Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκε ένα μοντέλο για την ανάλυση της λειτουργίας υπό πίεση συλλογικών αρδευτικών δικτύων που λειτουργούν με ελεύθερη ζήτηση. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε υλοποιεί την ανάλυση αυτή σε επίπεδο δικτύου προκειμένου να δοθεί μια γενική εικόνα της λειτουργικής επάρκειας του δικτύου και σε επίπεδο υδροστομίου ώστε να εντοπιστούν τα συγκεκριμένα σημεία του δικτύου που παρουσιάζουν προβλήματα. Το μοντέλο αναπτύχθηκε ως ανεξάρτητη εφαρμογή ώστε να υπάρχει η δυνατότητα παρέμβασης σε οποιοδήποτε σημείο της ανάλυσης καθώς επίσης και επέκτασής του με νέες δυνατότητες. Επιπλέον, το μοντέλο αναπτύχθηκε έχοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες που παρουσιάζουν αρκετά από τα υπό πίεση συλλογικά αρδευτικά δίκτυα ελεύθερης ζήτησης στην Ελλάδα (πχ. μεγάλος αριθμός χρηστών ανά υδροληψία, κα) και με στόχο την αρτιότερη διαχείριση των έργων αυτών.
Η λειτουργικότητα του μοντέλου που αναπτύχθηκε εξασφαλίστηκε με τη δημιουργία ενός εύχρηστου και απλού γραφικού περιβάλλοντος διεπαφής με το χρήστη (GUI). Το γραφικό περιβάλλον διεπαφής ακολουθεί το πρότυπο του παραθυρικού περιβάλλοντος ώστε ο χρήστης να αντιμετωπίζει ένα γνώριμο περιβάλλον και εύχρηστο περιβάλλον.
Στο μοντέλο που αναπτύχθηκε δίνεται η δυνατότητα στο χρήστη να επιλέξει μεταξύ διάφορων εξισώσεων για τον υπολογισμό των γραμμικών απωλειών. Οι εξισώσεις που ενσωματώθηκαν ήταν η εξίσωση των Darcy-Weisbach με την εξίσωση των Colebrook-White (DW-CW) για τον υπολογισμό του συντελεστή τραχύτητας, η εξίσωση των Darcy-Weisbach με την σχέση των Swamee και Jain (DW-SJ), η σχέση των Hazen –Williams, η εξίσωση του Darcy με την παράμετρο γ του Bazin, η εξίσωση των Calmon και Lechapt και η εξίσωση του Valiantzas (2008).
Για την εφαρμογή του μοντέλου που αναπτύχθηκε, χρησιμοποιήθηκαν δύο αντιπροσωπευτικά ελληνικά δίκτυα, το δίκτυο των Ιρίων στην Αργολίδα και το δίκτυο των Καλυβίων-Σοχά στο νομό Λακωνίας. Τα δύο αυτά δίκτυα είναι υπό πίεση συλλογικά αρδευτικά δίκτυα που λειτουργούν με ελεύθερη ζήτηση. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση τριών εφαρμογών όπως περιγράφονται στη συνέχεια.
Αρχικά, έγινε διερεύνηση της επίδρασης που έχει στην ανάλυση σε επίπεδο δικτύου και υδροστομίου η επιλογή της εξίσωσης για τον υπολογισμό των γραμμικών απωλειών. Χρησιμοποιήθηκαν οι προαναφερθήσες εξισώσεις για τον υπολογισμό των γραμμικών απωλειών και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αυτά που προέκυψαν από τη χρήση της εξίσωσης των Darcy-Weisbach με την εξίσωση των Colebrook-White για τον υπολογισμό του συντελεστή τραχύτητας. Μεγαλύτερες αποκλίσεις παρουσιάστηκαν όταν οι αγωγοί του δικτύου είχαν μεγαλύτερο συντελεστή τραχύτητας. Επιπλέον, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι για παροχές στην κεφαλή χαμηλότερες της παροχής Clément, όλες οι εξισώσεις που εξετάστηκαν δίνουν παρόμοια αποτελέσματα, ωστόσο για παροχές μεγαλύτερες από την παροχή Clément οι αποκλίσεις αυξάνονταν. Αυτό σημαίνει ότι η εξίσωση που υιοθετείται για τον υπολογισμό των γραμμικών απωλειών θα επηρεάσει την ακρίβεια του μοντέλου των χαρακτηριστικών καμπυλών με δείκτες στην περίπτωση κορεσμένων δικτύων ή δικτύων για τα οποία η παροχή στην κεφαλή του δικτύου έχει διαφοροποιηθεί.
Με το μοντέλο που αναπτύχθηκε, διερευνήθηκε επίσης η επίδραση της εξίσωσης των γραμμικών απωλειών στην ανάλυση της λειτουργίας των δικτύων ελεύθερης ζήτησης σε επίπεδο υδροστομίου. Χρησιμοποιήθηκαν και εδώ οι προαναφερθήσες εξισώσεις για τον υπολογισμό των γραμμικών απωλειών και προέκυψε ότι οι εξισώσεις DW-SJ και Valiantzas (2008) παρουσιάζουν αποτελέσματα κοντά σε αυτά που δίνει η εξίσωση αναφοράς (DW-CW).
Επιπλέον, προτείνεται ένας νέος δείκτης αξιοπιστίας που στοχεύει να αναδείξει όχι μόνο την πιθανότητα ενός υδροστομίου να αποτύχει, αλλά και το εύρος της αποτυχίας αυτής. Έτσι, με τη χρήση του συγκεκριμένου δείκτη αναδεικνύονται τα υδροστόμια του δικτύου με υψηλό διαθέσιμο φορτίο πίεσης, τα οποία έχουν μικρότρη πιθανότητα αποτυχίας κατά την περίοδο αιχμής.
Τέλος, πραγματοποιήθηκε μια ανάλυση ευαισθησίας με το μοντέλο που υλοποιήθηκε, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση της τιμής του συντελεστή γ του Bazin στη χάραξη των χαρακτηριστικών καμπυλών με δείκτες. Από τα αποτελέσματα της ανάλυσης προέκυψε ότι η τιμή του συντελεστή επηρεάζει σημαντικά την ανάλυση για παροχές στην κεφαλή μεγαλύτερες από την παροχή Clément.
Συγκεντρωτικά, στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύχθηκε ένα μοντέλο για την ανάλυση της λειτουργίας συλλογικών αρδευτικών δικτύων ελεύθερης ζήτησης, το οποίο με τις πληροφορίες που παρέχει μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στη διαχείριση των έργων αυτών και στον προγραμματισμό των απαιτούμενων παρεμβάσεων για τον εκσυγχρονισμό της λειτουργίας τους. Επιπλέον, δημιουργήθηκε από μηδενική βάση ένα εργαλείο το οποίο επιτρέπει την παρέμβαση σε οποιοδήποτε σημείο της ανάλυσης αλλά και την επέκτασή του με νέες δυνατότητες προκειμένου να καλύψει μελλοντικές ανάγκες.
In this thesis a model was developed for the operational analysis of under pressure collective irrigation networks operating on- demand. The developed model implements this analysis at network level in order to give an overview of the operational condition of the network and at hydrant level in order to identify the specific parts of the network that present problems in their operation. The model was developed as a standalone application aiming to allow the user’s intervention at any part of the analysis as well as extending the model’s capacities with new features. Furthermore, the model was developed with regard to the specific features of several Greek pressurized collective irrigation networks (e.g. large number of users per abstraction, etc) and in order to improve management of these projects.
The functionality of the developed model was ensured by creating an easy to use and simple graphical user interfaces (GUI). The user is familiar with windows environment of the graphical user interface.
The developed model enables the user to choose between different head losses formulas. The formulas which were incorporated were Darcy-Weisbach equation with Colebrook-White formula for the calculation of the friction factor (DW-CW), Darcy-Weisbach formula with Swamee and Jain (DW-SJ), Hazen-Williams formula, Darcy's formula with the roughness parameter γ of Bazin, Calmon and Lechapt formula and Valiantzas formula (2008).
For the application of the developed model, two Greek representative networks were chosen, the network of Iria at Argolida and the network of Kalyvia-Socha in the prefecture of Laconia. The two networks are collective pressurized irrigation networks operating on- demand. The model developed employed to implement three applications as described below.
Initially, we examined the effect of the head losses formula on the operation analysis at network level. The abovementioned formulas were used to calculate the head losses and the results were compared to those obtained by using the equation of Darcy-Weisbach equation with the Colebrook-White formula for the calculation of the roughness coefficient. Greater deviations were observed for network pipes with greater roughness coefficient. Moreover, for upstream discharges up to the Clément discharge, all the examined formulas gave similar results, however for upstream discharges greater than the Clément discharge the observed deviations were increased. This means that the adopted formula for the calculation of the head losses will affect the accuracy of the indexed characteristic curves in the case of saturated networks or in the case of networks for which the upstream discharge has changed significantly.
The developed model was also used in order to investigate the effect of the adopted formula for the head losses evaluation at hydrant level analysis. The same formulas were examined and the presented results indicate that DW-SJ formula and Valiantzas (2008) formula present results closer to those given by the reference formula (DW-CW).
A new reliability indicator was also suggested that aims to highlight not only the probability of a hydrant to fail, but also the extent of this failure. Thus, the use of the new indicator accentuates the hydrants with high available pressure head, which have lower probability of failure during the peak season.
Finally, a sensitivity analysis was implemented with the developed model, in order to investigate the effect of the value of the γ Bazin’s coefficient on the design of the indexed characteristic curves. The results of the analysis indicate that the coefficient value significantly affects the analysis when the upstream discharges are greater than the Clément discharge.
In a nutshell, in this thesis a model was developed for the operation analysis of collective irrigation networks operating on-demand, at network and at hydrant level. The developed model provides information that contributes significantly to the management of these projects and the planning of the required interventions to modernize their operation. In addition, the developed model was created from scratch as a tool which allows intervention at any point of the analysis and allows also its extension with new capabilities to meet future needs.
