Προσομοίωση δικτύου ομβρίων με το λογισμικό SWMM5. Εφαρμογή στο δήμο Συκεών ν. Θεσσαλονίκης:
Creators: name: Παπαθανασίου, Κωνσταντίνος Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Προσομοίωση δικτύου ομβρίων
Storm water drainage system simulation

description: Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η προσομοίωση ενός δικτύου ομβρίων υδάτων και ο έλεγχος της λειτουργίας του σε ακραίες συνθήκες (σενάρια), με εφαρμογή στο Δήμο Συκεών Θεσσαλονίκης. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα λογισμικά, που χρησιμοποιήθηκαν και ειδικότερα, αναλύονται εκτενώς οι δυνατότητες, οι λειτουργίες και οι τρόποι εφαρμογής των λογισμικών: (α) του AutoCAD 2007 της Autodesk, (β) του ArcGIS της ESRI και (γ) του SWMM 5 της EPA, με τη βοήθεια του οποίου πραγματοποιήθηκε η υδρολογική και υδραυλική προσομοίωση του δικτύου. Όσον αφορά στο λογισμικό SWMM 5 γίνεται ενδελεχής ανάλυση του θεωρητικού υποβάθρου και των εξισώσεων, στις οποίες βασίζεται η λειτουργία του. Επιπλέον, γίνεται λεπτομερής αναφορά στη ποιότητα των αστικών απορροών και τις συνήθεις πρακτικές της περιβαλλοντικής διαχείρισης του σε παγκόσμιο επίπεδο. Επίσης, περιγράφονται και σχολιάζονται οι ισχύουσες ελληνικές τεχνικές προδιαγραφές εκπόνησης μελετών έργων αποχέτευσης (Π.Δ. 696/1974), στις οποίες βασίζονται οι σχετικές μελέτες των δικτύων αποχέτευσης ομβρίων υδάτων. Βάση για τους υπολογισμούς αποτέλεσε ο προσδιορισμός των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του δικτύου, που αρχίζει με την χάραξη των αγωγών και τον καθορισμό των θέσεων των φρεατίων και ολοκληρώνεται με τον προσδιορισμό της υψομετρικής πληροφορίας. Συγκεκριμένα, υπολογίζονται τα μήκη των αγωγών, τα εμβαδά των αποχετευόμενων επιφανειών και τα υψόμετρα του εδάφους στις θέσεις των φρεατίων. Τα υψόμετρα αυτά προέκυψαν από το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους, που δημιουργήθηκε με βάση τις διαθέσιμες ισοϋψείς καμπύλες. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η επίλυση του δικτύου σύμφωνα με τις ισχύουσες ελληνικές τεχνικές προδιαγραφές (Π.Δ. 696/1974) και υπολογίστηκαν οι διατομές των αγωγών του δικτύου. Το υπολογισμένο δίκτυο εισήχθη στη συνέχεια στο πρόγραμμα SWMM 5 με σκοπό την προσομοίωσή του, τόσο από υδρολογικής, όσο και από υδραυλικής απόψεως. Η υδρολογική προσομοίωση έγινε με τη βοήθεια συνθετικών υετογραφημάτων που προέκυψαν από καμπύλες IDF για διάφορες περιόδους επαναφοράς. Συγκεκριμένα, κατασκευάστηκαν εννέα (9) συνθετικά υετογραφήματα σχεδιασμού (synthetic design storm) για περιόδους επαναφοράς 2, 5 και 10 ετών αντιστοίχως και για διάρκεια βροχής σχεδιασμού 6, 12 και 24 hr υπολογισμένων με τη μέθοδο των εναλλασσόμενων υψών βροχής (Alternating Block Method). Για κάθε συνθετικό υετογράφημα υπολογίστηκαν οι απώλειες βροχής με τη μέθοδο του απορροϊκού συντελεστή, CN, της S.C.S και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν οι αντίστοιχες υδραυλικές προσομοιώσεις. Το δίκτυο ομβρίων του Δήμου Συκεών που μελετήθηκε, αποτελείται από τρία ανεξάρτητα δίκτυα (ΔΙΚΤΥΟ Ι, ΔΙΚΤΥΟ ΙΙ και ΔΙΚΤΥΟ ΙΙΙ), που παροχετεύουν τα όμβρια ύδατα της περιοχής τους στα φρεάτια Ο703, Ο61 και Ο550 της Ε.Υ.Α.Θ. Α.Ε. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων του δικτύου έδειξαν ότι και τα τρία δίκτυα, όπως υπολογίστηκαν με τις ισχύουσες ελληνικές τεχνικές προδιαγραφές εκπόνησης μελετών δικτύων αποχέτευσης (Π.Δ. 696/1974) ανταποκρίνονται με επιτυχία στο σκοπό τους, που σημαίνει ότι η παροχετευτική ικανότητα των αγωγών και των φρεατίων τους είναι επαρκείς. Εξαίρεση αποτελούν τα φρεάτια Ο703, Ο61 και Ο550 της Ε.Υ.Α.Θ. Α.Ε., στα οποία καταλήγουν το ΔΙΚΤΥΟ Ι, το ΔΙΚΤΥΟ ΙΙ και το ΔΙΚΤΥΟ ΙΙΙ αντιστοίχως, που σε όλες τις προσομοιώσεις δείχνουν ότι υπερχειλίζουν. Δυστυχώς, αν και αναζητήθηκαν στοιχεία (σχέδια, υπολογισμοί κ.λπ.) για τα φρεάτια αυτά και τους αγωγούς των δικτύων ομβρίων στους οποίους ανήκουν από τον εποπτεύοντα φορέα Ε.Υ.Α.Θ. Α.Ε., διαπιστώθηκε ότι δεν υπήρχαν στο αρχείο του και συνεπώς, δεν κατέστη εφικτός ο επανασχεδιασμός τους. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας που έγκειται στη μεταβολή ορισμένων παραμέτρων, που χρησιμοποιήθηκαν στην προσομοίωση των δικτύων του Δήμου Συκεών και στον έλεγχο των ενδεχόμενων επιπτώσεων, που παρουσιάζονται στη λειτουργία αυτών. Οι παράμετροι, οι οποίες εξετάστηκαν είναι ο απορροϊκός συντελεστής, CN, της SCS, ο συντελεστής απορροής C, ο συντελεστής τραχύτητας Manning, n, μέση κλίση και το μέσο πλάτος των υπολεκανών, καθώς επίσης και η ευστάθεια του υπολογιστικού σχήματος.
description: The subject of the present thesis is the simulation of a storm water drainage system and the control of its function under extreme circumstances (scenarios) and implementation in the Municipality of Sykies Thessaloniki. Specifically, are presented the software that were used and especially there is a detailed analysis of the capabilities, the functions and the application ways of (a) Autodesk AutoCAD 2007, (b) the ESRI ArcGIS and (c) EPA SWMM 5, which was used for the hydrological and hydraulic simulation of the drainage system.As far as SWMM 5 is concerned, it is held a brief delineation of its theoretical background and equations on which its function is based. Furthermore, there is a detailed reference of the urban runoff quality and the most common environmental management practices in a global level. What is more, the current Greek Technical Specifications, on which the drainage systems studies are based in Greece, are described and commented. The calculations are based on the determination of the drainage system’s geometrical characteristics, which begins with the conduits dawning and the determination of the junctions position and is completed after the determination of the altitudinal information. Specifically, the length of the sewer, the subcatchment’s area and the ground elevations in the points of the nodes are calculated. The ground elevations come out from the Digital Terrain Model, which was created based on the existing contours. After that, was realized the resolution of the drainage system according to the current Greek Technical Specifications and the cross sections of the conduits were calculated. The calculated drainage system was then introduced in SWMM 5 in order to be simulated both from hydrologic and hydraulic aspect, too. The hydrological simulation was based on synthetic hyetographs that were derived by IDF curves for several return periods. Specifiacally, nine (9) synthetic design storm hyetographs were created with return periods equal to 2, 5 and 10 years respectively for 6, 12 and 24 hrs rainfall duration, according to the Alternating Block Method. The rainfall losses were estimated for each one, using the Curve Number method of S.C.S. and then the relevant hydraulic simulations were realized. The drainage system of Municipality of Sykies, was divided in three separate systems (SYSTEM I, SYSTEM II, SYSTEM III) that drain their inflow to the three junctions Ο703, Ο61, Ο550 of the local public water and sewage association (EYATH. Α.Ε). The simulation results showed that the drainage system which was calculated according to the current Greek Technical Specifications of drainage systems elaboration can response successively to its goal, which means that the storm sewers’ and the junctions’ capacity is efficient. The only exemptions are the three nodes Ο703, Ο61, Ο550 of the local public water and sewage association (EYATH. Α.Ε.), in which the SYSTEM I and SYSTEM II, SYSTEM III conclude and that are shown in all simulations to be surcharged. Unfortunately, although relevant elements (designs, calculations, e.t.c) for these three junctions and the conduits of the drainage systems to which they belong, were searched by the supervising body, it was found out that such elements did not exist, and as a result the junctions redesign was impossible. After that, a sensitivity analysis concerning the variation of some specific parameters, that were used in the simulation of the drainage system and the control of the potential consequences, that arise in its function was conducted. The parameters that were tested was the S.C.S. Curve Number (CN), the runoff coefficient C, the Manning’s n coefficient and the flow stability. The design storm of 24 hrs rainfall duration and return period T=10 years was chosen for this sensitivity analysis, due to the fact that is the most unfavorable storm for the drainage system since it produces the biggest height of rainfall. The simulation results showed that the drainage system is sensible to the variation of these parameters. However, it was found out that the drainage system, which was studied according to the current Greek Technical Specifications, on which the drainage systems studies are based, can response successfully to all the scenarios that were examined.