.  .Τα σύγχρονα συστήµατα µεταφοράς  και εφαρµογής νερού για την  άρδευση των µεγάλων οδικών  έργων λόγω της µεγάλης  εξοικονόµησης νερού που  προσφέρουν έχουν καθιερωθεί ως  τα πιο αποδοτικά και τα πιο εύκολα  στη χρήση µε πολλαπλά οικονοµικά  οφέλη τόσο για τον χρήστη όσο  και για την οικονοµία της χώρας  γενικότερα

πηγή: Aγροτική Έκφραση

Συντάκτης: Ιωάννης Σταθακόπουλος*

Ημερ/νία δημοσίευσης: 21 ιουνίου 2014

..Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από  δίκτυα κλειστών αγωγών μεταφοράς  και εφαρμογής διαφόρων διαμέτρων,  στα οποία εφαρμόζονται εξαρτήμα-τα ελέγχου και διάθεσης του νερού στις υπό  άρδευση περιοχές καθώς και εξαρτήματα  προστασίας των εν λόγω δικτύων.

	Σταθακόπουλος Ιωάννης, Γεωπόνος Μ.sc. Εγνατία Οδός Α.Ε. Μιχαήλ Κατριτζιδάκης, Δασολόγος M.sc., Εγνατία Οδός Α.Ε.

 

Έννοια του δικτύου
Από υδραυλικής άποψης το Δίκτυο (network) είναι ένα σύστημα αγωγών που μετα-φέρει νερό. Υπάρχουν διάφορα είδη δικτύων  μεταφοράς νερού όπως:
· Δίκτυo διανομής (distribution network):
Σύστημα αγωγών που παραλαμβάνει το νερό  από ολιγάριθμες πηγές (σημεία εισόδου) και  το οδηγεί προς πολλαπλά σημεία προορισμού  (σημεία εξόδου)
· Ακτινωτό δίκτυο (branched network):
Όπου τροφοδοτείται από ένα μοναδικό ση-μείο (κεφαλή), στο οποίο δεν σχηματίζονται  κλειστές διαδρομές αγωγών (βρόγχοι). Κάθε  σημείο εξόδου τροφοδοτείται μέσω μια μονα-δικής διαδρομής.
· Βρογχωτό δίκτυο (looped network).
Όπου τροφοδοτείται από ένα ή περισσότερα  σημεία, στο οποίο σχηματίζονται κλειστές
διαδρομές αγωγών. Σε κάθε σημείο οδηγούν  άνω της μια διαδρομές, με αφετηρία μια από  τις κεφαλές του δικτύου.
Διάταξη Δικτύων μεταφοράς νερού για  Άρδευση
Ένα δίκτυο μεταφοράς νερού για άρδευση  ουσιαστικά αποτελεί ένα σύστημα αγωγών υπό  πίεση, που παραλαμβάνει το νερό από κάποια  πηγή (Υδροληψία) και το μεταφέρει μέσω  αυτών, με την απαιτούμενη πίεση και παροχή,  στο χρόνο που χρειάζεται, στην περιοχή ή στις  περιοχές που πρόκειται να εφαρμοσθεί.

..Κάθε αρδευτικό δίκτυο που λειτουργεί  υπό πίεση αποτελείται από:
· την πηγή υδροληψίας, (γεώτρηση)
· τους αγωγούς που μεταφέρουν το νερό  από την πηγή προς μια δεξαμενή ρύθμισης ή  αποθήκευσης,
· το αντλιοστάσιο για την εξασφάλιση της  απαιτούμενης κάθε φορά παροχής και πίεσης  λειτουργίας του δικτύου,
· το δίκτυο των κλειστών αγωγών μεταφοράς  του νερού από το αντλιοστάσιο ή απευθείας  από την πηγή υδροληψίας προς τα όρια των  περιοχών άρδευσης
· τις επιμέρους υδροληψίες στα όρια των  περιοχών άρδευσης, και
· τους αγωγούς λήψης και μεταφοράς του  νερού από τις παραπάνω υδροληψίες προς τους
αγωγούς εφαρμογής εντός των αρδευόμενων  περιοχών.
Απαιτήσεις λειτουργίας αρδευτικών  δικτύων
..Οι βασικές λειτουργικές απαιτήσεις ενός  δικτύου άρδευσης είναι αφενός η εξασφάλιση
της απαιτούμενης παροχής σε κάθε σημείο του,  αφετέρου η διατήρηση της πίεσης εντός των  αποδεκτών ορίων, καθώς και η σε ορισμένες  περιπτώσεις εξίσωση της παροχής της υδρο-ληψίας και της αρδευτικής κατανάλωσης.

Ειδικότερα:
· Εξασφάλιση της απαιτούμενης παροχής σε  κάθε σημείο του δικτύου με ικανοποιητική τα-χύτητα νερού κατά το δυνατό στο όριο μεταξύ  0,5-1,5 m/sec.
· Εξασφάλιση της απαιτούμενης πίεσης  στους αγωγούς μεταφοράς και εφαρμογής του  νερού για την ικανοποίηση ομαλής λειτουργίας  της άρδευσης.
· Περιορισμός των μέγιστων πιέσεων για την  προστασία του δικτύου.
· Εξαγωγή αέρα από τους αγωγούς μεταφο-ράς και εφαρμογής
· Προστασία των αγωγών από υδραυλικό  πλήγμα.
    Σχεδιασμός των δικτύων μεταφοράς  νερού
Για τον ορθό σχεδιασμό ενός δικτύου μετα-φοράς νερού πρέπει να λαμβάνονται υπόψη:
· η μορφολογία της περιοχής,
· οι κλίσεις κατά μήκος των αγωγών μετα-φοράς,
· οι υψομετρικές διαφορές μεταξύ των δια-φόρων θέσεων του δικτύου,
· το σχήμα των υπό άρδευση περιοχών καθώς
και
· η διάταξη αλλά και οι ανάγκες των αρδευό-μενων φυτών ή καλλιεργειών.

…Τα βασικά προβλήματα των κλειστών αγωγών  υπό πίεση και συνεπώς των δικτύων μεταφοράς  νερού αφορούν σε αυτά που δημιουργούνται  λόγω μεγάλων πιέσεωνή ακόμη και αυτών που  δημιουργούνται λόγω υποπιέσεων.
Έτσι κατά το σχεδιασμό είναι σημαντική  η ορθή επιλογή των διαμέτρων των αγωγών  καθώς και των διαφόρων εξαρτημάτων για την  προστασία του δικτύου.

Βασικές Έννοιες Υδραυλικής
..Κατά τον σχεδιασμό ενός δικτύου μεταφο-ράς νερού ένας από τους σημαντικότερους
παράγοντες που πρέπει να αντιμετωπίζεται  με προσοχή είναι οι υδραυλικοί υπολογισμοί,
γιατί αυτοί καθορίζουν την αποδοτικότητα  καθώς και το αρχικό αλλά και λειτουργικό κό-στος εγκατάστασης. Μια συνοπτική γνώση των  βασικών αρχών και σχέσεων υδραυλικής είναι  απαραίτητη ώστε το τελικό αποτέλεσμα της  μελέτης ενός συστήματος να είναι αξιόπιστο  χωρίς λειτουργικά και δαπανηρά λάθη. Έτσι  παρακάτω βλέπουμε τα απαραίτητα στοιχεία  για τους υδραυλικούς υπολογισμούς που περι-λαμβάνονται μεταξύ άλλων σε μια μελέτη ενός  δικτύου μεταφοράς νερού για άρδευση:
Βαθμός Ροής η χωρητικότητα, Ταχύτητα  ροής, Πίεση, Στατική πίεση, Πίεση Λειτουρ-γίας (Δυναμική πίεση), Πυκνότητα ρ, Ειδικό  βάρος, Ιξώδες, Απώλειες Πίεσης, Αερισμός  Δικτύων
.

..Η ύπαρξη, υπό διαλυμένη μορφή, μιας μι-κρής ποσότητας αέρα στο νερό μέσα σε ένα
σύστημα αγωγών, είναι δεδομένη και κάτω  από ελεγχόμενες συνθήκες επιθυμητή.

..Τα  προβλήματα παρουσιάζονται όταν η ποσότητα  του αέρα που υπάρχει ή συσσωρεύεται μέσα  σε ένα δίκτυο είτε δεν ελέγχεται καθόλου είτε  ελέγχεται ανεπαρκώς.
…Εισαγωγή αέρα σε ένα δίκτυο άρδευσης γί-νεται είτε μέσω ανοιχτών πηγών λήψης νερού,  οπότε έτσι συμπαρασύρονται μεγάλες ποσότη-τες αέρα, είτε κατά την ροή από ένα μερικώς  γεμάτο τμήμα αγωγού σε ένα πλήρως γεμάτο  τμήμα του, είτε όταν διάφορα εξαρτήματα  του δικτύου είναι ελαττωματικά, είτε όταν οι  βαλβίδες βρίσκονται σε θέση διακοπής της  ροής (θέση στραγγαλισμού).

 

Ροή του αέρα μέσα στους αγωγούς
Όπως είπαμε και παραπάνω μικρές ποσότη-τες αέρα εμφανίζονται στο νερό με την μορφή  φυσαλίδων.
Οι φυσαλίδες μικρές ή μεγάλες κατανέμονται  σε όλη την διατομή ενός αγωγού.

…Οι μεγάλες  ποσότητες αέρα δημιουργούν μεγάλα θυλάκια  που συσσωρεύονται και κινούνται κατά μήκος  της εσωτερικής επιφάνειας του και μάλιστα σε  ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να είναι τόσο  μεγάλα που μπορεί να γεμίζουν ολόκληρο  τμήμα αγωγού.Αν μάλιστα συμβαίνει και η  τραχύτητα του αγωγού να είναι μεγάλη τότε  μπορεί να προκληθεί ακόμη και διακοπή της  ροής ανεξάρτητα από το αν η ταχύτητα της  είναι μεγάλη.
Οφέλη από την ελεγχόμενη παρουσία  αέρα

..Η παρουσία του αέρα υπό την μορφή πολύ  μικρών φυσαλίδων ομοιόμορφα κατανεμημέ-νων μέσα στο δίκτυο αυξάνει την ελαστικό-τητα του νερού με αποτέλεσμα τη μείωση της  έντασης του πλήγματος που παρατηρείται από  το κλείσιμο μιας βάνας, αλλά και αποφυγή των  θραύσεων αγωγών, λόγω αρνητικής πίεσης,  κατά την εκκένωση τους, αφού αφενός τα  ελεγχόμενα θυλάκια αέρα λειτουργούν σαν ελα-τήρια που απορροφούν το υδραυλικό πλήγμα,αφετέρου γεμίζουν τον εκκενούμενο αγωγό.
..Με άλλα λόγια η παρουσία πολλές φορές  αέρα μέσα στο σύστημα το προστατεύει και  από τα φαινόμενα υπερπίεσης αλλά και από  τα φαινόμενα αρνητικής πίεσης.

Κίνδυνοι από την συσσώρευση αέρα στα  δίκτυα
…Όπως αναφέραμε ο αέρας που εισάγεται  ελεύθερα μέσα σε έναν αγωγό συσσωρεύε-ται, κάτω από συνθήκες έλλειψης ροής στα  υψηλότερα σημεία των αγωγών με την μορφή  αεροθυλάκων παρεμποδίζοντας την ροή.
Σε συνθήκες κανονικής ροής η κίνηση των  θυλάκων αέρα γίνεται από τα υψηλότερα ση-μεία στα χαμηλότερα με αποτέλεσμα η κίνηση  αυτή να μετακινεί μεγάλες ποσότητες νερού  προκαλώντας μεταβολές στην ταχύτητα ροής  του νερού και κατά συνέπεια την δημιουργία  τοπικών φαινομένων υπερπίεσης (τοπικά  πλήγματα).

…Σε μεταλλικούς αγωγούς μπορεί να  προκληθεί διάβρωση τους καθώς οι μεταβολές  στην θερμοκρασία και την πίεση προκαλούν  απελευθέρωση ελευθέρων ιόντων οξυγόνου  υπό την μορφή μικροσκοπικών φυσαλίδων.
Η ύπαρξη αέρα στα δίκτυα πέραν των άλ-λων δημιουργεί προβλήματα ανάγνωσης των  στοιχείων παροχής και ταχύτητας στα διάφορα  όργανα του δικτύου και επιταχύνει την φθορά  τους.
Περιορισμός της συσσώρευσης και έλεγ-χος της παρουσίας αέρα στα δίκτυα
..Για τον έλεγχο των προβλημάτων της παρου-σίας αέρα στο σύστημα των κλειστών αγωγών χρησιμοποιούνται διάφορες συσκευές ελέγχου (βαλβίδες εξαερισμού), οι οποίες άλλωτε μπο-ρούν και απελευθερώνουν μικρέςποσότητες αέρα που είναι δυαλυμένος μέσα στον αγωγό όταν το δίκτυο βρίσκεται υπό πίεση (αυτόματες
βαλβίδες εξαερισμού), άλλοτε να εξάγουν μεγά-λες ποσότητες αέρα κατά την πλήρωση αλλά  και να εισάγουν μεγάλες ποσότητες αέρα κατά την εκκένωση του δικτύου (κινητικές), και άλ-λοτε να εκπληρώνονται και οι τρεις λειτουργίες με την χρήση μιας βαλβίδας (διπλής ενεργείας).

Ο ΥΠΟΛΟΓΙΣΜOΣ ΤΩΝ ΔΙΑΜEΤΡΩΝ ΤΩΝ ΣΩΛHΝΩΝ

..Είναι το σύνηθες πρόβλημα που αντιμετωπίζει ένας μελετητής κατάτην εκπόνηση μιας
μελέτης ενός συστήματος αγωγών μεταφοράς νερού για άρδευση
..Τα δίκτυα μεταφοράς νερού για άρδευ-ση χώρων πρασίνου από υδραυλική άποψη κατατάσσονται στα ακτινωτά δίκτυα δηλαδή στα δίκτυα όπου υπάρχει ένας κεντρικός αγωγός μεταφοράς και δευτερεύοντες αγωγοί που καταλήγουν σε επιμέρους υδροληψίες για την άρδευση των φυτών. Αν θεωρήσουμε το δίκτυο ως ένα εννοιολογικό σύστημα, τα σημεία του δικτύου όπου υπάρχουν σημεία εισροής ή εκροής νε-ρού, ή αλλαγή της γεωμετρίας του δικτύου ή μεταβολής των χαρακτηριστικών των αγωγών τα ονομάζουμε κόμβους (κόμβοι μπορεί να θεωρηθούν οι διάφορες θέσεις των φρεατίων ελέγχου άρδευσης ΦΕΑ), ενώ κάθε στοιχείο μεταφοράς νερούμήκους L τα ονομάζουμε κλάδους.
..Η μελέτη και επίλυση κάθε φορά ενός δι-κτύου μεταφοράς νερού για άρδευση δεν είναι μονοσήμαντη και πραγματοποιείται μέσω διαφορετικών συνδυασμών των υδραυλικών παραμέτρων του όπως της διαμέτρου των αγωγών, της παροχής, και του πιεζομετρικού φορτίου. Είναι προφανές ότι οι διαφορετικές λύσεις που προκύπτουν από διαφορετικούς συνδυασμούς οδηγούν και σε διαφορετικό κόστος εγκατάστασης.

..Με άλλα λόγια κατά την επίλυση του δικτύου ένας μελετητήςαυτό που επιζητά είναι η βέλτιστη διατύπωση των μαθηματικών μεθόδων που αναφέρονται στην βέλτιστη υδραυλική λειτουργία των συνιστωσών του δικτύου αφε-νός, και αφετέρου στην ανάλυση του κόστους αποτελεσματικότητας των επιλεγμένων κάθε φορά «τεχνικών οδών» για την επίλυση του ως συνάρτηση του κόστους εγκατάστασης και της αποτελεσματικότητας που αυτές αντιπρο-σωπεύουν.

..Τα έργα ρύθμισης πίεσης (αντλητικά συ-γκροτήματα-ρυθμιστές πίεσης), τα έργα αποθήκευσης του νερού (δεξαμενές) τα έργα μεταφοράς νερού (αγωγοί μεταφοράς), οι διά-φορες συσκευές ρύθμισης της ροής (δικλείδες,  βαλβίδες), κ.λ.π αποτελούν τις βασικές συνι-στώσες ενός δικτύου.

..Από άποψη κόστους την κύρια συμβολή στην διαμόρφωση του κόστους εγκατάστασης ενός δικτύου έχουν οι αγωγοί μεταφοράς χωρίς να παραλείπεται και η συμβολή των υπολοίπων στοιχείων στην τελική διαμόρφωση του.
Το σύνηθες πρόβλημα που αντιμετωπίζει ένας μελετητής κατά την εκπόνηση μιας μελέτης ενός συστήματος αγωγών μεταφοράς νερού για άρδευση είναι ο υπολογισμός των διαμέτρων των σωλήνων που θα τοποθετηθούν.

..Το σύνηθες πρόβλημα που αντιμετωπίζει  ένας μελετητής κατά την εκπόνηση μιας  μελέτης ενός συστήματος αγωγών μεταφοράς  νερού για άρδευση είναι ο υπολογισμός των  διαμέτρων των σωλήνων που θα τοποθετηθούν.

..Έτσι τα ελάχιστα απαιτούμενα δεδομένα που πρέπει είτε να έχει στην διάθεση του, είτε απαιτείται να τα απεικονίσει και να τα υπολογίσει ο ίδιος προκειμένου να προβεί στην διαστασιολόγηση του δικτύου είναι :
· Η θέση της υδροληψίας και το υψόμετρο της θέσης.
· Η Διαθέσιμη παροχή της θέσης υδροληψίας
· Η χάραξη του δικτύου δηλαδή η όδευση των αγωγών καθώς και τα σημεία, οι θέσεις και τα υψόμετρα των ΦΕΑ του δικτύου.
· Το ελάχιστο απαιτούμενο πιεζομετρικό φορτίο σε κάθε ΦΕΑ, δηλαδή το απαιτούμενο πιεζομετρικό φορτίο που προκύπτει από την λειτουργία των ΦΕΑ.
· Το απαιτούμενο πιεζομετρικό φορτίο στην αρχή του δικτύου λαμβάνοντας υπόψη την ικανοποίηση των απαιτήσεων σε πίεση λει-τουργίας των ΦΕΑ
· Οι παροχές σε κάθε κλάδο του δικτύου. Οι παροχές των κλάδων του δικτύου υπολογίζο-νται με βάση τις απαιτήσεις των ΦΕΑ.
Κατά την διαδικασία της διαστασιολόγησης ο μελετητής θα πρέπει να έχει υπόψη ότι:
· Η επιλογή μικρότερης διαμέτρου σημαίνει μειωμένο κόστος σε σχέση με την εγκατάσταση ενός αγωγούμεγαλύτερης διαμέτρου. Από την άλλη μειωμένη διάμετρος σημαίνει μεγαλύτερη ταχύτητα ροής. ..Μεγαλύτερη ταχύτητα ροήςσημαίνει μεγαλύτερος κίνδυνος πρόκλησης πληγμάτων και καταστροφών αγωγών ή συ-σκευών του δικτύου με αποτέλεσμα επί πλέον κόστος για την αποκατάσταση των προκλη-θέντων ζημιών.
· Το ύψος ταχύτητας ροής στον αγωγό το οποίο θα πρέπει να κυμαίνεται στο όριο μεταξύ 0,5-1,5 m/sec.
· Η αντοχή των αγωγών σε πίεση θα πρέπει να αυξάνεται προκειμένου να υπερκαλύπτεται τα ύψος της υπερπίεσης λόγω πλήγματος.
..Έτσι λοιπόν με βάση όλα τα παραπάνω ο μελετητής ακολουθεί τα παρακάτω βήματα:
…Προσδιορίζονται οι παροχές και οι απαιτή-σεις σε πίεση λειτουργίας για κάθε ΦΕΑ θεω-ρώντας ότι η παροχήζήτησης μοιράζεται, όσο αυτό είναι δυνατό εξίσου, στην αρχή και στο τέλος των κλάδων.

…Χαράσσεται η πιεζομετρική γραμμή του δικτύου των ΦΕΑ (ΤΡΙΤΕΥΟΝ ΔΙ-ΚΤΥΟ ΑΡΔΕΥΣΗΣ) ώστε κατά την επιλογή των  διαμέτρων των αγωγών να λαμβάνεται υπόψη και η κλάση τους. Στην πράξη η παροχή σε
έναν αγωγό μεταφοράς και διανομής του νερού μεταβάλλεται σε όλο το μήκος του.

…Στη φάση αυτή πρέπει να υπολογισθούν οι ενεργειακές απαιτήσεις του δικτύου μεταφο-ράς στην είσοδο του, δηλαδή να υπολογισθεί το πιεζομετρικό φορτίο, ώστε στην συνέχεια να μπορούν να είναι γνωστοί οι περιορισμοί σε πίεση. Έτσι ξεκινώντας από το σημείο λήψης νερού και έχοντας γνωστά τα μεγέθη και τις απαιτήσεις των ΦΕΑ, υπολογίζονται οι απώλειες των κλάδων του δικτύου μέχρι τα πιο απομακρυσμένα και δυσμενή σημεία του προ-σθέτοντας σε αυτές ή αφαιρώντας από αυτές την υψομετρική διαφορά από το σημείο λήψης του νερού.

…Το αποτέλεσμα που προκύπτει θα είναι το πιεζομετρικό φορτίο στην είσοδο του αγωγού. Με βάση λοιπόν τις απαιτήσεις των ΦΕΑ προσδιορίζονται οι παροχές ανά κλάδο του δικτύου. Οι υπολογισμοί αρχίζουν από το δίκτυο εφαρμογής και στο τέλος προκύπτει η παροχή του κεντρικού αγωγού βαδίζοντας από τα κατάντη προς τα ανάντη.

…Με βάση τις παροχές των κλάδων προσδι-ορίζεται η ελάχιστη διάμετρος και κλάση με κριτήριο την ικανοποίηση των περιορισμών για την ταχύτητα (0,5-1,5 m/sec) αλλά και την ικανοποίηση αντοχής σε πίεση λειτουργίας
του δικτύου.

…Για το δίκτυο που διαμορφώθηκε ελέγχεται αν οι πιέσεις που αναπτύσσονται  ικανοποιούν τους περιορισμούς της πίεσης αφενός αφετέρου αν η επιλεγείσα διάμετρος αντέχει στις διαμορφούμενες υπερπιέσεις για την αντιμετώπιση των πληγμάτων.
…Ο ενεργειακός υπολογισμός αρχίζει από το σημείο λήψης του νερού (θέση γεώτρησης) λαμβάνοντας υπόψη το υψόμετρο θέσης του.
…Από το σημείο αυτό υπολογίζονται οι απώλει-ες μέχρι το πρώτο ΦΕΑ. Στις απώλειες αυτές  προστίθενται και οι απαιτήσεις του ΦΕΑ σε πίεση καθώς και η υψομετρική διαφορά μεταξύ  των δύο θέσεων. Σε περίπτωση που σε κάποιο κλάδο η πίεση είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από την επιτρεπτή επιλέγεται νέα διάμετρος κεντρικού αγωγού και επαναλαμβάνονται οι  υπολογισμοί.
…Ο έλεγχος αυτός γίνεται για όλες τις θέσεις των ΦΕΑ του δικτύου και τελειώνει όταν έχουν
ελεγχθεί όλες οι θέσεις των ΦΕΑ ως προς τους περιορισμούς που αναφέραμε δηλαδή, ταχύτη-τα, πίεση, υπερπίεση.
…Τέλος χαράσσεται η πιεζομετρική γραμμή του δικτύου και με αυτόν το τον τρόπο είναι
γνωστό το πιεζομετρικό φορτίο στην είσοδο
κάθε ΦΕΑ.

Συντάκτης :  Ιωάννης Σταθακόπουλος,   πηγή : Αγροτική Έκφραση, 21.6.2014