ΥδροδυναµικέςΜηχανές

Transcript

1 ΥδροδυναµικέςΜηχανές Υδραυλική ενέργεια Εργαστήριο Αιολικής Ενέργειας Τ.Ε.Ι. Κρήτης ηµήτρης Αλ. Κατσαπρακάκης

2 Υδραυλικήενέργεια Υδραυλική ενέργεια ονοµάζεται η ενέργεια που προέρχεται απότονερό: καθώςτονερόπέφτειαπόκάποιούψος (π.χ. έναν καταρράκτη) ή καθώς ρέει µε µεγάλη ταχύτητα, µπορεί να περιστρέψει τροχούς µε πτερύγια (υδροστροβίλους). Προϋπόθεση για την ανάπτυξη υδροδυναµικού είναι η ύπαρξη επιφανειακής απορροής και κλίσεως εδάφους, ώστε να σχηµατίζεται η απαιτούµενη υψοµετρική διαφορά. Ένα υδροηλεκτρικό έργο (ΥΗΕ) αξιοποιεί µέρος της ενέργειας του νερού, το οποίο, υπό την επίδραση της βαρύτητας, ρέει µέχρι να φτάσει στην κατώτερη δυνατή στάθµη, δηλαδή αυτή της θάλασσας. ΕάνηενέργειααυτήδεναξιοποιηθείσεέναΥΗΕ, τότε χάνεται µε τη µορφή τριβών, αποτέλεσµα των οποίων είναι η µεταφορά φερτών υλικών.

3 Υδραυλικήενέργεια

4 Παροχήυδατορεύµατος Το βασικό δεδοµένο που απαιτείται για τη µελέτη ενός ΥΗΕ είναι η χρονική διακύµανση της παροχής υδατορεύµατος στη θέση της υδροληψίας του έργου, δηλαδή χρονοσειρές της παροχής, οι οποίες αρκεί να είναι ηµερήσιας ή µηνιαίας χρονικής κλίµακας. Η παροχή του υδατορεύµατος αποτελεί πρωτεύουσα πληροφορία, καθώς επηρεάζει την επιλογή µεγέθους και το πλήθοςτωνµονάδωνπαραγωγήςκαιτηδιαστασιολόγηση, άρακαιτοκόστοςτωνσυνοδώνέργων. εδοµένης της διακύµανσης της παροχής από µήνα σε µήνακαιαπόέτοςσεέτος, γιατηνασφαλήµελέτηενόςυηε θα πρέπει να υπάρχουν διαθέσιµες µετρήσεις παροχής διάρκειας 40 ετώνγιαµεγάλουηεκαι 20 ετώνγιαµικρό ΥΗΕ (<10MW).

5 Υδρολογία Η διαθεσιµότητα µετρήσεων παροχής για µεγάλα χρονικά διαστήµατα είναι δύσκολη και δαπανηρή. Συνήθως δεν υπάρχουν µετρήσεις παροχής για το απαιτούµενο χρονικό διάστηµα, ειδικά σε µικρά υδατορεύµατα. Το κενό της µη διάθεσης των απαιτούµενων µετρήσεων παροχής καλύπτει η υδρολογία. Η υδρολογία αποσκοπεί στην εκτίµηση της παροχής υδατορεύµατος, µέσω µεθόδων που βασίζονται στη δευτερεύουσα υδρολογική πληροφορία, δηλαδή αυτή των ατµοσφαιρικώνκατακρηµνισµάτων (βροχοπτώσεις, χιονοπτώσεις κλπ). Η µέτρηση των ατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων είναι σαφώς ευκολότερη και φθηνότερη.

6 Λεκάνηαπορροής Στη λεκάνη του υδατορεύµατος που θα γίνει η συλλογή της επιφανειακήςαπορροής (φράγµακαιυδροληψία) συγκεντρώνονται τα επιφανειακά νερά µιας περιοχής που ονοµάζεται λεκάνη απορροής ή υδρολογική λεκάνη. Οριακό στρώµα Συνεπώς, τα νερά της λεκάνης απορροής συνεισφέρουν στην απορροή που διέρχεται απόµίαδιατοµήα.

7 Οριακό στρώµα Λεκάνηαπορροής Το όριο της λεκάνης απορροής καθορίζεται από τη γεωµορφολογία της περιοχής και ονοµάζεται υδροκρίτης. Προφανώς σε κάθε διατοµή του υδατορεύµατος αντιστοιχεί διαφορετική λεκάνη απορροής, η επιφάνεια της οποίας αυξάνεται καθώς η διατοµή µετατοπίζεται κατάντι. Μία λεκάνη απορροής αποτελείται από υπολεκάνες, κάθεµίααπότιςοποίες αντιστοιχεί στα ρυάκια και παραποτάµους που συµβάλουν στο υδατόρευµα, ανάντι της διατοµής Α.

8 Οριακό στρώµα Λεκάνηαπορροής Μία κλειστή λεκάνη απορροής, δηλαδή µία λεκάνη που δεν εκβάλλει στη θάλασσα, αντιστοιχεί στο σχηµατισµό λίµνης. Η χωρική κλίµακα στην οποία συσχετίζονται τα ατµοσφαιρικά κατακρηµνίσµατα µε την επιφανειακή απορροή είναι αυτή της λεκάνης απορροής. Υποτίθεται δηλαδή ότι δεν υπάρχει αλληλεπίδραση µεταξύ γειτονικών λεκανών απορροής.

9 ΥδατικάδιαµερίσµαταΕλλάδας Η Ελλάδα, λόγω του έντονου αναγλύφου, χαρακτηρίζεται από µεγάλο πλήθος λεκανών απορροής, µεσαίου και µικρού µεγέθους. Οι λεκάνες αυτές έχουν οµαδοποιηθεί σε 14 υδατικά διαµερίσµατα, µε κριτήρια κλιµατικής και υδρολογικής οµογένειας. Οριακό στρώµα

10 Υδατικά διαµερίσµατα Ελλάδας Οριακό στρώµα

11 Οριακό στρώµα Υδρολογικόςκύκλος Ως υδρολογικός κύκλος ορίζεται η αέναη κίνηση του νερού µεταξύ των ωκεανών, των λιµνών, των ποταµών, της ατµόσφαιρας και της γης, η οποία συνοδεύεται και από αλλαγές της κατάστασης του νερού µεταξύ υγρής, αέριας και στερεής φάσης. Κινητήρια δύναµη αυτής της κίνησης είναι η ηλιακή ενέργεια. Για αυτό ακριβώς το λόγο η υδραυλική ενέργεια είναι ανανεώσιµη.

12 Φάσειςυδρολογικούκύκλου Οι κυριότερες φάσεις του υδρολογικού κύκλου είναι: εξάτµισηαπότηνξηράκαιτιςυδάτινεςεπιφάνειες (λίµνες, ποτάµια, θάλασσα): το νερό από την υγρή φάση µετατρέπεται σε υδρατµούς που ανεβαίνουν στην ατµόσφαιρα και κινούνται υπό την επίδραση των ανέµων διαπνοήοριακό από τα φυτά και τη βλάστηση: το νερό µετατρέπεται και πάλιστρώµα σε υδρατµούς που µεταφέρονται στην ατµόσφαιρα κατακρήµνιση των υδρατµών: οι υδρατµοί, αφού συµπυκνωθούν σε υγρή φάση στην ατµόσφαιρα σχηµατίζοντας σύννεφα, κατακρηµνίζονται µε τη µορφή βροχής, χιονιού ή χαλαζιού στην επιφάνεια της γης κατακράτηση των ατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων από τη βλάστηση και το έδαφος

13 Φάσειςυδρολογικούκύκλου Οι κυριότερες φάσεις του υδρολογικού κύκλου είναι: διήθηση του επιφανειακού νερού στο έδαφος: µέρος της ποσότητας του νερού επαναφορτίζει τους υπόγειους ταµιευτήρες και απορρέει υπόγεια, διαµέσω των ρωγµών των γεωλογικών σχηµατισµών και καταλήγει είτε στην επιφάνεια της γης, σχηµατίζοντας πηγές, είτε στην θάλασσα Οριακό στρώµα (υπόγεια εκροή) επιφανειακή απορροή: το νερό, µέσω του σχηµατισµού των ρεµάτων και των ποταµών, καταλήγει τελικά στη θάλασσα. Η τελευταία φάση του υδρολογικού κύκλου, δηλαδή η επιφανειακή απορροή, είναι αυτή που ενδιαφέρει την υδρολογική αξιοποίηση µέσω ενός ΥΗΕ.

14 Οριακό στρώµα Υδρολογικόςκύκλος

15 Εξίσωσηυδατικούισοζυγίου Ηεφαρµογήτηςαρχήςτηςσυνέχειαςσεένανόγκο αναφοράς οδηγεί στη διατύπωση της εξίσωσης του υδατικού ισοζυγίου. Σύµφωνα µε αυτή, σε ένα χρονικό διάστηµα το αλγεβρικό άθροισµα των διαφόρων µορφών διακίνησης και αποθήκευσης του νερού είναι ίσο µε µηδέν, δηλαδή: S = I O Οριακό στρώµα όπου: S η µεταβολή του αποθηκευµένου όγκου νερού Ι οι συνολικές εισροές στον όγκο αναφοράς Ο οι συνολικές εκροές από τον όγκο αναφοράς.

16 Εξίσωσηυδατικούισοζυγίου Σε µία απλή λεκάνη απορροής, χωρίς τεχνητά υδραυλικά έργα, η µοναδική εισροή στον οριζόµενο από αυτήν όγκο αναφοράς είναι τα ατµοσφαιρικά κατακρηµνίσµατα P. ΟιεκροέςαπότηλεκάνηθαείναιηεξατµησιοδιαπνοήΕκαι η επιφανειακή απορροή Q. Η εξίσωση Οριακό υδατικού ισοζυγίου σε ένα χρονικό διάστηµα έχει τη µορφή: στρώµα S = P E Q.

17 Εξίσωσηυδατικούισοζυγίου Στην περίπτωση που το χρονικό διάστηµα είναι µεγάλο (της τάξης ετών), είναι λογικό να θεωρηθεί ότι S=0, δεδοµένου ότι η διακύµανση του αποθηκευµένου νερού σε υπόγειους υδροφορείς και στο έδαφος µε τη µορφή υγρασίας, σε µεγάλα χρονικά διαστήµατα, δεν µεταβάλλεται. Στην περίπτωση αυτή η εξίσωση υδατικού ισοζυγίου έχει τη µορφή: Οριακό στρώµα S = P E Q = 0 Q = P E. Η ένταση µιας κατακρήµνισης είναι συνήθως µεγαλύτερη όταν διαρκεί λιγότερο χρόνο και αντίστροφα. Επίσης η ένταση µιας κατακρήµνισης αυξάνει όσο µικρότερη είναι η επιφάνεια στην οποία εκδηλώνεται.

18 Μέτρησηατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων Η ποσότητα των ατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων σε ένα σηµείο µιας λεκάνης απορροής, µετράται από το ύψος h σε χιλιοστά στήλης σε δεδοµένο χρονικό διάστηµα t. Ως ένταση i κατακρηµνισµάτων ορίζεται το πηλίκο της µεταβολής του ύψους h προς το χρονικό διάστηµα που αυτή επετεύχθη: i = h/t.

19 Μέτρησηατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων Η ατµοσφαιρική κατακρήµνιση παρουσιάζει έντονη ανοµοιοµορφία, συνεπώς η πλήρης γνώση του φαινοµένου θα απαιτούσε τη γνώση του πεδίου h(x,y,t) σε κάθε σηµείο (x,y) της µελετούµενης λεκάνης απορροής. Ηµέτρησητωνκατακρηµνισµάτωνγίνεταιµεταβροχόµετρα, τα οποία είναι όργανα σηµειακής µέτρησης. Συνεπώς, η εκτίµηση της χρονικής εξέλιξης των κατακρηµνίσεων σε µία περιοχή θα προσεγγίζει περισσότερο την πραγµατικότητα όσο περισσότερα βροχόµετρα έχουν εγκατασταθεί στην εν λόγω περιοχή. Στην Ελλάδα έχουµε συνολικά βροχόµετρα (µετεωρολογικοί σταθµοί), που, µε βάση την έκταση της χώρας, αντιστοιχούνσε 9 σηµείαµέτρησηςανά 1.000km 2.

20 Βροχόµετρο -Βροχογράφος Βροχόµετρο Βροχογράφος

21 Εκτίµησητουµέσουύψους βροχόπτωσηςσεµιαπεριοχή Οι µετρήσεις των βροχοµέτρων σε µία περιοχή χρησιµοποιούνται για την εκτίµηση του µέσου ύψους βροχόπτωσης στην περιοχή αυτή, µε διάφορες µεθόδους. Η πλέον κλασσική είναι η µέθοδος Thiessen: η περιοχή µελέτης χωρίζεται σε πολύγωνα που ορίζονται από τις µεσοκαθέτους των ευθυγράµµων τµηµάτων που ενώνουν τα σηµεία εγκατάστασης των βροχοµετρικών σταθµών. Σεκάθεπολύγωνο, εµβαδού S i, υποτίθεταιότιτούψος βροχόπτωσηςισούταιµε h i, αυτόδηλαδήτουβροχοµετρικού σταθµού που περικλείεται από το πολύγωνο.

22 Εκτίµησητουµέσουύψους βροχόπτωσηςσεµιαπεριοχή Τοµέσούψοςβροχόπτωσης h στηνπεριοχήµελέτης, συνολικούεµβαδού S, η οποία έχει χωριστεί σε n πολύγωνα, δίνεται από τη σχέση: h + =... h + 1 S1 + S Sn h n S h 2 S S 2 ΓιατηµελέτηενόςΥΗΕαπαιτείταιηγνώσητουµέσουύψους βροχόπτωσης σε µια λεκάνη απορροής ανά µήνα.

23 Ασφαλείςµετρήσεις βροχοπτώσεων εδοµένου ότι οι βροχοπτώσεις είναι στατιστικό µέγεθος, για να είναι αξιοποιήσιµες σχετικές µετρήσεις, θα πρέπει να αναφέρονται σε χρονικό διάστηµα ετών. Το σφάλµα στην εκτίµηση της ετήσιας ποσότητας βροχόπτωσης αυξάνει δραµατικά µε τη µείωση της περιόδου µετρήσεων. Πλήθος ετών Σφάλµα εκτίµησης (%) +51 έως έως έως έως έως έως έως -2

24 Εξάτµιση -διαπνοή Εξάτµιση: ηµετατροπήτουνερούαπότηνυγρήστηναέριαφάση. ιαπνοή: ηµετατροπήτουνερούαπότηνυγρήστηναέριαφάσηπου επιτελείται στους πόρους των φυλλωµάτων των δέντρων και των φυτών, ως τµήµα της φωτοσύνθεσης. Η εξάτµιση µπορεί να γίνει οποιαδήποτε χρονική στιγµή προκύψουν οι απαιτούµενες συνθήκες (διαθεσιµότητα ηλιακής ακτινοβολίας, ανέµου). Η διαπνοή γίνεται µόνο κατά τη διάρκεια της ηµέρας, όταν δηλαδή επιτελείται η φωτοσύνθεση. Το σύνολο των υδατικών απωλειών λόγω εξάτµισης και διαπνοής ονοµάζεται εξατµισιοδιαπνοή.

25 Εξάτµιση -διαπνοή υνητική και πραγµατική εξατµισιοδιαπνοή: Η ποσότητα της εξατµισιοδιαπνοής που µπορεί να προκύψει από µία εδαφική επιφάνεια µε φυτοκάλυψη υπό συνθήκες απεριόριστης διαθεσιµότητας νερού ονοµάζεται δυνητική εξατµισιοδιαπνοή. Η πραγµατική εξατµισιοδιαπνοή µιας εδαφικής επιφάνειας είναι πάντα ίση ή µικρότερη από τη δυνητική.

26 Εξάτµιση -διαπνοή Το ποσοστό των ατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων που εγκαταλείπειτηγηετησίωςλόγωεξάτµισης διαπνοής, ανέρχεται έως και στο 60%. Οι απώλειες λόγω εξάτµισης διαπνοής δεν µπορούν να εκτιµηθούν µε ακρίβεια. Η ποσοτική εκτίµηση της εξατµισιοδιαπνοής µπορεί να γίνει µόνο µε πειραµατικές διατάξεις. Υπολογιστικά, η ποσοτική εκτίµηση της εξατµισιοδιαπνοής µπορείναγίνειβάσειτωνπαραµέτρωνπουτηνεπηρεάζουν, όπως η ηλιακή ακτινοβολία, η ηλιοφάνεια, η θερµοκρασία, η σχετική υγρασία του αέρα, η ταχύτητα του ανέµου, η ατµοσφαιρική πίεση.

27 Μέθοδοςτου Thornthwaite Καθώς ο αναλυτικός υπολογισµός της εξατµισιοδιαπνοής οδηγεί σε πολύπλοκες σχέσεις µε σηµαντικό αριθµό δεδοµένων, χρησιµοποιούνται εναλλακτικά διάφορες εµπειρικές µέθοδοι, όπως αυτή του Thornthwaite. Σύµφωνα µε τη µέθοδο του Thornthwaite, η δυνητική εξατµισιοδιαπνοή E p σε mm/µήνα, δίνεταιαπότησχέση: E p 10 T = 16 α α µ Ν Ι 360 όπου: Τ α : ηµέσηθερµοκρασίατουµήνασε o C µ: τοπλήθοςτωνηµερώντουµήνα Ν: η µέση µηνιαία αστρονοµική διάρκεια της ηµέρας σε ώρες Ι: εµπειρικός συντελεστής, καλούµενος ως ετήσιος θερµικός συντελεστής α: εµπειρικός εκθέτης που εξαρτάται από τον Ι.

28 Μέθοδοςτου Thornthwaite Η αστρονοµική διάρκεια της ηµέρας δίνεται από τη σχέση: N = 24 π ω s όπου: ω s : ηωριαίαγωνίακατάτηνανατολήτουήλιου: ω s = cos -1 (- tanλ tanδ) λείναιτογεωγραφικόπλάτοςτηςπεριοχήςµελέτηςκαιδη απόκλιση του ηλίου: δ 360 = 23,45 sin 365 ( n+ 284) n είναιοτρέχωναριθµόςηµέραςτουέτους.

29 Μέθοδοςτου Thornthwaite Ο ετήσιος θερµικός συντελεστής I υπολογίζεται µε βάση τις µέσεςµηνιαίεςθερµοκρασίεςτ αj των 12 µηνώντουέτους: I = 12 j= 1 Tαj 5 1,514 Ο εµπειρικός εκθέτης α δίνεται από τη σχέση: α= 6, Ι 3-7, Ι 2 + 1, Ι + 0,49239 που µπορεί να απλοποιηθεί στην ακόλουθη: α = 0,018 Ι+ 0,5

30 Κατακράτησηκαιδιήθηση Με τον όρο «κατακράτηση» χαρακτηρίζεται η παρεµπόδιση µέρους της βροχής να φτάσει στο έδαφος από τα φυλλώµατα και από ανωµαλίες του εδάφους. Η ποσότητα του νερού που κατακρατείταιείτεεξατµίζεται, είτε, προϊόντοςτουχρόνου, καταλήγειτελικάστοέδαφος. Στην αρχή της βροχόπτωσης η απώλεια κατακράτησης είναι έντονη, ενώ όταν κορεστεί η χωρητικότητα παρεµπόδισης των εµποδίων, ο ρυθµός απώλειας κατακράτησης µειώνεται. Με τον όρο «διήθηση» χαρακτηρίζεται η διεργασία της εισχώρησης του νερού στο έδαφος που καταλήγει σε αυτό από τη βροχόπτωση, τη χιονόπτωση ή την άρδευση. Ο ρυθµός διήθησης µεταβάλλεται στο χώρο και στο χρόνο συναρτήσει της έντασης και διάρκειας βροχόπτωσης, τη σύσταση του εδάφους, την επιφανειακή υγρασία εδάφους.

31 Υδατικάελλείµµατα Η διήθηση και η κατακράτηση ονοµάζονται «υδατικά ελλείµµατα», γιατί σε µικρές κλίµακες χρόνου, η ακόλουθη σχέση: S = P E Q είναιµηµηδενική, δηλαδή S 0. Λόγω της πολυπλοκότητας του φαινοµένου, ο αναλυτικός ή εµπειρικός υπολογισµός των υδατικών ελλειµµάτων είναι ανακριβής.

32 Συντελεστήςαπορροής Ο υδρολόγος µηχανικός ενδιαφέρεται κυρίως για το τµήµα της έντασης βροχόπτωσης που µετατρέπεται σε επιφανειακή απορροή, το οποίο χαρακτηρίζεται και ως ενεργός βροχόπτωση i e. Η ενεργός βροχόπτωση θα αποτελεί ένα ποσοστό ψ της συνολικής έντασης βροχόπτωσης i: i e = ψ i. Το ποσοστό ψ ονοµάζεται συντελεστής απορροής και είναι χαρακτηριστικός της λεκάνης απορροής. Ηχρήσητηςπαραπάνωσχέσηςοδηγείσεπροσεγγίσεις, ωστόσο µπορεί να είναι χρήσιµη σε περιπτώσεις που δεν υπάρχουνκαθόλουµετρήσειςγιατηνεξεταζόµενηλεκάνη, ενώυπάρχουνσεάλληλεκάνη, παρόµοιουκλίµατος, µεγέθους και υδρολογικού χαρακτήρα.

33 Συντελεστήςαπορροής Ενδεικτικές τιµές συντελεστή απορροής για συνήθεις τύπους και χρήσεις γης. Τύπος και χρήσεις γης ψ Τύπος και χρήσεις γης ψ Μονοκατοικίες 0,30 0,50 Οδόστρωµα 0,75 0,95 Μονοκατοικίες σε προάστιο 0,25 0,40 Πάρκα, κήποι 0,10 0,30 Αστικές κατοικίες 0,60 0,80 Χλοοκάλυψη, κλίση <2% 0,05 0,16 Ελαφρά βιοµηχανία 0,50 0,80 Χλοοκάλυψη, κλίση <8% 0,10 0,25 Βαριά βιοµηχανία 0,60 0,90 Χλοοκάλυψη, κλίση >8% 0,20 0,36

34 Επιφανειακήαπορροή Ως επιφανειακή απορροή ορίζεται η ροή του νερού, υπό την επίδραση της βαρύτητας, κατά µήκος των φυσικών υδατορευµάτων. Υδρογράφηµα: Ονοµάζεται η ποσοτική παράσταση της χρονικής µεταβολής της επιφανειακής απορροής (σε µονάδες παροχής) σε µία διατοµή Α ενός υδατορεύµατος.

35 Επιφανειακήαπορροή Η επιφανειακή απορροή σε µία διατοµή Α ενός υδατορεύµατος είναι αποτέλεσµα της επίγειας ροής και της υπόγειας ροής. Η επίγεια ροή σχηµατίζεται ως αποτέλεσµα βροχόπτωσης καιόταντοέδαφοςβρίσκεταισεσυνθήκεςκατάκλισης, δηλαδή η ένταση της βροχόπτωσης γίνει µεγαλύτερη από τη διηθητική ικανότητα του εδάφους. Η υπόγεια ροή είναι αποτέλεσµα της υπερχείλισης των υπόγειων ταµιευτήρων.

36 Βασικήκαιταχείααπορροή Ένα υδατόρευµα µπορεί να υφίσταται ακόµα και σε περιόδους παρατεταµένης ανοµβρίας. Τούτο αποδεικνύει ότι ένα µέρος των κατακρηµνισµάτων ακολουθεί µία αργή υπόγεια πορεία προς το υδατόρευµα. ιακρίνονται συνεπώς δύο συνιστώσες επιφανειακής απορροής: Βασική ή βραδεία απορροή, που οφείλεται σε υπόγειους µηχανισµούς τροφοδοσίας της απορροής και δεν επηρεάζεται άµεσα από έντονες βροχοπτώσεις. Πληµµυρική ή άµεση ή ταχεία απορροή, που αποτελεί το µετασχηµατισµό της βροχόπτωσης σε απορροή, µε µία σχετική χρονική υστέρηση, λόγω των διαδροµών που διατρέχει το νερό από τη λεκάνη απορροής έως το υδατόρευµα.

37 Οριακό στρώµα Υδρογράφηµα

38 Το υδρογράφηµα της βασικής ροής προσεγγίζεται ικανοποιητικά µε µία εκθετική καµπύλη της µορφής: Q t = Q o e at Υδρογράφηµα όπου Q o είναιηαρχικήτιµήτηςβασικήςαπορροήςκαια ένας συντελεστής που χαρακτηρίζει το υδροφόρο στρώµα. Οχρόνοςυστέρησης t p εξαρτάταιαπότηµορφολογίατης λεκάνηςκαιµπορείναθεωρηθείανάλογοςτου (L c L) 0,30, όπου: L: η απόσταση της εξεταζόµενης διατοµής έως τον υδροκρίτη, κατά µήκος του κύριου υδατορεύµατος L c : ηαπόστασητηςεξεταζόµενηςδιατοµήςέωςτο πλησιέστερο προς το κέντρο βάρους της λεκάνης απορροής σηµείο του υδατορεύµατος, µετρούµενου κατά µήκος του υδατορεύµατος.

39 Λεκάνηαπορροής καιχρόνοςυστέρησης Οριακό στρώµα

40 Καµπύληδιάρκειαςπαροχής Καµπύλη διάρκειας παροχής είναι η καµπύλη που παριστάνει την τιµή του µεγέθους συναρτήσει του επί τοις εκατό χρονικού διαστήµατος, για το οποίο το συγκεκριµένο µέγεθος έχει τιµή µεγαλύτερη ή ίση από αυτή της καµπύλης. Οριακό στρώµα

41 Καµπύληδιάρκειαςπαροχής Η καµπύλη διάρκειας της παροχής ενός υδατορεύµατος προκύπτει από µετρήσεις για τουλάχιστον 6 συνεχή έτη. Το εµβαδό που περικλείεται κάτω από την καµπύλη διάρκειας παροχής αντιστοιχεί στο συνολικό όγκο νερού που διέρχεται από το υδατόρευµα στο συνολικό χρονικό διάστηµα που αντιπροσωπεύει η κλίµακα του χρόνου.

42 Πληµµυρικήπαροχή Ο υπολογισµός της πληµµυρικής παροχής σε ένα ΥΗΕ είναι κρίσιµος για τον υπολογισµό του υπερχειλιστή του φράγµατος και στην προστασία του ΥΗΣ. Για την εκτίµηση της πληµµυρικής παροχής εφαρµόζονται δύο µέθοδοι: µέθοδος αξιολόγησης των ετήσιων µεγίστων της επιφανειακής απορροής µέθοδος αξιολόγησης µέγιστης βροχόπτωσης. Και οι δύο µέθοδοι χαρακτηρίζονται από πιθανότητα αστοχίας. Για το λόγο αυτό η πληµµυρική παροχή χαρακτηρίζεται από την περίοδο επαναφοράς Τ, δηλαδή το µέσο χρονικό διάστηµα που λαµβάνει χώρα πληµµυρική παροχή ίση ή µεγαλύτερη από µία συγκεκριµένη τιµή.

43 Πληµµυρικήπαροχή Η περίοδος επαναφοράς λαµβάνεται από πίνακες, ανάλογα µετοµέγεθοςκαιτησηµασίατουεξεταζόµενουέργου. ΣυνήθωςγιαΥΗΕλαµβάνεταιίσηµε 50 ή 100 έτη. Η πιθανότητα να εµφανιστεί πληµµυρική παροχή µε περίοδο επαναφοράςτεπί n συνεχήέτη, δίνεταιαπότησχέση: P ( Q Q ) πληµ. = T n Η πιθανότητα να συµβεί πληµµυρική παροχή µε περίοδο επαναφοράς 20 έτηεπί 3 συνεχήέτηυπολογίζεται 14,8%. Αντίστοιχα υπολογίζεται η πιθανότητα να συµβεί πληµµυρική παροχή µε περίοδο επαναφοράς 200 ετών επί δύο συνεχόµενα έτη ίση µε 1%.

44 Πληµµυρικήπαροχή Μέθοδοςµέγιστηςβροχόπτωσης Ηµέγιστηεπιφανειακήαπορροή Q max υπολογίζεταιαπότη µέγιστηέντασηβροχόπτωσης i max, τοσυντελεστήαπορροής ψ και το εµβαδό της λεκάνης απορροής: Q max = i max ψ Α. Ηέντασηβροχόπτωσης i max θαπρέπειναέχειδιάρκειαίση µετοχρόνοσυγκέντρωσης t c τηςλεκάνηςαπορροής, ώστε να µπορούν να συνεισφέρουν στην επιφανειακή απορροή και τα στοιχεία νερού που προέρχονται από τα πλέον αποµακρυσµένα σηµεία της λεκάνης απορροής. Οχρόνοςσυγκέντρωσης t c εξαρτάταιαπότοµήκοςτου κύριου υδατορεύµατος µέχρι τον υδροκρίτη, τη µέση κλίση της λεκάνης απορροής, τη µορφή και τη σύσταση του εδάφους κλπ.

45 Οχρόνοςσυγκέντρωσης t c µπορείναυπολογιστείαπότις ακόλουθεςεµπειρικέςσχέσειςτων: Kirpich Πληµµυρικήπαροχή Μέθοδοςµέγιστηςβροχόπτωσης t c = 36, L h 3 0,385 όπου L (σε m) τοµήκοςτουυδατορεύµατοςαπότην εξεταζόµενηδιατοµήέωςτονυδροκρίτηκαι h (σε m) η αντίστοιχη υψοµετρική διαφορά

46 Οχρόνοςσυγκέντρωσης t c µπορείναυπολογιστείαπότις ακόλουθεςεµπειρικέςσχέσειςτων: Giandotti Πληµµυρικήπαροχή Μέθοδοςµέγιστηςβροχόπτωσης t c = 4 A 0,80 + 1,5 L z m - z o όπου L (σε km) τοµήκοςτουυδατορεύµατοςαπότην εξεταζόµενηδιατοµήέωςτονυδροκρίτη, A (σε km 2 )το εµβαδότηςλεκάνηςαπορροής, z m ηµέσηστάθµητης λεκάνηςαπορροήςκαι z o ηµέσηστάθµητηςδιατοµής εξόδου (σε m).

47 Πληµµυρικήπαροχή Μέθοδοςµέγιστηςβροχόπτωσης Ηέντασητηςβροχόπτωσης iκαιηδιάρκειάτης t συσχετίζονται µέσω των καµπυλών έντασης διάρκειας, µε παράµετρο την περίοδο επαναφοράς T. Οι καµπύλες αυτές προκύπτουν µετά από µεγάλο αριθµό µετρήσεων στην εξεταζόµενη λεκάνη και επί σειρά ετών. Εµπειρικά, µπορούν να αποτυπωθούν στη σχέση: i = c t T + f e m όπου m, e, f είναι χαρακτηριστικές σταθερές της λεκάνης απορροής.