Wymiarowanie zbiorników retencyjnych ścieków deszczowych na podstawie syntetycznych szeregów czasowych opadów deszczu

• Autorzy: Licznar P.

Warianty tytułu

EN

Reservoir dimensioning based on synthetic rainfall time series

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesny postęp w modelowaniu hydrodynamicznym miejskich systemów odwadniania umożliwia lepsze modelowanie i wymiarowanie zbiorników retencyjnych wód deszczowych. Zgodnie z nowymi niemieckimi wytycznymi DWA-A 117, symulacje hydrodynamiczne bazujące na lokalnych wieloletnich szeregach czasowych deszczów są obowiązujące w przypadku wymiarowania zbiorników retencyjnych instalowanych w systemach odwadniania o powierzchni przekraczającej 200 ha. Wyniki szeregu symulacji hydro-dynamicznych odpływu wód deszczowych pozwalają na probabilistyczne wymiarowanie niezbędnej pojemności zbiorników, co jest w pełnej zgodności z ogólną probabilistyczną filozofią funkcjonowania systemów odwadniania, wprowadzoną przez normę europejską EN-752. Metodologia ta nie jest stosowana w Polsce z uwagi na brak lokalnych, wieloletnich szeregów deszczów, mających rozdzielczość czasową rzędu pojedynczych minut. W pracy zaproponowano zastąpienie brakujących danych syntetycznymi danymi pochodzącymi z rozdziału dobowych sum deszczu. Możliwość taka została przetestowana na przykładzie modelu hydrodynamicznego małego systemu kanalizacyjnego zlokalizowanego we Wrocławiu, z zainstalowanym pojedynczym podziemnym zbiornikiem ograniczającym maksymalny odpływ. Funkcjonowanie systemu zostało przeanalizowane z wykorzystaniem 250 rzeczywistych deszczów (wydzielonych z 38-letnich zapisów) i 2554 syntetycznych scenariuszów deszczów wydzielonych z 10 niezależnych szeregów czasowych (o długości 38 lat każdy), uprzednio wygenerowanych przez model kaskady mikrokanonicznej. Jako wynik kompleksowych symulacji hydrodynamicznych bazujących na rzeczywistych i syntetycznych szeregach deszczów opracowano wykresy zależności objętości nadpiętrzeń w sieci od okresów ich powtarzalności. Stwierdzono dobrą zgodność opracowanych wykresów objętości nadpiętrzeń w przypadku szeregów rzeczywistych i syntetycznych. Ponadto opracowano pojedynczy wspólny wykres objętości nadpiętrzeń względem okresów ich powtarzalności w zbiorze wszystkich 2554 syntetycznych scenariuszy opadów deszczu. Wykres ten może być traktowany jako probabilistyczna ocena niezbędnej objętości retencji w długim horyzoncie czasowym ich powtarzalności, aż do 380 lat.

EN

Current progress in hydrodynamic modeling of urban drainage systems enables better modeling and dimensioning of stormwater reservoirs. According to new German DWA-A 117 guidelines, hydrodynamic simulations based on local, long-lasting rainfall time series are obligatory for dimensioning of stormwater reservoirs installed on drainage systems with area in excess of 200 ha. Results of stormwater outflow simulation series allow for probabilistic dimensioning of necessary reservoir volume. This is fully in line with the overall probabilistic philosophy of drainage system functioning introduced by the European Standard PN-EN752. This methodology is not applied in Poland due to the lack of local, long-lasting rainfall time series with time resolution of individual minutes. The paper proposes replacing the missing data with the synthetic one, originating from daily rainfall totals disaggregation. This strategy was tested in the example of a hydrodynamic model of a small drainage system located in Wroclaw. The system had a single underground tank installed and its maximum outflow was limited. The system performance was analyzed against 250 real rainfalls (derived from a 38-year local record) and 2554 synthetic rainfall scenarios derived from 10 independent rainfall time series (38 years each) that had previously been generated by microcanonical cascade model. Complex hydrodynamic simulations based on real and synthetic rainfall time series led to generation of system overtopping volume plots against their return periods. Overtopping volume plots for real and synthetic time series were observed to correlate very well. In addition, a common single overtopping volume versus return period plot was developed for all 2554 synthetic rainfall scenarios. This plot may serve as a probabilistic assessment of necessary retention volumes for long return periods of up to 380 years.

Słowa kluczowe

PL

kanalizacja deszczowa; model hydrodynamiczny; deszcz

EN

hydrodynamic model; rainfall disaggregation; storm water

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 35, nr 2
• Strony: 27--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Licznar P.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Zaopatrzenia w Wodę, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. J. DZIOPAK: Efektywne sposoby retencjonowania ścieków w kanalizacji. Ochrona Środowiska 1988, vol. 10, nr 3–4, ss. 35–42.
• 2. W. NIEDZIELSKI, M. SOWIŃSKI: Obliczanie kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych. Ochrona Środowiska 1984, vol. 6, nr 3–4, ss. 55–58.
• 3. W. BŁASZCZYK, M. ROMAN, H. STAMATELLO: Kanalizacja, t.1. Arkady, Warszawa 1974.
• 4. K. IMHOFF, K.R. IMHOFF: Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków. Poradnik. Arkady, Warszawa 1982.
• 5. PN-EN 752-2: 2000. Zewnętrzne systemy kanalizacyjne. Wymagania.
• 6. PN-EN 752-4: 2001. Zewnętrzne systemy kanalizacyjne. Obliczanie hydrauliczne i oddziaływanie na środowisko.
• 7. T.G. SCHMITT: Komentarz do ATV-A 118. Hydrauliczne wymiarowanie systemów odwadniających. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2000.
• 8. Arbeitsblatt DWA-A 117: Bemessung von Regenrückhalteräumen. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef 2006.
• 9. P. LICZNAR: Wymiarowanie zbiorników retencyjnych wód opadowych zgodnie z wymogami niemieckiej wytycznej DWA A-117. Instal 2010, nr 11, ss. 51–56.
• 10. P. LICZNAR: Wykrywanie niezbędnej objętości zbiorników wód opadowych na podstawie symulacji hydrodynamicznych. Instal 2011, nr 1, ss. 39–48.
• 12. P. LICZNAR: Praktyczna realizacja modelu hydrodynamicznego sieci kanalizacyjnej w pakiecie SewerPac. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2008, nr 3, ss. 11–19.
• 13. M. MROWIEC: Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2009.
• 14. B. KAŹMIERCZAK, A. KOTOWSKI, A. DANCEWICZ: Weryfikacja metod wymiarowania kanalizacji deszczowej za pomocą modelu hydrodynamicznego (SWMM) w warunkach wrocławskich. Ochrona Środowiska 2012, vol. 34, nr 2, ss. 25–31.
• 15. A. KOTOWSKI, B. KAŹMIERCZAK, M. NOWAKOWSKA: Analiza obciążenia systemu odwadniania terenu w przypadku prognozowanego zwiększenia częstości i intensywności deszczów z powodu zmian klimatycznych. Ochrona Środowiska 2013, vol. 35, nr 1, ss. 25–32.
• 16. P. LICZNAR, M. KNYSZ, A. CHUDZIAK, J. ZIELIŃSKI: Modelowanie wpływu wysokich stanów wód odbiornika na pracę kanalizacji deszczowej. Inżynieria Morska i Geotechnika 2012, nr 2, ss. 83–92.
• 17. D. SLYS, A. STEC: Hydrodynamic modeling of the combined sewage system for the city of Przemsl. Environment Protection Engineering 2012, Vol. 4, pp. 99–112.
• 18. P. LICZNAR: Generatory syntetycznych szeregów opadowych do modelowania sieci kanalizacji deszczowych i ogólnospławnych. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2009.
• 19. P. LICZNAR, J. ŁOMOTOWSKI, D.E. RUPP: Random cascade driven rainfall disaggregation for urban hydrology: An evaluation of six models and a new generator. Atmospheric Research 2011, Vol. 99, pp. 563–578.
• 20. P. LICZNAR, T.G. SCHMITT, D.E. RUPP: Distributions of microcanonical cascade weights of rainfall at small timescales. Acta Geophysica 2011, Vol. 59, No. 5, pp. 1013–1043.
• 21. P. LICZNAR, D.E. RUPP, W. ADAMOWSKI: Variability in the microcanonical cascades parameters among gauges of urban precipitation monitoring network. Geophysical Research Abstracts 2013, vol. 15.