Πώς λειτουργεί ο σταθμός

Γεωμετρία · Υδραυλική · Λειτουργία

Τεχνική περιγραφή

1. Το νερό του Γεροποτάμου

Ο Γεροπόταμος στραγγίζει λεκάνη 570 km². Η μέση ετήσια βροχόπτωση του σταθμού Τυμπακίου της ΕΜΥ, για την περίοδο 1959–2021, είναι 469 mm, με το 82% να συγκεντρώνεται από τον Νοέμβριο έως τον Μάρτιο. Ο συνολικός όγκος βροχής πάνω στη λεκάνη είναι περίπου 267 εκατομμύρια m³ τον χρόνο:

Το μεγαλύτερο μέρος εξατμίζεται ή κατεισδύει επιτόπου. Η επιφανειακή απορροή αποτελεί μικρότερο, αλλά ουσιαστικό μέρος του υδατικού ισοζυγίου.

Το ετήσιο έλλειμμα του υδροφορέα της Μεσσαράς εκτιμάται σε περίπου 9,8–10 εκατομμύρια m³. Η αξιοποίηση μέρους της χειμερινής απορροής μπορεί επομένως να συμβάλει ουσιαστικά στον εμπλουτισμό του. Οι παραπάνω όγκοι απορροής είναι δημοσιευμένες εκτιμήσεις και ιστορικές καταγραφές, όχι συνεχείς σημερινές μετρήσεις. Η υδραυλική μελέτη της Περιφέρειας υπολογίζει τις παροχές από τη βροχόπτωση, χωρίς διαθέσιμα σύγχρονα υδρομετρικά δεδομένα.

2. Τι είδους έργο είναι

Ο σταθμός βρίσκεται βόρεια του Περίου, στην κοίτη του Γεροποτάμου. Κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1990 για τον εμπλουτισμό του υδροφορέα, αλλά το έργο δεν ολοκληρώθηκε τότε και δεν τέθηκε σε κανονική λειτουργία. Πρόκειται για υδροληψία πυθμένα ή τυρολέζικη υδροληψία (bottom rack intake, Tiroler Wehr), τύπο έργου που αναπτύχθηκε για ρέματα με φερτά υλικά και χρησιμοποιείται σε αρδευτικά και μικρά υδροηλεκτρικά συστήματα.

Το νερό συλλέγεται μέσα από σχάρα στον πυθμένα. Η εφαπτομενική ροή πάνω από τις ράβδους βοηθά να παρασύρονται τα μεγαλύτερα φερτά κατάντη, αντί να συσσωρεύονται σε μια πλευρική είσοδο. Η διατήρηση της σχάρας σε καθαρή κατάσταση επί δεκαετίες συνδέεται με αυτή την αρχή αυτοκαθαρισμού.

3. Τα μέρη του σταθμού

Ο αναβαθμός

Ο χαμηλός εγκάρσιος αναβαθμός από οπλισμένο σκυρόδεμα δεν είναι ταμιευτήρας ούτε έργο ανάσχεσης πλημμύρας. Ανεβάζει τοπικά τη στάθμη, απλώνει τη ροή στο πλάτος των 40 m, επιβραδύνει το νερό ανάντη ώστε να κατακάθονται χοντρά χαλίκια και παρέχει σταθερό σημείο αναφοράς για τη μέτρηση της στάθμης. Η στέψη του βρίσκεται στο ίδιο ύψος με τη σχάρα: το νερό υπερχειλίζει και κινείται οριζόντια πάνω της.

Ο χώρος ανάντη χρειάζεται τακτική απομάκρυνση χαλικιών. Όταν γεμίζει, η ροή μπορεί να συγκεντρώνεται σε στενή λωρίδα και να μην αξιοποιεί ολόκληρο το μήκος της σχάρας, παρότι η ίδια παραμένει καθαρή.

Η σχάρα

Οι οριζόντιες κυλινδρικές ράβδοι νευροχάλυβα είναι παράλληλες στη ροή. Έχουν διάμετρο μίας ίντσας, 25,4 mm, και ίσο καθαρό διάκενο. Έτσι το ποσοστό ανοικτής επιφάνειας είναι:

Η σχάρα συλλαμβάνει το νερό καθώς το λεπτό στρώμα ροής χάνει σταδιακά όγκο μέσα από τα ανοίγματα. Σε μέτρια παροχή η σύλληψη μπορεί να ολοκληρώνεται μέσα στα πρώτα περίπου 15 cm, αφήνοντας το υπόλοιπο πλάτος στεγνό. Συγκρατεί αντικείμενα μεγαλύτερα από το διάκενο, αλλά επιτρέπει σε άμμο και μικρά χαλίκια έως περίπου 2,5 cm να περάσουν στο δίκτυο. Η κυκλική διατομή των ράβδων δίνει περίπου 25% μεγαλύτερη παροχή από ορθογωνική λάμα ίδιου ανοίγματος.

Η ροή σαρώνει τα φερτά πάνω από τη σχάρα. Το πλεόνασμα νερού που δεν συλλαμβάνεται συνεχίζει στην κοίτη κατάντη. Η διάταξη συλλέγει νερό· δεν προορίζεται να σταματά την πλημμύρα.

Το αυλάκι συλλογής

Κάτω από τη σχάρα βρίσκεται ορθογωνικό αυλάκι από σκυρόδεμα, εγκάρσιο στη ροή του ποταμού. Συγκεντρώνει το νερό και το οδηγεί προς το κανάλι τροφοδοσίας. Η πτώση του πυθμένα είναι 0,30 m στα 40 m:

Στις εξεταζόμενες συνθήκες λειτουργίας, οι ταχύτητες περίπου 2,5–3 m/s βοηθούν στη μεταφορά της άμμου που περνά από τη σχάρα προς τα κατάντη.

Ο εκκενωτής

Στο χαμηλό άκρο υπάρχει θυρίδα εκκένωσης, με έξοδο παράλληλη στο ποτάμι. Το άνοιγμα του μεταλλικού θυροφράγματος επιτρέπει στο νερό να σαρώσει την άμμο και να την επιστρέψει στην κοίτη. Ο χειρισμός γίνεται με κοχλία και βολάν. Η διάταξη αποτελεί πρότυπο για τα νέα θυροφράγματα του δικτύου.

4. Διαστάσεις και γεωμετρία

Οι προσεγγιστικές διαστάσεις του αυλακιού θα επιβεβαιωθούν με αποτύπωση, ώστε οι υπολογισμοί να επικαιροποιηθούν με τις τελικές τιμές.

5. Οι εξισώσεις της παροχής

5.1 Υπερχείλιση πάνω από τον αναβαθμό

Όπου Q η παροχή σε m³/s, L = 40 m το μήκος της στέψης και h το ύψος νερού πάνω από τη στέψη σε m. Για παράδειγμα, σε h = 0,20 m:

5.2 Σύλληψη από τη σχάρα

Το q είναι η παροχή ανά μέτρο μήκους σχάρας, σε m²/s. Ο C είναι ο συντελεστής παροχής, m το ποσοστό ανοικτής επιφάνειας, L_σχ το πλάτος κατά τη ροή, H το ύψος ενέργειας σε m και g = 9,81 m/s² η επιτάχυνση της βαρύτητας.

Για τις στρογγυλές ράβδους και m = 0,50, χρησιμοποιείται C = 0,97. Με L_σχ ≈ 1 m και συνολικό μήκος 40 m:

Η ικανότητα πλήρους σύλληψης είναι τάξης μεγέθους 90 m³/s. Η σχάρα έχει πολύ μεγαλύτερη ικανότητα από το αυλάκι συλλογής και δεν αποτελεί τον περιοριστικό κρίκο στις εξεταζόμενες συνθήκες.

5.3 Μεταφορά στο αυλάκι — εξίσωση Manning

Όπου A η βρεχόμενη διατομή σε m², R η υδραυλική ακτίνα σε m, S η κατά μήκος κλίση και n ο συντελεστής τραχύτητας Manning. Για ορθογωνικό αυλάκι πλάτους b και βάθους νερού y:

Σε b = 1 m και y = 2 m, προκύπτουν A = 2 m², P = 5 m και R = 0,40 m. Με κλίση S = 0,0075, η παροχετευτικότητα μεταβάλλεται ανάλογα με την τραχύτητα και το βάθος:

Ως στρογγυλή τιμή υπολογισμού για το ίδιο το αυλάκι λαμβάνονται 5 m³/s. Το όριο στην τελική έξοδο του συστήματος εξετάζεται χωριστά παρακάτω.

6. Στάθμη ποταμού και ικανότητα υδροληψίας

Ο ακόλουθος πίνακας συγκρίνει την παροχή πάνω από τη στέψη με την ικανότητα της υδροληψίας και του αυλακιού, πριν συνυπολογιστούν οι στενώσεις της εξόδου. Για αυτή τη σύγκριση χρησιμοποιείται όριο αυλακιού 5,5 m³/s, μέσα στο εύρος 5–6 m³/s.

Κοντά στα 20 cm νερού πάνω από τη στέψη, η παροχή του ποταμού φτάνει την ικανότητα του αυλακιού. Σε μεγαλύτερες στάθμες, το πλεόνασμα συνεχίζει κατάντη. Σε αιχμή 300 m³/s, η τιμή αναφοράς των 5 m³/s αντιστοιχεί σε περίπου 1,7% της πλημμυρικής παροχής. Πρόκειται για έργο υδροληψίας και εμπλουτισμού, όχι για έργο ανάσχεσης πλημμύρας.

7. Η αλυσίδα από το ποτάμι στον υδροφορέα

Το αυλάκι έχει μικρότερη ικανότητα από τη σχάρα και τις παραπάνω διατομές των καναλιών. Η αποκατάσταση περίπου 16 km καναλιών είναι απαραίτητη για τη σύνδεση του σταθμού με το δίκτυο εμπλουτισμού. Η συνολική απόδοση καθορίζεται πάντοτε από τον πιο περιοριστικό κρίκο, συμπεριλαμβανομένων των στενώσεων στην έξοδο.

8. Από την παροχή στον όγκο νερού

Για την τιμή αναφοράς του αυλακιού, Q = 5 m³/s, προκύπτουν οι παρακάτω όγκοι συνεχούς λειτουργίας πριν από τον περιορισμό της εξόδου:

Οι μετατροπές αυτές περιγράφουν τη θεωρητική συνεχή λειτουργία στα 5 m³/s. Δεν είναι οι τελικοί ημερήσιοι όγκοι που περνούν από τη σημερινή έξοδο, ούτε ταυτίζονται με τον καθαρό εμπλουτισμό του υδροφορέα.

9. Συντήρηση και παρακολούθηση

1. Καθαρισμός της δεξαμενής ανάντη από χαλίκια κάθε καλοκαίρι, ώστε να διατηρείται η κατανομή της ροής σε όλο το πλάτος.
2. Χειρωνακτική απομάκρυνση κλαδιών και ξύλων από τη σχάρα, χωρίς χρήση κάδου επάνω στις ράβδους.
3. Έλεγχος του θυροφράγματος εκκένωσης και λίπανση του κοχλία.
4. Μέτρηση των πραγματικών διαστάσεων του αυλακιού για οριστικοποίηση των υπολογισμών.
5. Κλίμακα στάθμης στον αναβαθμό και καθημερινή φωτογραφική καταγραφή όταν υπάρχει ροή, ώστε να δημιουργηθεί συστηματικό αρχείο λειτουργίας.
6. Καθαρισμός και αποκατάσταση των καναλιών κατάντη, ώστε το νερό να φτάνει στις επιφάνειες διήθησης.

10. Ο τελικός περιορισμός: οι στενώσεις στην έξοδο

Οι στενώσεις στην έξοδο περιορίζουν την παροχή σε περίπου 200.000 m³ την ημέρα. Παρότι η σχάρα και το αυλάκι έχουν τις μεγαλύτερες επιμέρους ικανότητες που υπολογίστηκαν παραπάνω, η έξοδος καθορίζει την τελική δυνατότητα διοχέτευσης προς το δίκτυο.

Το ημερήσιο αυτό μέγεθος αντιστοιχεί σε συνεχή λειτουργία 24 ωρών, εφόσον υπάρχει επαρκές νερό στο ποτάμι. Έτσι, για τη σημερινή διάταξη, ο πρακτικός ημερήσιος περιορισμός είναι περίπου 200.000 m³ και όχι ο μεγαλύτερος όγκος που προκύπτει από την απομονωμένη ικανότητα του αυλακιού.