Modelowanie Miejskich

Systemów

Odwadniających w 1D i 2D

przy pomocy XP-SWMM i

TUFLOW



W ostatnich latach powodzie coraz częściej

nawiedzają różne rejony świata, osiągając duże
rozmiary i niosąc ze sobą ogromne zniszczenia.



Coraz częściej wykorzystywane są technologie

pozwalające na przewidywanie zasięgu i
rozmiaru powodzi na podstawie danych o
opadach atmosferycznych.



Na podstawie tych danych, pochodzących z

pomiarów naziemnych i satelitarnych wykonuje
się analizy na modelu hydrologicznym,
przyjmując parametry modelowania w
zależności od form użytkowania terenu.



Do modelowania zlewni

rzecznej wykorzystuje
się Numeryczny Model
Terenu. Prognozowana
powódź wizualizowane
jest w formie mapy
cyfrowej, umożliwiającej
identyfikację ryzyka.



Numeryczny model

terenu tworzy się
metodą lotniczego
skaningu laserowego.

Numeryczny Model Terenu

Model SWMM

Stormwater Managament Model
(Model Zarządzania Wodami Deszczowymi)



Model matematyczny wykorzystujący pomiary

terenowe ilości ścieków.



Pozwala on na obliczenie wielkości odpływu

ścieków opadowych ze zlewni o dowolnym
charakterze.



Jest przydatnym narzędziem w modelowaniu

miejskich systemów odwadniających.

TUFLOW



TUFLOW to oprogramowanie które pozwala na
obliczenia dwuwymiarowe (2D) i jednowymiarowe
(1D) służące do symulacji rozprzestrzeniania się fali
powodziowej i pływów. 



Jest to szczególnie korzystne w środowisk miejskich
których zróżnicowanie wymusza połączenie modelu
spływu powierzchniowego 2D z
modelem przepływu rurowego 1D.



TUFLOW oferuje możliwości
dynamicznego łączenia
modeli 1D/2D. 



Został włączony w pakiet XP-SWMM.

Połączenie TUFLOW 2D i XP-SWMM

Możliwość symulacji wzajemnego oddziaływania wody
deszczowej transportowanej kanałami z
dwuwymiarowym spływem powierzchniowym pozwala
na modelownie:



miejskich cieków wodnych i obszarów zalewowych w 2D;



miejskich cieków wodnych i obszarów zalewowych
wykorzystując kombinację modelu 1D (cieki wodne) i w
2D (obszar zalewowy);



miejskiego systemu odwadniającego z użyciem
kombinacji modelu 1D (odwodnienie kanałowe) i w 2D
(spływ powierzchniowy).



W Nowej Południowej Walii (NSW) stworzono

nowy kierunek dla zarządzania terenami
zalewowymi i gospodarki powodziowej w
mieście opierający się na lotniczym skaningu
laserowym .



NSW to stan w leżący w

południowo-wschodniej
części Australii.



Zakres badań obejmował

zlewnię cieku Prospect Creek
w mieście Fairfield oraz
podzlewnię Orphan School Creek.



Miasto Fairfield ma pięć strumieni, które są częścią 98 km
kwadratowych zlewni Prospect Creek. Zlewnia obejmuje
obszary zurbanizowane i przemysłowe. Duży obszar zlewni
leży w samym sercu strefy mieszkalnej z dużą ilością
otwartych przestrzeni.



Prospect Creek ma źródło blisko zbiornika Prospect i ma
długość około 26 km, wpływa do rzeki Georges w Georges
Hall. 



Drogi wodne w zlewni to
otwarte betonowe kanały,
zamknięty system rurowy i
naturalne cieki.



Główne podzlewnie to
Orphan School Creek i
Burns Creek. 

Nowy kierunek
zarządzania
powodziowego w NSW



redefinicja obszarów zalewowych jako obszaru
objętego przez Prawdopodobną Maksymalną Powódź
(czyli powódź, której można oczekiwać przy
kombinacji najcięższych krytycznych warunków 
meteorologicznych i hydrologicznych, które
są racjonalnie możliwe w danej zlewni)



usunięcie rozróżnienia na "główny nurt powodzi"
i "lokalne powodzie" w definiowaniu i umiejscawianiu
obszarów mieszkalnych zagrożonych zalaniem



tworzenie szczegółowych map terenów zalewowych
korzystając z lotniczego skaningu lotniczego



W połowie roku 2003 Rada Miasta zleciła lotnicze

laserowe skanowanie obszaru miasta i okolic
Fairfield.



Porównanie poprzecznych przekrojów uzyskanych z

modelów XP-SWMM 1D z przekrojami uzyskanymi
ze skanów lotniczych ujawniło duże rozbieżności.



Władze miasta zleciły stworzenie nowego

modelu hybrydowego 1D/2D zlewni Prospect Creek
rozpatrywanego obszaru.



TUFLOW 1D/2D został skalibrowany na stany wód

zaobserwowanych w 2001 r. a
następnie wykorzystany do
oszacowania miarodajnych przepływów i prędkości
przepływu wody.

Badania dotyczyły, będącego w zasięgu Prospect Creek,

Widemere Road. 

Wykorzystano 3 modele tej zlewni:



Model 1D XP SWMM  skalibrowany i zweryfikowany na
podstawie poważnych powodzi z 1986 i 88 roku, a
następnie ponownie skalibrowany w oparciu o powódź
ze stycznia 2001 r.



Nowy model terenów zalewowych w 1D/2D przy
użyciu XP-SWMM2D oparty na siatce 10x10 m
obejmującej ciek wodny Prospect Creek i wszystkie
skrzyżowania odwzorowane przy użyciu wbudowanych
elementów, skalibrowano go na powódź ze stycznia
2001r.



Nowy model w  2D wykorzystujący tylko TUFLOW oparty
na siatce 10x10 m.

Przypadek 1-Widemere
Road



Porównanie uzyskanych w modelach stanów wody

o częstotliwości występowania raz na 100 lat:

Graficzne przedstawienie rozkładu prędkości wody
modelu 1D/2D.

Graficzne przedstawienie rozkładu prędkości wody
modelu 2D.

Przypadek 2-zlewnia Cumberland
Highway



Podzlewnia kanału burzowego
Orphan School Creek o powierzchni 165 ha
i posiada sieć kanalizacji deszczowej.



Istnieje ponad 340 wpustów w obszarze
zlewni z czego 336 uwzględniono w modelu.



Kanały mają od 0,3 m do 1,8 m średnicy.



Przyjęto że każdy wpust ma swoją własną
podzlewnię. Zdefiniowano je i wprowadzono do modelu spływu
wód opadowych XP-RAFTS skąd uzyskano hydrogramy dla
deszczu „pięcioletniego” i wprowadzono do TUFLOW.



Na model sieci kanalizacyjnej składa się model 2D spływu
powierzchniowego w TUFLOW  i model kanalizacji w 1D XP-
SWMM. Są one połączone ze sobą, tworząc
kompletny model 1D-2D spływu lądowego. 



Przyjmuje się, że spływ lądowy jest zbierany
przez wloty do kanalizacji. 

Rozmieszczenie podzlewni kanalizacji
deszczowej

Szacowany spływ powierzchniowy przy deszczu 5

letnim w przypadku zablokowania wszystkich

wpustów do kanalizacji.

Szacowany spływ powierzchniowy przy deszczu 5

letnim w przypadku działania wszystkich wpustów do

kanalizacji.

Interpretacja wyników:



prezentacja obszarów powodziowych oraz spływu
powierzchniowego w formie łatwo zrozumiałej



rozległe zalanie nieruchomości w przypadku deszczu
pięcioletniego aczkolwiek duże obszary były objęte
zalaniem o wysokości poniżej 100 mm;



dodatkowe obszary, które zostaną zalane jeśli wloty do
kanalizacji zostaną znacznie lub całkowicie zablokowane
(podkreślając potrzebę regularnej konserwacji
studzienek odwadniających w celu zapewnienia ich
funkcjonowania w przypadku burz)



wniosek, że nawet jeśli wszystkie wpusty są w
pełni odblokowane, rury kanalizacji nie mają
wystarczającej pojemności i już przy deszczu
pięcioletnim może dojść do zalania większości obszarów
autostrady Cumberland  i budynków mieszkalnych

Wnioski:



Stwierdzono, że branie pod uwagę ekstremalnych stanów
wód na obszarach miejskich i coraz większy dostęp
do skanowania laserowego miejskich zlewni jest wiodące
w przyjmowaniu modeli 2-D jako nowy punktu odniesienia
dla badań powodzi w miastach w Nowej Południowej
Walii i na świecie.



Pakiety, takie jak  XP SWMM2D i TUFLOW dają nowe
możliwości do podjęcia bardziej szczegółowych
badań miejskich sieci kanalizacyjnych, miejskich cieków
wodnych i terenów zalewowych. 



Świadczy to również o trwającej ewolucji pakietu
XPSWMM w odpowiedzi na zmieniające się potrzeby
zarządców wodami deszczowymi.