Modelling of rainfall-runoff processes in Pečky

Abstract

Zpracování kalibrovaného a verifikovaného srážko-odtokového modelu systému městského odvodnění je časově náročné, finančně nákladné a vyžaduje velké množství dat, která nemusí být často dostupná nebo jsou neověřená. Prvním cílem této práce bylo vyvinout a otestovat metodu pro stanovení vodní bilance v neměřených městských povodích s omezenými údaji o systému odvodnění. V první pilotní lokalitě byl využit stávající, podrobný srážko-odtokový model města Pečky, který byl schematizován do dvou různých úrovní pro ověření, že i schematizované modely mají vypovídající hodnotu pro posouzení funkce odlehčovacích komor. Oba schematizované modely relativně přesně reprezentovaly podrobný model s méně než 3 % rozdílem v celkovém vypouštění odlehčovaných vod. Druhá pilotní lokalita, systém odvodnění města Čelákovice, byla uvažována jako neměřené povodí pro ověření způsobu schematizace. Použity byly dvě různé metody pro stanovení charakteristik dílčího povodí. V první byla využita metoda vzorových hektarů, kterým byly přiřazeny charakteristiky povodí dle podrobného modelu Peček. Druhá metoda využila přepočtu vrcholového odtokového součinitele na průměrný odtokový součinitel. Obě metody byly použity na obou úrovních schematizace s různou mírou úspěšnosti. I v případě nejlepší shody bylo podhodnoceno celkové množství odlehčovaných vod o 27 %. Metody vyvinuté a testované v této práci závisí na tom, zda jsou k dispozici odpovídající data o modelovaném systému odvodnění. Nutný je další výzkum pro aplikaci těchto metod pro neměřená povodí. Druhým cílem této práce bylo posoudit, zda stávající systém odvodnění města Pečky bude plnit požadavek stanovený revidovanou směrnicí Evropské unie o čištění městských odpadních vod a vnos znečištění z odlehčovacích komor bude menší než 2 % z celkového ročního znečištění odváděného stokovou sítí za bezdeštného období. V rámci návrhových opatření byly uvažovány varianty se snížením procenta napojených nepropustných ploch. Pro splnění požadavku je nutné odpojit více než 60 % nepropustných ploch.

Creating calibrated and verified rainfall-runoff models of urban catchments is time consuming, expensive, and requires an immense amount of data that is often insufficient or unreliable. The first goal of this thesis was to develop and test a method for calculating the water balance in ungauged urban catchments with limited data available about the system. Firstly, an existing detailed model of a Czech municipality, Pečky, was schematized to two different levels as a proof of concept that the models could still accurately simulate combined sewer overflows despite reduced system data. Both schematized models accurately represented the detailed model with less than a three percent difference in overall discharges. A second Czech municipality, Čelákovice, that has been previously studied, was treated as an ungauged catchment to test the application of the schematization technique. Two different methods for determining the subcatchment characteristics were used. The first involved making an analogy to the detailed model of Pečky with typical hectares and the second method was a theoretical estimation technique to relate the peak runoff coefficients to the model runoff coefficients. Both techniques were applied to the two levels of schematization with varying degrees of success. The best result still underestimated the overall combined sewer discharges by twenty-seven percent. The methods developed and tested in this thesis rely on having adequate data about the sewer system being modelled. Further research is necessary to be able to apply these methods on a truly ungauged catchment. The second goal of this thesis was to evaluate Pečky’s ability to comply with the future goal of the European Union’s Urban Wastewater Treatment Directive to reduce pollution from combined sewer discharges to less than two percent of the pollution discharged by the sewer system during dry weather flow conditions. Increments of reduction in percent imperviousness were simulated and greater than 60% of the catchment would need to be disconnected to reach this goal.