Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα: Το παράδειγμα του υδρολογικού σχεδιασμού των έργων Ευήνου Δημήτρης Κουτσογιάννης Τομέας Υδατικών Πόρων Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Εισαγωγή Yδροσύστημα (hydrosystem): Σύστημα που αποτελείται από φυσικά υδάτινα σώματα και τεχνικά έργα μεγάλης κλίμακας, που συνεργαζόμενα εξυπηρετούν ένα ή περισσότερους σκοπούς Σχεδιασμός - Λειτουργία υδροσυστήματος Παραδοσιακή αντιμετώπιση: Συνιστώσες Υδροσύστημα Σύγχρονη αντιμετώπιση: Υδροσύστημα Συνιστώσες Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 2
Στόχοι και περιεχόμενα της παρουσίασης Στόχοι Τεκμηρίωση της σύγχρονης αντιμετώπισης των υδροσυστημάτων με παραδείγματα Εξέταση της επάρκειας της παρεχόμενης εκπαίδευσης ως προς τις απαιτήσεις μελέτης των υδροσυστημάτων Παραδείγματα Παρουσίαση του συστήματος υδροδότησης της Αθήνας Συγκριτική παρουσίαση του υδροσυστήματος Εκτροπής Αχελώου Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 3
Γενική διάταξη του υδροδοτικού συστήματος της Αθήνας Ταμιευτήρας Ευήνου Σήραγγα Μόρνου - Ευήνου Εύηνος π. Μόρνος π. Ταμιευτήρας Μόρνου Β. Κηφισός π. Υδαταγωγός Μόρνου Κωπαΐδα Υλίκη λ. Υδραγωγείο Υλίκης Ασωπός π. Ταμιευτήρας Μαραθώνα ΑΘΗΝΑ 0 10 20 30 km Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 4
Εύηνος 350 km 2 322 hm 3 Έξοδος σήραγγας +440 m Ταμιευτήρας Ευήνου Σχ. Α: +455 έως +465 m 15 hm 3 Σχ. Β: +455 έως +480 m 46 hm 3 Σχ. Γ: +455 έως +490 m 73 hm 3 Σχ. Δ: +455 έως +500 m 104 hm 3 Μόρνος (557 km 2 319 hm 3 ) Συνδετήρια σήραγγα 29 km 0 έως 27 m 3 /s Σύστημα υδροδότησης της Αθήνας Βοιωτικός Κηφισός 2400 km 2 353 hm 3 Υδραγωγείο Υλίκης 60 km 7.5 m 3 /s Χάραδρος 120 km 2 10 hm 3 ΤαμιευτήραςΜόρνου (+382 έως +435 m 643 hm 3 ) Λίμνη Υλίκη +45 έως +78 m 587 hm 3 Υπερχείλιση/διαφυγή προς Παραλίμνη/Ευβοϊκό Ταμιευτήρας Μαραθώνα +186 έως +223 m 41 hm 3 Υδαταγωγός Μόρνου 188 km 23 m 3 /s Διυλιστήρια Μενιδίου +232 m Προς κατανάλωση Διυλιστήρια Γαλατσίου +155 m Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 5
Συστατικά στοιχεία του υδρολογικού σχεδιασμού των έργων Ευήνου Διαστασιολόγηση του ταμιευτήρα Μελέτη πρόσχωσης του ταμιευτήρα και εκτίμηση του νεκρού όγκου του Διαστασιολόγηση των έργων ασφάλειας του φράγματος Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 6
Παραδοσιακές μέθοδοι υδρολογικού σχεδιασμού Μεμονωμένη εκμετάλλευση του Ευήνου, με ανεξάρτητη υπερετήσια ρύθμιση του Λόγω της μικρής χωρητικότητας του ταμιευτήρα Ευήνου, οδηγεί σε πολύ μικρό ποσοστό ρύθμισής του και πολύ μικρή ετήσια απόληψη Απόληψη από τον Εύηνο χωρίς ρύθμιση, με ρυθμό ίσο με αυτό που επιτρέπει η παροχετευτικότητα της σήραγγας Θεωρεί τη χωρητικότητα του Ευήνου μόνο ως όγκο ανάσχεσης Υπονοεί άπειρη χωρητικότητα του ταμιευτήρα Μόρνου (δεν αντιμετωπίζει το ενδεχόμενο υπερχειλίσεων από το Μόρνο) Θεώρηση ισοδύναμου ταμιευτήρα (ωφέλιμη χωρητικότητα ίση με το άθροισμα των χωρητικοτήτων των δύο ταμιευτήρων και εισροές ίσες με το άθροισμα των επιμέρους εισροών) Προϋποθέτει ότι η παροχετευτικότητα της σήραγγας Ευήνου-Μόρνου δεν είναι περιοριστική για καμιά τιμή της μηνιαίας εισροής του Ευήνου Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 7
Ιστορικά υδρολογικά δεδομένα Απορροή λεκανών Βροχή ταμιευτήρων Εξάτμιση ταμιευτήρων (εκτίμηση) Στατιστική επεξεργασία Τυπικές μεθοδολογίες μονομεταβλητής και πολυμεταβλητής ανάλυσης χρονοσειρών Στατιστικές παράμετροι Στατιστικά χαρακτηριστικά μεμονωμένων χρονοσειρών Συναρτήσεις κατανομής μεμονωμένων χρονοσειρών Συσχετίσεις χρονοσειρών Συνιστώσα υδρολογικής προσομοίωσης Πολυμεταβλητό μοντέλο προσομοίωσης ετήσιων χρονοσειρών Πολυμεταβλητό μοντέλο επιμερισμού ετήσιων χρονοσειρών σε μηνιαίες Συνιστώσα προσομοίωσης υδροσυστήματος Δυναμική υδροσυστήματος Χαρακτηριστικά συνιστωσών Εσωτερικοί (φυσικοί και λειτουργικοί) περιορισμοί Μη παραμετρικοί κανόνες λειτουργίας Παραμετρικοί κανόνες λειτουργίας Προσομοιωμένες λειτουργικές χρονοσειρές (2000 χρόνια) Όγκοι εισροών στους ταμιευτήρες Όγκοι απωλειών ταμιευτήρων Όγκοι απολήψεων ταμιευτήρων Μεταβλητές κατάστασης ταμιευτήρων Συνιστώσα αξιολόγησης - βελτιστοποίησης Κανόνες αξιολόγησης Αλγόριθμος βελτιστοποίησης Δείκτης επίδοσης Απολήψιμος όγκος συστήματος Μεταβλητή σχεδιασμού Ωφέλιμη χωρητικότητα Παράμετροι συστήματος Στόχος ετήσιας απόληψης Τιμές κατωφλίων αλλαγής προτεραιότητας απόληψης Εξωτερικοί περιορισμοί Ανεκτό επίπεδο αξιοπιστίας Διάρθρωση του συνολικού μοντέλου του υδροσυστήματος Ευήνου - Μόρνου Προσομοιωμένες υδρολογικές χρονοσειρές (2000 χρόνια) Ύψη απορροής λεκανών Ύψη βροχής ταμιευτήρων Ύψη εξάτμισης ταμιευτήρων Επιλογή τελικής λύσης Οικονομικά κριτήρια Άλλα κριτήρια Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 8
Τελικά αποτελέσματα της διερεύνησης του υδροσυστήματος Ευήνου - Μόρνου (Όγκοι σε hm 3 ) Σενάριο εισροώ ν Δυσμενές Ευμενές Διάταξη έργω ν και ω φέλιμη χω ρητικότητα ταμιευτήρα Ευήνου (hm 3 ) Α (1 5.3) Β (46.4) Γ (73.0) Δ (1 03.7) Α (1 5.3) Β (46.4) Γ (73.0) Δ (1 03.7) Απ όληψ η απ ό Μόρνο 249 245 242 235 277 274 269 265 Απ όληψ η απ ό Εύηνο 168 1 93 203 2 1 3 1 93 222 233 242 Συνολική απ όληψη (= δείκτης επ ίδοσης) 4 1 7 438 445 448 470 496 502 507 Αύξηση απ όληψης * 1 70 1 9 1 198 201 190 2 1 6 222 227 Απ ώ λειες Μόρνου 56 60 63 70 46 49 54 58 Απ ώ λειες Ευήνου 135 110 1 00 90 1 28 99 88 79 Συνολική διακίνηση 608 608 608 608 644 644 644 644 * σε σ χ έση μ ε τη μ εμ ονωμ ένη εκμ ετάλλευση του ταμ ιευ τήρα Μόρ νου. Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 9
Ταμιευτήρας Μεσοχώρας +731 έως+770 m Ταμιευτήρας Πύλης +310 έως +335 m Πορταϊκός Υδροσύστημα Άνω Αχελώου- Μουζακίου- Πύλης Αχελώος Σήραγγα Γλύστρας ΗΥΣ Γλύστρας Έξοδος Γλύστρας ( +550 m) Συνδετήρια σήραγγα Πύλης - Μουζακίου Ταμιευτήρας Μουζακίου Σχ. Α: +250 m Σχ. D: +250 έως +280 m Σχ. E: +250 έως +290 m Ταμιευτήρας Συκιάς +485 έως +550 m Πάμισος ΗΥΣ Συκιάς Έξοδος Συκιάς ( +396 m) Σήραγγα εκτροπής Αχελώου ΗΥΣ Πευκοφύτου ΗΥΣ Μουζακίου Έξοδος Μουζακίου ( +156 m) ΗΥΣ Μαυροματίου Έξοδος Μαυροματίου ( +132 m) Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 10
Υδρολογικές είσοδοι Ύψη απορροής λεκανών Ύψη καθαρής βροχής ταμιευτήρων Συνιστώσα προσομοίωσης Δυναμική συστήματος Χαρακτηριστικά συνιστωσών Εσωτερικοί (φυσικοί και λειτουργικοί) περιορισμοί Μη παραμετρικοί κανόνες λειτουργίας Παραμετρικοί κανόνες λειτουργίας Προσομοιωμένες χρονοσειρές Όγκοι εισροών στους ταμιευτήρες Μεταβλητές κατάστασης ταμιευτήρων Όγκοι εκροών και αντλήσεων Ποσότητες ενέργειας Διάταξη έργων Ταμιευτήρες υδροσυστήματος και χωρητικότητές τους Αγωγοί διασύνδεσης και παροχετευτικότητές τους Σταθμοί παραγωγής και χαρακτηριστικά τους Παράμετροι συστήματος Στόχοι παραγωγής πρωτεύουσας ενέργειας Στόχοι μεταφοράς νερού στους αγωγούς διασύνδεσης Διάρθρωση του συνολικού μοντέλου του υδροσυστήματος εκτροπής Αχελώου Συνιστώσα αξιολόγησης - βελτιστοποίησης Κανόνες αξιολόγησης Τιμές μονάδας Αλγόριθμος βελτιστοποίησης Εξωτερικοί περιορισμοί Ανεκτά επίπεδα αξιοπιστίας Μέσες διακινούμενες ποσότητες Μέσες αρδευτικές απολήψεις Δείκτης επίδοσης Οικονομικό όφελος ενέργειας Οικονομικό όφελος αρδεύσεων Μικτό οικονομικό όφελος Επιλογή τελικής λύσης Οικονομικά κριτήρια Άλλα κριτήρια Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 11
Συμπερασματικά σχόλια Μεγάλη η σημασία της μελέτης των υδροσυστημάτων για το σχεδιασμό νέων σύνθετων υδραυλικών έργων Η μελέτη προϋποθέτει εμπεριστατωμένα μοντέλα - Δεν επαρκούν οι παραδοσιακές απλουστευμένες μέθοδοι σχεδιασμού Ησημασία της μελέτης των υδροσυστημάτων γίνεται μεγαλύτερη στις μελέτες διαχείρισης υδατικών πόρων Η μελέτη των υδροσυστημάτων αναδεικνύει τον τεχνολογικό ρόλο του Πολιτικού Μηχανικού στη διαχείριση των υδατικών πόρων. Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 12
Μάθ ημα Σχετικά μαθήματα του νέου προγράμματος σπουδών Πολιτικού Μηχανικού του ΕΜΠ Χαρακτηριστικά Σύνδεση με το αντικείμενο της μελέτης υδροσυστημάτων Τεχνική Υδ ρολογία Κ/Υ/5/5 Κατανόηση, μαθηματική περιγραφή και πρόγνωση φυσικών υδρολογικών διεργασιών εφαρμογή στη μελέτη τεχνικώ ν έργω ν Εφαρμοσμένη Υδραυλική Κ/Υ/5/4 Υδ ραυλικοί υπ ολογισμοί αγωγών Περιβαλλοντική Τεχνολογία Κ/Υ/5/4 Περιβαλλοντικό πλαίσιο λειτουργίας τω ν υδροσυστημάτων αντίστοιχοι όροι, δεσμεύσεις και επ ιπ τώ σ εις τω ν έργω ν Τυπ ικά Υδ ραυλικά Έργα Κ/Υ/6/4 Εξοικείωση με τις κύριες χρήσεις του νερού και τη μεθοδολογία σχεδιασμού τυπ ικώ ν υδραυλικών έργω ν Επιχειρησιακή Ερευνα Κ/Υ/6/4 Τυπ ικοί αλγόριθμοι β ελτισ τοπ οίησ ης συστημάτων Υδ ροηλεκτρικά Εργα Υ/Υ/8/3 Τεχνολογία υδροηλεκτρικών έργω ν Σύνθετα Έργα Πολιτικού Μηχ ανικού Τεχνολογία Συστημάτων Υδ ατικώ ν Πόρω ν Κ/Ε/9/3 Υ/Υ/9/4 Εξοικείωση με τις διαφορετικές τεχνολογικές όψεις τω ν έργω ν πολιτικού μηχανικού μεγάλης κλίμακας Υδ ρολογικός σχεδιασμός ταμιευτήρω ν και κατασκευώ ν ασφάλειας βελτιστοπ οίηση έργω ν αξιοπ οίησ ης υδατικών πόρων Στοχαστική Υδ ρολογία Υ/Ε/9/4 Τυπ ικά μοντέλα στοχαστικής π ροσομοίωσης υδρολογικών διεργασιών Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 13
Τεχνολογικές απαιτήσεις και παρεχόμενη εκπαίδευση (σε σχέση με την τεχνολογία υδροσυστημάτων) Κατάσταση Προσφορά γνώσεων στα Πολυτεχνεία (με γνώμονα το ΕΜΠ): επαρκής Πρόσληψη γνώσεων: μέτρια Μεταφορά γνώσεων στον επαγγελματικό χώρο: ανεπαρκής Αποτέλεσμα Απόκτηση εμπειρίας στον επαγγελματικό χώρο: ανεπαρκής Τάσεις για τεχνολογική εξάρτηση από ξένα γραφεία/ινστιτούτα Αιτίες Εγγενής πολυπλοκότητα του αντικειμένου - Τεχνολογικές εξελίξεις - Ερευνητικό περιεχόμενο μελετών Απροθυμία των φοιτητών για ενασχόληση με προβλήματα που αντιστέκονται στην τυποποίηση Λύσεις Αλλαγή στον τρόπο προσέγγισης της γνώσης προς πιο δημιουργική κατεύθυνση (σε όλες τις βαθμίδες εκπαίδευσης) Δ. Κουτσογιάννης, Από το μεμονωμένο υδραυλικό έργο στο υδροσύστημα 14