Πλημμύρες & αντιπλημμυρικά έργα

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Πλημμύρες & αντιπλημμυρικά έργα Μέρος Α Ν.Ι.Μουτάφης, Λέκτορας Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών ΔΠΜΣ : Επιστήμη & Τεχνολογία Υδατικών Πόρων ΠΛΗΜΜΥΡΕΣ & ΑΝΤΙΠΛΗΜΜΥΡΙΚΑ ΕΡΓΑ Διδάσκων : Ν. Ι. Μουτάφης Λέσβος-Σκαμνιά-Παναγιά Γοργόνα Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 3

4 Αντιπλημμυρικά έργα Είναι έργα που αφορούν ή σχετίζονται με : Ασφαλή αποθήκευση πλημμυρικών όγκων Ασφαλή παροχέτευση πλημμυρικών παροχών Ασφαλή καθοδήγηση πλημμυρικών παροχών Κατηγορίες έργων ειδικότητας Πολ. Μηχ. Φράγματα Υπερχειλιστές - εκχειλιστές Έργα αποτόνωσης της ενέργειας Προστατευτικά ή καθοδηγητικά αναχώματα κλπ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 4

5 Βασικά χαρακτηριστικά πλημμυρικού γεγονότος Στοιχεία από υδρολογική μελέτη Στοιχεία πλημμυρών για διάφορες περιόδους επαναφοράς Χρονική κατανομή πλημμυρικού γεγονότος Μέγιστη παροχή Όγκος πλημμύρας Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 5

6 Ορολογία Αβεβαιότητα Uncertainty Διακινδύνευση Likelihood of occurrence* Τρωτότητα Vulnerability Κίνδυνος Hazard Επίπτωση Consequence Επικινδυνότητα Risk* (* ή αντίστροφα) Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 6

7 Διακινδύνευση [J]: μαθηματικός προσδιορισμός του πόσο πιθανό είναι να συμβεί ένα δυσάρεστο γεγονός Επιπτώσεις [E]: Ποιές είναι οι επιπτώσεις εάν συμβεί το δυσάρεστο γεγονός Σύστημα περιορισμού των επιπτώσεων [A] Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 7

8 Επικινδυνότητα (R) = Πιθανότητα εμφάνισης γεγονότος (Διακινδύνευση-J) * Επιπτώσεις (E) * (1- αποτελεσματικότητα συστήματος A) R = J * E * (1-A) Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 8

9 Επιλογή πλημμύρας σχεδιασμού Διακινδύνευση 1 J 1 (1 ) T Τ : Περίοδος επαναφοράς n : Χρόνια λειτουργίας Λειτουργία Φράγματος : n = 50 έως 100 χρόνια Λειτουργία Εκτροπής : n = 3 έως 5 (?) χρόνια n Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 9

10 Επιλογή διακινδύνευσης για Φράγματα <1% Διακινδύνευση για χρόνο λειτουργίας Συχνότητα εμφάνισης 50 χρόνια 100 χρόνια 1: ,9 % 9,5 % 1: % 1,9 % 1: ,5 % 1 % Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 10

11 Επιλογή Επικινδυνότητας - Φράγματα Πρέπει να λαμβάνονται υπ όψη οι επιπτώσεις στα κατάντη του έργου σε περίπτωση αστοχίας Μελέτη Θραύσης Φράγματος Πλημμυρικό κύμα Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 11

12 Εικόνα 1. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 12

13 Επιλογή διακινδύνευσης για Εκτροπή ποταμού 25 % Διακινδύνευση για χρόνο λειτουργίας Συχνότητα εμφάνισης 2 χρόνια 3 χρόνια 5 χρόνια 1:2 75 % 86 % 97 % 1:10 19 % 27 % 41 % 1:50 3,9 % 5,9 % 9,6 % Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 13

14 Φράγματ α (ΕΡΓΑ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΣΚΟΠΙΜΟΤΗΤΑΣ) ΕΡΓΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΝΕΡΟΥ ΓΙΑ Ύδρευση, Άρδευση, Παραγωγή ενέργειας, Αντιπλημμυρική προστασία, Εμπλουτισμό του υπόγειου υδάτινου ορίζοντα, Ναυσιπλοΐα, Τουριστική αξιοποίηση, Εκταμίευση νερού για πυρόσβεση, Βελτίωση του περιβάλλοντα χώρου, Αθλητισμός, Ιχθυοκαλλιέργεια Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 14

15 Εικόνα 2. Φράγμα Πουρναρίου στον π. Άραχθο - Άρτα Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 15

16 Εικόνα 3. Σχηματισμός ταμιευτήρα με κατασκευή φράγματος Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 16

17 ΥΨΟΜΕΤΡΟ ΚΑΜΠΥΛΗ ΣΤΑΘΜΗΣ - ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ - Χ 1000 m3 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 17

18 Λειτουργίας Βοηθητικοί Υπερχειλιστές Εκχειλιστές (μεγάλων τεχνικών έργων) Ταξινομήσεις υπερχειλιστών Έκτακτης ανάγκης Ελεύθεροι (υπερχειλιστές) Ελεγχόμενοι με θυροφράγματα (εκχειλιστές) ή Μετωπικοί Πλευρικοί Φρεατοειδείς Σιφωνοειδείς Σηραγγοειδείς ή Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 18

19 Χ.Θ ,000 Αξονας Y/X R=5,00 α=45 ο Α.Σ.Α. Α.Κ. Π.Κ. 1 1 Α.Κ Π.Κ. Αξονας πετάσματος τσιμεντενέσεων 1 2,5 Εικόνα 4. Ελεύθεροι υπερχειλιστές Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 19

20 Εικόνα 5. Ελεύθερος υπερχειλιστής ΥΗΕ Λούρου Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 20

21 Χ.Θ ,000 Α.Σ.Α. Αξονας Y/X Τοξωτό θυρόφραγμα R=5,00 α=45 ο 1 1 Α.Κ Π.Κ. Αξονας πετάσματος τσιμεντενέσεων 1 2,5 Εικόνα 6. Εκχειλιστές με θυροφράγματα Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 21

22 Εικόνα 7. Εκχειλιστής ΜΥΗΕ Δαφνοζωνάρας π. Αχελώος Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 22

23 Εικόνα 8. Εκχειλιστής ΜΥΗΕ Δαφνοζωνάρας π. Αχελώος Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 23

24 Εικόνα 8. Εκχειλιστής Φράγματος Μεσοχώρας Ποταμός Αχελώος Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 24

25 45 60 Α.Σ/Δ. Α.Σ/Δ. Α.Σ/Δ. Α.Σ/Δ. Α.Σ/Δ. Α.Σ/Δ. Α.Σ/Δ ,0 49, ,00 ΑΞΟΝΑΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Y1 1:1,5 50 Χ.Θ ,00 Y0 50 ΔΙΩΡΥΓΑ ΠΤΩΣΗΣ 50 ΛΕΚΑΝΗ ΗΡΕΜΙΑΣ 55 Y2 s=0,333 20,00 Y3 Χ.Θ ,000 0 Εικόνα 9. Μετωπικός υπερχειλιστής Κάτοψη Φράγμα Λειβαδίου Ν. Πάτμου Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 25

26 Εικόνα 10. Μετωπικός εκχειλιστής ΥΗΕ Κρεμαστών Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 26

27 Χ.Θ ,000 s=0,333 Διώρυγα προσαγωγής Διώρυγα πτώσης Λεκάνη ηρεμίας Διώρυγα φυγής Εργο υπερχείλισης 47,00 45,00 44,00 26,00 20,00 Εικόνα 11. Μετωπικός υπερχειλιστής -Μηκοτομή Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 27

28 Εικόνα 12. Πλευρικός υπερχειλιστής ΥΗΕ Καστρακίου Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 28

29 Εικόνα 13. Πλευρικός υπερχειλιστής ΥΗΕ Καστρακίου Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 29

30 Εικόνα 14. Πλευρικός υπερχειλιστής Κάτοψη Φράγμα Σισανίου - Κοζάνη Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 30

31 Α. Σ/Δ Σ.Τ. s = 0.33 Αξονας γέφυρας Αρχική επιφάνεια εδάφους s = Καμπύλη Λεκάνη ηρεμίας Διώρυγα απαγωγής Αγκύρια Κεκλιμένη διώρυγα πτώσης Εργο εκτόξευσης Λεκάνη αποτόνωσης Εικόνα 15. υπερχειλιστές - Μηκοτομή Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 31

32 Εικόνα 16. Πλευρικός υπερχειλιστής Φράγμα Μαραθώνα Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 32

33 Εικόνα 17. Πλευρικός υπερχειλιστής Φράγμα Zillergründl - Αυστρία Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 33

34 Εικόνα 18. Πλευρικός υπερχειλιστής Φράγμα Zillergründl - Αυστρία Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 34

35 Eπιφάνεια εδάφους Aξονας Φρέατος Υπερχειλιστή Aξονας Σήραγγας Υπερχειλιστή Κλίση Σχήμα 1. Φρεατοειδής υπερχειλιστής Μηκοτομή Φράγμα Σέτα Μανίκια Ευβοίας Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 35

36 Εικόνα 19. Φρεατοειδείς υπερχειλιστές ΥΗΕ Σφηκιάς π. Αλιάκμονας Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 36

37 Εικόνα 20. Φρεατοειδής υπερχειλιστής τύπου Morning Glory Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 37

38 Εικόνα 21. Φρεατοειδής υπερχειλιστής τύπου Morning Glory Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 38

39 Εικόνα 22. Φρεατοειδής υπερχειλιστής τύπου Morning Glory Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 39

40 Εικόνα 23. Σιφωνοειδής Υπερχειλιστής - Τομή Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 40

41 Φαινόμενο σπηλαίωσης Δημιουργία φυσαλίδων υδρατμού σε περιοχή χαμηλών πιέσεων (p < p v ) Σύνθλιψη των φυσαλίδων σε περιοχή υψηλότερων πιέσεων (εκρηκτικής μορφής) Ασύμμετρη σύνθλιψη φυσαλίδων δίπλα σε στερεή επιφάνεια Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 41

42 α) Σύνθλιψη Αναπήδηση β) Σύνθλιψη φυσαλίδας α) στο εσωτερικό και β) πλησίον στερεής επιφάνειας (από Vischer & Hager 1999) Εικόνα 24α. Σύνθλιψη φυσαλίδας Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 42

43 Ασύμμετρη σύνθλιψη ασκεί μεγάλες πιέσεις στην επιφάνεια (1.000 atm) Αποκόλληση τεμαχίων υλικού από την επιφάνεια σκυροδέματος ή χάλυβα Εικόνα 24β. Σύνθλιψη φυσαλίδας Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 43

44 Εικόνα 25. Σύνθλιψη φυσαλίδας σε στερεό όριο και μακριά από αυτό Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 44

45 Εικόνα 26. Επιπτώσεις από την σύνθλιψη φυσαλίδων Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 45

46 Εικόνα 27. Οι ζημιές του υπερχειλιστή του φράγματος Glen Canyon Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 46

47 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Εικόνα 24α. Σύνθλιψη φυσαλίδας, Vischer and Hager 1999, CC: BY- NC-SA Εικόνα 24β. Σύνθλιψη φυσαλίδας, Davis' haandbook 1993, CC: BY-NC- SA Εικόνα 27. Οι ζημιές του υπερχειλιστή του φράγματος Glen Canyon, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&Π - Πλημμύρες & Αντιπλημμυρικά Έργα - Ν.Ι. Μουτάφης 47

48 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.