Identyfikacja, kalibracja i walidacja hydrodynamicznego modelu systemu odwadniającego tereny miejskie na przykładzie Wrocławia

• Autorzy: Nowakowska M. , Kaźmierczak B. , Kotowski A. , Wartalska K.

Warianty tytułu

EN

Identification, calibration and validation of hydrodynamic model of urban drainage system in the example of the city of Wroclaw

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Modelowanie działania systemów kanalizacyjnych w Polsce jest rzadko stosowane, głównie z braku niezbędnych baz danych wyjściowych, jak też wciąż rozwijanych podstaw metodycznych. W pracy dokonano uściślenia metody modelowania matematycznego odwodnień terenów w programie SWMM (storm water management model), na przykładzie badań skanalizowanej zlewni deszczowej Wrocławia. Opracowano kryteria wyboru pilotowej zlewni do badań, a także zasady tworzenia lokalnych baz danych o opadach atmosferycznych i pomiarach strumieni ścieków w kolektorach kanalizacyjnych, które powinny obejmować minimum dwa lata pomiarów. Zaproponowano nowe zasady identyfikacji parametrów hydrologicznych i hydraulicznych modeli hydrodynamicznych w toku ich kalibracji i walidacji, przy uwzględnieniu opadów kryterialnych do wymiarowania i sprawdzania przeciążeń kanalizacji. Do oceny jakości modeli zaproponowano kryteria statystyczne, służące do porównywania wyników symulacji strumienia wód deszczowych (Q) i objętości spływu (V) opadu efektywnego z wynikami pomiarów. Zaprezentowane wyniki badań mają w części metodycznej charakter uniwersalny i znajdują zastosowanie do identyfikacji, kalibracji i walidacji hydrodynamicznych modeli typu opad-odpływ (nie tylko we Wrocławiu). Zaproponowano, aby identyfikacja parametrów hydrologicznych i hydraulicznych modeli skanalizowanych zlewni deszczowych w oprogramowaniu SWMM odbywała się z uwzględnieniem czasoprzestrzennych zmian wysokości deszczów (np. w programie Surfer).

EN

Sewerage system operation modeling is rarely applied in Poland, mainly due to lack of necessary input databases as well as methodological basis still under development. In the paper, land drainage mathematical modeling using SWMM (Storm Water Management Model) software was revised, based on the example of stormwater catchment and its drainage system for the city of Wroclaw. Research pilot catchment selection criteria were developed as well as principles of local database creation for rainfall events and wastewater stream measurements from sewage collectors over a minimum 2-year period. New rules of hydrological and hydraulic parameter identification were proposed for hydrodynamic models during their calibration and validation, taking into account rainfalls for sewage system sizing and overload verification. Statistical criteria were proposed for model quality evaluation, usually employed to compare simulation results of the stormwater runoff flow rate (Q) and runoff volume (V) for the effective precipitation with the measurement data. The methodical aspect of the results presented is of a universal nature. Thus the results can be applied for identification, calibration and validation of hydrodynamic precipitation-runoff models (also outside Wroclaw). It was proposed that parameter identification of hydrological and hydraulic models of stormwater catchments with drainage systems performed using the SWMM software took into account spatiotemporal changes in rainfall intensity (e.g. using Surfer software).

Słowa kluczowe

PL

hydrologia miejska; kanalizacja deszczowa; zlewnia deszczowa; baza danych; modelowanie; Surfer; SWMM

EN

urban hydrology; storm water drainage; stormwater catchment; database; modeling; Surfer; SWMM

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 39, nr 2
• Strony: 51--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nowakowska M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Wodociągów i Kanalizacji, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Kaźmierczak B.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Wodociągów i Kanalizacji, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Kotowski A.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Wodociągów i Kanalizacji, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Wartalska K.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Wodociągów i Kanalizacji, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. PN-EN 752:2008: Zewnętrzne systemy kanalizacyjne (Drain and sewer systems outside buildings). PKN, Warszawa 2008.
• 2. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 18 listopada 2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego. Dziennik Ustaw RP 2014, poz. 1800.
• 3. A. KOTOWSKI: Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenów. Wyd. II. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2015.
• 4. M. NOWAKOWSKA, A. KOTOWSKI, B. KAŹMIERCZAK: Problemy badawcze w modelowaniu hydrodynamicznym odwodnień terenów. Forum Eksploatatora 2012, nr 4, ss. 88–95.
• 5. B. KAŹMIERCZAK, A. KOTOWSKI: Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w modelowaniu hydrodynamicznym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2012.
• 6. M. NOWAKOWSKA: Identyfikacja parametrów hydrologicznych i hydraulicznych zlewni miejskiej w modelowaniu hydrodynamicznym SWMM. Praca doktorska, Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Wrocław 2016.
• 7. M. LEŚNIEWSKI: Modelowanie sieci kanalizacyjnych za pomocą programu SWMM. W: M. KWIETNIEWSKI [red.]: GIS, modelowanie i monitoring w zarządzaniu systemami wodociągowymi i kanalizacyjnymi. PZITS, Warszawa 2005, ss. 185–197.
• 8. L. A. ROSSMAN: Storm Water Management Model. User’s Manual, Version 5.0. United States Environmental Protection Agency, Washington D.C. 2010.
• 9. ASCE: Design & Construction of Urban Stormwater Management Systems. New York 1992.
• 10. W. JAMES: Rules for Responsible Modeling. CHI Publications, Guelph (Ontario) 2003.
• 11. U. K. MAHEEPALA, A. K. TAKYI, B. J. C. PERERA: Hydrological data monitoring for urban stormwater drainage systems. Journal of Hydrology 2001, Vol. 245, pp. 32–47.
• 12. R. MCCUEN, P. JOHNSON, R. RAGAN: Hydrology. Federal Highway Administration, Washington D.C. 1996.
• 13. R. PIT: Infiltration through Disturbed Urban Soils and Compost-Amended Soil Effects on Runoff Quality and Quantity. United States Environmental Protection Agency, Washington D.C. 1999.
• 14. L. A. ROSSMAN: Storm Water Management Model. Quality Assurance Report: Dynamic Wave Flow Routing. United States Environmental Protection Agency, Washington D.C. 2006.
• 15. M. LEŚNIEWSKI: Doświadczenia z budowy modelu matematycznego kanalizacji deszczowej w Abu Zabi. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2013, nr 10, ss. 404–407.
• 16. M. ZAWILSKI, G. SAKSON: Modelowanie spływu ścieków opadowych ze zlewni miejskiej przy wykorzystaniu programu SWMM. Cz. I. Kalibracja modelu. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2010, nr 11, ss. 32–36.
• 17. M. ZAWILSKI, G. SAKSON: Modelowanie spływu ścieków opadowych ze zlewni miejskiej przy wykorzystaniu programu SWMM. Cz. II. Weryfikacja modelu. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2011, nr 9, ss. 321–323.
• 18. B. SZELĄG, Ł. BĄK, J. GÓRSKI: Wpływ charakterystyk opadowych na parametry hydrogramu odpływu ze zlewni zurbanizowanej. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 2014, t. 14, z. 2, ss. 103–114.
• 19. M. MROWIEC: Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Monografia nr 171, Częstochowa 2009.
• 20. M. SKOTNICKI, M. SOWIŃSKI: Weryfikacja metody wyznaczania szerokości hydraulicznej zlewni cząstkowej na przykładzie wybranej zlewni miejskiej. W: M. KWIETNIEWSKI, J. SAWICKI, M. ZAWILSKI [red.]: Współczesne problemy Inżynierii i Ochrony Środowiska. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, seria Inżynieria Środowiska, z. 57, Warszawa 2009.
• 21. I. R. A. GREEN, D. STEPHENSON: Criteria of comparison of single event models. Hydrologie Sciences Journal 1986, Vol. 31, No. 3, pp. 395–411.
• 22. M. OZGA-ZIELIŃSKA, J. BRZEZIŃSKI: Hydrologia stosowana. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1997.
• 23. N. A. ZAGHLOUL: SWMM model and level of discretization. ASCE Journal of the Hydraulics Division 1981, Vol. 107, No. 11, pp. 1535–1545.
• 24. M. ZAWILSKI: Integracja zlewni zurbanizowanej w symulacji spływu ścieków opadowych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2010, nr 6, ss. 28–32.
• 25. M. SKOTNICKI, M. SOWIŃSKI: Wpływ wielkości zlewni wielkości zlewni cząstkowych na charakterystyki odpływu w modelu opad-odpływ. W: J. DZIOPAK, D. SŁYŚ, A. STEC [red.]: Nowoczesne miasta, infrastruktura i środowisko. Wydawnictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2016, ss. 295–304.
• 26. M. NOWAKOWSKA, A. KOTOWSKI: Analiza przemieszczania się opadów deszczowych nad Wrocławiem. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2015, t. 89, nr 5, ss. 179–184.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).