ΜΕΡΟΣ ΙΙΙ. 3. Έργα ταμίευσης νερού

Transcript

1 ΜΕΡΟΣ ΙΙΙ 3. Έργα ταμίευσης νερού 3.1. Γενικά Η ορθολογική διαχείριση των υδατικών πόρων έχει σαν στόχους την ικανοποίηση της ζήτησης των διαφόρων χρήσεων, την προστασία των υδατικών πόρων από τη ρύπανση, την προστασία της περιοχής από ακραία υδρολογικά φαινόμενα (πλημμύρες-ξηρασίες) και τη διατήρηση και αποκατάσταση του περιβάλλοντος. Η απορροή αποτελεί τη βασικότερη υδρολογική παράμετρο, για μια σειρά από έργα, τα οποία γίνονται για την αξιοποίηση των υδατικών πόρων (φράγματα, ταμιευτήρες, λιμνοδεξαμενές κ.λπ.). Τόσο η διαστασιολόγηση, όσο και η λειτουργία των παραπάνω έργων βασίζεται σε μετρήσεις παροχής αρκετών ετών. Στην περίπτωση που δεν υπάρχουν μετρήσεις παροχής, η εκτίμηση της απορροής προϋποθέτει την επάρκεια στοιχείων (βροχομετρικών, απορροής, φυτοκάλυψης, εδαφικών τύπων, αναγλύφου γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών της λεκάνης), στα οποία βασίζεται ο προσδιορισμός των υδρολογικών παραμέτρων της λεκάνης. Η αποθήκευση του νερού γίνεται συνήθως για τη χρονική ρύθμιση της ροής του υδάτινου φορέα. Ένας ταμιευτήρας δηλαδή αλλάζει την κατανομή στο χρόνο των περισσειών και των ελλειμμάτων νερού (ποσότητες πάνω και κάτω αντίστοιχα από ένα επίπεδο αναφοράς π.χ. τη ζήτηση νερού ή το μέσο όρο της ροής) του υδάτινου φορέα στη συγκεκριμένη θέση κατασκευής του υδραυλικού έργου. Για παράδειγμα, οι αρδευτικές ανάγκες που είναι αυξημένες κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού συνήθως δεν μπορούν να ικανοποιηθούν από τη φυσική παροχή του νερού του ποταμού, που αντίθετα, είναι χαμηλή αυτήν την περίοδο και επομένως υπάρχει ανάγκη να κατασκευαστεί ταμιευτήρας που γεμίζοντας σε περίοδο ψηλών παροχών και κάνοντας την κατάλληλη ρύθμιση, θα κρατάει νερό για τις αρδευτικές ανάγκες του καλοκαιριού. Συνήθως βέβαια οι ταμιευτήρες δεν προγραμματίζονται για μια μόνη χρήση, αλλά έχουν πολλαπλή σκοπιμότητα, όπως π.χ. διάθεση νερού για άρδευση, υδροηλεκτρική αξιοποίηση, ύδρευση κ.τ.λ. πολλές φορές αυτοί οι σκοποί αντικρούονται μεταξύ τους, όπως π.χ. η διάθεση νερού για άρδευση από ένα ταμιευτήρα τους καλοκαιρινούς μήνες με χαμηλή παροχοεισροή έχει ως αποτέλεσμα την ταπείνωση της στάθμης του και άρα τη μείωση της ικανότητας για παραγωγή

2 ενέργειας, που ως γνωστό είναι το γινόμενο παροχής επί υδραυλικό φορτίο (ύψος στάθμης) στον ταμιευτήρα Χαρακτηριστικά στοιχεία ταμιευτήρων Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των ταμιευτήρων είναι ο όγκος του η χωρητικότητα του. Οι χαρακτηριστικοί όγκοι και στάθμες ενός ταμιευτήρα φαίνονται στο Σχήμα 3.1.και είναι: α) Ο όγκος από τον πυθμένα του ποταμού μέχρι μία ελάχιστη στάθμη λειτουργίας, καθορίζεται από τη στάθμη υδροληψίας του ταμιευτήρα. Κάτω από την ελάχιστη στάθμη δεν πρέπει να κατέβει το νερό, διότι στην περίπτωση αυτή επηρεάζεται η κανονική λειτουργία του ταμιευτήρα. Ο όγκος αποθήκευσης κάτω από την ελάχιστη στάθμη λέγεται νεκρός όγκος VN (αδρανής χωρητικότητα). Μέσα στο νεκρό όγκο αποθηκεύονται τα φερτά υλικά του ποταμού που εισρέουν στον ταμιευτήρα και εναποτίθενται λόγω της επιβράδυνσης μέχρι μηδενισμού της ταχύτητας ροής. β) Ο όγκος μεταξύ της ελάχιστης και κανονικής στάθμης λειτουργίας, που λέγεται ωφέλιμος όγκος VΩ (ωφέλιμη χωρητικότητα). Η κανονική στάθμη είναι το μέγιστο υψόμετρο στο οποίο μπορεί να φθάσει το νερό κάτω από συνηθισμένες συνθήκες λειτουργίας του ταμιευτήρα. Σχήμα 3.1. Χαρακτηριστικοί όγκοι και στάθμες ταμιευτήρα γ) Ο όγκος μεταξύ της κανονικής στάθμης λειτουργίας και της στάθμης υπερχείλισης, που λέγεται πλημμυρικός όγκος VΠ (χωρητικότητα υπερχείλισης), όπου γίνεται η ανάσχεση της πλημμύρας σχεδιασμού του υπερχειλιστή του έργου. Η Διαχείριση Υδατικών Πόρων 163

3 στάθμη της υπερχείλισης είναι η ανώτατη στάθμη που προβλέπεται ότι θα φθάσει το νερό κατά την διάρκεια της αναμενόμενης μέγιστης πλημμύρας για την οποία παρέχει ασφάλεια στο έργο ο υπερχειλιστής. Πάνω από τη στάθμη υπερχείλισης προστίθεται ένα ελεύθερο περιθώριο ασφαλείας (free board) και προκύπτει η στάθμη της στέψης του φράγματος. Η έκταση που θα καταλάβει ο ταμιευτήρας αποτυπώνεται τοπογραφικά και κατασκευάζεται η καμπύλη υψομέτρου-επιφάνειας, με εμβαδομέτρηση της επιφάνειας που περικλείεται μέσα σε κάθε ισοϋψή. Η μέση επιφάνεια μεταξύ δύο ισοϋψών, πολλαπλασιαζόμενη με την αντίστοιχη διαφορά υψομέτρου, δίνει τον όγκο που περιλαμβάνεται μεταξύ των δύο αυτών ισοϋψών. Η καμπύλη που δίνει τη σχέση υψομέτρου όγκου λέγεται καμπύλη υψομέτρου χωρητικότητας. Οι δύο παραπάνω καμπύλες χαρακτηρίζουν κάθε ταμιευτήρα και μια τυπική μορφή τους μαζί με τις χαρακτηριστικές στάθμες και τις χωρητικότητες φαίνονται στο Σχήμα 3.2. Η χρησιμότητα των παραπάνω καμπύλων είναι μεγάλη για την διερεύνηση, του κατά πόσο ένας συγκεκριμένος όγκος νερού μπορεί να αποθηκευτεί σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των ταμιευτήρων είναι η απόδοση (Α), που ορίζεται σαν η ποσότητα νερού (Vj) που μπορεί να προμηθεύσει ένας ταμιευτήρας κατά την διάρκεια μιας συγκεκριμένης χρονικής περιόδου(τ). Η απόδοση εξαρτάται από την παροχή του ποταμού που τροφοδοτεί τον ταμιευτήρα, μεταβάλλεται από χρόνο σε χρόνο και δίνεται από τη σχέση: A N Z t i Vj i 1 (3.1) T T Όπου: Α= απόδοση του ταμιευτήρα, Ζi= είναι η απελευθέρωση από τον ταμιευτήρα για την ικανοποίηση της ζήτησης, Δt=χρονικό βήμα (μήνας, έτος, κ.λπ.), Ν=το σύνολο των χρονικών βημάτων και Τα= χρονική περίοδος (Ν*Δt). Στην περίπτωση ενός αρδευτικού δικτύου, εκείνο που ενδιαφέρει είναι η ασφαλής απόδοση, που είναι η μέγιστη ποσότητα νερού που μπορεί ο ταμιευτήρας να εξασφαλίσει στο δίκτυο κατά την διάρκεια μιας κρίσιμης περιόδου ξηρασίας. Διαχείριση Υδατικών Πόρων 164

4 Σχήμα 3.2. Καμπύλες που συνδέουν το υψόμετρο την επιφάνεια και τη χωρητικότητα του ταμιευτήρα Τέλος, ένα άλλο χαρακτηριστικό των ταμιευτήρων είναι ο βαθμός εκμετάλλευσης (α). Εκφράζεται από το λόγο του συνολικού όγκου ζήτησης (Vj), που μπορεί να προμηθεύσει ο ταμιευτήρας για ένα χρονικό διάστημα Τ ετών, προς το συνολικό όγκο εισροής στον ταμιευτήρα (Vε), για το ίδιο χρονικό διάστημα Τα ετών και δίνεται από τη σχέση: V V j N Z t i i 1 N Qi t (3.2) i 1 Όπου: α= βαθμός εκμετάλλευσης του ταμιευτήρα, Ζi= είναι η απελευθέρωση από τον ταμιευτήρα για την ικανοποίηση της ζήτησης, Qi=παροχή εισόδου στον ταμιευτήρα (εισροή), Δt=χρονικό βήμα (μήνας, έτος, κ.λπ.), Ν=το σύνολο των χρονικών βημάτων. Αν το α είναι μικρό, π.χ. α=0,3 ήτοι 30%, τότε ο ταμιευτήρας είναι χαμηλού βαθμού εκμετάλλευσης, ενώ αν το α είναι μεγάλο, π.χ. α =0,95 τότε ο βαθμός εκμετάλλευσης είναι μεγάλος, δηλαδή μια πολύ μεγάλη ποσότητα νερού του ποταμού Διαχείριση Υδατικών Πόρων 165

5 ρυθμίζεται με σκοπό την ικανοποίηση των σκοπιμοτήτων του ταμιευτήρα. Ο μέγιστος δυνατός βαθμός εκμετάλλευσης είναι α=1 (100%), που σημαίνει ότι το νερό που μεταφέρεται από το ποτάμι αποθηκεύεται, ρυθμίζεται και χρησιμοποιείται για τις σκοπιμότητες του ταμιευτήρα Φράγματα και λιμνοδεξαμενές Τα φράγματα, είναι υδραυλικά έργα που κατασκευάζονται στις κοίτες των ποταμών ή χειμάρρων, προκειμένου να καταστεί δυνατή η αποθήκευση επιφανειακών απορροών προκειμένου να αποδοθούν σε διάφορες χρήσεις. Η αναγκαιότητά τους διαφάνηκε αφότου ο άνθρωπος χρειάστηκε να εκμεταλλευθεί με συστηματικό τρόπο επιφανειακά νερά με άρδευση, ύδρευση, παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και να προστατευθεί από πλημμύρες. Η κατασκευή φραγμάτων, σύμφωνα με όσα έχουν προαναφερθεί, αποτελεί στόχο και προοπτική στη χώρα μας. Τα θέματα άρδευσης και ύδρευσης (ιδίως των μεγάλων πόλεων) μπορούν να επιλυθούν με την κατασκευή φραγμάτων, ενώ η αξιοποίησή τους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ιδιαίτερα αποδοτική. Ανάλογα με τα υλικά κατασκευής και τη γεωμετρία τους, τα φράγματα διακρίνονται σε εύκαμπτα, άκαμπτα και μικτά ή σύνθετα. Τα εύκαμπτα κατασκευάζονται από γαιώδη υλικά (αργίλους, άμμους, κροκάλες) και τεμάχια βράχων και διακρίνονται κυρίως σε χωμάτινα και λιθόρριπτα. Τα άκαμπτα κατασκευάζονται από σκυρόδερμα (παλαιότερα είχαν κατασκευαστεί και ορισμένα λιθόκτιστα) και διακρίνονται κυρίως σε βαρύτητας και τοξωτά. Τα μικτά τέλος αποτελούν συνδυασμό των δύο προηγούμενων τύπων. Τα περισσότερα φράγματα του Υπουργείου Αγροτικής Ανάπτυξης και Τροφίμων είναι χωμάτινα ή λιθόρριπτα. Τα χωμάτινα φράγματα θεωρούνται πιο εύκολα στην κατασκευή τους και είναι οικονομικά. Μπορούν να κατασκευαστούν σε οποιαδήποτε μορφή κοιλάδας και δεν απαιτούν εξαιρετικής ποιότητας εδάφη θεμελίωσης (Σχήμα 3.3). Διαχείριση Υδατικών Πόρων 166

6 Σχήμα 3.3. Σκαρίφημα χωμάτινου φράγματος Κατασκευάζονται από γαιώδη υλικά της περιοχής, τα οποία διαστρώνονται κατά ζώνες από διαβαθμισμένο υλικό. Στο κέντρο κατασκευάζεται από αργιλικό υλικό ένας αδιαπέρατος πυρήνας και ακολουθούν οι εξωτερικές ζώνες, που εξασφαλίζουν την ευστάθεια του έργου και συνιστούν το κύριο σώμα του φράγματος. Οι ζώνες αυτές είναι: α) η μεταβατική, πάχους 2,5-4 m, αμέσως μετά τον πυρήνα, που συνιστάται από φίλτρο διαβαθμισμένου αμμοχάλικου και β) η ζώνη από χονδρόκοκκα υλικά (κροκάλες, χαλίκια) με κλίση πρανών που εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του υλικού, τις συνθήκες ροής, την ποιότητα του εδάφους, τη θέση του αδιαπέρατου πυρήνα και τη σεισμικότητα της περιοχής. Τέλος, πάνω από τη ζώνη αυτή τοποθετείται λιθόρριπτη προστασία από ευμεγέθη τεμάχια βράχων. Τα λιθόρριπτα φράγματα είναι απλουστεμένης μορφής χωμάτινα φράγματα. Για την κατασκευή τους δεν χρειάζεται ζωνώδης διάταξη διαβαθμισμένων υλικών, γιατί το κύριο σώμα του φράγματος συνιστάται από χονδρόκοκκα υλικά ποτάμιας προέλευσης ή από βραχώδη υλικά, που μεταφέρονται από δανειοθαλάμους (λατομεία) της γύρω περιοχής. Το αδιαπέρατο στοιχείο του φράγματος μπορεί να είναι αργιλικός πυρήνας ή πλάκα από οπλισμένο σκυρόδρεμα. Διαχείριση Υδατικών Πόρων 167

7 Εικόνα 3.4: Χωμάτινο φράγμα Βασικά κριτήρια για την επιλογή θέσης φράγματος αποτελούν η υδατοστεγανότητα της λεκάνης κατάκλυσης, η αντοχή του εδάφους θεμελίωσης και η ύπαρξη κατάλληλων υλικών για την κατασκευή του αναχώματος. Η χωρητικότητα των ταμιευτήρων εξαρτάται από το ύψος του φράγματος και τις μορφολογικές (τοπογραφικές) κλίσεις των πρανών και της κοίτης του χειμάρρου ή του ποταμού. Βασικό έργο στις περιπτώσεις των φραγμάτων είναι ο υπερχειλιστής, που κατασκευάζεται με ισχυρά οπλισμένο σκυρόδερμα και γ αυτό το λόγο απορροφά σημαντικό τμήμα του προϋπολογισμού του έργου. Η κατασκευή υπερχειλιστή απαιτείται στις περιπτώσεις χωμάτινων και λιθόρριπτων φραγμάτων, ενώ όταν πρόκειται για φράγματα βαρύτητας από τσιμέντο ή λιθοδομή ενσωματώνεται στην κατασκευή του σώματος του φράγματος και δεν αποτελεί ξεχωριστό έργο (φράγμα υπερπηδητό). Εικόνα 3.5.: Φράγμα Μαραθιά νήσου Μυκόνου Διαχείριση Υδατικών Πόρων 168

8 Τα φράγματα της Μυκόνου (Μαραθιά και Άνω Μέρας) που έχουν ήδη κατασκευαστεί, καθώς και το υπό κατασκευή στο Στενό Σερίφου είναι τύπου βαρύτητας από RCC( Rolled Compacted Concrete- Ισχνό Κυλινδρούμενο Σκυρόδερμα) με ενσωματωμένο υπερχειλιστή (Εικόνα 3.5). Πρέπει να σημειωθεί ότι τα φράγματα αυτού του τύπου είναι νέας τεχνολογίας, έχουν σχετικά μικρότερο κόστος και κατασκευάζονται ταχύτερα από τα αντίστοιχου μεγέθους λιθόρριπτα ή χωμάτινα. Η κατασκευή τους όμως απαιτεί βραχώδες υπόβαθρο και διαθέσιμα υλικά καλής μηχανικής αντοχής σε γειτονικό λατομείο, κάτι που δεν είναι εφικτό σε όλα τα νησιά. Τα προαναφερόμενα φράγματα της Μυκόνου και της Σερίφου έχουν ως υλικό κατασκευής γρανιτικά πετρώματα πάνω στα οποία και θεμελιώθηκαν. Τα μέχρι σήμερα κατασκευασμένα (και μελετημένα) φράγματα του Υπουργείου Αγροτικής Ανάπτυξης και τροφίμων ανήκουν στην κατηγορία των μεγάλων φραγμάτων, σύμφωνα με τα κριτήρια που έχουν θεσπιστεί από τη Διεθνή Ένωση Μεγάλων Φραγμάτων ( ICOLD). Ως μεγάλο χαρακτηρίζεται ένα φράγμα του οποίου το ύψος ξεπερνά τα 15m από το βαθύτερο σημείο εκσκαφής έως τη στέψη του (κορυφή). Επίσης, ένα φράγμα ύψους 10-15m συμπεριλαμβάνεται στα μεγάλα όταν: α) το μήκος της στέψης υπερβαίνει τα 500m β) ο ταμιευτήρας που δημιουργείται πίσω από το φράγμα υπερβαίνει το m 3 γ) τα έργα παροχέτευσης της πλημμύρας( υπερχειλιστής) σχεδιάζονται για παροχή μεγαλύτερη των 2000 m 3 /sec. δ) το φράγμα έχει ιδιαίτερα δύσκολες συνθήκες θεμελίωσης ή έχει ασυνήθη σχεδιασμό. Με βάση τη διεθνή εμπειρία έχουν θεσπιστεί κανόνες για την κατασκευή κάθε είδους φραγμάτων και έχουν εξελιχθεί ειδικά μηχανήματα για την εκσκαφή γεωλογικών σχηματισμών, τη συμπύκνωση των στρώσεων, τον οπλισμό των σκυροδεμάτων, τη στεγανοποιήση του υπεδάφους και των διαφόρων σημείων του έργου όπου υπάρχουν ενδείξεις πιθανών διαρροών, τη διάνοιξη συράγγων κλπ. Η μελέτη και η κατασκευή φραγμάτων αποτελεί εξειδικευμένη εργασία, η οποία διέπεται από ειδική νομοθεσία στη χώρα μας, αλλά και διεθνώς, όσον αφορά τη διαδικασία και τις τεχνικές προδιαγραφές που εφαρμόζονται. Διαχείριση Υδατικών Πόρων 169

9 Η διασφάλιση της ποιότητας κατά τη διάρκεια της κατασκευής γίνεται με ελέγχους σε εγκατεστημένα επί τόπου εργαστήρια και με διαδοχικές μετρήσεις. Η τήρηση των όρων προσαρμογής με τις συνθήκες του περιβάλλοντος υπακούει στη σχετική νομοθεσία και όπου απαιτείται κατασκευάζονται έργα αποκατάστασης. Σημαντικό ρόλο παίζει και η μελέτη σεισμικότητας και σεισμικής επικινδυνότητας της ευρύτερης περιοχής κατασκευής του φράγματος, αλλά και της δυναμικής του απόκρισης σε μεγάλο σεισμό. Για τους παραπάνω λόγους η υλοποίηση τέτοιων έργων είναι χρονοβόρα και εξαρτάται πολύ από τις τοπικές συνθήκες. Γενικά πρόκειται για έργα ασφαλή ακόμα και σε περίπτωση θραύσης, αφού συντάσσονται για αυτά μελέτες όδευσης πλημμυρικού κύματος και μέτρων προστασίας για τις κατάντη περιοχές με την κατασκευή κατάλληλων τεχνικών έργων Τύποι Φραγμάτων Τα φράγματα ανάλογα με τα υλικά κατασκευής και τη γεωμετρία τους ταξινομούνται σε: Άκαμπτα, Εύκαμπτα και Μικτά ή Σύνθετα. Τα άκαμπτα κατασκευάζονται από σκυρόδεμα (παλαιότερα είχαν κατασκευαστεί ορισμένα λιθόκτιστα). Τα εύκαμπτα κατασκευάζονται από γαιώδη υλικά (αργίλους, άμμους,, κροκάλες και ευμεγέθη βραχώδη τεμάχια). Τα μικτά τέλος αποτελούν συνδυασμό των δύο προηγούμενων τύπων. ΤΥΠΟΙ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ (Ανάλογα με τα υλικά κατασκευής και τη γεωμετρία ) Βαρύτητας Χωμάτινα ( Βαρύτητας, Λιθόριπτα Χωμάτινο, αντιρηδωτό ), Τοξωτά ( Με ασφαλτικό τάπητα ανάντη ή πλάκα από σκυρόδεμα ) Διαχείριση Υδατικών Πόρων 170

10 3.5. Άκαμπτα Περιλαμβάνουν τις ακόλουθες κατηγορίες φραγμάτων : Βαρύτητας Τοξωτά Αντιριδωτά Τμήμα των μικτών α) Φράγματα βαρύτητας ή βάρους ( Mass Gravity ) Ονομάζονται έτσι, διότι η δύναμη που αντιδρά στην υδροστατική πίεση του νερού της λίμνης, αλλά και οι άλλες δυνάμεις που εμφανίζονται, όπως οι υποπιέσεις, οι σεισμικές ωθήσεις είναι το βάρος του σώματος. Σχήμα 3.4: Διατομή φράγματος βαρύτητας Τα φράγματα αυτά μελετώνται, έτσι ώστε, να αντέχουν σε: ανατροπή, ολίσθηση, θραύση και να μην παρουσιάζουν τάσεις εφελκυσμού με συνέπεια την εμφάνιση ρωγμών. Τα φράγματα βαρύτητας σχηματοποιούνται με μια τριγωνική διατομή με οριζόντια βάση και ύψος, ίσο με εκείνο του νερού που έχει προεκτιμηθεί από την Μελέτη. β) Φράγματα τοξωτά ( Arch Dams ) Κατασκευάζονται σε στενές κυρίως κοιλάδες μεγάλου ύψους αντί των φραγμάτων βαρύτητας, διότι επιτυγχάνεται σημαντική οικονομία υλικού κατασκευής. Η Διαχείριση Υδατικών Πόρων 171

11 οικονομία εξαρτάται από την ποιότητα των πετρωμάτων και μπορεί να φτάσει τα 2/3 του όγκου ενός φράγματος βαρύτητας. Πρόκειται για κατασκευές με καμπύλες μορφές μικρού σχετικά πάχους σκυροδέματος. Σχήμα 3.5: Διατομή φράγματος τοξωτού γ) Φράγματα αντιριδωτά ( Buttres dams ) Είναι φράγματα, η κατασκευή των οποίων επιβάλλεται για διάφορους λόγους, όπως είναι η σημαντική οικονομία σκυροδέματος που απαιτείται, για την κατασκευή αντιστοίχου φράγματος βαρύτητας, τοξωτού ή χωμάτινου, η μορφή της κοιλάδας κλπ. Ο σημαντικός περιορισμός του όγκου σκυροδέματος, που μπορεί να φτάσει στο 1/6 ή ακόμα και το 1/10 φράγματος βαρύτητας, επιτυγχάνεται με την κατασκευή αντηρίδων, που αποτελούν τον βασικό συντελεστή ευστάθειας και αντοχής του φράγματος. Οι αντηρίδες είναι πρόβολοι μεταβλητής διατομής καθ ύψος, αλλά και κατά πλάτος, που στην ουσία συνιστούν μικρού πλάτους φράγματα βαρύτητας. Στην ανάντη πλευρά των αντηρίδων μια πλάκα από οπλισμένο συνήθως σκυρόδεμα εδραιώνεται σε μια σειρά όρθιων αντηρίδων που το πάχος και η απόστασή τους καθορίζονται από το βάρος της πλάκας και την πίεση του νερού του ταμιευτήρα. Προσφέρονται για περιοχές, όπου υπάρχει έλλειψη ή δυσκολία προσπέλασης για τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων αδρανών υλικών. Η θεμελίωση τους απαιτεί πετρώματα ανθεκτικά σε άμεσα φορτία (22 33 Kgr/cm 2 ) και με καλή ευστάθεια. Διαχείριση Υδατικών Πόρων 172

12 δ) Σύνθετα ή μικτά φράγματα Είναι φράγματα που κατασκευάζονται σε πολύ μικρό αριθμό μόνο όταν οι γεωλογικές, μορφολογικές και οικονομικές ιδιαιτερότητες το επιβάλλουν. Πρόκειται για φράγματα που αποτελούν συνδυασμό των παραπάνω (π.χ. βαρύτητας, αντιριδωτό και χωμάτινο). Σχήμα 3.6: Διατομή φράγματος μικτού 3.6. Εύκαμπτα Περιλαμβάνουν δύο βασικές κατηγορίες : τα χωμάτινα και τα λιθόριπτα. Πρόκειται για τα πλέον διαδεδομένα φράγματα ιδιαίτερα στον Ελλαδικό χώρο. Από τα δεκατρία (13) φράγματα της Δ.Ε.Η. που έχουν κατασκευαστεί στην Ελλάδα τα δέκα (10) είναι ευκάμπτου τύπου, ενώ από τα έξι (6) που κατασκευάζονται ή πρόκειται να δημοπρατηθούν είναι τα τέσσερα (4). Τα εύκαμπτα φράγματα σε αντίθεση με τα άκαμπτα μπορούν να δεχτούν χωρίς θραύση παραμορφώσεις που πιθανόν να προέλθουν από διαφορικές καθιζήσεις ή σεισμικές ωθήσεις. α) Χωμάτινα φράγματα ( Earth dams ) Θεωρούνται τα πλέον οικονομικά και ικανοποιητικά. Μπορούν να κατασκευαστούν σε οποιαδήποτε μορφή κοιλάδας και δεν απαιτούν εδάφη θεμελίωσης εξαιρετικής ποιότητας. Διαχείριση Υδατικών Πόρων 173

13 Κατασκευάζονται από γαιώδη υλικά της περιοχής, τα οποία διαστρώνονται κατά ζώνες από διαβαθμισμένο υλικό. Στο κέντρο κατασκευάζεται ο πρακτικά αδιαπέρατος πυρήνας από αργιλικό υλικό με κλίσεις πρανών που συνήθως κυμαίνονται από 1 : 4 έως 1 : 5 (βάση : ύψος). Ακολουθούν οι εξωτερικές ζώνες που εξασφαλίζουν την ευστάθεια του έργου και συνιστούν το κύριο σώμα του φράγματος. Οι ζώνες αυτές είναι: Η μεταβατική αμέσως μετά τον πυρήνα, που συνιστάται από φίλτρο διαβαθμισμένου αμμοχάλικου ποταμού. Έχει πάχος μέτρα. Η ζώνη από χονδρόκοκκο υλικό ( κροκάλες, χάλικες, άμμοι ) με κλίση πρανών που εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του υλικού, τις συνθήκες ροής, την ποιότητα του εδάφους, τη θέση του αδιαπέρατου πυρήνα και το βαθμό σεισμικότητας. Συνήθως κυμαίνεται από 1 : 2.5 έως 1 : 4. Τέλος πάνω από τη ζώνη αυτή τοποθετείται η λιθορριπή προστασίας από ευμεγέθη τεμάχια βράχων. α1) Τύποι χωμάτινων φραγμάτων Υπάρχουν τρία είδη χωμάτινων φραγμάτων : 1) Με διάφραγμα 2) Ομογενή 3) Ετερογενή κατά ζώνες Σχήμα 3.7: Διατομές χωμάτινων φραγμάτων β) Λιθόρριπτα φράγματα ( Rock fill dams ) Πρόκειται για φράγματα απλουστευμένης μορφής χωμάτινα. Για την κατασκευή τους δε χρειάζεται διάταξη διαβαθμισμένων υλικών, διότι το κύριο σώμα συνίσταται από χονδροκλαστικά υλικά ποτάμιας προέλευσης ή από βραχώδη υλικά δανειοθαλάμων (νταμάρια), τα οποία διανοίγονται στην γύρω περιοχή. Διαχείριση Υδατικών Πόρων 174

14 Το βάρος των μεγαλύτερων τεμαχίων περνάει από τους 2.5 ton. Το μεγάλο πάντως ποσοστό τεμαχίων κυμαίνεται από kgr. Το υλικό αυτό διαστρώνεται και συμπυκνούνται κατά στρώσεις 1 ή 1.5 m περίπου. Το αδιαπέρατο στοιχείο του φράγματος μπορεί να είναι αργιλικός πυρήνας κατακόρυφος ή κεκλιμένος, αλλά και ανάντη πλάκα από οπλισμένο σκυρόδεμα ή ασφαλτικός τάπητας. Η άσφαλτος επειδή παρουσιάζει σοβαρά μειονεκτήματα δεν χρησιμοποιείται στη σύγχρονη τεχνολογία. κυλιδρωμένο χωμάτινο τμήμα λιθορριπή σκυρόδεμα ή ασφαλτοσκυρόδεμα Διαχείριση Υδατικών Πόρων 175

15 Εικόνα3.4 :Τύποι λιθόρριπτων φραγμάτων 1. Λίθινο φράγμα με αδιαπέρατο στρώμα από σκυρόδεμα ή ασφαλτοσκυρόδεμα 2. Λίθινο φράγμα με λεπτό κεκλιμένο αργιλικό πυρήνα 3. Λίθινο φράγμα με παχύ αργιλικό στρώμα 4. Λίθινο φράγμα με κεντρικό πυρήνα, τοιχείο από σκυρόδεμα ή ασφαλτοσκυρόδεμα 5. Λίθινο φράγμα με κεντρικό παχύ πυρήνα 6. Χωμάτινο φράγμα με το ανάντι τμήμα από λιθορριπή 7. Χωμάτινο φράγμα με το κατάντι τμήμα από λιθορριπή 8. Χωμάτινο φράγμα με τα δύο άκρα από λιθορριπή 3.7. Οι λιμνοδεξαμενές και οι ταμιευτήρες Οι λιμνοδεξαμενές είναι μικροί ταμιευτήρες επιφανειακών υδάτων, που κατασκευάζονται είτε μέσα στις κοίτες χειμάρρων (επιποτάμιες), είτε έξω από αυτές σε φυσικές ή τεχνητές λεκάνες κατάκλυσης (εξωποτάμιες). Στην Ελλάδα ο όρος «λιμνοδεξαμενή» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από το Υπουργείο Γεωργίας, στο πλαίσιο του προγράμματος μελέτης και κατασκευής αυτών των τεχνικών έργων κατά τη δεκαετία του 80. Σήμερα με τον όρο «λιμνοδεξαμενή» αναφέρονται συνήθως οι εξωποτάμιοι ταμιευτήρες επιφανειακών υδάτων (εξωποτάμια λιμνοδεξαμενή). Πρόκειται για Διαχείριση Υδατικών Πόρων 176

16 λεκάνες κατάκλυσης, που διαμορφώνονται με εκσκαφές και φράσσονται με ανάχωμα, το οποίο κατασκευάζεται σε επιλεγμένη περιοχή με κατάλληλα μορφολογικά χαρακτηριστικά (Εικόνα 3.5), συνήθως αμφιθεατρικής μορφής. Πρόκειται για σύνθετα έργα αποτελούμενα από τρία διακριτά τεχνικά έργα: Εικόνα 3.5. Έργα εξωποτάμιας λιμνοδεξαμενής Τον χώρο του ταμιευτήρα που διαμορφώνεται τεχνητά, όπως προαναφέρθηκε. Το φράγμα εκτροπής στο χείμαρρο του οποίου θα αξιοποιηθούν οι απορροές ή το αντλιοστάσιο με το οποίο αντλείται το νερό που μεταφέρεται στον ταμιευτήρα. Τον αγωγό μεταφοράς του νερού από το φράγμα εκτροπής ή το αντλιοστάσιο έως τον ταμιευτήρα. Το φράγμα εκτροπής είναι υπερπηδητός αναβαθμός χαμηλού ύψους, με δυνατότητα πλευρικής απαγωγής του νερού μέσω αύλακας που φέρει σχάρα. Τα χονδρόκοκκα φερτά υλικά συνεχίζουν την πορεία τους προς τα κατάντη. Η διαστασιολόγησή του είναι συνάρτηση των συνθηκών απορροής. Στο φράγμα εκτροπής προσαρμόζονται επίσης και έργα παγίδευσης φερτών υλικών, ειδικά όταν ο χείμαρρος τροφοδοτείται από λεκάνη απορροής γυμνή σε βλάστηση και με εκτεταμένο εδαφικό κάλυμμα ή ευδιάβρωτα πετρώματα. Η δεξαμενή καθίζησης των λεπτόκοκκων φερτών αποτελεί ιδιαίτερο τμήμα, πριν από τον αγωγό μεταφοράς του νερού και εξοπλίζεται με πλέγμα (σίτα) ή φιλτροσωλήνα για τη συγκράτηση έξω από Διαχείριση Υδατικών Πόρων 177

17 τον προσαγωγό υλικών που επιπλέουν, όπως φύλλα κ.α. Η διάσταση της δεξαμενής αυτής εξαρτάται από τον όγκο του απαγόμενου νερού. Τα έργα κατασκευής του προσαγωγού, γενικά, δεν είναι σημαντικά και περιορίζονται στην εκσκαφή για την προστασία του σωλήνα ή της διώρυγας και τυχόν τεχνικά στις διασταυρώσεις με ρέματα. Επίσης απαιτείται τεχνικογεωλογική αναγνώριση της διαδρομής για να αποφευχθούν περιοχές κατολισθήσεων ή καταπτώσεων και να ληφθούν τα απαραίτητα μέτρα προστασίας. Επιδιώκεται πάντα η εξεύρεση της πλέον οικονομικής και τεχνικά απλής διαδρομής του έργου προσαγωγής του νερού. Όταν η λιμνοδεξαμενή τροφοδοτείται από τη βασική ροή του χειμάρρου προτιμάται κλειστός αγωγός. Όταν υπάρχει ανάγκη εκμετάλλευσης τμήματος των πλημμυρικών παροχών προτιμάται η ανοικτή διώρυγα. Οι εξωποτάμιες λιμνοδεξαμενές κατασκευάζονται έξω από την κοίτη μικρών χειμάρρων ή ποταμών, σε φυσικές συνήθως κοιλότητες του εδάφους που προσφέρονται για αποθήκευση νερού, χωρίς απαραίτητα να εξετάζεται αν το έδαφος είναι διαπερατό ή όχι. Η φυσική κοιλότητα που επιλέγεται για την κατασκευή της λιμνοδεξαμενής φράσσεται στα τμήματα όπου το φυσικό ανάγλυφο είναι χαμηλότερα από τη σκέψη της δεξαμενής, με αναχώματα που κατασκευάζονται από τα υλικά των εκσκαφών διαμόρφωσης της λεκάνης κατάκλυσης. Ο τρόπος κατασκευής του αναχώματος είναι παρόμοιος με αυτόν των χωμάτινων ή λιθόρριπτων φραγμάτων και ακολουθούνται οι ίδιες προδιαγραφές συμπύκνωσης, στράγγισης και σεισμικής απόκρισης και ελέγχεται με επιτόπου εργαστήριο δοκιμών εδαφομηχανικής. Οι τυχόν εκσκαφές γίνονται με την οριζοντίωση του πυθμένα, αλλά και για τη διαμόρφωση επίπεδων επιφανειών στα πρανή της δεξαμενής ώστε να αυξηθεί η χωρητικότητα της και να είναι στη συνέχεια εύκολη, εφόσον χρειάζεται η κάλυψή τους με αδιαπέρατη μεμβράνη από πλαστικό (γεωμεμβράνη). Η γεωμεμβράνη χρησιμοποιείται όταν το έδαφος δεν είναι στεγανό, για την κάλυψη τόσο του πυθμένα όσο και των πρανών. Κατά κανόνα τοποθετείται πάνω σε ένα στρώμα γαιωδών προϊόντων της εκσκαφής, κατάλληλης κοκκομετρικής σύνθεσης και στη συνέχεια επικαλύπτεται με ένα στρώμα από τα ίδια υλικά ή αφήνεται ακάλυπτη, αφού αγκυρωθεί με βάρη για προστασία από τον άνεμο και τον κυματισμό. Έτσι, πλέον, η στεγανότητα δεν αποτελεί κυρίαρχο κριτήριο επιλογής μιας θέσης, λόγω της ευρείας χρήσης των μεμβρανών. Το υλικό κατασκευής της μπορεί να είναι πολυμερισμένο πλαστικό, όπως τα ειδικά Διαχείριση Υδατικών Πόρων 178

18 επεξεργασμένο PVC (χλωριούχο πολυβινύλιο), ή το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) απλού τύπου ή ενισχυμένου με γεωπλέγμα (διπλή μεμβράνη COEX). Λόγω της απλότητας της κατασκευής της η εξωποτάμια λιμνοδεξαμενή είναι οικονομικά συμφέρουσα για εφαρμογή σε μικρής έκτασης αρδευτικά δίκτυα. Από γεωτεχνικής πλευράς η λύση της λιμνοδεξαμενής προσφέρεται για εφαρμογές σε ποικίλες γεωλογικές συνθήκες, ενώ περιβαλλοντικά είναι αποδεκτή λόγω της περιορισμένης ανάγκης εκχέρσωσης περιοχών δανειοθαλάμων και της ασήμαντης επίδρασης στα οικοσυστήματα που υπάρχουν κατά μήκος των ποταμών καθώς και στις κατάντη περιοχές που τυχόν τροφοδοτούνται από τις απορροές του χειμάρρου. Ειδικά στη Θεσσαλία με τον όρο «ταμιευτήρες», αναφέρονται συνήθως οι δεξαμενές ταμίευσης αποθήκευσης νερού σε εκτάσεις πεδινών περιοχών με σκοπό την χρήση τους για άρδευση το καλοκαίρι. Κατασκευάζονται με συμπιεσμένα αναχώματα ύψους 3-6 μέτρα, άνω πλάτους 6-8 μέτρα και εσωτερική επένδυση με λιθορριπή (για προστασία από τον κυματισμό). Η αποθήκευση του νερού γίνεται με αντλιοστάσιο και η έξοδος με βαρύτητα. Το νερό προέρχεται αποκλειστικά από ποταμούς (Πηνειός) ή συλλεκτήρες (1Τ, κ.λ.π.). ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΑΜΙΕΥΣΗΣ ΝΕΡΟΥ 1) Ποιος είναι ο χρόνος ανανέωσης του νερού των θαλασσών όταν η εξάτμιση είναι 505*10 3 km 2 /έτος; Λύση: 3 3 Ο όγκος του νερού της θάλασσας είναι km. Άρα το νερό της θάλασσας 3 3 ανανεώνεται ανά / , 5 χρόνια. 2) Το νερό που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα υπό την μορφή υδρατμών, κάθε πότε ανανεώνεται όταν τα κατακρημνίσματα είναι km 3. Λύση: 3 3 Το νερό στην ατμόσφαιρα είναι13 10 km. Τα κατακρημνίσματα είναι km 3. Άρα το νερό ανανεώνεται ανά 13/ 577 0, περίπου ημέρες Διαχείριση Υδατικών Πόρων 179

19 3) Κάθε πόσες μέρες ανανεώνεται το νερό των ποταμών όταν η απορροή είναι km 3 ; Λύση: Το νερό στα ποτάμια είναι 2, km 3. Η απορροή είναι km3. Άρα το νερό ανανεώνεται ανά 1,25/ 47 0, περίπου ημέρες. Εξάλλου η βροχόπτωση θα είναι Ρ=500 mm = ,5m m 429,5 10 m / yr Άρα η (1) ET 423,25 10 m / yr ,25 10 ET ΕΤ = 493 mm ) Μια υδρολογική λεκάνη αναμένεται να δεχθεί 254 mm κατά τη διάρκεια των 2 επόμενων μηνών. Η εξατμισοδιαπνοή από τη λεκάνη γι αυτή την περίοδο θα είναι ΕΤ=85 mm, ενώ το νερό που θα χαθεί στον υπόγειο ορίζοντα θα είναι Ds=20 mm. α) Ποια θα είναι η αναμενόμενη επιφανειακή απορροή εάν η έκταση υδρολογικής λεκάνης είναι 65 Κm 2 (σε m 3, lt.) β) Εάν η επιφανειακή απορροή πρόκειται να διοχετευθεί σ ένα φράγμα, πόσους κατοίκους θα μπορούσε να εξυπηρετήσει το νερό αυτό εάν η μέση ημερήσια κατανάλωση του κατοίκου είναι q=160 lt/day. Λύση: α) Από τη σχέση P Ds ΕΤ = SRO. Έτσι κάνοντας αντικατάσταση τα νούμερα βρίσκουμε SRO= 149 mm. Άρα ο συνολικός όγκος του νερού είναι 6 V 0,149m m 2 6 9, m 3 9 9, lt. ό. β) Το κάθε άτομο για δύο μήνες θα χρειαζόταν 160lt / day 60days 9600lt. Επομένως το φράγμα θα μπορούσε να εξυπηρετήσει = άτομα Διαχείριση Υδατικών Πόρων 180

20 5) Ας υποθέσουμε ότι ένα αποθηκευτικό φράγμα με κατακόρυφα τοιχώματα έχει επιφάνεια Α= m 2 και η εισροή του νερού είναι Ι=1 m 3 /sec. Πόσες ώρες θα χρειαστεί η δεξαμενή για να ανεβεί η στάθμη της d=30cm; Λύση: Για να ανέβει η ροή κατά 30cm 0,3m,, θα πρέπει συνολικά να μπει μέσα στο 2 3 φράγμα ένας όγκος νερού ίσος με V 0,3m m m. Αφού όμως η εισροή του νερού είναι ίση με 1 m 3 /sec, συνεπάγεται ότι ο παραπάνω όγκος νερού θα μπει στο φράγμα σε χρόνο T sec/ 3600 T 41,6hr. 6) Κατά τη διάρκεια του 24ώρου η εισροή σ ένα φράγμα με κατακόρυφα τοιχώματα είναι Ι=2,832 m 3 /sec και η έκταση του είναι Α= m 2. Κατά το ίδιο χρονικό διάστημα η εξάτμιση ήταν Ε=25 mm. Υπάρχει άνοδος ή πτώση της στάθμης και πόσο; Λύση: Ο όγκος του νερού που εισρέει μέσα στο φράγμα κατά τη διάρκεια ενός 24ώρου είναι V I 2,832m 3 / sec 3600sec 24h m 2 3 Ο όγκος του νερού που εξατμίζεται είναι 0,025m m 50587m. Άρα 3 V E λοιπόν έχουμε μια αύξηση του όγκου και συνεπώς και της στάθμης του νερού κατά V m h m 0,096m 9,6cm m 3.. Άρα η άνοδος της στάθμης θα ισούται με Διαχείριση Υδατικών Πόρων 181

21 Διαχείριση Υδατικών Πόρων 182

22 Διαχείριση Υδατικών Πόρων 183

23 Βιβλιογραφία Έκδοση Υπ. Γεωργίας «τα φράγματα και οι λιμνοδεξαμενές» (2003). Γκούμας Κ., Εκτιμήσεις και προτάσεις για το αρδευτικό πρόβλημα στο θεσσαλικό χώρο. ΓΕΤΕΕ/ΚΕ Λάρισα Παπαζαφειρίου, Ζ. Γ., Αρχές και πρακτική των αρδεύσεων. Εκδόσεις Ζήτη, Θςσσαλονίκη. Παπαμιχαήλ, Δ. Μ., Τεχνική υδρολογία Επιφανειακών Υδάτων, Εκδόσεις Γιαχούδη-Γιαπούλη, Θεσσαλονίκη. Διαχείριση Υδατικών Πόρων 184

24 Διαχείριση Υδατικών Πόρων 185