Assessment of the risk of flooding in an urbanized area in response to heavy rains: case study of the Warsaw Chopin Airport

Barszcz, Mariusz, Paweł; Baryła, Anna; Stańczyk, Tomasz; Brandyk, Andrzej

doi:10.5604/01.3001.0053.9114

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Assessment of the risk of flooding in an urbanized area in response to heavy rains: case study of the Warsaw Chopin Airport

Autorzy

Barszcz Mariusz, Paweł , Baryła Anna , Stańczyk Tomasz , Brandyk Andrzej

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.9114

Warianty tytułu

Ocena zagrożenia występowania podtopień na obszarze zurbanizowanym w reakcji na nawalne deszcze: studium przypadku Lotniska Chopina w Warszawie

Języki publikacji

Abstrakty

The paper presents the adaptation of the hydrodynamic Storm Water Management Model (SWMM) for the subcatchment area of the Służewiecki Stream in Warsaw, the major part of which is the area of the Chopin Airport. The SWMM model was used for calculating the water outflow from the studied urbanized area in response to rainfall with the probabilities of 20 and 10%, and then to assess the possibility of flooding as a result of rainwater spillage from the Airport drainage system. The scope of the work also comprised assessing the impact of the existing retention tanks at the Airport on the reduction of maximum flows in the Służewiecki Stream channel. Simulations in response to the rainfall event with a probability of 10% have shown that there are locations (sewer manholes) within the airport area where short-term rainwater overflows may potentially occur. Retention of rainwater in tanks and flow control through gate valves have a significant impact on a reduction of flows in the Słuzewiecki Stream, thus reducing the risk of flooding in the studied catchment area.

W artykule przedstawiono adaptację hydrodynamicznego modelu Storm Water Management Model (SWMM) dla zlewni cząstkowej Potoku Służewieckiego w Warszawie, której przeważającą część stanowi teren Lotniska im. Chopina. Model SWMM zastosowano do obliczania odpływu wód z badanego obszaru zurbanizowanego w reakcji na opady deszczu o prawdopodobieństwach wystąpienia 20% i 10%, a następnie do oceny możliwości występowania podtopień w wyniku wylewania się wód deszczowych z systemu odwodnienia Lotniska. Zakres pracy obejmował również ocenę wpływu istniejących zbiorników retencyjnych na terenie lotniska na redukcję przepływów maksymalnych w kanale Potoku Służewieckiego. Symulacje dla opadu o prawdopodobieństwie 10% wykazały, że na terenie lotniska są miejsca (studzienki kanalizacyjne), w których potencjalnie mogą występować krótkotrwałe wylewy wód deszczowych. Retencjonowanie wód deszczowych w zbiornikach i sterowanie przepływami za pomocą zasuw ma duży wpływ na redukcję przepływów w Potoku Służewieckim, a tym samym na zmniejszenie zagrożenia występowania podtopień na obszarze badanej zlewni.

Słowa kluczowe

rainfall urbanized area risk of flooding retention tank SWMM model

opady deszczu obszar zurbanizowany zagrożenie podtopieniami zbiorniki retencyjne model SWMM

Wydawca

Szkoła Główna Służby Pożarniczej

Czasopismo

Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej

Rocznik

2023

Tom

Nr 87

Strony

121--139

Opis fizyczny

Bibliogr. 35 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Barszcz Mariusz, Paweł

Warsaw University of Life Sciences, Institute of Environmental Engineering

autor

Baryła Anna

Warsaw University of Life Sciences, Institute of Environmental Engineering

autor

Stańczyk Tomasz

Warsaw University of Life Sciences, Institute of Environmental Engineering

autor

Brandyk Andrzej

Warsaw University of Life Sciences, Water Centre

Bibliografia

1. Banasik, K., Barszcz, M., Hejduk, L., (2007). Current and perspective flood flow consequences of land use changes in Slużew Creek (Suburb of Warsaw) in: Hamburger Wasserbau-Schriften, Special Aspects of Urban Flood Management, Proceedings COST Session Aquaterra Conference 7-9/02/2007, pp. 3–16.
2. Barszcz, M., (2015). Zastosowanie modelu SWMM do prognozy przepływów prawdopodobnych w zlewni miejskiej (Application of the SWMM model to the forecast of probable flows in an urban catchment). Przegląd Naukowy – Inżynieria I Kształtowanie Środowiska, 69, 24(3), 209–223.
3. Baxter, G., Srisaeng, P., Wild, G., (2019). An assessment of Airport Sustainability: Part 3–Water Management at Copenhagen Airport. Resources, 8(3), 135. https://doi. org/10.3390/resources8030135.
4. Błaszczyk, W., Stamatello, H., Błaszczyk, P., (1983). Kanalizacja (Sewers), Warsaw: Arkady.
5. Bogdanowicz, E., Stachý, J., (1998). Maksymalne opady deszczu w Polsce, charakterystyki projektowe (Maximum of rainfalls in Poland, design characteristics), Materiały badawcze, Seria: Hydrologia i Oceanologia, 23, 85, 1–287.
6. Carvalho, I. de Castro, Calijuri, M.L., Assemany, P.P., Marchado, e Silva M.D.F., Neto, R.F.M., Santiago, A. da Fonseca, Batalha, de Souza M.H., (2013). Sustainable airport environments: A review of water conservation practices in airports. Resources, Conservation and Recycling, 74, 27–36. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2013.02.016.
7. Ciepielowski, A., Dąbkowski, Sz.L., (2006). Metody obliczeń przepływów maksymalnych w małych zlewniach rzecznych (Methods of calculating maximum flows in small river catchments), Bydgoszcz: Projprzemeko.
8. Directive 2007/60/EC of the European Parliament and of the Council on the assessment and management of flood risks of 23 October 2007 (OJ L 288, 06/11/2007).
9. Guan, M., Sillanpää, N., Koivusalo, H., (2015). Modelling and assessment of hydrological changes in a developing urban catchment. Hydrol. Processes, 29, 2880–2894. https:// doi.org/10.1002/hyp.10410.
10. Gutry-Korycka, M., (2007). Odpływ ze zlewni zurbanizowanych (Outflow from urban catchments). Prace i Studia Geograficzne, 38, 37–56.
11. Hall, M.J., (1986). Urban hydrology, London: Elsevier applied science publishers.
12. Hsu, M.H., Chen, S.H., Chang, T.J., (2000). Inundation simulation for urban drainage basin with storm sewer system. J. Hydrol., 234, 21–37. https://doi.org/10.1016/S0022- 1694(00)00237-7.
13. Kotowski, A., (2011). Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenów (Basics of safe dimensioning of land drainage), Warsaw: Seidel-Przywecki.
14. Kuller, M., Dolman, N.J., Vreeburg, J.H.G., Spiller, M., (2017). Scenario analysis of rainwater harvesting and use at large scale – assessment of runoff, storage and economic performance for the case study Amsterdam Airport Schiphol. Urban Water Journal, 14(3), 237–246. https://doi.org/10.1080/1573062X.2015.1086007.
15. Kotowski, A., Kaźmierczak, B., Dancewicz, A., (2010). Modelowanie opadów do wymiarowania kanalizacji (Precipitation modeling for sewer dimensioning), Studia z Zakresu Inżynierii, 68, 1–128.
16. Krebs, G., Kokkonen, T., Valtanen, M., Koivusalo, H., Setala, H., (2013). A high resolution application of a stormwater management model (SWMM) using genetic parameter optimization. Urban Water J., 10, 394–410. https://doi.org/10.1080/157306 2X.2012.739631.
17. Laouacheria, F., Kechida, S., Chabi, M., (2019). Modelling the impact of design rainfall on the urban drainage system by Storm Water Management Model. Journal of Water and Land Development, 40 (I-III), 119–125. https://doi.org/10.2478/jwld-2019-0013.
18. Li, C., Liu, M., Hu, Y., Gong, J., Xu, Y., (2016). Modeling the quality and quantity of runoff in highly urbanized catchment using storm water management model. Pol. J. Environ. Stud., 25, 1573–1581. https://doi.org/10.15244/pjoes/60721.
19. Li, G., Wang, Y., Hong, C., Zhang, Z., Deng, P., (2018). Experimental study on water film thickness of airport cement concreto pavement. Highway Traffic Technol., 35, 8–14.
20. Ling, J., Yang, F., Zhang, J., Li, P., Irfan Uddin MD., Cao T., (2023). Water-film depth assessment for pavements of roads and airport runways: A review. Construction and Building Materials, 392, 132054, p. 15. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132054.
21. Ochoa-Rodriguez, S., Wang, L.-P., Gires, A., Pina, R.D., Reinoso-Rondinel, R., Bruni, G., Ichiba, A., Gaitan, S., Cristiano, E., van Assel, J., Kroll, S., Marlà-Tuyls, D., Tisserand, B., Schertzer, D., Tchiguirinskaia, I., Onof, Ch., Willems, P., ten Veldhuis, M-C., (2015). Impact of spatial and temporal resolution of rainfall inputs on urban hydrodynamic modeling outputs: A multi-catchment investigation. J. Hydrol., 531, 389–407. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.05.035.
22. Ozga-Zielińska, M., Brzeziński, J., (1997). Hydrologia Stosowana (Applied Hydrology), Warsaw: PWN.
23. Park, S.Y., Lee, K.W., Park, I.H., Ha, S.R., (2008). Effect of the aggregation level of surface runoff fields and sewer network for a SWMM simulation. Desalination, 226, 328–337. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.02.115.
24. Peng, J., Ouyang, J., Yu, L., Wu, X., (2020). The model and simulation of low impact development of the sponge airport, China. Water Supply, 20(2), 383–394. https://doi. org/10.2166/ws.2019.170.
25. Peng, J., Wang, Q-q, Yang, X-s., Yu, L., Zhong X., (2022). Application and evaluation of LID facilities in sponge airport, China. Water Science & Technology, 85(3), 756–768. https://doi.org/10.2166/wst.2022.026.
26. Peng, J., Yu, L., Cui, Y., Yuan, X., (2020). Application of SWMM 5.1 in flood simulation of sponge airport facilities. Water Science & Technology, 81(6), 1264–1272. https://doi. org/10.2166/wst.2020.221.
27. Peng, J., Zhao, H., Jie, O., Yu, L., Zhong X., (2023). Parameter sensitivity analysis of SWMM model in an Airport Airfield Area. Water Resources Management. Preprint. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2854747/v1.
28. Rossman, L.A., (2015). Storm Water Management Model. User`s Manual Version 5.1, Cincinnati (OH): National Risk Management Research Laboratory Office of Research and Development U.S. Environmental Protection Agency.
29. Singh, V.P., (1995). Computer Models of Watersheds Hydrology, Littleton: Water Resources Publication.
30. U.S. Environmental Protection Agency (EPA), Storm Water Management Model (SWMM). https://www.epa.gov/water-research/storm-water-management-model-swmm [12.05.2023].
31. Warwick, J.J., Tadepalli, P., (1991). Efficacy of SWMM application. J. Water Resour. Plan. Manage, 117, 352–366. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1991)117:3(352).
32. Water-legal permit issued by the Marshal of the Mazowieckie Voivodeship of 31 May 2017 (decision No. 119/17/PZ.W).
33. World Meteorological Organization, (1994). Guide to hydrological practices, 5th ed., 168. Geneva: WMO.
34. Wu, J.Y., Thompson, J.R., Kolka, R.K., Franz, K.J., Stewart, T.W., (2013). Using the storm water management model to predict urban headwater stream hydrological response to climate and cover change. Hydrol. Earth Syst. Sci., 17, 4743–4758. https://doi. org/10.5194/hess-17-4743-2013.
35. Yang, L., Li, J., Kang, A., Li, S., Feng, P., (2020). The effect of nonstationarity in rainfall on urban flooding based on coupling SWMM and MIKE 21. Water Resources Management, 34, 1535–1551. https://doi.org/10.1007/s11269-020-02522-7.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-033e521e-f085-4fbd-a699-07c86385af9c