ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ. «Η διευθέτηση του χειμάρρου Μαΐστρου Αλεξανδρούπολης» ΣΤΑΜΑΤΑΚΗ ΣΤΥΛΙΑΝΗ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ : ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ «Η διευθέτηση του χειμάρρου Μαΐστρου Αλεξανδρούπολης» ΣΤΑΜΑΤΑΚΗ ΣΤΥΛΙΑΝΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΥΧΟΣ ΑΓΡΟΝΟΜΟΣ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ, Α.Π.Θ ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ: Χρήστος Τζιμόπουλος Ομότιμος Καθηγητής, Α.Π.Θ Χρήστος Ευαγγελίδης Επίκουρος Καθηγητής, Α.Π.Θ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2012

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή, εκπονήθηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών Γεωπληροφορική, με κατεύθυνση Υδατικοί Πόροι, του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Ο τίτλος της διατριβής είναι «Η διευθέτηση του χειμάρρου Μαΐστρου Αλεξανδρούπολης» και ασχολείται με την διευθέτηση του παρόντος υδατορεύματος με την κατασκευή των απαραίτητων υδραυλικών έργων. Συγκεκριμένα μελετάται η κατασκευή 2 καταβαθμών ελεύθερης υδατόπτωσης για την μείωση της κλίσεως του χειμάρρου, η ανύψωση στην ροή που προκαλείται από την παρουσία γέφυρας κατάντη του χειμάρρου καθώς και η σύνταξη προϋπολογισμού για τις παραπάνω εργασίες. Μέσα από αυτό τον πρόλογο θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον Ομότιμο Καθηγητή κ. Χ. Τζιμόπουλο τόσο για την ανάθεση της παρούσας διπλωματικής όσο και για την αμέριστη συμπαράσταση και υπομονή που υπέδειξε μέχρι τη ολοκλήρωση της εργασίας. Οι πολύτιμες συμβουλές του βοήθησαν όχι μόνο στην βελτίωση μου ως νέα μηχανικό αλλά κυρίως ως άνθρωπο. Η ώθηση που μου έδωσε για πίστη στις δυνάμεις μου θα αποτελεί μια σίγουρη πυξίδα για το μέλλον. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά και τον Επίκουρο Καθηγητή κ. Χ Ευαγγελίδη για το ενδιαφέρον του και τις πολύτιμες συμβουλές του καθ όλη την διάρκεια των σπουδών μου στο τμήμα. Ευχαριστώ επίσης όλους τους Καθηγητές του Μεταπτυχιακού Προγράμματος για τις πολύτιμες γνώσεις που μου έδωσαν καθώς και για την συμμετοχή τους στην εξεταστική επιτροπή. Ένα ακόμα πιο μεγάλο ευχαριστώ θα ήθελα να εκφράσω στους συνταξιδιώτες μου στο ταξίδι του Μεταπτυχιακού, Σταύρο Κλωνάρη, Ιωάννα Κόνιαλη, Λίνα Πέτκου και Χρύσα Ράπτη που με την συμπαράσταση τους και κυρίως με την ειλικρινή φιλία μοιράστηκαν μαζί μου 2 υπέροχα χρόνια. Σε αυτό το σημείο οφείλω ένα μεγάλο ευχαριστώ και στις φίλες και συναδέλφους μου Δήμητρα

3 Γκράνα και Νικολέττα Πασχαλίδου που ανέχτηκαν τις ιδιοτροπίες μου μέχρι την ολοκλήρωση της διατριβής και όχι μόνο.. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω την μητέρα μου για την συνεχή υποστήριξη της καθ όλη την διάρκεια των σπουδών μου από εκείνη την πρώτη στιγμή που κατάφερα να γράψω το πρώτο μου Α. Σ. Σταματάκη Θεσσαλονίκη 2012

4 Ho imparato il mio coraggio E ho diviso la strada e l'allegria La tua forza e la tua malinconia Ogni istante ogni miraggio (5/07/2007)

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η συντριπτική πλειοψηφία των υδάτινων ρευμάτων της χώρας μας (χείμαρροι, ποταμοί) εμφανίζει υδατοπαροχές με έντονη ετήσια μεταβλητότητα ενώ ένα επιπλέον δυσμενές χαρακτηριστικό των υδάτινων ρευμάτων της χώρας μας, ειδικότερα των χειμάρρων και των χειμαρροποτάμων, είναι οι αιφνίδιες πλημμυρικές υδατοπαροχές μετά από βροχοπτώσεις μεγάλης ραγδαιότητας, οι οποίες και έχουν καταστρεπτικές συνέπειες στις λεκάνες απορροής. Μέσα από το παραπάνω πλαίσιο, αναδεικνύεται η σπουδαιότητα εκτέλεσης υδροδυναμικών/ υδραυλικών έργων στο χώρο των λεκάνων απορροής. Πιο συγκεκριμένα, τα εν λόγω έργα αποτελούν βασικά έργα υποδομής, καθώς με την κατασκευή τους επιτυγχάνεται η μείωση της έντασης και της έκτασης των εμφανιζόμενων διαβρώσεων, αποσαθρώσεων και γεωκατακρημνισμάτων κάθε μορφής συνεισφέροντας με αυτό τον τρόπο στον έλεγχο της υποβάθμισης του ευρύτερου χώρου της λεκάνης απορροής, αποτρέποντας με τα κατάλληλα έργα την εμφάνιση πλημμυρικών φαινομένων ή τον περιορισμό των επιπτώσεων τους. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διευθέτηση του χειμάρρου Μαΐστρου, στην περιοχή της Αλεξανδρούπολης μέσα από το πρίσμα των αρχών των υδραυλικών έργων και της διαχείρισης των υδατικών πόρων. Πιο αναλυτικά, μελετάται η κατασκευή 2 καταβαθμών ελεύθερης υδατόπτωσης για την μείωση της κλίσεως του χειμάρρου σε προκαθορισμένες θέσεις, η ανύψωση στην ροή του νερού που προκαλείται από την παρουσία δυο γεφυρών κατάντη του χειμάρρου καθώς και η σύνταξη προϋπολογισμού για τις παραπάνω εργασίες σε επίπεδο προμελέτης και με βάση τα τιμολόγια του υπουργείου.

6 ABSTRACT The vast majority of inland water bodies of Greece (streams, rivers) display water discharges of extreme annual variability. In addition to that, there is one adverse factor, for the streams and rivers, of the sudden flood discharge that streams present after rapid rainfall that cause catastrophic events on the watersheds. Due to that, there is a great need of constructing hydraulic/ hydronomic works in the area of the catchments. More specifically, these hydraulic works, are major in fracture projects and their construction, achieve the reducing of intensity and extent of emerging corrosion, erosion of all forms, preventing in that way the flooding phenomena or reducing their impacts. The aim of this thesis is the training of the stream Maistros in the area of Alexandroupolis through the prism of the principles of hydraulic works and water management. Specifically it studies the construction of two drop structures as well as the raise of the water flow that is caused by the presence of two bridges downstream of the torrent. At the end of the thesis, there is an estimation of the budget for the above hydraulic works of the preliminary designs of the works based on the price-list of the Ministry.

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ..i ΠΕΡΙΛΗΨΗ..iii ABSTRACT iv ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΑΣ Γενικά Υδρολογικός κύκλος Υδρογραφικό δίκτυο και λεκάνη απορροής Ποτάμιες διεργασίες Γενικά Διάβρωση και απόθεση Χείμαρροι Μορφές κοίτης ποταμών Μαίανδροι Πρακτικές Χρήσεων Γης Μέθοδοι αποκατάστασης Γενικά Διαχειριστικά έργα στις λεκάνες απορροής Γενική θεώρηση του ζητήματος της αντιπλημμυρικής προστασίας..28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : ΤΕΧΝΙΚΑ ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΕΡΓΑ Εισαγωγή στα τεχνικά υδραυλικά έργα Απαιτήσεις και περιορισμοί Κριτήρια.32

8 3.4 Έργα προστασίας Σκοπός των έργων Έργα διευθετήσεως χειμάρρων Παράλληλα έργα Εγκάρσια έργα Πρόβολοι Αναβαθμοί Υλικά των έργων Εισαγωγή Υλικά Ανόργανα Τύρφη Φυτά Σκυρόδεμα και χάλυβας Συρματοκιβώτια Βελτίωση συνθηκών ροής...50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Γεωγραφία της Περιφέρειας Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης Γεωγραφικά στοιχεία και κλίμα Ν. Έβρου Υδρολογικά στοιχεία- λεκάνες απορροής Οικονομία και οικισμοί..61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 : ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΔΙΕΥΘΕΤΗΣΗΣ ΧΕΙΜΑΡΡΟΥ ΜΑΙΣΤΡΟΥ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ Εισαγωγή- Περιγραφή μελέτης του έργου..64

9 5.2 Χάραξη λεκάνης απορροής και υδρογραφικού δικτύου Χρόνος συγκέντρωσης Υπολογισμός της παροχής Q Ροή κάτω από γέφυρα Καταβαθμοί ελεύθερης υδατόπτωσης...79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 : ΠΕΡΙΓΡΑΦΙΚΟ ΤΙΜΟΛΟΓΙΟ ΕΡΓΟΥ ΚΑΙ ΕΠΙΜΕΤΡΗΣΕΙΣ...95 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 : ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: ΠΡΟΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β:ΣΧΕΔΙΑ...113

10 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1. Χάρτης της Μεσοποταμίας... 2 Σχήμα 2. Σχηματική αναπαράσταση ποτάμιας ροή... 9 Σχήμα 3. Κατά μήκος διάσταση και σχηματοποίηση των αμφίδρομων ροών ως προς την εγκάρσια διάσταση (ανταλλαγές με τα διάφορα οικοσυστήματα της αλλουβιακής πεδιάδας) και την κατακόρυφη διάσταση (ανταλλαγές με το περιβάλλον του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα)...10 Σχήμα 4. Γραφική απεικόνιση υδρολογικού κύκλου 11 Σχήμα 5. Ποιοτική παρουσίαση του υδραυλικού κύκλου σύμφωνα με τον Horton.. 12 Σχήμα 6. Διάφοροι τύποι υδρογραφικών δικτύων 14 Σχήμα 7. Τάξεις κλάδων σύμφωνα με τη μέθοδο των Horton-Strahler..15 Σχήμα 8. Σχηματοποίηση της κατά μήκος κατατομής ενός ποταμού. 21 Σχήμα 9. Διαφορές στη μορφολογία του καναλιού και στις διεργασίες μέσα στη λεκάνη απορροής Σχήμα 10. Ακολουθία εκβαθύνσεων -προσχώσεων μέσα στο ποτάμι. 24 Σχήμα 11. Αναβαθμοί σε διατομή χειμάρρου. 35 Σχήμα 12. Πρόβολοι σε κοίτη ποταμού Σχήμα 13. Τομή κοίτης με αναβαθμούς Σχήμα 14. Τομή αναβαθμού.. 41 Σχήμα 15. Τυπικές διαστάσεις συρματοκιβωτίων Σχήμα 16. Συναρμολόγηση συρματοκιβωτίων Σχήμα 17. Χάρτης του Νομού Αλεξανδρούπολής Σχήμα 18. Χάρτης με το μέσο ετήσιο ύψος βροχής τον Ελλαδικό χώρο...55 Σχήμα 19. Διάγραμμα συνολικής ζήτησης νερού...59 Σχήμα 20. Χάρτης της Περιφέρειας Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης που παρουσιάζει την ισοδύναμη απορροή. 60 Σχήμα 21. Διάγραμμα κατανομής της ζήτησης νερού στη Θράκη.. 61 Σχήμα 22. Διάγραμμα του Α. Ε. Π του Νομού Έβρου...62 Σχήμα 23. Λεκάνη απορροής και υδρογραφικό δίκτυο Μαΐστρου

11 Σχήμα 24. Τριγωνικό υδρογράφημα της μεθόδου SCS Σχήμα 25. Συνθήκες ροής κάτω από γέφυρα..73 Σχήμα 26. Διάγραμμα 5 για τον υπολογισμό της τιμής του α Σχήμα 27. Διάγραμμα 6 για τον συντελεστή καμπυλότητας της βάσης (base curve coefficient) Σχήμα 28. Διάγραμμα 7 συντελεστές διόρθωσης λόγω των πυλώνων της γέφυρας (incremental backwater coefficient for piers) Σχήμα 29. Τομή τυπικού καταβαθμού ελεύθερης υδατόπτωσης 80 Σχήμα 30. Τομή του καταβαθμού Σχήμα 31. Κάτοψη του καταβαθμού Σχήμα 32. Διατομή του καταβαθμού 1 στη θέση Α-Α Σχήμα 33. Διατομή του καταβαθμού 1 στη θέση Β-Β Σχήμα 34. Διατομή του καταβαθμού 1 στη θέση C-C Σχήμα 35. Τομή του καταβαθμού Σχήμα 36. Κάτοψη του καταβαθμού Σχήμα 37. Διατομή του αναβαθμού 2 στη θέση Α-Α Σχήμα 38. Διατομή του αναβαθμού 2 στη θέση Β-Β Σχήμα 39. Διατομή του αναβαθμού 2 στη θέση C-C.. 91 Σχήμα 40. Τυπική τομή αναχώματος του χειμάρρου Μαΐστρου

12 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1. Αντιπλημμυρικά έργα στην Αίγυπτο 3 Εικόνα 2. Επενδυμένο ανάχωμα Εικόνα 3. Επένδυση κοίτης με τσιμεντόπλακες Εικόνα 4. Πρόβολος κατασκευασμένος από κροκάλες.. 39 Εικόνα 5. Αναβαθμός από οπλισμένο σκυρόδεμα..40 Εικόνα 6. Επαναλαμβανόμενοι αναβαθμοί Εικόνα 7. Συρματοκιβώτια στα πρανή χειμάρρου Εικόνα 8. Χείμαρρος μετά από έργα διευθέτησης και την τοποθέτηση συρματοκιβωτίων στα πρανή..92 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ- ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ Διάγραμμα 1. Μηνιαία ύψη βροχής του Ν. Έβρου Διάγραμμα 2. Ετήσια ύψη βροχής Πίνακας 1. Διάταξη Παράλληλων έργων.37 Πίνακας 2. Διάταξη Εγκάρσιων έργων..38 Πίνακας 3. Δήμοι Νομού Έβρου..63 Πίνακας 4. Χαρακτηριστικές τιμές της λεκάνης απορροής..67 Πίνακας 5. Τιμές του συντελεστή C με βάση την ορθολογική μέθοδο...69 Πίνακας 6. Πίνακας υπολογισμών της ροής κάτω από την γέφυρα..75 Πίνακας 7. Συνέχεια των υπολογισμών του πίνακα Πίνακας 8. Πίνακας με τους ελέγχους των επιτρεπόμενων ταχυτήτων. 91 Πίνακας 9. Αναλυτικός πίνακας επιμετρήσεων και συνολικής δαπάνης του έργου.101

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το νερό, ένα από τα βασικά «κοινωνικά» αγαθά, αποτελεί μέρος του οικοσυστήματος μέσα στο οποίο ζει ο άνθρωπος αλλά και ουσιώδες χαρακτηριστικό του φυσικού περιβάλλοντος. Σχεδόν όλες οι ανθρώπινες δραστηριότητες από τις απαρχές του πολιτισμού βασίζονται στους υδατικούς πόρους. Η ύδρευση, η άρδευση και αργότερα η μεταφορά αγαθών και η παραγωγή ενέργειας βασιζόταν στους υπάρχοντες υδατικούς πόρους. Η ανάγκη λοιπόν του ανθρώπου να ελέγξει την τόσο σημαντική «πηγή ζωής» μέσα από διάφορα υδραυλικά έργα φαίνεται από πολύ νωρίς αφού δεν είναι τυχαίο το γεγονός ότι οι πρώτοι ανθρώπινοι πολιτισμοί δημιουργήθηκαν γύρω από τις λεκάνες απορροών ποταμών. Παρατηρώντας τα βιβλία του «Πατέρα της Ιστορίας», του Ηρόδοτου, οι αναφορές του σε θέματα υδραυλικής, υδρολογίας και υδραυλικών έργων βρίσκονται διάσπαρτες σε όλο το έργο του και μάλιστα κάποιες από αυτές είναι αρκετά εκτενής. Έργα του Φαραώ Μιν στην Μέμφιδα Ο Ηρόδοτος καταγράφει τις πληροφορίες Αιγύπτιων ιερέων για τα υδραυλικά έργα που κατασκεύασε ο Φαραώ Μιν στην περιοχή της Μέμφιδας. Αναφέρει λοιπόν ότι ο Μιν έφτιαξε ανάχωμα στην καμπή του ποταμού και τον εξέτρεψε σε νέα κοίτη, ενώ στην παλιά, που αποξηράνθηκε, έκτισε τη Μέμφιδα. Επιπλέον δημιούργησε τεχνητή λίμνη στα βόρεια και τα δυτικά της πόλης, ώστε να την προστατεύσει.ο Ηρόδοτος προσθέτει ότι και οι Πέρσες, κύριοι της Αιγύπτου στην εποχή του, συντηρούσαν προσεκτικά το παλιό ανάχωμα, για να μη πλημμυρίσει η πόλη. (Αυγολούπης Ι. Κατσιφαράκης Κ.Λ.)

14 Σχήμα 1. Χάρτης της Μεσοποταμίας (Πηγή: Εκτροπές του Ευφράτη από τη Νίτωκρι Έχουμε αναφορά και στην εκτεταμένη επέμβαση στην κοίτη του Ευφράτη ανάντη της Βαβυλώνας, ώστε από ευθύγραμμη να γίνει ελικοειδής. Ο ρόλος αυτού του έργου φαίνεται να είναι πρωταρχικά αμυντικός -αύξανε το μήκος του πλωτού δρόμου εισβολής προς τη Βαβυλώνα και μείωνε την ταχύτητα των νερών, άρα και των εχθρικών σκαφών. (Αυγολούπης Ι. Κατσιφαράκης Κ.Λ.)

15 Εικόνα 1. Αντιπλημμυρικά έργα στην Αίγυπτο (Πηγή: Αντιπλημμυρικά αναχώματα Ο Ηρόδοτος αναφέρει ότι για την προστασία της βαβυλώνιας πεδιάδας ύψωσαν στις όχθες των ποταμών αντιπλημμυρικά αναχώματα τόσο η Σεμίραμις, που ίδρυσε τη Βαβυλώνα, όσο και η Νίτωκρις, που την αναμόρφωσε. Τα αναχώματα της Σεμιράμιδος χαρακτηρίζονται ως έργα εντυπωσιακού μεγέθους, ενώ μνημονεύονται και από τον Στράβωνα (Γεωγραφικά, 16.Ι.2). (Αυγολούπης Ι. Κατσιφαράκης Κ.Λ.) Φράγματα Δαρείου (Γ117) Ο Ηρόδοτος περιγράφει ένα μεγάλης κλίμακας υδραυλικό έργο στη βόρεια Περσία, τη μετατροπή ενός οροπεδίου σε τεχνητή λίμνη, με την κατασκευή

16 πέντε μεγάλων φραγμάτων στα ανοίγματα των βουνών που το περιβάλλουν. Αυτά τα φράγματα ήταν εξοπλισμένα με υδατοθυρίδες, που είχαν τη δυνατότητα να ανοίγουν και να κλείνουν. Έτσι ο Δαρείος επέτρεπε κατά βούληση την υδροδότηση των περιοχών γύρω από το οροπέδιο, οι οποίες προηγουμένως αρδεύονταν φυσικά από τα νερά ποταμών, που έρρεαν μέσα από τα ανοίγματα των βουνών. (Αυγολούπης Ι. Κατσιφαράκης Κ.Λ.) Ο σχεδιασμός, η κατασκευή και η διαχείριση των έργων αυτών, προϋπέθετε ικανοποιητικές εμπειρικές γνώσεις. Αν όμως επιστήμη σημαίνει, εκτός από πρακτική γνώση ή περιγραφή φαινομένων, και αναζήτηση των αιτίων τους, τότε φαίνεται πως η επιστήμη της Υδραυλικής ξεκίνησε λίγο πριν από τα χρόνια του Ηροδότου, με τους Ίωνες φιλοσόφους. Η ανάπτυξη που παρουσιάζει η επιστήμη της υδραυλικής είναι ραγδαία κατά την Ρωμαϊκή περίοδο και κυρίως στον τομέα των υδρεύσεων με τα περίφημα Ρωμαϊκά υδραγωγεία. Όπως φαίνεται από την παραπάνω ιστορική αναδρομή, η ολοένα και αυξανόμενη ζήτηση σε νερό και οι αυξανόμενες απαιτήσεις για νερά καλής ποιότητας, έχουν οδηγήσει σε αύξηση της ζήτησης σε πληροφορίες σχετικά με τους υδατικούς πόρους αλλά και στην δημιουργία σχεδίων ολοκληρωμένης διαχείρισης των πόρων. Η διαχείριση των υδατικών πόρων, έχει την ευθύνη της εφαρμογής των σχεδίων με διοικητικά μέτρα και κανονισμούς καθώς και με τον συντονισμό της κατασκευής των υδραυλικών έργων. Όσο η πίεση για απαιτήσεις μεγαλώνει, τόσο η χρήση του νερού δημιουργεί περιβαλλοντικά και άλλα προβλήματα. Στην περίπτωση αυτή, η διαχείριση των υδατικών πόρων αποκτά ουσιαστικό περιεχόμενο. Συνοψίζοντας λοιπόν όλα τα παραπάνω θα λέγαμε ότι η Διαχείριση των υδατικών πόρων έχει ως στόχο:

17 Να προμηθεύει νερό επαρκούς ποσότητας και κατάλληλης ποιότητας για την ικανοποίηση οικιακών, αγροτικών, βιομηχανικών και ενεργειακών αναγκών στο παρόν και στο μέλλον Τη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου Την αύξηση του ακαθάριστου εθνικού προϊόντος Τη βελτίωση της ποιότητας ζωής Τη διατήρηση των εθνικών πόρων Τη διατήρηση και βελτίωση της περιβαλλοντικής ποιότητας Να παρέχει ικανοποιητική προστασία από τα ακραία υδρολογικά φαινόμενα (πλημμύρες, ξηρασία) Επιπρόσθετα πρέπει να γνωρίζουμε πως, η διαχείριση των υδατικών πόρων είναι μια δυναμική διαδικασία που αποβλέπει στην πληρέστερη δυνατή κάλυψη των σημερινών αναγκών για κάθε χρήση, με βάση έναν ορθολογικό προγραμματισμό που στηρίζεται σε αντικειμενικά κριτήρια και διαδικασίες. Στη λειτουργία της διαχείρισης των υδατικών πόρων εμπεριέχονται τα εξής: Εκτίμηση των διαθέσιμων υδατικών πόρων Εκτίμηση των αναγκών σε νερό (ποιότητα και ποσότητα) Πρόβλεψη της εξέλιξης των αναγκών σε νερό Τεχνοοικονομική και περιβαλλοντική διερεύνηση έργων και μέτρων για την αύξηση των διαθέσιμων πόρων και παράλληλα την μείωση της ζήτησης Βέλτιστη επιλογή μέτρων και έργων Χρονοδιάγραμμα εφαρμογής των μέτρων κατασκευής των έργων Πιο συγκεκριμένα, στην Ελλάδα, λόγω της φυσικής γεωγραφίας της χαρακτηρίζεται από έντονη χωρική μεταβλητότητα του ετήσιου ύψους κατακρημνισμάτων. Ειδικότερα το δυτικό τμήμα της χώρας, μέχρι και την οροσειρά της Πίνδου και τα όρη της κεντρικής Πελοποννήσου, χαρακτηρίζεται από μεγάλα ετήσια ύψη κατακρημνισμάτων, ενώ το

18 ανατολικό μέρος εμφανίζει αισθητά μικρότερο όγκο εισερχόμενων κατακρημνισμάτων. Ακόμα, η κατανομή αυτών των φαινομένων στη διάρκεια του έτους εμφανίζεται ιδιαίτερα άνιση, καθώς το καλοκαίρι αποτελεί μια ιδιαίτερα άνομβρη περίοδο σε αντίθεση με το φθινόπωρο και το χειμώνα που συγκεντρώνουν το μεγαλύτερο ποσοστό των φαινομένων αυτών. Τα παραπάνω έχουν ως αποτέλεσμα η συντριπτική πλειοψηφία των υδάτινων ρευμάτων της χώρας μας (χείμαρροι, ποταμοί) να εμφανίζει υδατοπαροχές με έντονη ετήσια μεταβλητότητα και ειδικότερα κατά το θέρος να χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα χαμηλές έως και μηδενικές παροχές, ανάλογα με το μέγεθος της λεκάνης απορροής τους. Όλα τα παραπάνω αναδεικνύουν τη συνθετότητα του ζητήματος της βέλτιστης δυνατής αξιοποίησης των υδάτινων πόρων της χώρας. Ένα επιπλέον δυσμενές χαρακτηριστικό των υδάτινων ρευμάτων της χώρας μας, ειδικότερα των χειμάρρων και των χειμαρροποτάμων, είναι οι αιφνίδιες πλημμυρικές υδατοπαροχές μετά από βροχοπτώσεις μεγάλης ραγδαιότητας, οι οποίες και έχουν καταστρεπτικές συνέπειες στις λεκάνες απορροής. Μέσα από το παραπάνω πλαίσιο, αναδεικνύεται η σπουδαιότητα εκτέλεσης υδροδυναμικών/ υδραυλικών έργων στο χώρο των λεκάνων απορροής. Πιο συγκεκριμένα, τα εν λόγω έργα αποτελούν βασικά έργα υποδομής, καθώς με την κατασκευή τους επιτυγχάνεται η μείωση της έντασης και της έκτασης των εμφανιζόμενων διαβρώσεων, αποσαθρώσεων και γεωκατακρημνισμάτων κάθε μορφής συνεισφέροντας με αυτό τον τρόπο στον έλεγχο της υποβάθμισης του ευρύτερου χώρου της λεκάνης απορροής, αποτρέποντας με τα κατάλληλα έργα την εμφάνιση πλημμυρικών φαινομένων ή τον περιορισμό των επιπτώσεων τους. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διευθέτηση του χειμάρρου Μαΐστρου, στην περιοχή της Αλεξανδρούπολης μέσα από το πρίσμα των αρχών των υδραυλικών έργων και της διαχείρισης των υδατικών πόρων. Πιο αναλυτικά, μελετάται η κατασκευή 2 καταβαθμών ελεύθερης υδατόπτωσης για την μείωση της κλίσεως του χειμάρρου σε προκαθορισμένες

19 θέσεις, η ανύψωση στην ροή του νερού που προκαλείται από την παρουσία δυο γεφυρών κατάντη του χειμάρρου καθώς και η σύνταξη προϋπολογισμού για τις παραπάνω εργασίες σε επίπεδο προμελέτης και με βάση τα τιμολόγια του υπουργείου. Για την περάτωση της διπλωματικής, ακολουθήθηκε η παρακάτω δομή, μέσα από εφτά κεφάλαια: 1. Εισαγωγή 2. Βασικές έννοιες υδρολογίας 3. Τεχνικά υδραυλικά έργα 4. Περιοχή μελέτης 5. Υπολογισμοί της διευθέτησης χειμάρρου 6. Περιγραφικό τιμολόγιο προμετρήσεων 7. Συμπεράσματα

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΑΣ 2.1 Γενικά Τα ρέοντα νερά περιλαμβάνουν τους ποταμούς, τα ρυάκια και τους χείμαρρους. Τροφοδοτούνται από τις βροχές και τα χιόνια που λιώνουν καθώς και από τα υπόγεια νερά που αναβλύζουν στις πηγές. Μικρά υδάτινα ρεύματα ξεκινούν από τα βουνά (ανάντη περιοχές) και σταδιακά ενώνονται σε μεγαλύτερες κοίτες ποταμών (κατάντη περιοχές) σχηματίζοντας το υδρογραφικό δίκτυο μιας λεκάνης απορροής. Ένα ποτάμιο σύστημα δέχεται διάφορες εισροές από τη λεκάνη απορροής του και συγχρόνως επιδρά πάνω στα βιοτικά και αβιοτικά χαρακτηριστικά της. Μέχρι το 1975, οι μελέτες των ποτάμιων συστημάτων ήταν αποσπασματικές π.χ. μελέτη ενός αλλουβιακού παραποτάμιου δάσους της ευρείας κοίτης ή μιας λίμνης της πλημμυρικής πεδιάδας του ποταμού (πεδιάδα κατάκλυσης). Όμως μετά το 1975 εκδηλώθηκε έντονο ενδιαφέρον για πιο σύνθετες μελέτες. Με την πρόοδο της οικολογίας του τοπίου κατά τη δεκαετία του 80 και την ανάπτυξη της ολιστικής προσέγγισης (οι λεκάνες απορροής μελετούνται ως ενιαία σύνολα), λαμβάνονται όλο και περισσότερο υπόψη οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διαφορετικών οικοσυστημάτων του ποτάμιου συστήματος. Στα πλαίσια αυτής της προσέγγισης, η έννοια του "ποτάμιου υδροσυστήματος" επιτρέπει μια νέα, διεπιστημονική προσέγγιση. Στην έννοια του ποτάμιου υδροσυστήματος περιλαμβάνονται μεγάλα ποτάμια ρεύματα που είναι σύνθετα συστήματα αλληλοεπηρεαζόμενων οικοσυστημάτων, με 4 διαστάσεις(μοντεσάντου, 1999):

21 Σχήμα 2. Σχηματική αναπαράσταση ποτάμιας ροής (Πηγή: Μοντεσάντου, 1999) Η κατά μήκος διάσταση (Σχ. 3) αντιστοιχεί στη διαβάθμιση ανάντηκατάντη που ακολουθεί τη διαδρομή του νερού από τις πηγές και τους ορεινούς χείμαρρους μέχρι τους κεντρικούς κλάδους του ποταμού, που απλώνονται στην αλλουβιακή πεδιάδα καταλήγοντας τελικά στις εκβολές. H εγκάρσια διάσταση (Σχ. 3) περικλείει την ποικιλότητα των αλληλοεπηρεαζόμενων οικοσυστημάτων που βρίσκονται "σε διάταξη μωσαϊκού" στην αλλουβιακή πεδιάδα, όπως τα ρέοντα νερά της κύριας κοίτης και των πλάγιων κλάδων, τα στάσιμα νερά των εγκαταλειμμένων κοιτών, των παλαιών μαιάνδρων και των ελών, τα παραποτάμια δάση, τα χερσαία οικοσυστήματα της αλλουβιακής πεδιάδας και τις νησίδες του ποταμού. H κατακόρυφη διάσταση (Σχ. 3) αναφέρεται στις ζώνες των επιφανειακών χερσαίων και υδάτινων οικοσυστημάτων και των υπόγειων νερών του υδροφόρου ορίζοντα της πεδιάδας. Σε όλα αυτά τα επιμέρους οικοσυστήματα, που δημιουργούνται και επηρεάζονται έντονα από τη δυναμική του ποτάμιου υδροσυστήματος, γίνονται ανταλλαγές ενέργειας, ύλης και ζώντων οργανισμών, με αποτέλεσμα την αλληλεξάρτηση τους.

22 Η χρονική διάσταση περιλαμβάνει όλες τις αλλαγές, φυσικές ή ανθρωπογενείς, που πραγματοποιούνται μέσα στο χρόνο, έχοντας η κάθε μια τη δική της περιοδικότητα. Σχήμα 3. Κατά μήκος διάσταση και σχηματοποίηση των αμφίδρομων ροών ως προς την εγκάρσια διάσταση (ανταλλαγές με τα διάφορα οικοσυστήματα της αλλουβιακής πεδιάδας) και την κατακόρυφη διάσταση (ανταλλαγές με το περιβάλλον του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα) (Πηγή: Μοντεσάντου, 1999). Οι αλληλοσυσχετισμοί που, σε κάθε διάσταση, συνδέουν τους μηχανισμούς της δυναμικής του ποτάμιου υδροσυστήματος (παροχή και στερεοπαροχή, διαδικασία διάβρωσης και ιζηματογένεσης, μορφή του δικτύου, ποιότητα του νερού) και τις βιολογικές διεργασίες (στρατηγικές προσαρμογής, συμπεριφορά, θήρευση, ανταγωνισμός, παραγωγή βιομάζας, διαδοχές) ερμηνεύουν σε μεγάλο βαθμό την κατανομή της χλωρίδας και της πανίδας και τη διαφοροποίησή τους στο χρόνο. Συνεπώς, κατά τη μελέτη των ποτάμιων υδροσυστημάτων, στόχος μας πρέπει να είναι η αποφυγή της κατάτμησής τους σε επιμέρους υποσύνολα. Η συνολική προσέγγιση επιτρέπει την κατανόηση της λειτουργίας, της ποικιλότητας και πολυπλοκότητας των φυσικοχημικών και βιολογικών φαινομένων, καθώς και των επιπτώσεων των ανθρώπινων παρεμβάσεων. Τελικά, όλα τα ανωτέρω φαινόμενα αλληλεπιδρούν σε διαφορετικές κλίμακες χώρου και χρόνου εξασφαλίζοντας έτσι τη συνοχή αυτών των ιεραρχημένων και ελεγχόμενων από τη δυναμική του νερού "ποτάμιων υδροσυστημάτων".(μοντεσάντου Β 1999)

23 2.2 Υδρολογικός Κύκλος Η κυκλική κίνηση με την οποία εμφανίζεται το νερό με τις διάφορες φάσεις του (υγρή, στερεή, αέρια) από την ατμόσφαιρα προς την επιφάνεια και το εσωτερικό της γης και αντιστρόφως, είναι γνωστή ως υδρολογικός κύκλος. Σχήμα 4. Γραφική απεικόνιση υδρολογικού κύκλου (Πηγή: Γιαννόπουλος, 2008) Κύριοι προμηθευτές του νερού στη γη είναι τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα και ειδικότερα η βροχή και το χιόνι. Από το νερό που φτάνει στην επιφάνεια της γης με την μορφή των κατακρημνισμάτων, ένα μέρος του συγκρατείται από τα φυλλώματα των φυτών που καλύπτουν το έδαφος. Η ποσότητα αυτή του νερού που συγκρατείται με τον τρόπο αυτό δεν είναι σταθερή αλλά εξαρτάται από το είδος και το ποσοστό της φυτοκάλυψης όπως επίσης και από το είδος του κατακρημνίσματος. Ένα άλλο μέρος του νερού συγκρατείται από τις εδαφικές κοιλότητες και ένα τρίτο γυρίζει πίσω στην ατμόσφαιρα μέσα από τις διαδικασίες της εξάτμισης και της διαπνοής. Το υπόλοιπο κινείται στην επιφάνεια του εδάφους ή διηθείται στο έδαφος. Από το διηθούμενο νερό ένα μέρος κινείται πλευρικά, αμέσως κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και ξαναεμφανίζεται στην επιφάνεια του εδάφους ή στις κοίτες ρευμάτων, ενώ το υπόλοιπο πηγαίνει σε βαθύτερα στρώματα και

24 εμπλουτίζει την κορεσμένη ζώνη από την οποία και πάλι κινούμενο πλευρικά μπορεί να φτάσει στην κοίτη κάποιου ρεύματος ή να φύγει έξω από τα όρια της υδρολογικής λεκάνης. Σχήμα 5. Ποιοτική παρουσίαση του υδραυλικού κύκλου σύμφωνα με τον Horton (Γιαννόπουλος,. 2008) 2.3 Υδρογραφικό δίκτυο και λεκάνη απορροής Η διαμόρφωση του τοπογραφικού αναγλύφου της επιφάνειας της γης εξαρτάται σε μεγάλο ποσοστό από την επίδραση του νερού τόσο με την υγρή όσο και με την στερεή μορφή του (π.χ. παγετώνες). Οι διεργασίες του νερού όπως η αποσάθρωση, η διάβρωση, η μεταφορά και απόθεση του θρυμματισμένου ή διαλυμένου υλικού της επιφάνειας της γης είναι πολύ σημαντικές σε όλα τα γεωγραφικά πλάτη με αποτέλεσμα οι περισσότερες γεωμορφές να είναι αποτέλεσμα της δράσης του νερού. Οι ποταμοί αποτελούν τμήμα ενός υδρογραφικού δικτύου (drainage network) το οποίο συνορεύει με

25 το διπλανό του με την ενδιάμεση κορυφογραμμή. Η περιοχή συλλογής και απομάκρυνσης (αποστράγγισης) του νερού ενός υδρογραφικού δικτύου λέγεται λεκάνη απορροής (drainage basin). Οι ποταμοί δέχονται νερά από τις βροχοπτώσεις, το λιώσιμο των χιονιών και από πηγές του υπόγεια αποθηκευμένου νερού. Επειδή οι βροχοπτώσεις αποτελούν έναν από τους κύριους παράγοντες που καθορίζουν τη ροή, οι εποχικές τους διακυμάνσεις καθορίζουν το υδρολογικό καθεστώς (υδρολογική δίαιτα) των ποταμών. (Μοντεσάντου, 1999) Κάθε υδρογραφικό δίκτυο αποτελείται από χειμάρρους και παραποτάμους που ενώνονται και σχηματίζουν τους ποταμούς. Η μορφολογία της περιοχής (τοπογραφικές κλίσεις) καθώς και η δομή του υποκείμενου πετρώματος (λιθολογία και τεκτονική) καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την πορεία που θα ακολουθήσει ένας ποταμός. Έτσι, το σχήμα του υδρογραφικού δικτύου αντικατοπτρίζει σχεδόν πάντα τις γεωλογικές, τεκτονικές και κλιματολογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή και το ανάγλυφο θα εξαρτάται βασικά από τις διεργασίες του νερού. Στα όρια δύο γειτονικών λεκανών απορροής η γραμμή συνάντησης των ανηφορικών επιφανειών, στην οποία διαχωρίζονται τα νερά που θα καταλήξουν στην μια ή στην άλλη λεκάνη, λέγεται γραμμή διαχωρισμού των νερών ή υδροκρίτης. Οι οριακές γραμμές των λεκανών απορροής προσδιορίζονται από τον τοπογραφικό χάρτη, με τη βοήθεια των ισοϋψών γραμμών. Βέβαια, υπάρχουν περιπτώσεις που ο υδροκρίτης είναι χαμηλός και τότε η γραμμή διαχωρισμού των νερών είναι δύσκολο να καθοριστεί. Το σχήμα ενός υδρογραφικού δικτύου μοιάζει τις περισσότερες φορές με τη μορφή δένδρου και σ αυτή την περίπτωση λέγεται δενδριτικής μορφής. Αυτός ο τύπος δικτύου απαντά σε περιοχές που καλύπτονται συνήθως από οριζόντια αδιαπέρατα πετρώματα στα οποία δεν υπάρχουν σημαντικά ρήγματα και τα υδάτινα ρεύματα κυλούν ανεμπόδιστα προς όλες τις

26 κατευθύνσεις. Εκτός από αυτή τη μορφή, τα υδρογραφικά δίκτυα παρουσιάζουν επίσης παράλληλη μορφή (κλάδοι σχεδόν παράλληλοι), ορθογώνια μορφή (κλάδοι που σχηματίζουν ορθές γωνίες), ακτινωτή μορφή (αν στο κέντρο της περιοχής υπάρχει μια έξαρση του εδάφους), κεντρομόλο μορφή (αν στο κέντρο της περιοχής υπάρχει ένα βύθισμα) και ακανόνιστη μορφή. Τέλος η ακιδωτή μορφή έχει συνήθως περιορισμένη εξάπλωση και βρίσκεται στα όρια των υδρογραφικών δικτύων (Μοντεσάντου Β 1999). Οι παραπόταμοι συμβάλλουν με τον κύριο κλάδο κατά γωνία αντίθετη προς τη ροή. Απαντά σε νέο- εξελισσόμενα υδρογραφικά δίκτυα και είναι αποτέλεσμα της πειρατείας ενός ποταμού δηλαδή της απόσπασης ενός τμήματος του υδρογραφικού δικτύου ενός ποταμού από ένα διπλανό σύστημα που υπερισχύει με αποτέλεσμα την αναστροφή της ροής στο τμήμα που αποσπάσθηκε. Η παράλληλη μορφή, η ακτινωτή μορφή (κυρίως σε ηφαιστειακούς σχηματισμούς) και η ορθογώνια μορφή (διαρρήξεις, ρήγματα) σχετίζονται με την τεκτονική εξάρτιση της μορφής των υδρογραφικών δικτύων. Σχήμα 6. Διάφοροι τύποι υδρογραφικών δικτύων (Πηγή: ). Ο αριθμός των κλάδων των επιμέρους ρευμάτων μιας λεκάνης απορροής καθώς και το μήκος του κάθε κλάδου δεν είναι τυχαία, αλλά καθορίζονται από μια σειρά νόμων διακλάδωσης. Η διατύπωση των νόμων αυτών αποτελεί αντικείμενο έρευνας της φυσικής γεωγραφίας. Οι βασικές αρχές ταξινόμησης

27 των υδρογραφικών δικτύων διατυπώθηκαν από τους ερευνητές Horton (1945) και Strahler ((1957) οι οποίοι πρότειναν ένα σύστημα διαβάθμισης των ρευμάτων (κλάδων): οι πολύ μικροί κλάδοι που βρίσκονται στα ψηλότερα σημεία μιας λεκάνης απορροής και δεν δέχονται νερά από άλλους παραποτάμους (αδιακλάδωτοι) ονομάζονται κλάδοι πρώτης τάξης. Όταν συμβάλλουν δύο κλάδοι πρώτης τάξης, ο νέος, μεγαλύτερος κλάδος ονομάζεται κλάδος δεύτερης τάξης. Η συμβολή δύο κλάδων δεύτερης τάξης δημιουργεί ένα κλάδο τρίτης τάξης κ.ο.κ. Ο Horton υποστήριξε ότι η ανάπτυξη κάθε υδρογραφικού δικτύου ακολουθεί ορισμένους φυσικούς νόμους και προτείνει μια σειρά νόμων γνωστών ως νόμοι του Horton. (Γιαννόπουλος, 2008) Σχήμα 7. Τάξεις κλάδων σύμφωνα με τη μέθοδο των Horton-Strahler (Πηγή: Γιαννόπουλος, 2008 ). Ο όρος υδρογραφική υφή περιλαμβάνει την υδρογραφική πυκνότητα και συχνότητα των κλάδων. Η υδρογραφική πυκνότητα είναι το συνολικό μήκος των κλάδων μιας συγκεκριμένης υδρογραφικής λεκάνης διά της συνολικής επιφάνειας της λεκάνης αυτής. Συχνότητα των κλάδων καλείται ο συνολικός αριθμός αυτών σε μια λεκάνη διά της συνολικής επιφάνειας αυτής. Η υφή μπορεί να είναι λεπτή (πυκνό υδρογραφικό δίκτυο μεγάλης συχνότητας) ή τραχεία (αραιό υδρογραφικό δίκτυο μικρής συχνότητας). Οι βασικοί παράγοντες που επιδρούν στην υδρογραφική υφή είναι οι εξής:

28 Το κλίμα : η ποσότητα και το είδος των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων επιδρούν άμεσα στην ποσότητα και τον χαρακτήρα της επιφανειακής ροής. Σε περιοχές που οι βροχοπτώσεις είναι ραγδαίες, ένα μεγάλο ποσοστό της βροχής ρέει αμέσως επιφανειακά με αποτέλεσμα -και ανεξάρτητα από άλλους παράγοντεςνα δημιουργηθούν περισσότεροι κλάδοι, δηλαδή συχνό υδρογραφικό δίκτυο. Το κλίμα, επιδρώντας στην ποσότητα και ταχύτητα της επιφανειακής ροής, επηρεάζει έμμεσα την υφή ελέγχοντας την ποσότητα και το είδος της βλάστησης. Το κλίμα επιδρά επίσης στην ικανότητα του εδάφους να απορροφήσει τη βροχή. Είναι δυνατόν σε ημιερημικές περιοχές να υπάρχει λεπτότερη υδρογραφική υφή απ ότι σε υγρές περιοχές με όμοιες λιθολογικές συνθήκες και γεωλογική δομή. Αιτία αυτού του φαινομένου είναι η αραιότερη βλάστηση που καλύπτει τις ξηρές περιοχές και το μεγαλύτερο ποσοστό της επιφανειακής ροής. Η ικανότητα διήθησης (infiltration capacity): σχετίζεται με την διαπερατότητα του αποσαθρωμένου υλικού ή του πετρώματος και είναι μάλλον ο πιο σημαντικός παράγοντας που επιδρά στην υδρογραφική υφή. Οι ποτάμιοι κλάδοι είναι περισσότεροι στα αδιαπέρατα υλικά (άργιλοι και αργιλικοί σχιστόλιθοι) απ ότι στα διαπερατά (άμμοι, κροκάλες) και έχει παρατηρηθεί ότι σε περιοχές που καλύπτονται από διαπερατά υλικά πρακτικά δεν σχηματίζονται υδρογραφικά δίκτυα. Οι σημαντικότεροι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η ικανότητα διήθησης είναι οι εξής: το μέγεθος των κόκκων του εδάφους η δομή του εδάφους ή ο τρόπος διάταξης των κόκκων (πορώδες ή μη), η ποσότητα και το είδος της βλάστησης (φυτοκάλυψη), η βιολογική δομή του εδάφους (χούμος, ρίζες, ενδοεδαφική πανίδα), η υγρασία του εδάφους,

29 η κατάσταση της επιφάνειας του εδάφους η οποία προσδιορίζεται από το εάν οργώθηκε πρόσφατα ή αν είναι ξηρή και η θερμοκρασία του εδάφους. Το αρχικό ανάγλυφο : οι κλάδοι θα είναι περισσότεροι σε μια ανώμαλη επιφάνεια απ ότι σε μια ομαλή. Η δομή του πετρώματος (το συμπαγές ή όχι του πετρώματος) και η αφθονία των ρηγμάτων. Τα αδιαπέρατα υλικά, η πολύ αραιή βλάστηση και η συχνότητα των καταιγίδων οδηγούν στη δημιουργία μιας πολύ λεπτής υδρογραφικής υφής. Η τραχεία υδρογραφική υφή είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική στις αμμώδεις και κροκαλοπαγείς παγετώδεις πεδιάδες οι οποίες και εμφανίζουν λιγότερους επιφανειακούς κλάδους Ποτάμιες διεργασίες Γενικά Η επιφανειακή ροή των νερών είναι ο κυριότερος γεωμορφικός παράγοντας στο μεγαλύτερο τμήμα της Γης. Οι περιοχές όπου η βροχόπτωση δεν έχει επιτελέσει κάποιο γεωμορφικό έργο είναι λίγες (π.χ. περιοχές καλυμμένες από παγετώνες). Βασική προϋπόθεση για την ύπαρξη ροής σ έναν ποταμό είναι τουλάχιστον αρχικά- μια μικρή κλίση στο ανάγλυφο. Έτσι έχουμε κίνηση του νερού λόγω βαρύτητας. Εκτός από τη βαρύτητα, σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της ροής ενός ρεύματος παίζει η τριβή στα τοιχώματα της κοίτης του. Η ταχύτητα ενός ποταμού μειώνεται σημαντικά στις ακτές και στο βυθό του λόγω της τριβής. Η ταχύτητα της ροής ενός ποταμού εξαρτάται από τις δυνάμεις τριβής που αναπτύσσονται και αυτές προσδιορίζονται από το σχήμα και το μέγεθός του. Η μέγιστη ταχύτητα ροής παρατηρείται στο κέντρο του ρεύματος και σε βάθος περίπου στο 1/3 της απόστασης επιφάνειας-βυθού. Για τη μελέτη της ροής ενός ποταμού, εκτός από την ταχύτητα (current

30 velocity), μετράμε την παροχή (water flow, discharge), που εκφράζει τον όγκο του νερού που διέρχεται από μια διατομή του ποταμού στη μονάδα του χρόνου. (Μοντεσάντου, 1999) Η κατά μήκος διατομή ενός ποταμού δείχνει συνήθως ότι στην περιοχή των πηγών του η κλίση του είναι σχετικά μεγάλη και μειώνεται σταδιακά προς τα κατάντη με τάση να μηδενιστεί στις εκβολές. Η κλίση ενός ποταμού είναι ανάλογη της κινητικής του ενέργειας και της ικανότητάς του για την μεταφορά υλικών. Μεταβολή της κλίσης ενός ποταμού (π.χ. από τεκτονικά αίτια) σημαίνει διατάραξη της ισορροπίας του και ξεκίνημα νέων διεργασιών διάβρωσης για την αφομοίωση αυτής της μεταβολής. Ένας ποταμός θα είναι σε ισορροπία όταν δεν διαβρώνει, δεν αποθέτει και διατηρεί σταθερή την κλίση του και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του Διάβρωση και απόθεση Η αποσάθρωση περιλαμβάνει το σύνολο των φυσικών, χημικών και οργανικών δράσεων που συντελούν στην καταστροφή των πετρωμάτων των γεωλογικών σχηματισμών. Με τον όρο διάβρωση εννοούμε το σύνολο των παραγόντων που συντελούν είτε στη μεταφορά των προϊόντων αποσάθρωσης είτε στην απόσπαση και μεταφορά συστατικών των γεωλογικών σχηματισμών σε άλλη θέση. Η διάβρωση συμβάλλει με την αποσάθρωση στη φθορά των γεωλογικών σχηματισμών. Στην περίπτωση που τα προϊόντα της αποσάθρωσης δεν μεταφέρονται αλλά παραμένουν στον τόπο του μητρικού πετρώματος, σχηματίζουν αποθέσεις που ονομάζονται ελουβιακοί σχηματισμοί, ενώ αποθέσεις που σχηματίζονται από μεταφορά προϊόντων διάβρωσης σε άλλη θέση λέγονται αλλουβιακοί σχηματισμοί ή προσχώσεις. Η αρχή της δημιουργίας του πεπλατυσμένου πυθμένα μιας κοιλάδας αποτελεί την αρχή της προσχωσιγενούς πεδιάδας με την απόθεση των αλλουβίων που καλύπτουν τον πεπλατυσμένο πυθμένα της κοιλάδας. Με την πάροδο του χρόνου οι αλλούβιες αποθέσεις αποκτούν τόσο πάχος ώστε να καλύπτουν

31 σχεδόν εξ ολοκλήρου τα πετρώματα της κοίτης του ποταμού. (Μοντεσάντου, 1999) Η μεταφορά υλικού από τα ποτάμια γίνεται υπό μορφή διαλυμένων ουσιών (π.χ. ιόντα), υπό μορφή αιωρούμενου υλικού (π.χ. άργιλος, πηλός) ή παρασυρόμενου υλικού (π.χ. κροκάλες). Τα μεγαλύτερα υλικά μεταφέρονται με αναπήδηση ή κύλιση. Οι ποσότητες που μπορεί να μεταφέρει ένα ποτάμι είναι ανάλογες της ταχύτητας του και της παροχής του, ενώ η ποσότητα των διαλυμένων ουσιών μέσα στο νερό εξαρτάται από το βαθμό και το είδος αποσάθρωσης των πετρωμάτων. Η κύρια μορφή διάβρωσης των ποταμών όμως γίνεται από τη μηχανική δράση που ασκούν το νερό και τα μεταφερόμενα υλικά στα πετρώματα. Η διάβρωση από τις κοίτες του ποταμού εξαρτάται από την συνεκτικότητα του υλικού. Για παράδειγμα, η αποκόλληση κόκκων της άμμου είναι ευκολότερη από αυτή των φυλλοειδών συστατικών του πηλού. Όταν η μάζα του αποσαθρωμένου υλικού που μεταφέρεται με το υδάτινο ρεύμα είναι μεγαλύτερη από την μεταφορική του ικανότητα (κατάσταση υπερφόρτωσης), τότε αρχίζει η διαδικασία της απόθεσης. Η απόθεση αρχίζει πρώτα με τα μεγαλύτερα (βαρύτερα) υλικά και βαθμιαία αποτίθενται τα πιο λεπτόκοκκα. Η μεταφορική ικανότητα των ρευμάτων αλλάζει συχνά και είναι συνηθισμένο το φαινόμενο προσχωσιγενών στρωμάτων διαφόρων τύπων που είναι τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο. Η υπερφόρτωση των ρευμάτων οφείλεται : 1. Στην αύξηση των μεταφερόμενων υλικών χωρίς αντίστοιχη αύξηση της μεταφορικής ικανότητας του ρεύματος 2. Στην απώλεια νερού λόγω ελάττωσης των βροχοπτώσεων ή έντονης εξάτμισης 3. Στην ελάττωση της τοπογραφικής κλίσης του ποταμού, που έχει ως συνέπεια την ελάττωση της ταχύτητάς του. Αυτή είναι και η πιο συνηθισμένη αιτία της απόθεσης.

32 Η ελάττωση της ταχύτητας ενός ρεύματος γίνεται βαθμιαία από τις πηγές έως τις εκβολές ή μπορεί να συμβεί και απότομα όταν, για παράδειγμα, ένα ορεινό ρεύμα μεταπέσει απότομα σε πεδιάδα με μικρότερη κλίση. Η ταχύτητά του θα ελαττωθεί λόγω αυτής της απότομης αλλαγής της τοπογραφικής κλίσης και στη θέση εκείνη μερικά ρεύματα μπορεί να φράξουν την ίδια τους την κοίτη. Η απόθεση υλικού ενός ρεύματος μπορεί να γίνει μέσα στην ίδια του την κοίτη ή συχνά στο εσωτερικό μιας καμπής, όταν η ταχύτητα του νερού είναι ελάχιστη. Έτσι δημιουργούνται αναχώματα άμμων, ιλύος ή κροκάλων. Ο σχηματισμός τέτοιων αναχωμάτων μειώνει την διατομή της κοίτης του ρεύματος και αυξάνει την πιθανότητα πλημμύρας (υπερχείλισης) κατά τις εποχές της ανύψωσης της στάθμης των νερών. Μετά από διαδοχικές εκφορτώσεις υλικών σε περιόδους πλημμύρας και λόγω της κατακόρυφης επαύξησης, δημιουργείται μια ευρεία πεδιάδα, η οποία καλείται πεδιάδα κατάκλισης ή υπερχείλισης (floodplain) και είναι η πιο χαρακτηριστική μορφή απόθεσης των ποταμών. Οι πεδιάδες υπερχείλισης αποτελούνται από δύο τύπους υλικών: από αποθέσεις κοίτης (channel deposits) από υπερόχθιες αποθέσεις (overbank deposits) που αποτίθενται στην επιφάνεια της προσχωσιγενούς πεδιάδας. (Μοντεσάντου Β 1999) Κατά τις περιόδους μεγάλων βροχοπτώσεων, όταν το ρεύμα είναι φορτωμένο με ιζήματα και υπερχειλίζει την κοίτη του, εκτείνεται στην πεδιάδα, χάνει την ταχύτητά του και αποθέτει μέρος του φορτίου του. Κοντά στις όχθες ανάλογες αποθέσεις σχηματίζουν χαμηλές ευρείες κοίτες (πλημμυρικές κοίτες) που πλαισιώνουν το ρεύμα και καλούνται φυσικά αναχώματα (natural levees). Τα φυσικά αναχώματα είναι λοιπόν σχηματισμοί από άμμο και ιλύ πλευρικά στις όχθες του ποταμού που μπορεί ν ανυψωθούν περισσότερο με τεχνικά έργα για την προστασία από τις πλημμύρες.

33 2.5 Χείμαρροι Η δημιουργία των χειμάρρων οφείλεται κυρίως στις μεγάλες τοπογραφικές κλίσεις και έμμεσα στην έλλειψη δασικής βλάστησης. Όπου υπάρχει δασική ή θαμνώδης βλάστηση συγκρατούνται τα νερά της βροχής και διευκολύνεται η διείσδυσή τους στο έδαφος. Έτσι, μετριάζεται η ορμητικότητα της ροής, μειώνεται το ποσοστό της απορροής και συγχρόνως εμπλουτίζονται τα υπόγεια στρώματα. Η διαβρωτική τους ενέργεια είναι πολύ μεγάλη. Οι αποθέσεις τους είναι κυρίως χονδρόκοκκα υλικά και σχεδόν εκλείπουν οι άργιλοι. Η απόθεση γίνεται κατά μήκος του ρεύματος κατακόρυφα, με αποτέλεσμα ο χείμαρρος να διακλαδίζεται. Παλιές αποθέσεις κόβονται στη συνέχεια από νέους χείμαρρους, συνήθως μετά τις περιόδους έντονης παροχής. Η αναδάσωση συνιστά ένα σημαντικό μέσο για να αποφευχθούν οι καταστροφές από τους χειμάρρους. Η ασφαλέστερη όμως μέθοδος συνίσταται στη μείωση της ταχύτητας του χειμάρρου με την κατασκευή σειράς εγκαρσίων πέτρινων φραγμάτων (αναβαθμίδων) κατά μήκος της κοίτης τους. Σχήμα 8. Σχηματοποίηση της κατά μήκος κατατομής ενός ποταμού (Πηγή: Μοντεσάντου, 1999).

34 2.6 Μορφές κοίτης ποταμών Σε όλα τα ποτάμια διακρίνουμε τρείς γεωμορφολογικές ενότητες: τον άνω, τον μέσο και τον κάτω ρου (Σχ. 8). Ο άνω ρους αντιστοιχεί στο ορεινό τμήμα του ποταμού όπου τα νερά κυλούν με μεγάλη ταχύτητα διαβρώνοντας το έδαφος. Ο μέσος ρους αντιστοιχεί στο κέντρο των ποτάμιων κοιλάδων, χαρακτηρίζεται από ευθύγραμμες κοίτες, όπου η διάβρωση και η απόθεση βρίσκονται σε δυναμική ισορροπία. Ο κάτω ρους αντιστοιχεί στην έξοδο από την ποτάμια κοιλάδα. Εδώ η ροή επιβραδύνεται, τα φερτά υλικά του ποταμού συσσωρεύονται και συχνά αναγκάζουν τον ποταμό ν' αλλάξει κοίτη σχηματίζοντας μαιάνδρους. Ο κάτω ρους τελειώνει στις εκβολές όπου συχνά σχηματίζονται εκτεταμένοι υγρότοποι από εγκαταλειμμένες κοίτες και λιμνοθάλασσες που είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης θάλασσαςποταμού (Σχ. 9). Σχήμα 9. Διαφορές στη μορφολογία του καναλιού και στις διεργασίες μέσα στη λεκάνη απορροής (Πηγή: Μοντεσάντου, 1999).

35 Η διαμόρφωση της κοίτης των ποταμών μπορεί να συνοψιστεί σε τρεις βασικούς τύπους: την ευθεία μορφή, την διακλαδιζόμενη μορφή και την μαιανδρική μορφή κοίτης (Μοντεσάντου,1999). Κοίτη ευθείας μορφής: Οι κοίτες των ποταμών σπάνια είναι ευθείες σε μεγάλη απόσταση και εκεί ακόμη όπου εμφανίζονται ευθύγραμμες συνήθως υπάρχει κάποιος παράγοντας εκτροπής. Έχει αποδειχτεί ότι η κοίτη των ποταμών είναι σπάνια ευθύγραμμη για αποστάσεις μεγαλύτερες από το δεκαπλάσιο του πλάτους της κοίτης. Ακόμη και κατά μήκος αυτών των ευθύγραμμων τμημάτων, το βαθύτερο τμήμα της κοίτης είναι ελικοειδές και μετακινείται από τη μία πλευρά της όχθης προς την άλλη αποθέτοντας αντίστοιχα το μεταφερόμενο υλικό. Κοίτη μαιανδρικής μορφής: Ο όρος μαίανδρος χρησιμοποιείται όταν οι καμπύλες των ποτάμιων κοιτών παρουσιάζουν κάποια σχετική συμμετρία. Η διαφορά μεταξύ ενός διακλαδιζόμενου ποταμού και ενός ποταμού που σχηματίζει μαιάνδρους συνίσταται στο ότι ο πρώτος μεταφέρει έναν υπερβολικά μεγάλο όγκο στερεού υλικού και επομένως δεν μπορεί να διαβρώνει οριζόντια όπως συμβαίνει μ ένα ποταμό που σχηματίζει μαιάνδρους. Κοίτη διακλαδιζόμενης μορφής: Αυτή διαχωρίζεται σε δύο ή περισσότερες κοίτες (αναστομώσεις). Αυτού του τύπου η κοίτη σχηματίζεται μετά τη δημιουργία επιμηκών νησίδων (αλλουβίων νησίδων) που αποτελούνται από αδρομερέστερο υλικό. Συχνά υποθέτουμε ότι η διακλαδιζόμενη κοίτη είναι ένδειξη υπερβολικής στερεοπαροχής και ότι έχουμε το σχηματισμό μιας προσχωσιγενούς κοιλάδας. Οι περισσότεροι ποταμοί παρουσιάζουν σύνθετες μορφές κοίτης δηλαδή αποτελούνται από δύο ή τρεις μορφές κοιτών.

36 2.7 Μαίανδροι Στα σχετικά επίπεδα τμήματα της υδάτινης ροής μπορεί να σχηματισθούν μαίανδροι αν ο ποταμός συναντήσει εμπόδια στην κοίτη του όπως εκβαθύνσεις σε σχέση με το μέσο βάθος του (pools) ή προσχώσεις (riffles) Όταν αυτό το φαινόμενο επαναλαμβάνεται πολλές φορές έχει σαν αποτέλεσμα την ελισσόμενη κοίτη (ημιτονοειδής μορφή). Σχήμα 10. Ακολουθία εκβαθύνσεων -προσχώσεων μέσα στο ποτάμι (Πηγή: Μοντεσάντου, 1999). Στην εξωτερική τους όχθη, το ρεύμα λόγω της φυγόκεντρου δύναμης επιταχύνεται και έχουμε το μεγαλύτερο βάθος και απότομη κλίση (διάβρωση). Αντίθετα, στην απέναντι εσωτερική πλευρά το ρεύμα επιβραδύνεται με αποτέλεσμα να δημιουργούνται αποθέσεις (πλευρικές αποθέσεις) και μικρή κλίση. Οι αποθέσεις στις πλευρές του μαιάνδρου είναι είτε φυσικά αναχώματα είτε ιζήματα σε σχισμές εγκάρσια στα φυσικά αναχώματα. Τα ιζήματα που αποτίθενται στους μαιάνδρους μπορεί να είναι μέσα στο μαίανδρο, στις πλευρές του μαιάνδρου καθώς και στην πεδιάδα κατάκλισης.

37 Σε ότι αφορά τις αποθέσεις της ζώνης των μαιάνδρων, μπορούν να ταξινομηθούν (Fisk 1944) ως εξής: α- επιμήκεις αποθέσεις κοίτης (point bar deposits) β- αποθέσεις εγκαταλειμμένης κοίτης (abandoned channel fillings) γ- αποθέσεις φυσικών αναχωμάτων (natural levees deposits). Οι μαίανδροι μπορεί να σχηματιστούν σε κοιλάδες αλλά αναπτύσσονται κυρίως σε προσχωσιγενείς πεδιάδες όπου και το ελάχιστο εμπόδιο τείνει να εκτρέψει τον ρου του ποταμού. Το εύρος και το σχήμα των μαιάνδρων είναι συνάρτηση του μεγέθους της παροχής, της τοπογραφικής κλίσης και της φύσης των πετρωμάτων. 2.8 Πρακτικές χρήσεων γης Η απαίτηση για νερό άρδευσης ή η καταστροφή των δασών ή της παρόχθιας βλάστησης μπορεί να τροποποιήσει σημαντικά τις υδραυλικές συνθήκες μέσα στο κανάλι. Η άρδευση ελαττώνει αφενός τη μέση παροχή μέσα στο κανάλι, αφετέρου, η επιστροφή του νερού από τα ανεπαρκώς διαχειριζόμενα χωράφια μπορεί να οδηγήσει σε ασυνήθιστα υψηλές παροχές στα κατάντη. Στην περίπτωση υλοτομικών πρακτικών όπως η αποψίλωση, η αφαίρεση της βλάστησης έχει ως αποτέλεσμα την ελαττωμένη κατακράτηση νερού από την λεκάνη απορροής και τη σημαντική αύξηση της επιφανειακής απορροής και του όγκου του νερού που μεταφέρεται από το κανάλι. Η πλειονότητα των μελετών για τις επιπτώσεις της αποψίλωσης και άλλων υλοτομικών πρακτικών αφορά στις επιπτώσεις των μεταβολών της μεταφοράς ιζήματος, του θερμικού καθεστώτος και της διαθεσιμότητας του σωματιδιακού οργανικού υλικού ως πηγή τροφής. Οι ταυτόχρονες μεταβολές στις υδραυλικές και υδρολογικές συνθήκες του ποταμού που τροποποιούν τα υδραυλικά ενδιαιτήματα για τον βιόκοσμο δεν έχουν μελετηθεί επαρκώς.

38 Η διαθεσιμότητα των ξυλωδών θραυσμάτων σε ρυάκια χαμηλής τάξης καθορίζει την ποσότητα της χονδρόκοκκης σωματιδιακής οργανικής ύλης, καθώς επίσης και τα υδραυλικά χαρακτηριστικά του καναλιού. Εχει παρατηρηθεί ότι η απομάκρυνση των δέντρων και η αποστέρηση των ποτάμιων κλάδων μικρής τάξης από τα ξυλώδη θραύσματα των πεσμένων κορμών, μεταβάλλει την ικανότητά τους να διατηρούν ενδιαιτήματα χαμηλής ροής. Κατακρατήσεις και εκτροπές του νερού με σκοπό την αποθήκευσή του για άρδευση, ύδρευση και παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, καταλήγουν συνήθως σε σημαντική ελάττωση του όγκου του νερού που ρέει μέσα στην κοίτη (Μοντεσάντου, 1999). Παρόλο που η ετερογένεια της ροής μπορεί να παραμείνει παρόμοια με την προ της αφαίρεσης εποχή, οι ταχύτητες και τα βάθη θα μειωθούν με αποτέλεσμα να ελαττωθούν τα διαθέσιμα ενδιαιτήματα. 2.9 Μέθοδοι αποκατάστασης Γενικά Σε ένα ποτάμιο σύστημα, για τη διατήρηση επαρκών ενδιαιτημάτων ή την αποκατάστασή τους, δύο διαχειριστικές πρακτικές υπάρχουν προς το παρόν. Η πρώτη μέθοδος αφορά στην πρόβλεψη της ροής και στην διαχείριση του καθεστώτος παροχής και αποτελεί μια εκ των προτέρων προσέγγιση. Η άλλη μέθοδος αφορά στην μηχανική επέμβαση στο κανάλι και στην αποκατάστασή του και αποτελεί έναν εκ των υστέρων τρόπο για την αύξηση ή την τροποποίηση των ενδιαιτημάτων. Οι τεχνικές για τη μέτρηση της ροής περιλαμβάνουν μετρήσεις πεδίου και τεχνικές υπολογισμών, οι οποίες συνδυάζουν τις υδρολογικές και υδραυλικές συνθήκες στο κανάλι με βιολογικά κριτήρια, έτσι ώστε να μπορεί να προβλεφθεί το κέρδος ή η απώλεια του βιότοπου κάτω από ένα νέο καθεστώς ροής ή να διατυπωθούν συστάσεις προς τους διαχειριστές των φραγμάτων ώστε να διασφαλιστεί η διατήρηση μιας ελάχιστης ροής για την επιβίωση των οργανισμών.

39 Η μηχανική επέμβαση στα κανάλια σχετίζεται με κατασκευές μετά από διαταραχές της κοίτης, όπως εκτροπή και/ή εγκιβωτισμούς, δημιουργία τεχνητών μαιάνδρων, επιχωματώσεις και τοποθέτηση εμποδίων για την αύξηση της υδραυλικής ετερογένειας με τον σχηματισμό ακολουθίας εκβαθύνσεων - προσχώσεων (poolriffle sequences) και τέλος την παροχή μεγάλης ποικιλίας υποστρώματος. Και οι δύο μέθοδοι έχουν ως αποτέλεσμα τον έλεγχο των υδρολογικών και υδραυλικών συνθηκών οι οποίες επηρεάζουν τη διαθεσιμότητα των φυσικών ενδιαιτημάτων για τον ποτάμιο βιόκοσμο και αποτελούν έναν τρόπο διατήρησης της ακεραιότητας των ποτάμιων οικοσυστημάτων Διαχειριστικά έργα στις λεκάνες απορροής (ρύθμιση) Η ρύθμιση των ποταμών (regulation) είναι ένας γενικός όρος που περιγράφει τις αλλαγές των φυσικών χαρακτηριστικών που ο άνθρωπος επιβάλλει στα υδάτινα ρεύματα. Πρόκειται συνήθως για κατασκευές φραγμάτων και ταμιευτήρων, εγκιβωτισμούς της κοίτης και χρήση του νερού για άρδευση και ύδρευση. Οι περισσότεροι Ευρωπαϊκοί ποταμοί είναι ήδη ρυθμισμένοι. Οι περισσότερες ρυθμίσεις έχουν γίνει σε ποταμούς της δυτικής και νότιας Ευρώπης, ωστόσο, μεγάλοι ταμιευτήρες έχουν κατασκευαστεί και στις βόρειες περιοχές της ηπείρου. Στα τέλη του 20ου αιώνα υπάρχουν στην Ευρώπη περισσότεροι από μεγάλοι ταμιευτήρες, με φράγματα υψηλότερα από 15 μέτρα, τα περισσότερα από τα οποία κατασκευάστηκαν στη δεκαετία του 60. Επί πλέον υπάρχουν πολλές χιλιάδες μικρότεροι ταμιευτήρες διάσπαρτοι σε όλη την ήπειρο. Οι ταμιευτήρες επηρεάζουν κυρίως την ροή των νερών και κατ' επέκταση την στερεομεταφορά των ποταμών. Οι οικολογικές επιπτώσεις της ρύθμισης είναι

40 σοβαρές, όπως για παράδειγμα η παρεμπόδιση κάποιων ειδών να περάσουν προς τα ανάντη, λόγω του φράγματος και η μείωση της βιοποικιλότητας στα κατάντη, λόγω περιορισμού της ροής. Μετά τη δεκαετία του 60, ο ρυθμός κατασκευής φραγμάτων μειώθηκε, κυρίως λόγω έλλειψης κατάλληλων θέσεων. Οι επιπτώσεις όμως των υπαρχόντων φραγμάτων θα συνεχίσουν να καθορίζουν το περιβαλλοντικό καθεστώς των ρυθμισμένων ποταμών. Στο μέλλον, ένα κεντρικό περιβαλλοντικό θέμα θα είναι η προστασία των φυσικών ποταμών από σχεδιαζόμενες ρυθμίσεις. Ενα άλλο θέμα είναι οι διασυνοριακές επιπτώσεις της κατασκευής φραγμάτων, που θα εγείρουν στο μέλλον σοβαρές διεθνείς διενέξεις, σχετικά με τα δικαιώματα των χωρών πάνω στην ποσότητα και ποιότητα των νερών των ποταμών. Σε μικρότερη βέβαια κλίμακα ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπίσουν οι τοπικές κοινωνίες, είναι η αντιμετώπιση των πλημμυρικών φαινομένων και η θωράκιση των λεκανών απορροής με κατάλληλα έργα Γενική θεώρηση του ζητήματος της αντιπλημμυρικής προστασίας Ως αντιπλημμυρική προστασία μιας λεκάνης εννοείται το σύνολο των κατασκευαστικών και διαχειριστικών παρεμβάσεων, που, με αξιολόγηση και ιεράρχηση των προτεραιοτήτων σύμφωνα με κριτήρια οικονομικά, κοινωνικά και περιβαλλοντικά, αποσκοπούν στη σταδιακή μείωση σε αποδεκτά όρια των κινδύνων και των συνεπειών από την εκδήλωση πλημμυρικών φαινομένων. Η αντιπλημμυρική προστασία είναι επομένως μια σύνθετη δραστηριότητα, που προϋποθέτει την ύπαρξη μιας πολιτικής που θα εκφράσει τη βούληση για την αντιμετώπιση των προβλημάτων, θα καθορίσει τις προτεραιότητες και τα κριτήρια και θα συντονίσει τις διαδικασίες χρηματοδότησης, μελέτης, κατασκευής και διαχείρισης των έργων, αλλά εστιάζεται κυρίως σε μια τεχνική διαδικασία με επί μέρους πτυχές και στάδια υλοποίησης. Σε μια ιδανική κατάσταση η τεχνική αυτή διαδικασία περιλαμβάνει σε ένα πρώτο στάδιο τη δημιουργία ενός master plan της εξεταζόμενης λεκάνης.

41 Στηριζόμενο σε σύγχρονα εργαλεία υδρολογικής και υδραυλικής ανάλυσης, στη γεωμετρία και άλλα φυσικά χαρακτηριστικά του διαμορφωμένου υδρογραφικού δικτύου αλλά και στα χαρακτηριστικά από πλευράς συνθηκών απορροής στοιχεία των επί μέρους τμημάτων της λεκάνης, το master plan θα εντοπίσει τα προβληματικά σημεία του συστήματος απορροής, θα ιεραρχήσει τις επεμβάσεις με τα προαναφερόμενα κριτήρια ποσοτικοποιώντας τις προτάσεις, θα προτείνει διαχειριστικά μέτρα, όπου κρίνεται αναγκαίο, και θα καταλήξει σε ένα συγκεκριμένο σχέδιο και χρονοδιάγραμμα έργων, λαμβάνοντας υπ όψη και τα υφιστάμενα οικονομικά δεδομένα.

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΕΧΝΙΚΑ ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΕΡΓΑ ΣΕ ΠΟΤΑΜΟΥΣ 3.1 Εισαγωγή στα τεχνικά υδραυλικά έργα O παραδοσιακός τρόπος προσέγγισης του σχεδιασμού και της κατασκευής των έργων διευθέτησης των υδατορευμάτων, κατά τον οποίο το έργο σχεδιάζονταν με οικονομικά κυρίως κριτήρια, βαθμιαία αντικαθίσταται. Συνεχώς κερδίζει έδαφος η εφαρμογή της ορθολογικής προσέγγισης όπου ένα τοπικό πρόβλημα είναι μέρος ενός ενοποιημένου συστήματος πολλαπλών στόχων και σχετικών προγραμμάτων τα οποία στοχεύουν στην ανάπτυξη της περιοχής ολόκληρης της λεκάνης απορροής. Η προσέγγιση αυτή συνοψίζεται στα ακόλουθα (Δερμίσης, 2000) : Τα προβλήματα, οι επιδράσεις τους, τα αίτια και οι τεχνικές λύσεις πρέπει να εξετάζονται μέσα στο πλαίσιο ολόκληρης της λεκάνης. Οποιαδήποτε λύση να εξετάζεται σε σχέση με τη δυναμική όλων των παραγόντων, όπως περιβαλλοντικών, τεχνικών, οικονομικών, αρχαιολογικών, θεσμικών, πολιτικών και κοινωνικών που επιδρούν στο πρόβλημα σήμερα και στο μέλλον (αφού προηγούμενα εκτιμηθεί η χρονική μεταβολή τους). Καθένας από τους παράγοντες αυτούς εξαρτάται από πληθώρα υποπαραγόντων. Σαν παράδειγμα αναφέρεται ότι οι υποπαράγοντες του περιβάλλοντος έχουν σχέση με το κλίμα, τη γεωμορφολογία, τη χλωρίδα, την πανίδα και τις ανθρωπογενείς παρεμβάσεις (Δερμίσης Β. 2000). Οποιαδήποτε μεταβολή σε μία από τις παραμέτρους ενός υποπαράγοντα μπορεί να προκαλέσει απότομες και σοβαρής έκτασης μεταβολές στο περιβαλλοντικό σύστημα που πιθανόν να έχουν απρόβλεπτες, μόνιμες και μεγάλης έκτασης καταστροφές.

43 Επομένως ο σχεδιασμός, η κατασκευή και διαχείριση των έργων διευθέτησης των υδατορευμάτων απαιτούν μία ολοκληρωμένη προσέγγιση υπό την έννοια ότι οι η επεξεργασία των διαφόρων σταδίων, που πιθανόν ν ανήκουν σε διαφορετικούς παράγοντες, πρέπει να εξετάζονται από κοινού και όχι ανεξάρτητα. 3.2 Απαιτήσεις και περιορισμοί τεχνικών Τα έργα πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να (Δερμίσης, 2000): εξυπηρετούν βασικές απαιτήσεις και επιθυμητούς στόχους που αφορούν στην προστασία της περιοχής, στη διατήρηση της οικολογίας της και στην αναψυχή των κατοίκων, τύχουν της αποδοχής από τις αρμόδιες υπηρεσίες και από το κοινό ιδιαίτερα των παραρευμάτιων περιοχών, όπου με τον όρο αποδοχή νοείται η: κοινωνική αποδοχή με τη χρησιμοποίηση π.χ. τοπικών ειδικοτήτων, περιβαλλοντική αποδοχή με τη διατήρηση της περιβαλλοντικής ισορροπίας, οικολογική αποδοχή π.χ. διατήρηση της χλωρίδας και πανίδας γενική αισθητική. παρουσιάζουν βέλτιστο οικονομικό σχεδιασμό, πληρούνται οι απαιτήσεις διαχείρισης δηλ. οι παραδοχές που έγιναν κατά τον σχεδιασμό να πραγματοποιηθούν κατά τη διάρκεια της ζωής του έργου, τηρούνται οι ισχύοντες νόμοι και διατάξεις. Ειδικότερα: οι περιορισμοί έχουν σχέση με τους περιβαλλοντικούς, τεχνικούς, οικονομικούς, αρχαιολογικούς, θεσμικούς, πολιτικούς και κοινωνικούς παράγοντες και

44 Οι οριακές συνθήκες μπορεί να αναφέρονται τόσο στους τεχνικούς παράγοντες, π.χ. στην υδραυλική, όσο και στους μη τεχνικούς παράγοντες, π.χ. στην κοινωνική συμπεριφορά. 3.3 Κριτήρια Οι τεχνικές απαιτήσεις των έργων διευθέτησης μπορεί να οριστούν ως ακολούθως: Ευστάθεια, διάρκεια. Τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν και η τεχνική που θα εφαρμοστεί πρέπει να προσφέρουν ευστάθεια και διάρκεια, μέχρι τουλάχιστον το όριο ζωής του έργου, όταν εφαρμοστεί ο δυσμενέστερος συνδυασμός των φορτίων. (Δερμίσης, 2000) Τα έργα δεν θα πρέπει να παρουσιάζουν γήρανση στο χρόνο ζωής τους. Σαν παράδειγμα αναφέρεται ότι η διάρκεια ζωής των γεωυφασμάτων εξαρτάται από την προσβολή τους από μικρόβια, χημικά μέσα, υπεριώδης ακτινοβολία και βανδαλισμούς. Διαπερατότητα. Σε εδάφη αργιλικά η προστασία του πρανούς μπορεί να γίνει και με έργα αδιαπέρατα από το νερό. Η εφαρμογή όμως γεωυφασμάτων επιτρέπει την κατασκευή διαπερατών έργων. Ευκαμψία. Τα έργα πρέπει να είναι αρκετά εύκαμπτα ώστε να προσαρμόζονται στις μεταβολές της στάθμης του πυθμένα χωρίς να έχουν την παραμικρή δυσμενή επίδραση στη λειτουργικότητα του. Επιπλέον πλεονέκτημα των εύκαμπτων κατασκευών είναι και το μικρό κόστος επισκευής τους σε σχέση προς το κόστος των άκαμπτων κατασκευών (Δερμίσης, 2000). Αντοχή. Τα έργα προστασίας των μικρής αντοχής εδαφών σε εξωτερικά φορτία (π.χ. τα οργανικά εδάφη) σχεδιάζονται με βάση τις αρχές της βιοτεχνολογίας.

45 Ασφάλεια. Οι κίνδυνοι για τους εργάτες και αργότερα για τους χρήστες στην περιοχή του έργου πρέπει να εξαλειφθούν εντελώς με το σχεδιασμό του. Κοινωνικό/περιβαλλοντική αποδοχή και αισθητική. Τα έργα διευθέτησης θα πρέπει να σχεδιαστούν έτσι ώστε να προσαρμοστούν πλήρως στην αρχιτεκτονική του τοπίου και το οικολογικό σύστημα της περιοχής. Η δυναμική αλληλοεπίδραση μεταξύ κατασκευής και περιβάλλοντος πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τον σχεδιασμό. Αυτό περιλαμβάνει τόσο το φυσικό όσο και το ανθρώπινο περιβάλλον. Κόστος κατασκευής συντήρησης. Το κόστος κατασκευής και συντήρησης ανάγεται σε σημερινές τιμές. Κάθε λύση τεχνικά, κοινωνικά, περιβαλλοντικά και οικολογικά αποδεκτή ελέγχεται οικονομικά. Επιπλέον, απαιτείται ο προσδιορισμός και η περιγραφή των άμεσων ή έμμεσων επιδράσεων των έργων: 1. στη ζωή 2. στην πανίδα και χλωρίδα, 3. στο έδαφος, το νερό, τον αέρα και το κλίμα 4. στην αρχιτεκτονική του τοπίου της περιοχής 5. στην πολιτιστική κληρονομιά Κατά τη σχεδίαση των έργων επιβάλλεται η συνεργασία με Υπηρεσίες και Οργανώσεις που στοχεύουν στη διατήρηση του φυσικού περιβάλλοντος. Όσον αφορά το ανθρώπινο περιβάλλον πρέπει να τονιστεί ότι τα υδατορεύματα προσφέρονται για αναψυχή όπως ψάρεμα, περίπατο, αθλοπαιδιές κλπ. Τα τεχνικά έργα της Μηχανικής των Ποταμών είναι σχετικά απλά συνήθως όμως έχουν μεγάλο κόστος εξαιτίας κυρίως των μεγάλων διαστάσεων τους. Επομένως, η επιλογή της τιμής μιας χαρακτηριστικής παραμέτρου, που έχει μεγάλη οικονομική βαρύτητα όπως π.χ. το ύψος ή/και το μήκος των

46 αναχωμάτων, θα πρέπει να βασίζεται σε συστηματική μελέτη, έρευνα και ανάλυση του κόστους. Το κόστος των μετρήσεων πεδίου ή ερευνών σε εργαστηριακά ομοιώματα μπορεί να είναι συγκριτικά υψηλό παραμένει όμως πολύ μικρότερο από το αντίστοιχο μιας άστοχης απόφασης. 3.4 Έργα προστασίας Σκοπός των έργων Κύριος σκοπός των έργων προστασίας, είναι η πρόληψη και αναστολή της επιταχυνόμενης διάβρωσης στη λεκάνη απορροής καθώς και η προστασία των πεδινών εκτάσεων από τις πλημμύρες. Έχει αποδειχτεί ότι τα έργα προστασίας στην πεδινή κοίτη των ρευμάτων είναι τις πιο πολλές φορές ανίσχυρα να προστατεύσουν την περιοχή λόγω των φερτών υλικών που μεταφέρονται. Για το λόγο αυτό, τα έργα πρέπει να αρχίζουν από τα υψηλότερα σημεία του υδατορεύματος γιατί έτσι προλαμβάνεται η μεταφορά των φερτών υλικών προς τα χαμηλότερα τμήματα της κοίτης. Η προστασία λοιπόν των ρευμάτων μπορεί να γίνει αποτελεσματικά με την κατασκευή εγκάρσιων έργων τα οποία δημιουργούν με την κατασκευή τους μια νέα υπερυψωμένη κοίτη. Με τα έργα αυτά, εκτός από την αποφυγή διαβρώσεως επιτυγχάνεται (Τσόγκας, 2004) : Μείωση της κλίσεως και του βάθους ροής της κοίτης Μείωση της ταχύτητας ροής Συγκράτηση των φερτών Εξασφάλιση της προσχώσεως της κοίτης και η σωστή με τη σκάφη απορροής τους κατεύθυνση της ροής.

47 Η απόσταση των έργων μεταξύ τους και ο αριθμός τους καθορίζονται με βάση την υπολογιζόμενη κλίση, το ύψος κάθε έργου κ.α. Τα έργα αυτά διακρίνονται σε (Τσόγκας, 2004) : Εγκάρσια έργα Αναβαθμούς Ξύλινα πλέγματα Σχήμα 11. Αναβαθμοί σε διατομή χειμάρρου (Πηγή : Μπελάη, 2010) Έργα διευθετήσεως χειμάρρων Για να προστατευθούν οι όχθες ενός υδατορεύματος και να σταθεροποιηθούν τα πρανή και ο πυθμένας μιας κοίτης είναι απαραίτητη η κατασκευή ορισμένων τεχνικών έργων. Τα έργα αυτά διακρίνονται σε (Τσόγκας, 2004): Παράλληλα έργα Εγκάρσια έργα Παράλληλα έργα

48 Χαρακτηρίζονται τα έργα που κατασκευάζονται κατά μήκος του άξονα του ρεύματος που έχουν ως σκοπό να προστατεύσουν και να σταθεροποιήσουν τις όχθες. Το έργο τις περισσότερες φορές συνίσταται από ένα προστατευτικό ανάχωμα, όταν δεν υπάρχει φυσική υψηλή όχθη και από μια επένδυση της όχθης με υλικά που δεν καταστρέφονται από την συνεχή επίδραση του νερού. Το βάθος θεμελίωσης των έργων πρέπει να είναι στην ίδια ή βαθύτερη στάθμη από την πιο βαθιά κοίτη του ρεύματος, ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος υποσκαφής του έργου. Το δε ύψος των έργων πρέπει να είναι τόσο, ώστε η ανώτατη στάθμη πλημμύρας να μην τα υπερκαλύπτει. Εικόνα 2. Επενδυμένο ανάχωμα ( Πηγή: Κουλουκούρας, 2011)

49 Εικόνα 3. Επένδυση κοίτης με τσιμεντόπλακες ( Πηγή: Κουλουκούρας, 2011) Πίνακας 1. Διάταξη Παράλληλων έργων ΠΑΡΑΛΛΗΛΑ ΕΡΓΑ ΜΟΝΟΛΙΘΙΚΑ ΕΡΓΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΟΥΜΕΝΑ ΕΙΔΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Τοίχοι από λιθοδομή Επενδύσεις με συρματόπλεκτα Επενδύσεις με μεταλλικές Τοίχοι από σκυρόδεμα κιβώτια (σαραζανέττι) Επενδύσεις με συρματό/κυλίνδρους πασσαλοσανίδες Τοίχος από ξύλινους πασσάλους Επενδύσεις με προκατασκευασμένες τσιμεντόπλακες Εγκάρσια έργα Τα έργα αυτά κατασκευάζονται κάθετα ή σχεδόν κάθετα στην ροή του ρεύματος και διακρίνονται σε (Τσόγκας, 2004):

50 Πίνακας 2. Διάταξη Εγκάρσιων έργων ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΕΡΓΑ ΠΡΟΒΟΛΟΙ ΑΝΑΒΑΘΜΟΙ Από συρματόπλεκτα κιβώτια (σαραζανέττι) Από λιθοδομή Από σκυρόδεμα Από ξύλινους πασσάλους Από συρματόπλεκτα κιβώτια Πρόβολοι Κατασκευάζονται με σκοπό να απομακρύνουν τη ροή από την όχθη για να αποφευχθεί η διάβρωση της. Με τη μείωση της ταχύτητας του νερού στα μεταξύ τους διαστήματα, προκαλούν την απόθεση φερτών και τη δημιουργία με την πάροδο του χρόνου, μιας νέας όχθης κατά μήκος της κεφαλής τους. (Τσόγκας, 2004) Σχήμα 12. Πρόβολοι σε κοίτη ποταμού (Πηγή: Τσόγκας, 2004) Οι πρόβολοι κατασκευάζονται από συρματοκιβώτια που τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο.

51 Εικόνα 4. Πρόβολος κατασκευασμένος από κροκάλες ( Πηγή: Κουλουκούρας, 2011) Αναβαθμοί Κατασκευάζονται κάθετα στη διεύθυνση ροής και έχουν σκοπό τη συγκράτηση των φερτών και τη μείωση της κλίσης. Τα υλικά κατασκευής μπορεί να είναι από συρματόπλεκτα κιβώτια, λιθοδομή ή σκυρόδεμα. Από άποψη μορφής κατασκευάζονται θολωτοί ή επίπεδοι. Η επάνω επιφάνεια τους διαμορφώνεται με μια σκάφη σε σχήμα τριγωνικό, ορθογωνικό, τραπεζοειδές ή και κυκλικό. Η σκάφη μπορεί να βρίσκεται στον άξονα συμμετρίας του έργου, ή έκκεντρα, ανάλογα με τους σκοπούς που καλείται να εξυπηρετήσει (Τσόγκας, 2004).

52 Σχήμα 13. Τομή κοίτης με αναβαθμούς ( Πηγή: Τσόγκας, 2004) Εικόνα 5. Αναβαθμός από οπλισμένο σκυρόδεμα ( Πηγή: Κουλουκούρας, 2011) Επειδή η συσσώρευση φερτών υλικών και η ύπαρξη νερού προκαλεί πολλές φορές πρόβλημα στη σταθερότητα και ισορροπία των αναβαθμών, κατά την κατασκευή αφήνονται ανοίγματα στο σώμα του αναβαθμού που λειτουργούν

53 ως στραγγιστήρια και μειώνουν ή και εκμηδενίζουν την υδροστατική πίεση. Οι διαστάσεις τους είναι συνήθως ορθογώνιες 10Χ20, 20Χ30 ή 20Χ40 cm 2. Σχήμα 14. Τομή αναβαθμού (Πηγή : Μπελάη, 2010) Ο μεγαλύτερος κίνδυνος για έναν αναβαθμό είναι η υποσκαφή του εδάφους στο οποίο εδράζεται. Η υποσκαφή μπορεί να προκληθεί από την πτώση του νερού ή από την υπερχείλιση και πλευρική διάβρωση. Όταν το έδαφος είναι βραχώδες, ο κίνδυνος είναι περιορισμένος, όταν όμως το έδαφος είναι σαθρό, επιβάλλεται η λήψη προστατευτικών μέτρων. Τα μέτρα αυτά είναι επένδυση του προς τα κατάντη τμήματος όπου, πέφτει το νερό και επένδυση των πρανών της κοίτης σε επιλεγμένα λόγω επικινδυνότητας σημεία.

54 Εικόνα 6. Επαναλαμβανόμενοι αναβαθμοί ( Πηγή: Κουλουκούρας, 2011) 3.5 Υλικά των έργων Εισαγωγή Ο ρυθμός μεταβολής της μορφολογίας υδατορεύματος είναι ταχύς σε σχέση με τη γεωλογική κλίμακα χρόνου πολύ όμως βραδύς σε σχέση με την κλίμακα χρόνου ζωής του ανθρώπου. Ο ρυθμός αυτός αυξάνεται σημαντικά με την κατασκευή έργων στη λεκάνη απορροής αλλά κυρίως στην κοίτη του υδατορεύματος. Εφόσον η μορφολογία του ποταμού και γενικότερα της λεκάνης απορροής μεταβάλλεται συνεχώς τα έργα ειδικά προστασίας έναντι διαβρώσεων και εναποθέσεων θα πρέπει να προσαρμόζονται εύκολα στη νέα μορφολογία του εδάφους ή του υδατορεύματος. Αυτός είναι ο κύριος λόγος που το σύνολον σχεδόν των έργων αυτών είναι εύκαμπτες κατασκευές σε αντίθεση με τα έργα Πολιτικού Μηχανικού άλλων κλάδων τα οποία κατά κανόνα είναι κατασκευές άκαμπτες και στερεές. Συνεπώς εφαρμόζονται λύσεις όπως π.χ. η φυτοκάλυψη της προστατευόμενης περιοχής. Στη λύση

55 αυτή το μεν υπέργειο τμήμα του φυτού συμβάλλει στη μείωση της ταχύτητας του νερού άρα και στην προστασία του εδάφους από τη διάβρωση το δε υπόγειο τμήμα του (το ριζικό του σύστημα) συμβάλλει στη σταθεροποίηση του εδάφους. Όπως αναφέρθηκε, το σύνολο σχεδόν των έργων διευθέτησης υδατορευμάτων είναι μεγάλης χωρικής κλίμακας και απαιτούν πολύ μεγάλες ποσότητες υλικών. Επομένως, για να μειωθεί σημαντικά το κόστος του έργου, πρέπει τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν να βρίσκονται στην περιοχή ή πολύ κοντά στο έργο. Χαρακτηριστικό γνώρισμα των έργων διευθέτησης αποτελεί και το είδος των υλικών τους όπου ορισμένα από αυτά σπάνια συναντώνται σε άλλα έργα Υλικά Ανόργανα Άργιλος: Ο Άργιλος εφαρμόζεται στις εξής περιπτώσεις σε έργα ελέγχου της διήθησης, σε προστατευτικούς πυρήνες ή επενδύσεις σε υπάρχοντα αναχώματα, επιχώματα κλπ, όπου συμπληρώνονται σχετικά μικρά τμήματα αναχωμάτων με κορεσμένη άργιλο, έτσι ώστε κάθε διάστρωση του αναχώματος να συγκολλείται με την επόμενη, οι πιθανές ρωγμές ή και σχισμές συμπληρώνονται με πολτό αργίλου, δ) στην προστασία περιοχών από πλημμύρες και στην παραγωγή πλίνθων πλήρων ή θρυμματισμένων που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τοίχων αντιστήριξης, σε επιστρώσεις αλλά και σε άλλα έργα θωράκισης των αναχωμάτων και άλλων έργων διευθέτησης. Άμμος και χαλίκια: Χρησιμοποιούνται κυρίως σαν έρμα ή υλικό πληρώσεως στοιχείων και περιοχών του έργου, για την παρασκευή σκυροδέματος και

56 σαν φίλτρο κάτω από λιθορριπή ή ασφαλτοποιημένη περιοχή. Λίθοι: Οι λίθοι είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα δομικά υλικά, ειδικά στον έλεγχο της ροής των χειμάρρων και των ορεινών ποταμών. Στα ορεινά τμήματα των ποταμών χρησιμοποιείται συνήθως συνδυασμός κορμών δέντρων και λίθων, ενώ στα χαμηλά τμήματα συνδυασμός κλαδιών και λίθων. Οι λίθοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε σε λιθορριπές, επενδύσεις, επιστρώσεις και στην τοιχοποιία. Αν και κάθε λίθος είναι χρησιμοποιήσιμος, πιο καλά θα ήταν να προτιμώνται λίθοι μεγέθους cm. Οι φυσικοί λίθοι μεταφέρονται απευθείας από τα λατομεία και είναι οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενοι. Οι συλλεκτοί λίθοι από τον πυθμένα του ποταμού χρησιμοποιούνται σπανιότερα και κυρίως για την πλήρωση συρματοκιβωτίων (Δερμίσης, 2000) Τύρφη Η τύρφη, καθώς και άλλα οργανικά εδάφη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή χαμηλών μόνο αναχωμάτων, μέχρι ύψους 2.50 m, όταν υπάρχει έλλειψη άλλων ανόργανων εδαφών ή αν η μεταφορά τους (των ανόργανων εδαφών) είναι αρκετά δαπανηρή. Τα τυρφώδη αναχώματα κατασκευάζονται από ομογενή τύρφη σε ποσοστό υγρασίας 100%-200%. Τα αναχώματα από οργανικά εδάφη έχουν μικρότερο χρόνο ζωής σε σχέση προς τα αντίστοιχα από ανόργανα εδάφη. Ο παράγοντας αυτός πρέπει να λαμβάνεται υπόψη, γιατί είναι πιθανόν να αυξήσει πολύ το κόστος συντήρησης. Στα οργανικά εδάφη η δευτερογενής συμπύκνωση, κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης, θα πρέπει να είναι μεγάλη. Η καθίζηση π.χ. του σώματος του αναχώματος δεν θα πρέπει να υπερβαίνει το 10%. Εξαιρείται όμως το έδαφος θεμελίωσης.

57 Φυτά Η χρησιμοποίηση φυτών (δένδρων, θάμνων και ποώδους βλάστησης) τείνει με την πάροδο του χρόνου να αποτελέσει τον κανόνα στα έργα που έχουν σχέση με την προστασία από τη διάβρωση του εδάφους της λεκάνης απορροής καθώς και της κοίτης του υδατορεύματος. Συστηματικά με το αντικείμενο αυτό της τεχνικής των ποταμών ασχολείται ο κλάδος της βιοτεχνολογίας. Η εφαρμογή της φυτοκάλυψης στα διάφορα έργα εξαιτίας της διατήρησης, της καλύτερης προσαρμογής των έργων στο φυσικό περιβάλλον και του μικρού σχετικά κόστους κερδίζει συνεχώς έδαφος. Επιπρόσθετα των φυτών, γίνεται χρήση και της ξυλείας ως υλικό των έργων. Η ξυλεία διακρίνεται σε ζώσα και μη. Η ζώσα χρησιμοποιείται ευρύτατα εξαιτίας της διατηρησιμότητας και του φυσικού της χαρακτήρα. Χρειάζεται, όμως, τακτική φροντίδα για να αποφευχθεί η μείωση της παροχετευτικής ικανότητας των υδατορευμάτων. Αυτός είναι και ο κύριος λόγος που σπάνια χρησιμοποιείται σε μικρά υδατορεύματα. Η δενδροφύτευση ειδικότερα προτιμάται σε διαπερατά προστατευτικά έργα και σαν συμπλήρωμα άλλων προστατευτικών έργων (Δερμίσης, 2000). Κορμοί δένδρων και άλλα ξύλινα υλικά, μη ζώσας ξυλείας, με τη μορφή στύλων, δοκών, πασσάλων, διαδοκίδων, αντηρίδων, σανίδων, κλαδιών κλπ, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία των πρανών. Οι μεταβολές όμως της στάθμης του νερού, με τους διαδοχικούς κύκλους ξήρανσης-διύγρανσης μέρους της ξυλείας, επηρεάζουν τη σκληρότητα της. Συνεπώς, η αντίσταση της ξυλείας στις μεταβολές της περιεκτικότητας σε υγρασία είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας, που επηρεάζει τη διάρκεια ζωής των ξύλινων κατασκευών. Η ξυλεία που χρησιμοποιείται πρέπει να είναι απαλλαγμένη από ρωγμές και σχισμές.

58 Τέλος, θάμνοι και θαμνώδη βλάστηση εφαρμόζονται στην προστασία έναντι διαβρώσεως της επιφάνειας της λεκάνης απορροής καθώς και της κοίτης γενικά των υδατορευμάτων. Όταν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν στην προστασία του πρανούς πρέπει να πληρούνται ορισμένες συνθήκες όπως (Δερμίσης, 2000): Τα πρανή πρέπει να παρουσιάζουν σχετική ευστάθεια επειδή οι θάμνοι δεν προστατεύουν σοβαρά τον πόδα του πρανούς από τη διάβρωση. Στο τμήμα του ποταμού που θα προστατευθεί, οι θάμνοι που θα επιλεγούν πρέπει να έχουν τη δυνατότητα ανάπτυξης τους με φυσικό τρόπο. Η κλίση των πρανών δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 1:3 και μόνο σε εξαιρετικές περιπτώσεις να πλησιάζει το 1:2 ή το 2:3. Η μέγιστη διατμητική τάση δεν πρέπει να υπερβαίνει τα Ν/m Σκυρόδεμα και χάλυβας Το σκυρόδεμα χρησιμοποιείται κυρίως στις περιπτώσεις που η εξεύρεση και μεταφορά λίθων έχει μεγαλύτερο κόστος από τους κυβόλιθους σκυροδέματος. Για την προστασία κυρίως πρανών υδατορευμάτων από διάβρωση, μεγάλη εφαρμογή τελευταία έχουν τα προκατασκευασμένα προϊόντα σκυροδέματος. Σκυρόδεμα επίσης χρησιμοποιείται σε πρόσθετες κατασκευές όπως αναβαθμοί, πρόβολοι κλπ. Ο χάλυβας είναι ιδιαίτερα ευπαθής στη διάβρωση και θα πρέπει να επενδύεται με προστατευτικά υλικά, όπως είναι π.χ. η επιψευδαργύρωση, το χλωριούχο πολυβινύλιο (PVC) κλπ. Η χρησιμοποίηση ανοξείδωτου χάλυβα βελτιώνει μεν την κατάσταση, αυξάνει όμως σημαντικά το κόστος. Ο χάλυβας μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τη μορφή μεμονωμένων πασσάλων, μεταλλικού

59 πλέγματος, σύρματος σύνδεσης, αγκύρωσης κλπ. Η σύγχρονη τεχνολογία με την παραγωγή συνδετικών υλικών επιτρέπει την αντικατάσταση του χάλυβα με νέα υλικά φθηνότερα και πιο ανθεκτικά στη διάβρωση Συρματοκιβώτια Τα συρματοκιβώτια κατασκευάζονται από συρμάτινο πλέγμα και είναι γεμάτα με λίθους από σκληρά και ανθεκτικά στο χρόνο και στην αποσάθρωση πετρώματα. Πηγή των λίθων αυτών είναι συνήθως το ίδιο το υδατόρευμα ή γειτονικές προς αυτό περιοχές. Η διάμετρος των λίθων πρέπει να είναι μεγαλύτερη της κυψέλης του πλέγματος τουλάχιστον κατά 50%. Οι διαστάσεις των κυψελών κυμαίνονται από 440x60mm μέχρι 100x120mm. Η διάμετρος του σύρματος είναι 2,5 μέχρι 4mm και το πλέγμα εκτείνεται μεταξύ χαλύβδινων ράβδων, διαμέτρου 10 μέχρι 15mm, που βρίσκονται στις ακμές του κιβωτίου. Το κιβώτιο είναι συνήθως ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο. Το συρμάτινο πλέγμα, για να προστατευθεί από τη διάβρωση είναι γαλβανισμένο ή επενδεδυμένο με PVC. (Τσόγκας, 2004) Σχήμα και τυπικές διαστάσεις συρματοκιβωτίων δίνονται παρακάτω. Σχήμα 15. Τυπικές διαστάσεις συρματοκιβωτίων. (Πηγή: Τσόγκας, 2004) Τα συρματοκιβώτια συναρμολογούνται, πριν από την τοποθέτηση στην οριστική τους θέση ή πολύ κοντά σ αυτήν, με δέσιμο των κατακόρυφων ακμών τους και των διαφραγμάτων τους με τις διαμήκεις πλευρές και τη βάση

60 ώστε να αποτελέσουν μια ενότητα. Στη συνέχεια, δένονται τα συνεχόμενα κιβώτια μεταξύ τους κατά τις γειτονικές τους ακμές και πληρούνται με λίθους. Η πλήρωση των κιβωτίων με λίθους, που μπορεί να γίνει με οποιοδήποτε, κατάλληλο από τις συνθήκες του έργου, μηχανικό μέσο θα πρέπει να είναι πλήρης ώστε να μην επιτρέπεται η μετακίνηση των λίθων. Τέλος, το καπάκι δένεται στο επάνω μέρος των πλευρών του κιβωτίου και στα διαφράγματα. Εικόνα 7. Συρματοκιβώτια στα πρανή χειμάρρου ( Πηγή: Κουλουκούρας, 2011) Πλεονεκτήματα κατά την χρήση του: Κατασκευή φιλική προς το περιβάλλον Αισθητική ενσωμάτωση με το περιβάλλον Καλύπτονται από την φυσική βλάστηση και διατηρούν την φυσική εμφάνιση του τοπίου Ελαστικότητα της επιφάνειας και εφαρμογή σε ανωμαλίες των εδαφών Διαπερατότητα από νερό και δυνατότητα αποφυγής κατασκευών αποστράγγισης Απλή εγκατάσταση όλη την διάρκεια του έτους Μορφολογική ποικιλία Ανθεκτικότητα και οικονομία

61 Πεδίο εφαρμογής: Επενδύσεις πρανών χειμάρρων, ποταμών και άλλων έργων (αντιμετώπιση υψηλών ταχυτήτων, στερεομεταφοράς, δυσμενών γεωλογικών συνθηκών κ.λ.π.) Κατασκευή εγκάρσιων οδών, αναβαθμών και προβολών. Κατασκευή τοίχων αντιστηρίξεως. Τα συνήθη συρματοκιβώτια διαμορφώνονται με εξαγωνικό χαλύβδινο συρματόπλεγμα διπλής πλέξης ως παραλληλεπίπεδα ενδεικτικού πλάτους 1,00-2,00 m και ύψους 0,50-1,00 m. Ενίοτε φέρουν και εγκάρσια διαφράγματα (συνήθως ανά 1,00 m). Οι ακμές τους ενισχύονται με σύρμα μεγαλύτερης διαμέτρου από τη διάμετρο του σύρματος στο πλέγμα. Με διάφραγμα Σχήμα 16. Συναρμολόγηση συρματοκιβωτίων (Πηγή: Τσόγκας, 2004)

62 3.6 Βελτίωση συνθηκών ροής Σε ένα έργο διευθέτησης χειμάρρου ή και ποταμού ένα από τα μείζονα ζητήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν μέσα από τα έργο της διευθέτησης είναι η βελτίωση των συνθηκών ροής που επικρατούσαν στο χείμαρρο πριν την κατασκευή των όποιων τεχνικών έργων. Έτσι λοιπόν, παράλληλα με τα κύρια τεχνικά έργα, γίνονται και κάποιες παράλληλες εργασίες των οποίων σκοπός όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω είναι η βελτίωση των συνθηκών ροής. Οι εργασίες αυτές είναι οι εξής: Καθαρισμός της κοίτης : Στις πεδινές κοίτες των ποταμών εμφανίζονται με την πάροδο του χρόνου νησίδες που προέρχονται από αποθέσεις στην κοίτη. Με την πάροδο του χρόνου οι νησίδες μπορεί να αναπτύξουν και βλάστηση. Έτσι παρατηρείται εκτροπή της κοίτης προς τις όχθες προκαλώντας έτσι τη διάβρωση τους. Ο καθαρισμός της κοίτης αυξάνει την απορροή σε ποσοστό που φθάνει και το 50%. (Τσόγκας, 2004) Αποκοπή των μαιανδρισμών : Απαιτεί προσεκτική μελέτη γιατί από τη σύντμηση του μήκους αυξάνεται η κατά μήκος κλίση, η ταχύτητα και η διαβρωτική ικανότητα του νερού. (Τσόγκας, 2004) Δημιουργία διπλής τραπεζοειδούς διατομής : Σε ποταμούς με μικρή κατά μήκος κλίση όπου η ταχύτητα ροής είναι μικρή, μπορεί να αυξηθεί η παροχετευτικότητα με την εφαρμογή διπλής τραπεζοειδούς διατομής. Αναχώματα : Τα αναχώματα είναι σωρός από χώματα που συσσωρεύονται κατά μήκος της κοίτης ενός ποταμού. Ο σωρός αυτός, εμποδίζει την πλημμυρική παροχή να εξαπλωθεί στην πεδιάδα και να προκαλέσει ζημιές. Ανάλογα με την συμπίεση τους, τα αναχώματα διακρίνονται σε (Τσόγκας, 2004) :

63 Απλά: Προκύπτουν από την απλή συσσώρευση χωμάτων απαλλαγμένων από κορμούς δέντρων, μεγάλες κροκάλες και άλλα ακατάλληλα υλικά Συμπιεσμένα: Κατασκευάζονται από στρώσεις (πάχος 30cm) με κατάλληλα χώματα τα οποία συμπιέζονται από μηχανήματα Συμπυκνωμένα: Κατασκευάζονται όπως τα συμπιεσμένα με την προσθήκη ότι η συμπύκνωση τους, ελέγχεται με τις προβλεπόμενες από προδιαγραφές μεθόδους.

64 ΚΕΦΑΛΑΟ 4: ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ 4.1 Γεωγραφία της Περιφέρειας Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης Η Διοικητική Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης (Α.Μ-Θ) βρίσκεται στο ΒΑ άκρο της Ελληνικής Επικράτειας και είναι η 4η σε έκταση και 7η σε πληθυσμό, ανάμεσα στις 13 συνολικά ελληνικές περιφέρειες. Περιλαμβάνει 5 από τους 52 νομούς της χώρας. Είναι οι νομοί Δράμας και Καβάλας, που ανήκουν στο γεωγραφικό διαμέρισμα της Ανατολικής Μακεδονίας και οι νομοί Ξάνθης, Ροδόπης και Έβρου του γεωγραφικού διαμερίσματος Θράκης. Έδρα της Περιφέρειας είναι η Κομοτηνή, πρωτεύουσα του νομού Ροδόπης. Στο νομό Έβρου (περιοχή Ορμένιου) βρίσκεται το ακραίο βόρειο όριο της Ελλάδας, με γεωγραφικές συντεταγμένες, Βόρειο πλάτος: 41 45',622 και Ανατολικό μήκος: 26 13'51",273 από Γκρήνουιτς ή 2 30'43",945 από Αστεροσκοπείο Αθηνών. Η χερσαία έκταση της Περιφέρειας Α.Μ-Θ ανέρχεται σε km 2. (10,7% της χώρας), με κύριο ανάπτυγμα στον ηπειρωτικό χώρο και μικρό τμήμα (3,9%) στο νησιωτικό χώρο. Περιλαμβάνει δύο νησιά, τη Θάσο (370,1 km 2 ) και τη Σαμοθράκη (178,0 km 2 ) που ανήκουν διοικητικά στους νομούς Καβάλας και Έβρου αντίστοιχα.

65 Σχήμα 17. Χάρτης του Νομού Αλεξανδρούπολής (Πηγή: Γεωγραφικά στοιχεία και κλίμα Νομού Έβρου. Ο νομός Έβρου, πεδινός κατά το μεγαλύτερο μέρος του, παρουσιάζει ομαλό ανάγλυφο: από τα km 2. της επιφάνειάς του μόνο τα 424 είναι ορεινά, ενώ τα είναι πεδινά και τα ημιορεινά. Το δυτικό τμήμα του νομού είναι ορεινό, ενώ το ανατολικό γίνεται περισσότερο πεδινό όσο πλησιάζουμε στην κοιλάδα του ποταμού Έβρου. Οι κυριότερες κορυφές της Ροδόπης, από τα Β προς τα Ν, είναι: Σίλο (1.065 m), Σάπκα (1.044 m), Καλλιθέα (944 m) και Επτάδενδρος (794 m) οι τρεις τελευταίες βρίσκονται στα όρια με τον νομό Ροδόπης. Στο εσωτερικό του νομού, στο ύψος του Σουφλίου, βρίσκεται η κορυφή Αντάς (654 m), νοτιότερα το Κάψαλο (618 m) και στο νοτιοδυτικό τμήμα η κορυφή Τσοπάν (628 m). Η μάζα της Ροδόπης επεκτείνεται και στο

66 κεντρικό τμήμα του νομού Έβρου. Το υπόλοιπο ορεινό και ημιορεινό τμήμα του αποτελείται από παλαιοζωικά πετρώματα, ηφαιστειακούς σχηματισμούς (λιπαρίτες, δακίτες, ανδεσίτες, διαβάσεις), ηωκαινικά ιζήματα (κροκαλοπαγή, νουμουλιτικούς ασβεστόλιθους, ψαμμιτομαργαϊκά στρώματα με ενστρώσεις τόφων και κροκαλοπαγών, αργιλικούς σχιστόλιθους), θαλάσσια ιζήματα του νεογενούς και τέλος ποτάμια αποθέματα του τεταρτογενούς. Το βόρειο τμήμα του νομού είναι σχεδόν επίπεδο (πεδιάδα Ορεστιάδας Διδυμοτείχου), όπως και το ανατολικό, όπου σχηματίζεται η κοιλάδα του Έβρου, που πλαταίνει καθώς ο ποταμός προχωρεί προς τα Ν, για να σχηματίσει στις εκβολές του το λιμνοβαλτώδες δέλτα του. Η ακτή του νομού Έβρου, αλίμενη και χωρίς κολπώσεις, μόνο Ανατολικά της Αλεξανδρούπολης παρουσιάζει κάποια ποικιλία (λιμνοθάλασσες Αβγάνων, Δράκοντα, Παλούκια), όπου όμως αλλάζει συνεχώς μορφή εξαιτίας των προσχώσεων του Έβρου και η χέρσος επεκτείνεται μέσα στη θάλασσα.

67 Σχήμα 18. Χάρτης με το μέσο ετήσιο ύψος βροχής τον Ελλαδικό χώρο (Πηγή: ) Σημαντικό υδρογραφικό στοιχείο του νομού αποτελεί ο ποταμός Έβρος, στον οποίο καταλήγουν πολλά μικρά υδάτινα ρεύματα και οι δύο βασικοί παραπόταμοί του: ο Άρδας, ο οποίος πηγάζει από τη βουλγαρική πλευρά των ορέων της Κούλας και διαρρέει τον νομό σε όλο το πλάτος του πριν καταλήξει στον Έβρο, και ο Ερυθροπόταμος, ο οποίος πηγάζει από την ίδια κατεύθυνση και περνάει από το Διδυμότειχο πριν φτάσει στον Έβρο. Στην ηφαιστειότητα της περιοχής οφείλονται οι αξιόλογες θερμομεταλλικές πηγές Λουτρών. Όσον αφορά τα μεταλλεύματα, στον νομό Έβρου υπάρχουν χρωμίτες, μαγγάνια και μεικτά θειούχα (μολύβδου ψευδαργύρου και σιδήρου, περιοχή Κίρκης). Αξιόλογο σπηλαιολογικό ενδιαφέρον παρουσιάζει το μεγάλο και εντυπωσιακό σπήλαιο Κουφόβουνο, κοντά στο Διδυμότειχο, 3 km πριν από

68 τον οικισμό Κουφόβουνο. Πρόκειται για παλαιά κοίτη υπόγειου ποταμού, του οποίου τα νερά διέφυγαν από τη σημερινή τεράστια είσοδο του σπηλαίου. Κοντά στο Διδυμότειχο, στην ανατολική πλευρά του υψώματος Καλέ, περίπου 20 m από τον Ερυθροπόταμο, βρίσκεται το σπήλαιο Καγιάλι, στο εσωτερικό του οποίου οδηγούν πέντε είσοδοι με πλατείς ή στενούς διαδρόμους, που όλοι καταλήγουν σε έναν μεγάλο θάλαμο. Από εκεί ξεκινούν άλλα διαμερίσματα προς τρεις κατευθύνσεις: η αριστερή σε στενά κατηφορικά περάσματα, η δεξιά σε ανηφορικό πολύ μεγάλο θάλαμο και η κεντρική σε στενό, μακρύ και ελικοειδή διάδρομο με μεγάλη διαπλάτυνση στο κέντρο. Προς το τέλος διανοίγονται δύο τεράστιοι διαδοχικοί και πολύ ανηφορικοί θάλαμοι με πανύψηλες οροφές (περίπου 30 m). Το σπήλαιο είναι παλαιά σύνθετη κοίτη υπόγειου ποταμού. Στις οροφές των διαμερισμάτων του, που δεν έχουν σταλακτιτικό διάκοσμο, φαίνεται καθαρά η διαβρωτική ενέργεια των ορμητικών νερών που το διάνοιξαν. Το συνολικό του μήκος φτάνει τα 145 m και η έκταση τα 2.000m 2. Το κλίμα του νομού Έβρου, ηπειρωτικό με ετήσιο θερμομετρικό εύρος ανώτερο των 20 C, χαρακτηρίζεται από δριμείς χειμώνες και θερμά καλοκαίρια. Το χιόνι είναι συνηθισμένο φαινόμενο κατά την ψυχρή εποχή και το έδαφος παραμένει σκεπασμένο από χιόνι για πολλές ημέρες. Άλλο συνηθισμένο φαινόμενο, επίσης έντονο κατά τη χειμερινή περίοδο, είναι και ο παγετός. Το ύψος της βροχής, εκτός από τον Δεκέμβριο, είναι μικρό και ελαττώνεται όσο προχωρούμε από τις παράκτιες περιοχές προς το εσωτερικό. Αυτό οφείλεται στο ότι τα αντικυκλωνικά συστήματα, υπό την επίδραση των οποίων βρίσκεται η περιοχή κατά την ψυχρή περίοδο του έτους, μεταφέρουν πολικές ηπειρωτικές ή και αρκτικές μάζες αέρα, πολύ ψυχρές και σχετικά ξηρές. Επίσης, εξαιτίας της αντικυκλωνικής δράσης, οι θερμοκρασίες της χειμερινής περιόδου είναι πολύ χαμηλές: οι απόλυτες ελάχιστες θερμοκρασίες κατέρχονται στους 10 C, περισσότερο υπό το μηδέν στα παράκτια τμήματα και κάτω από τους 1520 C στα εσωτερικά και βόρεια. Κατά τη θερινή περίοδο, στις εσωτερικές περιοχές του νομού, οι οποίες κατακλύζονται από

69 Μηνιαία ύψη βροχής σε mm θερμές και ξηρές ηπειρωτικές μάζες, οι θερμοκρασίες υπερβαίνουν πολλές φορές τους 40 C, ενώ τα παράκτια τμήματα, επειδή επηρεάζονται από τη θάλασσα, δεν παρουσιάζουν πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Οι βροχές, οι οποίες τείνουν να κατανεμηθούν ομοιόμορφα κατά τη διάρκεια του έτους, δεν σπανίζουν κατά τη θερμή εποχή. Εκτός από τις βροχές που προέρχονται από υφέσεις, σημειώνονται και θερμικές καταιγίδες. Τα μελτέμια δεν είναι πολύ συχνά στην περιοχή ούτε έντονα, επειδή οι άνεμοι αυτοί μεταφέρουν θερμές και ξηρές μάζες αέρα. Διάγραμμα 1. Μηνιαία ύψη βροχής του Ν. Έβρου ΜΗΝΙΑΙΑ 0.0 ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΜΗΝΕΣ (Πηγή : )

70 Ύψη βροχής σε mm Διάγραμμα 2. Ετήσια ύψη βροχής ΕΤΗΣΙΑ ΥΨΗ ΒΡΟΧΗΣ - ΣΤΑΘΜΟΣ MA (5) (- - -) Μέσο υπερετήσιο ύψος βροχής ( ) ETH ( Πηγή : ) 4.3 Υδρολογικά στοιχεία Λεκάνες απορροής Το υδατικό διαμέρισμα της Θράκης έχει έκταση km 2 και περιλαμβάνει τους νομούς Έβρου, Ροδόπης και Ξάνθης, τμήματα των νομών Δράμας και Καβάλας και τα νησιά Θάσο και Σαμοθράκη. Οι κυριότεροι επιφανειακοί υδατικοί πόροι είναι οι ποταμοί Νέστος και Έβρος, με παραπόταμους τον Άρδα και Ερυθροπόταμο και μικρότερους ποταμούς όπως ο Φιλιουρής, το ρέμα Κομοτηνής, ο Ποταμός, το ρέμα Λουτρού, το Ξηρόρεμα, ο Ασπροπόταμος, το ρέμα Ξάνθης και τα ρέματα Θάσου και Σαμοθράκης. Από τις φυσικές λίμνες οι σημαντικότερες είναι η Βιστονίδα και ακολουθούν οι λίμνες Μητρικού, Μαυρόλιμνη, Αλυκή, Φαναριού και Νυμφών. Το μέσο ετήσιο ύψος βροχοπτώσεων κυμαίνεται από 350 mm μέχρι 1300 mm περίπου.

71 Επειδή τα όρια των υδατικών και γεωγραφικών διαμερισμάτων δεν ταυτίζονται, οι παρακάτω υπολογισμοί για το υδατικό ισοζύγιο και τα αποθέματα νερού στηρίζονται στο άθροισμα των υδατικών πόρων που διαθέτουν τα 2 υδατικά διαμερίσματα Αν. Μακεδονίας και Θράκης ενώ η κατανάλωση νερού αναφέρεται στα αντίστοιχα γεωγραφικά διαμερίσματα για το έτος Αθροιστικά τα δύο υδατικά διαμερίσματα δέχονται από βροχοπτώσεις κατά μέσο όρο περίπου 13,2 Μm 3 νερού. Εξ αυτών εκτιμάται ότι 6.000*10 5 m 3 απορρέουν επιφανειακά. Επίσης, απορρέουν άλλα 9.800*10 6 m 3 νερού που προέρχονται από λεκάνες απορροής εκτός Ελλάδος. Έτσι το σύνολο της επιφανειακής απορροής ανέρχεται σε 15,8 Gm 3 νερού ( ). Το υπόγειο υδατικό δυναμικό έχει εκτιμηθεί σε 1,63 Mm 3. Εξ αυτών 0,68 Mm 3 τροφοδοτούν επιφανειακούς υδατικούς πόρους και έχουν υπολογιστεί στα προηγούμενα μεγέθη των επιφανειακών απορροών. Σχήμα 19. Διάγραμμα συνολικής ζήτησης νερού ( Πηγή: ) Το σύνολο των αποθεμάτων είναι: Επιφανειακά m 3 + υπόγεια 950 Mm 3 = 1,675 Mm 3. Από αυτό το απόθεμα εκτιμήθηκε ότι το 1995 χρησιμοποιήθηκαν 2.2 Mm 3 νερού. Αυτή η κατανάλωση αντιστοιχεί στο 13% των ανανεώσιμων αποθεμάτων. Η

72 μεγαλύτερη ποσότητα νερού, περίπου 93% καταναλώθηκε σε αρδεύσεις, σύμφωνα με την ακόλουθη κατανομή: Ύδρευση 125 Mm 3 νερού, Άρδευση 2.1 Mm 3 και Κατανάλωση Βιομηχανιών 0,30 Mm 3 περίπου. Από τα προαναφερθέντα φαίνεται ότι υπάρχουν αρκετά περιθώρια μεγαλύτερης εκμετάλλευσης των υδατικών πόρων για την επίλυση σημαντικών τοπικών προβλημάτων, πλην όμως θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι πολύ μεγάλο τμήμα της επιφανειακής απορροής και στα δύο υδατικά διαμερίσματα προέρχεται από ποταμούς Νέστο και Έβρο που πηγάζουν από τη Βουλγαρία. Επομένως, δεν είναι δυνατή η πλήρης εκμετάλλευση τους. Σχήμα 20. Χάρτης της Περιφέρειας Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης που παρουσιάζει την ισοδύναμη απορροή ( Πηγή : )

73 4.4 Οικονομία και οικισμοί. Η οικονομία του νομού Έβρου βασίζεται κυρίως στη γεωργία και κατά δεύτερο λόγο στην κτηνοτροφία, ενώ η βιομηχανία αναπτύχθηκε μετά το Καθοριστικός παράγοντας της οικονομίας του νομού είναι ο ποταμός Έβρος και λόγω της επίδρασής του στη σύσταση του εδάφους με τις ύλες που μεταφέρει και λόγω των περιοχών που αρδεύει ή μπορεί να αρδεύσει, αλλά και αρνητικά, λόγω των ζημιών που προκαλεί με τις πλημμύρες του. Η γεωργία στηρίζεται στην καλλιέργεια σιτηρών κυρίως στις μεγάλες πεδινές εκτάσεις των δήμων Ορεστιάδας και Διδυμοτείχου, οι οποίες καλύπτουν περισσότερο από τα δύο τρίτα της επιφάνειας που καλλιεργείται συνολικά στον νομό Έβρου Τα σιτηρά αντιπροσωπεύουν σημαντικό τμήμα της συνολικής αξίας της γεωργικής παραγωγής, η οποία περιλαμβάνει και προϊόντα όπως το σκουπόχορτο (σόργο), ο σπόρος μηδικής, τα πεπόνια και ο ηλίανθος. Σχήμα 21. Διάγραμμα κατανομής της ζήτησης νερού στη Θράκη ( Πηγή : )

74 Ο νομός παρουσιάζει και αξιόλογη κτηνοτροφία, ενώ έχει αναπτυχθεί ποσοτικά και ποιοτικά και η κτηνοτροφία μεγάλων ζώων (βοοειδών). Για τον λόγο αυτό έχει αυξηθεί σημαντικά η καλλιέργεια της μηδικής σε ξερικά εδάφη. Στην περιοχή του Σουφλίου, όπου καλλιεργείται η μουριά, σημαντική είναι η σηροτροφία για την παραγωγή μεταξιού. Χάρη στη δραστηριότητα αυτή, το Σουφλί είναι γνωστό σε όλη την Ελλάδα για τα περίφημα μεταξωτά του. Τα δάση καλύπτουν περίπου το 29% του εδάφους του νομού, δεν υπάρχει όμως αξιόλογη εκμετάλλευση. Ωστόσο, ξεχωριστή ανάπτυξη παρουσιάζει η καλλιέργεια της λεύκας. Η αλιεία, που διεξάγεται με κέντρο την Αλεξανδρούπολη, είναι ιδιαίτερα ανεπτυγμένη και εκμεταλλεύεται τον αλιευτικό πλούτο του ποταμού Έβρου (ψάρι οξύρρυγχος από το οποίο βγαίνει το μαύρο χαβιάρι), του Δέλτα του και του Θρακικού πελάγους. Σχήμα 22. Διάγραμμα του Α. Ε. Π του Νομού Έβρου ( Πηγή : ) Οικονομικό, πολιτιστικό και συγκοινωνιακό κέντρο του νομού είναι η πρωτεύουσά του, Αλεξανδρούπολη. Επίσης, μεγάλο ιστορικό και

75 αρχαιολογικό ενδιαφέρον παρουσιάζει η Σαμοθράκη. Ακολουθούν άλλες τρεις πόλεις, που αποτελούν έδρες και οικονομικά κέντρα των δήμων του, στη σιδηροδρομική γραμμή Θεσσαλονίκης Κωνσταντινούπολης. Το Σουφλί (4.258 κάτ., έδρα του δήμου Σουφλίου), πόλη που βρίσκεται στο κέντρο σχεδόν του νομού και είναι χτισμένη σε έναν λόφο κοντά στις όχθες του ποταμού Έβρου, αποτελεί αξιόλογο εμπορικό και βιοτεχνικό κέντρο παραγωγής και επεξεργασίας μεταξιού. Βορειότερα, χτισμένο αμφιθεατρικά στη δεξιά όχθη του Έβρου, βρίσκεται το ιστορικό Διδυμότειχο (8.799 κάτ., έδρα του δήμου Διδυμοτείχου. Βορειότερα βρίσκεται η Ορεστιάδα ( κάτ., έδρα του δήμου Ορεστιάδας), πόλη που δημιουργήθηκε μετά την ανταλλαγή των ελληνοτουρκικών πληθυσμών (1923) και σήμερα αποτελεί αξιόλογο οικονομικό κέντρο. Άλλοι οικισμοί του νομού είναι η Αισύμη (289 κάτ.), τουριστικό και παραθεριστικό κέντρο, 23 km. από την Αλεξανδρούπολη, ο Λουτρός (1.049 κάτ.), όπου βρίσκονται και τα λουτρά Τραϊανούπολης με τις αξιόλογες θερμομεταλλικές πηγές, η Μάκρη (820 κάτ.), παράλιο παραθεριστικό κέντρο στην οδό Αλεξανδρούπολης/Κομοτηνής, οι Φέρες (5.206 κάτ.), στην οδό Αλεξανδρούπολης/Σουφλίου, κοντά στο Δέλτα του Έβρου, η Δαδιά (800 κάτ.), γνωστή για το ομώνυμο δάσος που αποτελεί Περιοχή Ειδικής Προστασίας. Πίνακας 3. Δήμοι Νομού Έβρου

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 : ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΔΙΕΥΘΕΤΗΣΗΣ ΤΟΥ ΧΕΙΜΑΡΡΟΥ ΜΑΙΣΤΡΟΥ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ 5.1 Εισαγωγή- Περιγραφή μελέτης του έργου Σκοπός της εργασίας είναι να η διευθέτηση του χειμάρρου Μαΐστρου στην Αλεξανδρούπολη. Η προς μελέτη διευθέτηση αφορά το τελευταίο τμήμα του χειμάρρου, για απόσταση περίπου 2000 m, κατά την εκβολή του στην θάλασσα. Στο τμήμα αυτό της εκβολής, ο χείμαρρος διέρχεται κάτω από μια γέφυρα. ( η μηκοτομή του χειμάρρου δίνεται στο παράρτημα ). Αναλυτικά, οι στόχοι της εργασίας είναι : Η μελέτη της υδρολογίας του ποταμού Η μελέτη της διέλευσης του ποταμού κάτω από την γέφυρα Η μελέτη 2 αναβαθμών στις θέσεις x=2200 m και x=1250 m έτσι ώστε να υπάρξει μείωση της κλίσης από S0= σε μια πιο ήπια κλίση S0= Η μελέτη της διευθέτησης του χειμάρρου για ορισμένη διατομή και με πλήρωση των διατομών σε όλο το μήκος του χειμάρρου με σαραζανέττι Η σύνταξη προϋπολογισμού για τις παραπάνω εργασίες σε επίπεδο προμελέτης 5.2 Χαραξη λεκάνης απορροής και υδρογραφικού δικτύου Η παροχή του ποταμού θα υπολογιστεί για περίοδο επαναφοράς Τ=50 χρόνια όπως προβλέπεται από το Π.Δ. 696/1974/ άρθρο 197, παρ. 10δ. Η περίοδος επαναφοράς (Τ) αποτελεί ουσιαστικά την επιθυμητή προστασία που παρέχει το δίκτυο όμβριων σε ένα συγκεκριμένο επεισόδιο βροχής. Όσο μικρότερη είναι η περίοδος επαναφοράς για το οποίο έχει σχεδιαστεί το δίκτυο τόσο μικρότερη είναι η προστασία που παρέχει αλλά το έργο είναι πιο οικονομικό αφού οι διατομές των αγωγών θα είναι μικρότερες. Για παράδειγμα, αν το έργο κατασκευαστεί με περίοδο επαναφοράς Τ=5 χρόνια σημαίνει ότι το δίκτυο θα αστοχεί (θα αδυνατεί να αποχετεύει την παροχή

77 αιχμής) κατά μέσο όρο μία φορά στα 5 χρόνια. Αντιστοίχως η πιθανότητα να αστοχήσει το έργο σε ένα δεδομένο έτος είναι ίση με 1/5, δηλαδή πιθανότητα ίση με 20%. Για αντιπλημμυρικά έργα και διευθετήσεις υδατορευμάτων Τ= 50 έτη και περισσότερο. Από τα δοθέντα τοπογραφικά υπόβαθρα ( Αλεξανδρούπολη, Αισύμη και Μαρώνια) της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού και με κλίμακα 1:50000 και ύστερα από ψηφιοποίηση τους με το πρόγραμμα AutoCAD 2010 προέκυψε η μορφή της υδρολογικής λεκάνης απορροής (και του υδρογραφικού δικτύου) στην οποία ανήκει ο χείμμαρος Μαΐστρος.

78 Σχήμα 23. Λεκάνη απορροής και υδρογραφικό δίκτυο Μαΐστρου ( Πηγή : ΓΥΣ, AutoCAD 2010)

79 Έτσι λοιπόν προέκυψε ότι το εμβαδόν της λεκάνης απορροής Α=247 km 2, ενώ η μέγιστη διαδρομή του ρεύματος μέσα στην λεκάνη είναι L=29 km και η μέση κλίση της διαδρομής είναι S= m/m. Ο συντελεστής τραχύτητας Manning για το υπόψη υδατόρευμμα εκτιμήθηκε από τα δεδομένα της εργασίας n= Πίνακας 4. Χαρακτηριστικές τιμές της λεκάνης απορροής ΜΕΓΕΘΗ A 247 km 2 L 24 km S m/m n T 50 χρόνια 5.3 Χρόνος συγκέντρωσης Χρόνος συγκέντρωσης tc ονομάζεται ο χρόνος που χρειάζεται το νερό για να διανύσει την απόσταση από το πιο απομακρυσμένο σημείο της λελάνης ακολουθώντας το υδρογραφικό δίκτυο μέχρι το σημέιο εξόδου του ρεύματος. (Γιαννόπουλος, 2007) Η πιο διαδεδομένη και αποδεκτή από τις προδιαγραφές (Π.Δ. 696/1974) μέθοδος υπολογισμού του χρόνου συγκέντρωσης είναι με τον τύπο του Giandotti. Όπου tc = χρόνος συγκέντρωσης (h), A= επιφάνεια λεκάνης απορροής(km 2 ), L= το μήκος της κύριας μισάγγειας (km) και Δz= η υψομετρική διαφορά του μέσου υψόμετρου της λεκάνης απορροής από το υψόμετρο εξόδου (m). (Γιαννόπουλος Σ. 2007)

80 Η σχέση που συνδέει την ένταση της βροχόπτωσης i με την περίοδο επαναφοράς Τ και τη διάρκεια της βροχόπτωσης t δόθηκε από την ΕΓΝΑΤΙΑ Α.Ε. και είναι ίση με: ή ) επίσης από τον παραπάνω τύπο προκύπτει και το ύψος βροχόπτωσης h για χρονική διάρκεια t : Για χρόνο t=tc οι παραπάνω εξισώσεις μας δίνουν: 5.4 Υπολογισμός παροχής Q Ο υπολογισμός της παροχής Q γίνεται με την χρήση διαφόρων θεωριών. Για την συγκεκριμένη εργασία και για την πιο σφαιρική θεώρηση των δεδομένων μας έγινε χρήση της α) ορθολογικής μεθόδου, β) της μεθόδου Fuller και της μεθόδου γ) Soil Conservation Service (SCS) Α) Ορθολογική μέθοδος Η μέθοδος αυτή, χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της απορροής μικρών σχετικά υδρολογικών λεκάνων (<35 km) και βασίζεται στην αρχή ότι, για βροχές με ομοιόμορφη ένταση και κατανομή πάνω στη λεκάνη, η μέγιστη απορροή εμφανίζεται όταν το νερό από όλα τα σημεία της λεκάνης φτάνει στην έξοδό της. Η απορροή αυτή αποτελεί ένα συγκεκριμένο ποσοστό της εντάσεως της βροχής που την προκαλεί.(μιμίκου Μ.Α 2006) Η ορθολογική μέθοδος εκφράζεται από την σχέση:

81 όπου, Q είναι η αιχμή της απορροής σε m 3 /s i η ένταση της βροχόπτωσης σε mm/h A η επιφάνεια της λεκάνης απορροής σε km 2 Ενώ C είναι μια αδιάστατη παράμετρος γνωστή και ως συντελεστής απορροής Ο συντελεστής C πρέπει να επιλέγεται με βάση τους ακόλουθους παράγοντες : 1. Το ανάγλυφο της επιφάνειας της λεκάνης 2. Την έκταση και την πυκνότητα της φυτοκάλυψης 3. Την κλίση των πρανών της λεκάνης 4. Την περιεχόμενη στο έδαφος υγρασία Επειδή οι παράγοντες αυτοί είναι αδύνατο να εκτιμηθούν, το C επιλέγεται συνήθως από πίνακες που παίρνουν υπόψη τους παραπάνω παράγοντες. (Μιμίκου Μπαλτάς, 2006) Πίνακας 5. Τιμές του συντελεστή C με βάση την ορθολογική μέθοδο Συνθήκες Συντελεστής ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Επίπεδα 0.15%₀-0.50%₀ 0.3 Κλιτύες 2.5%₀-3.5%₀ 0.2 Λοφώδη 25%₀-35%₀ 0.1 ΦΥΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ Αδιαπέρατοι άργιλοι 0.1 Μέσες συνθήκες άργιλοιπηλός 0.2 Αμμοπηλοί 0.4 ΦΥΤΙΚΗ ΚΑΛΥΨΗ Καλλιεργήσιμη γη 0.1 Δενδροκάλυψη 0.2

82 Οπότε για την περίπτωσή μας έχουμε: = 0,5 * 3,1 * 247= 383 m 3 /s Β) Μέθοδος Fϋller Εφόσον δεν υπάρχουν ακριβέστερα στοιχεία βροχοπτώσεων επιτρέπεται για μικρές και μέσου μεγέθους λεκάνες η εκτίμηση της παροχής μελέτης γίνεται σύμφωνα με τον παρακάτω τύπο: Όπου β= 0,8 και Q1=2.35* A 0.8 οπότε έχουμε =2.35* A 0.8 * = Γ) Η μέθοδος SCS Το έτος 1957, η Soil Conservation Service (SCS) των Η.Π.Α παρουσίασε μια μέθοδο υπολογισμού υδρογραφήματος απορροής, ύστερα από μελέτη μεγάλου αριθμού υδρογραφημάτων σε λεκάνες απορροής διαφορετικού μεγέθους σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές. (Γιαννόπουλος, 2007) Η μέθοδος αυτή βασίζεται στη διαπίστωση ότι ένα υδρογράφημα απορροής μπορεί να αντιπροσωπευθεί με την μορφή ενός απλού τριγώνου, το οποίο προέρχεται από μια βροχόπτωση διάρκειας tr και έχει χρόνο αιχμής tp, χρόνο αποφόρτισης Β και παροχή αιχμής Qp. (Γιαννόπουλος, 2007)

83 Σχήμα 24. Τριγωνικό υδρογράφημα της μεθόδου SCS ( Πηγή : Γιαννόπουλος, 2007) Η παροχή αιχμής λοιπόν προσδιορίζεται από το τριγωνικό υδρογράφημα και είναι ίση με: Όπου Α= η λεκάνη απορροής h= το ύψος βροχόπτωσης για χρονική διάρκεια ίση με tc σχέση =ο χρόνος που αντιστοιχεί στην μέγιστη παροχή Q και δίνεται από τη όπου διάρκεια του γεγονότος= 6 h L= το μήκος του κύριου υδατορεύματος (km) το μήκος του σημείου εξόδου από το γεωμετρικό κέντρο της λεκάνης

84 Ct = συντελεστής μεταξύ των τιμών 1,8 και 2,2 στην περίπτωση μας λαμβάνεται ίσος με 1,9 Για πιο ασφαλή συμπεράσματα στους μετέπειτα υπολογισμούς ως παροχή χρησιμοποιήθηκε ο μέσος όρος των τριών μεθόδων 5.5 Ροή κάτω από γέφυρα Μέχρι και το πρόσφατο παρελθόν, τα νερά ανύψωσης που προκαλούνται από την παρουσία γεφυρών, ειδικά σε περιόδους πλημμύρων δεν μπορούσαν να υπολογιστούν με αποτέλεσμα καταστροφές στις ίδιες τις κατασκευές των γεφυρών όσο και στα πρανή των υδατορευμάτων. Οι πρόσφατες βελτιώσεις στις μεθόδους πρόβλεψης και αντιμετώπισης των πλημμύρων, η συλλογή ακριβέστερων πειραματικών δεδομένων και η εφαρμογή νέων μαθηματικών μοντέλων, έχει επιφέρει μια επιστημονικότερη αντιμετώπιση των προβλημάτων ροής κάτω από γέφυρες.

85 Σχήμα 25. Συνθήκες ροής κάτω από γέφυρα ( Πηγή : Bradley, 1978) Σύμφωνα με την εργασία του Joseph N. Bradley για την FHWA το 1978, η πρακτική έκφραση των νερών ανύψωσης έχει σχηματιστεί από την εφαρμογή της βασικής θεωρίας της διατήρησης της ενέργειας μεταξύ του σημείου που εμφανίζονται τα μέγιστα νερά ανύψωσης ανάντη της γέφυρας στον τομέα Ι (section I) και του σημείου κατάντη της γέφυρας όπου επανεμφανίζονται οι ομοιόμορφες συνθήκες ροής. Όπου : η συνολική ανύψωση του νερού προς τα ανάντη σε ft (total backwater)

86 : συντελεστής συνολικών νερών ανύψωσης (total backwater coefficient) και : συντελεστές κινητικής ενέργειας (kinetic energy coefficient) : μεικτή βρεχόμενη επιφάνεια στην στένωση, κάτω από τις φυσιολογικές συνθήκες σε ft 2 (gross water area in constriction measured below normal stage) : μέση ταχύτητα στην στένωση ή Q/ (f.p.s) (average velocity in constriction) : βρεχόμενη επιφάνεια στον τομέα 4 μετά την αποκατάσταση των κανονικών συνθηκών ολική βρεχόμενη επιφάνεια, συμπεριλαμβανομένου και αυτής των παραγόμενων νερών ανύψωσης Υπολογίζουμε το πλάτος της γέφυρας ως εξής b= 95,00+12,50+12,5-(7*1,5)=109 m (=357,61 ft) και στη συνέχεια υπολογίζεται η παροχή ανά μονάδα πλάτους ( ft 3 /s) Το ομοιόμορφο βάθος ροής για ορθογωνική διατομή υπολογίζεται από τον τύπο Ενώ το κρίσιμο βάθος για τις ίδιες διαστάσεις και είδος διατομής υπολογίζεται ως εξής: Η διατομή της γέφυρας χωρίζεται σε τρία μέρη από τα οποία προκύπτει ο πίνακας υπολογισμών

87 Πίνακας 6. Πίνακας υπολογισμών της ροής κάτω από την γέφυρα Τομέας n 1.49/n Εμβαδό (Α) Περίμετρος Ρ 0-41 ft ft ft Για τον υπολογισμό του εμβαδού και της περιμέτρου, χρησιμοποιήθηκαν οι αντίστοιχοι τύποι : και Ενώ στην συνέχεια υπολογίστηκαν οι απαραίτητες τιμές για τον υπολογισμό του τύπου (20) Πίνακας 7. Συνέχεια των υπολογισμών του πίνακα 6 r= A/P r^(2/3) k=1.49/n*ar^2/3 q=qk/k1 v=q/a qv^ ΣK= Σ= Η παροχή στον τμήμα κάτω από την γέφυρα υπολογίζεται από την μέθοδο κλίσης-επιφάνειας (Bradley,1978) και είναι ίση με Ο συντελεστής κινητικής ενέργειας υπολογίζεται ως:

88 Όπου Μ είναι ο λόγος ανοίγματος της γέφυρας πρόκειται ουσιαστικά για τον λόγο της ροής που περνάει ανεμπόδιστα κάτω από την γέφυρα προς την συνολική ροή του ποταμού. Σχήμα 26. Διάγραμμα 5 για τον υπολογισμό της τιμής του α 2 ( Πηγή : Bradley, 1978) Από το διάγραμμα 5 προκύπτει ότι α2=1,35 ενώ από το διάγραμμα 6 προκύπτει ότι ο συντελεστής καμπυλότητας της βάσης (base curve coefficient) είναι Κb=0,24

89 Σχήμα 27. Διάγραμμα 6 για τον συντελεστή καμπυλότητας της βάσης (base curve coefficient) (Πηγή : Bradley, 1978) Επειδή η γέφυρά μας στηρίζεται σε πυλώνες, πρέπει να υπολογιστούν και οι συντελεστές που εξαρτώνται από τις κατασκευές αυτές. Όπου Αp το εμβαδόν που καλύπτουν οι πυλώνες της γέφυρας. Από τα διαγράμματα 7Α και 7Β και για J=0.15 έχουμε ΔΚ=0.06 ενώ ο συντελεστής διόρθωσης για τον δείκτη Μ είναι 0.95

90 Σχήμα 28. Διάγραμμα 7 συντελεστές διόρθωσης λόγω των πυλώνων της γέφυρας (incremental backwater coefficient for piers) (Πηγή : Bradley, 1978) Επομένως ο συντελεστής ανύψωσης υδάτων είναι: και Οπότε η εξίσωση (20) γίνεται

91 Αντικαθιστούμε τις τιμές και στο δεύτερο σκέλος της εξίσωσης και άρα έχουμε Η συνολική ανύψωση υδάτων που δημιουργείται από την παρουσία της γέφυρας είναι ίση με: 5.6 Καταβαθμοί ελεύθερης υδατόπτωσης Η μόνιμη ροή του νερού σε έναν ανοικτό αγωγό, που καταλήγει σε έναν απότομο καταβαθμό σχετικά μεγάλου ύψους, σχηματίζει μια ελεύθερη υδατόπτωση που προσέλκυσε το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών, εδώ και 50 χρόνια, γιατί μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μέτρηση της παροχής.

92 Σχήμα 29. Τομή τυπικού καταβαθμού ελεύθερης υδατόπτωσης ( Πηγή : Τερζίδης, 1997) Στο χείλος του καταβαθμού, η ροή αποκολλιέται από τον πυθμένα και πέφτει σαν ελεύθερος κρουνός νερού πάνω στη λεκάνη υδατόπτωσης που βρίσκεται στη βάση του καταβαθμού. Η πίεση στην επιφάνεια και μέσα στη μάζα του ελεύθερου κρουνού είναι ατμοσφαιρική με την προϋπόθεση ότι αερίζεται ικανοποιητικά και η κάτω από αυτόν περιοχή. Στο χείλος του καταβαθμού, η πίεση είναι ατμοσφαιρική στην πάνω και κάτω επιφάνεια του κρουνού, αλλά μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική μέσα στην μάζα του κρουνού. Αρκετά ανάντη του χείλους του καταβαθμού, όπου οι γραμμές ροής είναι παράλληλες, η κατανομή της πίεσης είναι υδροστατική. Ως πλησιέστερη διατομή με υδροστατική κατανομή της πίεσης θεωρείται η διατομή του κρίσιμου βάθους στις περιπτώσεις που η κλίση του πυθμένα είναι απότομη ή υπερκρίσιμη. Στην ενδιάμεση περιοχή η κατανομή της πίεσης δεν είναι υδροστατική και συνεχώς μειώνεται μέχρι μηδενισμού.(τερζίδης, 1997) Το πρόβλημα του καταβαθμού ελεύθερης υδατόπτωσης έχει αντιμετωπιστεί από τους διάφορους ερευνητές με διάφορες θεωρητικές μεθόδους σαν μονοδιάστατη ροή με ή χωρίς απώλειες ενέργειας, με την υδροστατική κατανομή της πίεσης ή με ατμοσφαιρική πίεση στο χείλος του καταβαθμού, καθώς και σαν δισδιάστατη αστρόβιλη ροή. Σκοπός όλων αυτών των μεθόδων

93 ήταν να βρεθεί θεωρητικά η σχέση που συνδέει το βάθος ροής πάνω από το χείλος του καταβαθμού με την παροχή του νερού στον αγωγό. (Τερζίδης, 1997) Ο καταβαθμός ελεύθερης υδατόπτωσης είναι μια υδραυλική κατασκευή που χρησιμοποιείται για τον περιορισμό των απότομων κλίσεων του εδάφους και την αποφόρτιση της ενέργειας των υδατορρευμάτων, αλλά και για τη μέτρηση της παροχής των ανοικτών αγωγών. Αυτή η πολύ σημαντική χρήση των καταβαθμών ως μετρητών παροχής πετυχαίνεται με σχέσεις που συνδέουν το βάθος στο χείλος του καταβαθμού με το κρίσιμο βάθος (για υποκρίσιμη ροή) ή με το ομοιόμορφο βάθος (για υπερκρίσιμη ροή) και έχουν προκύψει από πλήθος ερευνητικών εργασιών. Οι σχέσεις αυτές είναι γνωστές διεθνώς με τα αρχικά EDR (End Depth Ratio) και οδηγούν στον υπολογισμό της παροχής απαιτώντας μόνο μέτρηση του ακραίου βάθους ροής.( Χατζηγιαννάκης κ.α.) Ο θεμελιωτής των μελετών της ροής του νερού πάνω από καταβαθμό ελεύθερης υδατόπτωσης ήταν ο Rouse, o οποίος ασχολήθηκε με τον καταβαθμό της απλούστερης διατομής, της ορθογωνικής. Από τότε και μέχρι σήμερα έχει δημοσιευτεί σημαντικός αριθμός εργασιών, κυρίως για καταβαθμούς εκθετικής (ορθογωνικής, τριγωνικής και παραβολικής) διατομής, και δευτερευόντως για καταβαθμούς σύνθετης (τραπεζοειδούς και κυκλικής) διατομής. Ο Τερζίδης (1997) προσομοίωσε τη ροή πάνω από ορθογωνικής διατομής καταβαθμό με ροή πάνω από εκχειλιστή λεπτής στέψης για τον υπολογισμό του EDR και του προφίλ ροής, τόσο της υποκρίσιμης, όσο και της υπερκρίσιμης ροής. Οι σχέσεις που χρησιμοποιήθηκαν για την επίλυση της εργασίας μας είναι οι εξής : ( Henderson, 1966)

94 Ενώ σύμφωνα με το Bureau of reclamation (1964) το μήκος δίνεται από τον τύπο: Επίσης μετά το τέλος των μηκών Ld και Lj κατασκευάζεται ένα κομμάτι του οποίου το πάχος ορίζεται ίσο με 1/6 y2 και στο οποίο τμήμα το ύψος του νερού υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο: Καταβαθμός 1 Ο πρώτος καταβαθμός θα δημιουργηθεί στη θέση x=2200m και με υψομετρική διαφορά προς διευθέτηση Δh= =1.65m. Από εμπειρική σχέση προκύπτει το πλάτος b στα σημεία των αναβαθμών Και η ειδική παροχή q είναι: Ενώ το κρίσιμο βάθος είναι ίσο με:

95 Οπότε και με βάση τους παραπάνω τύπους υπολογίζουμε τα στοιχεία του καταβαθμού μας. Για κατασκευαστικούς λόγους ασφαλείας το τελικό Δz0 θα είναι μεγαλύτερο από το Δh= =1.65m και στην περίπτωσή μας το θεωρούμε Δz0=1.80m. Στην συνέχεια υπολογίζουμε το βάθος ροής y2 στο τέλος του καταβαθμού Όπου Fr1 ο αριθμός Froude που αντιστοιχεί σε βάθος ροής y1 και δίνεται από τη σχέση: Οπότε έχουμε Και έτσι ο τύπος για τον υπολογισμό του y2 διαμορφώνεται ως εξής:

96 και και τέλος υπολογίζεται το μήκος Για το βάθος ροής μετά τον καταβαθμό μας έχουμε: Δηλαδή το βάθος ροής κατάντη του καταβαθμού μας προσεγγίζει το κρίσιμο βάθος που στην περίπτωσή μας είναι Σχήμα 30. Τομή του καταβαθμού 1

97 Σχήμα 31. Κάτοψη του καταβαθμού 1 Σχήμα 32. Διατομή του καταβαθμού 1 στη θέση Α-Α

98 Σχήμα 33. Διατομή του καταβαθμού 1 στη θέση Β-Β Σχήμα 34. Διατομή του καταβαθμού 1 στη θέση C-C Για την κατασκευή του καταβαθμού θα γίνει εξυγίανση του φυσικού εδάφους, θα γίνει επίστρωση με οπλισμένο σκυρόδεμα C8/10 πάχους 0.40m και στο τέλος θα επενδυθεί όλο το μήκος και πλάτος του αναβαθμού με σαραζανέττι πάχους 0.5m. Ο αναλυτικός υπολογισμός τους δίνεται στο κεφάλαιο του προϋπολογισμού του έργου.

99 Καταβαθμός 2 Ο δεύτερος καταβαθμός θα δημιουργηθεί στη θέση x=1250m και με υψομετρική διαφορά προς διευθέτηση Δh= =2.28m. Από εμπειρική σχέση προκύπτει το πλάτος b στα σημεία των αναβαθμών Και η ειδική παροχή q είναι: Ενώ το κρίσιμο βάθος είναι ίσο με: Οπότε και με βάση τους παραπάνω τύπους υπολογίζουμε τα στοιχεία του καταβαθμού μας. Για κατασκευαστικούς λόγους ασφαλείας το τελικό Δz0 θα είναι μεγαλύτερο από το Δh= =2.28m και στην περίπτωσή μας το θεωρούμε Δz0=2.40m.

100 Στην συνέχεια υπολογίζουμε το βάθος ροής y2 στο τέλος του καταβαθμού Όπου Fr1 ο αριθμός Froude που αντιστοιχεί σε βάθος ροής y1 και δίνεται από τη σχέση: Οπότε έχουμε Και έτσι ο τύπος για τον υπολογισμό του y2 διαμορφώνεται ως εξής: και και τέλος υπολογίζεται το μήκος Για το βάθος ροής μετά τον καταβαθμό μας έχουμε:

101 Δηλαδή το βάθος ροής κατάντη του καταβαθμού μας προσεγγίζει το κρίσιμο βάθος που στην περίπτωσή μας είναι Σχήμα 35. Τομή του καταβαθμού 2 Σχήμα 36. Κάτοψη του καταβαθμού 2

102 Σχήμα 37. Διατομή του καταβαθμού 2 στη θέση Α-Α Σχήμα 38. Διατομή του καταβαθμού στη θέση B-B

103 Σχήμα 39. Διατομή του καταβαθμού 1 στη θέση C-C Για μεγαλύτερη σταθερότητα των κατασκευών μας είναι απαραίτητη και η δημιουργία κατάλληλων αναχωμάτων συγκράτησης των πρανών αλλά και ως επιπρόσθετη προστασία σε περιόδους με αυξημένες πλημμυρικές απορροές. Η κατασκευή των αναχωμάτων θα γίνει με χώματα που προέρχονται από τον ίδιο το χείμαρρο και εφόσον δεν επαρκούν οι ποσότητες των χωμάτων θα χρησιμοποιηθούν χωματισμοί από δάνεια. Η τυπική τομή των αναχωμάτων σε όλο το μήκος του χειμάρρου δίνεται στο παρακάτω σχήμα. Σχήμα 40. Τυπική τομή αναχώματος του χειμάρρου Μαΐστρου

104 Όπως προκύπτει και από το σχήμα το εσωτερικό του αναχώματος θα καλυφθεί με Σαραζανέττι κατάλληλων διαστάσεων. Επιπρόσθετα έγινε μια λεπτομερής ανάλυση σχετικά με τις επιτρεπόμενες κλίσεις του πυθμένα του χειμάρρου, καθώς και με τις αναπτυσσόμενες ταχύτητεςv(m/s) και τις ελάχιστες επιτρεπόμενες ταχύτητεςvcr(m/s) για αποφυγή διάβρωσης του πυθμένα, δεδομένου ότι η κλίση του πυθμένα στα τελευταία 2200 μέτρα είναι So=0.0045, η οποία θεωρείται αρκετά έντονη όπως φαίνεται στον ακόλουθο πίνακα. Οι ελάχιστες επιτρεπόμενες ταχύτητες εξήχθησαν με βάση τη θεωρία των Scields και White(Henderson, 1966), η οποία καταλήγει στην εξίσωση d75%=11rso. Από την εξίσωση αυτή με βάση την d75%(ft), βρίσκει κανείς την υδραυλική ακτίνα R(ft) και στη συνέχεια την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα σε ft/s, την οποίαν και μετατρέπουμε σε m/s. Η στήλη λοιπόν που περιλαμβάνει την Vcr, εξήχθη με τον τρόπο αυτό. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο συντελεστής τριβής n του Manning συνδέεται με τη διάμετρο d75% με την εμπειρική εξίσωση του Strickler: n=0.034d75% 1/6. Έτσι η στήλη που περιλαμβάνει την d75%, εξήχθη από την εξίσωση αυτή. Θεωρείται λοιπόν σημαντικό να παραμένουν οι αναπτυσσόμενες ταχύτητες σε ένα ποτάμι μικρότερες από την Vcr, για να αποφευχθεί η διάβρωση του πυθμένα και των πρανών. Επίσης αξίζει να σημειωθεί ότι α) το U.S. Bureau of Reclamation δίνει τιμές της R μικρότερες από αυτές που προκύπτουν από τη ανωτέρω θεωρία κατά 10~15%, και β) η USDA(1977) δίνει για λόγους ασφαλείας τιμές της Vcr μικρότερες κατά 18%. Με βάση αυτόν τον πίνακα προκύπτει ότι επειδή οι ελάχιστες επιτρεπόμενες ταχύτητες που αντιστοιχούν στο γαλάζιο χρώμα δίνουν απαγορευτικές τιμές

105 για όλα τα πλάτη του ποταμού από 70~120m, και για κλίση πυθμένα So=4.5 Πίνακας 8. Πίνακας με τους ελέγχους των επιτρεπόμενων ταχυτήτων Q(m 3 /s) b(m) n yo(m) D-75(cm) yc(m) V(m/s) Vcr(m/s) Fr ,028 1,20 16,50 1,05 2,67 5,32 0, ,022 1,03 3,90 1,05 3,09 2,57 0, ,020 0,98 2,00 1,05 3,74 1,84 1,37 Q(m 3 /s) b(m) n yo(m) D-75(cm) yc(m) V(m/s) Vcr(m/s) Fr ,028 1,40 16,50 1,36 2,94 4,65 0, ,022 1,21 3,90 1,36 3,41 2,57 0, ,020 1,14 2,00 1,36 4,13 1,84 1,28 Q(m 3 /s) b(m) n yo(m) D-75(cm) yc(m) V(m/s) Vcr(m/s) Fr ,028 1,49 16,50 1,46 3,06 4,65 0, ,022 1,29 3,90 1,46 3,54 2,57 0, ,020 1,22 2,00 1,46 3,76 1,84 0,99 Q(m 3 /s) b(m) n yo(m) D-75(cm) yc(m) V(m/s) Vcr(m/s) Fr ,028 1,60 16,50 1,57 3,19 4,65 0, ,022 1,38 3,90 1,57 3,70 2,57 0, ,020 1,31 2,00 1,57 3,92 1,84 1,00 Q(m 3 /s) b(m) n yo(m) D-75(cm) yc(m) V(m/s) Vcr(m/s) Fr ,028 1,73 16,50 1,57 11,97 3,34 0,73

106 ,022 1,50 3,90 1,57 5,82 3,88 0, ,020 1,42 2,00 1,57 4,10 4,12 1,10 η μελέτη θα προσανατολιστεί στις εξής λύσεις: 1) Να στρωθεί με σαραζανέττι όλος ο πυθμένας επί μήκους 2200 m, οπότε δεν υπάρχει ο κίνδυνος διάβρωσης του πυθμένα σε περίπτωση πλημμυρών μέχρι Τ=50 έτη, και να θεωρηθεί μια διατομή με πλάτος πυθμένα b=70m, και αναχώματα επίσης επενδεδυμένα με σαραζανέττι. 2) Να μειωθεί η κλίση του πυθμένα με τη δημιουργία δύο καταβαθμών, και στη συνέχεια να επιλυθεί το πρόβλημα με κατάλληλο πλάτος πυθμένα χωρίς επένδυση με σαραζανέττι, αλλά με αναχώματα επενδεδυμένα με σαραζανέττι. 3) Η λύση αφορά μια επενδεδυμένη με σαραζανέττι διατομή, στα πρανή και τον πυθμένα, με πλάτος πυθμένα b=60m, και τη μείωση της κλίσης του πυθμένα με τη δημιουργία δύο καταβαθμών έτσι ώστε η κλίση από S0= να μειωθεί σταδιακά σε S0= με τον πρώτο καταβαθμό και σε S0= με τον δεύτερο καταβαθμό. Η λύση αυτή αποτελεί την οριστική λύση της παρούσας εργασίας. Εικόνα 8. Χείμαρρος μετά από έργα διευθέτησης και την τοποθέτηση συρματοκιβωτίων στα πρανή ( Πηγή: Κουλουκούρας, 2011)