Ύλη μαθημάτων Εξεταστικής περιόδου Σεπτεμβρίου 2009

Το νερό είναι πολύ σημαντικό στοιχείο για τη ζωή , είναι ένας από τους κυριότερους παράγοντες αποσάθρωσης πετρωμάτων και σχηματισμού ιζημάτων.Ιδιότητες νερού. Βράζει στους 100 C και πήζει στους 0 εφόσον είναι χημικώς καθαρό. Στη φύση βρίσκεται σε τρεις μορφές , υγρή ,στερεά , και αέρια , ενώ στην υγρή φάση το νερό έχει μεγάλο ιξώδες. Οι οργανισμοί προκειμένου να προσαρμοσθούν στο αυξημένο ιξώδες έχουν όλοι ατρακτοειδές σχήμα και μπορούν και κινούνται εύκολα μέσα στο νερό, και φυσικά δεν χρειάζονται όργανα στήριξης όπως τα χερσαία ζώα. Η πυκνότητα του νερού μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία και η μεγαλύτερη πυκνότητα είναι στη θερμοκρασία των 3,94 βαθμών Κελσίου. Αυτό έχει μεγάλη σημασία , δηλαδή ότι ο ίδιος όγκος νερού έχει το μεγαλύτερο βάρος στους 3,94 βαθμούς γιατί έχει σαν αποτέλεσμα να επιπλέουν οι πάγοι πάνω στο νερό και έτσι μπορούν και λιώνουν.

Επίσης οι χημικές ιδιότητες και ιδιαίτερα οι διαλυτικές είναι πολύ σημαντικές για το οικοσύστημα. Το νερό έχει την ικανότητα να διαλύει μεγάλη ποικιλία ουσιών. Πολλά χημικά στοιχεία και χημικές ενώσεις διαλύονται στο νερό και ορισμένες από αυτές μεταφέρονται με την επίγεια και υπόγεια κίνηση του νερού σε διάφορα σημεία της επιφάνειας της γης. Με παρόμοιο τρόπο οι θρεπτικές ουσίες διαλυμένες μέσα στο νερό διέρχονται τις ρίζες και διαχέονται σε ολόκληρο τον ιστό του φυτού. Δυστυχώς όμως με τη διάλυση αυτή μεταφέρονται και βλαβερές ουσίες.
Ο κύκλος του νερού. Το νερό ακολουθεί έναν ορισμένο κύκλο στη φύση , εισρέει με τα κατακρημνίσματα στο έδαφος και από εκεί ένα μέρος εξατμίζεται , ένα χρησιμοποιείτε από τα φυτά , ένα τμήμα συγκρατείται ως υγρασία στο έδαφος . μέρος από το νερό των κατακρημνισμάτων ρέει επιφανειακά χωρίς να εισχωρήσει στο έδαφος με κατεύθυνση προς τη θάλασσα. Τα νερά που διηθούνται στο έδαφος είτε εμπλουτίζουν τα υπόγεια στρώματα είτε ξαναβγαίνουν στην επιφάνεια με τη μορφή πηγών και τροφοδοτούν με νερό τα ρέματα.

ΡΥΠΑΝΣΗ ΝΕΡΟΥ Κάθε ουσία που εμποδίζει την κανονική χρήση του ύδατος θεωρείται ότι το ρυπαίνει . Εδώ παρατηρούνται αντιφάσεις διότι μια ουσία που το εμποδίζει από μια χρήση μπορεί να είναι απαραίτητη από μια άλλη χρήση.Σαν παράδειγμα αναφέρεται το χλωριούχο νάτριο. Το νερό υπάρχει παντού γύρω μας στη θάλασσα , στην ατμόσφαιρα υπό μορφή υδρατμών στο έδαφος στις λίμνες στα ποτάμια κλ.π .
ΕΥΤΡΟΦΙΣΜΟΣ : Δημιουργείται με το συνεχή εμπλουτισμό των υδάτων με θρεπτικά στοιχεία .Η ύπαρξη όλων αυτών των απαραίτητων θρεπτικών υλικών στο νερό προκαλεί υπέρμετρη ανάπτυξη των φυτικών κυρίως οργανισμών με διατάραξη της υπάρχουσας ισορροπίας. Αυτό οδηγεί στο γήρας της λίμνης. Βέβαια οι χρονικές περίοδοι για όλα αυτά μπορεί να είναι και χιλιάδες χρόνια, αυτό εξαρτάται από την περιεκτικότητα και την ποσότητα των θρεπτικών υλικών που εισρέουν στην λίμνη.
Όταν δεν υπάρχουν επιδράσεις από ανθρώπινους παράγοντες ο ευτροφισμός αποτελεί βραδύ φυσικό φαινόμενο. Μπορεί όμως να αποτελεί αποτέλεσμα ρυπάνσεως όταν η αύξηση των θρεπτικών συστατικών προέρχεται από την ανθρώπινη δραστηριότητα.
Δραστηριότητες οι οποίες προκαλούν το φαινόμενο αποτελούν η χρήση των λιπασμάτων στα χωράφια ( νιτρικά φωσφορικά άλατα), η χρήση των απορρυπαντικών ( φωσφορικά άλατα) οπότε παρατηρείται απότομη αύξηση των φυτικών οργανισμών σε μια λίμνη με μια όπως ονομάζεται <<άνθιση>> του άλγους.
Όταν παρατηρηθεί αυτή η άνθιση τότε δημιουργούνται πολλά προβλήματα στη λίμνη, η υπέρμετρη αύξηση ορισμένων ανθεκτικών φυτών καταστρέφει άλλα πιο ευαίσθητα, το νερό αποκτά πράσινο χρώμα και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ψυχαγωγικούς σκοπούς. Η ανάπτυξη αυτή προκαλεί υπέρμετρη κατανάλωση του οξυγόνου οπότε παρατηρούνται αναερόβιες δράσεις με αποτέλεσμα να αναδίδονται δυσάρεστες οσμές και το νερό αποκτά επίσης δυσάρεστη γεύση και δεν είναι κατάλληλο για πόση.

Έχουμε συνηθίσει, όποτε χρειαζόμαστε νερό, να ανοίγουμε τη βρύση και να έχουμε άμεση πρόσβαση στο πολύτιμο αγαθό. Οι υδάτινοι πόροι όμως, δεν είναι ανεξάντλητοι. Η λειψυδρία είναι ένα υπαρκτό πρόβλημα που αφορά όλο τον πλανήτη και φυσικά και τη χώρα μας. Στην Ελλάδα μάλιστα, η κατάσταση είναι αρκετά δύσκολη, εξαιτίας της έλλειψης μακροχρόνιου σχεδιασμού, της κακής διαχείρισης των υδάτινων αποθεμάτων, της καταστροφής των δασών και της μείωσης των βροχοπτώσεων, λόγω των κλιματικών αλλαγών.
Αναγκαία η οικονομία

Η εξοικονόμηση νερού αποτελεί πλέον ανάγκη, ακόμα και στις χώρες που μέχρι πρότινος θεωρούσαμε ότι δεν αντιμετώπιζαν πρόβλημα. Η ευρωπαϊκή οδηγία-πλαίσιο για το Νερό υποχρεώνει τις χώρες-μέλη να διαχειρίζονται σωστά τους υδάτινους πόρους, με στόχο την εξασφάλιση επαρκούς ποσότητας και καλής ποιότητας νερού για τον άνθρωπο και το οικοσύστημα.
Αν και η εξοικονόμηση νερού χρειάζεται ένα συνολικό σχεδιασμό από τους αρμόδιους φορείς, που θα περιλαμβάνει κυρίως την εξεύρεση λύσεων για την υδροβόρα γεωργία και τον περιορισμό των απωλειών νερού εξαιτίας των απαρχαιωμένων εγκαταστάσεων, όλοι μπορούμε να συμβάλλουμε, με το δικό μας τρόπο, στον περιορισμό της σπατάλης.

1. Επιδιορθώστε τυχόν βλάβες στις υδραυλικές εγκαταστάσεις,
όπως είναι οι βρύσες και το καζανάκι. Για να διαπιστώσετε αν υπάρχει διαρροή στο καζανάκι, ρίξτε μέσα στη δεξαμενή του λίγο χρώμα ζαχαροπλαστικής. Αν υπάρχει διαρροή, το χρώμα θα βάψει το νερό μέσα σε 30 λεπτά.
2. Φροντίστε να ελέγχετε τακτικά το μετρητή νερού του σπιτιού, ώστε να εντοπίσετε έγκαιρα κάποια διαρροή. Πώς; Κλείστε όλες τις βρύσες και ελέγξτε το μετρητή. Επαναλάβετε τον έλεγχο μετά από λίγη ώρα. Αν η ένδειξη δεν είναι ίδια, υπάρχει διαρροή.

3. Κάντε ντους αντί να γεμίζετε την μπανιέρα με νερό και κλείστε τη βρύση όση ώρα σαπουνίζεστε.
4. Μην αφήνετε το νερό να τρέχει όταν πλένετε τα χέρια ή τα δόντια σας ή όταν ξυρίζεστε.
5. Κλείνετε τη βρύση όταν σαπουνίζετε τα πιάτα.
6. Χρησιμοποιήστε το πλυντήριο πιάτων και ρούχων μόνο όταν είναι γεμάτα και επιλέξτε, κατά προτίμηση, το οικονομικό πρόγραμμα.
7. Τοποθετήστε στις βρύσες του σπιτιού σας συστήματα περιορισμού της ροής, που εξοικονομούν νερό χωρίς να μειώνουν την άνεση του καταναλωτή.
8. Αντικαταστήστε το καζανάκι με συσκευή ελεγχόμενης ή διπλής ροής. Εναλλακτικά, ρυθμίστε το καζανάκι ώστε να λειτουργεί με μικρότερη ποσότητα νερού κάθε φορά που το χρησιμοποιείτε. Με ποιον τρόπο; Τοποθετώντας μέσα στη δεξαμενή ένα πλαστικό μπουκάλι, ώστε να μειωθεί ο όγκος νερού που συσσωρεύεται.
9. Ποτίστε τον κήπο ή τις γλάστρες σας νωρίς το πρωί ή το βράδυ, όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη και επομένως η απώλεια νερού λόγω της εξάτμισης λιγότερη. Ακόμα καλύτερα, εγκαταστήσετε αυτόματο πότισμα.
10. Χρησιμοποιήστε για το πότισμα των λουλουδιών νερό από το πλύσιμο φρούτων, λαχανικών και χόρτων.

Η εξοικονόμηση νερού με αριθμούς

Τα φράγματα είναι τεχνικά έργα που κατασκευάζονται κάθετα στην κοίτη ενός φυσικού ρεύματος για να ανακόψουν τη συνέχεια της ροής με σκοπό την αποθήκευση του νερού για μελλοντική χρησιμοποίηση του.

Τα φράγματα μπορούν να ταξινομηθούν ως ακολούθως:

Ανάλογα με τον σκοπό που εξυπηρετούν
Φράγματα συγκέντρωσης νερού (συγκέντρωση νερού σε επιφανειακούς ταμιευτήρες).
Φράγματα εκτροπής: Μόνιμα ή προσωρινά (εκτροπή της ροής του νερού είτε για διευθέτηση είτε για εκτέλεση εργασιών εν ξηρώ).
Φράγματα ανάσχεσης (ανάσχεση της ορμής είτε για μείωση της διάβρωσης είτε για τεχνητό εμπλουτισμό).
Φράγματα ρύθμισης (έλεγχος και πρόβλεψη πλημμυρών).

Ανάλογα με τον σκοπό εκμετάλλευσης
1. Φράγματα απλής σκοπιμότητας
Υδροηλεκτρικά
Αρδευτικά
Υδρευτικά
Αντιπλημμυρικά
Ανασχετικά
2. Διπλής σκοπιμότητας
Συνδυασμός των προηγούμενων ανά δύο
3. Πολλαπλής σκοπιμότητας
Συνδυασμός των προηγούμενων ανά τρία ή περισσότερα

Ανάλογα με το ύψος
Χαμηλά με ύψος 6-30 m
Ψηλά με ύψος > 30 m

Τα φράγματα είναι από τα πρώτα τεχνολογικά επιτεύγματα του ανθρώπου, αφού οι πρώτες κατασκευές ανάγονται στα προϊστορικά χρόνια. Από τα παλιότερα φράγματα αναφέρονται, το φράγμα στον ποταμό Ιορδάνη και το φράγμα στον ποταμό Τίγρη. Στα 4.000 π.Χ κατασκευάστηκε στην Αίγυπτο φράγμα στον ποταμό Νείλο που διατηρήθηκε 4.500 χρόνια περίπου. Στα νεώτερα χρόνια σπουδαίο θεωρήθηκε το φράγμα PUENTES στην Ισπανία, που έγινε στα 1755 και καταστράφηκε το 1891.

Τα φράγματα είναι έργα δαπανηρά, παρουσιάζουν όμως μακροπρόθεσμα μεγάλα οικονομικά οφέλη και για τον λόγο αυτό επιδιώκεται η κατασκευή τους.

Η κατασκευή ενός φράγματος, ανάλογα με τον σκοπό που πρόκειται να εξυπηρετήσει, μελετάται και βρίσκεται τόσο ο καλύτερος τύπος φράγματος όσο και οι απαιτούμενες διαστάσεις του. Τα φράγματα είναι έργα ιδιόμορφα, γιατί είναι δυνατόν να τυποποιηθούν και να εφαρμόζονται επανειλημμένα. Κάθε φράγμα έχει τη δική του λειτουργία, τους δικούς του φυσικούς παράγοντες και το δικό του φυσικό περιβάλλον, που παίζει σπουδαίο ρόλο για την θεμελίωση του.

Απαραίτητα στοιχεία για τον σχεδιασμό και τη διαστασιολόγηση των έργων ενός ταμιευτήρα είναι:
Η μορφολογία της περιοχής.

Τα υδρολογικά στοιχεία: η έκταση της λεκάνης απορροής, η μέση ετήσια απορροή, οι πλημμυρικές παροχές.

Η γεωλογία της περιοχής: στρωματογραφία, τεκτονική, συνθήκες στεγανότητας, υπόγεια ύδατα.
Οι γεωχημικές παράμετροι.

Οι συνθήκες υπεδάφους και τα δίκτυα ροής, κάτω από το φράγμα αλλά και μέσα από αυτό, είναι οι παράμετροι που θα καθορίσουν τον τρόπο θεμελίωσης, τον τρόπο αναχαίτισης των υπόγειων διαφυγών, καθώς και την διάταξη, για την αποτροπή φαινομένων υδραυλικής θραύσης, των φίλτρων στο κατάντες σώμα στήριξης. Χαμηλή σεισμικότητα και υψηλή αντοχή των υλικών κατασκευής επιτρέπουν μεγαλύτερες κλίσεις των πρανών. Η μικρή διαπερατότητα απαιτεί μικρότερο πάχος πυρήνα. Ένα σωστά σχεδιασμένο φράγμα θα πρέπει να αντανακλά τις τοπικές συνθήκες.

Έλεγχοι ευστάθειας

Αίτια που μπορούν να οδηγήσουν σ' ένα αναποτελεσματικό φράγμα είναι
Ανεπαρκής μελέτη των γεωλογικών συνθηκών της περιοχής του φράγματος.
Ανεπιτυχής θεμελίωση, ολίσθηση του φράγματος.
Αστοχία πρανούς.
Υπερχείλιση του νερού πάνω από την στέψη του φράγματος.

Είδη φραγμάτων

Τα φράγματα από κατασκευαστική πλευρά κατατάσσονται σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα

Φράγματα βαρύτητας σκυροδέματος

Στα φράγματα βαρύτητας σκυροδέματος το ίδιο το βάρος του φράγματος εξασφαλίζει την παραλαβή των δυνάμεων ολίσθησης και ανατροπής που εξασκεί σ' αυτά το νερό. Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται είναι κυρίως οι υδροστατικές, στην ανάντη και ενδεχόμενα στην κατάντη πλευρά, η δύναμη της άνωσης, το ίδιο βάρος του φράγματος και η δύναμη της τριβής με το έδαφος. Η χάραξη του φράγματος σε οριζοντιογραφία μπορεί να είναι ευθεία γραμμή ή καμπύλη, ανάλογα με την τοπογραφική διαμόρφωση της περιοχής και τις λειτουργικές ανάγκες

Τοξωτά φράγματα

Τα τοξωτά φράγματα κατασκευάζονται συνήθως σε χαράδρες στενού πλάτους των οποίων τα πλευρικά τοιχώματα αποτελούνται από στιβαρό βράχο έτσι ώστε να μεταφέρονται με ασφάλεια σε αυτά οι οριζόντιες δυνάμεις που ασκούνται από το νερό στο φράγμα. Τα φράγματα αυτά έχουν σε κάτοψη τοξοειδή μορφή και εργάζονται σαν αμφίπακτα τόξα.

Αντηριδωτά φράγματα

Τα αντηριδωτά φράγματα είναι ουσιαστικά κούφια φράγματα βαρύτητας που αποτελούνται από πλάκες (επίπεδες ή τοξωτές) από σκυρόδεμα, κεκλιμένες ως την οριζόντιο, οι οποίες στηρίζονται στα δύο άκρα τους σε κατακόρυφες αντηρίδες, τοποθετημένες ανά 15 έως 35 m, και οι οποίες μεταφέρουν με την σειρά τους τις δυνάμεις στο έδαφος. Βασικό πλεονέκτημα τους, ότι απαιτούν περίπου 40% λιγότερο σκυρόδεμα από ένα αντίστοιχο συμπαγές φράγμα σκυροδέματος. Το μειονέκτημα είναι ότι απαιτούν σημαντικά υψηλότερο κόστος εργασίας.

Χωμάτινα φράγματα βαρύτητας

Σαν χωμάτινα χαρακτηρίζονται τα φράγματα που κατασκευάζονται από γαιώδη υλικά. Η μορφή των φραγμάτων αυτών έχει τραπεζοειδή διατομή και στέψη διαμορφωμένη σε δρόμο. Στο κέντρο της διατομής του φράγματος και κατά μήκος του άξονα κατασκευάζεται ένα στρώμα αδιαπέρατο, αποτελούμενο από συμπυκνωμένη καλής ποιότητας άργιλο, που αποτελεί τον λεγόμενο πυρήνα της διατομής.

Από τον πυρήνα και μέχρι ορισμένο βάθος κατασκευάζεται διάφραγμα για την ανακοπή της υπόγειας ροής του νερού. Γύρω από τον πυρήνα τοποθετούνται υλικά όχι απαραίτητα αδιαπέρατα, που διαμορφώνουν το σώμα του φράγματος.

Τα χωμάτινα φράγματα προτιμούνται από τα φράγματα από σκυρόδεμα γιατί δεν απαιτούν άριστη ποιότητα του εδάφους. Τα χωμάτινα φράγματα αποτελούνται από ένα τραπεζοειδή όγκο εδάφους που το βάρος του ισορροπεί την υδροστατική πίεση της λίμνης. Έχουμε έτσι στατική λειτουργία παρόμοια με τα φράγματα βαρύτητας.

Λιθόρριπτα φράγματα

Ένα λιθόρριπτο φράγμα κατασκευάζεται ως ένα ανάχωμα με λίθους διαφόρων μεγεθών που εξασφαλίζουν την σταθερότητα της ανάντη αδιαπέρατης ζώνης.

Στην ίδια κατηγορία κατατάσσονται και τα φράγματα με κεντρικό χωμάτινο αδιαπέρατο πυρήνα με την κύρια διαφορά ότι η κύρια μάζα της επιχωμάτωσης αποτελείται από λίθους.

Οι λίθοι που απαρτίζουν το σώμα στήριξης του φράγματος πρέπει να έχουν γωνίες (ακανόνιστο σχήμα), δηλ. να προέρχονται από λατομείο. Στην ιδανική περίπτωση οι λίθοι πρέπει να είναι ομοιόμορφου μεγέθους και να μη περιέχονται χαλίκια ή λεπτότεροι κόκκοι γιατί τα υλικά αυτά θα υποχωρήσουν μεταξύ των λίθων μεγαλύτερου μεγέθους με αποτέλεσμα την αστάθεια όλης της κατασκευής. Συνήθως η λιθορριπή τοποθετείται κατά στρώσεις, κάθε μία πάχους της τάξεως του 1m, και κάθε μία συμπιέζεται με δονητή.