dr inż. Marek Zawilski, prof. P.Ł.

Transkrypt

1 UŻYTKOWANIE I OCHRONA ŚRODOWISKA W STRATEGII ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU Ograniczenie emisji zanieczyszczeń z terenów zurbanizowanych do środowiska PROBLEMY OBLICZANIA PRZEPŁYWÓW MAKSYMALNYCH PRAWDOPODOBNYCH W ZLEWNIACH ZURBANIZOWANYCH dr inż. Marek Zawilski, prof. P.Ł. Instytut Inżynierii Środowiska PŁ

2 PROBLEMY OBLICZANIA PRZEPŁYWÓW MAKSYMALNYCH PRAWDOPODOBNYCH W ZLEWNIACH ZURBANIZOWANYCH 1. Charakterystyka opadów miarodajnych 2. Nierównomierność przestrzenna opadów ulewnych 3. Reprezentacja zlewni zurbanizowanej

3 CHARAKTERYSTYKA OPADÓW Opady można uznać za najbardziej wrażliwy element systemu prognozowania OPAD-ODPŁYW-PRZEPŁYW. Dotychczas stosowane modele opadów np. Błaszczyka (1954) wykazują zaniżanie natężenia opadów o danym czasie trwania i prawdopodobieństwie wystąpienia. Kotowski (2010) opublikował wnikliwe studium porównawcze w oparciu o dane pomiarowe z lat dla posterunku Wrocław-Strachowice. Jak wynika z tych analiz, wynik końcowy (formuła DDF) zależy od: warunków lokalnych lokalizacji przyrządu pomiarowego, metody rejestracji opadów, metody opracowania wyników pomiarów W szczególności ta ostatnia metoda ta może polegać na wyselekcjonowaniu miarodajnego zbioru opadów z wielolecia : przy założeniu wyboru jednego największego opadu z każdego roku (Błaszczyk 1954; Bogdanowicz-Stachy 1998), przy założeniu wyboru opadów intensywnych wg pewnego kryterium np. H>A T B (Kotowski 2010, ok.. 10 opadów w roku)

4 Znając charakterystyki opadów maksymalnych chwilowych o określonym czasie trwania, można z nich wyliczać inne, np. formuły Licznara 2005 dla okresu : Imax t =A+B I śr +C Imax 15 +D Imax 60

5 Interpretacja charakterystyki opadów, służących wymiarowaniu systemu odwodnienia skłania ponadto do wskazania na dwa dalsze aspekty: wg niektórych założeń charakterystyki DDF (lub IDF) dotyczą opadów fazowych, określanych z ruchomej sumy opadu z przedziałów sztywnych lub ruchomych (Bogdanowicz-Stachy 1998; Kotowski 2010; Licznar 2005) albo natężenia średniego w czasie całego trwania opadu (to z kolei wymaga przyjęcia założenia co do długości przerw między opadami) (Błaszczyk 1963; Licznar 2005), Czy właściwe jest przyjęcie jako miarodajnych do obliczeń opadów fazowych? Czy lepiej jest przyjmować natężenie średnie opadu i jego rozkład w czasie trwania? wszystkie formuły DDF (IDF) dotyczą pomiarów punktowych. Wiadomo, że dla powierzchni zlewni ponad 300 ha (Żyła 1992) nie można ignorować przestrzennej zmienności natężenia i wysokości opadu. Ponadto, założenie prawdopodobieństwa opadu w danym punkcie nie gwarantuje braku wystąpienia opadu o większym natężeniu częściej na obszarze większej zlewni (całego miasta).

6 System monitoringu opadów na terenie Łodzi od r.2010

7 Dotychczasowe wyniki monitoringu opadów opadów ulewnych opadów ulewnych Rozdzielczość czasowa 5 minut, wysokość opadu +0.1 mm; Transmisja wyników dzięki wykorzystaniu technologii GPRS. Interpolacja wyników na mapie miasta przy użyciu programu SURFER v.10 na obszarze km na siatce 200X200 węzłów (rozdzielczość przestrzenna m). Użyto algorytmu linear kriging. Dane interpolowane Mapy warstwicowe Model SWMM

8

9

10

11

12

13

14

15 Widok 3D dla 16:00

16 Przekroje komórki opadowej

17 :55 pluwiometr WD v=7.9 km/h, Az=85 deg. I [mm/h] W-E N-S NE SE model.exp Odległość [m] Przekroje komórki opadowej

18 Faza intensywna dla natężenia opadu ponad 15 l/s,ha C 1, C 2 - częstotliwość pojawiania się wg wzoru Bogdanowicz i Stachy ego odpowiednio dla fazy intensywnej oraz 10 minutowej; zacieniowano daty z powodziami

19 PRZYKŁADY OPADÓW ULEWNYCH Z TERENU ŁODZI

20

21

22 Pluwiogramy dla zlewni cząstkowych dla opadu rzeczywistego

23 kier.główny Przejście strefy opadu przez obszar zlewni

24 REPREZENTACJA ZLEWNI ZURBANIZOWANEJ Problem stopnia uszczelnienia nominalny i efektywny; kalibracja wg pomiaru objętości spływu Problem hydraulicznej szerokości spływu i integracji zlewni do wielkości kilku hektarów

25 Model SWMM Zlewnia jako zbiornik nieliniowy: Problem reprezentacji szerokości hydraulicznej W dla zlewni zintegrowanej.

26 Zlewnia Teofilów

27 Poziom 0

28 Poziom 1

29 Poziom 2

30

31

32 Charakterystyka opadów wykorzystanych do obliczeń Jedn. Model 1 Model Czas trwania min Natężenie max. mm/h Wysokość mm

33 Opad modelowy 1 t=15 min, i=36 mm/h

34 Opad modelowy 1

35

36 2.5 2 Q [m 3 /s] Poziom 0 Poziom 1 r Poziom 2 r Poziom max Czas [min] Opad modelowy 1 t=15 min, i=36 mm/h

37 Q [m3/s] Poziom 0 Poziom 1 r Poziom 1 ri Poz 2 r Poziom max 0 00:00:00 01:12:00 02:24:00 03:36:00 04:48:00 06:00:00 Czas Opad modelowy 2 t=30 min, i= 5mm/h

38 4,0 3,5 3,0 Q [m3/s] 2,5 2,0 1,5 Poziom 0 Poziom 1r Poziom 2r Poziom max. 1,0 0,5 0,0 00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 Czas Opad

39 Opad

40 y = x R 2 = W [m] Serie1 Potęg. (Serie1) Fj [ha] Zależność hydraulicznej szerokości spływu od średniej wielkości powierzchni cząstkowej

41 KALIBRACJA MODELU WG OPADÓW RZECZYWISTYCH I POMIERZONEGO ODPŁYWU ZE ZLEWNI ZURBANIZOWANEJ Zlewnia referencyjna kanalizacji ogólnospławnej J7 (357 ha) Pomiary opadów z trzech pluwiometrów SEBA 50 Pomiary odpływu sondami poziomu Milltronics w komorach PB Model sieci i zlewni w programie EPA SWMM

42 Zlewnia referencyjna J7

43 Zabiegi kalibracyjne: Pluwiogramy reprezentatywne jako przedziałowe średnie ważone z 3 pluwiometrów (jeden na terenie zlewni waga 0.8, dwa pozostałe poza zlewnią wagi 0.11 i 0.09). Interwał czsowy 10 minut (obecnie 5 minut). A Szerokość spływu W=k, k 1.5 Redukcja nominalnego stopnia uszczelnienia o 10% w procesie kalibracji objętości spływu.

44

45

46 Typowy przebieg hydrogramu dla modelu po kalibracji

47 ZALANIE TERENU I RETENCJA WÓD NA ZLEWNI

48 Profil podłużny al.kościuszki-ul.zachodnia

49

50 Mapa Leśniewskiego 1828 Mapa Lindleya 1909

51 PRZELEWY BURZOWE JAKO ELEMENTY SPECJALNE

52 PB systemu kanalizacji ogólnospławnej Łodzi

53 Przelew burzowy B1 w działaniu i jego skutki dla odbiornika (rz.bałutki)

54 Zrzut przez przelew [m3/s] PB J-7 ul.magazynowa Q pb =0 dla Q do =0.50 m 3 /s=q gr model µ=0.53 y=0.19x+0.084x 2 r 2 = Dopływ do przelewu [m3/s] Empiryczna charakterystyka przelewu burzowego

55 Dziękuję za uwagę