Κατασκευή υπόγειου δικτύου άρδευσης, σε αντικατάσταση του υπάρχοντος επιφανειακού, στις γεωτρήσεις της Τοπικής Κοινότητας Στέρνας

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Στην παρούσα μελέτη περιγράφεται ο σχεδιασμός του υπογείου δικτύου άρδευσης από πλαστικούς σωλήνες, το οποίο θα αντικαταστήσει το εξωτερικό δίκτυο χαλυβδοσωλήνων, των γεωτρήσεων του αγροκτήματος Στέρνας του ΓΟΕΒ.

Αναλύθηκε η υφιστάμενη κατάσταση λειτουργίας που αφορά, την άρδευση των αγρών της περιοχής, στην οποία δικαιοδοσία έχει ο ΓΟΕΒ Ορεστιάδας. Επιχειρήθηκε μία καταγραφή των προβλημάτων που αντιμετωπίζει ο Οργανισμός με το επιφανειακό δίκτυο σωληνώσεων, έγινε μία ποσοτική προσέγγιση του προβλήματος, αναλύθηκε η εφαρμογή υπογείου δικτύου σωληνώσεων και στο τέλος έγινε ποσοτικός προσδιορισμός του έργου σύμφωνα με τις λύσεις που προτείνονται.

2. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ

2.1 Γενικά

Το αγρόκτημα Στέρνας βρίσκεται στο βορειοανατολικό άκρο του Νομού Έβρου και ανήκει διοικητικά στο Δήμο Ορεστιάδας. Η άρδευση των χωραφιών επιτυγχάνεται σήμερα με γεωτρήσεις με εξωτερικό δίκτυο από χαλυβοσωλήνες, από τα υπόγεια ύδατα.

Παρουσιάζονται συχνά και έντονα προβλήματα στην άρδευση των χωραφιών, τα οποία οφείλονται σε σπασίματα των σωλήνων από διερχόμενα οχήματα, κλοπή σωλήνων, διάβρωση λόγω ηλεκτρόλυσης του υλικού.

Η μελέτη αφορά 11 γεωτρήσεις, όπου εξυπηρετούνται 110 περίπου γεωργοί, αρδεύονται συνολικά περίπου 3.650 στρέμματα και οι υφιστάμενοι αγωγοί μεταφοράς πρέπει να αντικατασταθούν.

Το συνολικό μήκος του δικτύου είναι: 14.450 μέτρα.

2.2 Μορφολογία

Η μορφολογία του εδάφους στην περιοχή είναι λοφώδης χωρίς ιδιαίτερες εξάρσεις. Το υψόμετρο στην περιοχή των γεωτρήσεων είναι περίπου +60 μέτρα.

3. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ

3.1 Σημεία στα οποία θα γίνει παρέμβαση

Το παρόν έργο θα εξασφαλίσει τη στεγανότητα του δικτύου, με αντικατάσταση όλων των αγωγών άρδευσης και των παροχών σε κάθε αγροτική έκταση. Σημειώνεται ότι λόγω της παλαιότητας του δικτύου, των συνεχών προβλημάτων λόγω έλλειψης στεγανότητας, της καθυστέρησης που προκαλείται κατά την άρδευση και της ενέργειας που σπαταλείται, η κατασκευή του έργου θεωρείται επιβεβλημένη. Στόχος του έργου είναι η δραστική μείωση των απωλειών λόγω παλαιότητας των αρδευτικών δικτύων. Σημειώνεται δε ότι ο εκσυγχρονισμός του δικτύου άρδευσης δεν οδηγεί σε αύξηση της αντλούμενης ποσότητας υπογείων υδάτων

Η παρέμβαση αφορά τις παρακάτω γεωτρήσεις (η κωδικοποίηση σύμφωνα με τον ΓΟΕΒ ΟΡΕΣΤΙΑΔΑΣ):

Γ- 179 , Γ- 180 , Γ- 181 , Γ- 182 , Γ-215 , Γ- 216 , Γ-217 , Γ-218 , Γ 219 , Γ-220 , Γ- 221 .

3.2 Βασικές αρχές σχεδιασμού

Ο υπό κατασκευή καταθλιπτικός αγωγός σε κάθε γεώτρηση, θα διανέμει το νερό άρδευσης σε όλα τα χωράφια τα οποία είναι «ευθύνης» της γεώτρησης. Η χάραξή του θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν ευθυγραμμισμένη και σε κάποιο ψηλό σημείο θα τοποθετηθεί βαλβίδα αερισμού, ενώ σε κάποιο χαμηλό θα τοποθετηθεί ένας σωλήνας εκκένωσης ο οποίος θα έχει τελικό σημείο ένα κανάλι αποστράγγισης.

Το αντλητικό συγκρότημα που είναι τοποθετημένο σε κάθε γεώτρηση δεν αποτελεί αντικείμενο της μελέτης, ωστόσο τα χαρακτηριστικά του θα μας βοηθήσουν στους υδραυλικούς υπολογισμούς που θα ακολουθήσουν.

3.3 Επιλογή υλικού σχεδιασμού

Η επιλογή διατομής και υλικού γίνεται βάσει τεχνοοικονομικών κριτηρίων με βασικότερα το κόστος κατασκευής και λειτουργίας. Οι επικρατέστεροι αγωγοί που χρησιμοποιούνται στην άρδευση είναι από PVC-U, PEHD, οι χαλύβδινοι και λιγότερο οι χυτοσιδηροί. Παρακάτω αναλύονται τα χαρακτηριστικά τα οποία θα πρέπει να έχει το υλικό το οποίο θα επιλεγεί για την κατασκευή του έργου:

Αντοχή υλικού

Να είναι ανθεκτικό στις πιέσεις λειτουργίας και ικανό στην αντιμετώπιση τυχόν υπερπιέσεων οφειλομένων σε απότομες μεταβολές της παροχής. Η αντοχή του αγωγού να είναι σε θέση να αντιμετωπίσει περιοδικές και μελλοντικές μεταβολές στην λειτουργία του δικτύου.

Επιθυμητή ταχύτητα

Για την καλή ποιότητα του νερού πρέπει η ταχύτητα εντός του αγωγού να βρίσκεται γύρω στα 2 m/s και σε κάθε περίπτωση να μην κατεβαίνει κάτω από τα 0,7 m/s. Μεγαλύτερες ταχύτητες από 3 m/s δεν είναι επιτρεπτές, διότι αυξάνουν δυσανάλογα τις απώλειες τριβών και κατ’ επέκταση το κόστος ενέργειας.

Επιθυμητή παροχή

Η παροχή είναι αλληλένδετη με την ταχύτητα στον τύπο: Q = V * A.

Αντιδιαβρωτική προστασία

Το υλικό του αγωγού είτε πρέπει να είναι ανθεκτικό στη διάβρωση, αλλιώς θα πρέπει με κατάλληλη επεξεργασία να επιτευχθεί η αντοχή αυτή.

Καταλληλότητα σε βάθος χρόνου

Το επιλεχθέν υλικό δεν πρέπει να παρουσιάσει φαινόμενα γήρανσης πριν από 40 χρόνια. Η αντιδιαβρωτική του προστασία πρέπει να διασφαλίζει το παραπάνω όριο. Με βάθος χρόνου νοείτε επίσης η δυνατότητα του προτεινόμενου δικτύου να αντιμετωπίζει παροδικές αλλά και μελλοντικές μεταβολές ως προς την παροχή, την ταχύτητα και την πίεση, χωρίς να απαιτούνται κατασκευαστικές παρεμβάσεις όπως π.χ. τμηματική αντικατάσταση.

Κόστος τοποθέτησης-συντήρησης

Σύμφωνα με τα παραπάνω κριτήρια το κόστος τοποθέτησης πρέπει να είναι το δυνατότερο χαμηλό, ενώ οι εργασίες συντήρησης να γίνονται από το προσωπικό του ΓΟΕΒ Ορεστιάδας.

Το υλικό PVC-U έχει χαμηλές απώλειες τριβών και προσφέρεται σε τμήματα 6 μέτρων, που απαιτεί πολλές συνδέσεις.

Ο σωλήνας PEHD, πολυαιθυλένιο υψηλής αντοχής, προσφέρεται σε υψηλές αντοχές, δεν απαιτεί αντιδιαβρωτική προστασία και πλεονεκτεί στην απορρόφηση του υδραυλικού πλήγματος.

Οι χαλυβοσωλήνες και οι χυτοσιδηροσωλήνες έχουν το πλεονέκτημα της αντοχής σε μεγάλες πιέσεις αλλά και το μειονέκτημα της προσβολής τους από τη διάβρωση. Επίσης, λόγω της ακαμψίας τους, είναι ιδανικοί για τη μετάδοση του υδραυλικού πλήγματος.

Έχοντας υπόψη όλα τα παραπάνω στοιχεία, προτείνεται η τοποθέτηση σωλήνων PEHD.

3.4 Δίκτυο και πίεση λειτουργίας

Η προτεινόμενη χάραξη του δικτύου διαπερνά αγροτικές περιοχές και βρίσκεται ως επί το πλείστον κατά μήκος της υφιστάμενης οδοποιίας. Τα συνήθη τροχοφόρα είναι γεωργικοί ελκυστήρες. Για λόγους ασφαλείας το επιτρεπτό όριο αντοχής ορίζεται στις 10 atm. Δεν απαιτείται διαβάθμιση της διατομής, διότι θα εξυπηρετείται κάθε φορά ένας καταναλωτής. Το μήκος του αγωγού σε κάθε γεώτρηση φαίνεται στα σχέδια και στους υδραυλικούς υπολογισμούς.

3.5 Υδραυλικό πλήγμα

Οι απότομες αλλαγές στα υδραυλικά χαρακτηριστικά του αγωγού, έχουν σαν συνέπεια το υδραυλικό πλήγμα, ένα κυματοειδές φαινόμενο που παράγει πρόσθετη εσωτερική πίεση στον αγωγό με ταχύτητα μετάδοσης α και που υπολογίζεται για τον συγκεκριμένο σωλήνα στα 255 m/s, ταχύτητα που είναι ικανή να επιφέρει επιπρόσθετη πίεση των 5 atm. Προτείνεται η τοποθέτηση ενός πιεσοστάτη στο αντλητικό συγκρότημα, μιας αντιπληγματικής βαλβίδας και ενός αερεξαγωγού στο δίκτυο.

4. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΩΝ ΕΡΓΩΝ

4.1 Καταθλιπτικός αγωγός

Το συνολικό μήκος του δικτύου σε κάθε γεώτρηση διαφέρει, με μέσο όρο τα 1300 μέτρα. Θα τοποθετηθεί σε βάθος 1.00 m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Εγκιβωτίζεται δε σε στρώμα άμμου πάχους 40 εκατοστών, πάνω και κάτω από τον αγωγό. Στο μεγαλύτερο μήκος του, τοποθετείται δίπλα στο έρεισμα του αγροτικού δρόμου και εντός των αγρών.

Επιλέγεται το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας PEHD 3ης γενιάς. Οι αγωγοί αυτοί προσφέρουν τα πλεονεκτήματα της αντοχής σε υψηλές πιέσεις, έχουν μικρό βάρος, έχουν λεία επιφάνεια και επομένως μικρές γραμμικές απώλειες, μπορούν να χρησιμοποιηθούν όλα τα χυτοσιδηρά εξαρτήματα, είναι ανθεκτικοί στην διάβρωση και γενικά έχουν πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής. Οι αγωγοί αυτοί προσφέρονται σε μήκη 6 ή 12 μέτρων. Για την σύνδεση των αγωγών θα προτιμηθούν η μετωπική συγκόλληση κι εξαρτήματα σύνδεσης (φλάντζες, κτλ). Τα υλικά και η διαδικασία σύνδεσης περιγράφεται στα παραρτήματα.

Στις αλλαγές κατευθύνσεων της ροής, λόγω της μεταβολής της ορμής και κυρίως λόγω της υδροστατικής πίεσης αναπτύσσονται δυνάμεις οι οποίες τείνουν να μετακινήσουν τους αγωγούς. Στις θέσεις αυτές προτείνονται αγκυρώσεις (από άοπλο σκυρόδεμα).

4.2 Όργανα ελέγχου και ασφάλειας δικτύου

Προτείνεται στο συγκεκριμένο δίκτυο να τοποθετηθούν τα παρακάτω όργανα ελέγχου, φλαντζωτά και με διάταξη συστολικού εξαρτήματος:

Αερεξαγωγοί

Για την εύρυθμη λειτουργία του δικτύου θα τοποθετηθούν στο τέλος του δικτύου, γεωδαιτικά και υδραυλικά ψηλά. Η διατομή DN 50 επαρκεί, η συντήρηση που απαιτεί είναι ανά χρόνο γι’ αυτό και πριν τον αερεξαγωγό τοποθετείται βαλβίδα φραγής. Η τοποθέτηση του εν λόγω οργάνου θα γίνει εντός φρεατίου.

Διάταξη εκκένωσης

Στα χαμηλά του δικτύου πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα εκκένωσης του δικτύου. Στον αγωγό εκκένωσης πρέπει να επικρατεί ταχύτητα 1,5 m/s, ώστε το «ξέπλυμα» να συμπαρασύρει αποθέσεις. Το σημείο εκκένωσης πρέπει να επιλεγεί προσεκτικά και η διάταξη θα περιλαμβάνει φρεάτιο. Το όργανο φραγής θα είναι σφαιρικός κρουνός.

Αντιπληγματική βαλβίδα

Στην αρχή του δικτύου, έξωθεν του οικίσκου γεώτρησης, μετά τη βαλβίδα αντεπιστροφής, θα τοποθετηθεί αντιπληγματική βαλβίδα, η οποία θα ενεργοποιείται αυτόματα σε περίπτωση υπερπίεσης για την εκτόνωση του δικτύου.

Βαλβίδα αντεπιστροφής

Στην αρχή του δικτύου, έξωθεν του οικίσκου γεώτρησης, μία βαλβίδα αντεπιστροφής στην διατομή του δικτύου, η οποία θα προστατεύει σε περίπτωση επιστροφής του νερού του δικτύου προς την αντλία.

Δικλείδα με ωτίδες

Στη διάταξη εκκένωσης καθώς και σε αλλαγή κατεύθυνσης του δικτύου, θα τοποθετηθεί δικλείδα με ωτίδες η οποία θα συνδέεται στο δίκτυο με χαλύβδινες εξαρμόσεις και θα τοποθετηθεί εντός φρεατίου.

4.3. Παροχή νερού στα χωράφια

Κατά μήκος του δικτύου και κάθε 48 μέτρα θα τοποθετηθεί συστολικό ταυ με παροχή 4’’ η οποία θα οδηγείται εξωτερικά του εδάφους εντός τσιμεντοσωλήνα και θα εγκιβωτίζεται με άμμο. Στο άνω μέρος θα υπάρχει παροχή με δύο στόμια σύνδεσης 3’’ με το δίκτυο των αγροτών και πριν από αυτά διακόπτης φραγής.

Το σχέδιο αυτού του εξαρτήματος επισυνάπτεται. Η διατομή του είναι κοινή για όλο το μήκος του δικτύου σε κάθε γεώτρηση.

4.4. Μηχανή συγκόλλησης για ηλεκτρομούφες

Στη κατασκευή του έργου συμπεριλαμβάνεται η προμήθεια μιας (1) μηχανής συγκόλλησης για ηλεκτρομούφες καθώς και τριακόσια (300) τεμάχια ηλεκτρομούφες DN 160 οι οποίες θα χρησιμεύσουν στον Οργανισμό για την αποκατάσταση πιθανών βλαβών (σπασιμάτων) που θα συμβούν στο μέλλον.

5. ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΔΙΚΤΥΟΥ

Αναλυτικά η διαδρομή του δικτύου καθώς και στοιχεία εκσκαφών για το έργο και για κάθε γεώτρηση φαίνονται παρακάτω σε πίνακα και σε διαγράμματα.

Αναλυτικά για κάθε γεώτρηση ισχύει:

Γεώτρηση Γ179

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 970 μέτρα, 700 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή και 270 μέτρα κάθετα με κατεύθυνση βορρά – νότου. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 250 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ180

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 830 μέτρα, 180 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή και 650 μέτρα με κατεύθυνση νοτιοδυτική. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 200 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ181

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 750 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 150 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ182

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 1150 μέτρα, 630 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή και 520 μέτρα κάθετα με κατεύθυνση βορρά – νότου. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 250 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ215

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 2130 μέτρα, τμήμα 530 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή, άλλο τμήμα νοτιότερα 935 μέτρα κατεύθυνση δύση – ανατολή επίσης και δύο τμήματα κάθετα με κατεύθυνση βορρά – νότου, 325 και 325 μέτρων αντίστοιχα. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 400 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ216

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 1450 μέτρα, τμήμα 870 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή, άλλο τμήμα νοτιότερα 280 μέτρα κατεύθυνση δύση – ανατολή επίσης και ένα τμήμα κάθετο με κατεύθυνση βορρά – νότου, 300 μέτρων. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 300 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ217

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 1060 μέτρα, τμήμα 490 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή και δύο τμήματα κάθετα προς αυτό με κατεύθυνση βορρά – νότου, 320 και 250 μέτρων αντίστοιχα. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 300 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ218

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 2100 μέτρα, τμήμα 860 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή και δύο τμήματα κάθετα προς αυτό με κατεύθυνση βορρά – νότου, 560 και 300 μέτρων αντίστοιχα. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 500 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ219

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 1060 μέτρα, τμήμα 590 μέτρα με κατεύθυνση δύση – ανατολή, άλλο τμήμα 410 μέτρα επίσης με κατεύθυνση δύση – ανατολή νοτιότερα και ένα τμήμα κάθετα προς τα παραπάνω με κατεύθυνση βορρά – νότου, 680 μέτρων αντίστοιχα. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 550 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ220

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 1130 μέτρα, με κατεύθυνση βορειοανατολική – νοτιοδυτική. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 300 στρεμμάτων.

Γεώτρηση Γ221

Το δίκτυο θα έχει συνολικό μήκος 1205 μέτρα, τμήμα 840 μέτρα, με κατεύθυνση βορειοανατολική – νοτιοδυτική και τμήμα 365 μέτρα κάθετο στο παραπάνω με κατεύθυνση βορειοδυτική – νοτιοανατολική. Θα καλύπτει έκταση για άρδευση περίπου 450 στρεμμάτων.

5. ΤΥΠΟΣ ΣΚΑΜΜΑΤΟΣ

Για τον υπολογισμό των προμετρητικών ποσοτήτων, χρησιμοποιήθηκε το τυπικό σκάμμα που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο αγωγός εγκιβωτίζεται σε άμμο, συνολικού πάχους 40 εκατοστών.  Για την προστασία του αγωγού, η άμμος από την κάτω γενέτειρα υπάρχει για 10 εκατοστά, ενώ από την άνω γενέτειρα υπάρχει για άλλα 14 εκατοστά.

Επίσης θεωρούμε ότι η χάραξη είναι δίπλα στην υφιστάμενη αγροτική οδοποιία, παράλληλα αγροτικής καλλιεργήσιμης γης. Η κατάταξη των εκσκαφών είναι 80% γαιώδης και 20% βραχώδης.

Στοιχεία τυπικού σκάμματος:

Βάθος εκσκαφής: 1.00 m

Πλάτος εκσκαφής: 0.60 m

Βάθος επανεπίχωσης με προϊόντα εκσκαφής: 1.00 – 0.40 = 0.60 m

Επιφάνεια άμμου εγκιβωτισμού: (0.60 – 0.40) – (π D^2/4)