Urbana hidrologija 2016/2017 – Vežba 8

1

VEŽBA 8:

Analiza kanalizacione mreže dimenzionisane u okviru predmeta

“Komunalna hidrotehnika 2”

Rezime:

Ovo je poslednja vežba u okviru predmeta Urbana hidrologija u kojoj je potrebno uneti i

analizirati rad kanalizacione mreže dimenzionisane tokom kursa na predmetu Komunalna

hidrotehnika 2. Od kandidata se očekuje da primeni znanja stečena u svim prethodnim

vežbama (unos hidrologije, mreže, upotrebljene vode, kišnice…).

U prva tri poglavlja vežbe (“Uvod”, “Unos podloge” i “Unos mreže i slivova”) dat je opis

jednog realnog primera koji bi kandidatima trebalo da olakša unos podataka za svoju

kanalizacionu mrežu. Nakon uspešno unete mreže i njenih karakteristika, formiran je model

kanalizacione mreže koji se može koristiti za različite simulacije. U poglavlju “Pokretanje

simulacije i pregled rezultata” su navedene simulacije koje kandidati treba da sprovedu na

svojim primerima i rezultati koje treba da prikažu.

Sadržaj:

1. Uvod

2. Unos podloge

3. Unos mreže i slivova

4. Pokretanje simulacije i pregled rezultata

Urbana hidrologija 2016/2017 – Vežba 8

2

1 Uvod

U okviru Komunalne hidrotehnike dimenzionisana je kanalizaciona mreža, po opštem ili

separacionom sistemu. Mreža je dimenzionisana primenom racionalne teorije. Ista će biti

uneta u SWMM da bi se izvršila provera kapaciteta mreže za odabranu projektnu kišu

(najverovatnije kiša povratnog perioda T = 2 god i trajanja 20 min.) Kada se završi ova

provera, formirani model kanalizacione mreže se može upotrebiti za analizu stanja pri

različitim sintetičkim kišama (npr. “Čikago” kiša).

Potrebno je kreirati novi projekat, zatim pripremiti podlogu u odgovarajućem formatu

(npr.JPEG) na kojoj je, po mogućnosti već ucrtana mreža da bi se jednostavnije digitalizovala.

U nastavku će se delimično objasniti postupak unosa podloge, njenog georeferenciranja,

digitalizacije mreže, slivova i drugih specifičnosti koje nisu obrađene prethodnim vežbama a

mogu biti od koristi čitaocu.

Prikazaće se primer dela kanalizacione mreže jednog naselja u Srbiji. Pripadajuća slivna

površina iznosi 12.6 ha.

Slika 8.1 Razmatrana kanalizaciona mreža

Urbana hidrologija 2016/2017 – Vežba 8

3

Unose se delovi mreže označeni žutom bojom.

2 Unos podloge

Za unos prethodno pripremljene podloge potrebno je iz linije alata odabrati

View>>Backdrop>>Load nakon čega se otvara dijalog prozor (slika 8.2) u kome je potrebno

odabrati željenu podlogu (Backdrop Image File) i prateći fajl (World Coordinate File – .TFW

fajl) u kome se nalaze informacije o veličini slike tj. o njenoj razmeri.

Slika 8.2 Dijalog prozor za unos podloge

0.18 Širina jednog pixela u

horizontalnom (x) pravcu

0 Rotacija oko X ose

0 Rotacija okok Y ose

-0.18 Širina jednog pixela u

vertikalnom (y) pravcu

7 416 156.92 XTL – X koordinata

gornjeg levog ćoška

5 007 560.41 YTL – Y koordinata

gornjeg levog ćoška

Slika 8.3 Struktura TFW fajla

Na slici 8.3 prikazana je struktura TFW fajla. Do koordinata gornjeg levog ćoška (XTL, YTL)

i dimenzija podloge u m (Lx i Ly) se može doći skaliranjem i pozicioniranjem podloge u

AutoCad-u prema poznatim koordinatama u državnom koordinatnom sistemu. Širina piksela

treba da bude ista u x i y pravcu a do nje se može doći deljenjem dimenzija podloge (L) sa

brojem piksela (N_px). Za konkretan slučaj u nastavku se prikazuje kako se došlo do širine

piksela.

Veličina slike u px: 2259 x 2666 px tj. N_px_x = 2259 px; N_px_y = 2666 px,

Dimenzije podloge: Lx = 406.62 m, Ly = 479.88

Širina piksela: dx = Lx/2259 = 0.18 m; dy = -Ly/2666 = -0.18 m.

Širina piksela u y pravcu je negativna jer se slika “razvlači” od gornjeg levog ćoška na dole u

vertikalnom pravcu.

Ukoliko dimenzije mape nisu podešene adekvatno može se desiti da se podloga automatski

skalira prema veličini mape, pa neće biti moguć unos objekata 1:1 jer će se poremetiti

razmera. Zato je potrebno podesiti dimenzije mape kroz meni View>>Dimesions. Potrebno

je definisati donji levi i gornji desni ćošak tako da se obuhvati cela podloga koja se unosi. Na

slici 8.4 je ilustrovana Mapa sa svojim dimenzijama i podloga unutar nje.

Nakon unosa podloge, projekat je spreman za unos mreže.

Urbana hidrologija 2016/2017 – Vežba 8

4

Slika 8.4 Prikaz dimenzija podloge i mape

3 Unos mreže i slivova

Mreža, tj. šahtovi i kolektori se unose na način objašnjen u vežbi 5. Pre unosa mreže bitno je

uključiti opciju Auto-Length: ON (u donjem levom uglu radnog okruženja). Na taj način,

prilikom unosa objekata (kolektori, slivovi) ne mora se voditi računa o dimenzijama (dužina,

površina) jer će one biti sračunate automatski obzirom da se radi sa podlogom koja je u

stvarnim koordinatama.

Prilikom unosa šahtova dovoljno je zadati kotu dna šahta (Invert Elevation) i maksimalnu

dubinu (Max Depth). Na taj način se dobija i predstava površine terena. Kod unosa kolektora,

potrebno je voditi računa o prečniku cevi (Max Depth), obliku poprečnog preseka (uglavnom

Circular) i uzvodnoj (Inlet Offset) i nizvodnoj koti (Outlet Offset) dna cevi. Prilikom unosa

kolektora, spajanjem dva šahta, kolektor će biti postavljen tako da uzvodna kota dna odgovara

koti dna uzvodnog šahta, a nizvodna koti dna nizvodnog šahta. Ukoliko postoji više kolektora

koji se ulivaju u jedan šaht, ili kota dna kolektora nije ista kao i kota dna šahta, ovaj atribut je

moguće promeniti i ručno. Bitno je da opcija Offsets bude podešena na Elevation. Opcija se

može odabrati u donjem levom uglu radnog okruženja. Na taj način, unete kote će biti

apsolutne (mnm). Konačno, potrebno je uneti i jedan čvor tipa Outfall koji će biti ispust iz

mreže. Za tip ispusta (atribut Type) odabrati slobodan (Free), što znači da nema nizvodnog

graničnog uslova tj. dozvoljeno je slobodno isticanje.

Unos podlsivova je objašnjen u vežbi 1. Za razmatrani projekat i tj. mrežu sa slike 8.1, koja

predstavlja kanalizacionu mrežu po opštem sistemu, podslivovi su uneti vodeći računa o

visinskim kotama terena. Na sledećim slikama se daje prikaz mreže sa unetim slivnim

površinama. Prilikom unosa slivnih površina potrebno je definisati neke od osnovnih atributa:

površinu, širinu, nagib i procenat nepropusnih površina. Kao što je ranije rečeno, površina će

Urbana hidrologija 2016/2017 – Vežba 8

5

biti automatski sračunata ako je uključena opcija Auto-Length. Nagib je moguće proceniti na

osnovu visinske predstave terena. Procenat nepropusnih površina se orijentaciono može

odrediti pregledom ortofoto snimka. Određivanje širine sliva je objašnjeno u jednoj od

prethodnih vežbi. Najjednostavnije je da se proceni najveća dužina površinskog tečenja i da se

površina sliva podeli sa ovom dužinom.

Slika 8.6 Prikaz nekoliko slivnih površina

Slika 8.7 Prikaz svih slivnih površina

Za proračun infiltracije korišćen je SCS metod sa jako malim CN brojem da bi se sprečio

oticaj sa propusnih površina odnosno, da bi se oticaj posredno kontrolisao samo udelom

propusnih i nepropusnih površina. Želja je bila da se dobiju merodavni protoci slični kao oni

dobijeni racionalnom metodom prilikom projektovanja sistema.

Merodavne padavine za projektovanje sistema su povratnog perioda 2 godine i trajanja 20

min. Za razmatrano područje intenzitet ovih padavina je 48 mm/h.

Za proračun upotrebljene vode korišćena je gustina naseljenosti Nspec = 60 st/ha i specifična

potrošnja q = 180 L st-1

dan-1

. Dotok upotrbljene vode nije zadavan u svim čvorovima,

obzirom da postoje i slivovi koji ne obuhvataju objekte tj. naseljene površine (npr.samo

ulica). Za neravnomernost dotoka upotrebljene vode u toku dana (24h) korišćeni su

koeficijenti neravnomernosti iz tabele 8.1.

Vreme 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

kh 0.67 0.48 0.59 0.38 0.56 0.78 1.13 1.06 1.05 1.09 1.05 1.3

Vreme 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

kh 1.01 1.22 0.83 1.02 0.73 1.01 1.24 1.64 1.81 1.53 1.13 0.69

Tabela 8.1 Koeficijenti časovne neravnomernosti

Urbana hidrologija 2016/2017 – Vežba 8

6

4 Pokretanje simulacije i pregled rezultata

Nakon unosa mreže, slivova i karakterističnih dotoka upotrebljene vode potrebno je pokrenuti

simulaciju. Potrebno je simulirati dan sa kišom kao i dan bez kiše pa za početak treba kreirati

dve vremenske serije koje će biti dodeljene kišomeru po potrebi. Početak simulacije podesiti

na 00:00 (datum odabrati po želji).

Voditi računa o tome da bi početak prikupljanja podataka (Start Reporting on) i kraj

simulacije (End Analysis on) trebalo podesiti tako da se rezultati mogu lako uočiti na grafiku.

Npr. ukoliko se posmatra dan sa kišom merodavnom za projektovanje sistema koja traje 20

min i počinje u 6:00, dovoljno je da se za početak pikupljanja podataka podesi 05:30 a za kraj

simulacije 8:00. U tom vremenskom intervalu će se desiti i najveći protoci u mreži. U slučaju

dana bez kiše potrebno je pustiti kompletnu 24-časovnu simulaciju i pregledati njene

rezultate.

Vremeski koraci treba da budu podešeni na sledeće vrednosti: Reporting Time Step = Routing

Time Step, Runoff Dry Weather – 1 h, Runoff Wet Weather – 30 s.

Potrebno je uraditi sledeće:

1. Pokrenuti simulaciju za dan sa kišom merodavnom za projektovanje sistema modelom

dinamičkog talasa sa računskim korakom 2 s. Pregledati rezultate simulacije i

prikazati:

a) protoke u nekoliko odabranih karakterstičnih deonica

b) karakteristične podužne profile u trenutku nailaska maksimalnog protoka.

c) Pregledati Izveštaj o simulaciji (Status Report) i utvrditi da li postoje neki

kolektori u kojima je proračun nestabilan (Highest Flow Instability Indexes) ili

kritičan sa stanovišta dužine računskog koraka (Time-Step Critical Elements).

Na osnovu rezultata simulacije utvrditi da li je mreža dobro projektovana odnosno da

li može da prihvati i propusti oticaj od merodavne kiše. Ukoliko postoje kritične

deonice (zagušenja, plavljenja …) promeniti prečnike i/ili padove tako da se zadovolje

projektni kriterijumi (npr. minimalna i maksimalna brzina).

2. Pokrenuti simulaciju za dan sa kišom merodavnom za projektovanje sistema modelom

kinematičkog talasa sa istim računskim korakom 2 s. Pregledati rezultate simulacije i

prikazati:

a) Na jednom dijagramu protok u proizvoljnom kolektoru sa strmim nagibom u

slučaju kinematičkog i u slučaju dinamičkog talasa – uporediti i

prokomentarisati rezultate.

b) Na jednom dijagramu protok u proizvoljnom kolektoru sa blagim (malim)

nagibom u slučaju kinematičkog i u slučaju dinamičkog talasa – uporediti i

prokomentarisati rezultate.

c) Karakterističan podužni profil u slučaju dinamičkog i kinematičkog talasa u

trenutku maksimalnog protoka pa uporediti stanja u mreži.

Urbana hidrologija 2016/2017 – Vežba 8

7

d) Dubinu vode u proizvoljnom čvoru (pijezometarsku kotu) u slučaju

kinematičkog i dinamičkog talasa pa uporediti rezultate.

3. Pokrenuti simulaciju za dan sa kišom merodavnom za projektovanje sistema modelom

dinamičkog talasa ali ovoga puta umesto 2s koristiti računski korak od 30 s. Pregledati

izveštaj o simulaciji (Status Report) i uvideti da li je došlo do nestabilnosti proračuna

u nekim cevima.

4. Pokrenuti simulaciju sa kišom povratnog perioda T=10 god i istog trajanja (20 min)

modelom dinamičkog talasa. Prokomentarisati ponašanje sistema odnosno da li je u

stanju da bezbedno sprovede oticaj do ispusta.

5. Sa istom kišom (T=10 god, tk=20 min) pokrenuti simulaciju modelom kinematičkog

talasa. Odabrati kolektor u kome se javlja tečenje pod pritiskom pa na jednom grafiku

prikazati njegov hidrogram za oba slučaja (kinematički i dinamički talas).

Prokomentarisati dobijene rezultate.

6. Pokrenuti simulaciju sa “Čikago” kišom (tk=60min, dt=3min) formiranom u okviru

druge vežbe (Vežba 2). Voditi računa o načinu na koji se zadaje kiša (volumetrijski i li

preko intenziteta). Prikazati hidrograme oticaja za nekoliko kolektora po želji.

Prikazati i Čikago kišu koja uzrokuje hidrograme oticaja.

7. Pokrenuti simulaciju za dan bez kiše, odnosno dan u kome postoji samo dotok

upotrebljene vode u mrežu. Prikazati hidrograme u nekoliko kolektora po želji.

8. Proveriti da li su zadovoljeni projektni principi minimalnih i maksimalnih brzina u

kolektorima.

a) Pokrenuti simulaciju sa projektnom kišom (T=2god, tk=20min) i

proveriti koje su minimalne i maksimalne brzine vode u kolektorima.

Ove brzine ne bi trebale da budu veće od 6 m/s niti manje od 0.8 m/s

obzirom da se radi o kanalizacionoj mreži po opštem sistemu i to o

slučaju punjenja kolektora do vrha.

b) Isto uraditi i za kišnu epizodu povratnog perioda T = 10 godina i

tk = 20 min.

c) Pokrenuti simulaciju za dan bez kiše i proveriti uslov minimalne brzine

u kolektorima (uslov samoispiranja kolektora). Obzirom da se u ovom

slučaju radi o punjenju kolektora od nekoliko cm, minimalna propisana

brzina je 0.4 m/s.

Rezultate prikazati grafički kao promenu brzine u nekoliko kritičnih kolektora, za oba

slučaja ( a) i b) ). Kao kritične kolektore odabrati 2 najstrmija i 2 sa najmanjim padom.