Wyznaczanie natężenia deszczów obliczeniowych w Niemczech na podstawie atlasu KOSTRA. Dr inż. Roman Edel
PLAN PREZENTACJI Wyznaczanie natężenia deszczu w Niemczech w drugiej połowie XX wieku Podstawy i założenia Atlasu KOSTRA Skład Atlasu KOSTRA Korzystanie z map opadów Program KOSTAB Dokładność otrzymanych natężeń deszczu na podstawie Atlasu KOSTRA Wersja internetowa Atlasu KOSTRA Wnioski praktyczne i sugestie prelegenta
Atlas KOSTRA to skrót utworzony od nazwy: Koordinierte Starkniederschlags-Regionalisierungs-Auswertung Skoordynowana ocena regionalna opadów o dużym natężeniu Jest następcą opublikowanej w 1940 r. przez Reinholda pracy Natężenia deszczu w Niemczech ( Regenspenden für Deutschland ). Atlas KOSTRA powstał przy współpracy Niemieckiej Służby Meteorologicznej (Deutscher Wetterdienst DWD) oraz wielu organizacji i stowarzyszeń.
Mapa natężenia opadów dla obszaru Niemiec Zachodnich opracowana po 1945 r. przez Reinholda dla c = 1 i T = 15 min wyrażone w dm³/(s ha )
Wyniki obserwacji zamieszczone w atlasie KOSTRA opierają się na ujednoliconym opracowaniu statystycznym pomiarów punktowych opadów ulewnych i nawalnych o różnych czasach trwania i różnym prawdopodobieństwie wystąpienia oraz ich transformacji na rejony w których nie dokonano bezpośrednich pomiarów.
Dane przedstawione zostały w postaci map wysokości opadów dla obszaru Niemiec podzielonego na kwadraty o boku 8,3 km. Jest ich łącznie około 5 350. Każda z zamieszczonych w Atlasie KOSTRA map odpowiada określonemu czasowi trwania deszczu oraz prawdopodobieństwu jego wystąpienia.
Kwadraty oznaczone są odpowiednio współrzędnymi: kolumny X wiersza (linii) Y. Dobór numeracji kwadratów opiera się na historycznym podziale kraju do celów Niemieckiej Służby Meteorologicznej. Jest on tak dobrany, że 10 długości geograficznej przechodzi przez kolumnę o numerze 35 oraz 48 szerokości geograficznej przez wiersz o numerze 95.
Prezentacja wyników obserwacji meteorologicznych w postaci map opadów pozwala na odczytanie - wysokości opadu - natężenia deszczu - czasu trwania opadu, dla kwadratów o powierzchni 71,5 km² w zależności od: - prawdopodobieństwa jego wystąpienia.
Część rysunkowa atlasu KOSTRA zawiera 52 mapy opadów: - 36 map zawiera wysokości opadów dla czasów trwania od 12 godzin (12h, 24h, 48h i 72h) oraz 3-ch prawdopodobieństw wystąpienia opadu (100%, 10% i 1%), -16 map zawiera wysokości opadów dla 2 czasów trwania poniżej 12 godzin (15 min. i 60 min.) oraz 5-ciu prawdopodobieństw wystąpienia opadu (100%, 50%, 20%, 10% i 1%) dla miesięcy letnich/całego roku oraz 3-ch prawdopodobieństw wystąpienia opadu (100%, 10% i 1%) dla miesięcy zimowych.
Baza danych użyta do opracowania atlasu KOSTRA uzyskana została z obserwacji pochodzących z około 3 000 stacji meteorologicznych rozmieszczonych na obszarze całych Niemiec i dokonanych w okresie od 1951 do 1980 roku. Czasy trwania opadu podzielono ze względów metodycznych na 3 zakresy: zakres I zakres II zakres III od 5 do 60 minut powyżej 60 minut do 12 godzin powyżej 12 godzin do 72 godzin.
Do automatycznego obliczenia: - natężeń, - wysokości opadów, służy program obliczeniowy na bazie arkusza EXCEL o nazwie KOSTAB załączony na dyskietce do atlasu KOSTRA. Pozwala on na wyznaczenie natężeń i wysokości opadu dla: - 18 przedziałów czasowych - 8 częstotliwości wystąpienia deszczu.
Danymi wyjściowymi do obliczeń są wysokości opadu odczytane z 12 map dla wybranego kwadratu dla częstotliwość wystąpienia - 1 w roku, - raz na 100 lat dla czasu trwania opadu: - 15 min., - 60 min., - 12 godz., - 24 godz., - 48 godz., - 72 godz.
Dane wyjściowe do wyznaczenia natężenia deszczu oraz wysokości opadu według atlasu KOSTRA
Po wykonaniu obliczeń programem KOSTAB otrzymuje się wynik w postaci tabeli. Standardowo otrzymuje się opady o czasie trwania: 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60 i 90 minut oraz 2, 3, 4, 6, 9, 12, 18, 24, 48 i 72 godzin.
Wynik obliczeń natężenia deszczu oraz wysokości opadu na podstawie programu KOSTAB
Dla danych (wysokości i natężenia opadu) wykorzystywanych do celów projektowych, należy uwzględnić tolerancję zależnie od częstotliwości wystąpienia opadu T: ± 10% gdy 0,5 a T 5 a ± 15% gdy 5 a < T 50 a ± 20% gdy 50 a < T 100 a
Internetowa wersja atlasu KOSTRA. jest rozpowszechniana przez Institut für technisch-wissenschaftliche Hydrologie GmbH Techniczno-Naukowy Instytut Hydrologiczny Spółka z o.o. w Hanowerze. Licencja na użytkowanie jest: - odpłatna, - możliwa do wykupienia w dwóch wersjach: - - na 3 dowolne kraje związkowe, - - na cały obszar Niemiec
Obsługa wersji internetowej polega na wyborze interesującego nas regionu (kwadratu) poprzez: podanie nazwy miejscowości, wybranie myszką na monitorze odpowiedniego pola kwadratu, wybranie kwadratu przez podanie jego współrzędnych (np. wiersz 20, kolumna 10)
Po wypełnieniu wszystkich parametrów: - czas trwania deszczu, - prawdopodobieństwo jego wystąpienia, - okres w roku zima, lato, cały rok następuje obliczanie i uzyskuje się wyniki w postaci tabelarycznej.
Wartości otrzymane na podstawie atlasu KOSTRA pozwalają na dobór parametrów deszczu: - czasu trwania, - prawdopodobieństwo jego wystąpienia, zależnie od potrzeb projektowych.
Wyniki odznaczają się przy tym dużą wiarygodnością wynikającą z metody ich opracowania: - liczba stacji pomiarowych, - czas trwania obserwacji meteorologicznych, - obszar obserwacji.
Wzdłuż granicy Polsko-Niemieckiej znajduje się obszar na terytorium Polski, który objęty jest zakresem stosowalności atlasu KOSTRA. W jego zakresie znajdują się między innymi miejscowości: - Świnoujście, - Szczecin, - Kostrzyn nad Odrą, - Słubice, - Gubin, - Zgorzelec - Bogatynia.
Dostępność bazy wyjściowej danych o takiej różnorodności jest szczególnie przydatna przy przeprowadzaniu obliczeń symulujących przepływ opadu np. dla zbiorników retencyjnych i kanalizacji deszczowej. Duże zróżnicowanie wyników jest świadectwem tego, że metoda uwzględnia indywidualny charakter opadów dla poszczególnych miejscowości (rejonów kraju).
Porównanie natężenia deszczu dla polskich miejscowości w strefie przygranicznej polsko - niemieckiej. W tablicach przedstawiono wyniki obliczeń natężenia deszczu dla miast Polskich (przykładowo dla Szczecina i Słubic) leżących na granicy polsko-niemieckiej i znajdujących się w obrębie opracowania atlasu KOSTRA.
Obliczenia natężenia deszczu dla Słubic Natężenie deszczu przy prawdopodobieństwie jego wystąpienia w [dm 3 /(s ha)] T 200% 100% 50% 20% 10% 5% 2% 1% 5 min 216,7 234,3 251,9 275,1 292,7 310,2 333,5 351,0 10 min 132,4 148,6 164,8 186,3 202,5 218,7 240,1 256,4 15 min 98,4 113,9 129,4 149,8 165,3 180,7 201,2 216,7 20 min 79,3 94,3 109,2 129,0 144,0 158,9 178,7 193,7 30 min 58,0 72,2 86,5 105,4 119,7 133,9 152,8 167,1 45 min 41,7 55,4 69,0 87,0 100,6 114,2 132,2 145,8 60 min 32,7 45,8 59,0 76,4 89,6 102,8 120,2 133,3 90 min 23,9 34,0 44,2 57,7 67,9 78,0 91,5 101,7 2 h 19,1 27,6 36,0 47,3 55,7 64,2 75,4 83,9 3 h 13,9 20,5 27,0 35,7 42,3 48,8 57,5 64,0 4 h 11,1 16,6 22,0 29,3 34,7 40,2 47,4 52,9 6 h 8,1 12,3 16,5 22,1 26,3 30,6 36,1 40,4 9 h 5,9 9,1 12,4 16,7 20,0 23,2 27,6 30,8 12 h 4,7 7,4 10,1 13,7 16,4 19,2 22,7 25,5 18 h 3,6 5,4 7,1 9,4 11,2 12,9 15,2 17,0 24 h 3,1 4,3 5,6 7,3 8,5 9,8 11,5 12,7 48 h 1,5 2,2 2,8 3,6 4,3 4,9 5,7 6,4 72 h 1,0 1,4 1,9 2,4 2,8 3,3 3,8 4,2
Zróżnicowanie natężenia opadu dla polskich miast przygranicznych dla prawdopodobieństwa 100% i 50%
Natężenie deszczu przy prawdopodobieństwie jego wystąpienia w [dm 3 /(s ha)] Szczecin Kostrzyń Słubice Zgorzelec Bogatynia T 100% 50% 100% 50% 100% 50% 100% 50% 100% 50% 5 min 237,3 288,2 234,7 278,9 234,3 251,9 232,2 289,2 223,0 292,8 10 min 144,7 177,6 144,1 174,7 148,6 164,8 147,7 186,9 141,0 186,6 15 min 108,3 133,8 108,3 133,0 113,9 129,4 113,3 144,8 107,8 143,4 20 min 88,2 109,5 88,5 109,7 94,3 109,2 93,9 120,8 89,1 119,0 30 min 66,1 82,5 66,5 83,6 72,2 86,5 72,1 93,7 68,1 91,4 45 min 49,5 62,2 50,0 63,8 55,4 69,0 55,3 72,7 52,1 70,3 60 min 40,3 50,9 40,8 52,7 45,8 59,0 45,8 60,7 43,1 58,3 90 min 29,7 37,8 30,4 39,5 34,0 44,2 34,0 43,8 32,1 42,6 2 h 24,0 30,7 24,7 32,2 27,6 36,0 27,6 34,8 26,1 34,2 3 h 17,7 22,8 18,4 24,1 20,5 27,0 20,5 25,3 19,5 25,0 4 h 14,2 18,5 14,9 19,7 16,6 22,0 16,6 20,1 15,8 20,1 6 h 10,5 13,7 11,1 14,7 12,3 16,5 12,3 14,7 11,8 14,7 9 h 7,8 10,2 8,3 11,1 9,1 12,4 9,1 10,7 8,8 10,8 12 h 6,3 8,3 6,7 9,0 7,4 10,1 7,4 8,6 7,2 8,7 18 h 4,6 5,9 4,7 6,4 5,4 7,1 5,4 6,6 5,3 6,4 24 h 3,8 4,8 3,8 5,1 4,3 5,6 4,3 5,6 4,3 5,3 48 h 1,9 2,4 1,9 2,6 2,2 2,8 2,2 2,8 2,2 2,6 72 h 1,3 1,6 1,3 1,7 1,4 1,9 1,4 1,9 1,4 1,8
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Dr inż. Roman Edel