Effective Impervious Area Mapping in Modeling Runoff from Urban Catchment

• Autorzy: Mazurkiewicz Karolina , Skotnicki Marcin , Dymaczewski Zbysław

Warianty tytułu

PL

Odwzorowanie efektywnej powierzchni szczelnej w modelowaniu odpływu ze zlewni miejskiej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The publication presents the results of an analysis concerning the impact of the method of an effective impervious area (EIA) mapping in the simulation model on the runoff from urban catchment. The runoff volumes and flood volumes generated by heavy rainfall, causing the runoff from pervious area, were compared. Two EIA mapping variants were taken into account – first one, concerning reduction in imperviousness degree and, second one, directing the runoff from impervious to pervious area. The runoff calculations were made on basis of simulation results in SWMM5. For building the catchment model data of existing catchment with the area of nearly 80 hectares in Bydgoszcz was used. The value of the EIA was estimated on the basis of empirical formulas. The reduction in impervious area connected directly to the storm water sewer system from 40% to 10% of the total impervious area were considered. It has been shown that using the reduction in imperviousness degree for EIA mapping can lead to underestimation of runoff volume. The difference in runoff calculated for analyzed EIA mapping variants increases with the decrease in infiltration capacity of pervious area and is in large part transformed into a flood volume.

PL

W publikacji przedstawiono wyniki analizy wpływu sposobu wprowadzenia danych o efektywnej powierzchni szczelnej (EIA) do modelu symulacyjnego zlewni miejskiej na odpływ. Porównywano objętości odpływu oraz objętości wypływu na powierzchnię terenu generowane przez opad o znacznym natężeniu, skutkujący formowaniem spływu z powierzchni przepuszczalnych. Uwzględniono dwa warianty odwzorowania EIA – redukcję stopnia uszczelnienia i skierowanie spływu z powierzchni szczelnej na przepuszczalną. Obliczenia odpływu wykonano przy użyciu modelu symulacyjnego wykonanego w programie SWMM5. Wykorzystano dane rzeczywistej zlewni miejskiej o powierzchni blisko 80 ha znajdującej się w Bydgoszczy. Wielkość EIA oszacowano na podstawie formuł empirycznych. Rozpatrywano zmniejszenie powierzchni szczelnej podłączonej bezpośrednio do systemu kanalizacyjnego w zakresie od 10% do 40% łącznej powierzchni szczelnej (TIA). Wykazano, że wykorzystanie do odwzorowania EIA redukcji stopnia uszczelnienia może powadzić do zaniżenia objętości obliczonego odpływu. Różnica odpływu obliczonego dla analizowanych wariantów odwzorowania EIA rośnie wraz ze spadkiem zdolności infiltracyjnych powierzchni przepuszczalnych i w znacznej części jest transformowana w wypływ na powierzchnię terenu.

Słowa kluczowe

EN

effective impervious area; hydrodynamic modeling; SWMM5; urban catchment

PL

powierzchnia efektywna szczelna; modelowanie hydrodynamiczne; SWMM5; zlewnia miejska

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2020
• Tom: Tom 22, cz. 1
• Strony: 417--430
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys, tab.

Twórcy

autor

Mazurkiewicz Karolina

• Poznań University of Technology, Poland

autor

Skotnicki Marcin

• Poznań University of Technology, Poland

autor

Dymaczewski Zbysław

• Poznań University of Technology, Poland

Bibliografia

• Alley, W. M., Veenhuis, J. E. (1983). Effective impervious area in urban runoff modeling. Journal of Hydraulic Engineering, 109(2), 313-319.
• Barco, J., Wong, K. M., Stenstrom, M. K. (2008). Automatic Calibration of the U.S. EPA SWMM Model for a Large Urban Catchment. Journal of Hydraulic Engineering, 134(4), 466-474, DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2008) 134:4(466).
• Bermúdez, P. M., Ntegeka, V., Wolfs, V., Willems, P. (2018). Development and comparison of two fast surrogate models for urban pluvial flood simulations. Water Resources Management, 32(8), 2801-2815, DOI: https://doi.org/10.1007/s11269-018-1959-8
• Bogdanowicz, E., Stachý, J. (1998). Maksymalne opady deszczu w Polsce. Warszawa: IMGW.
• Ebrahimian, A., Wilson, B. N., Gulliver, J. S. (2016). Improved methods to estimate the effective impervious area in urban catchments using rainfall-runoff data. Journal of Hydrology 536, 109-118, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.02.023
• Ebrahimian, A., Gulliver, J.S., Wilson, B.N. (2018): Eestimating effective impervious area in urban watersheds using land cover, soil character and asymptotic curve number. Hydrological Sciences Journal, 63(4), 513-526.
• EN 752:2017. Drain and sewer systems outside buildings – Sewer systems management. Warszawa: PKN
• James, W. (2003). Rules for responsible modeling. Ontario: CHI.
• Gulliver, J. S., Ebrahimian, A., Wilson, B. N. (2015). Determination of Effective Impervious Area in Urban Watersheds. Research Project, Final Report 2015-41, Minnesota Department of Transportation Research Services & Library.
• Keifer, C. J., Chu, H. H. (1957). Synthetic rainfall pattern for drainage design. ASCE Journal of the Hydraulics Division 83 (HY4), 1-25.
• Krebs, G., Kokkonen, T., Valtanen, M., Setälä, H., Koivusalo, H. (2014). Spatial resolution considerations for urban hydrological modelling. Journal of Hydrology, 512, 482-497, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.03.013
• Lee, J. G., Heaney, J. P. (2003). Estimation of Urban Imperviousness and its Impacts on Storm Water Systems. Journal of Water Resources Planning and Management, 129(5), 419-426, DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2003)129:5(419)
• Mazurkiewicz, K., Skotnicki, M. (2018). A determination of the synthetic hyetograph parameters for flow capacity assessment concerning stormwater systems. E3S Web of Conferences, 45, 00053 DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20184500053
• Mostrales, D., Sanchez, K., Tudio, R., Malales, V., Ignacio, Ma. T. (2018). GIS-based Estimation of Catchment Basin Parameters and Maximum Discharge Calculation Using Rational Method of Luinab Catchment in Iligan City. Philippine Journal of Science, 147(2), 327-342.
• Niazi, M., Nietch, C., Maghrebi, M., Jackson, N., Bennett, B. R., Tryby, M., Massoudieh, A. (2017). Storm Water Management Model: Performance Review and Gap Analysis. Journal of Sustainable Water in the Built Environment, 3(2), DOI: https://doi.org/10.1061/JSWBAY.0000817
• Nowogoński, I. (2018). Epa SWMM 5.1. Wykorzystanie i rozbudowa modelu sieci Kanalizacyjnej. 2018-04-25. www.iis.uz.zgora.pl/files/SWMM-instr.pdf
• Nowogoński, I. (2020). Low impact development modeling to manage urbanstormwater runoff: case study of Gorzów Wielkopolski. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, 28(3), 105-115, DOI: https://doi.org/10.3846/ jeelm.2020.12670
• Pina, R. D., Ochoa-Rodriguez, S., Simões, N. E., Mijic, A., Marques, A., Maksimović, Č. (2016). Semi- vs. Fully-Distributed Urban Stormwater Models: Model Set Up and Comparison with Two Real Case Studies. Water, 8, 58, DOI: https://doi.org/10.3390/w8020058
• Rossman, L. A. (2015). Storm Water Management Model User’s Manual Version 5.1. www.epa.gov/water-research/storm-water-management-model-swmm
• Rossman, L. A., Huber, W. C. (2016). Storm Water Management Model Reference Manual Volume I – Hydrology (Revised). U.S. Environmental Protection Agency https://www.epa.gov/water-research/storm-water-management-model-swmm
• Sahoo, S. N., Sreeja, P. (2013). Role of rainfall events and imperviousness parameters on urban runoff modelling, ISH Journal of Hydraulic Engineering, 19(3), 329-334, DOI: https://doi.org/10.1080/09715010.2013.819706
• Seo, Y., Choi, N.-J., Schmidt, A. R. (2013). Contribution of directly connected and isolated impervious areas to urban drainage network hydrographs. Hydrology and Earth System Sciences, 17, 3473-3483, DOI: https://doi.org/10.5194/hess-17-3473-2013
• Son, A.L., Kim, B, Han, K. -Y. (2016). A Simple and Robust Method for Simultaneous Consideration of Overland and Underground Space in Urban Flood Modeling. Water, 8, 494, DOI: https://doi.org/10.3390/w8110494
• Stall, J. B., Terstriep, M. L. (1972). Storm sewer design – an evaluation of the RRL method. Office of Research and Monitoring US EPA, Washington
• Sutherland, R. C. (1995). Methods for estimating the effective impervious area of urban watersheds. Watershed Protection Techniques, 2(1).
• UDG (2017). Code of Practice for the Hydraulic Modelling of Urban Drainage Systems Version 01. CIWEM. www.ciwem.org/assets/pdf/
• Yao, L., Wei, W., Chen, L. (2016). How does imperviousness impact the urban rainfall –runoff process under various storm cases? Ecological Indicators, 60, 893-905, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2015.08.041
• Zawilski, M. (2010). Integracja zlewni zurbanizowanej w symulacji spływu ścieków opadowych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 6.
• Zawilski, M., Dziedziela, B. (2018). Stormwater quality modeling in urbanized areas. E3S Web of Conferences, 45, 00104, DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20184500104
• Zhuk, V., Vovk, L., Matlai, I., Popadiuk, I., Mysak, I., Fasuliak, V. (2020). Dependency Between the Total and Effective Imperviousness for Residential Quarters of the Lviv City. Journal of Ecological Engineering, 21(5), 56-62, DOI: https://doi.org/10.12911/22998993/122191

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).