4 Υδραυλική των ανοικτών αγωγών 4.1 Εισαγωγή .....................................................................................................96 4.2 Ειδική Ενέργεια ...........................................................................................98 4.2.1 Ροή πάνω από βαθμίδα ....................................................................102 4.2.2 Κρίσιμη Ροή ......................................................................................105 4.3 Μετρήσεις παροχής με τεχνικά έργα ελέγχου ..........................................106 4.4 Η επίδραση της τραχύτητας της κοίτης ....................................................109 4.5 Εξισώσεις ανοιχτών αγωγών .....................................................................111 4.5.1 Προφίλ ταχυτήτων σε ανοιχτούς αγωγούς........................................114 4.6 Μέτρηση της ροής σε φυσικά ρεύματα ....................................................115 4.7 Συμπερασματικές επισημάνσεις ...............................................................119 4.8 Βασικά Σημεία ...........................................................................................121 4.9 Προτεινόμενη βιβλιογραφία .....................................................................122 4.10 Προβλήματα ............................................................................................123 4.11 Περαιτέρω διερεύνηση ...........................................................................124
4.1 Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό, οι αρχές της μηχανικής των ρευστών εφαρμόζονται στην επιφανειακή ροή σε ανοιχτούς αγωγούς, όπως για παράδειγμα στα ποτάμια, στα ρεύματα και στα κανάλια. Από την παρατήρηση της ροής στους ανοιχτούς αγωγούς, αναδεικνύονται πολλά ενδιαφέροντα και σημαντικά ζητήματα. Γιατί η ροή των ποταμών ποικίλλει από βαθιά και ήρεμη σε ρηχή και χειμαρρώδη; Τι καθορίζει το βάθος του νερού σε ένα ποτάμι; Πώς συνδέονται το βάθος του νερού και η παροχή; Πώς η ταχύτητα σε έναν αγωγό μεταβάλλεται, καθώς αυξάνεται η ποσότητα του νερού που μεταφέρει το ρεύμα; Συλλογιστείτε την τελευταία ερώτηση: πώς συνδέονται η ταχύτητα και η παροχή ενός υδατορεύματος; Αποδεικνύεται ότι η απάντηση στο ερώτημα αυτό είναι το κλειδί για τον υπολογισμό του πόσο γρήγορα μια πλημμύρα θα ταξιδέψει προς τα κατάντη μέσα σε μια ποτάμια κοιλάδα. Πρέπει, επίσης, να γνωρίζουμε την ταχύτητα του νερού, αν θέλουμε να εκτιμήσουμε πόσο γρήγορα ένας ρύπος που έχει χυθεί σε ένα ποτάμι κινείται προς το σημείο υδροληψίας του υδραγωγείου μιας πόλης. Ένα παράδειγμα τέτοιου δυστυχήματος συνέβη στις αρχές της δεκαετίας του 1990, όταν ένα βαγόνι που περιείχε επικίνδυνα χημικά εκτροχιάστηκε, με αποτέλεσμα να χυθούν στον ποταμό ανάντη μιας πόλης στην Καλιφόρνια. Ήταν επιτακτική ανάγκη σε αυτή την περίπτωση να γνωρίζουνε πότε έπρεπε να σταματήσει η υδροληψία της πόλης, ώστε να αποφευχθεί η είσοδος του μολυσμένου νερού στο σύστημα ύδρευσης. Αποδεικνύεται ότι, για τα ποτάμια, υπάρχει γενικά μια χρήσιμη σχέση μεταξύ της μέσης ταχύτητας της ροής και της παροχής σε αυτά (Σχ. 4.1). Η σχέση μεταξύ του βάθους του νερού και της παροχής είναι πολύ μεγάλης σημασίας στην υδρολογία. Συχνά χρειάζεται να γνωρίζουμε με ποιόν τρόπο το βάθος του νερού σε ένα κανάλι σχετίζεται με την ποσότητα του νερού που αυτό παροχετεύει. Σε αντίθεση με τους σωλήνες και τα λάστιχα του κήπου, που εξετάσαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο, οι ανοικτοί αγωγοί έχουν ελεύθερη επιφάνεια. Το βάθος του νερού μεταβάλλεται μαζί με τις