Μέτρηση Παροχής στο Χείµαρρο Κοκκινόλακκα Χαλκιδικής µε Καταβαθµό Σύνθετης ιατοµής

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 3 Μέτρηση Παροχής στο Χείµαρρο Κοκκινόλακκα Χαλκιδικής µε Καταβαθµό Σύνθετης ιατοµής Ε.Γ. ΧΑΤΖΗΓΙΑΝΝΑΚΗΣ Ε.Χ. ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΟΥ ΠΑΡΘΕΝΙΟΥ.Ν. ΚΑΡΑΜΟΥΖΗΣ ρ. Γεωπόνος ΕΘ.Ι.ΑΓ.Ε. Καθηγήτρια Α.Π.Θ. Καθηγητής Α.Π.Θ. Περίληψη Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η κατασκευή ενός καταβαθµού στη θέση της Γέφυρας Στρατωνίκης Στρατωνίου του χειµάρρου Κοκκινόλακκα Χαλκιδικής, ο οποίος θα χρησιµοποιείται για τη συνεχή µέτρηση της παροχής του χειµάρρου. Ο καταβαθµός που προτείνεται να κατασκευαστεί έχει σύνθετη εγκάρσια διατοµή, η οποία αποτελείται από ένα τµήµα τριγωνικού σχήµατος για τη µέτρηση των µικρών παροχών, ένα επικαθήµενο ορθογώνιο τµήµα για τη µέτρηση µέσων τιµών παροχής και από ένα τρίτο επικαθήµενο τραπεζοειδές τµήµα µεγάλου πλάτους για τη µέτρηση των χειµερινών πληµµυρικών απορροών. Με τη χρησιµοποίηση των πολύπλοκων εξισώσεων των καταβαθµών ορθογωνικής, τριγωνικής και τραπεζοειδούς διατοµής κατασκευάζονται πίνακες υπολογισµού της παροχής από τη στάθµη του νερού, η οποία παρουσιάζει διακυµάνσεις κατά τη διάρκεια του έτους, που ακολουθούν τις µεταβολές της απορροής του χειµάρρου. Οι πίνακες προσφέρονται για τον εύκολο υπολογισµό της παροχής, δεδοµένου ότι απαιτείται µόνον η µέτρηση του βάθους ροής στο χείλος. Abstrat Aim of this work is to suggest the onstrution of a free overfall for flow rate measurements of the torrent Kokkinolakkas in Chalkidiki Peninsula in Northern Greee, somewhere lose to the Stratoniki Stratoni bridge. The suggested free overfall has a ompound ross setion onsisting of three different overling parts of triangular, retangular and trapezoidal geometr for low, mean or high values of flow rate estimations, respetivel. Using the ompliated end-depth-ratio equations derived for triangular, retangular and trapezoidal free overfalls, the values of disharge are omputed for a series of end depth values, ranging from low ones representing low summer flow rates to high ones representing wintr flood rates. Eas to use Tables onerning with flow rate values omputed for a variet of end depth values, that orrespond to flutuations of water stage during the ear, are onstruted and presented here. The Tables an be used for eas flow rate preditions from the known values of the depth at the brink of the overfall. Thus the suggested free overfall of ompound setion an be used as a pratial all season flow measurement devie. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο καταβαθµός ελεύθερης υδατόπτωσης (Σχήµα 1) 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. Ο θεµελιωτής των µελετών της ροής του νερού πάνω από καταβαθµό ελεύθερης υδατόπτωσης ήταν ο Rouse [1], 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 [,3] πρώτος 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. Η προσοµοίωση αυτή έχει εφαρµοστεί από τους δύο πρώτους συγγραφείς για παραβολικής διατοµής καταβαθµό [4,5,6], για τριγωνικής διατοµής καταβαθµό [6,7], για τραπεζοειδούς διατοµής καταβαθµό [6, 8-14] και για κυκλικής διατοµής καταβαθµό [15]. Η εργασία αυτή περιγράφει το σχεδιασµό ενός σύνθετου καταβαθµού στο χείµαρρο Κοκκινόλακα Χαλκιδικής και συγκεκριµένα στη θέση της γέφυρας Στρατωνίκης - Στρατωνίου, ο οποίος θα λειτουργήσει σαν υδραυλική κατασκευή µέτρησης της παροχής του χειµάρρου. Η µελέτη του σύνθετου καταβαθµού έγινε στα πλαίσια του ερευνητικού έργου ιαχείριση Υδατικών

4 Υδραυλική, Υδραυλικά Έργα, Περιβαλλοντική Υδραυλική Σχήµα 1: Καταβαθµός ελεύθερης υδατόπτωσης Πόρων Υδρολογικής Λεκάνης Ολυνθίου Χαλκιδικής µε Επιστηµονικό Υπεύθυνο τον καθηγητή κ. ιαµαντή Καραµούζη, που εκπονήθηκε στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης [16]. Η υπολεκάνη απορροής του Κοκκινόλακκα µέχρι τη θέση υδροµέτρησης (γέφυρα Εθνικής Οδού Αρναίας Στρατωνίου) στην οποία προτείνεται να κατασκευαστεί ο καταβαθµός έχει έκταση 9,014 km. Στην υπολεκάνη αυτή, η οποία αποτελεί το ανώτερο όριο της λεκάνης απορροής του Κοκκινόλακκα, αναπτύσσεται η µεταλλευτική δραστηριότητα του Μαντέµ Λάκκου και των Μαύρων Πετρών. Η µέση κλίση της υπολεκάνης είναι 40,0%, το µέσο υψόµετρο 439,94 m, το µέγιστο υψόµετρο 84,05 m, το ελάχιστο υψόµετρο 79,14 m και τέλος το µέγιστο µήκος διαδροµής µέχρι τη θέση όπου θα κατασκευαστεί ο καταβαθµός είναι 6,455 km. Η κλίση του κυρίως ρέµατος σε απόσταση 3, km περίπου από τον καταβαθµό είναι περίπου 6 % [17]. Ο προτεινόµενος καταβαθµός αποτελείται από τρία τµήµατα επικαθήµενα µεταξύ τους. Το κατώτερο τµήµα του είναι τριγωνικής διατοµής, το δεύτερο ορθογωνικής και το τρίτο τραπεζοειδούς διατοµής, έτσι ώστε να είναι δυνατή η µέτρηση της παροχής του χειµάρρου καθ όλη τη διάρκεια του έτους, κατά την οποία παρουσιάζονται σηµαντικές διακυµάνσεις της παροχής. Ο σχεδιασµός των τριών επιµέρους τµηµάτων του σύνθετου καταβαθµού γίνεται σύµφωνα µε τους κανόνες σχεδιασµού των εκχειλιστών αντίστοιχων διατοµών. Για τον υπολογισµό του κρίσιµου βάθους χρησιµοποιούνται οι σχέσεις EDR, οι οποίες έχουν προκύψει από την προσοµοίωση της ροής πάνω από καταβαθµό µε ροή πάνω από εκχειλιστή λεπτής στέψης για καταβαθµούς ορθογωνικής, τριγωνικής και τραπεζοειδούς διατοµής. Στο τέλος υπολογίζονται οι παροχές του χειµάρρου από τα αντίστοιχα κρίσιµα βάθη, που υπολογίζονται από τα µετρηµένα ακραία βάθη ροής στον καταβαθµό και παρουσιάζονται σε πίνακες για εύκολη χρήση.. ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΤΑΒΑΘΜΟΥ ΣΥΝΘΕΤΗΣ ΙΑΤΟΜΗΣ Στην εργασία αυτή γίνεται σχεδιασµός για την κατασκευή ενός σύνθετου καταβαθµού, στη θέση της γέφυρας Στρατωνίκης Στρατωνίου του χειµάρρου Κοκκινόλακα Χαλκιδικής, για τη µέτρηση της παροχής. Το πλάτος στη θέση αυτή είναι Β=6,3 m. Οι µετρήσεις της επιφανειακής απορροής στη θέση κατασκευής του καταβαθµού έγιναν από την οµάδα εκπόνησης του ερευνητικού προγράµµατος ιαχείριση Υδατικών Πόρων Υδρολογικής Λεκάνης Ολυνθίου Χαλκιδικής και έδειξαν ότι υπάρχει µεγάλη διακύµανση των τιµών της παροχής κατά τη διάρκεια του έτους (από 18-903 m 3 /ώρα). Για το λόγο αυτό επιλέγεται ο σχεδιασµός ενός σύνθετου καταβαθµού που µπορεί να µετρά ευρύ φάσµα παροχών. Ο καταβαθµός που προτείνεται να κατασκευαστεί αποτελείται από ένα τριγωνικής διατοµής τµήµα, ένα επικαθήµενο σ αυτό τµήµα ορθογωνικής διατοµής και ένα επικαθήµενο στο ορθογωνικό τµήµα τραπεζοειδούς διατοµής, που καλύπτει όλο το πλάτος. Η συνολική παροχή που µπορεί να µετρήσει ο καταβαθµός αυτός θεωρείται ότι είναι το άθροισµα των παροχών που περνούν από τα επιµέρους επικαθήµενα τµήµατα. Η παροχή της κάθε επιµέρους διατοµής του καταβαθµού υπολογίζεται από την αντίστοιχη σχέση ακραίου κρισίµου βάθους (EDR) και τη σχέση Froude=1 στην κρίσιµη διατοµή, αφού η ροή θα είναι πάντοτε υποκρίσιµη λόγω της σχεδόν µηδενικής κλίσης. Οι σχέσεις EDR για ορθογωνικό, τριγωνικό και τραπεζοειδούς διατοµής καταβαθµό που

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 5 Σχήµα : Οι διαστάσεις του χείλους του σχεδιαζόµενου σύνθετου καταβαθµού χρησιµοποιούνται στην εργασία αυτή, έχουν προκύψει από την προσοµοίωση της ροής πάνω από καταβαθµό µε ροή πάνω από εκχειλιστή της ίδιας διατοµής [ - 14]. Τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά του κάθε επιµέρους τµήµατος του καταβαθµού παίρνονται έτσι ώστε να ικανοποιούν το φάσµα των τιµών της παροχής του ποταµού και τις προδιαγραφές για το σωστό σχεδιασµό των εκχειλιστών αντίστοιχων διατοµών που αναφέρει η διεθνής βιβλιογραφία. Αυτό γίνεται επειδή δεν υπάρχουν ανάλογες προδιαγραφές για τους καταβαθµούς, αλλά και επειδή η ροή πάνω από τον καταβαθµό προσοµοιώνεται µε ροή πάνω από εκχειλιστή. Έτσι το πρώτο επιµέρους τριγωνικής διατοµής τµήµα του καταβαθµού, το οποίο χρησιµοποιείται για τη µέτρηση των µικρών παροχών του ποταµού, σχεδιάζεται µε τα εξής γεωµετρικά χαρακτηριστικά: α) η γωνία της τριγωνικής διατοµής είναι θ=60 ο, β) η κατακόρυφη απόσταση του χείλους του καταβαθµού από τον πυθµένα του ποταµού είναι P=45 m, γ) το µέγιστο βάθος ροής είναι max =15 m, δ) το µέγιστο πλάτος ροής είναι b max =17,3 m, και ε) η κλίση πρανών των πλευρών της τριγωνικής διατοµής είναι m=0,57735 (Σχήµα ). Ο σχεδιασµός του τριγωνικού αυτού τµήµατος του καταβαθµού γίνεται µε τέτοιο τρόπο ώστε να ισχύουν οι περιορισµοί που είχε θέσει ο Shen [18,19] για το σχεδιασµό ενός τριγωνικού εκχειλιστή µε πλευρική συστολή. ηλαδή ισχύουν: α) max =15 m > 5 m, β) P=45 m 45 m, γ) max /P=0,333 0,4, δ) το πλάτος της ροής που συστέλλεται b ορθ. =1 m > 0,9 m και ε) tan(θ/) max / b ορθ. =0,0866 < 0,. Το ορθογωνικό τµήµα του καταβαθµού, το οποίο χρησιµοποιείται για τη µέτρηση µεσαίων τιµών παροχής του ποταµού (ή βασική χειµερινή απορροή ή απορροές µικρών βροχοπτώσεων), σχεδιάζεται µε τα εξής γεωµετρικά χαρακτηριστικά: α) η κατακόρυφη απόσταση του χείλους του καταβαθµού από τον πυθµένα του ποταµού είναι P=60 m, β) το µέγιστο βάθος ροής είναι max =10 m, και γ) το πλάτος του καταβαθµού είναι b ορθ. =100 m (Σχήµα ). Για τη σχεδίαση του ορθογωνικού τµήµατος του καταβαθµού τηρούνται οι περιορισµοί σχεδιασµού ορθογωνικού εκχειλιστή µε πλευρική συστολή σύµφωνα µε τους Kindsvater και Carter [19,0]. ηλαδή ισχύουν: α) max =10 m>3m, β) P=60 m >10 m, γ) max /P= 0,16667<, δ) b ορθ. =100 m >15 m και ε) B-b=5,3 m> 0, m. Το τελευταίο τµήµα του σύνθετου καταβαθµού είναι τραπεζοειδούς διατοµής, επικάθεται στο ορθογωνικό τµήµα και θα χρησιµοποιείται για τη µέτρηση χειµερινών πληµµυρικών παροχών. Τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά του τµήµατος αυτού του καταβαθµού θα είναι: α) το µέγιστο πλάτος είναι όσο το πλάτος του ποταµού b max =Β=6,3 m, ενώ το µέγιστο πλάτος ροής στο χείλος είναι b (e)max =6,1 m, β) η κατακόρυφη απόσταση του χείλους του καταβαθµού από τον πυθµένα του ποταµού είναι P=70 m, γ) το πλάτος του πυθµένα b=5,7 m, δ) η κλίση πρανών των πλευρών της τραπεζοειδούς διατοµής είναι m=1, ε) το µέγιστο βάθος ροής στο χείλος είναι (e)max =0 m και στ) το µέγιστο βάθος ροής είναι max =30 m (Σχήµα ). Επειδή στη διεθνή βιβλιογραφία δεν υπάρχουν προδιαγραφές σωστού σχεδιασµού ούτε τραπεζοειδούς καταβαθµού, ούτε τραπεζοειδούς εκχειλιστή, γι αυτό τηρούνται οι περιορισµοί για το σχεδιασµό του ορθογωνικού εκχειλιστή χωρίς συστολή σύµφωνα µε το Hdrauli Researh Station (England) [19]. ηλαδή ισχύουν: α) (e)max =0 m> m, β) B=6,3 m>0, m, γ) P=70 m 15 m, δ) και (e)max /P=0,86,. Το µήκος του σύνθετου καταβαθµού ανάντη του χείλους του (L m ) θα πρέπει να είναι µεγαλύτερο από το τετραπλάσιο του µέγιστου κρίσιµου βάθους σύµφωνα µε τον Τερζίδη []. Το µέγιστο κρίσιµο βάθος παρατηρείται

6 στο τραπεζοειδές τµήµα του καταβαθµού και είναι (max) =9,1 m, εποµένως το L m πρέπει να είναι τουλάχιστον: L m >4 (max) =116,4 m (1) Προτείνεται το µήκος του σύνθετου καταβαθµού ανάντη του χείλους του να είναι L m = m. Για το σχεδιασµό της βάσης του σύνθετου καταβαθµού λαµβάνονται υπόψη οι παρακάτω εµπειρικές εξισώσεις [1]: L d και ο 0,81 = 4,3 zο () z L j =6,9( - 1 ) (3) όπου L d είναι η οριζόντια απόσταση του χείλους του καταβαθµού και του σηµείου πρόσπτωσης του ελεύθερου κρουνού του καταβαθµού στη βάση του, z o =70 m είναι η κατακόρυφη απόσταση του χείλους του καταβαθµού από τη βάση του, (max) =9,1 m είναι το µέγιστο κρίσιµο βάθος ροής, L j είναι η οριζόντια απόσταση του σηµείου πρόσπτωσης του κρουνού του καταβαθµού στη βάση του και του τέλους του υδραυλικού άλµατος που δηµιουργείται µετά την πρόσπτωση του κρουνού, 1 = 1,06 + z ο + 1,5 = 13,55 m (4) είναι το µέγιστο βάθος ροής ακριβώς µετά την πρόσπτωση του κρουνού και 1 = 1( 1 + 1 + 8Fr 1 ) =49,61 m (5) είναι το µέγιστο βάθος ροής στο τέλος του υδραυλικού άλµατος που δηµιουργείται µετά την πρόσπτωση του κρουνού (Σχήµα ). Σύµφωνα µε τις εξισώσεις () και (3) το µήκος L d πρέπει να είναι 1,48 m και το µήκος Lj πρέπει να είναι,49 m. Οπότε το συνολικό µήκος της βάσης του καταβαθµού θα είναι τουλάχιστον L 4 m. Στη βάση του καταβαθµού απαιτείται η κατασκευή µικρού αναβαθµού που χρησιµεύει στη συγκράτηση του υδραυλικού άλµατος µέσα στη λεκάνη πτώσης του κρουνού. Το ύψος του αναβαθµού αυτού πρέπει να είναι /6=8,7 m. Επίσης τονίζεται ότι η βάση του καταβαθµού πρέπει να είναι καλά επενδυµένη διότι δέχεται την ορµή του κρουνού του νερού που προκαλεί Υδραυλική, Υδραυλικά Έργα, Περιβαλλοντική Υδραυλική ισχυρούς στροβιλισµούς και τυρβώδες, καθώς και την απώλεια ενέργειας λόγω του υδραυλικού άλµατος. 3. ΠΙΝΑΚΕΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΠΑΡΟΧΗΣ 3.1.Τριγωνικός καταβαθµός Το 1997 οι Αναστασιάδου-Παρθενίου και Χατζηγιαννάκης [7] παρουσίασαν την σχέση EDR για τριγωνικής διατοµής καταβαθµό την οποία εξήγαγαν προσοµοιώνοντας τη ροή πάνω από τον καταβαθµό µε ροή πάνω από εκχειλιστή της ίδιας διατοµής. Η σχέση αυτή για υποκρίσιµη ροή είναι: e = 0,8174 (6) όπου e είναι το βάθος ροής στο χείλος του καταβαθµού και είναι το κρίσιµο βάθος ροής. Ο υπολογισµός της παροχής πάνω από τον τριγωνικό καταβαθµό για την υποκρίσιµη ροή γίνεται από τη σχέση ισότητας του αριθµού Froude µε τη µονάδα στην κρίσιµη διατοµή: 5/ m g Q = (7) όπου m είναι η κλίση των πλευρών της τριγωνικής διατοµής. Από τις σχέσεις (6) και (7) προέκυψε ο Πίνακας 1 για τον υπολογισµό των µικρών παροχών του ποταµού Κοκκινόλακκα µε τη µέτρηση του βάθους ροής στο χείλος του τριγωνικού αγωγού. Πίνακας 1: Παροχές του ποταµού Κοκκινόλακκα που µετρούνται µε τον τριγωνικό καταβαθµό 1 ( e ) τριγ. (m) ( ) τριγ. (m) 3 Q τριγ. 0 0 0 1 1, 0,08,45 0,43 3 3,67 1,19 4 4,89,44 5 6,1 4,6 6 7,34 6,7 7 8,56 9,88 8 9,79 13,79 9 11,01 18,5 10 1,3 4,10 11 13,46 30,58 1 14,68 38,01 13 15,90 46,43 14 17,13 55,88 15 18,35 66,41 Στον Πίνακα 1 1 ( e ) τριγ. είναι το βάθος ροής στο χείλος του τριγωνικού καταβαθµού, ( ) τριγ. είναι το

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 7 κρίσιµο βάθος ροής στον τριγωνικό καταβαθµό και 3 Q τριγ. είναι η παροχή του ποταµού που µετριέται µε το τριγωνικό τµήµα του καταβαθµού. 3.. Ορθογωνικός καταβαθµός Η προσοµοίωση της ροής σε ορθογωνικό καταβαθµό µε ροή πάνω από ορθογωνικό εκχειλιστή [,3] έδωσε την κλασική τιµή του EDR για υποκρίσιµη ροή σε ορθογωνικό καταβαθµό, που είναι: e = 0,715 (8) Ο υπολογισµός της παροχής γίνεται από τον αριθµό Froude στην κρίσιµη διατοµή που είναι ίσος µε τη µονάδα, οπότε προέκυψε η εξίσωση: 3/ Q = gb (9) όπου B είναι το πλάτος του ορθογωνικού καταβαθµού. Από τις σχέσεις (8) και (9) προκύπτει ο Πίνακας που δίνει την παροχή του ποταµού από το αθροιστικό βάθος ροής στο χείλος του ορθογωνικού και τριγωνικού καταβαθµού. Πίνακας : Παροχές του ποταµού Κοκκινόλακκα που µετρούνται µε τον τριγωνικό και ορθογωνικό καταβαθµό 1 ( e ) ορθ. (m) ( ) ορθ. (m) 3 Q ορθ. 4 e (m) 0 0 0 15 66,41 1 1,40 18,65 16 85,06,80 5,75 17 119,16 3 4,0 96,91 18 163,3 4 5,59 149,0 19 15,61 5 6,99 08,51 0 74,9 6 8,39 74,10 1 340,51 7 9,79 345,40 411,81 8 11,19 4,00 3 488,41 9 1,59 503,55 4 569,96 10 13,99 589,76 5 656,17 5 Q Στον Πίνακα 1 ( e ) ορθ. είναι το βάθος ροής στο χείλος του ορθογωνικού καταβαθµού, ( ) ορθ. είναι το κρίσιµο βάθος ροής στον ορθογωνικό καταβαθµό, 3 Q ορθ. είναι η παροχή που µετρά ο ορθογωνικός καταβαθµός, 4 e είναι το βάθος ροής στο χείλος του τριγωνικού και ορθογωνικού τµήµατος του καταβαθµού αθροιστικά και 5 Q είναι η παροχή του ποταµού που µετρά συνολικά το τριγωνικό και ορθογωνικό τµήµα του καταβαθµού. 3.3 Τραπεζοειδής καταβαθµός Η ροή πάνω από καταβαθµό τραπεζοειδούς διατοµής προσοµοιώθηκε από τον Χατζηγιαννάκη το 1990 [8] µε τη ροή πάνω από εκχειλιστή ίδιας διατοµής και προέκυψε η παρακάτω εξίσωση για την υποκρίσιµη ροή, που συνδέει το ακραίο µε το κρίσιµο βάθος: 1 1 = 3 X X (1 + X ) e (1 + X e )(1 + X 1 + X + 1 + ) 1 X 3/ 1 + 15 5/ Xe (1 + Xe ) 1 + X + + + + + 1 X 1 5 1 (10) (1 X ) 1 X 1 + X όπου X e =m e /b είναι το αδιάστατο ακραίο βάθος ροής, b είναι το πλάτος του πυθµένα της τραπεζοειδούς διατοµής, m είναι η κλίση των πρανών της τραπεζοειδούς διατοµής και X =m /b είναι το αδιάστατο κρίσιµο βάθος ροής. Η σχέση (10) είναι πεπλεγµένη και επιλύεται µε αριθµητικές µεθόδους για την εύρεση του κρίσιµου βάθους όταν είναι γνωστό το ακραίο βάθος ροής. Στη συνέχεια η παροχή υπολογίζεται από τον αριθµό Froude ο οποίος στην κρίσιµη διατοµή είναι ίσος µε τη µονάδα. Η εξίσωση που προκύπτει και δίνει την παροχή είναι: 5 3 3 gb X (1 + X ) Q = (11) 3 m 1 + X όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας. Με τη χρήση των σχέσεων (10) και (11) προκύπτει ο Πίνακας 3 που δίνει την παροχή του ποταµού Κοκκινόλακκα από το αθροιστικό βάθος ροής στο χείλος του σύνθετης διατοµής καταβαθµού. Πίνακας 3: Παροχές του ποταµού Κοκκινόλακκα που µετρούνται µε τον τριγωνικό, ορθογωνικό και τραπεζοειδή καταβαθµό 1 ( e ) τράπ. (m) ( ) τράπ. (m) 3 Q τράπ. 4 e (m) 0 0 0 5 656,17 1 1,465 114,08 6 770,5,93 3,51 7 978,68 3 4,39 59,97 8 149,14 4 5,85 913,65 9 1569,8 5 7,31 177,90 30 1934,07 6 8,77 1681,1 31 337,38 7 10, 10,7 3 776,44 8 11,68 59,60 33 348,77 9 13,14 3096,11 34 375,8 10 14,59 369,16 35 485,33 11 16,05 4190,37 36 4846,54 1 17,50 4778,55 37 5434,7 13 18,95 539,6 38 6048,79 14 0,40 6031,79 39 6687,96 15 1,85 6694,97 40 7351,14 16 3,30 7381,65 41 8037,8 17 4,75 8091,09 4 8747,6 18 6,0 88,98 43 9479,15 19 7,65 9576,33 44 103,5 0 9,10 10351,1 45 11007,3 5 Q

8 Στον Πίνακα 3 1 ( e ) τράπ.. είναι το βάθος ροής στο χείλος του τραπεζοειδούς τµήµατος του καταβαθµού, ( ) τράπ. είναι το κρίσιµο βάθος ροής στον τραπεζοειδή καταβαθµό, 3 Q τράπ. είναι η παροχή που µετρά το τραπεζοειδές τµήµα, 4 e είναι το βάθος ροής στο χείλος του τριγωνικού, του ορθογωνικού και του τραπεζοειδούς τµήµατος αθροιστικά και 5 Q είναι η παροχή του ποταµού που µετρά το τριγωνικό, το ορθογωνικό και το τραπεζοειδές τµήµα του καταβαθµού συνολικά. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην εργασία αυτή σχεδιάστηκε η κατασκευή ενός σύνθετου καταβαθµού στη θέση Γέφυρα Στρατωνίκης - Στρατωνίου του ποταµού Κοκκινόλακκα Χαλκιδικής, που θα παίξει το ρόλο του µετρητή παροχής του ποταµού. Οι πεπλεγµένες σχέσεις που χρησιµοποιήθηκαν για τον υπολογισµό της παροχής του καταβαθµού από το βάθος ροής στο χείλος του προκύπτουν από την προσοµοίωση της ροής πάνω από τον καταβαθµό µε ροή πάνω από εκχειλιστή ίδιας διατοµής, ενώ η διαστασιολόγηση του καταβαθµού έγινε µε βάση τις διεθνείς προδιαγραφές σχεδιασµού των εκχειλιστών, δεδοµένου ότι δε βρέθηκαν αντίστοιχες για τους καταβαθµούς. Ο προτεινόµενος να κατασκευαστεί σύνθετος καταβαθµός θα αποτελείται από ένα τριγωνικό τµήµα, το οποίο θα έχει τη δυνατότητα να µετρά παροχές από 0-66,41 m 3 /ώρα, από ένα επικαθήµενο τµήµα ορθογωνικής διατοµής το οποίο θα µπορεί µαζί µε το τριγωνικό τµήµα να µετρά αθροιστική παροχή από 66,41-656,17 m 3 /ώρα και από ένα επικαθήµενο τραπεζοειδούς διατοµής τµήµα, το οποίο θα µετρά µαζί µε τα άλλα τµήµατα αθροιστική παροχή από 656,17-11007,3 m 3 /ώρα. Για τον περιορισµό των αποθέσεων φερτών υλών σε περιόδους χαµηλών απορροών, θα µπορούσε να κατασκευαστεί έργο συγκράτησής τους στο ανάντη τµήµα του ρέµατος, αλλιώς συνιστάται τακτικός καθαρισµός στην περιοχή του καταβαθµού. Επίσης προτείνεται η εγκατάσταση µηχανισµού µέτρησης του βάθους στο χείλος του καταβαθµού, οπότε µε τη χρήση των πινάκων που δηµιουργήθηκαν (Πίνακες 1-3) µπορεί από τη στάθµη και µόνο να βρεθεί, πολύ εύκολα, η παροχή του ποταµού. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Rouse, H., (1936). Disharge harateristis of the free overfall, Civ. Engrg., ASCE, 6(4), pp. 57-60.. Τερζίδης, Γ., (1985). Υδραυλική 1. Γενική Υδραυλική, Ζήτης, Θεσσαλονίκη. 3. Τερζίδης, Γ., (1985). Υδραυλικά χαρακτηριστικά του ορθογωνικού ελεύθερου καταβαθµού, Υδροτεχνικά, Πρακτικά ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της Ελληνικής Υδροτεχνικής Ένωσης (Ε.Υ.Ε.), Πλαίσιο, Αθήνα, σελ. 11-8. 4. Χατζηγιαννάκης, Ε.Γ., (1987). Υδραυλική µελέτη καταβαθµού σε παραβολικό αγωγό, Πτυχιακή ιατριβή, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστηµών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης. Υδραυλική, Υδραυλικά Έργα, Περιβαλλοντική Υδραυλική 5. Χατζηγιαννάκης, Ε.Γ., Αναστασιάδου-Παρθενίου, Ε., (000). Αδιάστατα διαγράµµατα υπολογισµού παροχής σε παραβολική διώρυγα µε ελεύθερη υδατόπτωση, Πρακτικά ου Εθνικού Συνεδρίου Γεωργικής Μηχανικής, Βόλος, σελ. 68-76. 6. Χατζηγιαννάκης, Ε.Γ., (000). Ασταθής ροή σε ανοικτούς αγωγούς εκθετικής και τραπεζοειδούς διατοµής που καταλήγουν σε καταβαθµό, ιδακτορική ιατριβή, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστηµών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης. 7. Αναστασιάδου-Παρθενίου, Ε., Χατζηγιαννάκης, Ε.Γ., (1997). Ελεύθερη υδατόπτωση σε καταβαθµό τριγωνικής διατοµής (µέτρηση παροχής - προφίλ ροής), Πρακτικά 7 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της Ελληνικής Υδροτεχνικής Ένωσης (Ε.Υ.Ε.), Πάτρα, σελ. 6-33. 8. Χατζηγιαννάκης, Ε.Γ., (1990). Ροή σε τραπεζοειδή ελεύθερο καταβαθµό, Μεταπτυχιακή ιατριβή, Σχολή Γεωτεχνικών Επιστηµών Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης. 9. Terzidis, G., Anastasiadou-Partheniou L., (1990). Disussion of Flow measurement with trapezoidal free overfall b R.J. Keller and S.S. Fong, J. Irrig. Drain. Engrg., ASCE, 116(6) pp. 860-86. 10. Terzidis, G., Anastasiadou-Partheniou L., (1991). Trapezoidal free overfall as flow measuring devie, Advanes in Water Resoures Tehnolog, G. Tsakiris (editor), Balkema Publ. for ECOWARM. pp. 35-41. 11. Αναστασιάδου-Παρθενίου, Ε., Χατζηγιαννάκης, Ε.Γ., (1993). Γενική σχέση ακραίου βάθους-παροχής σε τραπεζοειδή καταβαθµό, Υδροτεχνικά, Ελληνική Υδροτεχνική Ένωση (Ε.Υ.Ε.), Τόµος 3, Τεύχος 1, σελ. 5-40. 1. Anastasiadou-Partheniou, L., Hatzigiannakis, E.G., (1995). General end depth-disharge relationship at free overfall in trapezoidal hannel, J. Irrig. Drain. Engineering, ASCE, 11(IR), pp. 143-15. 13. Anastasiadou-Partheniou, L., Hatzigiannakis, E.G., (1996). General end depth-disharge relationship at free overfall in trapezoidal hannel, Water Resoures Journal, ESCAP, ST/ESCAP/SER. C/9/, pp. 9-37, (seletion). 14. Hatzigiannakis, E.G., Anastasiadou-Partheniou, L,.,Terzidis, G., (1998). Trapezoidal free overfall (simplified equation for disharge preditions), Protetion and restoration of the environment IV, Proeedings of an international onferene, vol. I, Halkidiki, pp. 181-188. 15. Anastasiadou-Partheniou, L., Hatzigiannakis, E.G., Chatzisproglou, Ι., (00). End-Depth ratio (EDR) for a irular free overfall, Int. Conf. on protetion and Restoration on the environmental VI, Skiathos Island, Proeedings p.p. 95-30. 16. Χατζηγιαννάκης, Ε. Γ., (001). Έκθεση Πακέτου Εργασίας Σχεδιασµός καταβαθµού υδροµετρήσεων του χειµάρρου Κοκκινόλακκα (Γέφυρα Στρατωνίου-Στρατωνίκης) του Ερευνητικού έργου ιαχείριση Υδατικών Πόρων Υδρολογικής Λεκάνης Ολυνθίου Χαλκιδικής µε επιστηµονικό υπεύθυνο τον καθ. του Α.Π.Θ. κ.. Καραµούζη, Θεσσαλονίκη. 17. Καραµούζης,., Μπαµπατζιµόπουλος, Χ., Παπαµιχαήλ,. Και Γεωργίου, Π., (000). Προσδιορισµός υδατικού ισοζυγίου υδρολογικής-υδρογεωλογικής λεκάνης Κοκκινόλακκα του Ν. Χαλκιδικής, Τελική Έκθεση, Τεύχος Ι και ΙΙ, Εργαστήριο

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 9 Γενικής και Γεωργικής Υδραυλικής και Βελτιώσεων, Τµήµα Γεωπονίας Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη. 18. Shen, J., (1960). Disharge harateristis of triangular-noth thin-plate weirs, U.S. Dept. of Interior, Geologial Surve, draft for I.S.O. 19. Akers, P., White, W.R., Perkins, J.A., Harrison, A.J.M., (1978). Weirs and flumes for flow measurement, J. Wile and Sons, N.Y. 0. Kindsvater, C.E., Carter, R.W., (1957). Disharge harateristis of retangular thin-plate weirs, Pro. A.S.C.E., 83, (HY6), Paper 1453, Deember. 1. Τερζίδης, Γ.Α., (198). Μαθήµατα υδραυλικής 3. ανοικτοί αγωγοί, Ζήτης, Θεσσαλονίκη. E. Γ. Χατζηγιαννάκης, ρ. Γεωπόνος Ινστιτούτου ιαχείρισης Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος του Εθνικού Ιδρύµατος Αγροτικής Έρευνας, Βιοµηχανική Περιοχή Σίνδου Θεσσαλονίκης 57400. Τηλ.: 310798790. FAX: 31079635. E-mail: hatzigiannakis.lri@nagref.gr. E. Χ. Αναστασιάδου-Παρθενίου, Καθηγήτρια, Εργαστήριο Γενικής και Γεωργικής Υδραυλικής και Βελτιώσεων, Τοµέας Εγγείων Βελτιώσεων, Εδαφολογίας και Γεωργικής Μηχανικής, Τµήµα Γεωπονίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη 5414. Τηλ. 310998735. FAX: 310998767. E-mail: partheni@agro.auth.gr.. Ν. Καραµούζης, Καθηγητής, Εργαστήριο Γενικής και Γεωργικής Υδραυλικής και Βελτιώσεων, Τοµέας Εγγείων Βελτιώσεων, Εδαφολογίας και Γεωργικής Μηχανικής, Τµήµα Γεωπονίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη 5414. Τηλ. 310998753. FAX: 310998767. E-mail: kardia@agro.auth.gr.