Υδροενεργειακά Έργα - Ταμιευτήρες - Φράγματα

Abstract

Ένα έργο παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι αρκετά σύνθετο, αποτελούμενο κυρίως από τις κάτωθι συνιστώσες: ταμιευτήρας, φράγμα, ειδικές διατάξεις υδροενεργειακών έργων. Οι ταμιευτήρες αποτελούν το πρώτο κεφάλαιο του παρόντος συγγράμματος. Δίνεται έμφαση στη διαστασιολόγηση τόσο ενός ταμιευτήρα ανάσχεσης πλημμύρας όσο και ενός ταμιευτήρα αποθήκευσης. Η διαστασιολόγηση αναφέρεται τόσο στη χωρητικότητα του ταμιευτήρα όσο και στις διατάξεις ασφάλειας του αντίστοιχου φράγματος, ήτοι στον εκχειλιστή ασφάλειας και στον εκκενωτή πυθμένα. Επίσης, αναφέρονται μέθοδοι βελτιστοποίησης, συγκεκριμένα αναλυτικές μέθοδοι, οι οποίες περιλαμβάνουν τον γραμμικό και τον δυναμικό προγραμματισμό, και μέθοδοι προσομοίωσης. Η βελτιστοποίηση αφορά τη μεγιστοποίηση του οικονομικού κέρδους από τη διάθεση του νερού στους χρήστες ή την ελαχιστοποίηση των υλικών ζημιών από πλημμύρες. Πέραν τούτων, δίνονται μέθοδοι εκτίμησης της εξάτμισης από τους ταμιευτήρες, της θερμικής στρωμάτωσης και της ποιότητας του νερού των ταμιευτήρων. Τέλος, εξετάζεται το πρόβλημα της συσσώρευσης φερτών υλών σε ταμιευτήρες και παρουσιάζονται τρόποι αντιμετώπισής του. Το δεύτερο κεφάλαιο του παρόντος συγγράμματος αναφέρεται στον σχεδιασμό και στην κατασκευή χωμάτινων και λιθόρριπτων φραγμάτων. Ειδικότερα, γίνεται αναφορά στην απαιτούμενη γεωτεχνική έρευνα και στα κατάλληλα υλικά κατασκευής τους. Περιγράφονται τα απαραίτητα (ή εναλλακτικά) μέτρα για τη βελτίωση του σχηματισμού θεμελίωσης. Καλύπτονται θέματα σχετικά με τον σχεδιασμό και την κατασκευή φίλτρων και στραγγιστηρίων, καθώς και τη ροή νερού διαμέσου χωμάτινων φραγμάτων. Στο σημείο αυτό γίνεται αναφορά στον έλεγχο της ευστάθειας των φραγμάτων και στα διαφράγματα στεγανοποίησης από οπλισμένο σκυρόδεμα και ασφαλτικό σκυρόδεμα. Το συγκεκριμένο κεφάλαιο κλείνει με την ενόργανη παρακολούθηση της συμπεριφοράς των χωμάτινων και λιθόρριπτων φραγμάτων. Το τρίτο κεφάλαιο του παρόντος συγγράμματος αναφέρεται στα φράγματα σκυροδέματος. Απαριθμούνται οι δυνάμεις που ενεργούν στα φράγματα σκυροδέματος, με τους αντίστοιχους τύπους. Ακολουθεί ο στατικός υπολογισμός των φραγμάτων βαρύτητας, των τοξωτών φραγμάτων, καθώς και των αντηριδωτών φραγμάτων. Τέλος, μελετώνται οι εκχειλιστές ασφάλειας των φραγμάτων, καθώς και οι λεκάνες ηρεμίας κατάντη των φραγμάτων, από κατασκευαστική και υδραυλική άποψη. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται, κατ’ αρχάς, γενικότητες περί υδροενεργειακών εγκαταστάσεων. Οι μελετώμενες ειδικές διατάξεις των υδροενεργειακών έργων, με απώτερο σκοπό τη διαστασιολόγηση αυτών, περιλαμβάνουν τον πύργο ανάπαλσης, τον αγωγό πτώσης, όπου παρουσιάζεται το φαινόμενο του υδραυλικού πλήγματος, το σπειροειδές κέλυφος, τον υδροστρόβιλο και τον αγωγό εξόδου του υδροστρόβιλου.

A hydropower plant is quite complicated, consisting mainly of the following components: reservoir, dam, and specific hydropower installations. The first chapter of the present book refers to the reservoirs. The dimensioning of both flood mitigation and storage reservoirs is emphasized. The dimensioning is regarding the reservoir capacity, as well as the safety systems, namely the flood spillway and the bottom outlet of the corresponding dam. Further, optimization methods are developed, which are divided into analytical (linear and dynamic programming) and simulation methods. Optimization concerns the maximization of the economic profit due to the water disposition to the users or the minimization of the material loss due to floods. Apart from that, estimation methods of water evaporation, thermal stratification and water quality of the reservoirs are given. Finally, the reservoir sedimentation problem is investigated and solution techniques are presented. The second chapter of this book concerns the design and construction of earth-fill and rock-fill dams. More specifically, the geotechnical investigation required and the proper construction materials are addressed. The necessary or alternative measures for the improvement of the foundation formation are outlined. Issues regarding the design and construction of filters and drains, as well as the water flow through the earth-fill dams are also covered in the second chapter. At this point, the dam stability analysis and the face sealings from reinforced concrete and asphaltic concrete are described. Finally, the instrumentation for the monitoring of the earth-fill and rock-fill dam behaviour concludes the second chapter. The third chapter of the book is dedicated to the concrete dams. The forces acting on the concrete dams are described and the corresponding formulas are written. The static stability analysis of the gravity, arch and buttress dams is also described. Finally, the flood spillways, as well as the stilling basins downstream of the dams are investigated from constructive and hydraulic points of view. The fourth chapter of the book begins with generalities about hydropower plants. The investigated specific installations of the hydropower plants include the surge chamber, the fall pipeline, where the phenomenon of hydraulic shock takes place, the spiral housing, the turbine and the turbine draft tube. The investigation of the above installations aims at their dimensioning.