Wyznaczanie objętości zbiorników infiltracyjnych z zastosowaniem wzorów IDF

Przedstawiono problematykę wymiarowania zbiorników infiltracyjnych, stosowanych do ograniczania objętości oraz natężeń szczytowych odpływu ścieków opadowych do sieci kanalizacyjnych. Wyróżnione zostały dwie kategorie zbiorników: opróżniane wyłącznie przez infiltrację oraz opróżniane częściowo do kanalizacji i częściowo przez infiltrację. Przedstawiono metodykę wymiarowania obydwu kategorii zbiorników przy wykorzystaniu zależności IDF opracowanej przez IMGW na podstawie 30-letnich obserwacji na 20 pluwiometrach. Opracowane zostały 4 nomogramy dla różnych wartości prawdopodobieństwa wystąpienia deszczu c, umożliwiające wyznaczenie wymaganej objętości retencyjnej zbiornika w zależności od współczynnika filtracji k oraz stosunku powierzchni infiltracyjnej do powierzchni uszczelnionej. Praktyczne wykorzystanie proponowanej metody zostało wykazane na przykładzie obliczeń urządzeń infiltracyjnych dla rzeczywistej zlewni cząstkowej o całkowitej powierzchni 13 300 m2, na którą składały się głównie dachy i parkingi. Na potrzeby weryfikacji uzyskanych wyników obliczeń wykonany został model hydrodynamiczny zlewni w programie SWMM5. Dla wybranych 12 opadów o największych natężeniach, które zostały zarejestrowane w Częstochowie w latach 2007-2008, przeprowadzono symulacje hydrodynamiczne z użyciem modelu fali dynamicznej. Symulacje były wykonywane dla stanu istniejącego oraz dla wariantu, w którym na rozpatrywanej zlewni zbudowanych byłoby 5 niewielkich zbiorników infiltracyjnych oraz jeden zbiornik retencyjny o łącznej objętości czynnej 150 m3. Analizując wpływ projektowanych zbiorników na odciążenie systemu kanalizacyjnego, wzięto pod uwagę trzy parametry: objętość ścieków podtapiających zlewnię, szczytowe natężenie przepływu ścieków na odcinku wylotowym oraz całkowitą objętość ścieków odprowadzoną do kanału w ulicy. Otrzymane wyniki pozwoliły stwierdzić, że przyjęty wariant umożliwia redukcję objętości podtopień o 89%, przy jednoczesnej redukcji objętości ścieków odprowadzanych do układu kanalizacyjnego o 47%. Założony poziom redukcji szczytowego natężenia przepływu do wartości 15 dm3/s nie został dotrzymany w 4 z 12 zdarzeń opadowych, jednak średnia wartość maksymalnych natężeń przepływu była o 67% niższa w przypadku zastosowania urządzeń retencyjnych.

The paper presents the problems of sizing of retention tanks, used to limit volume and peak flow-rates of storm waters discharged to urban drainage systems. Two main categories of retention tanks have been distinguished: a) released through infiltration only and b) released through the infiltration and flow regulator. Original sizing method for both categories of the tank has been presented based on IDF relationship carried out by Institute of Meteorology and Water Management. The given IDF equation was developed on the basis of 30-years data collection period on 20 rain gages located in Poland. The IDF equation and mass balance equation makes possible to work out 4 nomographs for different return period (1, 2, 5 and 10 years) that allows to determine required storage volume depending on two factors: infiltration coefficient and relationship between infiltration surface and impervious surface. Practical application of the proposed method was showed for the real catchment located in Czestochowa. The total area of 13 300 m2 consists mainly roofs and parkings. For the verification purposes a hydrodynamic model has been developed using SWMM5 software with chosen "dynamic wave" routing that solves the complete onedimensional Saint-Venant flow equations. 12 rainfall events recorded in Czestochowa in the years 2007-2008 were applied for simulations. The rainfalls characterized by extreme values of intensity during 5-minutes time steps. In order to compare the influence of infiltration reservoirs on the drainage system performance, simulations have been done for existing conditions and for the concept of modernization that consists: 4 retention reservoirs released through infiltration only (3 open and 1 underground), one underground tank released through infiltration and orifice and one open reservoir released through orifice only. The total storage volume of all the designed facilities was equal to 150 m3. Analysing the efficiency of the drainage system for existing and modernized drainage systems three parameters were taken into consideration: flooding volume (m3), stormwaters volume discharged to urban drainage system and reduction of maximum peak flow-rates at outfall node. Obtained results showed that the designed retention devices makes possible to reduce the flooding volumes by 89% for two the most intensive rainfalls it was 60 ÷ 70%. Simultaneously stormwaters volume discharged to urban drainage system was reduced to 47% in total, but for particular events that reduction was in the range of 30 ÷ 60%. Assumed level of peak flow-rate equal to 15 dm3/s was exceeded in 4 of 12 events but a mean value of peak flow-rates for all the events was smaller by 67% when the retention facilities were applied. Simulations results showed rather a good accuracy of proposed sizing methods for infiltration reservoirs although the real rainfall events cause overflowing of the reservoirs more frequently than statistically expected basing on IDF relationship.