Το καλάθι είναι άδειο
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Βασικά στοιχεία ροής με ελεύθερη επιφάνεια
1.1 Γεωμετρικά στοιχεία ανοικτών αγωγών. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 1.2 Ταχύτητα και παροχή. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 1.3 Υδροστατική πίεση. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 1.4 Μεταφορά μάζας, ορμής και ενέργειας σε ροή ανοικτού αγωγού. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.4.1 Μεταφορά μάζας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.2 Μεταφορά ορμής (ποσότητας κίνησης). . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.3 Μεταφορά ενέργειας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 Κατηγορίες ροών ανοικτών αγωγών. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 Νόμοι διατήρησης. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6.1 Διατήρηση μάζας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6.2 Διατήρηση ορμής (ποσότητας κίνησης). . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6.3 Διατήρηση ενέργειας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.6.4 Εξισώσεις μόνιμης ροής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.6.5 Εξισώσεις μόνιμης χωρικά μεταβαλλόμενης ροής. . . . . . . 25
1.6.6 Σύγκριση και εφαρμογή των εξισώσεων ορμής και ενέργειας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Προβλήματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Αναφορές. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Περιεχόμενα vi • Περιεχόμενα
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Αρχές ενέργειας και ορμής
2.1 Κρίσιμη ροή. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.1 Αριθμός froude. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.2 Υπολογισμός του κρίσιμου βάθους. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2 Εφαρμογές της αρχής ενέργειας για μόνιμη ροή. . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.1 Εξίσωση ενέργειας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.2 Διάγραμμα ειδικής ενέργειας για δεδομέη παροχή. . . . . . . 41
2.2.3 Διάγραμμα παροχης για σταθερή ειδική ενέργεια. . . . . . . . 52
2.2.4 Ειδική ενέργεια σε ορθογωνική διώρυγα. . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2.5 Στραγγαλισμός της ροής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.3 Εφαρμογές της εξίσωσης ορμής σε μόνιμη ροή. . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.1 Εξίσωση ορμής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.2 Διάγραμμα ειδικής ορμής για δεδομένη παροχή. . . . . . . . . 64
2.3.3 Διάγραμμα παροχής για σταθερή ειδική ορμή. . . . . . . . . . . 69
2.3.4 Υδραυλικό άλμα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.3.5 Ειδική δύναμη σε ορθογωνική διώρυγα. . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.3.6 Υδραυλικό άλμα σε ορθογωνική διώρυγα. . . . . . . . . . . . . . . 79
2.3.7 Στραγγαλισμός της ροής και αρχή διατήρησης της ορμής. . 81
Προβλήματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Βιβλιογραφικές αναφορές. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ομοιόμορφη ροή
3.1 Αντίσταση ροής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.1.1 Οριακό στρώμα και αντίσταση ροής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.1.2 Η εξίσωση darcy–weisbach. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.1.3 Η εξίσωση chezy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.1.4 Η εξίσωση manning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.2 Εξίσωση ομοιόμορφης ροής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.3 Εκτίμηση ομοιόμορφου βάθους σε κανάλια. . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.4 Υπολογισμός ομοιόμορφου βάθους σε κανάλια με φυτοκάλυψη. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.5 Υπολογισμός ομοιόμορφου βάθους σε κανάλια με λιθορριπή (riprap channels). . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.6 Ομοιόμορφη ροή σε κανάλια με σύνθετη διατομή (composite channels). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111 3.7 Ομοιόμορφη ροή σε σύνθετα κανάλια. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Προβλήματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Αναφορές. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Περιεχόμενα • vii
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Βαθμιαία μεταβαλλόμενη ροή
4.1 Κατάταξη καναλιών για βαθμιαία μεταβαλλόμενη ροή. . . . . . . 129
4.2 Κατάταξη των κατατομών (profiles) της βαθμιαία μεταβαλλόμενης ροής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.3 Η σημασία του αριθμού froude στον υπολογισμότης βαθμιαία μεταβαλλόμενης ροής . . . . . . . . . . . 134
4.4 Ποιοτικός προσδιορισμός αναμενόμενων κατατομών της βαθμιαία μεταβαλλόμενης ροής. . . . . . . . . . 137 4.5 Υπολογισμός της βαθμιαία μεταβαλλόμενης ροής. . . . . . . . . . . 145
4.5.1 Μέθοδος άμεσου βήματος (direct step method). . . . . . . . 146
4.5.2 Τυπική μέθοδος βήμα προς βήμα ολοκλήρωσης. . . . . . . . 154
4.6 Εφαρμογές της βαθμιαία μεταβαλλόμενης ροής. . . . . . . . . . . . 158
4.6.1 Χωροθέτηση υδραυλικού άλματος. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.6.2 Προβλήματα με δεξαμένες και διώρυγες. . . . . . . . . . . . . . . 162
4.6.3 Προβλήματα δύο λιμνών που συνδέονται με διώρυγα. . . 170
4.6.4 Επίδραση του στραγγαλισμού στο προφίλ της ελεύθερης επιφάνειας. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4.7 Βαθμίαια μεταβαλλόμενη ροή σε συστήματα διώρυγων. . . . . . 185
4.8 Βαθμίαια μεταβαλλόμενη ροή σε φυσικούς αγωγούς. . . . . . . . 190
Προβλήματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Βιβλιογραφικές αναφορές. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σχεδιασμός ανοικτών αγωγών
5.1 Γενικές αρχές σχεδιασμού. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.2 Σχεδιασμός ανεπένδυτων διώρυγων. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
5.2.1 Μέθοδος μέγιστης επιτρεπόμενης ταχύτητας. . . . . . . . . . 212
5.2.2 Μέθοδος συρτικής δύναμης. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
5.2.3 Καμπύλες σε ανοικτούς αγωγούς. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
5.3 Σχεδιασμός διώρυγων με εύκαμπτη επένδυση. . . . . . . . . . . . . . . 230
5.3.1 Σχεδιασμός διώρυγων με φυτική επένδυση. . . . . . . . . . . . 230
5.3.2 Σχεδιασμός καναλιών με λιθόρριπη (riprap). . . . . . . . . . . 236
5.3.3 Προσωρινές εύκαμπτες επενδύσεις. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
5.4 Σχεδιασμός διώρυγων με άκαμπτα όρια. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
5.4.1 Προσέγγιση των εμπειρικών καμπύλων. . . . . . . . . . . . . . . 250
5.4.2 Προσέγγιση της βέλτιστης υδραυλικής διατομής. . . . . . . 252
5.4.3 Προσέγγιση ελάχιστου κόστους επένδυσης. . . . . . . . . . . . 253
5.5 Σχεδιασμός διώρυγων σε ανομοιόμορφη ροή. . . . . . . . . . . . . . . . 256
Προβλήματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Βιβλιογραφικές αναφορές. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
viii • Περιεχόμενα
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Υδραυλικές σκευές
6.1 Κατασκευές μέτρησης της ροής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
6.1.1 Υπεχειλιστές λεπτής στέψης. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
6.1.2 Υπεχειλιστές ευρείας στέψης. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
6.1.3 Ειδικοί αγωγοί (flumes). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
6.2 Οχετοί. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
6.2.1 Ελεγχόμενη εισροή. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
6.2.2 Ελεγχόμενη εκροή. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
6.2.3 Διαστασιολόγηση οχετών. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
6.3 Υπερχειλιστές φραγμάτων . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
6.3.1 Σχήμα για ogee με ελεύθερη στέψη. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
6.3.2 Παροχή πάνω από μια μη ελεγχόμενη στέψη ogee. . . . . . 299
6.3.3 Παροχή πάνω από ελεγχόμενη στέψη ogee με θυροφραγματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
6.4 Λεκάνες ηρεμίας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
6.4.1 Θέση του υδραυλικού άλματος. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
6.4.2 Χαρακτηριστικά του υδραυλικού άλματος. . . . . . . . . . . . 314
6.4.3 Τυποποιημένα σχέδια λεκάνων ηρεμίας. . . . . . . . . . . . . . 315
6.5 Συναρμογές σε διώρυγες. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
6.5.1 Συναρμογές σε διώρυγες για υποκρίσιμη ροή. . . . . . . . . . 321
6.5.2 Συναρμογές καναλιών για υπερκρίσιμη ροή. . . . . . . . . . . 332
Προβλήματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
Βιβλιογραφικές αναφορές. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Υδραυλικά γεφυρών
7.1 Μοντέλα διατομών γεφυρών. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
7.1.1 Θέσεις διατομών. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
7.1.2 Τύποι χαμηλής ροής στην περιοχή της γέφυρας. . . . . . . . 365
7.1.3 Υπολογισμοί για χαμηλή ροή στην περιοχή της γέφυρας. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
7.1.4 Υπολογισμοί υψηλής ροής στην περιοχή της γέφυρας. . . 375
7.2 Αποτίμηση της διάβρωσης σε γέφυρες. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
7.2.1 Διάβρωση λόγω στένωσης. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
7.2.2 Τοπική διάβρωση σε βάθρο. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
7.2.3 Τοπική διάβρωση σε ακραία βάθρα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
Προβλήματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
Βιβλιογραφικές αναφορές. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Εισαγωγή στη μη μόνιμη ροή με ελεύθερη επιφάνεια
8.1 Εξισώσεις μη μόνιμης ροής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
8.2 Αριθμητικές μέθοδοι επίλυσης. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
8.2.1 Ρητά σχήματα πεπερασμένων διαφορών. . . . . . . . . . . . . . 424
8.2.2 Πεπλεγμένα σχήματα πεπερασμένων διαφορών. . . . . . . . 426
8.2.3 Ειδικές περιπτώσεις. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
8.2.3 Συστήματα αγωγών. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
8.3 Προσεγγιστικά μοντέλα μη μόνιμης ροής. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
8.3.1 Μοντέλο κύματος διάχυσης στη μη μόνιμη ροή . . . . . . . 454
8.3.2 Εξισώσεις πεπερασμένων διαφορών. . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
8.3.3 Επίλυση των εξισώσεων πεπερασμένων διαφορών. . . . . . 456
8.4 Απλές μέθοδοι διόδευσης πλημμύρας σε αγωγό. . . . . . . . . . . . 459
8.4.1 Η μέθοδος muskingum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
8.4.2 Η μέθοδος muskingum-cunge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
Προβλήματα. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
Αναφορες. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475