Teza De Doctorat Draft 02 [306187]

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREȘTI

Facultatea de Hidrotehnică

Departamentul de Hidraulică și Protecția Mediului

TEZĂ DE DOCTORAT

CONTRIBUȚIE LA DEZVOLTAREA CAPACITĂȚII DE PRELUARE A APELOR PLUVIALE ORĂȘENEȘTI ÎN CONDIȚIILE SCHIMBĂRILOR CLIMATICE

Doctorand: [anonimizat]. Alexandra Georgiana IOAN

Conducător științific

prof.univ.dr.ing. Anton ANTON

București

2018

Cuvânt înainte

Prezenta teză de doctorat a fost elaborată în perioada octombrie 2014 – martie 2018 perioadă în care am fost student: [anonimizat], [anonimizat], de către “Rambøll Danemarca” prin Departamentul “Climate Adaptation and Green Infrastructure”.

În perioada ianuarie 2016 – iunie 2016 am avut onoarea să fiu acceptată pentru un semestru la Universitatea Tehnică din Danemarca (Danish Technical University) unde am fost student: [anonimizat], punând pentru prima dată pinul pe harta doctoranzilor DTU Environment pentru România.

O să încep prin a  [anonimizat]. Univ. Dr. Ing. [anonimizat].

Mulțumiri speciale aș vrea să ofer domnului Prof. Univ. Dr. Ing. Peter Steen Mikkelsen care m-a primit cu brațele deschise și care mi-a ghidat pașii de lucru pe toată perioada celor 6 luni de cercetare în Departamentul DTU Environment. De asemenea as vrea sa mulțumesc colegilor din Departamentul DTU Environment pentru toate momentele frumoase petrecute împreună.

Aș vrea să mulțumesc domnului Ing. Christian Nyerup Nielsen (Rambøll Danemarca) [anonimizat], să continui și să finalizez prezenta lucrare de doctorat.

Iancu pentru că a fost alături de mine ori de câte ori am avut nevoie de ajutor precum și tuturor colegilor din Departamentului de Hidraulică și Protecția Mediului pentru atmosfera de colegialitate și prietenie creată.

La final aș dori să-i mulțumesc mamei mele pentru suportul lor necondiționat precum și prietenilor mei pentru toate încurajările primite.

Cuprins

Listă de figuri

Figura 2.1. Reprezentarea unei guri de scurgere în programul MIKE URBAN 9

Figura 2.2. Cele trei bazine de canalizare predefinite în modelul hidrologic „ModelA”: bazine rectangulare (1), bazine divergente (2) sau bazinele convergente (3) 10

Figura 3.1. Bilanțul hidric 12

Figura 3.2. Cuantificarea 3PA 15

Figura 3.3. Diferența fundamentală dintre capacitatea de retenție a sisemelor de canalizare și a bazinelor de retenție; modul în care acestea se pot combina 16

Figura 3.4. Distribuția spațială și temporală a evenimentelor studiate 18

Figura 3.5. Un exemplu de hietograme înregistrate în 12 [anonimizat]. 19

Figura 3.6. Localitățile unde sunt amplaste stațiile de măsuratori SVK 20

Sursa: DTU Mediu 20

Figura 3.7. Localitățile unde sunt amplaste celulele grid CGD 20

Figura 3.8. Localitățile unde sunt amplaste stațiile de măsuratori ECA & D 21

Figura 3.9. Localitățile unde sunt amplaste celulele grid E-OBS 21

Figura 3.10. Primul ghid a apărut în anul 1949 (stânga) ; Curbe IDF Skrift 2 – 1950 (dreapta) 26

Figura 3.11. Amplasarea noilor stații de măsurare a ploii (stânga); Primul ghid care a ținut cont de datele măsurate de noile stații 26

Sursa: Skrift 26 27

Figura 3.12. Utilizarea modelului local 27

Sursa: Ida, Ramboll 27

Figura 3.13. Utilizarea modelului regional actualizat pentru un eveniment cu probabilitate de depășire o data la 2 ani (Skrift 30, 2014) 29

Figura 3.14. Utilizarea modelului regional actualizat pentru un eveniment cu probabilitate de depășire o data la 10 ani (Skrift 30, 2014) 29

Figura 3.15. Utilizarea modelului regional actualizat pentru un eveniment cu probabilitate de depășire o data la 100 ani 29

Figura 3.16. Parametrii folosiți în calculul ploilor statistice 30

Sursa: regionalregnraekke_ver_4_1 30

Figura 3.17 Calculul ploilor statistice 30

Sursa: regionalregnraekke_ver_4_1 30

Figura 3.18. Identificarea zonei de studiate 31

Sursa: regionalregnraekke_ver_4_1 31

Figura 4.1 Tendința cantităților de precipitații pe timpul iernii (stânga) și pe timpul primăverii (dreapta) în intervalul 1961-2007 33

Figura 4.2. Tendința cantităților de precipitații pe timpul verii (stânga) și pe timpul toamnei (dreapta) în intervalul 1961-2007 34

Figura 4.3. Repartiția spațială privind durata maximă a intervalului fără precipitații pe timpul iarnii (stânga) și pe timpul verii (dreapta) 34

Figura 4.4. .Analiza frecvenței evenimentelor pluviometric 35

Figura 4.5. Creșterea perioadei de apariție a evenimenelor de precipitații în Danemarca 36

Figura 4.6. Histograma evenimentultui de precipitații înregistrat în 14.08.2010 în Copenhaga 37

Figura 5.1. Localizarea zone studiate 38

Figura 5.2. Colectarea apelor meteorice în sistem unitar și divizor 39

Figura 5.4. Variația zilnică a apelor menajere 40

Figura 5.5. Vizualizarea 3D a modelului de canalizare – Ølsted 40

Figura 5.6. Localizarea punctelor de măsură amplasate 41

Figura 5.7. Dual Wave Area/Velocity Sensor (AV150630417) 42

Figura 5.8. Punct de măsură amplasat în gura de scurgere R24F028 42

Figura 5.9 Punct de măsură amplasat în gura de scurgere R24F504 42

Figura 5.10. Localizarea Stației Meteo Ølsted 43

Figura 5.11. Pluviometru IMC (Stația Meteo Ølsted) 43

Figura 5.12. Variația temporală a debitelor în punctul de măsură R24F028 44

Figura 5.13. Variația temporală a adâncimilor în punctul de măsură R24F028 45

Figura 5.14. Variația temporală a debitelor în punctul de măsură R24F504 45

Figura 5.15. Variația temporală a adâncimilor în punctul de măsură R24F504 46

Figura 5.16. Prelucrarea debitelor măsurate în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 47

Figura 5.17. Prelucrarea adâncimilor măsurate în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 48

Figura 5.18 Prelucrarea debitelor măsurate în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 49

Figura 5.19 Prelucrarea debitelor măsurate în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 49

Figura 5.20. Compararea datelor măsurate cu cele modelate 50

Figura 5.21. Influența pierderilor inițiale asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 51

Figura 5.22. Influența factorului de reducere hidrologic asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 53

Figura 5.23. Influența timpului de concentrare asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 54

Figura 5.24. Influența pierderilor inițiale asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016 55

Figura 5.25. Influența factorului de reducere hidrologic asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016 56

Figura 5.26. Influența timpului de concentrare asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016 58

Figura 5.28 Debitele de apă transportate de rețeaua de canalizare înainte și după calibrare în punctul de măsură R24F028 60

Figura 5.29 Debitele de apă transportate de rețeaua de canalizare înainte și după calibrare în punctul de măsură R24F504 61

Figura 5.30. Utilizarea modelului regional actualizat pentru un eveniment cu probabilitate de depășire o data la 10 ani (Skrift 30, 2014) 62

Figura 5.31. Identificarea zonei de proiect 63

Figura 5.32. Descrierea modelului de rețea 66

Figura 5.33. CDS 10 1,00 – Reprezentarea zonelor vulnerabile 67

Figura 5.34. CDS 10 1.43 – Reprezentarea zonelor vulnerabile 68

Figura 5.35. CDS 10 1.87 – Reprezentarea zonelor vulnerabile 69

Figura 5.36. CDS 10 1.265 – Reprezentarea zonelor vulnerabile 70

Figura 5.37. CDS 10 1.485 – Reprezentarea zonelor vulnerabile 71

Figura 5.38. Reprezentarea locațiilor analizate 73

Figura 5.39. Analiza cantităților de apă ajunse în rețeaua de canalizare raportate la capacitățile de transport ale conductelor – locația 1 74

Figura 5.40. Analiza cantităților de apă ajunse în rețeaua de canalizare raportate la capacitățile de transport ale conductelor – locația 2 75

Figura 5.41 Analiza cantităților de apă ajunse în rețeaua de canalizare raportate la capacitățile de transport ale conductelor – locația 3 75

Figura 5.1. Managementul sistemului de colectare a apelor pluviale, Singapore 78

Figura 5.2. Gestionarea apei în noul oraș. 79

Figura 5.4. Gestionarea apei pluviale, Taipei,Taiwan. 81

Figura 6.1. Legatura dintre principalele componente ale unui model de calcul de inundatii 82

Figura 6.2. Reprezentarea suprafetelor care sunt incluse in abordarea de modelare M1 83

Figura 6.3. Reprezentarea suprafetelor incluse in abordarea de modelare M2 85

Figure 6.4. Reprezentarea suprafetelor incluse in abordarea de modelare M3 86

Figura 6.5. Reprezentarea suprafetelor incluse in abordarea de modelare M4 87

Figura 6.6. Calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M1 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani 88

Figura 6.7. Calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M1 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani 88

Figura 6.8. Reprezentarea reprezentare fizica a sub-bazinelor de canalizare 89

Figura 6.9. Calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M2 si M4 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani 90

Figura 6.10. Calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M2 si M4 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani 91

Figura 6.11. metoda compararii modelelor 91

Figura 6.12. Volumul de ploaie acumulat introdus in modelul hidraulic pentru un eveniment 92

cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani 92

Figura 6.13. Volumul de ploaie acumulat introdus in modelul hidraulic pentru un eveniment 92

cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani 92

Figura 6.14. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (stanga), respectiv limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (dreapta) 93

Figura 6.15. Adancimea inundatiei calculata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (stanga), respectiv adancimea inundatiei calculata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (dreapta 94

Figura 6.16. Timpul de rulare in raport cu numarul celulele care participa activ la calculul de 95

inundatie pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani 95

Figura 6.17. Timpul de rulare in raport cu numarul celulele care participa activ la calculul de 96

inundatie pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 an 96

Figura 6.18. Aria inundata in raport cu volumul de inundatie pentru un eveniment cu 97

probabilitate de aparitie de o data la 10 ani 97

Figura 6.19. Aria inundata in raport cu volumul de inundatie pentru un eveniment cu 98

probabilitate de aparitie de o data la 100 ani 98

Listă de tabele

Tabel 1.1. Creștere estimată în intensități extreme din cauza schimbărilor climatice 3

Tabelul 5-3 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența pierderilor inițiale asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 55

Tabelul 5-4 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența factorului de reducere hidrologic asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 57

Tabelul 5-5 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența timpului de concentrare asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016 59

Tabelul 2-6 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența pierderilor inițiale asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016 60

Tabelul 5-7 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența factorului de reducere hidrologic asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 04.11.2016 62

Tabelul 5-8 Influența timpului de concentrare asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016 64

Tabelul 5-9 Parametrii hidrologici folosiți înainte și după calibrare în punctele de măsură R24F028 respectiv R24F504 65

Tabelul 5-10 Factorii climatici recomandați (Skrift 30, 2014) 69

Tabelul 5-11 Factorii de siguranță folosiți (Skrift 30, 2014) 69

Tabelul 5-12 Parametrii hidrologici folosiți în calculul ploilor statistice 70

Tabelul 5-13 Detalierea cantităților de apă ajunse în rețeaua de canalizare 78

Listă de definiții

Aversa – o precipitatie care începe și se termină brusc și se caracterizează prin variații rapide ale intensitatii. Înainte sau în timpul averselor apar fenomene de natură electrică (tunete, fulgere și trasnete), dar și intensificări de scurtă durată ale vântului.

Ploaia – reprezintă elementul fundamental (constituie parametrul de intrare); cantitatea de apă măsurată depinde de fiabilitatea instrumentelor (pluviografe, pluviometre), de numărul și amplasarea acestora, topografia și altitudinea bazinului; determinarea unor ploi medii devine dificilă pe baza măsurătorilor mai multor dispozitive.

Intercepția – (pusă în evidență de Horton, 1919) fenomenul este dificil de cuantificat cu exactitate, pentru că depinde de: caracterul continuu sau în reprize a ploii; tipuri vegetale, densitate, condiții inițiale de umiditate; intercepția influențează decisiv bilanțul hidric doar în suprafețele împădurite.

Evpotranspirația – caracterizează ansamblul fenomenelor legate de transpirația vegetală, suprafețele acoperite cu vegetație, t ( 0C), umiditatea aerului, radiația solară. Infiltrația constituie un proces major în bilanț și depinde de gradul de acoperire și impermeabilizare a suprafețelor, categorii de soluri, starea de saturație a solului.

Bazin de canalizare – suprafața de pe care apa din precipitații este colectată și ajunge în secțiunea de calcul a colectorului de canalizare precizat (SR 1846 – 2)

Coeficient de scurgere – raportul dintre volumul de apă ajuns în secțiunea de calcul (ploaia efectivă sau stratul scurs) și volumul ploii căzute pe același bazin (ploaia totală sau stratul precipitat). (SR 1846 – 2)

Curbe IDF (Intensitate – Durată – Frecvență) – curbe rezultate din prelucrarea statistică a datelor înregistrate pe minim 30 de ani asupra ploilor produse pe bazinul de canalizare respectiv (SR 1846 – 2)

Frecvența ploii – inversul timpului mediu de revenire (SR 1846 – 2)

Ploaie de calcul – ploaia definită prin intensitate, durată și frecvență la care se dimensionează rețelele de canalizare în secțiunea dată (SR 1846 – 2)

Ploaie efectivă – ploaia echivalentă care produce cantitatea de apă ajunsă în rețeaua de canalizare (după infiltrare și evaporare) (SR 1846 – 2)

Probabilitate de depășire -probabilitatea ca o ploaie de aceeași durată și intensitate să fie egalată sau depășită în bazinul respectiv (SR 1846 – 2)

Suprafață izocronă – suprafața de pe care apa meteorică este transportată ipotetic în secțiunea de calcul în același interval de timp. (SR 1846 – 2)

Timp de concentrare – durata de timp în care apa căzută pe cea mai îndepărtată suprafață a bazinului de canalizare se scurge în canalizare și ajunge în secțiunea de calcul; durata totală a ploii de calcul, D, se consideră egală cu timpul de concentrare tc pentru ultima secțiune de calcul din bazin, pe colectorul analizat (SR 1846 – 2)

Timp mediu de revenire – durata de timp în care o ploaie de intensitate și durată dată este egalată sau depășită pe bazinul de canalizare (SR 1846 – 2)

Listă de notații

nc – numărul de celule folosit în procesul de scurgere

tc – timpul de concentrare

Δt – pasul de calcul folosit

Q – debit

A – aria udată

y – adâncimea apei

g – accelerația gravitațională

x – distanța pe direcția curgerii

t – timpul

α – coeficientul de distribuție a vitezei

I0 – panta de fund

If – panta de frecare

v – viteza de curgere

yc – adâncimea critică

g – accelerația gravitațională

Fr – numărul Froude

RF – factorul de reducere hidrologic

TOC – timpul de concentrare

IL – pierderi inițiale

P – precipitații

S – acumulări din perioade anterioare

R – curgere superficială

ET – evapotranspirație

S – variația acumulării

Pt – ploaia totală (globală)

I – intercepția preluată de acoperirea vegetală

F – infiltrația

S – acumularea în depresiuni

Pn – ploaia netă

IH(t) = infiltratia Horton

IImin – capacitatea initiala (maxima) de inflitrare

IImax – capacitatea finala (minima) de inflitrare

ka – constanta empirica (factor de timp)

t – timpul de incepere a ploii

Introducere

Importanța și necesitatea temei de cercetare

Datorită schimbărilor climatice, în ultimii ani, în foarte multe zone de pe Pământ numeroase catastrofe naturale au provocat dezastre care au costat miliarde de euro și numeroase pierderi de vieți omenești. Amploarea și natura modificărilor aduse de schimbările climatice variază pe tot globul. Odată cu apariția intensificarea caracterului torențial al apelor pluviale care au condus la apariția inundațiilor urbane, a aparut un interes deosebit pentru studierea modificărilor datorate schimbării climatice a evenimentelor zilnice și extreme de precipitații. În ultimele secole zonele urbane s-au dezvoltat foarte mult și permeabilitatea suprafețelor a scăzut; astfel mediul urban a devenit mai puțin rezistent la problemele asociate apei (Brown și al., 2009). În același timp, schimbările climatice au dus și la modificarea temperaturilor, ceea au condus la creșterea nivelului mării, precum și la modificări ale disponibilității sau calității apei.

În decursul viitoarelor decenii, evenimentele meteorologice extreme sunt asteptate sa devină din ce în ce mai frecvente datorită schimbărilor climatice (Arnbjerg-Nielsen, Leonardsen, & Madsen, 2015). Aceste fenomene se evidențiază în special prin frecvența crescută a evenimentelor extreme și prin creșterea acestor evenimente din punct de vedere al magnitudii (Arnbjerg-Nielsen, 2012). Un studiu efectuat în Danemarca, spune că prognoza meteo a secolului 21 prezice o intensificare a ploilor torențiale cu care avem de a face în prezent. De exemplu, precipitațiile extreme, cu probabilitate de revenire de 100 ani vor creste cu 45 %. În prezent, sisteme de canalizare din Danemarca sunt proiectate sa facă față unui eveniment cu probabilitate de apariție de 20 % dacă vorbim de apa pluvială, iar daca sistemul de canalizare este combinat acesta a fost dimensionat astfel încât sa nu fie inundat mai mult de o data la 10 ani (în medie). Cu alte cuvinte, daca nu se va face nimic pentru a nu mai permite preluarea apelor pluviale în totalitate de rețeaua clasică de canalizare, zonele urbane vor fi inundate de 3 ori mai des decât sunt inundate în prezent (Grum et al., 2006). Danemarca este una dintre țările care face foarte mari progrese în dezvoltarea unor noi sisteme de preluare a apelor pluviale orășenești.

Un studiu a fost făcut în 2007 referitor la efectele schimbărilor climatice în orașul de coastă de Helsingborg, în sudul Suediei. Efectele relative au fost evaluate atât separat cât și împreună, prin crearea și simularea diferite scenarii. Au fost create două scenarii climatice și două scenarii de urbanizare pentru a simula sistemul drenaj al întregului oraș. Scenariile climatice au avut s-au bazat pe viitoarele scenarii de emisii de gaze cu efect de seră al IPCC (IPCC) și pe modelul climatic regional al SMHI (Institutul Suedez de Meteorologie și Hidrologie). Simulările de urbanizare planificate în proprietăți rezidențiale și industriale, au fost făcute prin modificarea parametrilor de model pentru a imita tendințele în managementul apei urbane (Semadeni-Davies et al., 2008). Studiul arată că efectele schimbărilor climatice asupra sistemului de drenaj actual sporește problemele fără a lua în calcul nici o viitoare dezvoltare a orașului (Semadeni-Davies et al., 2008). Cauza este creșterea intensității precipitațiilor și scurgerile de suprafață. Scenariul de urbanizare crește și mai mult riscul de inundații în unele părți ale sistemului. O combinație de scenarii arată creșterea volumului de curgere vârf și potențialul de a provoca cele mai grave probleme de drenaj. O altă constatare a fost că, pentru a atenua impactul urbanizării, o soluție ar putea fi controlul sursei și creșterea capacității de stocare (Semadeni-Davies et al., 2008). Cu toate acestea, acest lucru nu este probabil să fie suficient pentru a elimina efectele combinate ale dezvoltării orașului și a schimbările climatice. Studiul aduce efectele generale pozitive ale instalării sistemelor sustenabile de drenaj în mediul urban (Semadeni-Davies et al., 2008).

Tabel 1.1. Creștere estimată în intensități extreme din cauza schimbărilor climatice

Sursa: Petersen et al, 2009, WST

Astăzi, cel puțin în părțile mai bogate ale lumii s-a pus mai mult accent pe exploatarea resurselor existente de apă în zonele urbane într-un mod cât mai inteligent și eficient posibil (Zhou și al., 2013). Aceasta este, desigur o evoluție pozitivă a orașelor ce tind să aibă un impact pozitiv asupra sănătății umane și a societății; acestea sunt așa-numitele orașe "verzi-albastre" (Roy și al.,2008; Zevenbergen și al.,2008; Brown și al.,2009). Dar, aceste îmbunătățiri trebuie puse în aplicare luând în calcul măsuri de protecție împotriva inundațiilor, precum modificări ale traseelor apei urbane în funcție de evenimentul la care sunt expuse (Mitchell și al., 2007). Acest lucru necesită analize locale care se pot face prin contruirea de modele matematice ce sunt folosite pentru a testa eficiența diferitelor soluții de gestionare a apelor pluviale gândite pentru a poteja mediul urban împotriva schimbările climatice.

Scopul lucrării de cercetare

Adaptarea sistemelor de canalizare și a mediului urban la schimbările climatice reprezintă una dintre cele mai mari, dar și cele mai pline de satisfacții provocări ale prezentului. Prin prezenta teză de doctorat se propune studierea principiilor teroretice și crearea de modele matematice conform diferitelor metodologii existente în literatura de specialitate la nivel internațional pentru a studia efectele schimbărilor climatice și capacitatea de adaptare a mediului urban.

Structura lucrării de cercetare

Conținutul lucrării de cercetare are un cadru general organizat pe X capitole principale, fiecare dintre ele fiind structurat pe mai multe subcapitole. Acestea sunt precedate de secțiunea de introducere care va expune succcint importanța și necesitatea temei dar și scopul și obiectivele urmărite prin elaborarea studiilor care întregesc lucrarea. Toate capitolele se încheie cu un subcapitol de concluzii privind obiectivul tratat în cadrul capitolului.

Primele două capitole reprezintă o sinteză bibliografică detaliată asupra temei lucrării, realizată prin consultarea documentațiilor diponibile în literatura de specilitate, națională și internațională, din domeniul gestionării apei urbane.

În Capitolul 1 este prezentat

În Capitolul 2 sunt discutate

Ultimele capitole ale lucrării sunt focalizate asupra studiilor de caz, urmărind aplicarea și analiza concomitentă a diferitelor metodologii elaborate și puse în practică în cadru național dar și din practica uzitată la nivelul altor țări Rezultatele sunt validate, analizate din punct de vedere al incertitudinilor care pot aparea și totodată elaborate recomandări privind utilizarea acestora.

În Capitolul 3 este realizată

În Capitolul 4 este evaluat

Ultimele două capitole au ca scop

În Capitolul 5 sunt realizate

Principalele date care stau la baza modelelor matematice actualizate sau realizate în cadrul acestei lucrări constau în date privind parametrii fizici ai sistemelor de canalizare studiate, date privind modelul digital al terenului și date de tip GIS privind folosirea zonelor. Menționez faptul că toate datele utilizate în această lucrare de cercetare mi-au fost puse la dispoziție în urma solicitării, doar pentru atingerea scopului didactic, de către “Rambøll Danemarca”. De asemenea menționez că studiile cercetarea realizată în Capitolul X a fost realizată în cadrul Departamentului ‚,DTU Environment’’ al Universității Tehnice din Danemrca – Danish Technical University (DTU).

Lucrarea de cercetare se încheie prin expunerea concluziilor generale asupra temei și prin evidențierea caracterului original și a contribuțiilor personale.

Sistemele de canalizare

Sistemul de canalizare este ansamblul de construcții inginerești care colectează apele de canalizare, le transportă la stația de epurare unde se asigură gradul de epurare stabilit în funcție de condițiile impuse de mediu și apoi le descarcă în receptori naturali care pot fi: râuri, lacuri, mare, soluri permeabile cu amenajări adecvate sau depresiuni.

Elemente componente ale sistemului de canalizare și rolul acestora

Pentru canalizarea unei aglomerări umane sau a unui centru industrial sunt necesare următoarele grupuri de construcții: obiectele sanitare și rețeaua interioară; rețeaua exterioară; stația de epurare și construcții de evacuare.

În interiorul clădirilor de locuit, social – culturale sau administrative, există obiecte sanitare de tip chiuvete, băi și alte utilități. De la recipiente apa este condusă în instalații interioare prin conducte și preluată în rețeaua din interiorul incintelor, denumite rețele interioare. Legătura dintre rețeaua interioară și cea exterioară se face printr-un canal de racord și un cămin de vizitare, numit cămin de racord, ce servește pentru control și intervenții.

Rețeaua exterioară se compune din canale subterane și de suprafață, stații de pompare și din alte construcții auxiliare amplasate între punctele de colectare și stația de epurare sau gurile de vărsare în emisar. Stațiile de pompare se construiesc în punctele joase ale teritoriului ce se canalizează, atunci când – din cauza configurației terenului – nu este posibil ca apele de canalizare să curgă gravitațional sau viteza de curgere nu este suficientă. Lucrările auxiliare pe rețea sunt: guri de scurgere care primesc apele meteorice de pe străzi, cămine de vizitare, camere de legătură, cămine de rupere de pantă, cămine de spălare, deversoare, bazine de retenție, deznisipatoare, treceri pe sub depresiuni și căi de comunicație.

Stația de epurare este alcătuită din totalitatea construcțiilor și instalațiilor prin care se

corectează parametrii de calitate ai apelor uzate influente astfel încât caracteristicele apelor uzate epurate să corespundă normativelor în vigoare funcție de caracteristicile receptorului.

Construcțiile pentru evacuare trebuie să asigure vărsarea apelor în receptori în condiții de siguranță pentru sistemul de canalizare și receptor.

Sisteme și procedee de canalizare

Un sistem de canalizare cuprinde rețeaua de canalizare; stația de epurare; construcțiile pentru evacuarea apelor epurate; sisteme pentru evacuarea substanțelor reținute în stația de epurare.

Colectarea și evacuarea apelor uzate se face în unul din următoarele procedee: procedeul unitar; procedeul separativ (divizor); și procedeul mixt.

Procedeul unitar colectează și transportă prin aceeași rețea de canalizare toate apele de canalizare: menajere, industriale, publice, meteorice, de suprafață și de drenaj. Procedeul unitar are avantajul că necesită o singură rețea de canale,costuri de operare mai reduse și dezavantajul unorcheltuieli inițiale de investiții mari.

Procedeul separativ colectează și transportă prin minim 2 rețele diferite apele uzate (menajere, industriale pre-epurate și publice) și meteorice. Curgerea apelor uzate menajere se face prin canale închise. Curgerea apelor uzate industriale pre – epurate se face prin rețele închise. Curgerea apelor meteorice se poate face fie la suprafață prin rigolele străzilor sau canale deschise (șanțuri), fie printr-o rețea de canale închise.

Canalizarea în procedeu separativ se dezvoltă pe baza: principiului reținerii apei din ploi la locul de cădere și execuția de bazine de infiltrație – acumulare cu/fără reutilizarea acestor ape; reducerii suprafețelor impermeabile în amenajările urbane; creșterii exigențelor de întreținere și curățenie a spațiilor urbane amenajate și a creșterii suprafețelor specifice (m2/loc.) de spații verzi.

Alcătuirea rețelei de canalizare

Rețeaua de canalizare este alcătuită din: colectoarele care asigură transportul apei colectate și din construcțiile care asigură buna funcționare a rețelei: racorduri, cămine de vizitare, guri de scurgere, deversoare, stații de pompare, bazine de retenție, sisteme de control a calității apei și de măsurare a debitului de apă transportată.

Forma rețelei de canalizare

Rețeaua de canalizare este o rețea ramificată; dacă se poate demonstra, ținând seama și de condițiile de exploatare/reparații că o rețea de tip inelar este rațională acest sistem se poate aplica; poate fi favorabil în unele cazuri de remedieri sau rațional pentru evacuarea apei meteorice (aglomerări unde nu plouă simultan pe toate suprafețele).

Configurația rețelei trebuie să fi aleasă pe baza unui calcul tehnico–economic justificativ pe criterii de cost de investiție și costuri de exploatare unde se ține seama de pagubele care trebuie suportate în caz de funcționare neconformă.

Asigurarea funcționării rețelei fără riscuri se stabilește în funcție de normele în vigoare și prin decizia autorității locale. Este rațional să fie estimate și consecințele pentru o eventuală

creștere a gradului de siguranță a funcționării în viitor prin apariția unor lucrări subterane importanteși posibilitatea realizării de treceri denivelate în unele intersecții sau introducerea de mijloace speciale de transport.

Modelarea sistemelor de canalizare

În acestă cercetare s-a folosit programul MIKE URBAN (DHI) varianta 2014 pentru a efectua simulările hidraulice si hidrologice (captarea apei meteorice).

Modelarea hidraulică

Programul MIKE URBAN simulează curgerea în conducte folosind ecuațiile Saint-Venant pentru curgerea cu suprafață liberă într-un spațiu finit. Simulările sunt efectuate atât pentru condițiile subcritice de curgere cât și pentru condițiile critice de curgere, totodată fiind incluse și efectele date de apa aflată în regim staționar.

Cele două tipuri de ecuații diferențiale care sunt folosite de programul MIKE URBAN pentru în calcul sunt ecuația de conservare a masei (2) si ecuația de conservare a energiei (3). Ecuațiile sunt rezolvate pentru câteva puncte din conducte și noduri. Calculul bazat pe ecuațiile diferențiale oferă rezultate în foarte multe puncte de-a lungul conductelor ceea ce face ca ilustrarea, de exemplu a efectelor date de apa aflată în regim staționar să fie una foarte apropiată de realitate.

(1)

(2)

unde:

Q = debit (m3/s )

A = aria udată (m2)

y = adâncimea apei (m)

g = accelerația gravitațională (m/s2)

x = distanța pe direcția curgerii (m)

t = timpul (s)

α = coeficientul de distribuție a vitezei

I0 = panta de fund

If = panta de frecare

În programul ‚,Mike Urban’’ gurile de scurgere, în sistemul de canalizare se numesc noduri. Acestea sunt reprezentate în locațiile unde există cămine de vizitare, colectoare sau unde se schimbă dimensiunile conductei. Conductele colectoare se numesc link-uri, acestea se definesc între două noduri. Caracteristicile conductelor, canalelor și a gurilor de scurgere (noduri) în acest studiu au fost importate și editate utilizând instrumentele GIS integrate în programul MIKE URBAN. Conductele și canalele au fost definite prin următorii parametrii: diametru (m), lungime (m), material, iar gurile de scurgere au fost definite prin: cota terenului (m), cota radier (m), diametru (m).

Figura .1. Reprezentarea unei guri de scurgere în programul MIKE URBAN

Criteriul folosit pentru recunoașterea regimului de mișcare este criteriul Froude. Acesta este definit printr-un complex adimensional ce poartă numele de ‚numărul Froude’.

(4)

unde:

v = viteza de curgere (ms-1)

yc = adâncimea critică (m)

g = accelerația gravitațională ( 9,81 ms-2)

Comparând valoarea numărului Fr cu valoarea 1 se poate recunoaște regimul de mișcare, astfel:

Fr < 1, regimul de mișcare este lent;

Fr = 1, regimul de mișcare este critic;

Fr > 1, regimul de mișcare este rapid.

Pentru a descrie captarea apei meteorice precum și mișcările apei în sistemul de canalizare a fost folosit modelul matematic 1D. Acesta simulează scurgerea de suprafață (modelul hidrologic) și structura sistemului de canalizare.

Modelarea hidrologică

În Programul Mike Urban procesul hidrologic este descris de modelul conceptual ploaie-scurgere „Model A”. Modelul hidrologic de suprafață folosește metoda “arie-timp” (“Time-Area”) luând în calcul o scurgere liniară și o suprafața permeabilă fixă. Acest model conceptual descrie un volum de ploaie scursă ce este influențat direct de mărimea bazinului de canalizare. Metoda “arie-timp” include pierderi majore introduse (infiltrații, retenții de apă,etc) în model sub forma unui factor de reducere hidrologic „RF”.

Pierderea inițială este o pierdere singulară care se înregistrează la începutul unui eveniment de ploaie simulând adâncimea de ploaie necesară pentru a putea începe scurgerea de suprafață. Factorul de reducere hidrologic (RF) – introduce în modelul hidrologic de suprafață o reducere a scurgerii generate de pe bazinele de canalizare în urma pierderilor de apă cauzate de evapotranspirație, permeabilitate mărită a zonelor parțial permeabile, etc.

Sinuozitatea hidrografului de scurgere este controlată de timpul de concentrare (TOC). Acesta este timpul necesar pentru a permite curgerea apei de la cea mai îndepărtată parte a bazinului până la intrarea în sistemul de canalizare și de forma bazinului de canalizare utilizată în calcul. Forma bazinelor de canalizare poate fi definită ca: bazine rectangulare (TACurve1), bazine divergente (TACurve2) sau bazinele convergente (TACurve3):

Figura .2. Cele trei bazine de canalizare predefinite în modelul hidrologic „ModelA”: bazine rectangulare (1), bazine divergente (2) sau bazinele convergente (3)

Procesul de scurgere este un proces continuu și este discretizat în timp prin pasul de calcul Δt. Se presupune că viteza de scurgere este constantă. Acest fapt implică discretizarea spațială a suprafeței de captare a unui număr de celule într-o formă de cercuri concentrice cu un punct central în punctul de ieșire. Numărul de celule utilizate în proces este:

(3)

unde:

nc – numărul de celule folosit în proces

tc – timpul de concentrare

Δt – pasul de calcul folosit

Inundațiile urbane

Definirea inundațiilor urbane, factori declanșatori, elemente principale

Ploaia este o parte importantă a circuitului apei în natură, fiind o formă de precipitații atmosferice. Aceasta se formează atunci când diferite picături de apă din nori cad pe suprafața Pământului sub formă lichidă. Ploaia este formată din picături de apă cu dimensiuni ce variază de la 0,5 mm la 5mm în diametru și au o viteză de cădere de 2-5 m/s.

Clasificarea ploilor

O clasificare a ploilor se poate face în funcție de volumul precipitațiilor, astfel: ploaie foarte fină, când rata precipitațiilor este sub 0,25 mm / oră; ploaie fină, când rata precipitațiilor este între 0,25 și 1 mm / oră; ploaie moderată, când rata precipitațiilor este între 1 și 4 mm / oră; ploaie deasă, când rata precipitațiilor este între 4 și 16 mm / oră; ploaie foarte deasă, când rata precipitațiilor este între 16 și 50 mm / oră; ploaie torențială, când rata precipitațiilor este mai mare de 50 mm / oră.

Clasificarea ploilor se poate face și după cantitatea de apă căzută la sol și durata evenimentului: de lungă durată și abundente; de lungă durată și puțin abundente; de scurtă durată și abundente;de scurtă durată și puțin abundente.

Precipitațiile de lungă durată și abundente sunt caracteristice anotimpului de toamnă și zonelor montane înalte. Sunt cunoscute sub numele de „ploi mocănești” și durează cel puțin 6 ore. Cantitatea minimă de apă pe care pot să o dea este de 0,5 l/oră. Precipitațiile de lungă durată și puțin abundente se numesc burnițe și sunt alcătuite din picături foarte fine de apă, mai frecvente în perioada rece a anului. Precipitațiile de scurtă durată și abundente se numesc torențiale și sunt caracteristice perioadei calde a anului. Acestea încep și se sfârșesc brusc și dau cantități mari de apă. Precipitații de scurtă durată și puțin abundente se numesc bure de ploaie. Precipitațiile orografice sunt determinate de ascensiunea rapidă, forțată a aerului umed pe versanții munților și dau cantități mari sub formă de averse însoțite de descărcări electrice. În zonele muntoase aflate perpendicular în calea maselor de aer foarte umede venite de pe ocean, precipitațiile orografice însumează cele mai mari cantități de apă.

Clasificarea ploilor se mai poate face în funcție de geneza precipitațiilor(condițiile care au produs ploaia), astfel: ploaie orografică; ploaie convectivă; ploaie frontală / ciclonică; ploaie produsă artificial, prin intervenția omului.

Precipitațiile convective sunt cele care provin în urma proceselor de convecție termică generate prin ascensiunea puternică a aerului încălzit la suprafața terestră (a oceanelor și continentelor). Sunt ploi locale cu caracter de aversă. Precipitațiile frontale sunt specifice sistemelor noroase care însoțesc fronturile atmosferice. Din norii frontului cald cad precipitații de lungă durată și bogate cantitativ. Frontul rece este însoțit de precipitații care cad pe o zonă îngustă însă abundente cantitativ și de scurtă durată sub formă de aversă. Acest tip de precipitații mai sunt cunoscute și sub denumirea de ciclonale. Precipitațiile artificiale / produse de om: pot fi induse ca urmare a reacțiilor chimice produse de gazele din atmosferă și gazele poluante rezultate în timpul activităților umane, uneori cu efecte dramatice.

Bilanțul debitelor de ape meteorice

Problemele stabilirii cantităților de ape din ploi și topirea zăpezilor preluate de sistemul de canalizare sunt foarte complexe și se datorează în principal următoarelor: cunoștințele despre ploile brute nu sunt direct exploatabile, numai parțial precipitațiile participă la curgere, intervin numeroase caracteristici hidrologice, meteorologice și geomorfologice în sistem, impuse de mediul urban.

Figura 3.1. Bilanțul hidric

Sursa: UTCB

P + S = R + ET + (S + S) [mm];

unde:

P = precipitații;

S = acumulări din perioade anterioare;

R = curgere superficială;

ET = evapotranspirație;

S = variația acumulării;

S + S = acumularea la sfârșitul perioadei de ploaie.

Variația acumulării apei în sol se definește ca diferența între aportul prin infiltrație (F), pierderile prin evapotranspirație (ET) și infiltrația profundă (percolație)(D):

F – (ET + D) = S

Introducând noțiunea de ploaie netă: P = I + ET + F + S + Pn; unde:

P = ploaia totală (globală);

I = intercepția preluată de acoperirea vegetală;

F = infiltrația;

S = acumularea în depresiuni;

Pn = ploaia netă.

Factorii care influențează bilanțul hidric sunt: ploaia, intercepția, evapotranspirația și infilrația.

Problema exploatării resurselor de apă în mediul urban

O problemă în zonele urbane o reprezintă apele pluviale. Atunci când acestea au un caracter torențial cad cu repeziciune și într-un timp scurt pe un amplasament, producând refularea canalizării datorită subdimensionării acesteia. Sistemul de evacuare și drenaj a apei din mediul urban (rețeaua de canalizare) cuprinde un ansamblu de componente, echipamente și lucrări speciale care asigură colectarea apelor acumulate în spațiul urban, transportul, epurarea și evacuarea lor în condiții de calitate corespunzătoare, în emisari naturali.

Principalele surse de producere a apei uzate într-o zonă urbană sunt: apele colectate de pe suprafața propriu–zisă a orașului (menajere, industriale, pluviale); apele provenite de pe suprafețele limitrofe orașului, fie din arealul situat în amonte de oraș, fie din inundarea produsă de către un râu situat în aval de oraș, sau de ridicarea nivelului apei mării.

Elementele structurale ale unui sistem de drenaj urban sunt diferite în funcție de tipul de sistem și de tehnicile pe care acesta le presupune. Principalele elemente din structura unui sistem de drenaj urban sunt: rețeaua de canalizare propriu-zisă a orașului (alcătuită din colectoare principale, colectoare și canale secundare), care colectează și drenează către un colector natural apele uzate urbane, apele pluviale și cele provenind din creșterea de nivel a unităților acvatice pe malul cărora este amplasat orașul (râu, mare); canale de derivație a scurgerii produse în amonte de oraș, care dirijează apele direct către emisar, evitându-se astfel inundarea orașului; sisteme de evacuare gravitațională a apei în emisar (conducte, șanțuri, canale deschise, rigole); incintele inundabile și bazinele de retenție (stocare) a apei în surplus (provenită din inundarea de către râul colector sau de către precipitațiile abundente) în vederea evacuării ulterioare a acesteia.

Sistemele moderne de drenaj ce includ tehnici alternative cuprind bazine de infiltrare și colectoare subterane ale apei infiltrate pentru restituirea ulterioară a acesteia în emisari; sistemul de protecție a orașului împotriva viiturilor provocate de către râuri (diguri); sistem de epurare a apelor uzate evacuate din mediul urban; deversor (preaplin) pentru reținerea și evacuarea apelor pluviale în exces.

În funcție de scopul lor, elementele structurale ale sistemului de drenaj sunt de mai multe tipuri: lucrări de regularizare a scurgerii (conducte, bazine de retenție, vane ș.a.); lucrări de derivație a scurgerii (canale, deversoare, bazine de infiltrație); lucrări impuse de topografie, pentru depășirea unor obstacole (stații de pompare, sifoane); lucrări de epurare și tratare a apelor (stații de epurare, dispozitive de prevenire a înfundării rețelei: decantoare, denisipatoare, grilaje de reținere a materialelor grosiere); lucrări de exploatare și întreținere (cabine de acces).

Diferite sectoare ale societății au avut ca responsabilitate exploatarea resurselor de apă și protejarea mediului urban de probleme legate de apă. Astăzi acest lucru duce la neînțelegeri și concepții greșite între urbaniști, ingineri, politicieni și cetățeni prin faptul că nu există o înțelegere comună a modului în care lucrează sistemul de apă urban, care sunt caracteristicile sale importante sau modeul în care sunt formulate nevoile acestuia (Fratini și al., 2012). Abordarea celor trei puncte (3PA) prezentat de Fratini și al. (2012) este un instrument pentru a descrie această problemă. Aceasta ajută părțile interesate implicate pentru a forma o platformă comună în ceea ce privește gestionarea apei urbane.

Figura 3.2. Cuantificarea 3PA

Sursa: DTU Mediu

Cele trei puncte simbolizate în Figura 3.2. reprezintă trei domenii diferite raportate la precipitațiile analizate:

Precipitații frecvente cu perioade de revenire mici. Toate acestea împreună reprezintă cea mai mare parte din volumul total de precipitații. Evenimente rare cu magnitudine și perioade de revenire considerabile de mai mulți ani. Acestea reprezintă standardul de proiectare pentru sistemele de canalizare. Evenimente extrem de rare cu perioade foarte lungi de revenire. Aceste evenimente provocă inundații importante dar nu sunt luate în calcul in proiectare deoarece costurile de prevenire a inundațiilor sunt mai mari decât costurile daunelor.

Cuantificarea 3PA conduce la concluzia că sistemele de canalizare unitare concepute pentru controlul evenimentelor de precipitații cu perioade de revenire de până la 10 ani se ocupe de fapt evenimente până la 50 mm de volum și practic toate (99%) din precipitațiile anuale.

De asemenea, măsurile de control a apelor meteorice în conformitate cu punctul A din figura 3.2., sunt capabile să se ocupe de până la 80% din volumul anual de precipitații și evenimentele cu până la 25 mm de volum.

Figura 3.3. Diferența fundamentală dintre capacitatea de retenție a sisemelor de canalizare și a bazinelor de retenție; modul în care acestea se pot combina

În Figura 3.3. se explică diferențele în ceea ce privește de modul de colectare a apelor meteorice în conducte și modul de colectare a bazinelor de retenție. O conductă are o capacitate maximă de curgere. Atâta timp cât intensitatea precipitațiilor nu conduce la fluxuri mari conducta va controla (prin transport) toate ape pluviale; fenomenul de preaplin va avea loc numai atunci când intensitatea precipitațiilor ce traversează conducta ajung la un prag dat de capacitatea maximă de transport a conductei (Figura 3.3a). Un bazin de retenție controlează apa meteorică prin depozitare. Acesta se va umple treptat până ce volumul maxim de depozitare este atins. Cand acest prag va fi atins, fenomenul de preaplin va apărea indifferent de mărimea intensității precipitațiilor apărute (Figura 3.3b).

În sistemele tradiționale de drenaj din mediul urban, conductele și bazinele de retenție sunt adesea combinate (Figura 3.3c). Conductele transportă fluxurile de apă meteorică mai mici decât capacitatea de transport a conductelor,iar excesul de ape pluviale este deviat într-un bazin de detenție. În acest caz, fenomenul de preaplin are loc numai atunci când fluxul transportat a fost depășit destul de mult pentru a umple volumul bazinului și numai atât timp cât debitul se păstrază constant mai mare decât capacitatea conductei. Dacă este considerată o înșiruire de măsuri de control a apeilor meteorice, acestea vor fi manipulate în primul rând prin structurile locale (de exemplu: colectarea apelor pluviale în rezervoare), astfel fenomenul de preaplin va avea loc în rețeaua de canalizare – configurarea va fi cea din Figura 3.3d.

Pentru proiectarea efectivă a sistemelor de canalizare trebuie să fie efectuate simulări matematice pentru a determina efectul și interacțiunea între diferite măsuri de control a apelor pluviale. Intervalele de timp relevante care trebuie să fie acestea examinate depind de sistemul analizat. Micile bazine hidrografice vor fi foarte vulnerabile la precipitații pe termen scurt, iar bazine hidrografice mai mari ar putea fi mai expuse în timpul ploilor abundente care acoperă mai multe zile.

Sistemele de canalizare sunt proiectate să reziste în medie 80-100 ani și de aceea trebuie să se ia în considerare schimbările climatice (Arnbjerg- Nielsen 2012). Acest lucru adesea se face prin factori de siguranță privind schimbările climatice (Arnbjerg-Nielsen 2012), care asigură o dimensionare a sistemului de management al apei pluviale pentru precipitații care țin seama de schimbările climatice. Cu toate acestea relația dintre evenimentul de precipitații și volumul de preaplin nu este liniar, acest lucru datorându-se fenomenele prezentate în Figura 4.3.

O așteptată creștere a precipitațiilor cu de exemplu, 20% din cauza schimbărilor climatice nu poate fi tradusă direct într-un scenariu în care toate evenimentele sunt de 20% mai mari; chiar dacă acest lucru a fost uneori făcut în trecut (de exemplu, Arnell și Reynard, 1996; Eckhardt și Ulbrich, 2003). Un scenariu în care creșterea precipitațiilor se realizează în mod liniar cu schimbările climatice este foarte puțin probabil. Pentru a se putea demonstra modul în care se comportă sistemele de canalizare, sunt necesare simulări pe baza seriilor de timp ce descriu precipitații care țin cont de schimbările climatice.

Măsurătorile de precipitații nu sunt în nici un caz adevărul absolut. Cum sunt realizate măsurătorile, ce tip de dispozitiv este folosit pentru a face măsurători, unde sunt efectuate măsurătorile, toate aceste lucruri influență calitatea datelor măsurate (Fankhauser 1998, Jorgensen și al., 1998). Două manometre de ploaie identice montate în aceeași zonă, nu vor măsura la fel ratele de precipitații (Jensen și Pedersen, 2005).

Distribuția spațială și temporală a evenimentelor de precipitații

Scara temporală trebuie să fie un compromis între timpii tipici de răspuns ai sistemului de canalizare și timpii rezultați din urma unei analize cu ajutorul Modelelor Climatice Regionale (RCM) (Figura 3.4.). În ceea ce privește abordarea 3PA diferența de scară între diferite puncte pot fi evidențiate în continuare. Sunt necesare scări fine în timp și spațiu pentru modelarea sistemelor de răspuns rapid, cum ar fi sistemul de canalizare și cântare grosiere poate într adevăr fi utilizată doar pentru calcule de resurse peste termene mai lungi; care poate să fie suficient de bun pentru analiză care se concentrează doar pe la punctul A din 3PA (Figura 3.3. punctul A). Pentru a analiza și înțelege precipitațiile severe datele este nevoie ca scara temporală să fie de ordinul orelor și în mod ideal de ordinul minutelor (Figura 3.3. punctele B și C). Aceste scări fine reprezintă mai mult de rezoluția necesară pentru a modela și evalua problemele privind inundațiile în zonele urbane.

Figura 3.4. Distribuția spațială și temporală a evenimentelor studiate

Sursa: Modificat de Berndtsson și Niemczynowicz (1988) și Arnbjerg-Nielsen (1996).

Performanța sistemului nu întotdeauna se bazeză pe evenimente individuale de precipitații ci pe secvențe de precipitații (Mikkelsen și al., 2005), care reprezintă rezoluția spatio-temporala cu care precipitațiile sunt măsurate (Bruni și al., 2014). Seria de timp reprezintă o serie date distribuite spațial care descriu comportamentul dinamic real de precipitații în timp și spațiu pe suprafața pământului (Thorndahl și Rasmussen, 2013).

Figura 3.5. Un exemplu de hietograme înregistrate în 12 puncte ale sistemului în timpul unui eveniment de ploaie în Lund,Suedia.

Sursa: Niemczynowicz (1988)

Figura 3.5. prezintă variația în spațiu și timp ale înregistrarilor precipitațiilor efective din o campanie de măsurare în Lund (Niemczynowicz, 1988). Liniile dintre hietograme arăta cum caracteristici ale evenimentului de ploaie sunt vizibile la mai multe indicatoare diferite și modul în care acestea se schimbă în timp ce evenimentul se mișcă. Mai ales din secvența 11-5-8-9 este clar că intensitatea de vârf se schimbă rapid și este foarte diferită de la un punct de observație la altul.

Faptul că evenimentele nu sunt uniforme în spațiu și timp reprezintă o problemă reală atunci când se discută problema schimbărilor climatice. Schimbările climatice pot fi modelate folosind modele climatice (Modele de Circulație Generale (GCM) și / sau Modele Climatice Regionale (RCM)). Un climat schimbat va duce inevitabil la modificări ale vremii și va avea ca rezultat crearea de probleme pentru hidrologia urbană.

Măsurarea ploilor

În Danemarca există patru tipuri diferite de date observaționale. Fiecare dintre aceste produse de date au fost create cu un scop diferit.

SVK (abreviere pentru "Spildevandskomitteen", sau " Comitetul Apa Poluată ", o comisie în cadrul Societății Daneze a Inginerilor) este o rețea de companii special concepute pentru proiectarea și analizarea sistemelor de drenaj în zonele urbane. Acestea înregistrează ți folosesc date ce au fost utilizate pe scară largă (de exemplu, Jørgensen și al, 1998;. Mikkelsen și al., 1998; Madsen și al., 2002) . Din 1979 Danemarca dispune de 145 de stații de măsurători. Aceste stații înregistrează date cu o rezoluție temporală de 1 minut.

Figura 3.6. Localitățile unde sunt amplaste stațiile de măsuratori SVK

Sursa: DTU Mediu

"The Climate Grid Denmark" (CGD) reprezintă un set de date a fost inițial creat pentru monitorizarea precipitațiilor de către Institutul Meteorologic Danez (Scharling, 1999; 2000; 2012; Scharling și Kern-Hansen, 2002) și este folosit în principal pentru modelarea bazinelor foarte mari (Seaby și al., 2013). Din 1980 datele sunt înregistrate sub formă de celule grid. Danemarca este acoperita de 648 celule grid ce au o rezoluție spațială de 10 km și o rezoluție temporală de 1 zi.

Figura 3.7. Localitățile unde sunt amplaste celulele grid CGD

Sursa: DTU Mediu

Setul de date ECA & D (Klein Tank și al, 2002;. Klok și Klein Tank, 2009) este partea pusă la dispoziția publicului a rețelei de monitorizare națională și este menținută de Institutul Meteorologic Danez. Din 1985 Danemarca dispune de 17 de stații de măsurători. Aceste stații înregistrează date cu o rezoluție temporală de 1 zi.

Figura 3.8. Localitățile unde sunt amplaste stațiile de măsuratori ECA & D

Sursa: DTU Mediu

Setul de date E-OBS (Haylock și al., 2008) a fost creat ca parte a ansamblurilor (Linden și Mitchell, 2009) pentru a servi drept bază de date comună la nivel european pentru a putea fi utilizate în studiile privind schimbările climatice. Este considerată ca fiind cea mai bună bază de date în ceea ce privește observațiile istorice. Din 1950 datele sunt înregistrate sub formă de celule grid. Danemarca este acoperita de 68 celule grid ce au o rezoluție spațială de 25 km și o rezoluție temporală de 1 zi.

Figura 3.9. Localitățile unde sunt amplaste celulele grid E-OBS

Sursa: DTU Mediu

Calculul ploilor statistice

Standardele românești

Cantitățile de ape meteorice, pentru bazine mici (sub 10 km2 = 1.000 ha) se determină prin metoda rațională care se bazează pe conceptul: o ploaie de frecvență normată va conduce la realizarea debitului maxim într– o secțiune a unui bazin când timpul de ploaie este egal cu timpul maxim de curgere din punctul cel mai îndepărtat până în secțiunea considerată; pe această bază pentru fiecare secțiune de calcul va exista o singură ploaie cu frecvența normată a teritoriului din care rezultă debitul de dimensionare. Calculul se bazează pe relația:

unde:

S – suprafața bazinului de colectare al secțiunii de calcul, (ha);

i – intensitatea medie a ploii de calcul, l/s,ha ; se determină pe baza curbelor IDF (STAS 9470-73)

sau studiu de specialitate (obligatoriu pentru amplasamente cu suprafața peste 1.000 ha),funcție

de frecvența normată și timpul de ploaie;

m – coeficientul de reducere a debitului; se consideră efectul de acumulare în rețea cu valorile:

a) m = 0,8 la timp de ploaie < 40 min.

14

b) m = 0,9 la timp de ploaie > 40 min.

ϕ – coeficient de scurgere; raportul dintre volumul apă ajuns în canalizare și volumul ploii căzute

pe bazin;

(3) Coeficientul ϕ este variabil în timp; mai mare la începutul ploii, scade o dată cu creșterea

timpului de ploaie. Se determină ca medie ponderată pentru suprafețe neomogene:

􀟶 􀵌

Σ 􀟶􀯜 ∙ 􀜵􀯜

Σ 􀜵􀯜

􁈺2.8􁈻

Valorile ϕ pentru diferite tipuri de suprafețe pot fi adoptate conform SR1846 – 2:2007.

(4) Frecvența normată a ploii de calcul : notat f; pentru calcule preliminare se stabilește conform

STAS 4273-83 și SR EN 752:2008 sau după studii speciale.

Pentru localități cu populație ≥ 100.000 locuitori, frecvența normată a ploii de calcul se va adopta f

= 1/10.

Pentru localități urbane/rurale sub 100.000 loc. proiectantul va lua în considerație:

a) Decizia administrației bazinale de gospodărirea apelor și a autorității locale din punct de vedere

al protecției zonei total sau parțial; aceasta va stabilii frecvența normată f = 1/1, 1/2, 1/3, 1/5.

b) Proiectantul va stabili pe baza cerințelor autorității locale debitele și secțiunile colectoarelor

pentru min. 2 frecvențe ale ploii de calcul; pe acestă bază vor fi evaluate costurile ambelor

opțiuni și pagubele (daunele) determinate de depășirea capacității de preluare a ploii de către

rețea;

c) Se va adopta varianta (opțiunea) având costurile însumate minime și care ține seama de efectele

sociale minime din punct de vedere al protecției bunurilor și persoanelor.

Se vor lua în considerație criteriile de performanță și frecvențele recomandate pentru proiectare

conform SR EN 752:2008.

(5)Durata ploii de calcul:tp

a) Pentru primul tronson al rețelei:

􀝐􀯣 􀵌 􀝐􀯖􀯦 􀵅

􀜮

􀝒􀯔

􁈺min. 􁈻 􁈺2.9􁈻

unde:

tcs – timp de concentrare superficială:

 tcs = 5 min. pentru pante medii ale suprafeței bazinului> 5%;

 tcs = 10 min. pentru pante medii ale suprafeței bazinului între 1 – 5 %;

 tcs = 15 min. pentru pante medii ale suprafeței bazinului< 1 %.

L – lungimea tronsonului de la prima gură de scurgere la secțiunea de calcul,(m);

va – viteza apreciată pe trosonul de calcul, (m/s);

b) Pentru tronsoanele următoare:

􀝐􀯣 􀵌 􀝐􀯣

􀯜􀬿􀬵 􀵅 􀯅􀳔,􀳖

􀯩􀳌􀳔􀰷􀳖 􁈺min. 􁈻 􁈺2.10􁈻

unde:

tp

i-1– timpul de ploaie corespunzător secțiunii i a tronsonului i – k, (min.);

va

i-k– viteza apreciată,(m/s);

La intersecția a 2 colectoare la primul tronson aval se va lua în calcul valoarea cea mai mare a

timpului ploii de calcul pentru cele 2 colectoare.

Dacă pe tronsonul aval debitul calculat este mai mic decât debitul în tronsonul amonte atunci se

adoptă valoarea cea mai mare dintre cele două debite.

15

(6)Viteza apreciată se estimează pe baza pantei terenului și experienței proiectantului; valoarea

rezultată prin calculul efectiv nu trebuie să difere cu mai mult de 20% de valoarea apreciată.Calculul este

iterativ.

Pentru bazine mari (> 10 km2) conform prevederilor SR 1846 – 2:2007 proiectantul va avea la

bază studii meteorologice (elaborate de Administrația Națională de Metereologie-ANM) pe baza cărora se

vor stabili hidrografele ploilor de calcul pentru secțiunile caracteristice ale colectoarelor.

(7)Intensitatea ploii de calcul – Se determină pe baza timpului de ploaie (tp) și pe baza curbelor IDF

conform prevederilor STAS 9470-73 sau studiilor de actualizare elaborate de ANM; pentru rețele care

deservesc un teritoriu > 1.000 ha proiectantul va comanda la Administrația Națională de Meteorologie

studii statistice pentru amplasament; acestea vor indica ploile maxime istorice ca durată și intensitate și vor

actualiza curbele IDF corespunzătoare zonei amplasamentului.

Construirea curbelor IDF se va realiza conform Anexei 5.

Intensitatea ploii de calcul se va determina pe zone din sub–sistemul canalizării apelor meteorice pe

baza frecvenței normate adoptate.

Ghidurile Skrift Dk

În Danemarca se vorbește din ce în mai mult de așa zisele ’ghiduri’. Aceste ghiduri nu pot fi numite standarde, deoarece nu sunt impuse de lege. Este vorba despre un ghid furnizat de Comitetul Național de Apa Uzată din Danemarca (SVK – Spildevandskomitteen) și care este folosit de toate municipalitățile (județele/sectoarele) și companiile private de apă. Din acest motiv, aceste ghiduri sunt foarte importante.

În Danemarca primul sistem de canalizare a fost construit în anii 1850, iar volumele de apă pe care acesta trebuia să le transporte erau foarte greu de estimat. În anul 1933 au fost amplasate 6 stații de măturători automate cu o rezoluție de 5 min. Acesta a fost un mare pas înainte, mai ales că pană în acel moment măsurătorile de ploaie aveau o rezoluție de o zi. Deoarece evenimente importante de precipitații au loc în perioada de vară, unele stații au fost închise în sezonul de iarnă pentru salvarea energiei.

Primul ghid a apărut în anul 1949 și folosea datele înregistrate de la aceste 6 stații de măsurare a ploii. Ulterior au mai apărut și alte variante ale ghidului (Skrift 2- Skrift 25), intensitățile ploilor de calcul fiind recalculate în fiecare nouă variantă a acestuia. Intensitățile ploilor de calcul erau sub forma unor tabele de unde se extrăgeau valori. Aceste date au dus la crearea curbelor IDF: Intensitate – Durată – Frecvență (cate o curbă pentru fiecare perioadă de depășire).

Figura 3.10. Primul ghid a apărut în anul 1949 (stânga) ; Curbe IDF Skrift 2 – 1950 (dreapta)

În 1979, 145 de noi stații de măsurare a ploii au fost instalate, acesta fiind sistemul de stațiile folosite și în prezent. Marea majoritate a acestor stații au fost amplasate în centru marilor orașe. Primul ghid care a ținut cont de datele măsurate de către noile stații de măsurare a ploii a apărut în anul 1999. Tot atunci a fost creat și primul model regional.

Figura 3.11. Amplasarea noilor stații de măsurare a ploii (stânga); Primul ghid care a ținut cont de datele măsurate de noile stații

Sursa: Skrift 26

Calculul ploilor statistice conform Skrift 30

Dintr-un set de măsurători istorice de precipitații se pot extrage ploile excepționale în diferite moduri. Cea mai simplă modalitate de a extrage ploile excepționale este să se țină cont de durata de interes, de evenimentele înregistrate și pentru o perioadă de observații („p”) să se considere că evenimentul cel mai sever din setul de măsurători istorice de precipitații este egal cu evenimentul cu probabilitate de depășire o dată la „p” ani. Această modalitate se numește „Clasare simplă”.

O altă modalitate este aceea de a extrage toate evenimentele extreme și apoi acestea sa fie descrise sub forma unui model local (Figura 3.12.), unde punctele reprezintă măsurătorile extreme, acestea sunt așezate în funcție de perioada de depășire și de intensitate, iar curba continuă reprezintă curba modelului creat. Marele avantaj este acela că acest model poate să fie extrapolat (liniile discontinue), dar și că acest model poate să ofere informații despre rata de siguranță (incertitudinea modelului).

Figura 3.12. Utilizarea modelului local

Sursa: Ida, Ramboll

Metoda cea mai avansată este să se treacă de la setul de date care aparține unei singure stații, la un set de date care conține informații de la mai multe stații. Aceasta abordare se numește abordare regională și este folosită în crearea modelelor regionale. Asta înseamnă că fiecare set de date de la fiecare stație este calculat sub forma unui model local și apoi modelele obținute sunt integrate într-un model regional. Astfel, se studiază variabilitatea regională, se face o analiză de senzitivitate a parametrilor folosiți în crearea modelului și se caută un parametru de care depind parametrii studiați și care ar putea să determine variabilitatea regională. Acesta este regula de bază a modelului regional. În acest model regional doi parametrii noi: numărul de evenimente extreme și magnitudinea evenimentelor extreme. Aceștia sunt analizați pentru a verifica existența unei variabilități regionale a acestora.

Acest model regional are 2 avantaje. Cu ajutorul lui se reduce incertitudinea (rata de siguranță) deoarece la baza lui stă un pachet foarte mare de date (145 de stații). Al doilea avantaj este că informațiile rezultate (parametrii rezultați) se pot obține nu doar în locația unde exista fizic amplasată o stație măsurători ci pe tot teritoriul țării. Astfel, cu ajutorul acestui model regional este posibilă calcularea ploilor statistice pe tot teritoriul țării.

O analiză care folosește datele de la Institutul de Meteorologie din Danemarca sub forma unui grid de informații ce acoperă întreg teritoriul țării a concluzionat două aspecte importante: numărul de evenimente excepționale este corelat cu media anuală de precipitații, iar magnitudinea evenimentelor extreme de precipitații este corelată cu valoarea medie zilnică de precipitații extreme. În această analiză numărătoarea evenimentelor extreme se face cu ajutorul unui ‘peak over threshold model’, un model care include evenimente uzuale într-o zonă tampon și care exclude evenimentele excepționale, făcând astfel posibilă numărarea acestora. De exemplu, dacă valoarea medie zilnică a precipitațiilor extreme este 20 l/m2, iar numărul evenimentelor este de 3 evenimente extreme pe an, înseamnă că în medie un eveniment cu o intensitate de 20 l/m2 se înregistrează de 3 ori pe an.

Din 1999, când primul ghid a fost creat pană în prezent au apărut mai multe variante actualizate ale acestuia. Cea mai recentă este Skrift 30, care a apărut în 2014. În această versiune sunt prezentate precipitațiile medii anuale (numărul de evenimente extreme) și precipitațiile extreme medii zilnice (magnitudinea evenimentelor) conform modelului climatic regional (1989-2010).

Precipitații medii anuale Precipitații extreme medii zilnice

Figura 3.13. Utilizarea modelului regional actualizat pentru un eveniment cu probabilitate de depășire o data la 2 ani (Skrift 30, 2014)

Sursa: Skrift 30, 2014

Precipitații medii anuale Precipitații extreme medii zilnice

Figura 3.14. Utilizarea modelului regional actualizat pentru un eveniment cu probabilitate de depășire o data la 10 ani (Skrift 30, 2014)

Sursa: Skrift 30, 2014

Precipitații medii anuale Precipitații extreme medii zilnice

Figura 3.15. Utilizarea modelului regional actualizat pentru un eveniment cu probabilitate de depășire o data la 100 ani

Sursa: Skrift 30, 2014

În Danemarca ploile statistice se calculează folosind un model tabelar întocmit de Comitetul de Apă Uzată din Danemarca. Acesta are la bază măsurătorile de ploaie din 1979 până în prezent și folosește ca date de intrare recomandările Skrift.

Ploile calculate sunt ploi CDS (Chicago Design Storm), evenimente de ploaie sintetică construite cu ajutorul unor calcule statistice care au la bază evenimente de precipitații măsurate. De-a lungul timpului acest fișier a avut mai multe versiuni.

Figura 3.16. Parametrii folosiți în calculul ploilor statistice

Sursa: regionalregnraekke_ver_4_1

Figura 3.17 Calculul ploilor statistice

Sursa: regionalregnraekke_ver_4_1

Acest calcul folosește coordonatele x (est) – y (nord) pentru a identifica locația zonei de proiect în Danemarca. Pentru a acoperi cât mai bine zona studiata,coordonatele (x,y) trebuie citite în centrul zonei. Intersecția coordonatelor (x,y) reprezintă centrul celulei Grid a modelului climatic regional. O dată identificată zona prin citirea coordonatelor, precipitația medie anuală și precipitația extremă medie zilnică sunt identificate în mod automat din baza de date.

Figura 3.18. Identificarea zonei de studiate

Sursa: regionalregnraekke_ver_4_1

În funcție de perioada de depășire a evenimentului care se dorește calculat, următorul parametru de care se ține cont este factorul de siguranță:

(3.1)

unde:

fs: factorul de siguranță

fc: factorul climatic

fsm: factorul de siguranță a modelului

fcs: factorul de siguranță care ține seama de coeficientul de scurgere

Versiunea 30 a ghidului (Skrift 30) ia în calcul schimbările climatice, oferind astfel recomandări pentru folosirea factorilor climatici în scopul dimensionării noilor sisteme de canalizare sau pentru reabilitarea sistemelor de canalizare existente.

Două seturi diferite de factori climatici sunt recomandați. Factorii climatici „Standard” sunt acei factori care corespund celei mai bune potriviri în ceea ce privește efectele schimbărilor climatice, iar factorii climatici „de grad înalt”, sunt acei factori care corespund celei mai bune potriviri în ceea ce privește efectele schimbărilor climatice la care se adaugă deviația standard a factorului climatic.

Tabelul 3-1 Factorii climatici recomandați

Sursa: Skrift 30, 2014

Factorul de siguranță a modelului este un factor care introduce în calculul ploilor statistice gradul de siguranță (de încredere) a modelului de rețea. Acest factor poate să fie considerat 1 doar atunci când gradul de încredere a modelului de rețea este foarte mare, când modelul folosit este un model calibrat, unde erorile de calibrare sunt mai mici de 15%. Atunci când modelul folosit nu este un model calibrat, factorul de siguranță a modelului va fi considerat 1.1.

Factorul de siguranță care ține seama de coeficientul de scurgere este un factor care ia în calcul apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile (case, drumuri, parcări,etc) în bazinele de canalizare. Factorul de siguranță care ține seama de coeficientul de scurgere este considerat 1.1.

Evoluția precipitațiilor în contextul schimbărilor climatice.

Evoluția precipitațiilor în România

În Romania precipitațiile sunt moderate și cad în cantități ce variază între 400 l/an în Delta Dunării și 1400 l/an în zona montană. Media anuală a precipitațiilor căzute pe întreg teritoriul țării este de 637 l/an. Cel mai important eveniment înregistrat a fost în iulie 1926 în zona Dobrogei, la stația pluviometrică de la Letea, cand au fost înregistrate precipitații de 600 l/mp.

Numărul maxim anual de zile cu precipitații este între 100 și 140 în zonele de munte, între 60 și 100 în zonele de deal și între 40 și 70 la câmpie. În intervalul decembrie – iunie exită cele mai mari șanse de precipitațiile. Numărul maxim de zile cu precipitații pe lună în anii foarte ploioși este între 14 și 30 în zonele de munte, 15 și 25 în zonele de deal și 14 – 20 în zonele de câmpie.

De obicei, cele mai mari cantități de precipitații din zona României cad în lunile mai și iunie, când circulația atmosferică și condițiile climaterice permit dezvoltarea rapidă pe verticală a formațiunilor noroase. Potrivit Institutului Național de Statistică, între anii 1901 – 2001, cantitatea medie de precipitații căzute în luna iunie a depășit 70 de l/mp în mai multe zone ale țării și a ajuns la 140,1 l/mp în zona de munte (Vf. Omu).

O analiză realizată pe datele de la 104 stații meteorologice (observații complete pe perioada 1961-2007) a fost realizată de Administrația Națională de Meteorologie pentru identificarea schimbărilor în regimul climatic observat din România, privind media temperaturii aerului și vitezei vântului, cantitățile de precipitații precum și durata maximă a intervalelor cu ploaie/fără ploaie, cantitatea maximă de precipitații căzută în 24 de ore, frecvența cantităților zilnice de precipitații care depășesc anumite praguri. Această analiză folosește testele neparametrice Mann-Kendall și respectiv Pettitt pentru a determina semnificația statistică a tendinței liniare pe termen lung sau a saltului în medie.

Iarna și primăvera au apărut tendințe de scădere a cantităților de precipitații pe întreg teritoriul țării (Figura 4.1.). Din punct de vedere statistic, cea mai mare pondere de încredere (90%) se regăsește doar în anumite părți din sudul și estul țării în perioada de iarnă și în câteva părți din Oltenia în perioada de primăvară.

Figura 4.1 Tendința cantităților de precipitații pe timpul iernii (stânga) și pe timpul primăverii (dreapta) în intervalul 1961-2007

Sursa: Administrația Națională de Meteorologie

Vara pe zone largi se observă o tendință de creștere a cantităților de precipitații, dar fără să fie semnificativă din punct de vedere statistic, dar există și zone izolate unde tendința de scădere și este semnificativă (Figura 4.2.). De asemenea, toamna au fost observată o tendință semnificativeă de creștere a cantităților de precipitații pe arii extinse (Figura 4.2.).

Figura 4.2. Tendința cantităților de precipitații pe timpul verii (stânga) și pe timpul toamnei (dreapta) în intervalul 1961-2007

Sursa: Administrația Națională de Meteorologie

În ceea ce privește cantitatea maximă de precipitații cazută în 24 de ore s-a constatat o tendință de descreștere iarna și o tendință de creștere toamna în doar cateva dintre stațiile de măsurători analizate. În această periodă pragul ce definește ploile excepționale a fost stabilit la 10% (prag ce definește cele mai mari 10% cantități de precipitații). Toamna s-a observat o creștere semnificativă (4 zile) a numărului de zile cu precipitații mai mari de 10 mm/zi în jumătatea de nord a țării. Tot toamna, a fost observată și o creșterea semnificativă (3 zile) a frecvenței cantităților exceptionale de precipitatii în jumătatea de nord, vestul și sud-estul țării. A fost observată o creștere semnificativă a duratei maxime a intervalului cu zile consecutive fără precipitații în sudul țării pe timpul iernii și în vestul țării pe timpul verii. În zonele unde au fost identificate cele mai semnificative tendințe pozitive au fost observate atât iarna cât și vara salturi de creștere în medie identificate pe perioada 1980-1990.

Figura 4.3. Repartiția spațială privind durata maximă a intervalului fără precipitații pe timpul iarnii (stânga) și pe timpul verii (dreapta)

Sursa: Administrația Națională de Meteorologie

Schimbările în regimul evenimentelor de precipitații excepționale și schimbările regimului cantităților anotimpuale de precipitații prezintă o tendință asemănatoare. În cazul toamnei, unde tendința este spre excendent în ceea ce privește precipitațiile, este favorizată o tendință de creștere a frecvenței zilelor cu cantități excepționale de precipitații (stânga) în timp ce iarna cânde tendința spre deficit în ceea ce privește precipitațiile determină o tendință de creștere a timpului maxim între două evenimente de precipitații (dreapta).

Figura 4.4. .Analiza frecvenței evenimentelor pluviometric

Sursa: Administrația Națională de Meteorologie

Evoluția precipitațiilor în Danemarca

În ultimii 30 ani au fost observate schimbari dramatice în ceea ce privește precipitațiile extreme în Danemarca. Aceste modificări sunt vizibile în principal prin frecvența de apariție a evenimentelor extreme, dar există de asemenea o tendință spre apariția unor evenimente mai severe. Ambele sunt considerate ca fiind efecte ale schimbărilor climatice antropogene. În ultimii 10 ani creșterea precipitațiilor extreme a dus la inundații în cele mai multe dintre orașele mari.Inundațiile din 2011 în Copenhaga, au provocat cele mai mari costuri de avarii măsurate în Danemarca din ultimii 100 de ani. Astfel pentru a putea stabilii vulnerabilitatea orașelor la inundații este nevoie să se țină cont de frecvența și intensitatea evenimentelor de precipitații extreme luând în calcul schimbările climatice.

Studiul „Climatic changes of extreme precipitation in Denmark from 1874 to 2100”, coordonat de profesorul Karsten Arnbjerg-Nielsen de la DTU (Danish Technical University) prezintă rezultatele care estimează schimbările și incertitudinile din precipitații calculate după model danez. Tendințele și oscilațiile precipitațiilor sunt identificate pe baza a cinci precipitații extreme înregistrate de la 1874 până în prezent, 83 de înregistrări de la înaltă rezoluție de la 1979 până în prezent și 18 simulări climatice. Se arată că frecvența evenimentelor extreme în trecut a oscilat cu un ciclu de 25-35 de ani, un comportament care poate fi parțial explicat prin diferențele de presiune la nivelul mării peste Atlantic.

Previziunile bazate pe observațiile istorice sugerează că evenimentele de precipitații extremele în partea de est a Danemarcei ar fi trebuit să fie ascendentă în ultimele două decenii. Cu toate acestea, creșterea a continuat mai mult decât era de așteptat și cu amplitudine mai mare în cei mai recenți ani. Acest lucru este indicat cel mai probabil de emisiile antropice de gaze cu efect de seră.

O analiză extinsă care cuprinde 18 modele climatice regionale (RCM), arată că activitatea antropică va contribui foarte probabil la o creștere semnificativă în intensificarea precipitațiilor extreme și apariția acestora în Danemarca. Se susține că modelele climatice sunt incapabile să simuleze precipitații extreme la o scară temporală relevantă pentru evaluarea riscului de inundabilitate în zonle urbane. Acesta este motivul pentru care fost aplicate metode statistice de ’downscaling’.

Astfel, un eveniment cu probabilitate de revenire de o dată la 10 ani este de așteptat să crească cu 30% pe o perioadă de evaluare de 100 de ani, alte evenimente studiate sunt reprezentae în figura de mai jos:

Figura 4.5. Creșterea perioadei de apariție a evenimenelor de precipitații în Danemarca

Sursa: Ramboll DK

În timpul nopții de 14 august 2010 un eveniment extrem de precipitatii a supraîncărcat sistemul de canalizare din Copenhaga, Danemarca: 58 mm / 8 ore – Intensități ploaie până la 28,8 mm / h (2.4mm / 5 min

Figura 4.6. Histograma evenimentultui de precipitații înregistrat în 14.08.2010 în Copenhaga

Sursa: DTU Mediu, Universitatea Tehnică din Danemarca

STUDIUL 1 DE CAZ: Impactul schimbărilor climatice și al urbanizării asupra ploii scurse: Ølsted, Danemarca

Amplasament

Ølsted este un oraș din municipalitatea Halsnæs, regiunea Hovedstaden, cu o populație de 1,926 locuitori (2017) localizat la 51 km nord-vest de Copenhaga.

Figura .1. Localizarea zone studiate

Sursa: Google Earth

În Ølsted colectarea apelor meteorice se realizează atât prin procedeu divizor cât și prin procedeu unitar. O mică parte din sistemul de colectare a apelor pluviale este privat. Sistemul divizor de canalizare este dimensionat pentru un eveniment ce corespunde unei ploi cu probabilitatea de depășire o dată la 5 ani, iar sistemul unitar de canalizare este dimensionat pentru un eveniment ce corespunde unei ploi cu probabilitatea de depășire o dată la 10 ani.

Figura .2. Colectarea apelor meteorice în sistem unitar și divizor

Cantitățile de apă menajeră introduse în modelul matematic se bazează pe consumul de apă din 2016:

Figura 5.3. Conectarea apei uzate la modelul de rețea

Modelul matematic al sistemului de canalizare folosește o variație de 24 de ore pentru apele menajere, cu o valoare maximă de 1.8:

Figura .4. Variația zilnică a apelor menajere

Figura .5. Vizualizarea 3D a modelului de canalizare – Ølsted

Presupuneri și limitări

Forma bazinelor de canalizare este folosită în modelul ploaie-scurgere este rectangulară (TACurve1), unde lungimea bazinului da canalizare este de 4 ori mai mare decât lățimea acestuia. Modelul conceptual ploaie-scurgere „Model A” calculează scurgerile de pe suprafața de teren având ca rezultat un hidrograf discontinuu, scurgerea apei fiind generată numai în timpul unui eveniment de ploaie. În funcție de tipul suprafeței valorile coeficienților de scurgere sunt următoarele: case 0.95, drumuri 0.90, parcări 0.85, zone parțial permeabile 0.30 și zone verzi 0.

După calibrare modelul hidrologic trebuie să reproducă debitele și nivelurile de apă măsurate în cele două locații R24F028 și R24F504 în timpul campaniei de măsurători.

Scopul acestei calibrări este de a obține erori de calibrare de pană la 10 %, iar coeficientul de corelație să fie cuprins între 0.8 și 1. Toate evenimentele vor fi calibrate separat. În urma analizei de senzitivitate, coeficienții folosiți în calibrare trebuie să fie identici în cel puțin 50% din evenimentele calibrate pentru a considera modelul hidrologic calibrat.

Campania de măsurători

Datele obținute ca urmare a campaniei de maturatori desfășurate în perioada Octombrie 2016 – Februarie 2017 atât pe timp uscat cât și în perioadele cu ploaie au fost utilizate pentru estimarea performantei hidraulice a sistemului de canalizare. În această perioadă au fost amplasați senzori de măsurare în 2 puncte diferite de măsura: R24F028 și R24F504.

Figura .6. Localizarea punctelor de măsură amplasate

Pentru măsurarea debitelor și a vitezelor în secțiunile de măsurare s-au utilizat debitmetre cu senzor de nivel (ultrasunete) Dual Wave Area/Velocity Sensor (AV150630417). Acest tip de debitmetru măsoară nivelul și viteza medie de curgere, calculând debitul instantaneu, iar contorul afișând volumul cumulat. Au în componenta un senzor submers de măsură, cu ultrasunete (montat pe fundul conductei/ canalului) și o unitate de prelucrare si afișare (monitor de debit). Măsurarea prin aceasta metoda depinde de conținutul de impurități/ incluziuni de aer din fluid care trebuie sa fie de minim 75ppm, având dimensiuni de min. 100 microni și o viteza min. 0,03 m/s.

Figura .7. Dual Wave Area/Velocity Sensor (AV150630417)

Figura .8. Punct de măsură amplasat în gura de scurgere R24F028

Figura .9 Punct de măsură amplasat în gura de scurgere R24F504

Campania de măsurare a precipitațiilor

Măsurătorile au fost desfășurate de asemenea în perioada Octombrie 2016 – Februarie 2017 în Stația Meteo Ølsted cu un pluviometru de tip IMC.

Figura .10. Localizarea Stației Meteo Ølsted

Pluviometrul de tip IMC este dotat cu un cilindru de diametru interior 5 cm gradat în 100 de diviziuni și marcat din 10 în 10 cu cifre. Intervalul dintre 2 cifre consecutive reprezintă 1mm din înălțimea coloanei de precipitații cumulate cea în realitate corespunde cu 1 l/m2 de precipitații căzute în unitatea de timp.

Figura 5.11. Pluviometru IMC (Stația Meteo Ølsted)

Precipitațiile măsurate au o rezoluție de 0,2 mm. Volumul total măsurat a fost convertit în milimetri, iar rezoluția temporală este 2 minute. Ploaia măsurată a fost împărțită în evenimente de precipitații astfel: minim 60 min de perioadă uscată între măsurători rezultă două evenimente diferite de precipitații. Singurele evenimente utilizate în calibrare sunt evenimentele de ploaie de peste 3 mm (3 l/m2) .

Campania de măsurare a debitelor și adâncimilor în rețeaua de canalizare

Campania de măsurare a debitelor și adâncimilor în cele doua puncte de colectare s-a înregistrat fără întrerupere pe toată perioada celor 6 luni (Octombrie 2016 – Februarie 2017).

Monitorizarea simultan în cele două punctele de măsurare R24F028 și R24F504 este prezentată în figurile de mai jos:

Figura .12. Variația temporală a debitelor în punctul de măsură R24F028

Figura .13. Variația temporală a adâncimilor în punctul de măsură R24F028

Figura 5.14. Variația temporală a debitelor în punctul de măsură R24F504

Figura 5.15. Variația temporală a adâncimilor în punctul de măsură R24F504

În perioada Octombrie 2016 – Februarie 2017 s-au înregistrat 16 evenimente mai mari de 3 mm (3 l/m2). Toate aceste evenimente au fost utilizate în procesul de calibrare:

Tabelul 5-1 Evenimentele înregistrate în perioada Octombrie 2016 – Februarie 2017 în Stația Meteo Ølsted

Validarea datelor

Validarea datelor primite fost făcută luând în calcul identificarea erorilor de măsurare date de aparatele de măsurători folosite (+/- 1%). Măsurarea cu ajutorul debitmetrelor cu senzor de nivel (ultrasunete) Dual Wave Area/Velocity Sensor (AV150630417) depinde de conținutul de impurități/ incluziuni de aer din fluid care trebuie sa fie de minim 75ppm, având dimensiuni de min. 100 microni și o viteza min. 0,03 m/s. Acest lucru poate să fie cauza obținerii unor puncte experimentale atipice. Excluderea punctelor atipice a fost făcută pentru fiecare eveniment în parte ca prim pas în procesul de validare a datelor primite.

Figura 5.16. Prelucrarea debitelor măsurate în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Figura 5.17. Prelucrarea adâncimilor măsurate în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Prelucrarea datelor statistice

Utilizând metoda celor mai mici pătrate a fost determinată o curbă printre punctele măsurate care aproximează traseul urmat de aceste punctele. Curba se găsește la distanța cea mai mică de fiecare punct al mulțimii de date măsurate:

Figura 5.18 Prelucrarea debitelor măsurate în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Figura 5.19 Prelucrarea debitelor măsurate în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Calibrarea modelului de rețea

În programul MIKE URBAN bazinele de canalizare reprezintă unități hidrologice unde apa de ploaie și infiltrațiile sunt generate pe baza unor seturi diferite de parametrii pentru fiecare unitate în parte. Modelul de suprafață calculează numai scurgerile de pe suprafața de teren. Acestea au ca rezultat un hidrograf discontinuu unde scurgerea apei este generată numai în timpul unui eveniment de ploaie. Cele 16 evenimente de precipitații înregistrate au fost folosite pentru a calibra modelul matematic prin compararea datelor măsurate în rețea cu datele obținute în urma modelării matematice. Compararea acestor date și calculul erorilor de calibrare s-a realizat în programul Mike View.

Figura .20. Compararea datelor măsurate cu cele modelate

Zona Ølsted este o zonă dens urbanizată unde în cea mai mare parte scurgerea este generată de pe suprafețele impermeabile sau parțial permeabile. De aceea zonele verzi (foarte permeabile) au fost excluse din model. Coeficienții de scurgere au fost folosiți în modelul hidrologic pe baza unor valori impuse pentru diferite tipuri de suprafețe astfel:

Tabelul 5-2 Coeficienții de scurgere folosiți în funcție de tipul de suprafață

Calibrarea punctului de măsură R24F028

Pierderile inițiale (IL)

Metoda “arie-timp” (“Time-Area”) include și pierderi, de obicei minore, introduse în model sub formă de pierderi inițiale („IL” – Raportul 2). Pierderea inițială – reprezintă adâncimea de precipitații necesară pentru a începe scurgere de suprafață. Această pierdere are loc o singură dată și reprezintă umezirea bazinului de canalizare și umplerea zonelor joase de mici dimensiuni.

Figura .21. Influența pierderilor inițiale asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Erorile de calibrare calculate sunt prezentate în tabelul 2-3. Cea mai bună potrivire indicată de suprapunerea începerii evenimentelor de precipitații înregistrate este 9×10-4 m pierdere inițială. Aceasta a fost validată ca fiind cea mai potrivită deoarece pierderea este aceeași în mai mult de 50% din evenimente.

Tabelul 5-3 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența pierderilor inițiale asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Factorul de reducere hidrologic (RF)

Factorul de reducere hidrologic (RF) – introduce în modelul hidrologic de suprafață o reducere a scurgerii generate de pe bazinele de canalizare în urma pierderilor de apă cauzate de evapotranspirație, permeabilitate mărită a zonelor parțial permeabile, etc.

Figura 5.22. Influența factorului de reducere hidrologic asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența factorului de reducere asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 indică o potrivire bună atunci când factorul de reducere hidrologic este 0,7. Erorile de calibrare calculate prezentate în tabelul 2-4:

Tabelul 5-4 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența factorului de reducere hidrologic asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Timpul de concentrare (TOC)

Timpul de concentrare (TOC) – reprezintă durata de timp în care apa de ploaie căzută pe cea mai îndepărtată suprafață a bazinului de canalizare se scurge în canalizare și ajunge în secțiunea de calcul.

Figura 5.23. Influența timpului de concentrare asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Tabelul 5-5 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența timpului de concentrare asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F028 04.11.2016

Calibrarea punctului de măsura R24F504

Pierderile inițiale (IL)

Pierderea inițială – Adâncimea de precipitații necesară pentru a începe scurgere de suprafață în punctul de măsură R24F504 pentru peste 50 % dintre evenimente este de 4×10-4 m.

Figura .24. Influența pierderilor inițiale asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016

Tabelul 2-6 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența pierderilor inițiale asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016

Factorul de reducere hidrologic (RF)

Factorul de reducere hidrologic (RF) – Reducerea scurgerii generate de pe bazinele de canalizare a rezultat 0.7 în urma analizei.

Figura 5.25. Influența factorului de reducere hidrologic asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016

Pentru a valida factorul de reducere, în urma calcului de erori de calibrare, eroarea de volum (%), eroarea de maxim obținut (%) și coeficientul de corelație R trebuie să fie minime. Factorul de reducere unde se înregistrează valori minime trebuie să fie identic în mai mult de 50% din toate 16 evenimente de ploaie.

Tabelul 5-7 Calcul erorilor de calibrare ținând cont de influența factorului de reducere hidrologic asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 04.11.2016

Timpul de concentrare (TOC)

Timpul de concentrare (TOC) – Durata de timp în care apa de ploaie căzută pe cea mai îndepărtată suprafață a bazinului de canalizare se scurge în canalizare și ajunge în secțiunea de calcul în punctul de măsura R24F504 este de 9 minute în peste 50% dintre evenimentele înregistrate în perioada Octombrie 2016 – Februarie 2017.

Figura 5.26. Influența timpului de concentrare asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016

Tabelul 5-8 Influența timpului de concentrare asupra debitului calculat în punctul de măsură R24F504 21.10.2016

Concluzii

Zonele permeabile și parțial permeabile conectate la nodurile sistemului de canalizare contribuie în mod direct la volumele de apă transportate de rețeaua de canalizare. Fără o calibrare a modelului matematic aceasta abordare poate duce la o încărcare nerealistă a sistemului de canalizare. Este necesară o mai bună înțelegere a modalității de modelare a scurgerii de suprafață și astfel a volumelor de apă transportate de sistemul de canalizare.

Validarea și calibrarea rețelei de canalizare reprezintă un prim pas obligatoriu de urmat. După ce modelul matematic al rețelei de canalizare este calibrat, acesta poate să fie folosit în analiza rapidă a consecințelor unor fenomene extreme de precipitații asupra orașului.

Calibrarea modelului matematic s-a realizat ținând cont de parametrii hidrologici care influențează direct cantitatea de apă meteorică de pe bazinele de canalizare evacuată în rețeaua de canalizare. Ținta acestei calibrări a fost ca erorile de volum și maxim înregistrat să fie de până la 10%, iar coeficientul de corelare (R) să fie între 0, 8 – 1. Toate evenimentele au fost calibrate separat, iar analiza efectuată asupra parametrilor de scurgere a condus la valori care se potrivesc în mai mult de 50% cu evenimentele înregistrate.

Pentru determinarea debitelor de apă transportate de rețeaua de canalizare s-a ținut seama de factorul de reducere hidrologic, timpul de concentrare și de pierderile inițiale conform recomandărilor din literatura de specialitate, urmând ca în urma calibrării aceștia să fie ajustați astfel:

Tabelul 5-9 Parametrii hidrologici folosiți înainte și după calibrare în punctele de măsură R24F028 respectiv R24F504

O reprezentare grafică a debitelor în punctelor de măsură R24F028 și R24F504 înainte de calibrare și după calibrare a fost făcută pentru a scoate în evidență și mai bine diferența între un model matematic necalibrat, care ține cont doar de parametrii recomandați în literatura de specialitate și un model matematic calibrat (figura 5.28, figura 5.29).

Figura 5.27 Debitele de apă transportate de rețeaua de canalizare înainte și după calibrare în punctul de măsură R24F028

Figura 5.28 Debitele de apă transportate de rețeaua de canalizare înainte și după calibrare în punctul de măsură R24F504

După calibrare, modelul este capabil să redea un debit transportat și o adâncime a apei în canal similare cu datele măsurate.

Acest studiu oferă o recomandare de modelare a scurgerii de suprafață în bazinele urbane care să conducă la modele funcționale ce pot fi utilizate în simularea diferitelor evenimente de precipitații. Odată calibrat modelul matematic al sistemului de canalizate, acesta poate să fie folosit pentru a analiza consecințele evenimentelor extreme de precipitații datorate schimbărilor climatice și poate să fie utilizat pentru a introduce în sistem elemente de control dinamice acolo unde este posibil.

Efectele schimbărilor climatice asupra sistemului de canalizare din zona Ølsted

Un studiu efectuat în Danemarca (Grum et al., 2006), spune că prognoza meteo a secolului 21 prezice o intensificare a ploilor torențiale cu care avem de a face în prezent. De exemplu, precipitațiile extreme, cu probabilitate de depășire de 10 ani vor creste cu 32 %. Dacă nu se va face nimic pentru a nu mai permite preluarea apelor pluviale în totalitate de rețeaua clasică de canalizare, zonele urbane vor fi inundate de 3 ori mai des decât sunt inundate în prezent.

Sistemul de colectare apă pluvială din Olsted este proiectat să facă față unui eveniment cu probabilitate de depășire o dată la 5 ani, iar sistemul de canalizare unitar este dimensionat să facă față unui eveniment cu probabilitate de depășire o dată la 10 ani.

Calculul ploii statistice cu probabilitate de revenire o dată la 10 ani

Pentru calculul ploii statistice cu probabilitate de revenire o dată la 10 ani a fost folosită cea mai recentă versiuni2 a ghidului Skrift 30, apărută în 2014. În această versiune sunt prezentate precipitațiile medii anuale (numărul de evenimente extreme) și precipitațiile extreme medii zilnice (magnitudinea evenimentelor) conform modelului climatic regional (1989-2010).

Precipitații medii anuale Precipitații extreme medii zilnice

Figura 5.29. Utilizarea modelului regional actualizat pentru un eveniment cu probabilitate de depășire o data la 10 ani (Skrift 30, 2014)

Calculul propriu-zis a fost folosit modelul tabelar întocmit de Comitetul de Apă Uzată din Danemarca utilizând ca date de intrare recomandările Skrift 30.

Coordonatele (x,y) au fost citite în centrul zonei Ølsted. Intersecția coordonatelor (x,y) reprezintă centrul celulei Grid a modelului climatic regional. O dată identificată zona, precipitația medie anuală și precipitația extremă medie zilnică sunt identificate în mod automat din baza de date. Precipitația medie anuală în Ølsted este 668 mm, iar precipitația extremă medie zilnică este 27,7 mm/zi.

Figura 5.30. Identificarea zonei de proiect

În funcție de perioada de depășire a evenimentului care se dorește calculat, următorul parametru de care se ține cont este factorul de siguranță:

(5.1)

unde:

fs: factorul de siguranță

fc: factorul climatic

fsm: factorul de siguranță a modelului

fcs: factorul de siguranță care ține seama de coeficientul de scurgere

Versiunea 30 a ghidului (Skrift 30) ia în calcul schimbările climatice, prin două seturi diferite de factori climatici sunt recomandați. Factorii climatici „Standard” sunt acei factori care corespund celei mai bune potriviri în ceea ce privește efectele schimbărilor climatice, iar factorii climatici „de grad înalt”, sunt acei factori care corespund celei mai bune potriviri în ceea ce privește efectele schimbărilor climatice la care se adaugă deviația standard a factorului climatic.

Tabelul 5-10 Factorii climatici recomandați (Skrift 30, 2014)

Factorul de siguranță a modelului este un factor care introduce în calculul ploilor statistice gradul de siguranță (de încredere) a modelului de rețea. Acest factor poate să fie considerat 1 doar atunci când gradul de încredere a modelului de rețea este foarte mare. Ținând cont de faptul că modelul folosit în această cercetare este un model calibrat, unde erorile de calibrare sunt mai mici de 10%, gradul de siguranță a modelului de rețea este unul foarte mare. De aceea, factorul de siguranță a modelului Ølsted va fi considerat 1.

Factorul de siguranță care ține seama de coeficientul de scurgere este un factor care ia în calcul apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile (case, drumuri, parcări,etc) în bazinele de canalizare. În această cercetare factorul de siguranță care ține seama de coeficientul de scurgere va fi considerat 1 doar pentru situația prezentă în care schimbările climatice nu sunt luate în calcul. În toate cele 4 scenarii în care sunt incluse schimbările climatice acest factor va fi considerat 1,1.

Factorii de siguranță calculați cu ajutorul formulei (5.1) sunt prezentați în tabelul de mai jos:

Tabelul 5-11 Factorii de siguranță folosiți (Skrift 30, 2014)

Durata evenimentelor calculate este de 6 ore, iar pasul de timp este de 10 minute. În urma calculului ploilor statistice pe baza parametrilor calculați au rezultat următoarele evenimente:

Tabelul 5-12 Parametrii hidrologici folosiți în calculul ploilor statistice

Au fost create astfel 5 scenarii:

Primul scenariu este denumit S1 simulează comportamentul rețelei de canalizare în timpul evenimentului cu probabilitate de depășire o dată la 10 ani reprezentând situația prezentă fără a lua în calcul schimbările climatice și fără a considera apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare;

Al doilea scenariu S2 simulează comportamentul rețelei de canalizare în timpul evenimentului cu probabilitate de depășire o dată la 10 ani luând în calcul schimbările climatice pe un orizont de 100 de ani considerând un factor climatic Standard de 1,3 și care ține seama de apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare;

Al treilea scenariu S3 simulează comportamentul rețelei de canalizare în timpul evenimentului cu probabilitate de depășire o dată la 10 ani luând în calcul schimbările climatice pe un orizont de 100 de ani considerând un factor climatic de grad înalt de 1,7 și care ține seama de apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare;

Al patrulea scenariu S4 simulează comportamentul rețelei de canalizare în timpul evenimentului cu probabilitate de depășire o dată la 10 ani luând în calcul schimbările climatice pe un orizont de 50 de ani considerând un factor climatic Standard de 1,15 și care ține seama de apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare;

Al cincilea scenariu S5 simulează comportamentul rețelei de canalizare în timpul evenimentului cu probabilitate de depășire o dată la 10 ani luând în calcul schimbările climatice pe un orizont de 50 de ani considerând un factor climatic de grad înalt de 1,35 și care ține seama de apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare.

Modelarea matematică a sistemului de canalizare

Bazinul de canalizare Ølsted are o suprafață de 101 ha împărțită în 1673 bazine de canalizare. Sistemul de canalizare este format din 499 de guri de scurgere, 502 conducte circulare, 3 bazine deschise (lacuri), 2 stații de pompare, 1 deversor și o stație de epurare.

Modelul de matematic 1D al rețelei de canalizare, calibrat în capitolul anterior, are o suprafață de 46 ha. Această suprafață este împărțită în 921 bazine de canalizare. În această zonă sistemul de canalizare este în proporție de 80 % unitar și în proporție de 20% divizor.

Modelul matematic calibrat al rețelei de canalizare este format din 291 de guri de scurgere, 292 conducte circulare, 2 stații de pompare, 1 deversor și o stație de epurare:

Figura 5.31. Descrierea modelului de rețea

Scenariul 1

În trecut previziunile bazate pe observațiile istorice din Danemarca sugerau faptul că evenimentele de precipitații extreme din ultimele două decenii vor crește. Creșterea precipitațiilor extreme în ultimele două decenii a fost însă mai mare decât a fost anticipată la momentul proiectării sistemelor de canalizare, acest lucru datorându-se cel mai probabil emisiilor de gaze cu efect de seră (Karsten Arnbjerg-Nielsen). Dimensionarea rețelelor de canalizare s-a făcut însă în mod tradițional bazat pe înregistrări de precipitații istorice, ceea ce înseamnă că apariția unor evenimente de precipitații mai intense poate duce la inundații datorită faptului că sistemul de canalizare a fost subdimensionat.

Pentru a studia comportamentul rețelei existente de canalizare, rețea dimensionată doar pe bază de înregistrări de precipitații istorice, un eveniment cu probabilitate de apariție o dată la 10 ani a fost creat conform creșterii evenimentelor de precipitații extremele în ultimele două decenii (Skrift 30). Astfel, a fost creat Scenariul 1.

În acest scenariu modelul hidrologic ploaie-scurgere folosește evenimentul de ploaie sintetică CDS 10 1.00 unde precipitațiile ajung la 41.65 l/m2 în 6 ore. Acest scenariu are rolul de a studia comportamentul sistemului de canalizare existent și de a identifica zonele vulnerabile din sistem la momentul prezent.

În urma modelării Scenariului 1 au fost inundate 23 din cele 291 de guri de scurgere datorită subdimensionării sistemului de canalizare. Cea mai afectată zonă este situată în partea de est, sud-est a modelului:

Figura 5.32. CDS 10 1,00 – Reprezentarea zonelor vulnerabile

Scenariul 2

Al doilea scenariu studiat include cele mai noi estimări în ceea ce privește schimbările climatice și incertitudinile precipitațiilor calculate după Skrift 30.

Scenariul 2 folosește evenimentul cu probabilitatea de depășire o dată la 10 ani ținând cont de schimbările climatice pe un orizont de 100 de ani considerând un factor climatic standard de 1,3. Totodată acesta ia în calcul apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare.

În acest scenariu modelul hidrologic ploaie-scurgere folosește evenimentul de ploaie sintetică CDS 10 1.43 unde precipitațiile ajung la 59.56 l/m2 în 6 ore. Acest scenariu are rolul de a studia comportamentul sistemului de canalizare existent și de a identifica zonele vulnerabile din sistem pe un orizont de timp de 100 de ani conform celei mai bune potriviri în ceea ce privește efectele schimbărilor climatice.

Rezultatele modelării Scenariului 2 indică 55 din cele 291 de guri de scurgere ar putea să fie inundate datorită subdimensionării sistemului de canalizare. Zonele afectate sunt situate în centrul și sud-estul zonei Ølsted:

Figura 5.33. CDS 10 1.43 – Reprezentarea zonelor vulnerabile

Scenariul 3

Al treilea scenariu studiat este cel mai intens scenariu considerând evenimentul cu probabilitatea de depășire o dată la 10 ani unde schimbările climatice sunt introduse pe un orizont de 100 de ani considerând un factor climatic de grad înalt de 1,7. De asemenea acest eveniment ia în calcul și apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare.

În acest scenariu modelul hidrologic ploaie-scurgere folosește evenimentul de ploaie sintetică CDS 10 1.87 unde precipitațiile ajung la 77.88 l/m2 în 6 ore. Acest scenariu are rolul de a studia comportamentul sistemului de canalizare existent și de a identifica zonele vulnerabile din sistem pe un orizont de timp de 100 de ani conform celei mai bune potriviri în ceea ce privește efectele schimbărilor climatice la care se adaugă deviația standard a factorului climatic.

Rezultatele modelării Scenariului 3 indică faptul că 133 din cele 291 de guri de scurgere ar putea fi inundate datorită subdimensionării sistemului de canalizare. Potrivit acestui scenariu, o mare parte din zona Ølsted devine vulnerabilă:

Figura 5.34. CDS 10 1.87 – Reprezentarea zonelor vulnerabile

Scenariul 4

Al patrulea scenariu studiat este acela care folosește evenimentul cu probabilitatea de depășire o dată la 10 ani ținând cont de schimbările climatice pe un orizont de 50 de ani, considerând un factor climatic standard de 1,15 și luând în calcul apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare.

În acest scenariu modelul hidrologic ploaie-scurgere folosește evenimentul de ploaie sintetică CDS 10 1.265, unde precipitațiile ajung la 52.69 l/m2 în 6 ore. Acest scenariu are rolul de a studia comportamentul sistemului de canalizare existent și de a identifica zonele vulnerabile din sistem pe un orizont de timp de 50 de ani conform celei mai bune potriviri în ceea ce privește efectele schimbărilor climatice.

Rezultatele modelării Scenariului 4 arată faptul că 37 din cele 291 de guri de scurgere ar putea să fie inundate în timpul evenimentului 4 datorită subdimensionării sistemului de canalizare. Zonele afectate sunt situate în centrul și sud-estul zonei Ølsted:

Figura 5.35. CDS 10 1.265 – Reprezentarea zonelor vulnerabile

Scenariul 5

Al cincilea scenariu studiat este acela care folosește evenimentul cu probabilitatea de depășire o dată la 10 ani și ține cont de schimbările climatice pe un orizont de 50 de ani considerând un factor climatic standard de 1,35, luând în calcul și apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare.

În acest scenariu modelul hidrologic ploaie-scurgere folosește evenimentul de ploaie sintetică CDS 10 1.485, unde precipitațiile ajung la 61.85 l/m2 în 6 ore. Acest scenariu are rolul de a studia comportamentul sistemului de canalizare existent și de a identifica zonele vulnerabile din sistem pe un orizont de timp de 50 de ani conform celei mai bune potriviri în ceea ce privește efectele schimbărilor climatice la care se adaugă deviația standard a factorului climatic.

Rezultatele modelării Scenariului 5 indică faptul că 63 din cele 291 de guri de scurgere ar putea să fie inundate datorită subdimensionării sistemului de canalizare. Potrivit acestui scenariu, zonele afectate sunt situate în centrul și sud-estul zonei Ølsted:

Figura 5.36. CDS 10 1.485 – Reprezentarea zonelor vulnerabile

Analiza rezultatelor obținute

Dimensionarea rețelei de canalizare a fost făcută în mod tradițional fiind bazată doar pe înregistrări de precipitații istorice. Aceste vechi practici de proiectare presupun că nu există o schimbare a climei. Istoria recentă ne arată faptul că schimbările climatice duc la apariția unor precipitații mai intense, ceea ce poate duce la apariția inundațiilor urbane în cazul în care sistemul de canalizare este de subdimensionat.

În prezent, în ceea ce privește gestionarea apei urbane, standardul de proiectare pentru sistemele de canalizare unitare este dimensionarea acestora pentru controlul evenimentelor de precipitații cu perioade de depășire de până la 10 ani. Aceste sisteme trebuie să transporte evenimente de precipitații de până la 50 l/m2 și aproape toate (99%) precipitațiile anuale (Fratini și al., 2012). Această valoare de 50 l/m2 este una medie la nivel de Danemarca, aceasta poate varia ușor de la zonă la zonă (Skrift 30).

Au fost create 5 scenarii care utilizează noi precipitații de proiectare, calculate și utilizate în simulări ale procesului de ploaie-scurgere și ale transportului ploii scurse de către sistemul de canalizare din Ølsted pentru a vedea dacă rețeaua de canalizare suportă noile criterii de proiectare.

Tabelul 5-13 Detalierea cantităților de apă ajunse în rețeaua de canalizare

Atâta timp cât intensitatea precipitațiilor nu conduce la fluxuri mari conducta va controla (prin transport) toate ape pluviale, iar fenomenul de preaplin va avea loc numai atunci când intensitatea precipitațiilor ce traversează conducta ajunge la un prag dat de capacitatea maximă de transport a conductei.

Au fost alese trei tronsoane din sistemul de canalizare pentru a analiza cantitățile de apă transportate de rețeaua de canalizare raportate la capacitățile de transport ale conductelor.

Figura 5.37. Reprezentarea locațiilor analizate

Scenariul 1 arată faptul că efectele schimbărilor climatice asupra sistemului de canalizare duc la apariția inundațiilor în zona de sud-est. Cauza este creșterea intensității precipitațiilor și a scurgerilor de suprafață în ultimele două decenii. Sistemul de canalizare are o capacitate de transport de 4033.7 m3, iar ploaia efectivă duce la un volum scurs de 4068.7 m3.

Scenariile care includ schimbările climatice și urbanizarea cresc și mai mult riscul de inundații în unele părți ale sistemului. Scenariile 2, 3, 4 și 5 arată importante creșteri ale volumului scurs și astfel o creștere a zonelor vulnerabile din sistem.

Astfel, în toate cele 5 scenarii studiate, indiferent de orizontul de timp al schimbărilor climatice există tronsoane ale rețelei de canalizare care ar trebui redimensionate.

Prima locație aleasă este o conductă din beton cu diametru 490 mm și panta de 0.0222. Capacitatea de transport a conductei este de 589 l/s, iar când această capacitate este depășită conducta intră sub presiune. Astfel, în această locație rezultatele modelării Scenariului 3 arată faptul că includerea urbanizării și a schimbărilor climatice pe un orizont de timp de 100 de ani face ca acest tronson din sistemul de canalizare să intre sub presiune datorită subdimensionării acestuia.

Figura 5.38. Analiza cantităților de apă ajunse în rețeaua de canalizare raportate la capacitățile de transport ale conductelor – locația 1

A doua locație aleasă este o conductă din beton cu diametru 400 mm și pantă de 0.0111. Capacitatea de transport a conductei este de 242 l/s, iar când această capacitate este depășită conducta intră sub presiune. Rezultatele modelării matematice au arătat că acest tronson nu poate transporta debitele din precipitații în niciun scenariu care include schimbările climatice, indiferent de orizontul climatic și apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare (Figura 5.40.).

A treia locație aleasă este o conductă din beton cu diametru 500 mm și panta de 0.0046. Capacitatea de transport a conductei este de 283 l/s. Rezultatele modelării matematice au arătat că acest tronson poate transporta debitele din precipitații în toate scenariile care includ schimbările climatice indiferent de orizontul climatic și de urbanizare (Figura 5.41).

Figura 5.39. Analiza cantităților de apă ajunse în rețeaua de canalizare raportate la capacitățile de transport ale conductelor – locația 2

Figura 5.40. Analiza cantităților de apă ajunse în rețeaua de canalizare raportate la capacitățile de transport ale conductelor – locația 3

Concluzii

Schimbările climatice au un impact semnificativ asupra mediului urban, de aceea este importantă dezvoltarea de modele matematice care să fie capabile să reproducă situații prezente și viitoare în ceea ce privește precipitațiile.

Creșterea intensității precipitațiilor și a urbanizării duce la scurgeri de suprafață foarte mari și astfel la creșterea riscului de inundații. Pentru că sistemul de canalizare este o investiție foarte mare acesta trebuie să fie menținut în stare de funcționare cât mai mulți ani. Acest lucru se poate face prin includerea schimbărilor climatice în dimensionarea sistemului de canalizare atunci când se calculează evenimentele de precipitații .

Pentru a putea cuantifica efectele creșterii precipitațiilor și ale urbanizării (apariția unor noi zone impermeabile sau foarte puțin permeabile în bazinele de canalizare) în zona Ølsted, s-a folosit un model matematic calibrat al rețelei de canalizare.

Modelul climatic regional folosit în zona Ølsted pentru a calcula ploile statistice este capabil să descrie evenimentele de precipitații extreme pe arii restrânse, făcând posibilă descrierea precipitațiilor extreme raportate la timp relevante pentru acest studiu: CDS 10 1.0, CDS 10 1.43, CDS 10 1.87, CDS 10 1.265, CDS 10 1.485.

În urma simulărilor făcute s-au putut identifica și analiza tronsoanele din rețeaua de canalizare a căror capacitate de transport este depășită și care implicit duc la intrarea sub presiune a sistemului de canalizare. Modelarea sistemului de canalizare din zona Ølsted s-a realizat folosind evenimente de precipitații ce ne așteptam să apară în viitor conform modelului climatic regional. În acest mod a fost posibilă modelarea consecințelor schimbărilor climatice în ceea ce privește precipitațiile. Acest lucru este foarte important deoarece odată identificate zonele vulnerabile din sistem se pot căuta și testa diverse soluții pentru reducerea inundațiilor, protejând astfel zona Ølsted de efectele schimbărilor climatice.

Adaptarea orașelor la schimbările climatice

Situația la nivel internațoional

Gestionarea volumelor de apă provenite din precipitații reprezintă una dintre cele mai mari și mai pline de satisfacții provocări ale prezentului. Încă de la sfârșitul anilor 90 a existat o creștere a numărului de inițiative în ceea ce privește managementul apelor pluviale în mediul urban. Se dorește crearea unui mediu cât mai natural care să fie capabil să transporte fluxul de apă meteorică printr-o rețea „verde-albastră” (verde = controlul calității apei; albastru = controlul inundațiilor) îmbunătățind astfel aspectul orașelor, totodată trasformandu-le în locuri sigure de locuit.

Identificarea celor mai eficiente sisteme de colectare și evacuare a apelor pluviale poate ameliora și cu timpul chiar diminua semnificativ una dintre problemele majore cauzate de perturbarea severă a factorilor de mediu, inundațiile. Rezultatele acestei cercetări vor fi materializate prin crearea unor instrumente informatice sub formă de aplicții: modele funcționale care dau posibilitatea utilizatorului să testeze soluții de gestionarea a apei meteorice în zone urbane.

Pentru a înțelege provocările cu care ne confruntam astăzi în ceea ce privește inundațiile și riscul producerii acestora în viitor, folosim modele matematice care ne ajută să înțelegem și să analizăm impactul precipitațiilor prezente și viitoare. Cu ajutorul acestor modele se pot face simulări ale unor diferite evenimente de precipitații. Astfel,se pot observa și analiza zonele unde inundațiile se vor produce. De asemenea ne vom putea concentra în identificarea părților din model care pot fi schimbate pentru a înțelege cum putem reduce inundațiile. Cu alte cuvinte vom putea supune un oraș unui eveniment pe care se ne așteptam sa aibă loc în viitor și în acest mod vom fi capabili să modelăm consecințele încălzirii globale, putem face o estimare a riscurilor și astfel vom putea acționa înainte ca inundațiile sa creeze dezastre in mediul urban. Totodată, acest lucru ne permite să găsim cea mai sigură și ieftină soluție de a ne proteja orașele de efectele încălzirii climei.

Există mai multe abordări pentru a evalua inundații urbane, una dintre acestea este metoda unidimensională de modelare. Această abordare utilizează modele precipitații-scurgere care constau într-un model hidrologic artificial și un model hidraulic. Programele care poate fi utilizate pentru a construii un model de ploaie-scurgere este, de exemplu, MOUSE (model de canalizare urbană) utilizat de programul MIKE URBAN de la DHI sau SWMM (Pluvial Model Management) de la EPA. O altă abordare este de a utiliza modelarea bidimensională, unde inundațiile pot fi simulate pe uscat. Aceste tipuri de modele pot oferi o imagine clară a locațiilor afectate de inundații. De asemenea, este posibil să se combine modele unidimensionale și modele bidimensionale pentru a obține o mai bună înțelegere a legăturii dintre rețeaua de canalizare și inundațiile simulate la nivelul terenului. Studiile din literatura de specialitate arată că utilizarea modelării unidimensionale pentru a simula inundații urban este o abordare convențională care poate da rezultate bune de simulare (Marcu et al., 1998). Un model unidimensional poate fi, de asemenea, extins în viitor pentru a include un model bidimensional sau un instrument statistic pentru a evalua probabilități de eșec a unei părți a rețelei de drenaj (Thorndahl, Willems, 2008).

5.1. Singapore, ABC („Active Beautiful, Clean”) – 2006-2009

De-a lungul anilor, Singapore a dezvoltat treptat o rețea omniprezentă de aproximativ 8000 km de căi navigabile și 17 rezervoare pentru alimentarea cu apă. Pentru a valorifica întregul potențial al acestei infrastructurii a fost lansat în 2006 un program de cercetare numit ABC („Active Beautiful, Clean”).

Figura 5.1. Managementul sistemului de colectare a apelor pluviale, Singapore

Sursa: Waterscapes Innovation, Herbert Dreiseitl & Dieter Grau 2014

Aceata, este o inițiativă strategică pentru îmbunătățirea calității apei și a vieții printr-o deplină a valorificare a potențialului corpurilor de apă existente. Prin integrarea canalizării, a canalelor și a rezervoarelor cu mediul înconjurător într-un mod global, Programul de cercetare ABC propune să gestioneze volumele de apă meteorică în siguranță, păstrandu-le astfel calitatea și să creeze spații frumoase și sigure de care locutorii se pot bucura.

Local, apa este transportată prin canale înierbate și recirculată prin bazine ce au proprietatea de a-i îmbunătăți calitatea. O parte din aceata este folosită pentru irigarea spațiilor verzi, iar restul este transportată spre corpurile de apă din apropiere.

5.2. Tianjin Eco-City, China – 2009

Orașul Tianjin se dorește a fi un oraș proiectat pentru a fi practic și sigur care va avea în primplan protecția mediului, protejarea resurselor și conservărea energiei, servind drept un model de dezvoltare durabilă pentru alte orașe din China. Tianjin Eco-City va avea o suprafață de 30 km2 și este planificat pentru o populație de 350.000 de locuitori.

Figura 5.2. Gestionarea apei în orașul Tianjin

Sursa: Waterscapes Innovation, Herbert Dreiseitl & Dieter Grau 2014

Tianjin Eco-City este situat într-o regiune unde resursele de apă potabilă sunt limitate. Apa de ploaie va fi colectată de la acoperișuri, pavaje poroase prin canalele deschise și apoi transportată prin conducte de drenaj subteran pentru a minimiza evaporarea, înainte de a fi transportată la corpurile de apă pentru a fi reutilizată. În afară de apa de ploaie, apă reciclată din instalațiile de epurare a apelor uzate vor fi, de asemenea, utilizată pentru irigarea zonelor verzi și pentru de spălarea străzilor, reducându-se astfel cererea de apă potabilă.

5.3. Berlin, Germania – 1998

Proiectul „Water System Potsdamer Plaza” a început în primul rând ca o necesitate, zona fiind puternic afectată de inundații. Ideea din spatele proiectului a fost aceea de a folosi apa de ploaie local, pentru: spălarea toaletelor, irigații sau pentru stingerea incendiilor. Excesul de apă este transportat în bazine de retenție și canale deschise creând astfel o oază de relaxare în mediul urban.

Figura 5.3. Gestionarea apei pluviale , Berlin, Germania

Sursa: Waterscapes Innovation, Herbert Dreiseitl & Dieter Grau 2014

Sistemul de colectare al apelor pluviale combinată cu zonele de agrement demonstrează cum reciclare a apei de ploaie poate fi benefică pentru orașele afectate de schimbările climatice. Ideea de bază este că parte din apa de ploaie poate fi folosită la fața locului prin controlul sursei (ex: acoperișuri și balcoane verzi, bazine de retenție pentrul reutilizarea locală a apei de ploaie).

5.4. Taipei, Taiwan – 2007-2011

Orașul Taipei este situat în zona de climă subtropicală – umedă unde apar frecvent taifunuri orașul fiind supus frecvent de fenomenelor de inundabilitate.

Sistemul de gestionare a apelor meteorice a fost dimensionat pentru evenimentul cu probabilitate de apariție de 1 dată la 100 de ani. Soluțiile de gestionare adoptate local au posibilitatea de înmagazinare a 50% din volumul de precipitații, diferența de 50% fiind tansportată în râul Keelung.

Figura 5.4. Gestionarea apei pluviale, Taipei,Taiwan

Sursa:Waterscapes Innovation, Herbert Dreiseitl & Dieter Grau 2014

Excesul de apă de ploaie este înmagazinat în două bazine de retenție (8.,9.). În funcție de calitatea apei din rezervor, apa urmează să fie trecută printru-un filtru de curățare biologic (3.) sau dacă acesta nu a luat contact cu nicio suprafață contaminată este folosită pentru: spălarea toaletelor, stingerea incendiilor, etc. Excesul de apă este transportat prin canale închise pentru a-i nu-i fii afectată calitatea, prin canale închise în emisar (râul Keelung).

Zona Ølsted

STUDIUL 2 DE CAZ: Modelarea scurgerii de suprafață în zonele urbane ținând cont de schimbările climatice: Nørrebro, Danemarca

Introducere

Principalul model hidrologic conceptulal folosit in Danemarca pentru modelarea apei de ploaie este ‘MOUSE Model A’. Acesta abordare foloseste metoda “Time-Area” (“arie-timp” luand in calcul o scurgere liniara si o suprafata permeabilă fixa. Aceasta metoda include pierderi de obicei minore sub forma de pierdere intitala si un factor de reducere hidrologic, care este de obicei un factor folosit pentru calibrarea modelului hidraulic. Curba “Time-Area” descrie suprafata care contribuie cu apa de ploaie la scurgerile calculate in modelul hidrologic si este definita in functie de aria bazinului de canalizare, timpul de concentrare (TOC) si forma zonei de captare. Recent in Danemarca modelul conceptual ‘MOUSE Model A’ este inlocuit cu modelul hidrologic conceptual ‘MOUSE Model B’ Aceasta metoda de calcul este bazata pe calcului unui rezervor nonliniar care este descris de catre ecuatia undei cinematice. Aceasta ecuatie presupune conditii de curgere uniforme pe suprafata si o distributie uniforma a precipitatiilor.

Sistemul fizic inclus in model este alcatuit din urmatoarele componente: modelul scurgerii de suprafata (bazine de canalizare), sistemul de canalizare si suprafata 2D (suprafata terenului):

Figura 6.1. Legatura dintre principalele componente ale unui model de calcul de inundatii

Modelul hidraulic al retelei de canalizare reprezinta situatia existenta a sistemului, care a fost imbunatatit cu 36 de subproiecte (solutii verizi-albastre) ca parte din Master Planul pentru Copenhaga,2015 (The City of Copenhagen, 2015) care au rolul de a ajuta reteaua de canalizare existent la transportul volumelor de precipitatii extreme.

Abordări de modelare propuse

Prima abordare de modelare aleasa pentru aceast studiu (M1) include o pierdere initiala in calculul modelului hidrologic, atat pentru scurgerea de suprafata de pe suprafetele permeabile cat si pentru scurgerea de suprafata de pe suprafetele nepermeabile. Modelul conceptual folosit aici este ‘MOUSE Model A’. Scurgerile de suprafata de pe suprafetele permeabile (zonele verzi, parcurile,) si nepermeabile (acoperisuri, drumuri, parcari) sunt reduse prin pierderile intiale. Valoarea acestora este considerata 0,0006 m. Aceste pierderi sunt limitate, ceea ce inseamna ca o data cu marirea intensitatii evenimentului de ploaie importanta acestor pierderi scade, iar scurgerile se aproprie de 100% in cazul evenimentelor extreme (DHI, 2015).

In acest caz permeabilitatea zonelor care contrubuie la model va fi inclusa in analiza. Scurgerile din zonele nepermeabile vor fi reduse dupa cum urmeaza: scurgeriile de pe acoperisuri vor fi reduse cu 5%, scurgeriile de pe sosele vor fi reduse cu 10%, iar scurgeriile din parcari vor fi reduse cu 15% (Ramboll). Pentru aceasta analiza factorul hidrologic de reducere folosit va fi 1, ceea ce inseamna ca toate pierderile vor fi incluse doar in pierderiile initiale.

Cladiri Drumuri Parcari Zone verzi

Figura 6.2. Reprezentarea suprafetelor care sunt incluse in abordarea de modelare M1

Scurgerile de suprafata provenite de pe suprafetele permeabile vor depinde in primul rand de capacitatea de inflitratie a solului. Este de asteptat ca suprafetele permeabile din mediul urban cum ar fi parcurile si gradinile sa genereze scurgeri de suprafata indiferent de frecventa si perioada evenimentului. Aceasta scurgere de suprafata devine semnificativa o data cu marirea perioadei de revenire a evenimentului de precipitatii.

In general scurgerile de suprafata provenite de pe zonele verzi nu sunt luate in calcul atunci cand este proiectat sistemul de canalizare deoarece se presupune ca in cazul unui eveniment de 10 ani capacitatea de infiltratie a zonelor verzi va fi suficient de mare cat sa nu genereze scurgere de suprafata.

In cazul de fata, pentru o analiza mai apropiata de realitate in zona Nørrebro unde 60% din suprafata bazinului de canalizare este alcatuit din zone permeabile, scurgerile de suprafata de pe zonele verzi va fi incluse in calcul modelului hidrologic.

A doua abordare de modelare (M2) introduce in calculul modelului hidrologic doar scurgerile de suprafata provenite de pe zone nepermeabile, iar in modelul hidraulic aceastea vor contribui direct la incarcarea sistemului de drenaj. Modelul conceptual de scrugere folosit aici va fi ‘MOUSE Model A’ ceea ce inseamna ca scurgerile de suprafata provenite de pe zone nepermeabile vor fi calculate la fel ca si in cazul abordarii de modelare M1. Diferenta intre abordariile M2 si M1 este ca in cazul abordarii de modelare M2 scurgerile de suprafata provenite de pe zuprafetele permeabile vor fi aplicate direct pe suprafata terenului 2D. Astfel, parte din aceste scurgeri de suprafata vor fi transportate pe teren catre zonele depresionare unde vor ramane blocate, se vor evapora sau inflitra in sol inainte de a se transforma in scurgeri care incarca sistemului de canalizare.

Cladiri Drumuri Parcari Zone verzi

Figura 6.3. Reprezentarea suprafetelor incluse in abordarea de modelare M2

A treia abordare de modelare (M3) este de a imparti procentual bazinele de canalizare in suprafete nepermeabile și suprafete permeabile, considerand astfel ca toate subazinele de canalizare sunt identice.

Modelul conceptual de scurgere folosit aici este "MOUSE Model B", model care aplica ecuatia lui Horton:

(6.1)

unde:

IH(t) = infiltratia Horton (m/s)

IImin = capacitatea initiala (maxima) de inflitrare (m/s)

IImax = capacitatea finala (minima) de inflitrare (m/s

ka = constanta empirica (factor de timp) (s-1)

t = timpul de incepere a ploii (s)

Suprafetele nepermeabile sunt impartite in suprafete abrupte (acoperisuri) și suprafete plane (parcari) in timp ce zonele permeabile sunt impartite in zone permabile unde capacitatea de infiltratie este mare, medie si mica. In acest studiu pentru usurinta calculului presupunerea este ca toate suprafetele nepermeabile din model sunt plate si toate zonele permeabile au o capacitate de infiltratie medie.

Bazinul Nørrebro este impartit in 40% zone nepermeabile plate si 60% zone permeabile cu o capacitatea de infiltratie medie. Suprafețe nepermeabile cum ar fi acoperisurile, drumurile si zone de parcare sunt reduse de pierderile initiale, care, in acest caz, acesta este împărțit în: 5×10-5m pierderi initiale in zonele umede si 6×10-4m pierderi initiale imagazinate. Scurgerile de suprafata provenite de pe zuprafetele nepermeabile sunt deasemenea reduse de pierderile initiale: 5×10-5 m pierderi initiale in zonele umede and 4×10-2 m pierderi initiale imagazinate.

Aceasta metoda permite luarea in considerare a infiltratiilor pentru zonele permeabile in care infiltratiile scad exponential si o capacitate de infiltratie mare la inceputul evenimentului de precipitatii. Proprietatile solului sunt reprezentate de parametrii de intrare pentru acest model conceptual.

In bazinul Nørrebo tipul de sol este argilos si pe baza parametrilor de infiltratii din literatura capacitatea maxima de infiltrare a fost stabilita 5×10-5 m/s si va fi redusa in timpul evenimentului de ploaie pana la 1×10-6 m/s.

Zone nepermeabile Zone permeabile

Figure 6.4. Reprezentarea suprafetelor incluse in abordarea de modelare M3

Cea de a patra abordare de modelare (M4) este aceea de a include numai scurgerile de suprafata de pe zonele nepermeabile calculate cu modelul conceptual de scurgere "MOUSE Model B" ca incarcare directa a sistemului de canalizare. Scurgerea din zonele nepermeabile vor fi calculate la fel ca in abordarea de modelare M1.

Asemenea abordarii de modelare M2, in modelarea M4 scurgerile de suprafata de pe zonele permeabile vor fi introduse direct modelul de suprafață 2D. Pentru ca acest lucru sa fie posibil, precipitatiile vor fi prelucrate in prealabil, in scopul de a exclude pierderile si a include astfel doar scurgerile de suprafata. Pierderile initiale vor fi considerate: 5×10-5 m pierderi initiale in zonele umede si 4×10-2 m pierderi initiale imagazinate. In ceea ce priveste infiltratiile considerate, acestea vor fi considerate: capacitatea maxima de infiltrare 5×10-5 m/s urmand sa fie redusa in timpul evenimentului de ploaie pana la 1×10-6 m/s.

Zone nepermeabile Zone permeabile

Figura 6.5. Reprezentarea suprafetelor incluse in abordarea de modelare M4

Calibrarea scurgerii de suprafață

O calibrare pe baza unor valori masurate nu va fi posibila, in cadrul acestei cercetari, deoarece observatiile de inundatii nu sunt disponibile. Cu toate acestea, o calibrare a modelelor folosite in cele 4 modalitati de modelare propuse se va face prin metoda compararii modelelor. Acest lucru va permite investigarea diferitelor alegeri care trebuie sa fie facute in procesul de modelare hidrologica pentru a obtine o reprezentare cat mai reala a suprafetei inundate.Folosirea unor parametri hidrologici diferiti sau modificarea parametrilor hidrologici ar putea avea un impact foarte mare asupra calculului scurgerilor de suprafata. De obicei, scurgerile de suprafata de pe zonele verzi nu sunt incluse atunci cand un nou sistem de canalizare este proiectat deoarece se presupune ca in cazul unui eveniment de 10 ani capacitatea de infiltratie a zonelor verzi va fi suficient de mare cat sa nu genereze scurgere de suprafata. În Nørrebro 60% din bazinul de canalizare reprezinta zona permeabila. Pentru o analiza mai realista a inundatiei urbane scurgerile de suprafata de pe zonele verzi vor fi incluse. In acest studiu, modelul hidrologic folosit pentru calibrare este "MOUSE Model B" folosit si in metoda de modelare M3. In urma rularii modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani, a rezultat ca in zonele permeabile ploile nu se pot infiltra complet. Astfel, o calibrare a modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M1 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 a aratat ca 7% din evenimentul de precipitatii studiat nu se mai poate infiltra contribuind astfel la volumele transportate de reteaua de canalizare.

Figura 6.6. Calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M1 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani

Conform acestei cercetari suprafetele permeabile din bazinul de canalizare Nørrebo vor genera o scurgere de suprafata semnificativa in urma unui eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani. Dupa cum se arata in figura de mai jos, dupa calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M1 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3, 42% din evenimentul de precipitatii studiat va genera scurgeri de suprafata, dupa excluderea pierderilor initiale si a infiltratiilor, contribuind astfel la volumele transportate de reteaua de canalizare.

Figura 6.7. Calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M1 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani

In Danemarca o modalitate foarte des intalnita de modelare a inundatiilor in zonele urbane este ca atat zonele permeabile cat si cele nepermeabile sa fie conectate la nodurile sistemului de canalizare contribuind astfel in mod direct la volumele transportate de reteaua de canalizare. Acesta este un fapt care poate genera o incarcare nerealista a sistemului de canalizare in cazul in care scurgerile de suprafata devin importante cantitativ, in timpul precipitatiilor extreme. Modelul hidrologic este creat astfel incat un sub-bazin poate fi conectat la un singur nod al sistemului de canalizare, dar mai multe sub-bazine de canalizare pot fi conectate la acelasi nod al sistemului. Acest lucru inseamna ca in cazul in care suprafata totala a sub-bazinelor conectate la acelasi nod al sistemului este mare la evenimente extreme, scurgerea de suprafata care incarca sistemul de canalizare va fi atat de mare incat se va crea o instabilitate in modelul hidraulic al sistemului de canalizare generand inundatii in zone in care in realitate aceste nu vor exista.

Pentru a conecta sub-bazinele de canalizare intr-un mod cat mai realist, bazinul de canalizare Nørrebo a fost modelat cu ajutorul unui model hidrologic detaliat unde sub-bazinele create respecta o panta pozitiva de surgere.

Pentru a exclude evetualele diferente care ar putea sa apara in urma schimbarilor formelor sub-bazinelor de canalizare, acelasi model de retea si aceeasi reprezentare fizica a sub-bazinelor de canalizare a fost folosita in toate cele patru abordari de modelare detaliate mai sus.

Figura 6.8. Reprezentarea reprezentare fizica a sub-bazinelor de canalizare

Pentru o abordare mai realista de modelare in abordarile M2 si M4 scurgerile de suprafata provenite de pe suprafetele permeabile vor fi aplicate direct pe suprafata terenului 2D. Astfel, parte din aceste scurgeri de suprafata vor fi transportate pe teren catre zonele depresionare unde vor ramane blocate, se vor evapora sau inflitra in sol inainte de a se transforma in scurgeri care incarca sistemului de canalizare.

Pentru a putea reproduce acest lucru, in condtiile in care reprezentarea fizica a sub-bazinelor de canalizare nu se schimba, este necesara efectuarea unor ajustari ale parametrilor de scurgere. In cazul abordarii de modelare M2 permeabilitatea zonelor verzi a fost setata la "0%", iar in cazul abordarii de modelare M4 capacitatea minima de infiltrare a fost setata la 1 m/s. In acest fel scurgerile de pe zonele verzi conectate direct la sistemul de canalizare vor fi excluse, iar volumele de scurgere care s-ar putea suprapune vor fi evitate.

In urma rularii modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani, a rezultat ca in zonele permeabile ploile nu se pot infiltra complet. Astfel, o calibrare a modelului hidrologic folosit in metodele de modelare M2 si M4 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 a aratat volumul de ploaie acumulat ce vor fi aplicate direct pe suprafata terenului 2D.

Figura 6.9. Calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M2 si M4 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani

De asemenea, suprafetele permeabile din bazinul de canalizare Nørrebo vor genera o scurgere de suprafata semnificativa in urma unui eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani. Astfel, o calibrare a modelului hidrologic folosit in metodele de modelare M2 si M4 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 a aratat volumul de ploaie acumulat ce vor fi aplicate direct pe suprafata terenului 2D.

Figura 6.10. Calibrarea modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M2 si M4 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani

Rezultate

In acest studiu sunt utilizate diferite metode de comparare a abordarilor de modelare propuse si performantele acestora. Comparatia se va face pe baza unor criterii comune de comparare:

Scurgerea de suprafata de pe suprafetele nepermeabile si scurgerea de suprafata de pe suprafetele permeabile este aplicata modelului de retea (M1 vs M3);

Scurgerea de suprafata de pe suprafetele nepermeabile sunt aplicate modelului de retea si scurgerea de suprafata de pe suprafetele permeabile este aplicata direct pe suprafata 2D (M2 vs M4);

Scurgerea de suprafata de pe suprafetele nepermeabile si scurgerea de suprafata de pe suprafetele permeabile este calculată folosind modelul conceptual A (M1 vs M2);

Scurgerea de suprafata de pe suprafetele nepermeabile si scurgerea de suprafata de pe suprafetele permeabile este calculată folosind modelul conceptual B (M3 vs M4).

Figura 6.11. metoda compararii modelelor

Rezultatele modelarii hidrologice

In acest studiu modelul hidrologic folosit pentru calibrare este "MOUSE Model B" folosit in metoda de modelare M3. In urma rularii modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani, a rezultat ca in zonele permeabile ploile nu se pot infiltra complet. Astfel, in urma calibrarii modelelor hidrologice folosite in metodele de modelare M1, M2, M3 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 scurgerile de suprafata introduse in modelul hidraulic sunt aproximativ egale:

Figura 6.12. Volumul de ploaie acumulat introdus in modelul hidraulic pentru un eveniment

cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani

De asemenea, in urma calibrarii modelelor hidrologice folosite in metodele de modelare M1, M2, M3 cu ajutorul modelului hidrologic folosit in metoda de modelare M3 pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani scurgerile de suprafata introduse in modelul hidraulic sunt aproximativ egale:

Figura 6.13. Volumul de ploaie acumulat introdus in modelul hidraulic pentru un eveniment

cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani

REZULTATELE MODELARII HIDRAULICE

Limita de inundație

În Danemarca, cea mai utilizata metoda de modelare a inundatiilor in zonele urbane este accea de a considera atat zonele permeabile cat si cele nepermeabile conectate la nodurile sistemului de canalizare contribuind astfel in mod direct la volumele transportate de reteaua de canalizare (M1 si M3). In urma rezultatelor obtinute s-a observat faptul ca aceasta abordare poate genera o incarcare nerealista a sistemului de canalizare in cazul in care scurgerile de suprafata devin importante cantitativ (> CDS100). Au fost observate zone unde datorita faptului ca scurgerea de suprafata a incarcat sistemul de canalizare s-a creat o instabilitate in modelul hidraulic al sistemului de canalizare generand astfel inundatii in zone in care inundatiile nu ar fi trebuit sa fie insemnate cantitativ. De asemenea, s-a observat faptul ca in cazul abordarilor de modelare M2 si M4 unde scurgerile de suprafata provenite de pe suprafetele permeabile au fost aplicate direct pe suprafata terenului 2D, o parte din scurgerile de suprafata au fost transportate pe teren catre zonele depresionare unde au ramas blocate.In cazul unui eveniment de precipitatii cu probabilitatea de aparitie o data la 10 ani nu au fost observate incarcari importante ale sistemului de canalizare, aportul zonelor verzi fiind foarte mic.

Figura 6.14. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (stanga), respectiv limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (dreapta)

Adancimea inundatiei

Adancimea apei pentru fiecare eveniment de precipitatii rezultat este reprezentata pe intervale de adancime in nuante diferite de albastru (albastru inchis pentru adancimile mari si albastru deschis pentru adancimile mici).

Modelul hidraulic al retelei de existente canalizare a fost imbunatatit cu cele 36 de sub-proiecte (solutii verizi-albastre) ca parte din Master Planul pentru Copenhaga,2015 (The City of Copenhagen, 2015), acestea avand rolul de a transporta mare parte din volumele de precipitatii. Astfel, in cazul unui eveniment de precipitatii cu probabilitatea de aparitie de o data la 10 ani, zona Nørrebro este protejata.

In cazul unui eveniment de precipitatii cu probabilitatea de aparitie de o data la 100 ani zonele inundate si adancimea inundatiei difera in functie metoda de modelare aleasa. In cazul in care bazinele de canalizare sunt conectate direct la sistem, volumele de precipitatii vor fi transportate de catre sistemul existent si dupa ce capacitatea acetuia de transport este depasita, apa va fi transprtata de solutiile verzi-albastre (M1 si M3). In cazul metodelor de modelare M2 si M4 scurgerile de suprafata de pe zonele verzi nefiind conectate direct la sistem volume importante de precipitatii vor ramane blocate in zonele depresionare.

Figura 6.15. Adancimea inundatiei calculata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (stanga), respectiv adancimea inundatiei calculata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (dreapta

Timpul de rulare si celulele umede

Timpul de rulare a unui model reprezinta durata de timp necesara pentru a efectua un proces de calcul si este proportionala cu numarul de transformari unitare efectuate. Rezolutia modelului este cea care da numarul de celule umede (celulele care participa activ la calculul de inundatie) si numarul de celule uscate (celulele care nu participa activ la calculul de inundatie).

Alegerea rezolutia modelului conduce la determinarea timpul de calcul si acest lucru trebuie sa tina cont atat de calitatea rezultatelor ce urmeaza sa fie obtinute cat si de timpul necesar pentru prognoza. Desigur, un model 1D-2D cum este cel de fata, ar trebui sa ofere o estimare mai realista a suprafetei de inundații, dar nu este o modalitate ideala de calcul daca rezultatele se doresc in timp real doarece necesita un timp de calcul mai lung decat modelele 1D.

In cercetarea aici prezentata rezolutia modelului este de 1,6 m ceea ce duce la un timp de rulare marit. In urma analizei timpilor de rulare a modelelor s-a concluzionat faptul ca timpul de rulare creste direct proportional cu numarul de celul umede, obtinandu-se astfel un timp rulare de pana la 36 de ore in cazul unui eveniment de precipitatii cu probabilitatea de aparitie o data la 10 ani si un timp de rulare de 60 de ore in cazul unui eveniment de precipitatii cu probabilitatea de aparitie o data la 100 ani.

Figura 6.16. Timpul de rulare in raport cu numarul celulele care participa activ la calculul de

inundatie pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani

In cazul intoducerii scurgerilor de suprafata direct pe suprafata 2D, numarul celulelor active creste, ceea ce duce la timpi de rulare mai mari: 43 de ore cazul unui eveniment de precipitatii cu probabilitatea de aparitie o data la 10 ani si un timp de rulare de 116 de ore in cazul unui eveniment de precipitatii cu probabilitatea de aparitie o data la 100 ani.

Figura 6.17. Timpul de rulare in raport cu numarul celulele care participa activ la calculul de

inundatie pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 an

Aria inundata si volumul de inundatie

In urma analizei suprafetelor inundate in raport cu volumul de inundatie pentru fiecare dintre cele 4 modele a rezultat faprtul ca nu exista o legatura directa intre aria inundata si volumul de inundatie atunci cand sunt studiate precipitatii neinsemnate cantitativ (< CDS 10), de cele mai multe ori chiar daca aria inundata este foarte mare, deoarece adancimea apei nu depaseste cativa milimetrii si volumele de inundatii nu cresc semnificativ o data cu extinderea zonei inundate.

Figura 6.18. Aria inundata in raport cu volumul de inundatie pentru un eveniment cu

probabilitate de aparitie de o data la 10 ani

In situatia in care atat suprafetele permeabile cat si cele nepermeabile sunt conectate direct la sistemul de canalizare, atat aria observata de inundatie cat si volumul de inundatie calculat sunt sun mai mici decat in cazul in care doar suprafetele nepermeabile sunt conectate direct de sistemul de canalizare. Acest lucru se intampla pentru ca o mare parte din scurgerile de suprafata provenite de pe suprafetele permeabile au fost transportate pe teren catre zonele depresionare unde au ramane blocate inainte de a ajunge in sistemului de canalizare

In cazul in care se studiaza evenimentele de precipitatii sunt extreme (> CDS 100) atunci volumul de inundatie este direct proportional cu aria inundata, de data aceasta adancimea inundatiei depasind 10 cm.

Figura 6.19. Aria inundata in raport cu volumul de inundatie pentru un eveniment cu

probabilitate de aparitie de o data la 100 ani

.

CONCLUZII

Zonele verzi fara sistem de drenaj trebuie tratate cu atentie, in special in cazul zonelor verzi foarte extinse (parcuri). Daca o zona verde foarte mare este contectata intr-un singur punct la sistemul de canalizare va cauza o inundatie nerealistica in jurul punctului de conectare.

In urma rezultatelor obtinute s-a observat faptul ca a considera atat zonele permeabile cat si cele nepermeabile conectate la nodurile sistemului de canalizare contribuind astfel in mod direct la volumele de apa transportate de reteaua de canalizare (M1 si M3), iar aceasta abordare poate genera o incarcare nerealista a sistemului de canalizare in cazul in care scurgerile de suprafata devin importante cantitativ. De asemenea, s-a observat faptul ca in cazul metodelor de modelare M2 si M4 unde scurgerile de suprafata provenite de pe suprafetele permeabile au fost aplicate direct pe suprafata terenului 2D, o parte din scurgerile de suprafata au ramas blocate in zonele depresionare. Metodele de modelare M2 si M4 reusesc sa simuleze mai bine realitatea, insa principalul dezavantaj al acestor metode este timpul de rulare, care poate sa fie dublul sau chiar triplul timpului de rulare in metodele de modelare M1 si M3.

Alegerea abordarii corecte de modelare, flosirea corecta a ploilor de calcul in model si a parametrilor de calibrare trebuie facuta pe baza unor criterii foarte clare pentru a simula cat mai bine realitatea.

In prezent exista o nevoie la nivel mondial de standarde care sa vina in ajutorul modelatorilor pentru a avea o abordare comuna, potrivita pentru zona de proiect studiata. Aceasta cercetare poate ghida modelatorul in alegerea celei mai potrivite abordari de modelare.

Contribuții personale

Direcții viitoare de cercetare

În ceea ce privește schimbările climatice, acestea pot avea un impact semnificativ asupra mediului urban, de aceea, modele climatice proiectate sunt utile în construirea de scenarii privind situații așteptate (Semadeni-Davies et al., 2008). Creșterea precipitațiilor și urbanizarea sunt două exemple de scenarii comune din viitor. Modele climatice globale sunt folosite pentru a proiecta schimbările climatice pentru întreg pământul, dar acestea sunt incapabile să surprindă evenimentele de precipitații extreme pe arii restrânse. Prin urmare, modelele climatice globale sunt duse la scara unui model climatic de scara mică. Această metodă influențează efectele schimbărilor climatice asupra evenimentelor de precipitații extreme și poate duce la incertitudini (A et al., 2006). Aceste incertitudini pot afecta adecvarea modelului regional în descrierea precipitațiilor extreme raportate la timp, care sunt relevante pentru drenaj urban (Grum et al., 2006). Prin urmare, este important acest aspect atunci când se vor simula efectele viitoare schimbărilor climatice utilizând această metodă.

Referinte

Arnbjerg-Nielsen, K. (2012). Quantification of climate change effects on extreme precipitation used for high resolution hydrologic design. Urban Water Journal, 9(2), 57–65. http://doi.org/Doi 10.1080/1573062x.2011.630091

Arnbjerg-Nielsen, K., Leonardsen, L., & Madsen, H. (2015). Evaluating adaptation options for urban flooding based on new high-end emission scenario regional climate model simulations. Climate Research, 64(1), 73–84. http://doi.org/10.3354/cr01299

DHI. (2015). Storm Water Runoff from Green Urban Areas – Modellers’ Guideline, (March), 39.

DHI. (2016). Runoff Reference manual, 1– 50.

Fletcher, T. D., Shuster, W., Hunt, W. F., Ashley, R., Butler, D., Arthur, S., … Viklander, M. (2014). SUDS, LID, BMPs, WSUD and more – The evolution and application of terminology surrounding urban drainage. Urban Water Journal, 9006(September), 1–18. http://doi.org/10.1080/1573062X.2014.916314

The City of Copenhagen. (2015). Climate Change Adaptation and Investment Statement – Part 1, (october).

Busuioc, A., Caian, M., Bojariu., Boroneanț, C., Cheval,S., Baciu,M., Dumitrescu, A. (2012). Scenarii de schimbare a regimului climatic în România pe perioada 2001 – 2030. Administrația Națională de Meteorologie.

ANEXA 1. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (M2 vs M1)

ANEXA 2. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (M4 vs M3)

ANEXA 3. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (M1 vs M3)

ANEXA 4. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (M2 vs M4)

ANEXA 5. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (M1 vs M3)

ANEXA 6. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (M4 vs M2)

ANEXA 7. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (M1 vs M2)

ANEXA 8. Limita de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (M3 vs M4)

ANEXA 9. Adancimea de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (M1)

ANEXA 10. Adancimea de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (M2)

ANEXA 11. Adancimea de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (M3)

ANEXA 12. Adancimea de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 10 ani (M4)

ANEXA 13. Adancimea de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (M1)

ANEXA 14. Adancimea de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (M2)

ANEXA 15. Adancimea de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (M3)

ANEXA 16. Adancimea de inundatie observata pentru un eveniment cu probabilitate de aparitie de o data la 100 ani (M4)