Συνολική άσκηση υπολογισμού παροχών εξωτερικού και εσωτερικού υδραγωγείου και διαστασιολόγησης δεξαμενής ρύθμισης

Transcript

1 1 ΑΣΚΗΣΗ 1 Συνολική άσκηση υπολογισμού παροχών εξωτερικού και εσωτερικού υδραγωγείου και διαστασιολόγησης δεξαμενής ρύθμισης Διδάσκων: Ανδρέας Λαγγούσης Επικούρηση φροντιστηριακών ασκήσεων: Απόστολος Ρουσιάς Μελετάται σήμερα (έτος 2013) η ύδρευση παραθαλάσσιου οικισμού με έντονη τουριστική ανάπτυξη. Στο υφιστάμενο (παλαιό) τμήμα του οικισμού υπάρχουν μόνιμοι και εποχιακοί κάτοικοι (τουρίστες), καθώς και ειδικές (μη αντικρουόμενες με την τουριστική ανάπτυξη) βιοτεχνικές χρήσεις. Για το παλαιό τμήμα του οικισμού, υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία απογραφών (βλέπε παρακάτω). Σύμφωνα με το σχέδιο πόλης, σύντομα θα προσαρτηθεί στο υπάρχον τμήμα του οικισμού νέος παραθεριστικός οικισμός, η ύδρευση του οποίου θα πραγματοποιείται μέσω του έργου ύδρευσης του υφιστάμενου οικισμού. Ζητούνται: Α) ο υπολογισμός του ετήσιου όγκου νερού που απαιτείται για την ύδρευση του οικισμού σήμερα και στο τέλος της περιόδου σχεδιασμού του έργου (δηλ. μετά από 40 έτη). (Έλεγχος επάρκειας των διαθέσιμων υδατικών πόρων). Β) Ο υπολογισμός της παροχής σχεδιασμού του εξωτερικού υδραγωγείου. Γ) Ο υπολογισμός της παροχής σχεδιασμού του εσωτερικού υδραγωγείου.

2 2 Δ) Η διαστασιολόγηση της δεξαμενής ρύθμισης του οικισμού για τις ακόλουθες περιπτώσεις: i) Τροφοδοσία μέσω αγωγού βαρύτητας (24-ωρη λειτουργία) ii) Απευθείας τροφοδοσία της δεξαμενής, μέσω καταθλιπτικού αγωγού, από αντλιοστάσιο 20-ωρης λειτουργίας (0:00 20:00). iii) Τροφοδοσία φρεατίου πιεζοθραύσεως/αποδόσεως μέσω καταθλιπτικού αγωγού, από αντλιοστάσιο 20-ωρης λειτουργίας (0:00 20:00) και εν συνεχεία τροφοδοσία της δεξαμενής ρύθμισης από το φρεάτιο μέσω αγωγού βαρύτητας 24-ωρης λειτουργίας. Για την περίπτωση (iii) να υπολογισθεί ο απαιτούμενος όγκος του φρεατίου πιεζοθραύσεως. Διαθέσιμα στοιχεία: Ι) Πληθυσμός μονίμων κατοίκων (από απογραφές): Έτος Κάτοικοι Επιπρόσθετες πληροφορίες: Το παλαιό τμήμα του οικισμού είναι πυκνοδομημένο (συνεχές σύστημα δόμησης) με χαμηλά σπίτια. ΙΙ) Τουρίστες: Σήμερα διατίθενται 1200 κλίνες σε ξενοδοχειακές μονάδες. Υπολογίζεται ότι κατά το τέλος της οικονομικής ζωής του έργου ο αριθμός των κλινών θα έχει διπλασιασθεί. Επίσης, η τουριστική περίοδος διαρκεί 5 μήνες, (Μάιος, Ιούνιος, Ιούλιος, Αύγουστος, Σεπτέμβριος). Κατά τους

3 3 μήνες Μάιο και Σεπτέμβριο η πληρότητα είναι 50% ενώ κατά τους υπόλοιπους 3 μήνες η πληρότητα είναι 100%. ΙΙΙ) Παραθεριστικός οικισμός: Η έκτασή του ανέρχεται στα 900 στρέμματα με συντελεστή δόμησης 0.2. Όμοια με την τουριστική, η παραθεριστική περίοδος διαρκεί 5 μήνες (για όλους τους μήνες, λάβετε 100% πληρότητα για τους παραθεριστές). IV) Βιοτεχνικές χρήσεις: Στον οικισμό λειτουργούν: α) Μονάδα επεξεργασίας αγροτικών προϊόντων (Λειτουργία καθ όλο το έτος επί 8-ώρου βάσεως). β) Ελαιοτριβείο (Λειτουργία μόνο για την τριμηνία Νοέμβριος - Ιανουάριος επί 24-ώρου βάσεως). V) Στοιχεία καταναλώσεων: Απώλειες δικτύου: 15% Μόνιμοι κάτοικοι: = 130 l/κατ/day Τουρίστες: = 300 l/κλ/day Παραθεριστές: = 180 lt/κατ/day Ελαιοτριβείο: 60 m 3 /day (Δεν προβλέπεται τροποποίηση μέχρι το τέλος της περιόδου σχεδιασμού) Μονάδα επεξεργασίας: 90 m 3 /day 20% αύξηση στο τέλος της περιόδου σχεδιασμού. VI) Παροχή πυρκαγιάς: Ταυτόχρονη λειτουργία δύο κρουνών των 5 l/s, ο καθένας για τέσσερις (4) ώρες.

4 4 VII) Ημερήσια διακύμανση της κατανάλωσης: ώρα % του, 0 4 π.μ. 5% 4 8 π.μ. 13% % % % % Σύνολο 100% VIII) Η δεξαμενή ρύθμισης πρέπει να επαρκεί για 4-ωρη βλάβη του ανάντη αυτής τμήματος του υδραγωγείου. ΛΥΣΗ Α) Υπολογισμός απαιτούμενων όγκων νερού Βήμα 1 ο : Υπολογισμός αριθμού μονίμων κατοίκων Μοντέλο γεωμετρικής αύξησης = = = = = 0,017 ( )

5 5 = 6,75 * 10 < 0,01 ( ) Διαπιστώνουμε ότι το <<. Άρα η παραδοχή της γεωμετρικής αύξησης δεν μπορεί να είναι αληθής για όλη την περίοδο Αν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο για μετά το 2011, χρησιμοποιούμε την παραδοχή =max (, 0,01). Για το έτος 2013 έχουμε: = = 5361 = 0,01 Για το έτος 2053 έχουμε: = = 5361 = 0,01 Μοντέλο γραμμικής αύξησης = ά = ά (Φαίνεται αρκετά μεγάλο) = + 10 = + 10 = = = 78 κατ/έτος = 35 κατ/έτος Δεδομένου ότι <<, η παραδοχή της γραμμικής αύξησης δεν μπορεί να είναι αληθής για όλη την περίοδο Συνεπώς αν θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο

6 6 γραμμικής αύξησης για μετά το έτος 2011, η παραδοχή = = 35 κατ/έτος είναι η πιο λογική. Για το έτος 2013 έχουμε: = + 2 = 5361 = ά = 35 /έ Για το έτος 2053 έχουμε: (κοντά στη γεωμετρική αύξηση) = = ά (πολύ διαφορετικό από την Γεωμετρική αύξηση) Μοντέλο φθίνουσας αύξησης = + = + - = λ = - ln λ = - ln λ = 0,08 Ο πληθυσμός κορεσμού υπολογίζεται: = 1 e + =. = = 0,08. = ά (πολύ μικρό σε σχέση με αυτό που δίνει η γραμμική αύξηση).

7 7 Άρα το μοντέλο φθίνουσας αύξησης μπορεί να ισχύει μόνο μετά το 2001 και όχι για όλη την περίοδο Λογική Μηχανικού Γενικά τα μοντέλα γραμμικής (5431) και γεωμετρικής (5470) αύξησης, δίνουν παρόμοια αποτελέσματα για το έτος Άρα θα μπορούσε κάποιος να υποθέσει ότι ά είναι ρεαλιστικό. Επίσης, δεδομένου ότι δεν έχουμε στοιχεία για να υπολογίσουμε τον πληθυσμό κορεσμού, μπορούμε για να χρησιμοποιήσουμε το αποτέλεσμα του μοντέλου γεωμετρικής αύξησης για το έτος 2053 ως ένα άνω όριο. Σε αυτήν την περίπτωση είναι: = ά ά = ά = = =, Συνεπώς = + = 0,016 = , = ά ά

8 8 Αποτέλεσμα πληθυσμού Γεωμετρική αύξηση Γραμμική αύξηση Φθίνουσα αύξηση Λογική Μηχανικού ά 8160 ά (μοιάζει να προσεγγίζει τον πληθυσμό κορεσμού) 5431 ά 6831 ά Έδινε πολύ μικρό 5450 ά 6750 ά (Από γεωμετρική (Από φθίνουσα αύξηση με και γραμμική αύξηση) = 8160 = 5450 Γενικά οι παρακάτω τιμές φαίνονται ιδιαίτερα λογικές ά ά Και όλη αυτή η ανάλυση έγινε για δύο αριθμούς Σκοπός μας είναι να πείσουμε τους εαυτούς μας και την Υπηρεσία ότι έχουμε αντιμετωπίσει το πρόβλημα με τον καλύτερο δυνατό τρόπο και ότι οι παραδοχές μας, (ελλείψει στοιχείων) οδηγούν σε λογικά και υπέρ της ασφαλείας συμπεράσματα. Οι αριθμοί δεν έχουν κανένα νόημα αν δεν πείθουν...

9 9 Βήμα 2 ο Υπολογισμός ετήσιου όγκου νερού εν έτη 2013 Μόνιμοι κάτοικοι: = ό = 130 // = 0,13 * 5450 * 365 = 365 = 5450 Τουρίστες: = = ,5 3 ή.. 2 ή. ό. = 1200 ί = 300 / / = Βιοτεχνία επεξεργασίας: = 90 * 365 = Ελαιοτριβείο: = 60 * 90 = (3 μήνες)

10 10 Ετήσια απαιτούμενος όγκος νερού: =..., ώ Βήμα 4 ο Υπολογισμός ετήσιου όγκου νερού το έτος 2053 Μόνιμοι κάτοικοι: = ό = 130 // = = 365 = 6800 Τουρίστες: = ,5 = 2400 ί = 300 / / = Βιοτεχνία επεξεργασίας: = 90 * 365 * 1,2 = (20% αύξηση παραγωγής)

11 11 Ελαιοτριβείο: = 60 * 90 = Παραθεριστικός οικισμός: Υπολογισμός πληθυσμού κορεσμού =συντελεστής απομείωσης * τετραμελή οικογένεια έ ή ό ό ί ά έ * = 0,85 *., * 4 = παραθεριστές = * 150 * 0,180 (5 μήνες) = Ετήσια απαιτούμενος όγκος νερού: =...,

12 12 Β) Υπολογισμός παροχής σχεδιασμού εξωτερικού υδραγωγείου (, ημερ) Βήμα 1 ο : Σενάρια (Για το 2053) ή ύ Ι Φ Μ Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Δ Πληθ. Μόνιμοι Παραθεριστές Τουρίστες,, Ελαιοτριβείο Βιοτεχνία Στήλη 7: Σενάριο (1) Στήλες 8 και 9: Σενάρια όμοια με το (1) Στήλες 6 και 10: Σενάρια λιγότερο δυσμενή από το (1) Στήλη 2: Σενάριο (2), λαμβάνεται υπόψη γιατί συμμετέχει το ελαιοτριβείο. Στήλες 12 και 13: Σενάρια όμοια με το (2)

13 13 Βήμα 2 ο Υπολογισμός, ά 1 2 Σενάριο (1) Μόνιμοι κάτοικοι:, Τουρίστες: = = 130 / = 1,5 = 6800, = 15,35, = = 2400 ί = 1,1 = 300 / Παραθεριστές:, = 9,17, = = 6800 έ = 180 / = 1,2, = 17 Βιοτεχνία:, = 1,2 90, = 1 = 1,25

14 14, = 15,35 + 9, ,25, = 42,77 Παροχή σχεδιασμού εξωτερικού υδραγωγείου για Σενάριο (1) Σενάριο (2) Μόνιμοι κάτοικοι:, Βιοτεχνία: = = 130 / = 1 ώ = 6800, = 10,23, = 1,2 90 ύ ή 20% έ ή έ = 1 πάντα λ = 1 για βιοτεχνίες, = 1,25 Ελαιοτριβείο:, = 60, = 1 πάντα = 0,70,, = 10,23 + 1,25 + 0,7 = 12,18 Παροχή σχεδιασμού εξωτερικού υδραγωγείου για Σενάριο (2)

15 15 Από τα δύο μελετηθέντα σενάρια, το πιο δυσμενές είναι το Σενάριο (1). Συνεπώς:., = 42,77 Γ) Υπολογισμός παροχής σχεδιασμού εσωτερικού υδραγωγείου (, ωρ) Σενάριο (1), =, = 2 = 15,35 * 2 = 30,7,, =, = 1,5 =, = 1,5 = 9,17 * 1,5 = 13,76 = 17 * 1,5 = 25,5, =, = = 1,25 * 3 = 3,75 ά = 5 * 2 κρουνοί = 10, = 83,71 Παροχή σχεδιασμού εσωτερικού υδραγωγείου για Σενάριο (1)

16 16 Σενάριο (2),, =, = 2 =, = = 10,23 * 2 = 20,46 = 1,25 * 3 = 3,75, =, = 1 συνεχής 24 ωρη λειτουργία =0,70 * 1 = 0,70 ά = 5 * 2 κρουνοί = 10, = 34,91 Ως πιο δυσμενές επιλέγεται το Σενάριο (1) Άρα:., = 83,71 Είναι η παροχή σχεδιασμού του εσωτερικού υδραγωγείου. Δ) Διαστασιολόγηση Δεξαμενής ρύθμισης Οικισμού Βήμα 1 ο Υπολογισμός,, =,, = 42,77, =

17 17 Βήμα 2 ο Υπολογισμός μεγίστου ελλείμματος και μεγίστης περίσσειας για 24-ωρη [ερωτήματα (i) και (iii)] και 20-ωρη [ερώτημα (ii)] τροφοδοσία. Είναι ως ακολούθως: Χρόνος (ώρες) (1) Κατανάλωση (%,) Αθροι στικές κα μπύλες Περίσσεια %,) (2) (3) (4) 24-ωρη 20-ωρη 24-ωρη εισροή εισροή εισροή (%,) (%, (5) 20-ωρη εισροή =(3) (1) =(2) (1) 0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4 5,00 16,67 20,00 11,67 15, ,00 33,33 40,00 15,33 22, ,00 50,00 60,00 11,00 21, ,00 66,67 80,00 7,67 21, ,00 83,33 100,00-3,67 13, ,00 100,00 100,00 0,00 0,00 ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗ ΚΑΜΠΥΛΗ ΕΙΣΡΟΩΝ - ΕΚΡΟΩΝ % Vmax,ημερ χρόνος, (ώρες)

18 18 Όπου: (1) Κατανάλωση (%,) (2) 24-ωρη εισροή (%,) (3) 20-ωρη εισροή (%,) Όγκος ρύθμισης i) και iii), 24-ωρη εισροή % max έ + % max ί }, ύ = 3,67% 15,33% 3695 ύ = 702 ii) 20-ωρη εισροή % max έ + % max ί }, ύ = 0% 22% ύ = 813 Βήμα 3 ο Υπολογισμός όγκου πυρόσβεσης V ό. = παροχή κρουνού * αριθμ. κρουνών * ώρες πυρκαγιάς ό. = 5 * 2 * 4 * 3,6 ό. = 144

19 19 Βήμα 4 ο Υπολογισμός όγκου βλάβης (4 - ωρη) i) και iii), 24-ωρη εισροή ά =, 4 3,6 ώ ά, = 42,77 ii) 20 - ωρη εισροή ά =, 4 3,6 ώ ί ί, = 42,77 ά = 616 ά = 739 Βήμα 5 ο Υπολογισμός όγκου ασφαλείας i) και iii), 24 - ωρη εισροή ί = max { ά, ά } ί = max { 616, 144 } ί = 616 ii) 20-ωρη εισροή ί = max { 739, 144 } ί = 739

20 20 Άρα για τις περιπτώσεις i) και iii), (24 - ωρη εισροή), ο όγκος της δεξαμενής ρύθμισης είναι:. = Για την περίπτωση ii), (20-ωρη εισροή), είναι:. = Για την περίπτωση iii) ο όγκος του φρεατίου πιεζοθραύσεως υπολογίζεται: ί =, ώ ά ί, = ί = 616