Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο – Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – Τομέας Υδατικών Πόρων

Μάθημα: Τυπικά Υδραυλικά Έργα – Μέρος 1: Υδροδοτικά έργα

Άσκηση ΥE5: Διερεύνηση εναλλακτικών διατάξεων ύδρευσης ελλειμματικού οικισμού

Σύνταξη άσκησης: Μ. Αφτιάς

Επίλυση άσκησης: Η. Ταρναράς

Νησιώτικος παραδοσιακός οικισμός με μόνιμο πληθυσμό 10 000 κατοίκους, υδρεύεται από πηγή Π σε υψόμετρο +60 m, με ελάχιστη διαθέσιμη παροχή 30 L/s. Η υφιστάμενη δεξαμενή έχει όγκο 1000 m3, ΑΣΥ +50 m, ΚΣΥ +47 m. Με την τουριστική ανάπτυξη της περιοχής, προβλέπεται ότι ο εποχιακός πρόσθετος πληθυσμός θα φθάσει τα 20 000 άτομα.

Επειδή δεν υπάρχουν άλλα υδατικά διαθέσιμα στο νησί, εξετάζεται η αντιμετώπιση των αναγκών με εγκατάσταση αφαλάτωσης. Επίσης, προγραμματίζεται η ανακατασκευή του παλαιού εξωτερικού υδραγωγείου από την πηγή.

Ζητείται:

1.       Η διαστασιολόγηση της μονάδας αφαλάτωσης.

2.       Ο σχεδιασμός (χάραξη, διαστασιολόγηση, επιλογή υλικού) του νέου εξωτερικού υδραγωγείου από την Πηγή Π προς τον οικισμό.

3.       Η περιγραφή, ο σχεδιασμός σε σχηματική μηκοτομή και η διαστασιολόγηση του εξωτερικού υδραγωγείου, με όλες τις απαραίτητες συνιστώσες του, από την εγκατάσταση αφαλάτωσης προς τον οικισμό. Για λόγους απλοποίησης της κατασκευής θεωρείστε ότι και στα δύο υδραγωγεία θα χρησιμοποιηθεί ο αυτός τύπος αγωγών και διαμέτρου.

4.       Εξετάστε εναλλακτικά και υπολογίστε τα δεδομένα σε σχέση με τη δυνατότητα αντιμετώπισης των πρόσθετων θερινών αναγκών με την αποθήκευση βρόχινου νερού, αν το μέσο ετήσιο ύψος βροχής στο νησί ανέρχεται σε 400mm.

 

ΛΥΣΗ

1. Γίνεται παραδοχή μέγιστων ημερήσιων καταναλώσεων ανά κάτοικο:

Μόνιμοι κάτοικοι:  150 L/κατ/ημέρα

Παραθεριστές:       200 L/κατ/ημέρα

Ο απαιτούμενος όγκος νερού για την υδροδότηση του μόνιμου πληθυσμού ισούται με:

                                              Vμον = 10 000 × 150 × 10–3 m3 = 1500 m3

Αντίστοιχα, ο απαιτούμενος όγκος νερού για την υδροδότηση μόνιμου πληθυσμού και παραθεριστών είναι:

                               Vολικό = 10 000 × 150 × 10–3 + 20 000 × 200 × 10–3 = 5500 m3

O όγκος νερού που μπορεί να διαθέσει ημερησίως η Πηγή Π υπολογίζεται σε:

                                     Vδιαθ = 30 L/s = 30 × 10–3 m3/s × 86 400 s = 2592 m3

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι ο όγκος νερού που πρέπει να παρέχει η μονάδα αφαλάτωσης, ώστε να ικανοποιούνται οι αυξημένες ανάγκες είναι:

                                                     Vαφαλ = 5500 – 2592 = 2908 m3

2. O νέος αγωγός από την πηγή Π προς τον οικισμό πρέπει να μεταφέρει παροχή 30 L/s, από το +60 m έως το +50 m που αντιστοιχεί στην A.Σ.Υ. της δεξαμενής. Λόγω της μικρής παροχής του αγωγού και της λειτουργίας του με βαρύτητα, κρίνεται σκόπιμη η επιλογή πλαστικού σωλήνα από PVC ή PE.

Για αγωγό από PVC, με συντελεστή τραχύτητας ks = 0.5 mm, παροχή 30 L/s, μήκος 3 km και συνολικές γραμμικές απώλειες 10 m, η απαιτούμενη ελάχιστη εσωτερική διάμετρος του αγωγού υπολογίζεται σε:

                                                                  D = 225 mm

3. Το εξωτερικό υδραγωγείο από τη μονάδα αφαλάτωσης μέχρι τη δεξαμενή του οικισμού αποτελείται από:

·         Αντλιοστάσιο στο +0 m

·         Καταθλιπτικό αγωγό μήκους 1000 m από PVC, διαμέτρου 225 mm. Η επιλογή του αγωγού έγινε για λόγους απλοποίησης της κατασκευής.

Σε περίπτωση 18ωρης λειτουργίας του αντλιοστασίου, η παροχή που μεταφέρεται από τη μονάδα αφαλάτωσης στη δεξαμενή είναι:

                           Qαφαλ = Vαφαλ / (18 h) = (2908 × 10–3 L) / (18 × 3600 s) = 44.88 L/s

Για αγωγό από PVC, διαμέτρου D = 225 mm, με συντελεστή τραχύτητας ks = 0.5 mm, παροχή 44.88 L/s και μήκος 1 km, οι γραμμικές απώλειες κατά μήκος του αγωγού υπολογίζονται σε:

                                                                    hf = 7.2 m

Αντίστοιχα, το μανομετρικό ύψος της αντλίας στη μονάδα αφαλάτωσης ισούται με:

                                                        Hαντλ = 50 m + hf = 57.2 m

 

4. Εναλλακτικά, εξετάζεται η δυνατότητα κατασκευής στερνών που θα συλλέγουν το βρόχινο νερό από τις ταράτσες και τα δώματα των κτιρίων, συμβάλλοντας παράλληλα στην αντιπλημμυρική προστασία του οικισμού.

Με την παραδοχή ότι η θερινή περίοδος αυξημένων υδρευτικών αναγκών ανέρχεται σε 3 μήνες και έχοντας υπολογίσει ότι οι αυξημένες ανάγκες που δεν είναι δυνατό να ικανοποιούνται από την πηγή ανέρχονται σε 2908 m3/ημέρα, προκύπτει ότι ο συνολικός όγκος νερού που πρέπει να εξασφαλίζεται από τις στέρνες είναι:

                                                   Vστ = 2908 m3 × 90 = 261 720 m3

Έστω ότι το μέσο ετήσιο απολήψιμο ύψος βροχής είναι 400 mm. H ελάχιστη επιφάνεια ταρατσών – δωμάτων που πρέπει να απορρέει προς στέρνες ισούται με:

                                Α = (261 720 m3 ) / (0.4 m) = 654 300 m3 » 655 στρέμματα

Αν θεωρήσουμε ότι αντιστοιχούν 30 m2 κατοικίας ανά μόνιμο κάτοικο και 20 m2 κατοικίας ανά παραθεριστή, τότε ο οικισμός διαθέτει:

                            Αδιαθ = 10 000 × 30 + 20 000 × 15 = 600 000 m3 » 600 στρέμματα

αντί για 655 στρέμματα που υπολογίστηκε.

Άρα, η συστηματική κατασκευή δεξαμενών συγκέντρωσης του βρόχινου νερού θα μπορούσε να αντιμετωπίσει σε μεγάλο βαθμό τις ανάγκες υδροδότησης παρόμοιων οικισμών.