Ποτάμια γεωμορφολογία��Εργαστηριακή Άσκηση 1

Ερωτήματα άσκησης εργαστηρίου

1. Να περιγραφεί το υδρογραφικό δίκτυο του Δερβένιου ποταμού. Σε ποιόν τύπο ανήκει; Να αιτιολογηθεί η απάντηση.
2. Να απεικονισθεί το υδρογραφικό δίκτυο στο QGIS, να οριοθετηθεί η λεκάνη απορροής του ποταμού και να γίνει η αρίθμηση του υδρογραφικού δικτύου κατά Strahler.
3. Να εφαρμοσθεί ο 1ος, 2ος (τόσο χρησιμοποιώντας καθαρά όσο και αθροιστικά μήκη κλάδων) και 3ος νόμος του Horton. Να συνταχθούν οι πίνακες με τις πραγματικές τιμές, τους λόγους και τις ιδανικές τιμές ανά τάξη. Να σχολιασθούν τα αποτελέσματα.
4. Να υπολογισθεί η Υδρογραφική Συχνότητα (F) και η Υδρογραφική Πυκνότητα (D) για κάθε λεκάνη απορροής του υδρογραφικού δικτύου του ποταμού. Να εκτιμηθούν οι μέσες τιμές ανά τάξη και να σχεδιασθούν τα αντίστοιχα διαγράμματα.
5. Να κατηγοριοποιηθούν οι λεκάνες απορροής του ποταμού σε τέσσερεις κατηγορίες και να απεικονισθεί η γεωγραφική κατανομή της υδρογραφικής συχνότητας και πυκνότητας του υδρογραφικού δικτύου. Να σχολιασθεί η γεωγραφική κατανομή της υδρογραφικής συχνότητας και πυκνότητας.
6. Να εντοπιστεί και ερμηνευθεί η ανεμοτομή μεταξύ Δερβένιου - Όλβιου και να αποδοθεί η παλαιογεωγραφική εξέλιξη της ευρύτερης περιοχής.

Η δενδριτική µορφή υδρογραφικού δικτύου θεωρείται ως η συνηθέστερη µορφή υδρογραφικού δικτύου, η οποία προκύπτει από τη δράση ποτάµιων διεργασιών σε περιοχές οµογενών γεωλογικών σχηματισμών χωρίς έντονη γεωλογική δοµή.

Μορφές – Τύποι Υδρογραφικών Δικτύων

Η παράλληλη µορφή αναπτύσσεται εκεί όπου υπάρχει απότοµη μορφολογική κλίση σε ένα πεδίο όπου επιβάλλει µια επιλεκτική κατεύθυνση ροής των κλάδων του υδρογραφικού δικτύου. Συνήθως αναπτύσσεται σε περιοχές με ευδιάβρωτους γεωλογικούς σχηματισμούς.

Μορφές – Τύποι Υδρογραφικών Δικτύων

Η κλιµακωτή µορφή υδρογραφικού δικτύου αποτελεί ένδειξη της ύπαρξης απότοµης κλίσης πετρωµάτων και ισχυρής γεωλογικής δοµής, που οφείλεται στην παρουσία πτυχωµένων πετρωµάτων.

Μορφές – Τύποι Υδρογραφικών Δικτύων

Η ορθογώνια µορφή αναπτύσσεται σε περιοχές µε ισχυρή γεωλογική δοµή, η οποία οφείλεται στην ύπαρξη διακλάσεων και ρηγµάτων κάθετων µεταξύ τους.

Μορφές – Τύποι Υδρογραφικών Δικτύων

Η ακτινωτή µορφή εµφανίζεται γύρω από ένα γεωλογικό δόµο ή ηφαίστειο και είναι ενδεικτική παλαιότερης ή και σύγχρονης τεκτονικής- ηφαιστειακής δραστηριότητας.

Μορφές – Τύποι Υδρογραφικών Δικτύων

Η δακτυλιοειδής µορφή σχετίζεται µε τη διάβρωση ενός δόµου. Η διαφορά της µε την ακτινωτή µορφή, οφείλεται στην παρουσία ενδιάµεσων στρώσεων, ασθενέστερων στην διάβρωση, σχηματισμών.

Μορφές – Τύποι Υδρογραφικών Δικτύων

Αρίθμηση υδρογραφικών δικτύων κατά Strahler (1952)

Κλάδοι οι οποίοι δεν δέχονται το νερό μικρότερων κλάδων ονομάζονται 1^ης τάξης (Ι). Συμβολή δύο κλάδων της ίδιας τάξης δημιουργεί έναν κλάδο της αμέσως επόμενης τάξης, Δηλαδή η συμβολή δύο κλάδων 1^ης τάξης δημιουργεί έναν κλάδο 2^ης τάξης (II) κ.ο.κ.

• Βρες τα χαμηλότερα σημεία: Στο χάρτη, το νερό κατευθύνεται πάντα προς μικρότερες τιμές υψομέτρου. Σημείωσε τις χαμηλότερες περιοχές — εκεί θα βρίσκεται η έξοδος ή ο κύριος ποταμός της λεκάνης.

​

• Παρατήρησε τις καμπύλες των ισοϋψών: Όπου οι ισοϋψείς σχηματίζουν “V” ή “U” που ανοίγουν προς τα πάνω, πρόκειται για χαράδρες ή κοιλάδες – εκεί ρέει το νερό.

​

• Χάραξε τις γραμμές ροής: Το υδρογραφικό δίκτυο χαράσσεται κάθετα στις ισοϋψείς, από τα υψηλά προς τα χαμηλά. Ξεκίνα από τα κοίλα τμήματα των V και προχώρα προς τα κάτω. Όπου πολλές “V” ενώνονται, σχηματίζεται ένας κλάδος του δικτύου.

​

• Προσδιόρισε τη διακλάδωση: Οι μικροί κλάδοι (δευτερεύοντα ρέματα) ενώνονται σε μεγαλύτερους, δημιουργώντας δενδριτικό σχέδιο (σαν δέντρο).

​

• Επιβεβαίωσε τη λεκάνη απορροής: Όρισε τα όρια της λεκάνης κατά μήκος των κορυφογραμμών.

Χάραξη Υδρογραφικού Δικτύου

Το Topographic Wetness Index (TWI) είναι από τους πιο χρήσιμους δείκτες για ανάλυση εδαφικής υγρασίας, απορροής και πιθανοτήτων πλημμύρας. Προκύπτει από το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (DEM) και βασίζεται στην εξίσωση:

​

𝑇𝑊𝐼=ln⁡(𝑎/tan⁡𝛽)

​

όπου:

a = η συνεισφέρουσα επιφάνεια απορροής (flow accumulation * cell size)

β = η γωνία κλίσης (slope, σε radians)

Topographic Wetness Index (TWI)

Βήμα 1: Προετοιμασία DEM

Βεβαιώσου ότι έχεις καθαρό DEM (χωρίς sinks).

Άνοιξε το εργαλείο: Processing Toolbox → SAGA → Fill sinks (wang & liu)�ή εναλλακτικά από GRASS → r.fill.dir.

Αποθήκευσε το νέο DEM ως filled_dem.tif.

​

Βήμα 2: Υπολόγισε Flow Accumulation

Εργαλείο: SAGA → Flow Accumulation (Top-Down)�Input: filled_dem.tif�Output: flow_acc.tif�(Μπορείς να επιλέξεις μέθοδο “Deterministic 8 (D8)” ή “Multiple Flow Direction (MFD)” για πιο ρεαλιστική ροή σε ήπιες κλίσεις.)

​

​

Topographic Wetness Index (TWI)

Βήμα 3: Υπολόγισε Slope (σε radians)

Εργαλείο: Raster → Analysis → Slope

ή GDAL → Terrain Analysis → Slope�ή SAGA → Slope, Aspect, Curvature�Output: slope.tif�Σιγουρέψου ότι η κλίση είναι σε radians, όχι μοίρες.�Αλλιώς, μετέτρεψέ τη με το Raster Calculator: "slope@1" * 3.14159 / 180

​

Βήμα 4: Υπολόγισε TWI με Raster Calculator

Άνοιξε Raster Calculator και βάλε: ln( ("flow_acc@1" * cellsize) / tan("slope_rad@1") )

όπου cellsize είναι το μέγεθος pixel του DEM (π.χ. 30 για 30m DEM).

Output: twi.tif

​

​

​

​

Topographic Wetness Index (TWI)

INSTALL HCMGIS

INSTALL Qgis2threejs

​

​

​

​

PLUGINS

Processing Toolbox → SAGA Next Gen → Terrain Analysis → Channel Network

​

Elevation

Το filled DEM σου (χωρίς sinks).

​

Flow Direction (optional)

Αν έχεις ήδη flow direction raster, μπορείς να το βάλεις.

​

Initiation Grid

Flow accumulation (Raster που καθορίζει τις πηγές ρευμάτων)

​

Initiation Type

Default = 2 → “greater than”

​

Initiation Threshold

Το πιο σημαντικό νούμερο για density του δικτύου.

Προτεινόμενες τιμές (ανάλογα με resolution DEM):

DEM 30 m → 1000–2000

DEM 10 m → 2000–5000

Δοκίμασε αρχικά 1000 για DEM 30 m και θα δεις πόσο πυκνό δίκτυο βγαίνει.

​

Υδρογραφικό δίκτυο

Divergence / Tracing max divergence / Tracing weight

Προχωρημένες ρυθμίσεις για διακλαδώσεις και smoothing.

Default = 5 για max divergence → μπορείς να αφήσεις όπως είναι.

​

Min Segment Length

Ελάχιστο μήκος segment σε pixel. Default = 10 → αφήνουμε.

​

Channel Network (Grid)

Το raster output.

​

Channel Direction

Προαιρετικό. Κατεύθυνση ροής.

​

Channel Network (shp)

Το vector output.

Άνοιξε Attribute table και μετα άνοιξε Field Calculator

Σημείωσε: Create new field, Name: length_m

Output field type: Decimal number (real)

Precision / Width: π.χ. Width 10, Precision 3

Expression: $length και πάτα οκ.

​

Υδρογραφικό δίκτυο

Στο layer με τα drainage basins (vector polygons), ενεργοποιείς Select Features και επιλέγεις τις λεκάνες που θέλεις.

​

Κάνεις δεξί κλικ στο layer → Export → Save Selected Features As…

​

Σώζεις σε νέο (lekanes_dervenios) Shapefile/GeoPackage κ.λπ., και αυτόματα έχεις ένα καινούργιο layer που περιέχει μόνο τις υπολεκάνες που διάλεξες.

​

Clip twi.tif raster by mask layer lekanes_dervenios.shp

​

Vector → Geoprocessing Tools → Dissolve, η λεκάνη του Δερβένιου

​

​

Λεκάνες

1^ος ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ HORTON

Η μαθηματική έκφραση του νόμου έχει ως εξής:

�

​

Όπου N_u: ο αριθμός των κλάδων τάξης u

K: η μέγιστη τάξη

u: ζητούμενη τάξη

​

"Ο αριθμός των διαδοχικά μικρότερης τάξης κλάδων ενός υδρογραφικού δικτύου, τείνει να σχηματίσει μια αύξουσα γεωμετρική ακολουθία, της οποίας πρώτος όρος είναι η μονάδα και λόγος, ο λόγος διακλάδωσης (R_b)".

� 

​

1^ος νόμος του Horton

​

σε ιδανικό αριθμό κλάδων 125 έχω διαφορά 125-124=1

σε 100 Χ=100/125=0.8

Τάξη

Αριθμός κλάδων

Πραγματική κατάσταση

Ιδανική κατάσταση

2^ος ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ HORTON

1^ης 2^ης 3^ης και 4^ης τάξης κλάδοι

Η μαθηματική έκφραση του νόμου έχει ως εξής:

�

​

Όπου L_u : το μέσο μήκος των κλάδων τάξης u

L₁ : το μέσο μήκος κλάδων 1^ης τάξης

u : η ζητούμενη τάξη

"Τα μέσα μήκη των διαδοχικά μεγαλύτερης τάξης κλάδων ενός υδρογραφικού δικτύου, τείνουν να σχηματίσουν μια αύξουσα γεωμετρική ακολουθία, της οποίας πρώτος όρος είναι το μέσο μήκος των κλάδων πρώτης τάξης και λόγος ο λόγος του μήκους (R_L) ".

� 

​

2^ος νόμος του Horton

​

Υδρογραφικό δίκτυο Δερβένιου

Υδρογραφικό δίκτυο Δερβένιου

Υδρογραφικό δίκτυο Δερβένιου

Υδρογραφικό δίκτυο Δερβένιου

3^ος ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ HORTON

Η μαθηματική έκφραση του νόμου έχει ως εξής:

�

​

Όπου A_u: το μέσο εμβαδόν των λεκανών των κλάδων τάξης u

A₁: το μέσο εμβαδόν των λεκανών των κλάδων 1^ης τάξης

u: η ζητούμενη τάξη

"Το μέσο εμβαδόν των διαδοχικά μεγαλύτερης τάξης λεκανών απορροής ενός υδρογραφικού δικτύου, τείνει να σχηματίσει μια αύξουσα γεωμετρική ακολουθία, της οποίας πρώτος όρος είναι το μέσο εμβαδόν των λεκανών των κλάδων πρώτης τάξης και λόγος, ο λόγος του εμβαδού (R_A)".

� 

​

3^ος νόμος του Horton

​

Υδρογραφικό δίκτυο Δερβένιου

Υδρογραφικό δίκτυο Δερβένιου

F=υδρογραφική συχνότητα

N=αριθμός κλάδων λεκάνης

Ε=εμβαδόν λεκάνης απορροής

ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΚΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ

ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ

D=υδρογραφική πυκνότητα

ΣL=συνολικό μήκος κοιτών

Ε=εμβαδόν λεκάνης απορροής

Κάθε λεκάνη μετράω τον αριθμό των κλάδων όλων των τάξεων που υπάρχουν εντός της λεκάνης αυτής για τον υπολογισμό της Υδρογραφικής Συχνότητας

​

Και το μήκος όλων των κλάδων όλων των τάξεων εντός αυτής για τον υπολογισμό της Υδρογραφικής Πυκνότητας

Χωρίζω τις τιμές Συχνότητας σε 4 κατηγορίες (ομάδες) μικρές – μεγαλύτερες κοκ και χρωματίζω τις λεκάνες ανάλογα με την ομάδα στην οποία ανήκουν.

​

​

Το χρώμα κάθε ομάδας να γίνεται εντονότερο όσο μεγαλώνουν οι τιμές (π.χ. κίτρινο για τις λεκάνες που ανήκουν στην ομάδα με τις μικρότερες τιμές

Παράδειγμα

Γεωγραφική θέση των λεκανών απορροής των ποταμών Δερβένιου και Όλβιου

Πόλγη Φενεού

Απλοποιημένη τομή των Πλειοπλειστοκαινικών αποθέσεων στην περιοχή μελέτης

(Τροποποιημένο από Rohais et al., in press).

4.3%

11.7%

9.8%

8.5%

1.4%

Παλαιογεωγραφική εξέλιξη

• Κατά την περίοδο του Πλειο-Πλειστόκαινου ο ποταμος Όλβιος και το άνω τμήμα του Δερβένιου αποτελούσαν ένα ενιαίο υδρογραφικό δίκτυο.

​

• Το νοτιότερο τμήμα του υδρογραφικού δικτύου του Όλβιου είναι και το παλαιότερο. Οι εκβολές του στην αρχή του Τεταρτογενούς βρίσκονταν αρκετά νοτιότερα από τη σημερινή ακτογραμμή του Κορινθιακού.

Κατά προσέγγιση ακτογραμμή του Κορινθιακού κατά το Κάτω Πλειστόκαινο

Κατά προσέγγιση μορφή του υδρογραφικού δικτύου του Όλβιου ποταμού κατά το Κάτω Πλειστόκαινο

Παλαιογεωγραφική εξέλιξη

• Η ανύψωση της Β. Πελοποννήσου από το Κατώτερο προς Μέσο Πλειστόκαινο μετατόπισε την ακτογραμμή του Κορινθιακού βορειότερα οπότε ακολούθησε η επιμήκυνση του υδρογραφικού δικτύου.
• Οι υψηλοί ρυθμοί ανύψωσης υπερίσχυσαν της κατά βάθους διάβρωσης με αποτέλεσμα την αποκοπή του ανάντη τμήματος του Όλβιου ποταμού κατά το Ανώτερο Πλειστόκαινο.
• Η αποκοπή οδήγησε σε αναστροφή της ροής προς νότο καταλήγοντας σε εσωτερική λεκάνη απορροής η οποία στη συνέχεια εξελίχτηκε σαν κλειστό καρστικό βύθισμα (πόλγη) με δύο καταβόθρες στο νότιο τμήμα της.
• Το κατάντη τμήμα του Όλβιου ποταμού εξελίχτηκε ως ένα ανεξάρτητο δίκτυο διαμορφώνοντας το σημερινό Δερβένιο ποταμό.

​

​