Wpływ urbanizacji obszarów w rolniczych na wezbrania opadowe i jego prognozowanie przy zastosowaniu modelu symulacyjnego opracowanego w ITP

Transkrypt

1 Wpływ urbanizacji obszarów w rolniczych na wezbrania opadowe i jego prognozowanie przy zastosowaniu modelu symulacyjnego opracowanego w ITP mgr inŝ. Katarzyna KręŜałek dr inŝ. Tomasz Szymczak Zakład Zasobów Wodnych Falenty, 1 grudnia 2010 r. Kontakt: k.krezalek@itep.edu.pl t.szymczak@itep.edu.pl

2 Plan prezentacji Wprowadzenie Urbanizacja a uszczelnienie powierzchni terenu Urbanizacja a obieg wody Urbanizacja a tereny rolnicze Model UrbanITP Obiekt badawczy ITP Wyniki obliczeń i wnioski Podsumowanie

3 Wprowadzenie Urbanizacja proces koncentracji ludności w punktach przestrzeni geograficznej, głównie na obszarach miejskich. WiąŜe się ze zmianami społeczno-kulturowymi, demograficznymi, ekonomicznymi i przestrzennymi. Spośród wielu płaszczyzn na których odbywa się urbanizacja, nas interesuje: architektoniczno-przestrzenny rozwój miast, a takŝe jakim stopniu urbanizacja zlewni rolniczych intensyfikuje występowanie ekstremalnych zjawisk hydrologicznych?

4 Urbanizacja a uszczelnienie powierzchni terenu Rozmieszczenie i gęstość nieprzepuszczalnych powierzchni na Ziemi. Gęstość przedstawiono w czterech zakresach skali szarości. [Grid 1 km 2 ] Źródło: C. D. Elvidge, B.T. Tuttle, P. C. Sutton, K. E. Baugh, A. T. Howard, C. Milesi, B. L. Bhaduri and R. Nemani Global Distribution and Density of Constructed Impervious Surfaces, 2007

5 Urbanizacja a uszczelnienie powierzchni terenu Zabudowana, nieprzepuszczalna powierzchnia [m 2 ] przypadająca na osobę w krajach na całym świecie. Źródło: C. D. Elvidge, B.T. Tuttle, P. C. Sutton, K. E. Baugh, A. T. Howard, C. Milesi, B. L. Bhaduri and R. Nemani Global Distribution and Density of Constructed Impervious Surfaces, 2007

6 Urbanizacja a uszczelnienie powierzchni terenu Udział [%] zlewni posiadających 1-10% powierzchni nieprzepuszczalnej w poszczególnych częściach świata (bez Australii) Źródło: C. D. Elvidge, B.T. Tuttle, P. C. Sutton, K. E. Baugh, A. T. Howard, C. Milesi, B. L. Bhaduri and R. Nemani Global Distribution and Density of Constructed Impervious Surfaces, 2007

7 Urbanizacja a obieg wody Źródło: Geiger W., Dreiseitl H.: Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych. Poradnik, 1999

8 Urbanizacja a obieg wody

9 Urbanizacja a obieg wody Źródło:

10 Urbanizacja a obieg wody Źródło: Geiger W., Dreiseitl H.: Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych. Poradnik, 1999

11 Urbanizacja a tereny rolnicze Źródło: United Nations, World Urbanization Prospects: The 2005 Revision (2006); and C. Haub, 2007 World Population Data Sheet.

12 Urbanizacja a tereny rolnicze Źródło: Google Earth, osiedla mieszkaniowe w gminie Raszyn i w gminie Lesznowola

13 Urbanizacja a tereny rolnicze Postępująca urbanizacja zlewni rolniczych powoduje: wzrost wielkości spływu powierzchniowego przy jednoczesnym zmniejszeniu infiltracji, przez co zwiększa się: częstotliwość występowania i intensywność ekstremalnych zjawisk hydrologicznych w stopniu zaleŝnym od: sposobu pokrycia terenu, procentowego udziału oraz lokalizacji powierzchni uszczelnionych na terenie zlewni.

14 Model UrbanITP Strefy zasilania podpowierzchniowego Rozszerzające się obszary czynne Sezonowe zmiany stref saturacji Poziom wody grunt. T 0 T 1 T 2 Zasilanie wodami gruntowymi

15 Model UrbanITP WyróŜniono trzy kategorie obszarów zurbanizowanych: A tereny nieuszczelnione B1 tereny uszczelnione i skanalizowane połoŝone w strefie obszaru czynnego zlewni Ocz, B2 terenyuszczelnione i skanalizowane połoŝone poza granicami strefy obszaru czynnego zlewni Onc C tereny uszczelnione nieskanalizowane połoŝone wewnątrz strefy Ocz C Onc obszar nieczynny zlewni B 2 B 1 A Ocz obszar czynny zlewni

16 P - opad P - opad P B2 = α B2P Model UrbanITP Opisano procesy: Spływ powierzchniowy z róŝnych rodzajów powierzchni. Odpływ podpowierzchniowy Transformację w korycie rzecznym. H B2 = ψ B2P B2 H B2 H B1 = ψ B1P B1 H B1 + P B1 Podział opadu całkowitego: P B1 = α B1 P P C = α C P P A = (1- α B1 - α C) P P C H C = ψ CP C H C + H A+H C Spływ po powierzchni terenu Zbiornik liniowy Z 3 K3 H A P A Podział opadu na powierzchni przepuszczalnej: H A = (Z 1/B) 1,5 Inf = P A - H A Zbiornik wody glebowej K 1 Inf R0 Z1 H*pp zasilanie spływu podpowierzchniow Kaskada zbiorników liniowych. Przepływ w ośrodku porowatym i kanalikach glebowych. Hpow - spływ powierzchniowy Uwzględniono: Straty opadu na obszarach uszczelnionych poprzez wprowadzenie do obliczeń współczynników spływu Ψ Prawdopodobieństwo przewyŝszenia opadu p[%] Udział powierzchni uszczelnionych w powierzchni zlewni [%] Lokalizację względem obszarów czynnych. Hb tr2 H KAN = H B1+H B2 Splyw kanalizacją deszczową Zbiornik liniowy dolny K 4 = K 5 Z5 + Hpp - spływ podpowierzchniowy Rozdzielenie spływu z górnej i dolnej części zlewni. Hbg = Hbd = 1/2 Hb K5 x d Współczynnik przeliczeniowy jednostek Hb - spływ bezpośredni Q b Hbd + Htr1 Transformacja przepływu w korycie rzecznym x a Współczynnik zasilania bezpośredniego a = Acz/Azl Zbiornik liniowy górny Qb Z4 Hbg K4. K 2 Z2. K 2

17 Obiekt badawczy ITP Procentowy udział rodzajów uŝytkowania terenu zlewni rzeki Mławki Ukształtowanie terenu i sieć rzeczna zlewni Mławki do profilu VI Procentowy udział gleb na terenie zlewni rzeki Mławki

18 Wyniki obliczeń i wnioski Charakterystyka przyjętych wariantów obliczeniowych i wyniki obliczeń symulacyjnych Wariant Prawdeństwo wystąpienia opadup [%] Rodzaj i lokalizacja obszarów uszczelnionych Udział Powierzchni uszczelnionych [%] Współczynnik przyrostu przepływu kulminacyjnego * Cmax Skrócenie czasu wznoszenia fali wezbraniowej t = t_u - t_nat [h] W1 W2 W3 1 Równomiernie B1, B2, C ,09 1,47 2, W4 W5 10 Równomiernie B1, B2, C ,59 2, W6 20 4,06-12 W7 W8 20 Równomiernie B1, B2, C ,01 3, W9 20 5,33-3 * Q max_ u C max = Q max_ nat

19 Wyniki obliczeń i wnioski Wpływ równomiernego uszczelnienia terenu zlewni do 5, 10 i 20% jej całkowitej powierzchni na hydrogram wezbrania wywołanego deszczem nawalnym o prawdopodobieństwie wystąpienia p=1% Q m3/s P,mm czas, godz Opad P01% natur P01% ud5% ud10% ud20% 70

20 Wyniki obliczeń i wnioski Wpływ równomiernego uszczelnienia terenu zlewni do 5, 10 i 20% jej całkowitej powierzchni na hydrogram wezbrania wywołanego deszczem rozlewnym o prawdopodobieństwie wystąpienia p=10% Q, m 3 /s 4 20 P, m m czas, godz. Pr10% QnatPr10% Qurb5% Qurb10% Qurb20% 40

21 Wyniki obliczeń i wnioski Wpływ uszczelnienia 10% powierzchni zlewni na hydrogram wezbrania wywołanego deszczem nawalnym o prawdopodobieństwie wystąpienia p=10%, z uwzględnieniem rodzaju obszaru szczelnego (B1, B2, C) i jego lokalizacji względem strefy czynnej zlewni Q, m 3 /s P, m m czas, godz. Pn10% QnatPn10% QuBcz10% QuC10% QuBnc10% QuBczBncC10% 70

22 Wyniki obliczeń i wnioski Wpływ uszczelnienia terenu zlewni do 5, 10 i 20% jej całkowitej powierzchni na przyrost kulminacji przepływu 600% Prz yro st p rz ep lyw u ku lm in acy jn e g o C m ax=q m ax_u /Q m a x_n at 500% 400% 300% 200% 100% 0% % uszczelnienia pow ierzchni Pn01D Pn10D Pn20D Pr10D

23 Wyniki obliczeń i wnioski Zwiększony udział terenów uszczelnionych wpływa na znaczące skrócenie czasu przyboru fali wezbraniowej, oraz znaczący wzrost wartości przepływu maksymalnego zarówno w przypadku wystąpienia deszczy nawalnych jak i rozlewnych Wskazuje to na wyraźny wzrost zagroŝenia powodziowego w zlewniach, gdzie udział obszarów zurbanizowanych przekracza 5% ogólnej powierzchni zlewni, zwłaszcza skanalizowanych i usytuowanych w znacznym oddaleniu od dolin rzecznych (poza zasięgiem obszarów czynnych) Szczególnie na tych obszarach naleŝy dąŝyć do ograniczania spływów powierzchniowych oraz zatrzymania wód opadowych na miejscu

24 Podsumowanie Urbanizacja ma wpływ na kształtowanie się ekstremalnych zjawisk hydrologicznych. Zmienia się reakcja zlewni na opad i parametry fali odpływu WaŜne jest ustalenie jak sposób urbanizowania terenów wpływa na obieg wody na danym obszarze i uŝycie w tym celu modelowania. Przyjmowanie róŝnych wariantów pokrycia terenu i procentowego udziału oraz lokalizacji powierzchni uszczelnionych na terenie zlewni na etapie badań symulacyjnych pozwoli na przewidywanie warunków hydrologicznych terenów rolniczych po zurbanizowaniu. Wiedza ta moŝe być przydatna przy tworzeniu miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego i przy prognozowaniu moŝliwości wystąpienia ryzyka powodziowego.

25 Dziękuj kuję za uwagę!!!