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

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.

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.