμος 1 Υδρολογία Επιφανειακών Υδάτων», Εκδόσεις Αϊβαζίδη, 2004
4. Μιμίκου Μ.Α. & Ε.Α. Μπαλτάς. «Τεχνική Υδρολογία», Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 5η Εκδοση, 2012
5. Κουτσογιάννης, Δ., και Θ. Ξανθόπουλος. «Τεχνική Υδρολογία», Έκδοση 3, 418 σελίδες, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, 1999.  (https://www.itia.ntua.gr/el/docinfo/115/)
6. Κουτσογιάννης, Δ. «Στατιστική Υδρολογία», Έκδοση 4, 312 σελίδες, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, 1997.  (https://www.itia.ntua.gr/el/docinfo/122/)

Οι διαφάνειες δημιουργήθηκαν από τον διδάσκοντα με βάση το υλικό από τα προαναφερόμενα βιβλία καθώς και υλικό που υπάρχει σε αντίστοιχες ιστοσελίδες που σχετίζονται με την υδρολογία.

Ενδεικτικά αναφέρονται οι ιστόχωροι:

Ερευνητική Ομάδα ΙΤΙΑ, ΕΜΠ (https://www.itia.ntua.gr/)

Κέντρο Υδρολογίας και Πληροφορικής (CHI), EΜΠ (http://www.chi.civil.ntua.gr/)

Παραδόσεις - Διαλέξεις = 80%

Η αξιολόγηση των φοιτητών γίνεται με την παρουσίαση του εξαμηνιαίου θέματος.

Πιθανότητες - Στατιστική

Υδρολογία

Καθ. Αθανάσιος Λουκάς

Δρ. Λάμπρος Βασιλειάδης (Εργαστηριακό Διδακτικό Προσωπικό)

Στο τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα πρέπει να έχουν:

• Γνώση και κατανόηση των φυσικών διαδικασιών υδρολογίας λεκανών απορροής
• Ικανότητα να εφαρμόζουν προσδιοριστικά (αδρομερή, ημι-κατανεμημένα και κατανεμημένα) μοντέλα για την υδρολογική προσομοίωση με σκοπό τον υδρολογικό σχεδιασμό
• Γνώση και κατανόηση της βελτιστοποίησης υδρολογικών μοντέλων για υδρολογικό σχεδιασμό (πλημμύρες, υδρολογικές ξηρασίες και σχεδιασμό υδροτεχνικών έργων)
• Ικανότητα να υπολογίσουν παραμέτρους υδρολογικών μοντέλων με χρήση Γ.Σ.Π.
• Ικανότητα να υπολογίσουν τη χωρική κατανομή υδρολογικών και υδρομετεωρολογικών δεδομένων με προσδιοριστικές, γεωστατιστικές, συνδυαστικές και υβριδικές μεθοδολογίες
• Ικανότητα να εφαρμόζουν στοχαστικές και προσδιοριστικές μεθοδολογίες και μοντέλα ανάλυσης και προσομοίωσης υδρολογικών χρονοσειρών
• Ικανότητα να εφαρμόζουν στοχαστικές και προσδιοριστικές μεθοδολογίες υδρολογικής πρόγνωσης

Κύριο διδακτικό βοήθημα

1ο  Σύγγραμμα : Μ. Α. Μιμίκου «Τεχνολογία Υδατικών Πόρων», Παπασωτηρίου, 2006.

Επικουρικά διδακτικά βοηθήματα:

1. D.R. Maidment (Editor),  «Handbook of Hydrology», 1993.
2. Γ. Τσακίρης «Υδατικοί Πόροι Ι. Τεχνική Υδρολογία», Συμμετρία, 1995.
3. Σακκάς Ι.Μ. «Τεχνική Υδρολογία: Τόμος 1 Υδρολογία Επιφανειακών Υδάτων», Εκδόσεις Αϊβαζίδη, 2004.
4. Μιμίκου Μ.Α. & Ε.Α. Μπαλτάς. «Τεχνική Υδρολογία», Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 5η Εκδοση, 2012.
5. Κουτσογιάννης, Δ., και Θ. Ξανθόπουλος. «Τεχνική Υδρολογία», Έκδοση 3, 418 σελίδες, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, 1999.  (https://www.itia.ntua.gr/el/docinfo/115/)
6. Κουτσογιάννης, Δ. «Στατιστική Υδρολογία», Έκδοση 4, 312 σελίδες, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα, 1997.  (https://www.itia.ntua.gr/el/docinfo/122/)

Οι διαφάνειες δημιουργήθηκαν από τον διδάσκοντα με βάση το υλικό από τα προαναφερόμενα βιβλία καθώς και υλικό που υπάρχει σε αντίστοιχες ιστοσελίδες που σχετίζονται με την υδρολογία.

Ενδεικτικά αναφέρονται οι ιστόχωροι:

Ερευνητική Ομάδα ΙΤΙΑ, ΕΜΠ (https://www.itia.ntua.gr/)

Κέντρο Υδρολογίας και Πληροφορικής (CHI), EΜΠ (http://www.chi.civil.ntua.gr/)