Modelowanie sieci kanalizacyjnej

“Model” to nic innego jak pewne odzwierciedlenie rzeczywistości.

Przy pomocy odpowiedniej wiedzy i narzędzi możemy zbudować wirtualny (komputerowy) model sieci kanalizacyjnej.

Model opiera się na zaawansowanych równaniach matematycznych (model matematyczny). Nie musimy jednak dokładnie znać, ani rozumieć tych wszystkich równań na pamięć. Komputer, przy pomocy odpowiedniego oprogramowania i na podstawie wprowadzonych danych potrafi je szybko rozwiązać, dostarczając nam cennych informacji na temat sieci w postaci tabel, wykresów, grafik, map, animacji czy gotowych raportów zgodnych z naszymi oczekiwaniami.

Zaletą modelu komputerowego (wirtualnego) jest fakt, że wykonując różne symulacje i analizy dotyczące sieci, nie działamy na “żywym organizmie”, a na wirtualnym odzwierciedleniu tej sieci. Mamy do dyspozycji poligon doświadczalny, na którym możemy badać swoje pomysły bez szkody dla infrastruktury.

Zanim więc podejmiemy decyzje odnośnie kosztownej rozbudowy sieci czy też jej modernizacji, możemy posiłkować się takim modelem i stosunkowo szybko przeanalizować wiele odmiennych scenariuszy.

Niejednokrotnie decydujemy się na kosztowne inwestycje, rozległe projekty o sporym wysiłku organizacyjnym, bazując jedynie na teoretycznych założeniach, bez możliwości wcześniejszego sprawdzenia skutków podejmowanych decyzji.

Konsekwencje takich założeń mogą przynieść nieoczekiwane rezultaty, nie zawsze te, których naprawdę oczekujemy. Nieprawidłowo dobrane średnice, źle obliczona objętość lub umiejscowienie zbiorników retencyjnych to tylko kilka przykładów błędnie podjętych decyzji, które mogą generować olbrzymie koszty inwestycyjne bez osiągnięcia spodziewanych efektów i poprawy pracy sieci.

W dobie rosnących wyzwań w zagospodarowaniu wód opadowych, niezbędne wręcz staje się wykorzystanie w pełni pojemności retencyjnej całego systemu. Niejednokrotnie duża część sieci jest niedociążona, podczas gdy w innych miejscach mamy do czynienia z podtopieniami. W chwili obecnej mamy możliwość wdrożenia rozwiązań pozwalających na regulację przepływu wód w kanale, bez konieczności intensywnego ingerowania w jej konstrukcję, chociażby z wykorzystaniem regulatorów przepływu. Właściwy dobór tych urządzeń bez dynamicznego modelu odzwierciadlającego warunki przepływu w sieci jest praktycznie niemożliwe.

W tym miejscu, nie można również zapominać o przydatności wykorzystania modelowania sieci kanalizacji ogólnospławnej przy obliczaniu częstotliwości zrzutu wód ściekowych do odbiornika. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska model symulacyjny sieci jest zalecany do oceny pracy działania przelewów burzowych, w szczególności liczby zrzutów do odbiornika. Przy pomocy modelu ocenić możemy nie tylko ilość wód trafiających do odbiornika, ale również zmianę parametrów jakościowych w odbiorniku czy też wpływ zrzutu na bezpieczeństwo powodziowe.

Sam proces budowy modelu można podzielić na kilka etapów:

1. Zebranie danych

Podstawowy pakiet danych niezbędny do przeprowadzenia modelowania kanalizacji składa się z informacji o przebiegu kolektorów (topologia sieci), lokalizacji studni oraz infrastruktury kanalizacyjnej (zbiorniki, przelewy, pompownie) a także z zestawu danych na temat materiałów, rzędnych studni, średnic itp.

Olbrzymim usprawnieniem jest posiadanie wyżej wymienionych danych w formie wektorowej (dane przetworzone i zapisane na komputerze w odpowiednim formacie) tak, aby dane z systemu informacji przestrzennej mogły zostać bezpośrednio zaimportowane do bazy danych modelu.

2. Wprowadzanie danych topologicznych (przebieg sieci)

Wprowadzanie danych do modelu hydraulicznego odbywać się może na dwa sposoby:

• Import wcześniej przygotowanych danych o przebiegu sieci wraz z atrybutami opisującymi m.in. materiały przewodów, średnice, rzędne dna studni kanalizacyjnych,
• Wrysowanie poszczególnych elementów sieci na podstawie schematów sieci, map zasadniczych, ortofotomapy.

3. Wprowadzenie pozostałych elementów modelu

Po wprowadzeniu danych o przebiegu sieci pozostaje nam tylko wprowadzić dodatkowe elementy definiujące warunki działania modelu:

• Opady dla modelu sieci kanalizacji deszczowej lub ogólnospławnej,
• Dodatkowe zrzuty ścieków (np. zrzuty ścieków sanitarnych),
• Informacje o infrastrukturze kanalizacyjnej (np. zbiorniki, pompy),
• Opisanie warunków pracy np. pompowni czy regulatorów przepływu.

Proces budowy modelu firma DHI wykonuje “od A do Z”. Pomagamy zinwentaryzować sieć i zdobyć odpowiednie dane, niezbędne do skompletowania modelu całego układu. Ważnym elementem jest tutaj tzw. kampania pomiarowa, czyli prace terenowe, mające na celu opomiarowanie newralgicznych punktów na sieci (pomiar opadu, przepływu i poziomu w kanale). Firma DHI dysponuje również własnymi urządzeniami oraz doświadczonymi specjalistami w tym zakresie. Ma to ogromne znaczenie dla poprawnego działania modelu i jego późniejszej kalibracji.

Kalibracja modelu to niezwykle istotny, a jednocześnie często pomijany element, gdzie wyniki symulacji modelowej skonfrontowane są z danymi zebranymi podczas kampanii pomiarowej (opad, przepływ) celem sprawdzenia poprawności działania modelu. W przypadku wykrycia niezgodności pomiędzy wynikami zasymulowanymi i pomierzonymi stanowi podstawę do wprowadzenia zmian parametrów modelu. Umiejętnie wykalibrowany model gwarantuje wysoką skuteczność i wierne odzwierciedlenie naszej sieci.

Po zakończeniu prac związanych z budową modelu niezbędna jest jego okresowa aktualizacja i kalibracja. Z reguły model wymaga aktualizacji tylko w przypadku większych zmian na sieci, takich jak modernizacja odcinków sieci, budowa nowych kolektorów, dołączanie nowych elementów do sieci. Dysponując gotowym modelem, nie jest to proces trudny i czasochłonny. Z reguły firma wykonująca model świadczy usługi w zakresie jego aktualizacji i rozbudowy. Istnieje również możliwość przeszkolenia pracowników w celu samodzielnego wykonywania tych prac.

Można przyjąć, iż modele całej sieci miejskiej podlegają aktualizacji w okresach dwuletnich.