ΣΥΛΛΟΓΙΚΑ ΑΡΔΕΥΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ

Transcript

1 ΣΥΛΛΟΓΙΚΑ ΑΡΔΕΥΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ Π. Σιδηρόπουλος Δρ. Πολιτικός Μηχανικός Εργαστήριο Υδρολογίας και Ανάλυσης Υδατικών Συστημάτων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Π.Θ. ΕΓΓΕΙΟΒΕΛΤΙΩΤΙΚΑ ΕΡΓΑ 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ

2 Συλλογικά Αρδευτικά Δίκτυα o Τα συλλογικά αρδευτικά δίκτυα είναι υδραυλικά συστήματα που έχουν ως σκοπό να μεταφέρουν το νερό από το σημείο υδροληψίας (φυσική ή τεχνητή λίμνη, εκτροπή ποταμού, γεώτρηση) στην αρδευτική περίμετρο και να το διανέμουν στις διάφορες αρδευτικές μονάδες. o Αναπτύχθηκαν διαχρονικά μαζί με τις μεθόδους άρδευσης σε μια σχέση αλληλοεξάρτησης. o Μέχρι τα μέσα του 20 ου αιώνα ήταν δίκτυα ανοικτών αγωγών (χωμάτινες διώρυγες), ενώ η εφαρμογή του νερού γίνονταν με επιφανειακές μεθόδους (άρδευση με αυλάκια, με λωρίδες ή με λεκάνες). o Μετά το 1950 υπήρξε μία τάση για επένδυση στα εγγειοβελτιωτικά έργα προκειμένου να αναπτυχθεί η ύπαιθρος. o Δημιουργήθηκαν έργα επιφανειακά με βελτιωμένες προδιαγραφές: Πυκνότερο δίκτυο διανομής Επενδεδυμένες διώρυγες Βελτιωμένο σύστημα ρύθμισης λειτουργίας o Μετά το 1970 κατασκευάστηκαν κυρίως δίκτυα με κλειστούς αγωγούς υπό πίεση επέτρεψαν να αναπτυχθεί το σύστημα καταιονισμού και η μικροάρδευση.

3 Συλλογικά Αρδευτικά Δίκτυα o Η αλλαγή που συντελέστηκε είχε επιπτώσεις και στις μεθόδους διανομής του νερού που αναπτύχθηκαν ενώ τα επιφανειακά συστήματα μεταφοράς, διανομής και εφαρμογής του νερού είναι στενά συνυφασμένα με τη «μέθοδο της εκ περιτροπής διανομής», στα δίκτυα υπό πίεση αναπτύχθηκε η «μέθοδος διανομής με ελεύθερη ζήτηση». o Στο σύστημα «ελεύθερης ζήτησης»: οι αγρότες μπορούν να καθορίσουν πότε και πόσο πρέπει να αρδεύσουν, ανάλογα με τις ανάγκες των καλλιεργειών, οδήγησε στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της άρδευσης και των συνθηκών εργασίας των χρηστών, αποδείχθηκε πιο αποδοτική κυρίως στις περιπτώσεις πολυκαλλιέργειας. o Δίκτυα με βαρύτητα: Η μεταφορά γίνεται με τις προσαγωγούς διώρυγες, Η διανομή με τις πρωτεύουσες, δευτερεύουσες και τριτεύουσες διώρυγες (διώρυγες εφαρμογής) Βασικό πλεονέκτημα δεν χρειάζονται ενέργεια για τη μεταφορά και διανομή του νερού Βασικό μειονέκτημα μειωμένη αποτελεσματικότητα χρήσης νερού

4 Συλλογικά Αρδευτικά Δίκτυα o Δίκτυα υπό πίεση: Συστήματα αγωγών με ακτινωτή διάταξη που μεταφέρουν το νερό από το σημείο υδροδότησης με άντληση ή με βαρύτητα υπό πίεση μέχρι τα σημεία διανομής του νερού κοντά στις αρδευτικές μονάδες. Στα σημεία διανομής είναι οι υδροληψίες (βάνες) που φέρουν 1 έως 4 υδροστόμια Τα υδροστόμια επιτρέπουν τους χρήστες να συνδέουν τα ατομικά τους συστήματα άρδευσης και να αρδεύουν τα αγροτεμάχιά τους με καταιονισμό ή μικροάρδευση. Βασικό πλεονέκτημα: δυνατότητα χρήσης όλων των σύγχρονων μεθόδων άρδευσης Μειονέκτημα: υψηλό κόστος λειτουργίας λόγω ενεργειακού κόστους. Υδροληψία με 2 στόμια

5 Συλλογικά Αρδευτικά Δίκτυα o Οι μελέτες των δικτύων είναι πολύπλοκες και χρονοβόρες και εκτελούνται από επιτελεία πολλών ειδικοτήτων (μηχανικών, γεωπόνων, οικονομολόγων κλπ.). o Τα αναγκαία στοιχεία για τη σύνταξη των μελετών των συλλογικών αρδευτικών δικτύων αφορούν: Στο φυσικό περιβάλλον Τοπογραφία Γεωλογία Εδαφολογία Εδαφομηχανική Μετεωρολογία Υδρολογία και Υδρογεωλογία Στο κτηματολόγιο της περιοχής Στην οικονομοτεχνική κατάσταση των γεωργικών εκμεταλλεύσεων Στις κοινωνικές συνθήκες στην ευρύτερη περιοχή του έργου

6 Παροχή Σχεδιασμού o Το σπουδαιότερο και ακριβότερο τμήμα ενός αρδευτικού έργου είναι το δίκτυο μεταφοράς και διανομής του αρδευτικού νερού. o Σαν αποτέλεσμα του παραπάνω όλες οι παράμετροι και συντελεστές που επηρεάζουν την απόδοση και το κόστος του δικτύου μεταφοράς και διανομής αναλύονται και μελετώνται διεξοδικά για το σωστό σχεδιασμό του έργου. o Η βασική παράμετρος, που καθορίζει το μέγεθος και το κόστος του δικτύου, είναι η παροχή σχεδιασμού. o Όμως, ο καθορισμός της παροχής σχεδιασμού είναι συνήθως ένα περίπλοκο πρόβλημα, αφού είναι συνάρτηση πολλών παραγόντων-μεταβλητών. o Σχηματικά η διαδικασία υπολογισμού της παροχής ενός αρδευτικού δικτύου παρουσιάζεται στην επόμενη εικόνα.

7 Παροχή Σχεδιασμού

8 Παροχή Σχεδιασμού o Γενικά οι παράγοντες που επηρεάζουν τον υπολογισμό της παροχής στα αρδευτικά δίκτυα μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες: 1. Παράγοντες που έχουν σχέση με τις ανάγκες των καλλιεργειών σε αρδευτικό νερό. 2. Παράγοντες σχετικοί με τη λειτουργία του αρδευτικού δικτύου. 3. Παράγοντες που αναφέρονται στον τρόπο μεταφοράς και εφαρμογής του αρδευτικού νερού και στη διαθέσιμη τεχνολογία. o Με βάση αυτούς τους παράγοντες διαμορφώνονται το σύστημα διανομής του αρδευτικού νερού και η «λειτουργική παροχή (operational discharge)» ή «αρδευτική κεφαλή (Module)». o Για δίκτυα επιφανειακής άρδευσης στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται συνήθως αρδευτικές κεφαλές 40,50 και 60 L/s.

9 Μέθοδοι Διανομής Του Αρδευτικού Νερού o Οι μέθοδοι διανομής του αρδευτικού νερού είναι: 1. Η μέθοδος συνεχούς ροής: Το αρδευτικό νερό διανέμεται κατά τρόπο συνεχή σ όλες τις αρδευτικές διώρυγες σύμφωνα με το δικαίωμα για χρήση ή ανάλογα με τις αρδευόμενες εκτάσεις. 2. Η μέθοδος της εκ περιτροπής διανομής: Οι διώρυγες έχουν οργανωθεί σε ομάδες και σύμφωνα με καθορισμένο πρόγραμμα κάθε ομάδα λειτουργεί ορισμένες μέρες. 3. Η μέθοδος με ελεύθερη ζήτηση: Οι γεωργοί είναι εκείνοι που καθορίζουν το χρόνο και τη διάρκεια άρδευσης του αγροτεμαχίου τους. Αναπτύχθηκε μέσα στα δίκτυα υπό πίεση (υπάρχουν δίκτυα υπό πίεση που λειτουργούν με τη μέθοδο εκ περιτροπής) 4. Η μέθοδος με περιορισμένη ζήτηση: Οι γεωργοί μπορούν να χρησιμοποιούν το νερό κατά βούληση κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις π.χ. ορισμένες ημέρες της εβδομάδας ή όταν ο γείτονας με τον οποίο μοιράζονται την ίδια υδροληψία δεν αρδεύει. Ενδιάμεση μορφή ανάμεσα στις μεθόδους της ελεύθερης ζήτησης και της εκ περιτροπής διανομής.

10 Μέθοδος Συνεχούς Ροής o Η ελάχιστη παροχή που απαιτείται για άρδευση αγροτεμαχίου έκτασης Α με ειδική συνεχή παροχή στο αγροτεμάχιο q c υπολογίζεται: Q = q c *A όπου: Q, η παροχή σε L/s q c, η ειδική συνεχής παροχή στο αγροτεμάχιο σε L/s*ha ή L/s*στρ. (24 ώρες λειτουργία) o Στην περίπτωση που η έκταση Α καταλαμβάνεται από n καλλιέργειες, η ελάχιστη παροχή της διώρυγας, που εξυπηρετεί την έκταση, περιλαμβάνει τυχόν απώλειες, υπολογίζεται: όπου Ε x, είναι ο αντίστοιχος συντελεστής απόδοσης Α i και q ci είναι η έκταση που καταλαμβάνει η καλλιέργεια i με ειδική συνεχή παροχή στο αγροτεμάχιο q ci = Α

11 Μέθοδος Συνεχούς Ροής o Στην πράξη συνηθίζεται να χρησιμοποιείται για λόγους ασφάλειας η ακόλουθη εξίσωση: *Α όπου, είναι η μέση ειδική συνεχής παροχή στο αγροτεμάχιο k, είναι ένας συντελεστής που παίρνει τις ακόλουθες τιμές ανάλογα με το τμήμα του αρδευτικού δικτύου που αναφέρεται η παροχή: Τριτεύουσες k T = 1,2 1,4 (Στην Ελλάδα k T = 2) Δευτερεύουσες k S = 1,1 1,2 (Στην Ελλάδα k S = 1,5) Πρωτεύουσες k M = 1,05 1,1 (Στην Ελλάδα k M = 1) Οι τιμές αναφέρονται σε επενδεδυμένες διώρυγες για Μεσογειακό κλίμα

12 Μέθοδος Συνεχούς Ροής o Άσκηση 1 - Εκφώνηση Ζητούνται οι παροχές σχεδιασμού των τμημάτων της δευτερεύουσας διώρυγας Β1.3 που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Δίνονται: Ειδική συνεχής παροχή στο αγροτεμάχιο q c = 1 L/s*ha Απώλειες νερού στις δευτερεύουσες 5% και στις τριτεύουσες 10% της μεταφερόμενης παροχής Οι εκτάσεις που αρδεύονται από τις αντίστοιχες τριτεύουσες

13 Μέθοδος Συνεχούς Ροής o Άσκηση 1 - Λύση Υποθέτω αρδευτική κεφαλή Q 0 = 60 L/s (παροχή κάθε τριτεύουσας) και ελέγχεται για την επάρκειά της στην τριτεύουσα με τη μεγαλύτερη έκταση δλδ Α 4 =Α 2 = 38 στρ. Για λόγους ασφαλείας λαμβάνουμε υπόψη τον συντελεστή k (=1,3 λόγω τριτεύουσας διώρυγας)

14 Μέθοδος Συνεχούς Ροής o Άσκηση 1 - Λύση Η απαιτούμενη παροχή στα αντίστοιχα τμήματα της δευτερεύουσας διώρυγας υπολογίζεται για την αντίστοιχη αθροιστική έκταση με συντελεστή k s = 1,2 από την εξίσωση: όπου i, είναι ο αύξων αριθμός του τμήματος της δευτερεύουσας ξεκινώντας από τα κατάντη Ε x = Ε d *E f = 0,9*,095=0,855 Και καταρτίζεται ο παρακάτω Πίνακας

15 Μέθοδος Συνεχούς Ροής o Άσκηση 1 - Λύση Και καταρτίζεται ο παρακάτω Πίνακας Από την απαιτούμενη παροχή (στήλη 4) και την αρχικά επιλεγείσα (στήλη 5) με βάση την αρδευτική κεφαλή εκλέγεται η παροχή σχεδιασμού (στήλη 6) που είναι ίση με τον ελάχιστο αριθμό αρδευτικών κεφαλών που ικανοποιεί την απαιτούμενη παροχή.

16 Η Μέθοδος εκ περιτροπής o Στη μέθοδο της εκ περιτροπής διανομής του αρδευτικού νερού τόσο τα αγροτεμάχια όσο και οι διώρυγες οργανώνονται σε ομάδες και δέχονται το αρδευτικό νερό κατά ένα καθορισμένο πρόγραμμα. o Γενικά είναι δύσκολη η εφαρμογή της μεθόδου εκ περιτροπής σε εκτάσεις που καλύπτονται από διάφορες καλλιέργειες, με διαφορετικές ανάγκες σε αρδευτικό νερό. o Το βασικό κριτήριο επιλογής των ομάδων των διωρύγων στην εκ περιτροπής διανομή είναι η ελαχιστοποίηση της απαιτούμενης παροχής του αντίστοιχου τμήματος της ανάντη διώρυγας. o Ας θεωρήσουμε ότι η διανομή νερού γίνεται με τη μέθοδο της συνεχούς ροής στις πρωτεύουσες και με τη μέθοδο της εκ περιτροπής στις δευτερεύουσες και στις τριτεύουσες. o Ας θεωρήσουμε το μήνα αιχμής κατά τον οποίο η πρωτεύουσα διώρυγα λειτουργεί χωρίς διακοπή. o Αν R s, οι ομάδες των δευτερευουσών στην πρωτεύουσα κάθε ομάδα θα δέχεται νερό στο 1/R s του χρόνου που λειτουργεί η πρωτεύουσα.

17 Η Μέθοδος εκ περιτροπής o Αν R Τ, οι ομάδες των τριτευουσών σε μια δευτερεύουσα κάθε ομάδα τριτευουσών θα δέχεται νερό στο 1/R Τ του χρόνου που λειτουργεί η δευτερεύουσα. o Δηλαδή κάθε ομάδα τριτευουσών θα λειτουργεί 1/R S R Τ του χρόνου λειτουργίας του δικτύου, αφού ο χρόνος της εκ περιτροπής διανομής για τις τριτεύουσες είναι R S R Τ. o Αν η εκ περιτροπής διανομή περιλάβει και τα αγροτεμάχια (R F ομάδες) τότε ο χρόνος θα είναι R S R Τ R F o Κάθε αγροτεμάχιο θα έχει νερό για άρδευση σε μια από τις R S R Τ R F ημέρες. o Συνήθως στην περίπτωση που η μέθοδος της εκ περιτροπής διανομής περιλαμβάνει και τα αγροτεμάχια, για τη μείωση του χρόνου R S R Τ R F το αρδευτικό νερό χορηγείται στις R F ομάδες για μερικές ώρες του 24ώρου. o Δηλαδή αν η τριτεύουσα λειτουργεί μία ημέρα στις R S R Τ ημέρες, η παροχή της διώρυγας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί εκ περιτροπής από n γεωργούς (n αγροτεμάχια) με διάρκεια άρδευσης κάθε αγροτεμαχίου 24/n ώρες. o Οι πιο συνηθισμένες τιμές του συνδυασμού R S R Τ που έχουν χρησιμοποιηθεί είναι 2Χ3, 3Χ2,1Χ4, 3Χ3 και 2Χ2 χωρίς να αποκλείονται άλλοι συνδυασμοί.

18 Η Μέθοδος εκ περιτροπής o Η απαιτούμενη παροχή στην εκ περιτροπής διανομή του αρδευτικού νερού στις δευτερεύουσες και στις τριτεύουσες υπολογίζεται: όπου Α Τ, είναι η εκάστοτε μεγαλύτερη αρδευόμενη έκταση κατάντη Ε x, οι απώλειες κατά τη μεταφορά και τη διανομή Αν υπάρχουν διαφορετικές q C για κάθε ομάδα πρέπει να χρησιμοποιείται το μεγαλύτερο q C *A T

19 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Σκαρίφημα δικτύου διωρύγων με τις αντίστοιχες αρδευόμενες εκτάσεις

20 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Εκφώνηση Στο δίκτυο αρδευτικών διωρύγων του παρακάτω σχήματος δίνονται: Ειδική συνεχής παροχή στο αγροτεμάχιο q c = 1 L/s*ha Οι εκτάσεις σε εκτάρια (ha) που αντιστοιχούν σε κάθε τριτεύουσα Ζητούνται οι παροχές σχεδιασμού των τμημάτων των δευτερευουσών διωρύγων Ε3.1, Ε3.2, Ε3.3 και Ε3.4 καθώς και της πρωτεύουσας Ε3 με την εκ περιτροπής μέθοδο διανομής 2Χ3. Να μη ληφθούν υπόψη οι απώλειες νερού στο δίκτυο των διωρύγων.

21 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Ο υπολογισμός της παροχής σχεδιασμού θα γίνει με βάση την εξίσωση όπου R S = 2 (ομάδες δευτερευουσών) R T = 3 (ομάδες τριτευουσών) Ξεκινώντας από κατάντη ο καθορισμός των 3 ομάδων τριτευουσών γίνεται με γνώμονα: Το βασικό κριτήριο επιλογής των ομάδων των διωρύγων στην εκ περιτροπής διανομή είναι η ελαχιστοποίηση της απαιτούμενης παροχής του αντίστοιχου τμήματος της ανάντη διώρυγας Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Άρα ξεκινάμε με τη δευτερεύουσα Ε3.4 και πρέπει να σχηματίσουμε τρεις ομάδες τριτευουσών.

22 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Άρα ξεκινάμε με τη δευτερεύουσα Ε3.4 και πρέπει να σχηματίσουμε τρεις ομάδες τριτευουσών. Υποθέτω πως Ε3.4η (1) και Ε3.4θ (2) Για τον υπολογισμό της παροχής του τμήματος Σ1Σ2 της δευτερεύουσας Ε3.4 παίρνεται η δυσμενέστερη κατάσταση δλδ η μέγιστη έκταση Α max από τις υφιστάμενες ομάδες (1) και (2) Α max = Ομάδα (2) = Α Ε3.4θ = 43 ha Q Σ1Σ2 = R S *R T *q c *A max = 2*3*1*43 = 258 L/s

23 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ2Σ3 της δευτερεύουσας Ε3.4 Εφόσον δηλώθηκαν ήδη οι ομάδες (1) και (2) πρέπει στις τριτεύουσες Ε3.4ζ και Ε3.4ε σίγουρα να δηλωθεί σε κάποια η ομάδα (3) και η άλλη ομάδα θα βγει με γνώμονα Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Και ξεκινούν οι συνδυασμοί: 4 συνδυασμοί 1. Ε3.4ε (1) & Ε3.4ζ (3) τότε Α (1) = 32+44=76 ha = A max A (2) = 43 ha A (3) = 50 ha 2. Ε3.4ε (2) & Ε3.4ζ (3) τότε Α (1) = 44 ha A (2) = 43+44=87 ha = A max A (3) = 50 ha

24 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ2Σ3 της δευτερεύουσας Ε3.4 Εφόσον δηλώθηκαν ήδη οι ομάδες (1) και (2) πρέπει στις τριτεύουσες Ε3.4ζ και Ε3.4ε σίγουρα να δηλωθεί σε κάποια η ομάδα (3) και η άλλη ομάδα θα βγει με γνώμονα Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Και ξεκινούν οι συνδυασμοί: 4 συνδυασμοί 3. Ε3.4ε (3) & Ε3.4ζ (1) τότε Α (1) = 32+50=82 ha = A max A (2) = 43 ha A (3) = 44 ha 4. Ε3.4ε (3) & Ε3.4ζ (2) τότε Α (1) = 44 ha A (2) = 43+50=93 ha = A max A (3) = 44 ha

25 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ2Σ3 της δευτερεύουσας Ε3.4 Για τον υπολογισμό της παροχής του τμήματος Σ2Σ3 της δευτερεύουσας Ε3.4 επιλέγεται εκείνος ο συνδυασμός των ομάδων που μας δίνει την ελάχιστη δυσμενέστερη κατάσταση δλδ την ελάχιστη από τις μέγιστες εκτάσεις Α max των συνδυασμών Επιλέγεται ο συνδυασμός 1 Α (1) = 32+44=76 ha = A max Α max = Ομάδα (1) = Α Ε3.4θ = 76 ha Q Σ2Σ3 = R S *R T *q c *A max = 2*3*1*76 = 456 L/s Οι εκτάσεις των ομάδων ως εδώ είναι: Α (1) = 76 ha A (2) = 43 ha A (3) = 50 ha

26 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ3Σ4 της δευτερεύουσας Ε3.4 Εφόσον δηλώθηκαν όλες οι ομάδες πρέπει στις τριτεύουσες Ε3.4γ και Ε3.4δ να δηλωθούν σε όλες τις ομάδες με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς, με γνώμονα: Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Και ξεκινούν οι συνδυασμοί: 6 συνδυασμοί 1. Ε3.4δ (1) & Ε3.4γ (3) τότε Α (1) = 76+38=114 ha = A max A (2) = 43 ha A (3) = 50+52=102 ha 2. Ε3.4δ (1) & Ε3.4γ (2) τότε Α (1) = 76+38=114 ha = A max A (2) = 43+52=95 ha A (3) = 50 ha

27 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ3Σ4 της δευτερεύουσας Ε3.4 Εφόσον δηλώθηκαν όλες οι ομάδες πρέπει στις τριτεύουσες Ε3.4γ και Ε3.4δ να δηλωθούν σε όλες τις ομάδες με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς, με γνώμονα: Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Και ξεκινούν οι συνδυασμοί: 6 συνδυασμοί 3. Ε3.4δ (2) & Ε3.4γ (3) τότε Α (1) = 76 A (2) = 43+38=81 ha A (3) = 50+52=102 ha = A max 4. Ε3.4δ (2) & Ε3.4γ (1) τότε Α (1) = 76+52=128 ha = A max A (2) = 43+38=81 ha A (3) = 50 ha

28 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ3Σ4 της δευτερεύουσας Ε3.4 Εφόσον δηλώθηκαν όλες οι ομάδες πρέπει στις τριτεύουσες Ε3.4γ και Ε3.4δ να δηλωθούν σε όλες τις ομάδες με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς, με γνώμονα: Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Και ξεκινούν οι συνδυασμοί: 6 συνδυασμοί 5. Ε3.4δ (3) & Ε3.4γ (2) τότε Α (1) = 76 A (2) = 43+52=95 ha = A max A (3) = 50+38=88 6. Ε3.4δ (3) & Ε3.4γ (1) τότε Α (1) = 76+52=128 ha = A max A (2) = 43ha A (3) = = 88 ha

29 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ3Σ4 της δευτερεύουσας Ε3.4 Για τον υπολογισμό της παροχής του τμήματος Σ3Σ4 της δευτερεύουσας Ε3.4 επιλέγεται εκείνος ο συνδυασμός των ομάδων που μας δίνει την ελάχιστη δυσμενέστερη κατάσταση δλδ την ελάχιστη από τις μέγιστες εκτάσεις Α max των συνδυασμών Επιλέγεται ο συνδυασμός 5 Α (2) = 43+52=95 ha = A max Α max = Ομάδα (2) = Α Ε3.4θ + Α Ε3.4γ = 95 ha Q Σ2Σ3 = R S *R T *q c *A max = 2*3*1*95 = 570 L/s Οι εκτάσεις των ομάδων ως εδώ είναι: Α (1) = 76 ha A (2) = 95 ha A (3) = 88 ha

30 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ4Σ5 της δευτερεύουσας Ε3.4 Οι τριτεύουσες Ε3.4α και Ε3.4β πρέπει να δηλωθούν σε όλες τις ομάδες με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς, με γνώμονα: Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Και ξεκινούν οι συνδυασμοί: 6 συνδυασμοί 1. Ε3.4β (1) & Ε3.4α (3) τότε Α (1) = 76+43=119 ha A (2) = 95 ha A (3) = 88+36=124 ha = A max 2. Ε3.4β (1) & Ε3.4α (2) τότε Α (1) = 76+43=119 ha A (2) = 95+36=131 ha = A max A (3) = 88 ha

31 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ4Σ5 της δευτερεύουσας Ε3.4 Οι τριτεύουσες Ε3.4α και Ε3.4β πρέπει να δηλωθούν σε όλες τις ομάδες με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς, με γνώμονα: Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Και ξεκινούν οι συνδυασμοί: 6 συνδυασμοί 3. Ε3.4β (2) & Ε3.4α (3) τότε Α (1) = 76 ha A (2) = =138 ha = A max A (3) = 88+36=124 ha 4. Ε3.4β (2) & Ε3.4α (1) τότε Α (1) = 76+36=112 ha A (2) = 95+43=138 ha = A max A (3) = 88 ha

32 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ4Σ5 της δευτερεύουσας Ε3.4 Οι τριτεύουσες Ε3.4α και Ε3.4β πρέπει να δηλωθούν σε όλες τις ομάδες με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς, με γνώμονα: Ελαχιστοποίηση της Μέγιστης Έκτασης Α max των ομάδων τριτευουσών που προκύπτουν από συνδυασμούς Και ξεκινούν οι συνδυασμοί: 6 συνδυασμοί 5. Ε3.4β (3) & Ε3.4α (2) τότε Α (1) = 76 ha A (2) = =131 ha = A max A (3) = 88+43=131 ha = A max 6. Ε3.4β (3) & Ε3.4α (1) τότε Α (1) = 76+36=112 ha A (2) = 95 ha A (3) = =131 ha = A max

33 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Υπολογισμός παροχής τμήματος Σ4Σ5 της δευτερεύουσας Ε3.4 Για τον υπολογισμό της παροχής του τμήματος Σ4Σ5 της δευτερεύουσας Ε3.4 επιλέγεται εκείνος ο συνδυασμός των ομάδων που μας δίνει την ελάχιστη δυσμενέστερη κατάσταση δλδ την ελάχιστη από τις μέγιστες εκτάσεις Α max των συνδυασμών Επιλέγεται ο συνδυασμός 1 A (3) = 88+36=124 ha = A max Α max = Ομάδα (3) = Α Ε3.4ζ + Α Ε3.4δ + Α Ε3.4α = 124 ha Q Σ2Σ3 = R S *R T *q c *A max = 2*3*1*124= 744 L/s Οι εκτάσεις των ομάδων ως εδώ είναι: Α (1) = 119 ha A (2) = 95 ha A (3) = 124 ha

34 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Με όμοιο τρόπο γίνεται η ένταξη των άλλων τριτευουσών σε ομάδες των δευτερευουσών διωρύγων Ε3.1, Ε3.2, Ε3.3.

35 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Επομένως, η παροχή σχεδιασμού του τμήματος Τ5Σ5 της Ε3 είναι 744 L/s ίση με την παροχή σχεδιασμού του τμήματος Σ5Σ4 της Ε3.4. Η παροχή σχεδιασμού του τμήματος Υ5Τ5 της Ε3 είναι 810 L/s, γιατί I. οι διώρυγες Ε3.3 και Ε3.4 λειτουργούν εκ περιτροπής και η δυσμενέστερη είναι αυτή της Ε3.3 II.ίση με την παροχή σχεδιασμού του τμήματος Τ5Τ4 της Ε3.3. Η διώρυγα Ε3.2 εντάσσεται στην ίδια ομάδα με την Ε3.4 (Ομάδα Ι). Επειδή η αρίθμηση των ομάδων των τριτευουσών στη διώρυγα Ε3.2 είναι ανεξάρτητη από αυτή της διώρυγας Ε3.4 που λειτουργούν ταυτόχρονα είναι δυνατόν να συνδυασθούν οι ομάδες των δύο αυτών διωρύγων κατά τέτοιο τρόπο ώστε η παροχή σχεδιασμού για το τμήμα Φ5Υ5 να είναι η μικρότερη δυνατή. Γίνεται και εδώ συνδυασμός των ομάδων των δύο τριτευουσών.

36 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Οι συνδυασμοί είναι τρεις: Ε.2 Ε.4 Έκταση (ha) Παροχή (L/s) ha 1380 L/s ha 1390 L/s ha 1626 L/s ha 1410 L/s ha 1542 L/s ha 1452 L/s ha 636 L/s ha 1572 L/s ha 1596L/s Επομένως επιλέγεται ο 2 ος συνδυασμός και άρα η παροχή του τμήματος Φ5Υ5 είναι 1542 L/s.

37 Επομένως επιλέγεται ο 3 ος συνδυασμός και άρα η παροχή του τμήματος ανάντη του Φ5 είναι 1566 L/s. Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Απομένει το τμήμα ανάντη της Φ5 Οι δευτερεύουσες Ε3.1 και Ε3.3 ανήκουν στην ίδια ομάδα (Ομάδα ΙΙ) Και εδώ τρεις συνδυασμοί: Ε.1 Ε.3 Έκταση (ha) Παροχή (L/s) ha 1410 L/s ha 1590 L/s ha 1308 L/s ha 1152L/s ha 1602 L/s ha 1554 L/s ha 1398 L/s ha 1344L/s ha 1566 L/s

38 Η Μέθοδος εκ περιτροπής Άσκηση 2 Επίλυση Επομένως λύθηκε η άσκηση

39 Μέθοδος με Ελεύθερη Ζήτηση o Η μέθοδος διανομής του αρδευτικού νερού με ελεύθερη ζήτηση μελετήθηκε και εφαρμόσθηκε στα δίκτυα υπό πίεση όπως είναι τα συλλογικά δίκτυα καταιονισμού. o Στην ελεύθερη ζήτηση η ονομαστική παροχή των υδροστομίων Q 0 είναι πολύ μεγαλύτερη από την ειδική συνεχή παροχή q c. o Έτσι, είναι βέβαιο ότι η παροχή Q μέσα σε έναν αγωγό που έχει κατάντη R υδροστόμια ονομαστικής Q 0 τα οποία αρδεύουν μία έκταση A a, θα παίρνει τιμές τέτοιες ώστε: A a *q c < Q < R*Q 0 o Οι υψηλές τιμές των Q 0 έχουν ως συνέπεια τα υδροστόμια να λειτουργούν ένα μέρος μόνο του χρόνου. o Η πιθανότητα να είναι εν χρήσει όλα συγχρόνως είναι πολύ μικρή. o Το πρόβλημα είναι λοιπόν να υπολογίσουμε την παροχή αιχμής με τέτοιο τρόπο, ώστε να περιορίσουμε στο μέγιστο δυνατό τις διαμέτρους των σωληνώσεων μεταφοράς. o Στην πρώτη φάση τα δίκτυα που λειτουργούν με ελεύθερη ζήτηση υπολογίσθηκαν με εμπειρικές μεθόδους που οφείλονται σε πραγματικές παρατηρήσεις. o Οι μέθοδοι αυτές προτείνουν συντελεστές ελευθερίας που αυξάνουν τη μέση τιμή των αναγκών σε νερό όπως προκύπτουν από την ειδική παροχή.

40 Μέθοδος με Ελεύθερη Ζήτηση o Έτσι, η παροχή σχεδιασμού Q υπολογίζεται: Q = (1+k)*q td *A a όπου k, είναι ο συντελεστής ελευθερίας που προσδιορίζεται εμπειρικά ανάλογα με το μέγεθος της κατάντη έκτασης A a q td, είναι η ειδική παροχή που αντιστοιχεί στο χρόνο λειτουργίας του δικτύου t d ώρες ανά 24ώρο. o o Ο Γάλλος μηχανικός Rene Clement χρησιμοποίησε τη θεωρία των πιθανοτήτων για τον προσδιορισμό των ταυτόχρονα λειτουργούντων υδροστομίων και συνεπώς και της παροχής σχεδιασμού του αγωγού που τα τροφοδοτεί. Πρότεινε δύο τύπους: 1. Πρώτος νόμος ζήτησης (1955) 2. Δεύτερος νόμος ζήτησης (1966)

41 Πρώτος νόμος ζήτησης του Clement (1955) o O Clement για να αναπτύξει το ομοίωμα (μοντέλο) του έκανε τις εξής υποθέσεις: 1. Όλα τα υδροστόμια είναι όμοια και ανεξάρτητα μεταξύ τους (έχουν την ίδια ονομαστική παροχή και αρδεύουν ομοιόμορφους αγρούς τόσο από πλευράς έκτασης όσο και αναγκών). 2. Η πιθανότητα λειτουργίας κάθε υδροστομίου p είναι σταθερή και ίση προς: o Ο υπολογισμός της παροχής αιχμής πρέπει να γίνει την περίοδο της εποχής άρδευσης με τις μεγαλύτερες ανάγκες: την περίοδο αιχμής Τ a o Ο Clement δέχεται ότι κατά την περίοδο αυτή είναι δυνατό το δίκτυο να μην χρησιμοποιείται συνεχώς, δηλαδή ότι υπάρχουν χρονικά διαστήματα κατά τα οποία η παροχή είναι μηδενική. o Έτσι, εισάγει το διαθέσιμο χρόνο Τ = r*t a όπου r, ορίζεται σαν χρονική απόδοση του δικτύου. o Μαθηματικό ομοίωμα της λειτουργίας των υδροστομίων Χρήση διωνυμικού νόμου

42 Πρώτος νόμος ζήτησης του Clement (1955)

43 Πρώτος νόμος ζήτησης του Clement (1955)

44 Πρώτος νόμος ζήτησης του Clement (1955)

45 Πρώτος νόμος ζήτησης του Clement (1955)

46 Πρώτος νόμος ζήτησης του Clement (1955)

47 Πρώτος νόμος ζήτησης του Clement (1955)

48 Πρώτος νόμος ζήτησης του Clement (1955)

49 Δεύτερος νόμος ζήτησης του Clement (1966) o O Clement για να αναπτύξει το ομοίωμα (μοντέλο) του έκανε τις εξής υποθέσεις: 1. Η λειτουργία του δικτύου περιγράφεται από μια στοχαστική διαδικασία γέννησης και θανάτου: στοχαστική αλυσίδα MARKOV (Nelson, 1995), μόνιμος, ασυνεχής, ομοιογενής μέσα στο χρόνο. 2. Ο αριθμός των εγκατεστημένων υδροστομίων είναι R. Ο αριθμός των ανοικτών υδροστομίων είναι N < R. 3. Όλα τα υδροστόμια είναι όμοια. 4. Οι διάρκειες άρδευσης των υδροστομίων είναι ανεξάρτητες. 5. Οι διάρκειες άρδευσης ακολουθούν την ίδια κατανομή με μέση τιμή Θ. 6. Το δίκτυο λειτουργεί μόνο ένα μέρος του συνολικού χρόνου της περιόδου αιχμής. o Προσεγγιστική σχέση Επειδή η αναλυτική σχέση είναι αρκετά πολύπλοκη γίνεται χρήση μιας πιο απλοποιημένης μορφής της: (Δεύτερος Τύπος Clement) Pa, επίπεδο μη ικανοποίησης της ζήτησης

50 Δεύτερος νόμος ζήτησης του Clement (1966) Άσκηση 2 Εκφώνηση Έστω δίκτυο με τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Αρδευόμενη έκταση A a = 25 ha Συνολικός αριθμός υδροστομίων, R = 25 Ονομαστική παροχή υδροστομίων, Q 0 = 3 L/s Ειδική συνεχής παροχή, q c = 0.5 L/s Να βρεθεί με τον πρώτο και δεύτερο τύπο του Clement ο μέγιστος αριθμός Ν των συγχρόνως λειτουργούντων υδροστομίων με ποιότητα λειτουργίας P(z) = 99% και 95% και μη ικανοποίηση της ζήτησης P a = 1%, για 16ώρη λειτουργία. Άσκηση 2 Λύση Η πιθανότητα ένα υδροστόμιο να είναι ανοιχτό είναι: = (25*0.5)/((16/24)*25*3)= 0.25 και q = 1-p = 0.75 Με βάση τον πρώτο τύπο του Clement: Για P(z) = 99% από Πίνακα z N = = 25* *(25*0.25*0.75) 1/2 = δλδ 11 υδροστόμια

51 Δεύτερος νόμος ζήτησης του Clement (1966) Άσκηση 2 Λύση Με βάση τον πρώτο τύπο του Clement: Για P(z) = 95% από Πίνακα z N = = 25* *(25*0.25*0.75) 1/2 = 9.81 δλδ 10 υδροστόμια Με βάση το δεύτερο τύπο του Clement: = = 0.01*(25*0.25*0.75) 1/2 Από τον παρακάτω πίνακα για h(z N ) = βρίσκουμε z N = * (2.42* )/0.01 = 11.5 δλδ 12 υδροστόμια =