Implementace programu SWMM v praxi

Článek se zabývá hydraulickým posouzení stokové sítě vybrané obce pomocí simulačního modelu (programem SWMM). Program SWMM (Storm Water Managment Model) je program vyvinutý agenturou U.S. EPA (agentura pro ochranu životního prostředí Spojených států amerických). Program SWMM je používán po celém světě k plánování, analýzu a návrh týkající se dešťového odtoku, jednotné a sanitární kanalizace a dalších odvodňovacích systémů v městských oblastech. Jedná se o dynamický, srážko odtokový simulační model používaný pro jednu událost nebo dlouhodobé simulace odtokového množství a kvality vod převážně z urbanizovaného území.

Michal Úterský, Petr Hluštík

Úvod

Článek s implementací programu SWMM v praxi navazuje na článek se zhodnocením uživatelského prostředí programu SWMM, ve kterém byl program představen a byly popsány jeho základní funkce. Pro otestování programu byla vybrána obce (popis viz níže), ve které došlo k posouzení kapacity kanalizace. Déle bylo programem SWMM ověřeno, zda zejména koncový usek kanalizace DN 1000 v délce 257,1 m nebyl při rekonstrukci předimenzován a zda nedošlo ke zbytečnému navýšení investic pro výstavbu.

Vybraná a posuzovaná obec se nachází v Jihomoravském kraji. V obci žije 1284 osob, je zde přiděleno 447 čísel popisných (48 rekreačních domů, 374 rodinných a bytových domů, 21 ostatní objekty a neobsazená čísla popisná) a 53 čísel evidenčních (chaty, garáže). Součástí obce je i základní škola, mateřská škola, restaurační zařízení, obchod s potravinami a menší zdravotnické zařízení. Stoková soustava v obci je složena z materiálů typu: železobeton, prostý beton, sklolaminát, polyvinylchlorid, polypropylen a kamenina. Délky materiálů a výpis dimenze potrubí je obsažen v tabulce č. 1.

Použitelnost programu SWMM je ideální zejména pro menší obce s nepříliš rozvětvenou stokovou sítí. Při pracování s rozsáhlejšími stokovými soustavami může vzniknout nepřehlednost a samotná metoda výpočtu povrchového odtoku metodou ideálních střech není vhodná pro větší obce.

Celková délka kanalizace v obci činí cca 9985 m. 

Vstupní data

Jako hlavní podklad pro program SWMM byly výsledky měrné kampaně, která proběhla v zájmové obci a trvala 5 měsíců. Naměřená data sloužila pro kalibraci a verifikaci modelu zadaného v programu SWMM. Jako další podklad pro zadávání vstupních parametrů do programu byl použit výkres situace obce se zakreslenou stokovou sítí opatřenou geodetickými a hydraulickými údaji, letecké snímky území obce pro upřesnění hydrotechnické situace a Truplovy tabulky (VÚV Praha, 1958). Použité podklady byly dostačující k provedení srážkoodtokové simulace.

Návrhové (zátěžové) deště

Pro posuzování kapacity stokových sítí jsou rozhodující krátkodobé místní přívalové deště, charakteristické vysokou intenzitou, malou povrchovou rozlohou a krátkou dobou trvání. Tvoří nejpodstatnější vstupní údaj pro stanovení průtoku ve stokové síti. Stanovením návrhového deště se rozumí určení intenzity, délky trvání, periodicity a typu deště. Pro matematický model byl stanoven jako nejvhodnější, syntetický Šifaldův déšť. Tento syntetický déšť vystihuje časový průběh srážky lépe než blokový déšť. Šifaldův déšť je rozdělen na tři části a to předdéšť, hlavní déšť a následný déšť. Z celkového objemu spadlých srážek obsahuje předdéšť 15 %, hlavní část 56 % a následný déšť 30 %. Objem tohoto deště by se měl rovnat objemu blokového deště. Intenzita zátěžového deště byla zjišťována z Truplových tabulek (VÚV Praha, 1958).

Pro posouzení kapacity stokové sítě bylo použito 6 zátěžových dešťů. Ke každému jsou přiloženy výstupy zobrazující zájmovou část stokové sítě. Byly použity periodicity p= 1, p= 0,5 a doby trvání dešťů 5, 15, 120 minut. Jako hlavní zátěžový déšť byl zvolen déšť s periodicitou 1, doby trvání 15 minut s intenzitou 129 l/s/ha. Ostatní typy dešťů byly zvoleny z důvodu rozšíření simulace a porovnání vlivů na stokovou síť.

Posouzení stokové sítě

Nejdůležitější úsek stokové sítě, který bylo potřeba posoudit z hlediska kapacity byl nově zrekonstruovaný koncový úsek stoky DN 1000 z železobetonu. Z tohoto důvodu jsou ve článku uvedeny výsledky simulace pouze pro koncový profil stoky a ne pro celou posuzovanou obec. Přiložený podélný profil stoky vystihuje trubní úseky P1 až P3 mezi šachtami Š1 až Š4 v koncovém úseku v době jejich maximálního zatížení pro daný déšť. Tabulka viz obr. č.4 popisuje veličiny jako průtok, rychlost proudění a procento plnění v době největšího zatížení daného trubního úseku.

Vyhodnocení stokové sítě

Tabulka č. 2 obsahuje vyhodnocení koncového úseku stoky (P1 až P3) podle jednotlivých zátěžových dešťů a to z hlediska maximálního průtoku, rychlosti a kapacity profilu.

Zadaným úkolem bylo posoudit, zda stoková soustava obce a koncový úsek kanalizace vyhoví svou dimenzí. Bylo zjištěno, že obec i koncový úsek vyhoví svou dimenzí na všechny zvolené zátěžové deště. Pro hlavní zátěžový déšť p= 1; t= 15 min; i= 129 l/s/ha bylo zjištěno, že koncový úsek stoky je předimenzován.

Závěr

Článek se věnuje posouzení stokové sítě vybrané obce programem SWMM. K tomuto účelu bylo vybráno 6 zátěžových dešťů, jejichž popis je souhrnně uveden v tabulce č. 2. Následně byly provedeny zátěžové simulace, při kterých byly zjišťovány kapacity jednotlivých úseků kanalizace. Výstupy z těchto simulací byly z programu vygenerovány v grafické podobě spolu s tabulkovými hodnotami výpočtů. Co se týče kapacity stokové sítě, z provedených simulací vyplývá, že stoková síť je dostatečně kapacitní pro všechny zátěžové deště. Programem SWMM bylo zjištěno, že koncovému úseku by z aktuálního profilu DN 1000 dostačovala o řád menší dimenze tj. DN 800. Hydraulické posouzení koncového úseku se neudělalo z důvodů špatného technického stavu a akutního řešení rekonstrukce. Pokud by se před rekonstrukcí koncového úseku provedlo posouzení programem bylo by zjištěno, že navrhovaný profil DN 1000 je předimenzovaný. Ze závěrů jednoznačně vyplývá, že při výstavbě posuzovaného úseku stokové sítě mohly být sníženy počáteční investiční náklady (cena za profil potrubí, zemní práce a další).

Literatura

1. ROSSMAN, Lewis. U.S. EPA. STORM WATER MANAGEMENT MODEL USER’S MANUAL. 2010.
2. STARÝ, Miloš. Hydrologie. Brno: Vysoké učení technické, Fakulta stavební, 2005, 368 s. ISBN Hydrologie.
3. HLAVÍNEK, Petr. Stokování a čištění odpadních vod. Vyd. 1. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2003, 253 s. ISBN 80-214-2535-0.
4. TRUPL, Josef. Intensity krátkodobých dešťů v povodích Labe, Odry a Moravy. Praha, 1958, 76 p.

Poděkování

„Výzkumná zpráva byla vytvořena v rámci řešení projektu č. LO1408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie" podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I".

Autoři

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno.

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno.