Skip to main content
USŁUGI

Modelowanie powodzi miejskich i gospodarowanie wodami opadowymi

Gospodarowanie wodami opadowymi to temat coraz częściej poruszany w urzędach miast, zarządach dróg czy miejskich zakładach komunalnych. W związku z rozwojem i rozbudową miast pojawiło się nowe, dotąd nieznane na tak szeroką skalę zjawisko powodzi miejskiej. Urbanizacja terenów zielonych doprowadziła do znacznego wzrostu uszczelnienia powierzchni przepuszczalnych (brak infiltracji w głąb profilu), co w konsekwencji zwiększyło spływ powierzchniowy wód opadowych i dało efekt tzw. powodzi miejskiej. Dodatkowo wpływ na owo zjawisko ma niewątpliwie zwiększona częstotliwość występowania zjawisk ekstremalnych (nawalne opady). Projektanci kanalizacji deszczowej budowanej w latach ubiegłych nie przewidzieli aż takiej urbanizacji, a co za tym idzie, ogromnych ilości wody jakie system kanalizacji deszczowej musi przyjąć i odprowadzić. Jedyną metodą na ograniczenie tego problem jest szersze spojrzenie na sprawę poprzez wdrożenie tzw. zrównoważonego rozwoju, polegającego na próbie przywrócenia i poprawie stosunków wodnych panujących w środowisku, poprzez zastosowanie zielono-niebieskiej infrastruktury, ogrodów deszczowych, nawierzchni perforowanych, miejscowej retencji (zbiornik), modernizacji kanalizacji i odpowiedniego przekierowania wód opadowych. Natomiast dopiero połączenie tych wszystkich elementów i globalne spojrzenie na środowisko może dać określone efekty. Tutaj pojawia się ciekawe narzędzie, dające możliwość spojrzenia kompleksowo na całość jako system naczyń połączonych częściowo od siebie zależnych. 

Gospodarowanie wodami opadowymi to proces, w którym z dużą skutecznością wprowadza się zagadnienie modelowania hydraulicznego. Zintegrowany model hydrauliczny łączy model 1D (przepływy w sieci kanalizacyjnej i przepływy w ciekach) z cyfrowym modelem powierzchni terenu 2D oraz model opad-odpływ, tworząc hybrydowe rozwiązanie pozwalające na dowolne symulacje różnych scenariuszy dot. określenia ilości wód przemieszczających się w obu kierunkach – zarówno z powierzchni terenu do sieci kanalizacyjnej, jak i ze studzienki na powierzchnię terenu, rozpływ wód po powierzchni terenu, analizę lokalnych podtopień, uwzględniając wszystkie czynniki wpływające na zaistniałą sytuację wodną. 

Czym jest model zintegrowany 1D+2D?

Model zintegrowany 1D+2D łączy zalety obu podejść do modelowania. Nazywany jest również modelem hybrydowym. Takie rozwiązanie w odróżnieniu od modelu kanalizacji 1D, uwzględnia ukształtowanie powierzchni poprzez jej odwzorowanie na siatce prostokątnej bądź trójkątnej. Korzyścią wynikającą ze stworzenia modelu zintegrowanego jest m.in. możliwość zasymulowania zjawisk opadowych, podczas których sieć kanalizacji ulega przepełnieniu i dochodzi do wystąpienia wody ze studni, kratek ściekowych, wpustów krawężnikowych bądź odwodnień liniowych. Dodatkowym atutem modelu hybrydowego jest możliwość symulacji wzajemnego oddziaływania na siebie cieków powierzchniowych, wód podziemnych oraz kanalizacji. Połączenie tych trzech elementów znacznie dodaje pewności w zakresie poprawności wyników.

Porównanie obliczeń modelu kanalizacji 1D oraz modelu zintegrowanego 1D+2D

Istotą działania modelu zintegrowanego 1D+2D jest dokładne uwzględnienie w obliczeniach ukształtowania terenu oraz wizualizacja odwzorowania zjawiska wylania się ścieków na powierzchnię terenu (mapy zalewu wodami opadowymi). W przeciwieństwie do modelu 1D, model zintegrowany ma możliwość określenia ilości wód przemieszczających się w obu kierunkach (zarówno ze studzienki na powierzchnię terenu, jak i z powierzchni terenu do sieci kanalizacyjnej).

Model kanalizacji 1D znacznie upraszcza zjawisko wylewania się ścieków na powierzchnię terenu tworząc nad studnią tzw. sztuczny zbiornik, który wypełnia się podczas przeciążenia kanalizacji. Porównanie działania modelu 1D oraz 1D+2D została przedstawiona na poniższym rysunku.

Jakie korzyści wynikają z używania modelu integrowanego 1D+2D?

Model zintegrowany 1D+2D w porównaniu do modelu jednowymiarowego 1D umożliwia dodatkowo generowanie stref zalewu oraz dynamiczną wizualizację procesu powodzi miejskiej. Podczas intensywnych opadów deszczu częstokroć dochodzi do przepełnienia kanalizacji. Wody opadowe, które wydostają się do studni czy kratek ściekowych mogą popłynąć np. ulicą i zostać przejęte przez kolejne kratki ściekowe (zasilając przy tym kolejne odcinki kanalizacji), bądź też odpłynąć do obszaru bezodpływowego. Podczas przepływu wód opadowych po terenie program uwzględnia m.in.:

  • Ukształtowanie terenu (wraz ze spadkami)
  • Przepuszczalność terenu
  • Szorstkość terenu
  • Konstrukcje inżynierskie (wraz budynkami)
video previewPlay Video

Jak wygląda proces budowy modelu zintegrowanego 1D+2D?

Do zbudowania modelu hybrydowego wymagane jest posiadanie modelu sieci kanalizacyjnej 1D oraz odwzorowanie terenu przy użyciu siatki obliczeniowej. Proces budowy siatki opiera się o dane wysokościowe (numeryczny model terenu), przebieg ciągów komunikacyjnych, budynków, cieków powierzchniowych oraz zbiorników. W przypadku budowy modelu zintegrowanego z ciekiem powierzchniowym, konieczne jest dodatkowo posiadanie przekrojów poprzecznych analizowanego cieku. Połączenie modelu kanalizacji, modelu terenu oraz modelu cieku powierzchniowego odbywa się przy użyciu aplikacji Mike Flood.