Παρουσίαση/Προβολή

Περιεχόμενο μαθήματος

Μορφολογία ποταμών: Διαφορές μεταξύ τεχνητών και φυσικών ανοικτών αγωγών. Μόνιμη δίαιτα ποταμών. Σχηματισμός ποταμού. Μαιανδρισμός. Γεωμετρία μαιάνδρων. Ρους ενός ποταμού. Χείμαρροι, υδατορεύματα, κανάλια, κ.λπ.

Φερτά υλικά: Βασικές έννοιες. Αιωρούμενα φερτά υλικά σε ποταμούς. Πυθμενικά φερτά υλικά σε ποταμούς. Φερτές ύλες σε λεκάνες απορροής. Φερτές ύλες σε ταμιευτήρες. Στερεομεταφορά. Στερεοπαροχή. Δεβριτική ροή.   

Διάβρωση: Διακίνηση και στερεομεταφορά φερτών υλών. Φάση Απόσπασης. Φάση μεταφοράς. Μορφές Διάβρωσης. Παράγοντες επιρροής επίγειας διάβρωσης. Μοντελοποίηση διάβρωσης. Στοχαστικές μέθοδοι. Προσδιοριστικές μέθοδοι. Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης. Μέθοδοι (Μ)USLE, Gavrilovič, Kronfellner–Kraus. Απερήμωση. Αποθέσεις – Προσχώσεις. Υποσκαφή σε έργα.

Υδραυλικοί υπολογισμοί φυσικών ανοικτών αγωγών: Νόμοι ροής. Μέτρο τραχύτητας. Βλάστηση. Τοιχώματα με διαφορετική τραχύτητα. Χωρισμός σύνθετης διατομής. Προσεγγιστικός υπολογισμός της ελεύθερης επιφάνειας. Υπερχείλιση. Μεταβολές της διατομής. Δευτερεύουσες ροές.

Πλημμύρα: πλημμυρικά φαινόμενα, φυσικές διεργασίες, παροχή αιχμής, υδρογράφημα, ολικός όγκος απορροής, πλημμυρικές αιχμές, πλημμύρα σχεδιασμού, διόδευση υδρογραφήμαος πλημμύρας, μέθοδος Muskingum, κινηματικό κύμα, επιφάνειες αποστράγγισης. Μαθηματικά ομοιώματα. Αριθμητικά μοντέλα. Σχήματα αριθμητικής επίλυσης. Μοντέλα προσομοίωσης 1D-2D. Εξισώσεις Saint-Venant, Εξισώσεις Ρηχών Νερών. Παραδείγματα εφαρμογών, HEC-RAS, κ.λπ.

Διευθέτηση ποταμών και υδατορευμάτων: Χάραξη της οριζοντιογραφίας ποταμού και υδατορέματος. Διάκριση της διευθέτησης ανάλογα με τη στάθμη του νερού. Σύγχρονες τάσεις στη διευθέτηση ποταμών. Σχεδιασμός της διατομής ποταμού και υδατορεύματος.

Τεχνικά έργα διευθέτησης: Υλικά έργων διευθέτησης. Έργα προστασίας πρανών. Έργα διευθέτησης και καθοδήγησης του κυρίου ρεύματος. Έργα σταθεροποίησης πυθμένα. Συντμήσεις. Αντιπλημμυρικά έργα.

Τεχνικά έργα σε ποτάμια συστήματα: Βάθρα γεφυρών. Αναβαθμοί. Ράμπες. Αναχώματα. Μικρά Φράγματα. Φυτοτεχνικό υλικά για έργα προστασίας. Φυτοκάλυψη. Λύσεις βασισμένες στη φύση.

Μαθησιακοί στόχοι

Η διδασκαλία του μαθήματος αποσκοπεί:

• στην απόκτηση γνώσεων σχετικών με τον υπολογισμό τεχνικών χαρακτηριστικών ροής σε υδραυλικά προβλήματα ποτάμιων νερών και έχουν επιχειρησιακή σημασία στη μελέτη Υδραυλικών Έργων,
• στην εξοικείωση των φοιτητών με τη χρήση υδραυλικών υπολογισμών σε τεχνικά θέματα διευθέτησης χειμάρρων και ανοιχτών αγωγών,
• στην κατανόηση βασικών στοιχείων της ποτάμιας υδραυλικής, βασικών εξισώσεων και προσεγγίσεων επίλυσης προβλημάτων της υδραυλικής ανοιχτών (τεχνητών και φυσικών) αγωγών και των μεθόδων προσομοίωσης πλημμύρας από ποτάμια, του τρόπου μαθηματικής περιγραφής, ανάλυσης και επίλυσης προβλημάτων υδραυλικής για μονοδιάστατες ροές με ελεύθερη επιφάνεια σε ποτάμια συστήματα.
• στην αναγνώριση βασικών αρχών χρήσης ομοιωμάτων σε εφαρμογές Πολιτικού Μηχανικού σε θέματα διαχείρισης ποταμών,
• στη χρήση υπολογιστικών εργαλείων και μεθόδων για διαφορετικές εφαρμογές (επίλυση προβλημάτων Πολιτικού Μηχανικού, διαχείριση, ανάλυση και γραφική αναπαράσταση δεδομένων).

Μετά την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος ο/η φοιτητής/ρια θα πρέπει να έχει τις ικανότητες:

• να συντάσσει τεχνικές μελέτες σε θέματα διαχείρισης, αποκατάστασης και διευθέτησης χειμάρρων, ανοιχτών αγωγών, ποτάμιων συστημάτων κ.λπ.
• να είναι όσο το δυνατό καλύτερα προετοιμασμένος/η για την εκπόνηση Διπλωματικών Εργασιών και μεταπτυχιακών σπουδών που συμπεριλαμβάνουν την ανάπτυξη, χρήση και εφαρμογή μοντέλων σχετικά με την Ποτάμια Υδραυλική για προβλήματα που αφορούν την επιστήμη του Πολιτικού Μηχανικού.

Μετά την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος ο/η φοιτητής/ρια αποκτά τις δεξιότητες:

• να εφαρμόζει είτε στη συνέχεια των σπουδών του είτε επαγγελματικά, τις γνώσεις και τις ικανότητες που αναφέρονται προηγούμενα.

Προαπαιτούμενα

Οι φοιτητές που θα παρακολουθήσουν το μάθημα θα πρέπει να κατέχουν βασικές γνώσεις Μηχανικής Ρευστών και Υδραυλικής (ανοιχτών αγωγών). Οι φοιτητές που παρακολουθούν το μάθημα έχουν ήδη διδαχθεί τα ανάλογα υποχρεωτικά μαθήματα του Τομέα Υδραυλικών Έργων του Τμ. Πολιτικών Μηχανικών ΔΠΘ.

Οργάνωση του μαθήματος

Θα γίνει εκτενής διδασκαλία θεωρίας με αναφορά σε πρακτικές εφαρμογές και ασκήσεις σε εκείνα τα κεφάλαια που επιβάλλεται. Οι διαλέξεις θα γίνουν με τη χρήση λογισμικού προβολής διαφανειών σε Η/Υ και projector. Θα γίνεται χρήση αρχείων πολυμέσων, εικόνων, και βίντεο, με ταυτόχρονη αναζήτηση πληροφοριών στο διαδίκτυο.

Θα διεξάγεται επίσης επίλυση αποριών των φοιτητών κάθε εβδομάδα:

• κάθε Τετάρτη 10:00-13:00 στο γραφείο του Διδάσκοντα Χρ. Μακρή (Γραφείο Γ-Α.6.1, Κτίριο Β’, Ισόγειο ΤΥΕ, ΔΠΘ).
• κάθε Πέμπτη 10:00-12:00 στο γραφείο του Διδάσκοντα Ι. Αικατερίνη (Γραφείο Γ-Α.5.2, Κτίριο Β’, Ισόγειο ΤΥΕ, ΔΠΘ).

Οι τρόποι εξέτασης και βαθμολόγησης θα είναι η τελική προφορική εξέταση με παρουσίαση των αποτελεσμάτων της εργασίας (θέματος) εξαμήνου (70%) και γραπτή εξέταση επίλυσης προβλημάτων (30%). Η βαθμολογία θα είναι με άριστα το 10.

Μέθοδοι διδασκαλίας

Θα γίνει χρήση διαφανειών PowerPoint με οπτικό υλικό (εικόνες και βίντεο) για την παρουσίαση της θεωρίας, των πρακτικών εφαρμογών και των ασκήσεων.

Θα γίνει χρήση του «ελεύθερα» διατιθέμενου Ηλεκτρονικού Ακαδημαϊκού Συγγράμματος:

Χρυσάνθου, Β. (2015). Ποτάμια υδραυλική και τεχνικά έργα [Προπτυχιακό εγχειρίδιο]. Κάλλιπος, Ανοικτές Ακαδημαϊκές Εκδόσεις. https://dx.doi.org/10.57713/kallipos-493

Θα γίνει χρήση της πλατφόρμας e-class (https://eclass.duth.gr/courses/ENG110/) του ΔΠΘ καθώς και αποθετηρίου GoogleDrive του διδάσκοντα για την ελεύθερη διακίνηση πληροφοριών, ανακοινώσεων σχετικά με το μάθημα και την ανάρτηση αποριών από τους φοιτητές και σχετικών απαντήσεων από τον διδάσκοντα.

Βιβλιογραφία

5.1) Βασική Βιβλιογραφία

Πρωτότυπη ελληνική διαθέσιμη από ΕΥΔΟΞΟ

Βιβλίο [22771790]: Υδατικοί πόροι : I, Τσακίρης Γ.

Βιβλίο [122081302]: Μηχανική των Ποταμών, Τσόγκας Χρήστος Ερ.

Ελεύθερα διαθέσιμα σε μορφή pdf:

Βιβλίο [59303548]: ΠΟΤΑΜΙΑ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ, ΒΛΑΣΙΟΣ ΧΡΥΣΑΝΘΟΥ

Χρυσάνθου, Β. (2015). Ποτάμια υδραυλική και τεχνικά έργα [Προπτυχιακό εγχειρίδιο]. Κάλλιπος, Ανοικτές Ακαδημαϊκές Εκδόσεις. https://dx.doi.org/10.57713/kallipos-493

5.2) Βοηθητική Ξενόγλωσση Βιβλιογραφία

Chanson, H. (2004). Hydraulics of open channel flow. Elsevier.

Chaudhry, M. H. (2008). Open-channel flow (Vol. 523). New York: Springer.

John Fenton (2008). River hydraulics. Notes

John Fenton (2011). River Engineering, Institute of Hydraulic and Water Resources Engineering, Vienna University of Technology

Julien, P. Y. (2018). River mechanics. Cambridge University Press.

Μέθοδοι αξιολόγησης

- Θέμα/Εργασία 70%

ορθότητα/πληρότητα υπολογισμών 40% + κατανόηση εννοιών 20% + πρωτοτυπία υπολογισμών 10%

- Γραπτή εξέταση 30%

Αναλυτικός χρονικός προγραμματισμός του μαθήματος σε επίπεδο εβδομάδας

1^η Εβδομάδα:

Γνωριμία με φοιτητές. Επεξήγηση της οργάνωσης του μαθήματος (θεωρίας, πρακτικών εφαρμογών, ασκήσεων και εργασιών). Καθορισμός τρόπων επικοινωνίας για διορθώσεις θέματος και επίλυση αποριών. Καθορισμός τρόπου εξέτασης και βαθμολόγησης μαθήματος. Καθορισμός προαπαιτούμενων γνώσεων και ύλη για την οποία απαιτείται επανάληψη. Εξοικείωση φοιτητών με το format του υλικού διδασκαλίας και εργασίας. Εισαγωγή στο υλικό διδασκαλίας. Παρουσίαση περιβάλλοντος e-Class. Σύντομη παρουσίαση (τίτλοι και περιγραφή) της διδακτέας ύλης. Πρώτη εξοικείωση με την ορολογία του μαθήματος. Μοίρασμα σημειώσεων και βιβλιογραφίας σε μορφές pdf. Προγραμματισμός έναντι απωλειών διδακτικών ωρών σε σχέση με αργίες κ.λπ.

Ανακεφαλαίωση/υπενθύμιση βασικών εννοιών Υδραυλικής ανοιχτών αγωγών και Μηχανικής Ρευστών που σχετίζονται με το Ποτάμιο Περιβάλλον. Βασικές έννοιες ποτάμιας υδραυλικής και ορισμοί. Υδατόρευμα ή υδατόρεμα, ρέματα, χείμαρροι, ρυάκια, μη πλεύσιμοι ποταμοί. Διευθέτηση ποταμών και υδατορευμάτων. Εισαγωγή σε εξισώσεις ροής. Εισαγωγή σε 1D και 2D προσεγγίσεις μοντέλων αριθμητικής προσομοίωσης ροής σε ποταμούς. Ομοιόμορφη και Μη Μόνιμη Ροή. Χωροχρονικές κλίμακες εφαρμογής. Εισαγωγή σε θέματα πλημμυρών. Οδηγίες ΕΕ και σχετική Νομοθεσία. Υδρολογικός κύκλος (κύκλος του νερού).

2^η Εβδομάδα:

Μορφολογία ποταμών. Υδρολογικά χαρακτηριστικά: λεκάνη απορροής, υδρογραφικό δίκτυο, χρόνος συγκέντρωσης. Γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά: δίαιτα ποταμού, σχηματισμός κοίτης, μαιανδρισμός, μορφές και παράγοντες μαιάνδρου. Ρους ποταμού, εκβολή ποταμού. Τεχνητοί και φυσικοί ανοικτοί αγωγοί. Μόνιμη δίαιτα ποταμών. Διατομή ποταμού. Ρους ποταμού. Μορφολογική εξέλιξη κοίτης. Υδραυλικά χαρακτηριστικά: διατομή ποταμού, υδραυλικά μεγέθη. Μέση Κλίση. Οριακές Κλίσεις και εξισώσεις υπολογισμού. Διατομές ποταμών/υδατορευμάτων. Τραχύτητα πυθμένα.

3^η Εβδομάδα:

Χειμαρρικά Ρεύματα. Ποταμοί και Χείμαρροι. Φερτές ύλες. Λεκάνη απορροής. Διαχωρισμός μερών λεκανών. Ριπίδιο, Δέλτα, Κοίτη, Εκβολή, Εστουάρα – Ποταμόκολπος, Ορεινή λεκάνη. Κλίσεις λεκάνης απορροής και κεντρικής κοίτης. Πυθμένας. Κοκκομετρία. Φερτές ύλες. Στερεά υλικά. Υδρογραφικά δίκτυα ή δίκτυα απορροής/στράγγισης. Υδρογραφικά χαρακτηριστικά λεκανών απορροής. Νόμος Horton. Χειμαρρικότητα. Δίαιτα νερού/ποταμού.

4^η Εβδομάδα:

Εξίσωση ενέργειας. Σύνθετη διατομή ποταμού. Υπολογισμός παροχής. Διαφοροποίηση ποταμών με τεχνητούς (ανοιχτούς) αγωγούς. Άσκηση προσδιορισμού συντελεστή διόρθωσης. Λεκάνη απορροής. Ορισμοί: κανάλι, υδατόρευμα, αποδέκτης, υδροκρίτης, ποταμός, ρυάκι, παραπόταμος, διώρυγα, νεροσυρμή, αδιάλειπτη και διαλείπουσα ροή, χαντάκι, χείμαρρος, αυλάκι, μέθοδοι προστασίας, φυσιογραφικά χαρακτηριστικά, φυτοκάλυψη και προσανατολισμός λεκάνης, υδρολογική ανάλυση, βροχόπτωση, απορροή, φυσικές διεργασίες, παροχή αιχμής, υδρογράφημα, ολικός όγκος απορροής, πλημμυρικές αιχμές, πλημμύρα σχεδιασμού, διόδευση υδρογραφήμαος πλημμύρας, μέθοδος Muskingum, κινηματικό κύμα, επιφάνειες αποστράγγισης.

5^η Εβδομάδα:

Το νερό στο χώρο των ρευμάτων. Λειψυδρία, Ξηρασία, Πλημμύρα, Απορροή, Παροχή, Μέγιστη/Μέση/Ελάχιστη παροχή, Εξάτμισης, Διείσδυση, Παράγοντες καθορισμού απορροής,  Προσδιορισμός της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής, Προσδιορισμός Απορροής και Παροχής στα χειμαρρικά ρεύματα, Εξισώσει και αναλυτικοί υπολογισμοί, Ροή νερού στις κοίτες των χειμαρρικών ρευμάτων, Υπερκρίσιμη (χειμαρρώδης) και υποκρίσιμη (ποτάμια) ροή, υδραυλικό άλμα, ταχύτητα ροής, Τύπος Manning – Strickler, Ροή του νερού σε διευθετημένες κοίτες χειμαρρικών ρευμάτων, Επίδραση υπερχειλιστών, Ορθογωνικός διάρρους, Τραπεζοειδής διάρρους, Τριγωνικός διάρρους, Υδατοχετοί, Οπές, Παροχή υπόγειου υδροφόρου στρώματος, Πηγές.

6^η Εβδομάδα:

Υδραυλική Υδατορευμάτων. Μοντέλα/Ομοιώματα: φυσικά, εμπειρικά/αναλυτικά, εργαστηριακά, μαθηματικά/αριθμητικά/υπολογιστικά, υβριδικά. Δεδομένα, εισαγωγής, γεωμετρία καναλιών, στοιχεία φερτών υλών, βαθμονόμηση, αξιολόγηση. Εξισώσεις 1D-2D, Τύπος του Manning, Τύπος του Chezy, Τύπος των Darcy – Weisbach, Διάγραμμα Moody, υδατορρεύματα με κινητό πυθμένα, ιδιότητες φερτών υλών, κοκκομετρία, ταχύτητα καθίζησης, Ειδικό βάρος, Πορώδες, Δυναμικό ιξώδες, Έναρξη κίνησης κόκκων, μορφοδυναμική πυθμένα, Αντίσταση στη ροή, Φυσικά Ομοιώματα.

7^η Εβδομάδα:

Επίδειξη θέματος. Υδραυλικοί υπολογισμοί. Προϋπολογισμοί τεχνικών έργων. Σχέδια. Μηκοτομές. Σύνταξη φύλλου υπολογισμών σε Excel.

8^η Εβδομάδα:

Μεταφορά φερτών υλών. Παραπυθμένια μεταφορά ή στερεομεταφορά. Τρόποι μεταφοράς φερτών υλών. Κανονική ροή. Ενδιάμεση ή δεβριτική ροή. Λασποροή. Στερεοπαροχή. Παραπυθμένια μεταφορά φερτών υλών σε πεδινές κοίτες. Κίνηση μεμονωμένου υλικού σε κινητό πυθμένα. Κύλιση, Ολίσθηση ή σύρση, Πήδηση, Αιώρηση. Στερεομεταφορική ικανότητα και στερεοπαροχή. Εξίσωση στερεοπαροχής των Meyer – Peter και Müller. Προσδιορισμός της στερεοπαροχής στις ορεινές κοίτες. Συντελεστής Στερεοχειμαρρικότητας. Χειμαρρικά ρεύματα και αιωρομεταφορά. Μέτρηση της αιωροσυγκέντρωσης. Προσδιορισμός της αιωροπαροχής. Μαζική μεταφορά. Συγκρότηση της χειμαρρολάβας. Εκτίμηση της χεραδικής επικινδυνότητας. Θολή ή πυκνή μεταφορά.

9^η Εβδομάδα:

Διαβρώσεις – Προσχώσεις. Γενικοί Ορισμοί. Κανονική και επιταχυνόμενη γενική διάβρωση και υποβάθμιση. Γεωγραφικά συστήματα γενικής διάβρωσης των ορεινών λεκανών απορροής. Διακίνηση και (στερεο-)μεταφορά φερτών υλών. Διάβρωση – Επιδράσεις. Φάση Απόσπασης. Φάση μεταφοράς. Μορφές Διάβρωσης. Παράγοντες επιρροής επίγειας διάβρωσης. Μοντελοποίηση της διάβρωσης. Στοχαστικές μέθοδοι. Προσδιοριστικές μέθοδοι. Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης. Μοντέλα πρόβλεψης εδαφικής διάβρωσης. Μέθοδος (Μ)USLE. Μέθοδος Gavrilovič. Μέθοδος του Kronfellner – Kraus ή του μέγιστου δυνατού στερεοφορτίου. Απερήμωση. Αποθέσεις – Προσχώσεις.

10^η Εβδομάδα:

Κίνηση φερτών υλών σε κοίτη. Ορισμοί. Παραγωγή φερτών υλών. Συρτική τάση. Ταχύτητα ροής. Χαρακτηριστικά φερτών υλών. Σχήμα σωματιδίων. Ταχύτητα καθίζησης. Χαρακτηριστικά ροής. Κατάταξη φερτών υλών υδατορευμάτων. Μορφές στερεομεταφοράς. Μεταφορά με σύρση. Μέθοδοι. Εξίσωση Rouse. Προσέγγιση των Lane και Kalinske. Εξισώσεις Einstein. Εξίσωση Brooks. Προσέγγιση Chang Simons and Richardson. Συνολική στερεομεταφορά – Ολικό φορτίο. Εξισώσεις Στερεομεταφοράς. Μορφές στερεομεταφοράς. Ποσοτικές εκτιμήσεις φερτών υλών. Μηχανισμοί Διάβρωσης. Παράγοντες διάβρωσης. Ποσοτική εκτίμηση εδαφικής απώλειας. Εκτίμηση στερεοαπορροής από μετρήσεις στερεοπαροχής. Παραδείγματα μορφών διάβρωσης.

11^η Εβδομάδα:  

Συνέχεια θέματος. Διαστασιολόγηση λεκάνης ηρεμίας – Υποσκαφή.

12^η Εβδομάδα:

Τεχνικά έργα διευθέτησης. Κατευθυντήριες αρχές των τεχνικών έργων. Υλικά έργων διευθέτησης. Έργα προστασίας πρανών. Προστασία πόδα, λιθορριπή, λειτουργία φίλτρου, συρματοκιβώτια, παράλληλα έργα και εγκάρσια έργα ή πρόβολοι. Έργα διευθέτησης και καθοδήγησης του κύριου ρεύματος. Έργα σταθεροποίησης του πυθμένα. Συντμήσεις. Αντιπλημμυρικά έργα. Ανάσχεση πλημμύρας. Αναχώματα. Διευθετήσεις χειμάρρων και Υδραυλικά Έργα. Δομή των υλικών. Ανόργανα Υλικά. Φυτοτεχνικό Υλικό. Σκυρόδεμα. Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα. Γεωκιβώτια. Λιθορριπές – Φυσικοί Ογκόλιθοι. Κυβόλιθοι. Τύποι Γεωσυνθετικών, αντιδιαβρωτικοί τάπητες, Γεωσωλήνες. Έργα Διευθέτησης Ποταμών. Αναβαθμοί. Έργα Ελέγχου Φερτών Υλών. Μορφές Αποθέσεων. Κατακράτηση φερτών υλών. Φυτοκάλυψη. Βλάστηση.

13^η Εβδομάδα:  

Απόθεση φερτών υλών. Εσωτερικές αποθέσεις στις κοίτες των χειμαρρικών ρευμάτων. Αποθέσεις των χειμαρρικών ρευμάτων στα αλλουβιακά ριπίδια. Κώνοι πρόσχωσης μικρών χειμαρρικών ρευμάτων με στερεομεταφορά. Κώνοι πρόσχωσης σε ρεύματα με μαζική μεταφορά (Χέραδοι). Αποθέσεις στην κοίτη αναμετακίνησης και στην κοίτη εκβολής. Αποθέσεις στα δέλτα των ρευμάτων. Περιοχή ποτάμιας διαμόρφωσης. Περιοχή εκβολής. Περιοχή κατάντη της εκβολής. Αποθέσεις ή προσχώσεις στα ανάντη φραγμάτων. Αποθέσεις σε τεχνητές λίμνες (ταμιευτήρες).