ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΞΑΝΘΗ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΕΡΓΑ Αγγελίδης Π., Αναπλ. καθηγητής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ ΜΙΑΣ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ
ΕΡΓΑ ΣΥΛΛΗΨΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ: Φράγματα Φράγματα ονομάζονται οι κατασκευές εκείνες που είναι τοποθετημένες εγκάρσια σε μία διατομή ενός υδατορρεύματος με σκοπό τη δημιουργία μιας τεχνητής λίμνης. Η δημιουργία της τεχνητής λίμνης έχει τελικό στόχο τη ρύθμιση των παροχών στη διατομή αυτή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αρδεύσεων, υδρεύσεων κ.τ.λ. Σύμφωνα με τη ιεθνή Επιτροπή μεγάλων φραγμάτων, φράγματα θεωρούνται κατασκευές ύψους τουλάχιστον 15 m για οποιαδήποτε χωρητικότητα τεχνητής λίμνης.
ΕΡΓΑ ΣΥΛΛΗΨΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ: Φράγματα Τα φράγματα, ανάλογα με το υλικό που είναι κατασκευασμένα διακρίνονται σε δυο κατηγορίες: α) Τα άκαμπτα φράγματα, στα οποία το υλικό κατασκευής του αποτελούν τμήματα άκαμπτα από μπετόν ή λιθοδομή. Τέτοια φράγματα είναι τα φράγματα βαρύτητας, τα αντηριδωτά και τα τοξωτά. β) Τα φράγματα επιχώσεως με χύδην υλικό, όπως τα χωμάτινα και τα λιθόρριπτα.
Ακαμπτα φράγματα Φράγματα βαρύτητας, Αντηριδωτά, Τοξωτά Κατασκευάζονται συνήθως από σκυρόδεμα και θεμελιώνονται σε υγιή βράχο με προβλεπόμενες παραμορφώσεις ελαστικές ή οριακά πλαστικές και το σώμα του φράγματος είναι συνήθως ομογενές. Αστοχίες στη θεμελίωση δημιουργούν στις κατασκευές αυτές μεγάλες παραμορφώσεις και ρηγματώσεις που οδηγούν στην αστοχία του έργου. Τα φράγματα αυτά διακρίνονται με τη σειρά τους ανάλογα με τη στατική λειτουργία τους σε δύο κύριες κατηγορίες : 1) Κατασκευές με άξονα ευθύγραμμο που διαιρούνται σε κατακόρυφα τμήματα στατικώς ανεξάρτητα. 2) Κατασκευές με άξονα καμπύλο με μονολιθική στατική λειτουργία ώστε οι τάσεις να μεταβιβάζονται στα ακρόβαθρα.
Ακαμπτα φράγματα ΥΗΣ Κρεμαστών, Αγρίνιο, Κεντρ. Ελλάδα. 4 μονάδες συνολικής ισχύος 437,2 ΜW Κατασκευές με άξονα ευθύγραμμο που διαιρούνται σε κατακόρυφα τμήματα στατικώς ανεξάρτητα.
Άκαμπτα φράγματα (βαρύτητας, Αντηριδωτά, Τοξωτά) 1) Κατασκευές με άξονα ευθύγραμμο που διαιρούνται σε κατακόρυφα τμήματα στατικώς ανεξάρτητα. Οι υδροστατικές πιέσεις και το ίδιο βάρος κάθε κατακόρυφου στοιχείου μεταβιβάζονται στη βάση στηρίξεως του στοιχείου σαν πιέσεις κάθετες και διατμητικές. Η συνισταμένη, με κάποια κλίση ως προς την κατακόρυφο, όταν διέρχεται από το κεντρικό 1/3 της βάσης, αποφεύγονται εφελκυστικές τάσεις. Το σύστημα τελικά λειτουργεί σαν πρόβολος ως προς τις πιέσεις του νερού. Η δομή του στοιχείου πρέπει να είναι τέτοια, ώστε να αποφεύγεται η εμφάνιση εφελκυστικών τάσεων σε οποιαδήποτε περιοχή της κατασκευής. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν τα μονολιθικά φράγματα βαρύτητας καθώς και διάφορες άλλες παραλλαγές, όπως τα αντηριδωτά, όπου υπάρχει προσπάθεια για ελάφρυνση της όλης κατασκευής.
Ακαμπτα φράγματα Αντηριδωτά φράγματα
Ακαμπτα φράγματα Αντηριδωτά φράγματα
Ακαμπτα φράγματα (βαρύτητας, Αντηριδωτά, Τοξωτά) 2) Κατασκευές με άξονα καμπύλο με μονολιθική στατική λειτουργία ώστε οι τάσεις να μεταβιβάζονται στα ακρόβαθρα. Ανήκουν τα λεγόμενα τοξωτά φράγματα. Στα φράγματα αυτά το σύνολο σχεδόν των τάσεων μεταβιβάζονται μέσω του σώματος του φράγματος στα ακρόβαθρα και τη θεμελίωση. Η λειτουργία ως τόξου επικρατεί της λειτουργίας ως προβόλου και για αυτό το ίδιο βάρος δεν παίζει σημαντικό ρόλο στην κατασκευή. Συνέπεια των ανωτέρω είναι, ότι τα τοξωτά φράγματα έχουν ελάχιστο όγκο άρα είναι οικονομικότερα.
Ακαμπτα φράγματα Τοξωτά φράγματα. ΥΗΣ Λούρου, Φιλιππιάδα, Ηπειρος. 3 μονάδες συνολικής ισχύος 10,3 ΜW
Ακαμπτα φράγματα (βαρύτητας, Αντηριδωτά, Τοξωτά) 2) Κατασκευές με άξονα καμπύλο με μονολιθική στατική λειτουργία ώστε οι τάσεις να μεταβιβάζονται στα ακρόβαθρα. Η στατική τους λειτουργία μπορεί να θεωρηθεί ως λειτουργία επαλλήλων οριζοντίων τόξων στατικώς ανεξάρτητων. Όταν η ακτίνα καμπυλότητας των τόξων αυτών μεταβάλλεται με το ύψος τότε τα φράγματα αυτά ονομάζονται τοξωτά διπλής καμπυλότητας. Η εμπειρία από τα τοξωτά φράγματα είναι, ότι είναι πολύ ευαίσθητα σε οποιαδήποτε παραμόρφωση των ακροβάθρων και για αυτό τα τελευταία χρόνια αποφεύγεται η κατασκευή τους.
Ακαμπτα φράγματα (βαρύτητας, Αντηριδωτά, Τοξωτά) ΥΗΣ Ν. Πλαστήρα, Καρδίτσα, Κεντρ. Ελλάδα. 3 μονάδες συνολικής ισχύος 129,9 ΜW Κατασκευές με άξονα καμπύλο με μονολιθική στατική λειτουργία, ώστε οι τάσεις να μεταβιβάζονται στα ακρόβαθρα.
Φράγματα επιχώσεως (Χωμάτινα - λιθόρριπτα φράγματα) Αποτελούνται από κυρίως σώμα με υλικό χώμα ή λιθορριπή, υδατοπερατό και από ένα κεντρικό πυρήνα αδιαπέρατο ή από ένα στρώμα αδιαπέρατο που τοποθετείται στην ανάντη πλευρά του φράγματος. Το μεγάλο πλεονέκτημα των φραγμάτων αυτών που γενικά έχουν από στατική άποψη συμπεριφορά πλαστικό-ιξώδη, είναι ότι είναι δυνατό να ακολουθήσουν μια σημαντική παραμόρφωση του πυθμένα θεμελίωσης χωρίς ρηγμάτωση στο σώμα του φράγματος.
Φράγμα Pyassuchnik (Βουλγαρία) τομή Οι εγκάρσιες διατομές έχουν τη μορφή τραπεζίου και οι κλίσεις των πρανών ανάντη και κατάντη είναι ίσες. Ο πιο απλός τύπος είναι το χωμάτινο ομογενές φράγμα. Αυτό αποτελείται από ομογενές έδαφος που με κατάλληλη συμπίεση παρουσιάζει ικανοποιητική στεγανότητα.
Φράγματα επιχώσεως (Χωμάτινα - λιθόρριπτα φράγματα) Μια βασική κατηγορία είναι τα χωμάτινα φράγματα, που το μεγαλύτερο μέρος της διατομής είναι κατασκευασμένο με έδαφος ή λιθορριπή καλής στατικής συμπεριφοράς αλλά υδατοπερατής και μια κεντρική περιοχή με υλικό κυρίως αργιλώδες με μειωμένη στατική συμπεριφορά αλλά με ελάχιστη υδατοπερατότητα. Τέλος μια άλλη κατηγορία χωμάτινων φραγμάτων είναι εκείνη που όλο το σώμα του φράγματος αποτελείται από υδατοπερατό υλικό αλλά στην ανάντη παρειά η στεγανότητα εξασφαλίζεται με πλάκες τσιμέντου, ατσάλινα φύλλα ή από διάφορα συνθετικά υλικά. Σημαντικός παράγοντας στα χωμάτινα φράγματα είναι η γωνία τριβής των υλικών που τα αποτελούν και η υδατοπερατότητά τους.
ΕΡΓΑ ΠΡΟΣΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΑΠΑΓΩΓΗΣ Υδροληψία είναι το τεχνικό έργο το οποίο συνδέει τον ταμιευτήρα με τον αγωγό ή τους αγωγούς προσαγωγής που μεταφέρουν το νερό στους υδροστροβίλους του σταθμού παραγωγής. Αγωγοί πτώσεως ή αγωγοί προσαγωγής είναι οι αγωγοί που χρησιμεύουν στη διοχέτευση του νερού από τον ταμιευτήρα στους υδροστροβίλους. Αγωγός φυγής είναι ο αγωγός που οδηγεί το νερό από την έξοδο των υδροστροβίλων του σταθμού παραγωγής στον φυσικό αποδέκτη που μπορεί να είναι τεχνητή λίμνη επόμενου ταμιευτήρα, τεχνητή διώρυγα ή φυσική κοίτη ποταμού.
Φράγμα Topolnitsa (Βουλγαρία) -όψη
Φράγμα Topolnitsa (Βουλγαρία) τομή
Σχηματική τομή φράγματος Toplonitsa (Βουλγαρία) και σταθμού παραγωγής ενέργειας
ΕΡΓΑ ΠΡΟΣΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΑΠΑΓΩΓΗΣ
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Εκχειλιστές είναι το σημαντικότερο έργο ασφαλείας μιας υδροδυναμικής εγκατάστασης και χρησιμεύει στην παροχέτευση των πλημμυρικών παροχών. Τύποι εκχειλιστών 1. Ελευθέρας ροής διαμέσου του φράγματος και κατά μήκος της κατάντη επιφάνειας του Φράγματος (overflow spillway).
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Τύποι εκχειλιστών 2. Ελευθέρας ροής επί ανοιχτών αγωγών μεγάλου μήκους στα ακρόβαθρα του φράγματος που στο τέλος του φέρει λεκάνη αποτόνωσης ή κατασκευή αναπηδήσεως (flip bucket).
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Τύποι εκχειλιστών 3. Με κεκλιμένη σήραγγα (stilling basin) που καταλήγει σε οριζόντια σήραγγα με λεκάνη αποτόνωσης ή λεκάνη αναπηδήσεως.
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Τύποι εκχειλιστών 4. Με πλευρική διώρυγα (side channel) και κεκλιμένου ανοιχτού αγωγού ή κεκλιμένης σήραγγας. 5. Χοανοειδής (morning glory) ο οποίος διατάσσεται στα ακρόβαθρα και αποτελείται από σήραγγα. 6. Σιφωνοειδής, ο οποίος διατάσσεται μέσα στο φράγμα 7. Ελευθέρας πτώσεως μέσα στο φράγμα. Οι εκχειλιστές 2-5 διατάσσονται στα φυσικά ακρόβαθρα του φράγματος και εφαρμόζονται σε χωμάτινα φράγματα κυρίως. Στα φράγματα βαρύτητας εφαρμόζονται οι τύποι από 1-5. Στα τοξωτά φράγματα είναι συνηθέστερη η κατασκευή αναπηδήσεως.
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Τύποι εκχειλιστών Στα τοξωτά φράγματα διπλής καμπυλότητας είναι δυνατή η χρήση του εκχειλιστή τύπου 7(ελευθέρας πτώσεως μέσα στο φράγμα). Το βάθος του νερού πρέπει να είναι y>0,35h (όπου Η η υψομετρική διαφορά)
Φράγματα Studen Kladenets στον ποταμό Άρδα
Vassil Kolarov Dam (Belmeken Dam) - Βουλγαρία
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Φράγμα Karakaya (Τουρκία), ύψους 173 μέτρων. Οι είσοδοι του αέρα στους αεριστήρες βρίσκονται στα μεσόβαθρα.
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Υπερχειλιστής σε αντέρεισµα τοξωτού φράγµατος - Oymapinar Dam Turkey.
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Φράγμα Hoover. Κατασκευάσθηκε το 1936 κοντά στο Las Vegas τωνηπακαιήταντουψηλότεροαπόμπετόνφράγμα της εποχής του, φθάνοντας τα 221 μέτρα. Το φράγμα κατασκευάσθηκε στον ποταμό Colorado River.
Φράγματα στον ποταμό Άρδα (Kyrdzhali) Φράγμα Kyrdzhali
Φράγμα Ιvaylovgrad στον ποταμό Άρδα (6 Km μόλις από τα Ελληνοβουλγαρικά σύνορα)
Φράγμα Ιvaylovgrad στον ποταμό Άρδα (6 Km μόλις από τα Ελληνοβουλγαρικά σύνορα)
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Εκχειλιστές ελευθέρας ροής διαμέσου του φράγματος και κατά μήκος της κατάντη επιφάνειας του φράγματος (overflow spillway). ΥΗΣ Ασωμάτων στον ποταμό Αλιάκμονα Βέροια, Μακεδονία, 2μονάδες συνολικής ισχύος 108 ΜW
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Εκχειλιστές ελευθέρας ροής πάνω στο φράγμα ΥΗΣ Πλατανόβρυσης στον ποταμό Νέστο. ράμα, Μακεδονία 2 μονάδες συνολικής ισχύος 100 ΜW
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Χοανοειδής (morning glory) ο οποίος διατάσσεται στα ακρόβαθρα και αποτελείται από σήραγγα Σοβαρή ζημιά στον υπερχειλιστή του φράγματος Glen Canyon (ΗΠΑ) λόγω σπηλαίωσης. ημιουργήθηκε τρύπα βάθους περίπου 2 μέτρων.
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Σοβαρή ζημιά στον υπερχειλιστή του φράγματος Reza Shah Kabir στο Ιράν λόγω σπηλαίωσης. ημιουργήθηκε τρύπα βάθους περίπου 2 μέτρων.
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ
ΕΡΓΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Εκκενωτής πυθμένα είναι το τεχνικό έργο που χρησιμεύει στην παροχέτευση νερού προς τα κατάντη ενός φράγματος από στάθμες χαμηλότερες της στάθμης υδροληψίας παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος και ανεξάρτητα από τη λειτουργία των υδροηλεκτρικών μονάδων. Ο εκκενωτής πυθμένα χρησιμοποιείται συνήθως για περιβαλλοντικούς σκοπούς για τη διατήρηση κάποιας σταθερής παροχής στα κατάντη και σπάνια σε περιπτώσεις ταχείας εκκένωσης του ταμιευτήρα.
Λεκάνη ηρεμίας Κατάντη του υπερχειλιστή διαμορφώνεται λεκάνη ηρεμίας, σκοπός της οποίας είναι η σημαντική υποβάθμιση της κινητικής ενέργειας του νερού, με καταστροφή μέσω σχηματισμού υδραυλικού άλματος και παράλληλα με τη μορφή έντονων στροβιλισμών.
Λεκάνη ηρεμίας Για τη μείωση του μήκους της λεκάνης ηρεμίας και του κόστους κατασκευής έχουν αναπτυχθεί πρότυπες λεκάνες ηρεμίας διαφόρων τύπων με οδόντες απόσβεσης. Το US Bureau of Reclamation έχει αναπτύξει 10 τέτοιους τύπους
http://www.youtube.com/watch?v=zwqxm04plt4 http://www.youtube.com/watch?v=pgkuiuogrm4 http://www.youtube.com/watch?v=oc9srnyoztu Glen Canyon http://www.youtube.com/watch?v=dhpkvq9xhv4 https://www.youtube.com/watch?v=uhlfrvbtkf0 http://www.youtube.com/watch?v=tzkzxckgbci http://www.youtube.com/watch?v=zwqxm04plt4