Adaptation of storm sewer systems to climate change

Abstract

According to the United Nations (2017), more than the half of the world’s population lives in urban and semi-urban areas. As a result, urban areas are becoming larger, denser and more impervious, and so, floods are becoming more frequent and more devastating than in the past. Projections of climate change, urbanization and growing population are expected to augment the pressure on the environment and on human infrastructure, and moreover, challenge water resources sustainability. As a result, the water cycle is projected to be affected by climate change by influencing precipitation patterns, which is anticipated to lead to an increase/decrease in design rainfall intensities. In water resources engineering and management, Intensity-Duration-Frequency (IDF) curves constitute one of the most commonly adopted tools for planning, design and operation of a wide range of water resources related projects (e.g., dams, storm sewers etc.). As a result, update of Intensity-Duration-Frequency curves considering climate change is essential for the adaptation of water-related structures to climate change. The main aims of the present PhD thesis are: (i) to review the main methods employed for updating IDF curves considering climate change; (ii) to propose general guidelines for updating IDF curves considering future climate projections; (iii) to review adaptation of urban drainage networks to climate change and other drivers (i.e., urbanization, Land Use Land Cover - LULC) along with studies referred to impacts of climate change on rainfall extremes for small durations and on urban drainage systems; (iv) to introduce a novel framework for systematic analysis of urban drainage adaptation strategies considering climate change; (v) to assess the main impacts of climate change on short duration rainfall extremes and urban drainage networks; (vi) to introduce an index for assessing overall reliability of an urban drainage system in terms of hydraulic, temporal and volumetric reliability; (vii) to introduce an index for assessing total adaptive capacity of an urban drainage network; (viii) to incorporate in the design procedure benefits offered by ecosystem services in economic terms; (ix) to assess total uncertainty (i.e., climate change projections, hydrologic-hydraulic modeling; rainfall temporal distribution); and (x) to demonstrate the applicability of the proposed framework. Hydraulic reliability refers to the percent of time during which the pipes of the drainage network are able to convey the produced runoff operating based on a predefined level. Temporal reliability refers to he total amount of time the system remains in the accepted level of performance divided by the total range of time considered. Finally, volumetric reliability refers to the ratio of water volume conveyed safely through the drainage system to the total runoff volume generated from precipitationA wide literature search was conducted in various scientific databases in order to review the main challenges regarding the update of Intensity-Duration-Frequency considering climate change. As a result, specific guidelines for addressing the issue of updating IDF curves under climate change are proposed. Moreover, based on the proposed methodology the IDF curves for the Thissio station, Athens are updated. More than one hundred articles published between 2001 and 2021 have been reviewed, summarized and discussed. The aims of this review was to: (i) identify the state-of-the-art scientific approaches regarding Intensity-Duration-Frequency curves update under climate change projections; (ii) assess whether or not these approaches incorporate uncertainty (i.e., uncertainty related to climate models, statistical downscaling techniques, temporal resolution of data, theoretical distribution selection etc.); (iii) identify the main approaches used for statistical downscaling and/or bias correction and temporal disaggregation of climate model-based rainfall projections; and (iv) identify the theoretical distributions used in developing IDF curves. The results revealed that different researchers and countries have adopted a simplified methodology (unique scaling factor) for assessing the impacts of climate change on future rainfall extremes. Update of IDF curves is mostly based on one future period or on multiple future time windows of 30-year future periods. Researches have also proposed and used a non-stationary approach where parameters of the theoretical distribution are considered time variant. Spatiotemporal disaggregation of future climate projections, especially for studies focusing at the urban basin level, is essential. A wide variety of methods for spatiotemporal disaggregation have been proposed in the literature but there is no general agreement which methods perform best. Overall, the application of spatiotemporal disaggregation must be practiced along with uncertainty analysis as it may give rise to additional uncertainties. The proposed general guidelines regarding the updating of IDF curves under varying climate conditions can be summarized as follows: (i) acquisition of high-resolution observations, at least hourly for at least 20 years; (ii) use of a multi model ensemble incorporating several GCMs, RCMs and climate scenarios; (iii) use more than one statistical downscaling/bias correction techniques; (iv) use more than one temporal disaggregation approaches; (v) uncertainty quantification and estimations and reporting of the confidence intervals (e.g., 95, 90 %) for the current and future IDF curves; (vi) assessment of spatiotemporal downscaling and comparison with observations.The second review focuses on challenges regarding the adaptation of urban drainage networks to climate change by comparing 32 case studies from 29 articles, published between 2003 and 2020. The aim was to: (i) identify the state-of-the-art scientific approaches for adaptation of urban drainage networks to climate change; (ii) assess whether or not these approaches incorporated monetization of the adaptation practices and the associated costs/benefits; and (iii) define a novel approach (Blueprint) for the future development and assessment of urban drainage network adaptation to climate change and other drivers. Our research confirmed that future quantity and quality of urban runoff is not widely addressed in the scientific literature. The Storm Water Management Model is the most widely used software for modeling adaptation options. Solutions such as plans of maintenance and rehabilitation, raising of public awareness, flood forecasting and warning, population relocationand insurance are not widely reflected in the literature. Uncertainties of climate projections and bias correction methods are still significant, and thus, uncertainties of socio-economic scenarios, hydrologic and hydrodynamic models, and adaptation options are still not fully addressed. Finally, environmental cost and benefits associated with the ecosystem services provided by the adaptation options are also not fully addressed.A novel methodological framework for urban drainage adaptation to climate change is introduced and tested in a small urban basin of the combined drainage network of Athens, Greece. The proposed framework is composed of three parts: (i) observed data acquisition, ensemble projections of climate change, bias correction, temporal disaggregation and development of observed and future IDF curves; (ii) hydrologic-hydraulic modeling, sensitivity analysis, calibration and flood mitigation scenarios development; and (iii) selection of best alternative for climate change adaptation of urban drainage, and forward uncertainty propagation analysis. The framework comprises hydrologic, hydraulic and economic indices aiming at quantifying the effect of different alternatives regarding flood hazard mitigation. The evaluated alternatives included both conventional drainage solutions (i.e., sewer enlargement) and low impact development measures (i.e., permeable surfaces). The Storm Water Management Model version 5 (SWMM5) was calibrated and employed. Prior to calibration, sensitivity analysis of SWMM hydrologic-hydraulic and permeable surfaces input parameters was conducted using a global sensitivity analysis method. Two novel indices, the Index for Reliability of Urban Drainage Adaptation (IRUDA) and the Climate Variability Adaptation Index (CVAI), were also introduced. IRUDA assesses the total reliability of an urban drainage network in hydraulic, temporal and volumetric terms. Sizing of flood mitigation measures was undertaken employing construction cost along with IRUDA. CVAI used for alternative selection among different flood mitigation scenarios. CVAI assesses the total adaptive capacity of the drainage network based on hydrological, hydraulic and economic aspects of the proposed adaptation plan. A forward uncertainty propagation scheme was employed on the selected alternative in order to examine input data and parametric uncertainty with respect to the peak discharge at the outlet of the basin. Finally, monetization of ecosystem services offered by green measures was undertaken using CIRIA Benefits Evaluation of SuDS Tool. The results revealed that both low impact development measures and conventional drainage solutions were highly effective especially for storm events with low return periods. However, sewer enlargement along with the permeable surfaces construction was found to be the best alternative based on CVAI. Moreover, the results illustrated that under the non-stationarity assumption, future rainfall intensities and urban flooding risk will increase, and therefore, further flood mitigation measures will be required. Furthermore, the majority of the examined adaptation strategies were found to improve the capacity and reliability of the drainage network. Moreover, the results revealed that permeable pavements perform better for storm events with return period of up to five years. Finally, the results of forward uncertainty propagation analysis revealed that input uncertainty, especially for rainfall depth and rainfall time to peak, has significant impacts on peak discharge at the study system outlet.The impact of climate change on IDF curves and on urban drainage is reported. Current and future IDF curves are developed, for Thissio station in Athens, Greece, using Gumbel and Generalized Extreme Value (GEV) theoretical distributions and the Bernard and Sherman empirical models. The results revealed that by the end of the 21st century, the 1 h rainfall with a return period of 10 years is projected to increase by 26 % under the mean climate scenario. In general, the results revealed that the percent change in future rainfall intensity varies greatly according to the return period, the rainfall duration, the climate model and the scenario examined.The impacts of climate change on the urban drainage network are assessed based on drainage capacity of the drainage network, percent change in total surface runoff, total flood volume, number of flooded nodes and the Expected Annual Damage. Overall, it can be concluded that the design criteria need to be reviewed and also green measures, such as permeable surfaces, must be introduced in the design procedure.

Το κλίμα της γης μεταβάλλεται συνεχώς, και οι επιπτώσεις στα φυσικά και στα ανθρώπινα συστήματα παρουσιάζουν μεγάλη ανομοιογένεια, διότι εξαρτώνται συγχρόνως από κοινωνικούς, οικονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες. Τα τελευταία χρόνια η προσαρμογή στην κλιματική αλλαγή αποτελεί ένα θέμα ιδιαίτερου επιστημονικού ενδιαφέροντος καθώς και εκτεταμένης επιστημονικής έρευνας.Ορισμένες ενδεχόμενες κλιματικές μεταβολές και οι επιπτώσεις αυτών είναι: i.Μείωση κατακρημνισμάτων η οποία ενδέχεται να οδηγήσει σε λειψυδρία και σε μειωμένες απορροές, με συνέπεια τη μειωμένη διαθεσιμότητα αρδευτικού νερού, τη μειωμένη παραγωγή τροφίμων, την υφαλμύριση υπόγειων υδροφορέων κ.α.. ii.Αύξηση θερμοκρασίας η οποία ενδέχεται να έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της εξατμισοδιαπνοής, την μείωση των αποθεμάτων νερού, την αύξηση της ζήτησης αρδευτικού νερού κ.α. Όλα τα παραπάνω μπορεί να οδηγήσουν σε μειωμένη διαθεσιμότητα νερού, σε υποβάθμιση της ποιότητας του νερού, σε αύξηση των αναγκών επεξεργασίας του πόσιμου νερού κ.α.. iii.Αύξηση έντασης βροχοπτώσεων η οποία ενδέχεται να οδηγήσει σε αύξηση των παροχών των ομβρίων υδάτων, σε αυξημένη διάβρωση και μεταφορά φερτών υλών. Αποτέλεσμα αυτών μπορεί να είναι οι πλημμύρες και η αύξηση των καταστροφών τόσο σε φυσικές όσο και σε αστικές λεκάνες απορροής, η ρύπανση των υδάτινων σωμάτων, η αυξημένη διάβρωση της κοίτης φυσικών ρεμάτων κ.α.. iv.Άνοδος μέσης στάθμης θάλασσας η οποία ενδέχεται να οδηγήσει σε υφαλμύριση των υπόγειων υδροφορέων καθώς και σε πλημμύρες στις παράκτιες περιοχές. Οι επιπτώσεις αυτές αναμένεται να επηρεάσουν αρνητικά όλα τα παράκτια συστήματα υποδομών. Επιπλέον, οι κυριότερες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής για την λεκάνη της Μεσογείου, οι οποίες αναφέρονται στην διεθνή βιβλιογραφία είναι: αύξηση των ακραίων θερμοκρασιών, μείωση βροχοπτώσεων και ποτάμιων ροών, αυξημένος κίνδυνος ξηρασίας, αυξημένος κίνδυνος καταστροφής των οικοσυστημάτων και της βιοποικιλότητας, αυξημένος κίνδυνος δασικών πυρκαγιών, αυξημένος ανταγωνισμός μεταξύ διαφορετικών χρηστών νερού, αυξημένη ζήτηση νερού για την γεωργία, μειωμένη απόδοση των καλλιεργειών, αύξηση θνησιμότητας από ακραίες θερμοκρασίες, μείωση του δυναμικού παραγωγής ενέργειας, αυξημένη ζήτηση ενέργειας για ψύξη, μείωση του καλοκαιρινού τουρισμού και ενδεχόμενη αύξηση σε άλλες περιόδους.Στη διεθνή βιβλιογραφία ο αριθμός των μελετών οι οποίες ασχολούνται με τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στην υδρολογία, στην κλίμακα φυσικής λεκάνης απορροής, αυξάνεται συνεχώς. Οι περισσότερες μελέτες εστιάζουν στους κινδύνους από αυξημένες ή/και μειωμένες απορροές ποταμών. Ο αριθμός των μελετών, οι οποίες εστιάζουν στις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στα αστικά δίκτυα αποχέτευσης ομβρίων υδάτων είναι σχετικά περιορισμένος. Ένας βασικός λόγος είναι η απαίτηση για υψηλή χωρική (1 - 10 km2) και χρονική ευκρίνεια (10 min - 1 h) των απαιτούμενων δεδομένων (π.χ., βροχόπτωση). Η χωρική και χρονική ανάλυση των παγκόσμιων κλιματικών μοντέλων (General Circulation Models - GCMs) είναι αρκετά χονδροειδής, με χωρική κλίμακα μεταξύ 100 και 500 km και ημερήσια ή μηνιαία χρονική κλίμακα, με αποτέλεσμα, για την εφαρμογή σε υδρολογικές-υδραυλικές μελέτες, να είναι απαραίτητος ο χωρικός καταβιβασμός και χρονικός επιμερισμός της κλίμακας. Οι κυριότερες τεχνικές καταβιβασμού χωρικής κλίμακας είναι: (i) δυναμικός καταβιβασμός με χρήση περιοχικών κλιματικών μοντέλων (Regional Climate Models - RCMs) και (ii) καταβιβασμός κλίμακας με χρήση στατιστικών μεθόδων. Διαφορετικά περιοχικά κλιματικά μοντέλα που οδηγούνται από το ίδιο παγκόσμιο κλιματικό μοντέλο ενδέχεται να παράγουν εντελώς διαφορετικά αποτελέσματα, καθώς βασίζονται σε διαφορετικά σχήματα επίλυσης.Συμπερασματικά, η χωρική και χρονική ευκρίνεια και η μεροληψία τόσο των παγκόσμιων όσο και των περιοχικών κλιματικών μοντέλων τα καθιστούν αναξιόπιστα για άμεση χρήση στη μελέτη των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στις αστικές περιοχές. Επιπλέον, τα αποτελέσματα των κλιματικών προγνώσεων δεν πρέπει να αντιμετωπίζονται ως προβλέψεις του μέλλοντος, αλλά ως ένας τρόπος για το σχεδιασμό έργων υποδομής κάτω από συνθήκες κλιματικής αβεβαιότητας. Η κυρίαρχη τάση στην επιστημονική κοινότητα είναι η χρήση και των δύο προσεγγίσεων (δυναμικός και στατιστικός καταβιβασμός) όσο και διαφορετικών κλιματικών σεναρίων με απώτερο στόχο την ποσοτικοποίηση της συνολικής αβεβαιότητας. Επιπλέον, πέρα από τον καταβιβασμό της χωρικής κλίμακας και τον επιμερισμό της χρονικής κλίμακας είναι απαραίτητη η εφαρμογή τεχνικών διόρθωσης του μεροληπτικού σφάλματος (bias correction) με στόχο την περαιτέρω βελτίωση των αποτελεσμάτων. Οι τεχνικές καταβιβασμού κλίμακας και οι μέθοδοι διόρθωσης εξαρτώνται από την απαιτούμενη χωρική και χρονική κλίμακα αλλά και από την διαθεσιμότητα των παρατηρημένων δεδομένων και για τον λόγο αυτό δεν υπάρχει βέλτιστη προσέγγιση ως προς το ποιες τεχνικές είναι οι πλέον κατάλληλες. Τα δίκτυα ομβρίων υδάτων είναι σχεδιασμένα ώστε να διαχειρίζονται, κατά μέγιστο, επεισόδια βροχόπτωσης συγκεκριμένης περιόδου επαναφοράς, με αποτέλεσμα ένα δεδομένο επίπεδο αποδοχής πλημμυρικού κινδύνου να συσχετίζεται με οποιοδήποτε μεγαλύτερο επεισόδιο. Καθώς οι αστικές περιοχές επεκτείνονται, γίνονται πιο πυκνοκατοικημένες, μεταβάλλονται οι χρήσεις γης και αυξάνονται οι αδιαπέρατες επιφάνειες, συνήθως χωρίς την παράλληλη ανάπτυξη του συστήματος αποχέτευσης ομβρίων, τα πλημμυρικά φαινόμενα τείνουν να γίνονται πιο συχνά και πιο καταστροφικά από ό,τι στο παρελθόν (Kourtis and Tsihrintzis, 2021). Κατά τον σχεδιασμό και την αναβάθμιση τέτοιων συστημάτων πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι μελλοντικές προβολές για την εξέλιξη του κλίματος, του πληθυσμού και των χρήσεων γης έτσι ώστε να διατηρείται σταθερό ένα αποδεκτό επίπεδο πλημμυρικής διακινδύνευσης καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του συστήματος. Βέβαια, κρίνεται απαραίτητο να αναφερθεί πως η προσαρμογή των δικτύων ομβρίων είναι κάτι το οποίο απουσιάζει από την Ελληνική βιβλιογραφία. Πιο συγκεκριμένα, στην «Εθνική Στρατηγική για τον Προσαρμογή στην Κλιματική Αλλαγή» οι πιέσεις οι οποίες αναμένεται να δεχτούν τα δίκτυα αποχέτευσης και ύδρευσης δεν αναφέρονται καθόλου και προφανώς δεν έχουν εξεταστεί. Η κλασσική προσέγγιση για την προσαρμογή των δικτύων αποχέτευσης στην κλιματική αλλαγή είναι η αύξηση της διαμέτρου των αγωγών. Βέβαια, η συγκεκριμένη προσέγγιση δέχεται κριτικές σχετικά με την ευελιξία της λόγω του κατασκευαστικού και περιβαλλοντικού κόστους το οποίο αυτή συνεπάγεται. Τα τελευταία χρόνια προωθούνται εναλλακτικές πρακτικές διαχείρισης σε επίπεδο αστικής λεκάνης απορροής (π.χ., πράσινες στέγες, περατές επιφάνειες κλπ.). Οι πρακτικές αυτές συναντώνται στη διεθνή βιβλιογραφία με διάφορες ονομασίες π.χ.: στην Αμερική αλλά και στην Νέα Ζηλανδία καλούνται πρακτικές ήπιας διαχείρισης (Low Impact Development-LID practices), στην Αμερική συναντάται επίσης και ο όρος μέθοδοι βέλτιστης διαχείρισης (Best Management Practices-BMPs) που αναφέρεται κυρίως σε μέτρα διαχείρισης της ποιότητας της αστικής απορροής, στην Αυστραλία χρησιμοποιείται ο όρος Water Sensitive Urban Design (WSUD), στην Ευρώπη χρησιμοποιείται κυρίως ο όρος αειφόρες πρακτικές διαχείρισης (Sustainable Urban Drainage Systems - SUDS ή Sustainable Drainage Systems-SuDS), στην Κίνα τα τελευταία χρόνια έχει επικρατήσει ο όρος Sponge City. Ανεξάρτητα της ονομασίας, το σύνολο αυτών των μέτρων στοχεύουν στη διαχείριση του πλημμυρικού κινδύνου στην πηγή, κάνοντας χρήση αειφόρων πρακτικών με κυριότερο στόχο να μειώσουν τον πλημμυρικό κίνδυνο με φυσικό και οικολογικό τρόπο. Αρκετές ερευνητικές προσπάθειες στοχεύουν στην αειφόρο διαχείριση του πλημμυρικού κινδύνου και την προώθηση αντίστοιχων τεχνολογιών. Το σύνολο των αειφόρων αυτών τεχνολογιών έχουν διττό στόχο, καθώς στοχεύουν στην αντιμετώπιση πλημμυρικών φαινομένων αλλά και στην κοινωνική, οικονομική, περιβαλλοντική και αισθητική αναβάθμιση του αστικού περιβάλλοντος με τις παρεχόμενες υπηρεσίες οικοσυστήματος. Τα αποτελέσματα μελετών σχετικά με την προσαρμογή των δικτύων ομβρίων στην κλιματική αλλαγή υποδεικνύουν ότι είναι αναγκαία η χρήση νέων κριτηρίων κατά το σχεδιασμό, έτσι ώστε να λαμβάνεται υπόψη η κλιματική μεταβλητότητα, η αστικοποίηση κλπ. Διάφοροι ερευνητές έχουν καταλήξει πως οι όμβριες καμπύλες, οι οποίες χρησιμοποιούνται κατά τον σχεδιασμό, θα πρέπει να αναθεωρηθούν με τις διαφορές να κυμαίνονται μεταξύ -20 και 788 %, το οποίο ενδέχεται να οδηγήσει σε αύξηση της παροχής στους αγωγούς ομβρίων, σε αύξηση του όγκου αποχετευόμενων ομβρίων υδάτων, καθώς και σε αύξηση των υπερχειλίσεων από παντορροϊκά δίκτυα. Επιπλέον, πρέπει να εισαχθούν κοινωνικο-οικονομικά και περιβαλλοντικά αποδοτικές αειφόρες στρατηγικές προσαρμογής στην διαδικασία σχεδιασμού και βελτίωσης των δικτύων ομβρίων. Το λογισμικό Storm Water Management Model (SWMM) αναπτύχθηκε το 1971 από τον Αμερικανικό Οργανισμό Προστασίας του Περιβάλλοντος (Environmental Protection Agency - EPA). Αποτελεί ένα πλήρως δυναμικό μοντέλο βροχής-απορροής, κατάλληλο για την προσομοίωση, ποιοτικά και ποσοτικά, τόσο μεμονωμένων όσο και συνεχών γεγονότων βροχόπτωσης και χρησιμοποιείται κυρίως σε αστικές περιοχές. Το λογισμικό SWMM έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία τόσο σε μελέτες όσο και σε ερευνητικές εργασίες σχετικές με την προσομοίωση και διαχείριση του αστικού υδρολογικού κύκλου. Σε ένα πρόσφατο άρθρο βιβλιογραφικής ανασκόπησης αναφέρεται ότι ένα από τα κύρια μειονεκτήματα του λογισμικού SWMM είναι η έλλειψη ενσωματωμένου αλγορίθμου κατάλληλου για την εκτίμηση των παραμέτρων, η έλλειψη αλγορίθμου για την πραγματοποίηση ανάλυσης ευαισθησίας, η έλλειψη αλγορίθμου για την πραγματοποίηση αυτοματοποιημένης βαθμονόμησης, καθώς και η έλλειψη αλγορίθμου για την αξιολόγηση της συνολικής αβεβαιότητας των εξαγομένων αποτελεσμάτων (Niazi et al., 2017). Η ανάλυση αβεβαιότητας αναφέρεται στην αξιολόγηση των επιπτώσεων των σφαλμάτων τα οποία σχετίζονται με τις τιμές των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται για την βαθμονόμηση του μοντέλου, την αβεβαιότητα των δεδομένων εισόδου (π.χ., βροχόπτωση) και στην δομική αβεβαιότητα του μοντέλου ως αποτέλεσμα της απλοποίησης ή και μη πλήρους κατανόησης των πραγματικών φαινομένων. Όπως είναι λογικό, είναι απαραίτητη η ποσοτικοποίηση της συνολικής αβεβαιότητας. Προκειμένου να επιτευχθούν οι στόχοι της αειφόρου ανάπτυξης, είναι απαραίτητο ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο το οποίο να ενσωματώνει διαφορετικά κλιματικά μοντέλα, σενάρια κλιματικής αλλαγής και διάφορες μεθόδους καταβιβασμού κλίμακας και διόρθωσης του μεροληπτικού σφάλματος. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνεται, αναπτύσσεται και εφαρμόζεται πιλοτικά σε μια αστική περιοχή των Αθηνών ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο για την αειφόρο διαχείριση των αστικών δικτύων αποχέτευσης ομβρίων υδάτων σε επίπεδο αστικής λεκάνης απορροής, το οποίο και λαμβάνει υπόψη του το σύνολο της αβεβαιότητας η οποία προέρχεται από διάφορες πηγές (π.χ., κλιματική αλλαγή, μοντέλα κ.α.). Το προτεινόμενο πλαίσιο είναι εύκολο να προσαρμοστεί για την εφαρμογή του και σε επίπεδο φυσικής λεκάνης. Τα κύρια ερωτήματα-στόχοι τα οποία ερευνώνται και θεραπεύονται μέσα από την παρούσα έρευνα είναι: i.Πως επηρεάζονται οι όμβριες καμπύλες και πως αυτές μπορούν να ανανεωθούν μέσω μιας ενιαίας μεθοδολογίας; ii.Ποιες είναι οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στις έντονες βροχοπτώσεις; iii.Πως οι επιπτώσεις αυτές αναμένεται να επηρεάσουν τα αστικά δίκτυα αποχέτευσης ομβρίων υδάτων και, κατ’ επέκταση, το πλημμυρικό καθεστώς σε μια αστική περιοχή; iv.Ποια είναι η αβεβαιότητα των διάφορων κλιματικών μοντέλων, σεναρίων κλιματικής αλλαγής και των στατιστικών μεθόδων καταβιβασμού κλίμακας και πως αυτή δύναται να ποσοτικοποιηθεί; v.Πως γίνεται να αξιολογηθεί ο βαθμός ευαισθησίας και η προσαρμοστική ικανότητα των συστημάτων ομβρίων υδάτων στην κλιματική αλλαγή μέσω ενός αριθμητικού δείκτη; vi.Ποιες είναι οι προσφερόμενες στον άνθρωπο Υπηρεσίες Οικοσυστήματος (Ecosystem Services) από την εφαρμογή αειφόρων τεχνικών διαχείρισης του πλημμυρικού κινδύνου και πως γίνεται οι υπηρεσίες αυτές να ποσοτικοποιηθούν με χρηματοοικονομικούς όρους; vii.Πως μπορούν να υπερκεραστούν τα παραπάνω προβλήματα και ποιο είναι το συνολικό κόστος προσαρμογής (τεχνικοοικονομικό κόστος, κοινωνικό κόστος και περιβαλλοντικό κόστος); viii.Πως μπορούν να αξιολογηθούν, μέσω μιας ενιαίας μεθοδολογίας, τα μέτρα προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή βάσει κοινωνικών, οικονομικών και περιβαλλοντικών κριτηρίων;Η πρωτοτυπία της παρούσας διδακτορικής διατριβής αφορά στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου πλαισίου για την προσαρμογή των δικτύων αποχέτευσης ομβρίων υδάτων στην κλιματική αλλαγή. Επιπλεόν, ένα ακόμη πρωτότυπο στοιχείο συνιστά η αντιμετώπιση και ποσοτικοποίηση της αβεβαιότητας λόγω των προσεγγίσεων που χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση των διάφορων ειδικών θεμάτων που προκύπτουν από την πολυπλοκότητα του φυσικού κόσμου. Το προτεινόμενο πλαίσιο προέκυψε μετά από εκτεταμένη βιβλιογραφική ανασκόπηση και αναγνώριση των ελλείψεων σε διεθνές επίπεδο και αναπτύσσεται σε τρία στάδια. Το πρώτο στάδιο του πλαισίου σχετίζεται με την ανανέωση των ομβρίων καμπυλών κάτω από συνθήκες κλιματικής μεταβλητότητας. Προτείνεται η χρήση διαφορετικών παγκόσμιων και περιοχικών κλιματικών μοντέλων καθώς και διαφορετικών κλιματικών σεναρίων. Το σύνολο των μελλοντικών κλιματικών προσομοιώσεων διορθώνονται με τη χρήση πέντε ευρέως χρησιμοποιούμενων στατιστικών μεθόδων διόρθωσης του μεροληπτικού σφάλματος και καταβιβασμού κλίμακας. Πραγματοποιείται σύγκριση των μεθόδων σχετικά με την ικανότητα διόρθωσης του μεροληπτικού σφάλματος και τα αποτελέσματα συγκρίνονται με τα αναφερόμενα στη διεθνή βιβλιογραφία. Καθώς η χρονική ευκρίνεια των δεδομένων (ημερήσια χρονική κλίμακα) δεν είναι κατάλληλη για ανάλυση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής σε επίπεδο αστικής λεκάνης, εφαρμόζεται μια μεθοδολογία επιμερισμού χρονικής κλίμακας με βάση τις παρατηρημένες τιμές (ωριαία δεδομένα). Στη συνέχεια, ελέγχονται και προσαρμόζονται οι δύο πλέον χρησιμοποιούμενες θεωρητικές συναρτήσεις κατανομής (Gumbel και Generalized Extreme Value-GEV). Στη συνέχεια, αναπτύσσεται μια κοινή (και για τις δύο στατιστικές κατανομές) έκφραση των ομβρίων καμπυλών με βάση την εμπειρική έκφραση που προτάθηκε από τον Sherman. Επιπλέον, με την ίδια μεθοδολογία, αλλά χρησιμοποιώντας την εμπειρική έκφραση η οποία προτάθηκε από τον Bernard, αναπτύσσονται οι όμβριες καμπύλες και συγκρίνονται με μια γενικευμένη εξίσωση όμβριων καμπυλών η οποία έχει προταθεί για την ευρύτερη περιοχή της Αττικής. Βασική καινοτομία της προτεινόμενης μεθοδολογίας ανανέωσης των ομβρίων καμπυλών αποτελεί η ενσωμάτωση στη διαδικασία της ποσοτικοποίησης της συνολικής αβεβαιότητας. Αυτή επιτυγχάνεται με την εφαρμογή της μεθόδου bootstrapping στις ετήσιες χρονοσειρές μεγίστων όπως έχουν εξαχθεί για διάφορες διάρκειες (1, 2, 3, 6, 12, 24 και 48 h) και για τα διάφορα διορθωμένα και χρονικά επιμερισμένα μελλοντικά κλιματικά σενάρια.Το δεύτερο στάδιο της προτεινόμενης μεθοδολογίας σχετίζεται με την υδρολογική - υδραυλική προσομοίωση, την ανάπτυξη αειφόρων στρατηγικών προσαρμογής και την εκτίμηση του κόστους από πλημμυρικές ζημιές. Βασική καινοτομία αποτελεί η ανάπτυξη αειφόρων σεναρίων προσαρμογής του πλημμυρικού κινδύνου (περατές επιφάνειες) καθώς και η εκτίμηση και ποσοτικοποίηση των προσφερόμενων υπηρεσιών οικοσυστήματος με χρηματοοικονομικούς όρους καθώς και η ενσωμάτωση αυτών στη διαδικασία αξιολόγησης. Μια ακόμα καινοτομία η οποία εισάγεται στην παρούσα ερευνητική προσπάθεια, αποτελεί η μεθοδολογία εκτίμησης του πλημμυρικού βάθους καθώς και της πλημμυρικής έκτασης στους κόμβους των αστικών δικτύων αποχέτευσης ομβρίων. Επιπλέον, όπως ήδη αναφέρθηκε, βασικό μειονέκτημα του λογισμικού το οποίο χρησιμοποιείται (SWWM) αποτελεί η έλλειψη αλγορίθμων για πραγματοποίηση ανάλυσης ευαισθησίας, βαθμονόμησης-επαλήθευσης και ανάλυσης αβεβαιότητας. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται ένας αλγόριθμος, βασισμένος στην γλώσσα προγραμματισμού MATLAB, ο οποίος στοχεύει στην αυτοματοποίηση του υδρολογικού-υδραυλικού λογισμικού για την πραγματοποίηση ανάλυσης ευαισθησίας (μέθοδος Morris), βαθμονόμησης-επαλήθευσης και ανάλυσης αβεβαιότητας (Latin Hypercube Sampling, Monte Carlo). Μια ακόμα συνεισφορά της παρούσας έρευνας αποτελεί η ανάπτυξη ενός νέου δείκτη ο οποίος αξιολογεί τη συνολική αξιοπιστία ενός αστικού συστήματος αποχέτευσης ομβρίων υδάτων. Ο προτεινόμενος δείκτης βασίζεται στις Ελληνικές Τεχνικές Προδιαγραφές, είναι εύκολο να τροποποιηθεί και χρησιμοποιείται στην παρούσα έρευνα ως συνάρτηση αντικειμενικού σκοπού κατά την πραγματοποίηση της αυτοματοποιημένης διαστασιολόγησης των διάφορων σεναρίων προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή. Επιπλέον, με βάση τα Ελληνικά Τιμολόγια Δημοσίων Έργων, υπολογίζονται αναλυτικά τα κατασκευαστικά κόστη τόσο για την αντικατάσταση των αγωγών και για την δημιουργία υπόγειων δεξαμενών αποθήκευσης όσο και για τις αειφόρες πρακτικές διαχείρισης του πλημμυρικού κινδύνου (περατές επιφάνειες και πράσινες στέγες). Τα κόστη αυτά συγκρίνονται με εκείνα από άλλες προσπάθειες εκτίμησης του κόστους που αναφέρονται στην διεθνή βιβλιογραφία. Τέλος, στο σημείο αυτό κρίνεται απαραίτητο να αναφερθεί πως αν και το λογισμικό SWMM είναι από τα πλέον χρησιμοποιούμενα διεθνώς, η ανάλυση ευαισθησίας των παραμέτρων εισόδου των περατών επιφανειών και η ανάλυση αβεβαιότητας σπάνια λαμβάνεται υπόψη. Μια ακόμα καινοτομία της παρούσας έρευνας αποτελεί η ανάλυση ευαισθησίας με τη μέθοδο Morris των παραμέτρων εισόδου των περατών επιφανειών μαζί με την σχετική μεθοδολογία η οποία προτείνεται για ανάλυση αβεβαιότητας, καθώς πέρα από την αβεβαιότητα των παραμέτρων, εξετάζεται και η αβεβαιότητα της βροχόπτωσης (ταυτόχρονα στο συνολικό ύψος βροχόπτωσης και την χρονική κατανομή αυτού). Το τρίτο και τελευταίο στάδιο της προτεινόμενης μεθοδολογίας σχετίζεται με την αξιολόγηση των σεναρίων προσαρμογής και την εφαρμογή του προτεινόμενου πλαισίου ανάλυσης αβεβαιότητας. Βασική καινοτομία αυτού του σταδίου αποτελεί η αξιολόγηση των εναλλακτικών λύσεων μέσω ενός νέου προτεινόμενου δείκτη, ο οποίος αξιολογεί τη συνολική προσαρμοστική ικανότητα ενός δικτύου αποχέτευσης και λαμβάνει υπόψη το σύνολο των υδρολογικών και υδραυλικών χαρακτηριστικών του εξεταζόμενου δικτύου και όχι μόνον τον πλημμυρικό όγκο. Βασική πρωτοτυπία του προτεινόμενου δείκτη είναι η απόδοση βαρών, στις διάφορες μεταβλητές που αξιολογεί, μέσω μιας μεθόδου πολυκριτηριακής ανάλυσης. Ενσωματώνοντας μια μέθοδο απόδοσης βαρών στις μεταβλητές τόσο τα ενδιαφερόμενα μέρη όσο και οι υπεύθυνοι λήψης αποφάσεων μπορούν να θέσουν τα βάρη με βάση τις ανάγκες και τις τελικές προτιμήσεις και να αξιολογήσουν το τελικό αποτέλεσμα βασιζόμενοι σε μια μόνον τιμή. Τέλος, εφαρμόζοντας την προτεινόμενη μεθοδολογία ανάλυσης αβεβαιότητας, για την οποία έχει αναπτυχθεί αυτοματοποιημένος αλγόριθμος στο περιβάλλον του λογισμικού MATLAB, επιτυγχάνεται η ποσοτικοποίηση της συνολικής αβεβαιότητας του εξεταζόμενου συστήματος το οποίο είναι κρίσιμης σημασίας για την ενημέρωση των υπευθύνων λήψης αποφάσεων και την υποβοήθησή τους κατά τη διαδικασία λήψης αποφάσεων. Τέλος, με εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας απαντάται το σύνολο των ερευνητικών ερωτημάτων και επιτυγχάνεται το σύνολο των στόχων οι οποίοι αποτέλεσαν και την αφετηρία της συγκεκριμένης ερευνητικής προσπάθειας. Αρχικά, το προτεινόμενο πλαίσιο προσφέρει μια ολοκληρωμένη πρόταση για την αξιολόγηση των μέτρων προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή βάσει κοινωνικών, οικονομικών και περιβαλλοντικών κριτηρίων (Στόχος viii). Πιο συγκεκριμένα, με την εφαρμογή του πρώτου σταδίου της προτεινόμενης μεθοδολογίας εκτιμώνται οι κυριότερες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στο καθεστώς τον βροχοπτώσεων, ανανεώνονται οι όμβριες καμπύλες μέσα από την εφαρμογή μιας ενιαίας μεθοδολογίας και αποτιμάται η συνολική αβεβαιότητα της εκτίμησης. Τέλος, εκτιμώνται και αξιολογούνται οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στα αστικά δίκτυα αποχέτευσης ομβρίων υδάτων και στον πλημμυρικό κίνδυνο (Στόχοι i έως iv). Στο δεύτερο στάδιο της προτεινόμενης μεθοδολογίας αναπτύσσονται διάφορα σενάρια προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή. Τα αντιπλημμυρικά μέτρα, τα οποία περιλαμβάνουν τα σενάρια, διαστασιολογούνται με τη βοήθεια ενός νέου προτεινόμενου δείκτη και συγκρίνονται και αξιολογούνται μέσω ενός ακόμα νέου δείκτη (Στόχος v). Επιπλέον, με την εφαρμογή αειφόρων τεχνικών διαχείρισης του πλημμυρικού κινδύνου, εκτιμώνται οι προσφερόμενες στον άνθρωπο υπηρεσίες οικοσυστήματος, και ποσοτικοποιούνται με χρηματοοικονομικούς όρους (Στόχος vi). Τέλος, το κατασκευαστικό κόστος των μέτρων προσαρμογής υπολογίζεται με βάση πραγματικές τιμές για κάθε σενάριο (Στόχος vii).Το περιεχόμενο της παρούσας διατριβής διαρθρώνεται σε πέντε κεφάλαια με στόχο την παροχή ολοκληρωμένων απαντήσεων στα επιμέρους ερευνητικά ερωτήματα που προέκυψαν από την προαναφερθείσα ερευνητική πρόκληση. Στο 1ο Κεφάλαιο (Introduction) γίνεται μια εισαγωγή και παρουσιάζεται η αφετηρία της ερευνητικής προσπάθειας και το αντικείμενο της έρευνας, θέτονται τα βασικά ερευνητικά ερωτήματα και οι στόχοι, παρουσιάζονται τα πρωτότυπα στοιχεία και η δομή του κειμένου της διατριβής. Στο 2ο Κεφάλαιο (Literature Review) πραγματοποιείται μια εκτενής βιβλιογραφική ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας η οποία σχετίζεται με την προσαρμογή των δικτύων αποχέτευσης στην κλιματική αλλαγή. Η βιβλιογραφική ανασκόπηση επικεντρώνεται στην ποσοτική αξιολόγηση των μέτρων προσαρμογής. Επιπλέον, παρουσιάζονται αναλυτικά οι διαφορετικές μεθοδολογικές προσεγγίσεις που έχουν αναπτυχθεί στη διεθνή βιβλιογραφία, ειδικά εκείνες που σχετίζονται με τον ποσοτικό προσδιορισμό και τη ποσοτικοποίηση της διάφορων εναλλακτικών προσαρμογής με οικονομικούς όρους. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται μια εκτενής βιβλιογραφική ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας, η οποία σχετίζεται με την ανανέωση των ομβρίων καμπυλών κάτω από συνθήκες κλιματικής αλλαγής. Παρουσιάζονται αναλυτικά οι διαφορετικές προσεγγίσεις καθώς και οι μέθοδοι και τα συναγόμενα αποτελέσματα. Τέλος, αναγνωρίζονται και αναφέρονται οι κυριότερες ελλείψεις των διεθνών προσεγγίσεων και προτείνονται γενικές κατευθύνσεις για την ανανέωση των ομβρίων καμπυλών. Στο 3ο Κεφάλαιο (Materials and Methods) παρουσιάζεται μια ολοκληρωμένη προσέγγιση που στοχεύει να δώσει ένα ολιστικό πλαίσιο για την διαχείριση των ομβρίων υδάτων σε επίπεδο αστικής λεκάνης απορροής λαμβάνοντας υπόψη το σύνολο της αβεβαιότητας η οποία προέρχεται από τα διάφορα στάδια της προτεινόμενης μεθοδολογίας (κλιματικά μοντέλα, τεχνικές καταβιβασμού κλίμακας, χρονική κατανομή βροχόπτωσης, αβεβαιότητα στην εκτίμηση των παραμέτρων εισόδου, εννοιολογική αντίληψη υδρολογικού-υδραυλικού μοντέλου) (Kourtis and Tsihrintzis, 2021; Kourtis et al., 2021). Το προτεινόμενο πλαίσιο διαρθρώνεται σε τρία μέρη (Ενότητες): (i) Ανανέωση ομβρίων καμπυλών (ii) Υδρολογικός-υδραυλικός σχεδιασμός και προσομοίωση, και (iii) αξιολόγηση αποτελεσμάτων. Επιπλέον, αναλύονται και παρουσιάζονται τα δεδομένα και οι μέθοδοι οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζονται αναλυτικά: οι μέθοδοι διόρθωσης μεροληπτικού σφάλματος, η μέθοδος χρονικού επιμερισμού των μελλοντικών κλιματικών δεδομένων, οι μέθοδοι χρονικής κατανομής της βροχόπτωσης, τα διάφορα σενάρια προσαρμογής, το λογισμικό υδρολογικής - υδραυλικής προσομοίωσης SWMM, η μέθοδος ανάλυσης ευαισθησίας (Morris), η μέθοδος βαθμονόμησης, η μεθοδολογία για την ανάλυση αβεβαιότητας (Latin Hypercube Sampling, Monte Carlo), η μέθοδος της αναλυτικής ιεραρχικής διαδικασίας, ο νέος προτεινόμενος δείκτης για τη πολυκριτηριακή βελτιστοποίηση, ο νέος προτεινόμενος δείκτης για την αξιολόγηση των εναλλακτικών, η εκτίμηση του κόστους τόσο των κλασσικών μέτρων όσο και των αειφόρων μεθοδολογιών, οι παρεχόμενες από τις αειφόρες τεχνικές διαχείρισης του πλημμυρικού κινδύνου υπηρεσίες οικοσυστήματος και η μεθοδολογία ποσοτικοποίησης αυτών με χρηματοοικονομικούς όρους. Τέλος, παρουσιάζεται και αναλύεται η περιοχή μελέτης. Επίσης, παρουσιάζονται τα παρατηρημένα και τα μελλοντικά κλιματικά δεδομένα βροχοπτώσεων καθώς και οι μετρήσεις βροχής απορροής που χρησιμοποιήθηκαν για την βαθμονόμηση του υδρολογικού - υδραυλικού μοντέλου της περιοχής μελέτης το οποίο αναπτύχθηκε με το λογισμικό SWMM. Στο 4ο Κεφάλαιο (Results) παρουσιάζονται και αναλύονται τα αποτελέσματα. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα αποτελέσματα τα οποία προέκυψαν από την εφαρμογή των διαφόρων μεθόδων διόρθωσης του μεροληπτικού σφάλματος των ανεπεξέργαστων δεδομένων. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από τον χρονικό επιμερισμό κλίμακας των διορθωμένων δεδομένων, με βάση τις διαθέσιμες επίγειες μετρήσεις. Στη συνέχεια παρουσιάζονται και συγκρίνονται οι ενιαίες όμβριες καμπύλες (εμπειρικό μοντέλο Sherman) και οι οποίες προέκυψαν με διαφορετικές προσεγγίσεις (προσαρμογή θεωρητικών κατανομών Gumbel και GEV). Επιπλέον, αναπτύσσονται ενιαίες όμβριες καμπύλες (εμπειρικό μοντέλο Bernard) και συγκρίνονται με μια γενικευμένη εξίσωση ομβρίων καμπυλών η οποία έχει αναπτυχθεί για την ευρύτερη περιοχή της Αττικής σε παλαιότερη μελέτη. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης ευαισθησίας και της βαθμονόμησης, του υδρολογικού-υδραυλικού μοντέλου της περιοχής μελέτης με βάση ένα παρατηρημένο γεγονός βροχότπωσης, καθώς και οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στο δίκτυο αποχέτευσης. Έπειτα, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα σύγκρισης των διάφορων εναλλακτικών οι οποίες εξετάζονται και γίνεται η επιλογή της καλύτερης εναλλακτικής για την περιοχή μελέτης με βάση τον νέο προτεινόμενο δείκτη. Τέλος, πραγματοποιείται ανάλυση αβεβαιότητας και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα. Στο 5ο Κεφάλαιο (Conclusions, Limitations and Future Research Needs), συνοψίζονται τα γενικά συμπεράσματα τα οποία προέκυψαν, εξετάζονται οι μελλοντικές προοπτικές της έρευνας που διεξάχθηκε και αναγνωρίζονται οι κυριότερες ελλείψεις. Η γλώσσα συγγραφής της διατριβής είναι η Αγγλική και πέραν από τα προαναφερθέντα Κεφάλαια η διατριβή περιλαμβάνει σύντομη Περίληψη στην Αγγλική γλώσσα, Εκτεταμένη Περίληψη στην Ελληνική γλώσσα, Πίνακα Περιεχομένων, Βιβλιογραφία και τρία Παραρτήματα. Τέλος, στα παραρτήματα παρουσιάζονται οι κώδικες οι οποίοι αναπτύχθηκαν στο περιβάλλον του λογισμικού MATLAB για την αυτοματοποίηση του λογισμικού SWMM με σκοπό την πραγματοποίηση καθολικής ανάλυσης ευαισθησίας, ανάλυσης αβεβαιότητας, πολυκριτηριακής βελτιστοποίησης καθώς και βαθμονόμησης - επαλήθευσης.Στην παρούσα ερευνητική προσπάθεια εξετάστηκαν συστηματικά οι διαθέσιμες έρευνες που έχουν ως στόχο την προσαρμογή των δικτύων αποχέτευσης ομβρίων υδάτων στην κλιματική αλλαγή (Κεφάλαιο 2). Επιπλέον, εξετάστηκε και αναλύθηκε εκτενώς η διαδικασία αναθεώρησης των ομβρίων καμπυλών κάτω από συνθήκες κλιματικής μεταβλητότητας (Κεφάλαιο 2). Αναπτύχθηκε ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο προσαρμογής (Κεφάλαιο 3) το οποίο εφαρμόστηκε πιλοτικά σε ένα αστικό παντορροϊκό δίκτυο αποχέτευσης στην Αθήνα (Κεφάλαιο 4). Επίσης, προτάθηκε ένας νέος δείκτης ο οποίος χρησιμεύει στην πολυκριτηριακή βελτιστοποίηση (Κεφάλαιο 3) καθώς και ένας καινοτόμος δείκτης για την αξιολόγηση διαφορετικών εναλλακτικών προσαρμογής με βάση τόσο οικονομικά όσο και περιβαλλοντικά κριτήρια (Κεφάλαιο 3). Υπολογίστηκαν αναλυτικά τα κατασκευαστικά κόστη τόσο για την αντικατάσταση των αγωγών (αύξηση διαμέτρου) και για την κατασκευή υπογείων δεξαμενών συγκράτησης όσο και για την κατασκευή περατών επιφανειών και πράσινων στεγών (Κεφάλαιο 4). Τα κόστη υπολογίστηκαν με βάση τα Ελληνικά Τιμολόγια Δημοσίων Έργων και συγκρίθηκαν με κόστη που αναφέρονται στην διεθνή βιβλιογραφία (Κεφάλαιο 4). Τέλος, παρουσιάστηκε ένας ανοικτού κώδικα αλγόριθμος αυτοματοποίησης για την πραγματοποίηση ανάλυσης ευαισθησίας, με τη μέθοδο Morris, και την αυτοματοποιημένη βαθμονόμηση του υδρολογικού - υδραυλικού λογισμικού SWMM, καθώς και μια μεθοδολογία και ένας ανοικτού κώδικα αλγόριθμος αυτοματοποίησης του λογισμικού SWMM για την πραγματοποίηση ανάλυσης αβεβαιότητας με τεχνικές Monte-Carlo και δειγματοληψία με βάση τη μέθοδο Latin Hypercube Sampling. Οι αλγόριθμοι που παρουσιάστηκαν έχουν συνταχθεί στη γλώσσα προγραμματισμού MATLAB. Τα αποτελέσματα εφαρμογής του προτεινόμενου πλαισίου (Κεφάλαιο 4) κατέδειξαν την ευελιξία αυτού καθώς και την ανάγκη προσαρμογής των αστικών δικτύων αποχέτευσης ομβρίων υδάτων στην κλιματική αλλαγή. Επιπλέον, μέσα από την παρούσα ερευνητική προσπάθεια αναδεικνύεται η σημαντικότητα ενσωμάτωσης της συνολικής αβεβαιότητας στα πρωτόκολλα σχεδιασμού τόσο κατά τον σχεδιασμό όσο και κατά την ανανέωση των αστικών δικτύων αποχέτευσης ομβρίων υδάτων.