Standards for the dimensioning and assessment of reliable operations of area drainage systems under conditions of climate change

Andrzej Kotowski,

Monika Nowakowska

Abstrakt

Contemporary area drainage dimensioning standards are presented in this paper. Hazards for drainage systems arising from climate changes are discussed and trends of changes in the precipitation structure are presented using the example of data obtained from Wrocław. The need for changes within precipitation scenarios is indicated for modelling overflow in channels and a research methodology and assessment criteria of the degree of reliability of the drainage system are proposed. Results are presented of an analysis of theoperation of the rainwater drainage system in the Gaj and Tarnogaj housing estates in Wrocław – these were conducted using a calibrated hydrodynamic model in SWMM software. It was proved that the examined system does not meet the standards of PN-EN 752:2008, DWA-A 118:2006 and Merkblatt no. 4.3/3:2009 with regard to instances of flooding from channels and that adaptation to climate change is required.

Słowa kluczowe: urban hydrology, storm water drainage, dimensioning, modelling, overflow, flooding from channels
References

[1] Ministerstwo Środowiska, Projekt VI Raportu Rządowego oraz Raportu dwuletniego dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu, Warszawa 2013.
[2] IPCC: The Physical Science Basis, Cambridge University Press, 2007.
[3] IPCC: Impacts, Adaptation, and Vulnerability, Cambridge University Press, 2014.
[4] Landerink G., Van Meijgaard E., Increase in hourly precipitation extremes beyond expectations from temperature changes, Nature Geosci, 2008, No. 1, 511–514.
[5] Kundzewicz Z. W., Zmiany ryzyka powodziowego w Europie, Symposium Paris – Orlean 28–30.03.2012, 11–20.
[6] Kotowski A., Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenów, Sieci kanalizacyjne (Tom I); Obiekty specjalne (Tom II), Wydawnictwo Seidel-Przywecki (Edition II), Warzsawa 2015.
[7] PN-EN 752:2008: Drain and sewer systems outside buildings.
[8] Kotowski A., Kwantyfikacja problemu zmian klimatu w projektowaniu infrastruktury wodno-kanalizacyjnej miast, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2014, 177–189.
[9] Arbeitsblatt ATV-A118:2006: Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungs-systemen, DWA, Hennef 2006.
[10] Geiger W., Dreiseitl H., Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych, Wydawnictwo Projprzem-EKO, Bydgoszcz 1999.
[11] Bolt A., Burszta-Adamiak K., Gudelis-Taraszkiewicz K., Suligowski Z., Tuszyńska A., Kanalizacja. Projektowanie, wykonanie, eksploatacja, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2012.
[12] Królikowska J., Królikowski A., Wody opadowe. Odprowadzanie, zagospodarowanie, podczyszczanie i wykorzystanie, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2012.
[13] Królikowska J., Królikowski A., Żaba T., Kanalizacja. Podstawy projektowania, wykonawstwa i eksploatacji, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2015.
[14] Edel R., Suligowski Z., Wpływ parametrów wpustów deszczowych na sprawność odwodnienia powierzchniowego dróg i ulic, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2004.
[15] Nowakowska M., Kaźmierczak B., Wartalska K., Kotowski A., Budowa modelu hydrodynamicznego skanalizowanej zlewni deszczowej we Wrocławiu, GWiTS 2017, No. 4, 189–195.
[16] Nowakowska M., Kotowski A., Metodyka i zasady modelowania odwodnień terenów zurbanizowanych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2017.
[17] Bogdanowicz E., Stachý J., Maksymalne opady deszczu w Polsce. Charakterystyki projektowe, Materiały badawcze, Seria: Hydrologia i Oceanologia, No. 23, IMGW, Warszawa 1998.
[18] Pińskwar I., Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce, Wydawnictwo Komitetu Gospodarki Wodnej PAN, No. 32, Warszawa 2010.
[19] Willems P., Revision of urban drainage design rules based on extrapolation of design rainfall statistics, 12th Int. Conf. on Urban Drainage, Porto Alegre, 11–16 September 2011.
[20] Larsen A.N., Gregorsen I.B., Christensen O.B., Linde J.J., Mikkelsen P.S., Potential future increase in extreme one-hour precipitation events over Europe due to climate change, Water Science Technology 2009, Vol. 60, 2205–2216.
[21] Staufer P., Leckebusch G., Pinnekamp J., Die Ermittlung der relevanten Niederschlags-charakteristik für die Siedlungsentwässerung im Klimawandel. Korrespondenz Abwasser, Abfall 2010 (Jg. 57), No. 12.
[22] Merkblatt Nr. 4.3/3, Bemessung von Misch- und Regenwasserkanälen, Teil 1: Klimawandel und möglicher Anpassungsbedarf, Bayerischen Landesamtes für Umwelt (Referat 66) 2009.
[23] Dąbrowski W., Dąbrowska B., Przewidywany wpływ zmian klimatu na dysfunkcję systemów odprowadzania ścieków, GWiTS 2012, No. 1, 17–20.
[24] Kotowski A., Prognozowane skutki ocieplenia klimatu w modelowaniu przeciążeń systemów kanalizacyjnych w Polsce, GWiTS 2013, No. 5, 201–205.
[25] Kaźmierczak B., Kotowski A., The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage systems designing, Theoretical and Applied Climatol. 2014, Vol. 118, No. 1, 285–296.
[26] Kotowski A., Kaźmierczak B., Dancewicz A., Modelowanie opadów do wymiarowania kanalizacji, Wydawnictwo KILiW PAN, Studia z zakresu Inżynierii, No. 68, Warsaw 2010.
[27] Kotowski A., Kaźmierczak B., Probabilistic models of maximum precipitation for designing sewerage, Journal of Hydrometeorology 2013, Vol. 14, No. 6, 1958–1965.
[28] Siekmann M., Pinnekamp J., Indicator based strategy to adapt urban drainage systems in regard to the consequences caused by climate change, 12th Int. Conf. on Urban Drainage, Porto Alegre, 11–16 September 2011.
[29] Schmitt T. G., Risikomanagement statt Sicherheitsversprechen, Korrespondenz Abwasser, Abfall 2011, No. 1, 40–49.
[30] Zawilski M., Niestandardowe wykorzystanie GIS w modernizacji systemów kanalizacyjnych, GWiTS 2009, No. 6, 34–36.
[31] Kaźmierczak B., Kotowski A., Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w modelowaniu hydrodynamicznym, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2012.
[32] Kotowski A., Kaźmierczak B., Nowakowska M., Analiza obciążenia systemu odwadniania terenu w przypadku prognozowanego zwiększenia częstości i intensywności deszczów z powodu zmian klimatycznych, Ochrona Środowiska 2013, Vol. 35, No. 1, 25–32.
[33] Nowakowska M., Identyfikacja parametrów hydrologicznych i hydraulicznych zlewni miejskiej w modelowaniu hydrodynamicznym SWMM, PhD dissertation. Faculty of Environmental Engineering Wrocław University of Technology, Wrocław 2016.
[34] Licznar P., Wymiarowanie zbiorników retencyjnych ścieków deszczowych na podstawie syntetycznych szeregów czasowych opadów deszczu, Ochrona Środowiska 2013, Vol. 35, No. 2, 27–32.