Analiza wrażliwości modelu ma na celu określenie wpływu poszczególnych parametrów na końcowy wynik modelowania. Wielu badaczy poszukuje w ten sposób parametrów modelu, które w istotny sposób wpływają na wyniki symulacji (Beling, i in., 2011; Yu, i in., 2014). Ocena ta polegała na określeniu, jak zmieniają się podstawowe wyniki symulacji podczas zmian poszczególnych parametrów modelu. Jako wartości odniesienia uznano wartości parametrów uzyskanych w wyniku kalibracji modelu, w odniesieniu do których wyznaczano stopień zmienności podczas analizy wrażliwości.
Do analizy wrażliwości wytypowano dwa rodzaje opadów przedstawionych w tabeli 43:
Tabela 43. Przyjęte opady do analizy wrażliwości modelu SWMM
Typ opadu Intensywność opadu Natężenie opadu Czas trwania opadu
[mm/h] [dm3/s x ha] [min.]
Intensywny 50 140 15
Umiarkowany 15 40 60
Analizie wrażliwości modelu hydrodynamicznego poddano kilka parametrów, jednakże największy wpływ na model wykazały: retencja na powierzchni
12.Analiza wrażliwości modelu
172 nieprzepuszczalnej (D-imperv), współczynnik Manninga (szorstkości) dla powierzchni uszczelnionych (n) oraz hydrauliczna szerokość pasa spływu (B).
Analizie wrażliwości modelu nagromadzenia i spłukiwania poddano współczynnik C2 (szybkość ubywania zanieczyszczeń (w wyniku wiatru i wynoszenia przez pojazdy)).
K1 (współczynnik szybkości spłukiwania zanieczyszczeń ), K2 (współczynnik potęgowy modelu spłukiwania).
Wpływ wybranych parametrów został określony dla następujących wartości charakterystycznych, zmierzone na dopływie do zbiornika retencyjnego:
maksymalne natężenie przepływu;
objętość całkowitą spływu ścieków deszczowych;
maksymalne stężenie zawiesin ogólnych;
całkowity spłukany ładunek zawiesin ogólnych.
Wyniki przeprowadzonych badań wykazano na wykresach 42-53. Rezultaty analizy usystematyzowano w tabeli 44 i 45.
Tabela 44. Wyniki analizy wrażliwości dla opadu intensywnego
Parametr podany analizie wrażliwości
Oznaczenie na wykresie Wpływ na charakterystyczne wyniki symulacji modelu Maksymalne
szerokość pasa spływu B Umiarkowany Mały Umiarkowany Umiarkowany Szybkość ubywania
12.Analiza wrażliwości modelu
173 Tabela 45. Wyniki analizy wrażliwości dla opadu umiarkowanego
Parametr podany analizie wrażliwości
Oznaczenie na wykresie Wpływ na charakterystyczne wyniki symulacji modelu Maksymalne
D-imperv Bardzo duży Bardzo duży Bardzo duży Bardzo duży Współczynnik
Manninga dla powierzchni uszczelnionych
n Umiarkowany Umiarkowany Umiarkowany Mały
Hydrauliczna szerokość pasa
spływu
B Umiarkowany Umiarkowany Umiarkowany Mały Szybkość
Z przeprowadzonych analiz wynika, iż podczas opadu intensywnego retencja powierzchni nieprzepuszczalnych ma istotny wpływ na wszystkie brane pod uwagę wartości wynikowe symulacji. Im mniej intensywny opad tym hydrauliczna szerokość pasa spływu mam mniejsze znaczenie. Współczynnik Manninga odgrywa istotną rolę praktycznie tylko dla opadu intensywnego.
Natomiast współczynniki modelu spłukiwania i nagromadzenia niezależnie od natężenia i wysokości opadu odgrywają dużą rolę zarówno przy maksymalnym stężeniu zawiesin, jak i przy całkowitym jej ładunku.
12.Analiza wrażliwości modelu
174 Wykres 42. Zmiana wartości Q max. podczas opadu intensywnego przy zmianie parametrów
objętych analizą
Wykres 43. Zmiana wartości V całkowitej podczas opadu intensywnego przy zmianie parametrów objętych analizą
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości max. Q
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości V całk. Zmiana parametru D-imperv n B Opad intensywny
Opad intensywny
12.Analiza wrażliwości modelu
175 Wykres 44. Zmiana wartości całkowitego ładunku zawiesin spłukanego podczas opadu
intensywnego przy zmianie parametrów objętych analizą
Wykres 45. Zmiana wartości max. stężenia zawiesin podczas opadu intensywnego przy zmianie parametrów objętych analizą
0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości ładunku całk.
Zmiana parametru D-imperv
n B
0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości max. stężenia zawiesin
Zmiana parametru D-imperv
n B Opad intensywny
Opad intensywny
12.Analiza wrażliwości modelu
176 Wykres 46. Zmiana wartości Q max. podczas opadu umiarkowanego przy zmianie parametrów
objętych analizą
Wykres 47. Zmiana wartości V całkowitej podczas opadu umiarkowanego przy zmianie parametrów objętych analizą
0.60
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości V całk.
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości Q max.
12.Analiza wrażliwości modelu
177 Wykres 48. Zmiana wartości całkowitego ładunku zawiesin spłukanego podczas opadu
umiarkowanego przy zmianie parametrów objętych analizą
Wykres 49. Zmiana wartości max. stężenia zawiesin podczas opadu umiarkowanego przy zmianie parametrów objętych analizą
0.60
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości ładunku całk.
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości max. stężenia zawiesin
Zmiana parametru
12.Analiza wrażliwości modelu
178 Wykres 50. Zmiana wartości całkowitego ładunku zawiesin spłukanego podczas opadu
intensywnego przy zmianie parametrów objętych analizą
Wykres 51. Zmiana wartości max. stężenia zawiesin podczas opadu intensywnego przy zmianie parametrów objętych analizą
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości ładunku całk.
Zmiana parametru C2 K1 K2
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości max. stężenia zawiesin
Zmiana parametru C2 K1 Opad intensywny K2
Opad intensywny
12.Analiza wrażliwości modelu
179 Wykres 52. Zmiana wartości ładunku całkowitego ładunku zawiesin spłukanego opadu
umiarkowanego przy zmianie parametrów objętych analizą
Wykres 53. Zmiana wartości max. stężenia zawiesin podczas opadu umiarkowanego przy zmianie parametrów objętych analizą
Podczas badań sprawdzono również wpływ stopnia uszczelnienia zlewni na maksymalny odpływ ścieków deszczowych z analizowanej zlewni „Liściasta”. Do symulacji wykorzystano te same opady, użyte do analizy wrażliwości modelu. Zgodnie
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości ładunku całk.
Zmiana parametru C2
K1 K2
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Zmiana wartości max. stężenia zawiesin
Zmiana parametru C2
K1 Opad umiarkowany K2
Opad umiarkowany
12.Analiza wrażliwości modelu
180 z przypuszczeniami wpływ stopnia uszczelnienia jest znaczny zarówna na wielkość odpływu, jak i na czas koncentracji (wykres 54).
Wykres 54. Wpływ stopnia uszczelnienia na odpływ z analizowanej zlewni
W celu weryfikacji przypuszczenia dotyczącego istotnego wpływu spadku terenu na odpływ z analizowanej zlewni wykonano symulację, której wyniki przedstawiono na wykresie 55. Można zaobserwować stosunkowo niewielki wpływ spadku na odpływ, spowodowany najprawdopodobniej niewielką powierzchnią zlewni. Przy symulacji hipotetycznej zlewni 10 razy większej od badanej (119 ha), wpływ spadku jest już bardziej znaczący (wykres 56).
Wykres 55. Wpływ spadku na odpływ z analizowanej zlewni
0
02:24:00 02:38:24 02:52:48 03:07:12 03:21:36 03:36:00 03:50:24
Przepływ [dm3/s]
02:09:36 02:38:24 03:07:12 03:36:00 04:04:48 04:33:36 05:02:24 05:31:12 Przepływ [dm3/s]
12.Analiza wrażliwości modelu
181 Wykres 56. Wpływ spadku na odpływ z hipotetycznej, 10 razy większej zlewni od analizowanej
Wykres 57. Wpływ udziału powierzchni brudnych do czystych na stężenie zawiesin ogólnych dla analizowanej zlewni
Dodatkowo określono w jakim stopniu stosunek powierzchni bardzo zanieczyszczonych i czystych wpływa na stężenie zawiesin ogólnych w ściekach deszczowych. Zgodnie z przewidywaniami różnica ta jest ogromna (wykres 57).
Podczas badań analizowano również współczynnik spływu α, definiowany jako stosunek wysokości spływu powierzchniowego do całkowitego opadu, który wystąpił nad analizowaną zlewnią o powierzchni ok. 11.9 ha. Uzyskano, średnioważony współczynnik spływu ψ=0.25. Przykłady otrzymanego współczynnika dla wybranych opadów z 2015 roku przedstawiono w załączniku 2.
0
02:09:36 02:38:24 03:07:12 03:36:00 04:04:48 04:33:36 05:02:24 05:31:12 Przepływ [dm3/s]
02:09:36 02:38:24 03:07:12 03:36:00 04:04:48 04:33:36 Stężene zawiesiny ogólnej [mg/dm3]
13.Podsumowanie i wnioski
182