zanych z urbanizacją dr inż. Tomasz Szymczak mgr inż. Katarzyna Krężałek

Transkrypt

1 Wpływ wybranych aspektów w związanych zanych z urbanizacją obszarów w wiejskich na przebieg i skutki ekstremalnych zjawisk hydrorologicznych. dr inż. Tomasz Szymczak mgr inż. Katarzyna Krężałek Zakład Zasobów Wodnych Falenty, 1 grudnia 2010 r. Kontakt: t.szymczak@itep.edu.pl k.krezalek@itep.edu.pl

2 Plan prezentacji Wstęp Czy zachodzą istotne zmiany klimatyczne? Czy obecnie stosowane metody obliczeniowe są wystarczająco wiarygodne? Wybrane przykłady skutków urbanizacji na przebieg zjawisk hydrologicznych Skala działki budowlanej Skala dzielnicy przemysłowej Skala zlewni rzecznej Skala cieku rzecznego Wnioski

3 WSTĘP Celem prezentacji jest przedstawienie przykładów ilustrujących wybrane skutki zmian obiegu wody na obszarach rolniczych spowodowane urbanizacją. Uwzględniona została również krótka analiza zmian klimatycznych w ostatnich latach, jako czynnika oddziałującego bezpośrednio na obieg wody. Podjęto także próbę oceny wybranych metod stosowanych do przewidywania skutków urbanizacji obszarów wiejskich.

4 Zmiany klimatyczne Suma opadów w > 10 mm 537 mm Falenty, 2010 Warszawa Okęcie

5 dni Liczba dni z opadem > 10 mm 26 Falenty, 2010 Warszawa Okęcie

6 mm Suma opadów w > 20 mm 342 Falenty, 2010 Warszawa Okęcie

7 dni Liczba dni z opadem > 20 mm 12 Falenty, 2010 Warszawa Okęcie

8 Opad dobowy, Falenty 2010 Opad dobowy, Falenty 2010 mm 1 maj 8 maj 15 maj 22 maj 29 maj 5 cze 12 cze 19 cze 26 cze 3 lip 10 lip 17 lip 24 lip 31 lip 7 sie 14 sie 21 sie 28 sie 4 wrz 11 wrz 18 wrz 25 wrz 2 paź 9 paź 16 paź 23 paź 30 paź V X 671,4 mm liczba dni z opadem > 10 mm - 26; > 20 mm - 12

9 Sumy opadów atmosferycznych roczne i dla półroczy letnich wyrażone jako procent opadów normalnych dla wielolecia Stacja meteorologiczna w Falentach % - normy wieloletniej Rok Półr. Letnie Rok

10 Obniżanie się poziomu wód gruntowych w okresie Zlewnia Mławki, dorzecze Wkry y = x R 2 = H [cm] Data

11 Metody określania opadów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia p [%] dla danego czasu trwania t [min] (deszczów miarodajnych) Zmodyfikowany przez Błaszczyka na podstawie 67-letniego ( , wybrane lata ) ciągu obserwacyjnego opadów obserwowanych w Warszawie wzór rosyjskiego hydrologa Gorbaczewa stanowiący wg obowiązujących norm podstawę obliczania ilości i natężenia ścieków opadowych z terenów zurbanizowanych; Wzór Wołoszyna opracowany dla Wrocławia na podstawie 42-letnich obserwacji deszczów z okresu lat (wybrane lata); Najnowsza i najdokładniejsza metoda wyznaczania opadów maksymalnym opracowana w IMGW przez Bogdanowicz i Stachý (1998). Autorzy wykorzystując 31-letni okres obserwacji ( ) pluwiograficznych z 20 stacji meteorologicznych dokonali podziału kraju na regiony opadowe i ustalili w nich regionalne parametry optymalnego rozkładu teoretycznego funkcji gęstości, za który uznali 3-parametrowy rozkład Weibulla Max. Metoda zalecana i stosowana przez hydrologów, lecz rzadko lub wcale wykorzystywana w projektach dotyczących odwodnień dróg i terenów zabudowanych.

12 Porównanie wartości opadów miarodajnych obliczonych metodą Bogdanowicz i Stachy oraz wzorem Błaszczyka dla opadu o czasie trwania 10 minut (1) Metoda Bogdanowicz-Stachy (2) Wzór Błaszczyka Różnica: (1) - (2) q, dm 3 s -1 ha Dla p = 2 50 % opady obliczone wzorem Błaszczyka są zaniżone od 50 do 106 dm 3 s -1 ha p, %

13 W 2009 roku w IMUZ/ITP opracowano mapy i zestawienia tabelaryczne MAKSYMALNYCH DOBOWYCH SUM OPADÓW O OKREŚLONYM PRAWDOPODOBIEŃSTWIE PRZEWYŻSZENIA NA OBSZARZE ŚRODKOWEJ POLSKI dla potrzeb obliczania przepływów maksymalnych w zlewniach niekontrolowanych A u t o rzy: Krężałek K., Szymczak T. Uwzględnio 21 stacji meteorologicznych (IMGW oraz IMUZ/ITP) Okres , opracowanie obejmuje maksymalne sumy dobowe opadów o prawdopodobieństwach przewyższenia p = 1%, 10%, 20% i 50% Gorzow Wlkp. Torun Mlawka Chrzanowek Bialystok Slubice Poznan Plock Strachowka Kolo Warszawa Siedlce Terespol Zielona Gora Leszno Kalisz Lodz Wlodawa Sulejow Pmax,p=1% [mm]

14 OTTHYMO model symulacyjny coraz powszechniej stosowany w praktyce Kategorie wyróżnionych obszarów zlewni i schemat modelu obszary o powierzchni przepuszczalnej, obszary o powierzchni nieprzepuszczalnej, z których woda deszczowa odprowadzana jest bezpośrednio do cieku, np. za pośrednictwem kanalizacji deszczowej, obszary o powierzchni nieprzepuszczalnej, z których woda deszczowa spływa na obszary przepuszczalne należące do kategorii A.

15 SKALA DZIAŁKI BUDOWLANEJ Radylkalne pozbawienie terenu działki budowlanej powierzchni chłonnych Nowa Iwiczna, ul. Tarniny

16 Skutki niewielkiego podwyższenia terenu jednej z działek budowlanych i nadmiernego zredukowania powierzchni biologicznie czynnej Nowa Iwiczna, ul. Tarniny Uszczelnione 46% powierzchni działki Podwyższenie terenu o 5 35 cm ze spadkiem na zewnątrz działki

17 Uszczelnienie 1000 m 2 terenu powoduje powstawanie maksymalnie średnio-rocznie 32 m 3 ścieków opadowych na dobę i utratę 250 m 3 zdolności retencyjnej gruntu. Stacja Falenty A sz = 1000 m 2 Rok Pmax,dob [mm] min 22.4 Pmax50% 39.3 max 53.9 φ = 0.80 (wsp. spływu) Pmiar = Pmax 50% = 40 mm V śc = 0.001* Pmax50%*φ*A Vśc = 0.001[m/mm]*40[mm]*0.80*1000[m 2 ] = 32 [m 3 ] A sz = m 2 to Vśc = 5.0 m 3 H a = 1.0 m ( miąższość strefy aeracji ) P = 50% (porowatość gl. gliniaste) W 0 = 50% (wilgotność gleby przed opadem) R g (utracona pojemność retencyjna gruntu) R g = Asz* Ha * p * (1 - W 0 ) R g = 1000*1*0.5*0.5 = 250 m 3

18 Skala dzielnicy przemysłowej Przykład: budowa zakład adów w LG w MławieM awie,, zrzut ścieków w opadowych do Mławki A = 54 ha w tym 24 ha powierzchni uszczelnionych, Qść 10% = 5,6 m 3 /s; SWQ = 2,4 m 3 /s; SSQ = 0.36 m 3 /s; Vzb = m 3 ść 10%

19 SKALA ZLEWNI Zastosowanie modelu OTHYMO do prognozowania wpływu urbanizacji zlewni na parametry wezbrań opadowych. Wezbranie wywołane opadem o prawdopodobieństwie p = 1% Wezbranie wywołane opadem o prawdopodobieństwie p = 10% :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 natężenie opadu - P [mm/10min] natężenie przepływu - Q [m 3 /s] czas [godz.] P1% Qakt.1% Qprogn.1% :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 natężenie opadu - P [mm/10 min] czas [godz.] P10% natężenie przepływu - Q [m 3 /s] Qakt.10% Qprogn.10% Wzrost uszczelnienia i skanalizowania terenu z 22% powierzchni zlewni do 30% spowodował prawie trzykrotne zwiększenie kulminacji przepływu

20 SKALA CIEKU Fragment profilu podłużnego Kanału Piaseczyńskiego z przepustem pod ul. Wojska Polskiego

21 SKALA CIEKU Niedostateczna wydajność przepustów drogowych powoduje zagrożenie powodziowe Zależność wydatku przepustu pod ul. Wojska Polskiego do napełnienia koryta przed przepustem względem rzędnej dna projektowanego m n.p.m. przepustowość teoretyczna przepustowość aktualna stan brzegowy (ul. Kniaziewicza) H, m Q, m 3 /s

22 Wyniki badania zdolności przepustowej Kanału Piaseczyńskiego przy zastosowaniu modelu hydrodynamicznego HEC-RAS (uwzględnienie wzajemnego oddziaływania urządzeń wodnych).

23 Kształtowanie się lustra wody w Kanale Piaseczyńskim przy przepływie Q = 2.0 m 3 /s. Symulacja modelem HEC-RAS. Wartości przepływów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie obliczonych formułą opadową: Q1% = 6.72 m3/s; Q2% = 5.81 m3/s Q10% = 3.75 m3/s; Q20% = 2.83 m3/s; Q50% = 1.57 m3/s;

24 WNIOSKI Zmiany klimatyczne powodują między innymi zwiększanie się udziału opadów o dużej intensywności w całkowitej sumie rocznej opadu. Powoduje to większy udział spływu powierzchniowego i mniejsze zasilanie wód gruntowych. Urbanizacja obszarów wiejskich może przyczynić się do nasilenia tego negatywnego zjawiska, co skutkować będzie zwiększeniem częstości występowania susz i powodzi. Zabudowa terenów wiejskich powoduje znaczne zmniejszenie naturalnej zdolności retencyjnej gruntu, co oprócz ilości powstających ścieków opadowych powinno być uwzględniane przy wydawaniu pozwoleń wodnoprawnych i pozwoleń na budowę.

25 WNIOSKI c.d. Nie wszystkie stosowane i zalecane metody obliczeniowe dotyczące projektowania odwodnień dróg i terenów zabudowanych oraz urzadzeń wodnych odpowiadają istniejącym obecnie warunkom klimatycznym i stanowi wiedzy w tym zakresie. Powoduje to dodatkowe zagrożenie powodziowe ze względu na zaniżone oszacowania przebiegu zjawisk ekstremalnych. Należy zweryfikować metody obliczania ilości ścieków opadowych i opracować nowe normy w tym zakresie. Częstość występowania i skutki podtopień zwiększają źle zaprojektowane, niewłaściwie wykonane i niedostatecznie konserwowane przepusty drogowe.

26 Dziękuj kuję za uwagę!!!