∞
∞
· −
π
=
0
0 0 0
3 0
4 D n(D )U (D )dD 10
6 R
(2) gdzie:
R – natężenie opadu, mm∙h-1,
D0 – średnica ekwiwalentna kropli, odpowiadająca średnicy idealnej kuli o objętości równoważnej rzeczywi-stej objętości spadającej kropli (krople zwłaszcza o dużych średnicach ulega-ją deformacjom, patrz [13, 6]), mm, U∝ – prędkość terminalna kropel, m∙s-1.
Wykorzystanie rejestracji opadów z Parsivela w modelu hydrodynamicznym
Rejestracje zmian natężenia opa-dów atmosferycznych uzyskiwane z disdrometrów mogą być wykorzy-stywane bezpośrednio do zasilania w dane wejściowe modeli hydrody-namicznych. Dla ilustracji tej tezy wybrano opad z 27 listopada 2007 r.
i użyto go dla symulacji przepływów w przykładowym kanale deszczowym.
Tego dnia we Wrocławiu miały miej-sce opady śniegu i śniegu z deszczem,
a dynamika ich jest przedstawiona na rys. 3. Łącznie w ciągu 10 godzin spadło 15,8 mm opadu. Istotne jest podkreślenie, że z uwagi na dodatnią temperaturę powietrza i powierzchni terenu padający śnieg topniał i odpły-wał kanalizacją deszczową. Jak dotąd, przy projektowaniu kanalizacji nie korzystano w praktyce z danych opa-dowych z półrocza zimowego. Kla-syczne przyrządy pomiarowe, takie jak np. pluwiografy pływakowe, nie mogły być stosowane przy możliwych spadkach temperatury poniżej 0oC.
Widoczne na rys. 3 dynamiczne zmiany natężenia chwilowego opadu były zarejestrowane dla okresów 30-se-kundowych. W rzeczywistości tak duża rozdzielczość czasowa była zbyt duża dla samego modelu hydrodynamiczne-go. Z tej racji natężenia 30-sekundowe zostały przeliczone na 1-minutowe i za-pisane jako scenariusz opadowy w mo-delu hydrodynamicznym.
Jako model hydrodynamiczny został wykorzystany komercyjnie dostępny w polskiej wersji językowej pakiet oprogramowania SewerPac, fi rmy Rehm. Trzonem tego pakietu jest program Hykas, który pozwala na prowadzenie obliczeń w sposób niestacjonarny z uwzględnieniem hydrodynamicznego modelu prze-pływu. Model transportu wód opa-dowych w kanałach jest opisany wspomnianym już równaniem ruchu cieczy w postaci nieustalonej (niesta-cjonarnej), nierównomiernej (pełne równanie ruchu cieczy Saint Venan-ta). Po wprowadzeniu do programu histogramu deszczu tworzony jest
model spływu powierzchniowego z analizowanych zlewni, który w dal-szej kolejności transponowany jest na model odpływu w kanale. Przetwo-rzenie opadu brutto w opad efektyw-ny odbywa się w oparciu o empirycz-ną metodę Kesera, uwzględniającą straty wynikające z retencji terenowej oraz zmienny w czasie współczynnik spływu z powierzchni umocnionych.
Wyniki symulacji przepływu ście-ków przez jeden z odcinście-ków analizo-wanego kolektora są przedstawione na rys. 4. Był to kanał kołowy o śred-nicy wewnętrznej φ 250 mm i o spad-ku 0,7‰. Przez kanał ten przepływały wody opadowe spływające łącznie ze zlewni o powierzchni 2,4 ha, o śred-nim poziomie uszczelnienia terenu (typowa zabudowa willowa). Na rys. 5 przedstawione są natomiast zmiany w czasie napełnienia w studzience betonowej φ 1000 mm poprzedzającej przewód z rys. 4. Analizując wykresy na rys. 4 i 5 należy zauważyć ich silne podobieństwo z oryginalnym hieto-gramem opadu, który wywołał od-pływ (rys. 3). Zwłaszcza na wykresie odpływu widoczne są dwa charak-terystyczne maksima przepływów (wartości ponad 10 l∙s-1) wywołane przez obserwowane na rys. 3 także dwa okresy wystąpienia znacznych natężeń opadu, przekraczających na-tężenie 10 mm∙h-1. W dużym uogól-nieniu można powiedzieć, że wykres przepływów jest wygładzeniem histo-gramu, a wykres napełnień jest z kolei wygładzeniem wykresu przepływów.
Wymienione parametry są w istocie silnie i jednoznacznie powiązane ze
sobą zapisanymi we wstępie równa-niami modelu Saint Venanta. Anali-zując wykresy na rys. 4 i 5 warto za-uważyć również opóźnienie odpływu o około 13 minut, które w naturalny sposób wynika z retencji powierzch-niowej i w kanałach poprzedzających analizowany przekrój.
Podsumowanie
Dostępne obecnie dla inżynierów sanitarnych programy dla symulacji pracy sieci kanalizacyjnych mogą być bardzo cennym narzędziem zarów-no na etapie ich projektowania, jak i eksploatacji, rozbudowy i renowacji.
Konieczne jest jednak pozyskiwanie danych wejściowych do modeli sy-mulacyjnych w postaci scenariuszy opadów. Brak jakichkolwiek wytycz-nych krajowych w tym zakresie czy-ni działaczy-nia te szczególczy-nie pilnymi.
Rozwój technik pomiarowych, w tym przede wszystkim wprowadzenie disdrometrów optycznych, pozwa-la na łatwe gromadzenie w postaci elektronicznej zapisów zmian natę-żeń opadów w czasie. Zapisy takie mogą być z powodzeniem stosowane bezpośrednio do symulacji pracy ka-nalizacji, a w połączeniu z jednoczes-nym monitoringiem przepływów i napełnień w sieci mogą być pod-stawą kalibracji i weryfi kacji modeli symulacyjnych. Zaletą stosowania disdrometrów jest możliwość insta-lacji w miejscach trudno dostępnych, takich jak dachy budynków, z uwagi na brak konieczności stałej obsłu-gi. Przyrządy tej klasy dają także możliwość prowadzenia pomiarów opadów przez cały rok zarówno dla opadów ciekłych, jak i stałych. Gro-madzone z użyciem nowoczesnych przyrządów pomiarowych, takich jak disdrometry optyczne, serie opadowe mogą w przyszłości dać podstawę do opracowania histogramów wzorco-wych dla symulowania pracy kanali-zacji deszczowych z wykorzystaniem modeli hydrodynamicznych.
dr inż. PAWEŁ LICZNAR
Katedra Budownictwa
i Infrastruktury
Uniwersytet Przyrodniczy
we Wrocławiu
Rys. 5. Symulacja zmian poziomu ścieków w studzience poprzedzającej analizowany kanał po opadzie 27 listopada 2007 r., uzyskana w programie Hykas
79
CZERWIEC 2008 INŻYNIER BUDOWNICTWA Komentarz ATV-DVWK
do ATV-A118P Hydraulicz-ne wymiarowanie systemów odwadniających, Wydaw-nictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa 2000.
W. Kowalska, A. Prystaj, Symulacja nieustalonego odpływu wód opadowych systemem kanalizacji deszczowej, Monografi a 206. Seria inżynieria sani-tarna i wodna, Politechni-ka KrakowsPolitechni-ka.
Z. Kundziewicz, Modele hydrologiczne ruchu fal powodziowych, Monogra-fi e Komitetu Gospodarki Wodnej, Warszawa 1985.
P. Licznar, Aktualne kie-runki rozwoju oprogramo-wania dla wspomagania projektowania systemów odwodnienia, Monografi a Komitetu Inżynierii Śro-dowiska PAN, vol. 46, s.
85–95, 2007.
P. Licznar, Disdrometr la-serowy – nowe narzędzie pomiarowe opadów atmo-sferycznych dla potrzeb inżynierii środowiska,
„Gaz, Woda i Technika Sanitarna”, kwiecień 2007, s. 10–12.
P. Licznar, J. Łomotowski, Rainfall kinetic energy measurements with im-pactometer implementa-tion, WORKS & STUDIES – PRACE I STUDIA of the Institute of Environ-mental Engineering of the Polish Academy of Scien-ce, 2007.
P. Licznar, J. Łomotowski, E. Burszta-Adamiak, K.
Kuczewski, Pierwszy krok w budowie bazy danych o opadach dla inżynierów sanitarnych, „Forum Eks-ploatatora”, marzec/kwie-cień 2007, s. 38–40.
P. Licznar, J. Łomotow-ski, M. Rojek, Pomiary i przetwarzanie danych opadowych dla potrzeb projektowania i eksploa-tacji systemów odwodnie-niowych, Futura PZIiTS, Poznań 2005.
P. Licznar, J. Łomotowski, M. Rojek, Sposoby pomia-ru natężenia deszczu na potrzeby projektowania 1.
odwodnienia terenów zurbanizowanych, Woda–
Ś r o d o w i s ko – O b s z a r y Wiejskie, t. 5, z. specj. (14), s. 209–219, 2005.
U.K. Maheepala, A.K. Ta-kyi, B.J.C. Perera, Hydro-logical data monitoring for urban stormwater dra-inage systems, „Journal of Hydrology” 245, s. 32–47, 2001.
E. Mielcarzewicz, J. War-talski, Systemy zaopatrze-nia w wodę i usuwazaopatrze-nia ścieków. Wybrane zagad-nienia, Wydawnictwo Po-litechniki Wrocławskiej, Wrocław 1990.
PN-EN 752-4:2001: Ze-wnętrzne systemy kana-lizacyjne – Obliczenia hydrauliczne i oddziały-wanie na środowisko.
H.R. Pruppacher, J.D.
Klett, Microphysics of clouds and precipitation.
Second revised and enlar-ged edition, Kluwer Aca-demic Publishers, 2000.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warun-ków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ście-ków do wód lub ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, Dz.U. z 2006 r. Nr 137, poz. 984.
Artykuł prezentowany w czasopiśmie „INSTAL.
Teoria i praktyka w insta-lacjach”.
'JSNB 5SJNP KFTU KFEOZN [ QS[PEVKDZDI FVSPQFKTLJDI
QSPEVDFOUÅXoDJFOOZDIJEBDIPXZDIPHOJPPEQPSOZDIQ ZU
XBSTUXPXZDI [ SE[FOJFN [ OJFQBMOFK XF OZ NJOFSBMOFK
LMBTZ";EPCZUFEPoXJBED[FOJBHSPNBE[JMJoNZXUSBLDJF
"CZ V[ZTLB¸ XJ¼DFK T[D[FHÅ ÅX OB UFNBU Q ZU XBSTUXP
XZDI5SJNPQSPTJNZPCF[QPoSFOJLPOUBLU[CJVSFN5SJNP
Więcej informacji na temat wodociągów i kanalizacji w bezpłatnym roczniku „KATALOG INŻYNIERA Inżynieria Środowiska”.
nowość
Jesteśmy częścią holdingu CRH, co daje nam ogromne możliwości czer-pania ze światowych doświadczeń i wiedzy technicznej.
Jako pierwsi w Polsce podjęliśmy produkcję płyty SP 500.
W Polsce produkcję prefabrykatów rozpoczęliśmy w 2002 r. i od tej pory dostarczamy je zarówno na terenie kraju, jak i za granicą, zyskując pełne uznanie klientów.
Nasza nowa inwestycja
Z przyjemnością informujemy, że na początku tego roku w zakładzie w Mszczonowie zakończyliśmy ważną inwestycję, dzięki której podwoiliśmy moce produkcyjne zarówno w zakresie produkcji płyt stropowych, jak i prefa-brykatów sprężonych i zbrojonych.
Wcześniej w jednej wielkiej hali zakła-dów były wytwarzane i prefabrykowane płyty stropowe i prefabrykaty struktu-ralne. Teraz w pierwszej hali pozostała wytwórnia słupów, dźwigarów, belek itp., a w drugiej nowej hali są produko-wane płyty stropowe. Wytwórnię płyt obsługuje nowoczesny węzeł betoniarski wraz z systemem rozprowadzania, do-starczający odpowiednią ilość mieszan-ki betonowej. Komputerowe sterowanie gwarantuje najwyższą jakość produktu.
W hali umieszczono cztery łoża pro-dukcyjne, każde o długości 180 m, jedne z najdłuższych w Europie. 180-metrowe płyty kolosy są cięte na odcinki o długo-ści zależnej od rozpiętodługo-ści obiektu, do którego wznoszenia posłużą.
Natomiast zmiany poczynione w strukturze organizacji zapewnią nam jeszcze większą jakość dostaw i produktu.
Więcej ekologii
Planując i realizując nową inwestycję pomyśleliśmy o wymogach dotyczących ochrony środowiska. W nowo wybudo-wanej hali znalazła się instalacja do od-zysku wody, która była tracona w dotych-czasowym procesie technologicznym, teraz ponad 80% wody używanej do
pro-■
■
■
dukcji płyt stropowych wraca do obiegu i jest ponownie wykorzystywana.