Προστατευτική Διευθέτηση Αποτροπή της παραγωγής φερτών υλών με διαβρώσεις

Transcript

1 Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων Εργαστήριο Διευθέτησης Ορεινών Υδάτων και Διαχείρισης Κινδύνου Προπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Προστατευτική Διευθέτηση Αποτροπή της παραγωγής φερτών υλών με διαβρώσεις Κεφάλαιο 3 ο Φώτης MΑΡΗΣ Αναπλ. Καθηγητής Δ.Π.Θ.

2 Διευθέτηση της ορεινής λεκάνης απορροής για την αποτροπή παραγωγής φερτών υλών Παραγωγή φερτών υλών με διαβρώσεις παρατηρείται γενικά στις λεκάνες απορροής και ιδίως στις μικρές ορεινές λεκάνες των χειμαρρικών ρευμάτων. Τα έργα διευθέτησης για την αποτροπή της παραγωγής φερτών υλών, διακρίνονται ως εξής: Έργα στις κεντρικές κοίτες των ρευμάτων (αποτροπή χαραδρωτικής, φαραγγωτής και πρανικής διάβρωσης), Έργα στις κοίτες των δευτερευουσών χαράδρων (αποτροπή της μικρής χαραδρωτικής διάβρωσης), Έργα στην ευρύτερη λεκάνη απορροής (αποτροπή επιφανειακής και αυλακωτής διάβρωσης). 2

3 Αποτροπή της χαραδρωτικής και φαραγγωτής διάβρωσης στις ορεινές κοίτες των ρευμάτων Η αξονική διάβρωση του πυθμένα στις κοίτες των χειμαρρικών ρευμάτων που βρίσκονται στο χώρο των ορεινών λεκανών απορροής, αρχίζει, όταν η συρτική δύναμη του νερού γίνει μεγαλύτερη από την αντίσταση του ρείθρου. Για την αποτροπή της διάβρωσης θα πρέπει να ελαττωθεί η συρτική δύναμη του ύδατος ή να αυξηθεί η αντίσταση του ρείθρου. 1. Μείωση της συρτικής δύναμης του νερού. Στάδιο Ι: Περίοδος μεγάλων φραγμάτων στερέωσης της κοιτης ή κύρια διευθέτηση. Στάδιο ΙΙ: Περίοδος μικρών βοηθητικών φραγμάτων ή συμπληρωματική διευθέτηση 2. Αύξηση της αντίστασης της κοίτης Επένδυση της κοίτης με λιθοδομή, Κάλυψη της κοίτης με χονδρούς λίθους 3

4 Μείωση της συρτικής δύναμης του νερού Στάδιο Ι: Περίοδος μεγάλων φραγμάτων ή κύρια διευθέτηση Η μείωση της συρτικής δύναμης του νερού γίνεται σε δύο στάδια ή περιόδους, ένα κύριο και ένα βοηθητικό. Σε τμήμα ευδιάβρωτης κοίτης ΑΒ μήκους L, όταν η συρτική δύναμη του νερού είναι μεγαλύτερη της αντίστασης του πυθμένα, τότε συμβαίνει αναποδίστικη, χαραδρωτική διάβρωση της κοίτης από το Α προς το Β, μέχρι να δημιουργηθεί η κλίση ισορροπίας. Την χαραδρωτική διάβρωση μπορούμε να την αποτρέψουμε κατασκευάζοντας στην κοίτη διαδοχικά εγκάρσια φράγματα (φράγματα στερέωσης), τα οποία δημιουργούν στα ανάντη του κάθε φράγματος μια περισσότερο ή λιγότερο ανυψωμένη κοίτη (Ύψος Φραγμάτων 2 ~ 6m). 6 Με τον τρόπο αυτό σχηματίζεται στα ανάντη κάθε φράγματος η κλίση αντιστάθμισης για τις συγκεκριμένες χειμαρρικές συνθήκες μέχρι να δημιουργηθεί η κλίση ισορροπίας. 4

5 5

6 6

7 Εκτός από την αποτροπή της χαραδρωτικής διάβρωσης τα φράγματα αυτά εκπληρώνουν και άλλες επιδιώξεις όπως: Μειώνουν το βάθος ροής του νερού και έτσι περιορίζουν τη μεταφορά υλικών, Διακρατούν ποσότητα υλικών στα ανάντη τους και έτσι μειώνουν τα στερεοφορτία, Διευκολύνουν την κατασκευή παράλληλων τοίχων και επενδύσεων των κοιτών στα ανάντη τους, Επιτρέπουν τον έλεγχο του άξονα ροής των χειμαρρικών νερών μετά από κατάλληλη διαμόρφωση του διάρρου τους, Διευκολύνουν την ταμίευση του ρέοντος νερού στο εσωτερικό των προσχώσεών τους, το οποίο είναι δυνατό να απολαμβάνεται με κατάλληλες διατάξεις για τη χρησιμοποίηση του σε διάφορους σκοπούς. Τα φράγματα στερέωσης της κοίτης ιδρύονται κατά προτίμηση σε βραχώδεις, ανθεκτικές θέσεις, ώστε να εξασφαλίζεται η καλή θεμελίωσή τους. Βασικό ονομάζεται το πρώτο φράγμα που κατασκευάζεται στον πόδα της υπό διευθέτηση κοίτης. Κάθε επόμενο φράγμα ιδρύεται στην κορυφή των προσχώσεων του προηγούμενου, με τρόπο ώστε η πρόσχωση να καλύπτει τον κορμό του κατά 0,25m. 7

8 Παράδειγμα Έστω ότι πρόκειται να ιδρυθούν φράγματα βάρους, και ότι κάθε φράγμα έχει μέσο πάχος περίπου ίσο με το ήμισυ του ύψους του. Για ύψος φράγματος 6.0m η φραγματική επιφάνεια σε τομή ανέρχεται σε 6.0 x 3.0 = 18.0m 2. Εάν όμως αντί ενός κατασκευαστούν δύο φράγματα 3.0m έκαστο, αυτά θα έχουν επιφάνεια τομής 2x3.0x1.5 = 9.0m 2, δηλαδή επιφάνεια μειωμένη κατά το μισό. Επίσης τα υψηλά φράγματα αποκτούν μεγαλύτερη τοιχοποιΐα ως προς τα μικρά και επομένως γίνονται ασύμφορα. 8

9 Το υπέργειο ύψος των φραγμάτων και η ενδιάμεση απόσταση μεταξύ των δύο φραγμάτων σε μια βαθμίδωση της κοίτης υπολογίζονται ως εξής: Εάν το οριζόντιο μήκος μεταξύ δύο ανθεκτικών βραχωδών θέσεων της κοίτης είναι L και το συνολικό ύψος, στο οποίο θα πρέπει να υπερυψωθεί η κοίτη μεταξύ των θέσεων αυτών είναι H, τότε η σχέση μεταξύ L και H δίνεται ως εξής: Η = (Η ( - h) ) = L εφφ - L εφα = L (εφφ εφα) ) (m)( Η = L (J φ J α ) Όπου J φ = φυσική κλίση πυθμένα (%) Παράδειγμα J α = κλίση αντιστάθμισης (%) 9

10 Μείωση της συρτικής δύναμης του νερού Στάδιο ΙΙ: Περίοδος μικρών βοηθητικών φραγμάτων ή συμπληρωματική διευθέτηση Μετά την κατασκευή των φραγμάτων της πρώτης περιόδου (φράγματα πρώτης τάξης) και άλλων τεχνικών και φυτοκομικών έργων στην κεντρική κοίτη και στις κύριες κοίτες των συμβαλλόντων του ρεύματος, καθώς και μετά την εκτέλεση εκτατικών έργων στη λεκάνη απορροής (αναδασώσεις, αναθαμνώσεις, κλπ.) μεταφέρονται πλέον λιγότερα φερτά υλικά από τα ρέοντα ύδατα, με συνέπεια να ελαττώνεται αντίστοιχα η κλιση αντιστάθμισης στη νέα κοίτη και να παρουσιάζονται διαβρώσεις επί των προσχώσεων των φραγμάτων. Για την αποτροπή αυτών των νέων διαβρώσεων επιβάλλεται να ανυψωθεί η νέα κοίτη μεταξύ των υφιστάμενων φραγμάτων με υπερύψωσή τους ή και με την κατασκευή νέων, ενδιάμεσων φραγμάτων (δεύτερης περιόδου), τα οποία κατασκευάζονται όπως και της πρώτης τάξης με την καινούρια όμως κλίση αντιστάθμισης. Το ύψος των φραγμάτων αυτών παραμένει μικρότερο από εκείνο των φραγμάτων της πρώτης περιόδου. 10

11 11

12 Αύξηση της αντίστασης της κοίτης Η χαραδρωτική διάβρωση μπορεί να αποτραπεί και με την αύξηση της αντίστασης της κοίτης, χωρίς να γίνει μείωση της κλίσης του πυθμένα, άρα και της συρτικής δύναμης του νερού. 1. Επένδυση της κοίτης με λιθοδομή Λόγω της μεταφοράς φερτών υλών, η επένδυση της κοίτης γίνεται μόνο με λιθοδομή που έχει αυξημένη αντοχή σε πρόσκρουση και τριβή λίθων και όχι με σκυρόδεμα. Η μέθοδος εφαρμόζεται σε κοίτες με μεγάλη έως πολύ μεγάλη κλίση (π.χ.. 50 ~ 80%), πράγμα που παρατηρείται στα υψηλότερα τμήματα της κοίτης και ιδίως στις κοίτες των παραχειμάρρων και των δευτερευουσών χαραδρών. Επίσης όταν θέλουμε να αλλάξουμε την κατεύθυνση της ροής του νερού. Τεχνικά δεν συνίσταται λιθεπένδυση όταν η ταχύτητα ροής του ρεύματος υπολογίζεται ότι θα υπερβαίνει τα 8m/s, διότι τότε προσβάλλεται και παρασύρεται το υλικό των αρμών (Weber, 1964). 12

13 Λιθεπένδυση της κοίτης 13

14 Αύξηση της αντίστασης της κοίτης 2. Κάλυψη της κοίτης με χονδρούς λίθους Με τη μέθοδο αυτή καλύπτεται η κοίτη με χονδρούς λίθους, που δεν παρασύρονται από τα πλημμυρικά νερά. Δημιουργείται με τον τρόπο αυτό ένα καλυπτήριο στρώμα από φυσικούς λίθους, το οποίο αποτρέπει την διάβρωση του πυθμένα. Η μέθοδος συνίσταται σε κοίτες με ήπια κλίση και σχετικά λεπτόκοκκη σύσταση σε λοφώδεις και πεδινές κοίτες των μεγαλύτερων ρευμάτων. Μεγάλη σημασία έχει ο προσδιορισμός της διαμέτρου, που πρέπει να έχουν οι λίθοι αυτοί σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση, ώστε να μην παρασύρονται από τα νερά. Η αναγκαία διάμετρος των λίθων προσδιορίζεται με βάση την πρώτη εξίσωση στερεομεταφοράς του Meyer Petter J Qmax de qmax ή de a B J a d e : αναγκαία διάμετρος (m) Q max : Παροχή πλημμύρας (m 3 /sec) J: Κλίση λεκάνης (%) a: συντελεστής με τιμή 0,17 14

15 Αποτροπή της πρανικής διάβρωσης Η αποτροπή της πρανικής διάβρωσης μπορεί να επιτευχθεί με τη βοήθεια παράλληλων τοίχων και προβόλων, που απομακρύνουν τα νερά από τα πρανή, σε συνδυασμό και με φυτοτεχνικά έργα στερέωσης των πρανών. Χρησιμοποιούνται επίσης και φράγματα ανύψωσης της κοίτης, που αποσκοπούν στην ανύψωση της κοίτης και έτσι στην κάλυψη με τις προσχώσεις τους της επιφάνειας του πρανούς, που υφίσταται υποσκαφή. 15

16 Μέθοδος αποτροπής της πρανικής διάβρωσης με παράλληλους τοίχους Μετά τη βαθμίδωση της κοίτης και την αποτροπή της αξονικής διάβρωσης είναι δυνατόν ο χείμαρρος να υποσκάπτει τα πρανή της, εφόσον αυτά είναι ευδιάβρωτα, να προκαλεί την κατάρρευσή τους και να προσβάλλει βαθμιαία τα φράγματα από τα πλάγια. Κατασκευάζονται επομένως παράλληλοι τοίχοι, οι οποίοι προστατεύουν τα πρανή και ευθυγραμμίζουν την κοίτη κατά το δυνατό μεταξύ των φραγμάτων. Οι παράλληλοι τοίχοι : Κατασκευάζονται σε σημεία όπου τα πρανή δεν ολισθαίνουν, Δεν πρέπει να έχουν μεγάλο μήκος διότι αυξάνουν την ταχύτητα ροής του νερού, Συνίσταται να συνδέονται στην αρχή και στο τέλος τους με τα φράγματα, μεταξύ των οποίων κατασκευάζονται, Κατασκευάζονται όσο το δυνατόν πιο μακριά από το πρανές, Πρέπει οι διαστάσεις τους να είναι τέτοιες ώστε να αντέχουν την υδροστατική πίεση των πλημμυρικών νερών. Η στέψη τους δεν πρέπει να κατακλύζεται από την πλημμυρική παροχή, Σημαντική προσοχή απαιτείται στην θεμελίωσή τους. 16

17 17

18 18

19 Μέθοδος αποτροπής της πρανικής διάβρωσης με προβόλους Οι πρόβολοι είναι εγκάρσια κτίσματα, τα οποία προβάλλουν (προεξέχουν) από το πρανές (όχθη) προς το ρεύμα και αναγκάζουν τα ύδατα να απομακρύνονται από τα πρανή, ώστε αυτά να μη διαβρώνονται. Σε κάθε πρόβολο διακρίνουμε τη ρίζα, δηλαδή τη θεμελίωσή του στο πρανές, την κεφαλή δηλαδή το άκρο του προς τον άξονα του ρεύματος, τη στέψη, δηλαδή την επίπεδη επιφάνεια του και στις εκατέρωθεν πλευρές προς τα ανάντη και τα κατάντη. 19

20 Μέθοδος αποτροπής της πρανικής διάβρωσης με προβόλους Ανάλογα με τη θέση τους σε σχέση προς τον άξονα του ρεύματος οι πρόβολοι διακρίνονται σε κανονικούς ή κάθετους, όταν διευθύνονται κάθετα προς αυτόν, σε συγκλίνοντες ή αμυντικούς ή προσχωματικούς, όταν διευθύνονται προς τα ανάντη της ροής και σχηματίζουν γωνία ο με την κάθετο προς τον άξονα του ρεύματος και σε αποκλίνοντες ή απωθητικούς, εφόσον διευθύνονται προς τα κατάντη της ροής και σχηματίζουν γωνία ο ως προς την κάθετο προς τον άξονα του ρεύματος. Χρήση: Εάν το ένα πρανές είναι ευδιάβρωτο και το άλλο στερεό, βραχώδες, τότε οι πρόβολοι κατασκευάζονται μόνο στο πρώτο για την αποτροπή της διάβρωσης του. Όταν πρόκειται για πρανικές κοιλότητες με μικρό μήκος αρκεί η κατασκευή ενός μόνο απωθητικού προβόλου στο ανώτερο άκρο των πρανών. Σε ευρείες κοιλότητες λόγω πρανικής διάβρωσης κατασκευάοζονται πρόβολοι σε συνδυασμό και με απωθητικό πρόβολο ή με κατάλληλο παράλληλο τοίχο μη κατακλιστό από τα πλημμυρικά νερά. Οι πρόβολοι μπορεί να είναι πλήρεις ή μη. 20

21 21

22 22

23 Αποθέσεις φερτών υλών μεταξύ προβόλων Οι αποθέσεις φερτών υλών στις επιφάνειες μεταξύ των προβόλων γίνονται ως εξής: Στο μέσο μεταξύ αυτών, εφόσον οι πρόβολοι είναι κάθετοι ή αποκλίνοντες, Κοντά στην όχθη, εφόσον οι πρόβολοι είναι συγκλίνοντες (άφθονες αποθέσεις, που γίνονται γρήγορα). Στις κεφαλές των προβόλων, δημιουργούνται κατά κανόνα ισχυρές υποσκαφές (ιδίως σε συγκλίνοντες προβόλους). Για την αποφυγή των υποσκαφών, πρέπει οι πρόβολοι να θεμελιώνονται σε τέτοιο βάθος, ώστε να μη διατρέχουν κίνδυνο καταστροφής ή να κατασκευάζονται ελαστικοί (από συρματόπλεκτα κιβώτια), ώστε να ακολουθούν τις υποσκαφές και να βυθίζονται μαζί τους. 23

24 24

25 Σκοποί που επιδιώκονται με την ίδρυση προβόλων Οι σκοποί που επιδιώκονται με την ίδρυση των προβόλων: Προσχώσεις Στενώσεις διευρυμένων κοιτών, Προστασία οχθών, Προστασία θεμελίων υφιστάμενων παράλληλων έργων, ιδίως σε κοίλα τμήματα της κοίτης. 25

26 Αποτροπή της μικρής χαραδρωτικής διάβρωσης (δευτερεύουσες κοίτες) Η κλίση των δευερευουσών χαραδρών και των μικρών παραχειμάρρων στην ορεινή λεκάνη απορροής του ρεύματος είναι γενικά πολύ μεγάλη, ή δε υδατοπαροχή σ αυτές είναι μικρότερη από την αντίστοιχη στην κεντρική κοίτη του ρεύματος, το δε βάθος τους ποικίλλει πολύ. Στις αβαθείς χαράδρες και γενικά στις κοίλες επιφάνειες της ορεινής λεκάνης εφαρμόζεται η εξής μέθοδος για την αποτροπή της χαραδρωτικής διάβρωσης: Βαθμίδωση της κοίτης με φράγματα (κατασκευή μικρών φραγμάτων), Επενδύσεις (λιθεπενδύσεις) της κοίτης, Πλέγματα και φακελώματα (κλαδοθέματα, ξυλαγκαλίδες, φακελώματα), Διασκευή της κοίτης, Κλαδοστρώματα, Απόξεση κορυφών, επιπέδωση επιφανειών, Αναθαμνώσεις, αναχλοάσεις πρανών, Συνδυασμένα έργα. 26

27 Βαθμίδωση της κοίτης με φράγματα 27

28 Πλέγματα και φακελώματα (κλαδοθέματα, ξυλαγκαλίδες, φακελώματα) 28

29 Κλαδοστρώματα 29

30 Απόξεση κορυφών, επιπέδωση επιφανειών 30

31 Συνδυασμένα έργα 31

32 Αποτροπή της επιφανειακής και αυλακωτής διάβρωσης Όπου η επιφάνεια της ορεινής λεκάνης είναι σχεδόν επίπεδη ή κυρτή και υφίσταται ασθενή επιφανειακή και αυλακωτή διάβρωση, γενικά δε παρουσιάζει εκτατικά χειμαρρικά φαινόμενα, ενεργείται αμέσως αναδάσωση ή και αναθάμνωση. Οι αλπικές περιοχές που βρίσκονται επάνω από τα δασοόρια, αναχλοάζονται. Σε περίπτωση που η επίπεδη ή κυρτή περιοχή παρουσιάζει σημαντική κλίση και υφίσταται επιφανειακή και αυλακωτή διάβρωση σε έντονο βαθμό, παρασύρονται δε από αυτή άφθονα στερεά υλικά, ώστε να μην είναι δυνατή η άμεση εγκατάσταση κάποιας φυτοκοινωνίας, τότε γίνονται οι εξής εργασίες πριν από την αναδάσωση: Ίδρυση πλεγματοσειρών, Ίδρυση σειρών από ξυλαγκαλίδες (φακελλώματα), Κατασκευή μικρών τοίχων στήριξης, Χορτοπλίνθωση, Αναδασώσεις, αναθαμνώσεις, αναχλοάσεις. 32

33 Αποτροπή συνδυασμένων μορφών διάβρωσης Στη φύση σπάνια εμφανίζονται αυτοτελή τα χειμαρρικά φαινόμενα. Συνήθως πρόκειται για σύμπλοκες καταστάσεις από περισσότερα φαινόμενα, μεταξύ των οποίων μπορεί να κυριαρχεί κάποιο, το οποίο χαρακτηρίζει τη μορφή τους. Για τη διευθέτηση των εστιών παραγωγής φερτών υλών που προκύπτουν από τη συνδυασμένη δράση περισσότερων χειμαρρικών φαινομένων, χρησιμοποιείται ανάλογος συνδυασμός από τις μεθόδους που αναφέρθηκαν, με βάση την ένταση και την έκταση του κάθε χειμαρρικού φαινομένου. 33