Уже не первое десятилетие идет разговор о том что качество поверхностных и подземных вод падает, объемы запасов истощаются и вообще пора более экономно подходить к потреблению воды. А относительно недавно появился новый термин "водный менеджмент" (управление водными ресурсами). Этот менеджмент конечно не такой полезный как "эффективный менеджмент", но тем не менее... Я захотел написать статью о том, какие инструменты реально инженеры уже имеют на руках для работы с водой.
Управление водными ресурсами – это деятельность по планированию, развитию, распределению и оптимальному использованию водных ресурсов.
К одному из маневров управления водными ресурсами можно отнести работу с поверхностным стоком урбанизированных территорий. Чем инженер может помочь "эффективному менеджеру" с этим вопросом на этапе проектирования?
1. спланировать поверхности городов и площадок с учетом эффективного сбора дождевых и талых вод и проанализировать моделированием эти решения;
2. создать модель ливневой сети водоотведения, которая будет перехватывать сток с городских территорий;
3. создать гидродинамическую расчетную модель: дождь -> поверхностный сток -> расходы в ливневой сети -> аккумулирование и очистка -> выпуск излишков в природные водотоки.
4. Прогнозировать чрезвычайные происшествия для разработки планов эвакуации населения.
Давайте вкратце пробежимся по этим пунктам.
1. Анализ гидрологических особенностей рельефа.
На этом этапе инженер может спроектировать ЦМР (цифровую модель рельефа) или зафиксировать факт, например, фотограмметрией. После этого рельеф можно перенести в расчетный комплекс, в котором задаются граничные условия в виде кривой редукции осадков и точек вылива: лотки, дождеприемники, зоны шероховатости Маннинга, инфильтрацию и прочие полезные штучки. Иногда такой маневр называют "rain on grid" (дождь по расчетной сетке).
На выходе мы получаем карту глубин, линии тока, скорости потоков, поверхности воды. По этим картам без труда можно определить водоразделы, депрессии рельефа, гидрографы в точках слива и принять решения по улучшению систем ливневой канализации и вертикальной планировке территорий.
2. Моделирование ливневой сети водоотведения.
Следующий этапом (или параллельным) будет моделирование сетей К2. Причем это лучше всего делать комплексно для всей водосборной площади, которая не ограничивается границами ГПЗУ и точками подключения к существующим сетям. На этом этапе нужно получить полную картину
Более подробно я описал эти работы в статье "Гидравлика наружных сетей в BIM".
3. Гидродинамическое моделирование наружных сетей.
Далее инженер осуществляет выгрузку информационной модели сети в расчетные программы формата SWMM (Storm Water Management Model), где может создать цифровой гидравлический слепок сетей.
В дальнейшем к этой гидравлической SWMM модели можно подключать вновь проектируемые площади, здания и смотреть как отработают коллектора с учетом дополнительных расходов.
Из расчётов модели можно выгружать не только красивые анимации наполнения труб, но и скорости потоков, гидрографы в любой интересующей точке, объемы воды и многое другое.
4. Моделирование зон затопления.
А если через город течет река, мы можем смоделировать выход этой реки из берегов. Из модели можно вытащить не только границы затопления, но и поминутный сценарий распространения воды. На основании этого сценария можно разрабатывать планы эвакуации населения.
Выводы:
Уже сейчас инженеру доступны мощные комплексы для создания гидродинамических моделей - важного инструмента управления водными ресурсами по количественной оценке и анализу.
Остается дело за малым: знакомиться с ними и внедрять в повседневную работу изыскателей, проектировщиков и эксплуатирующих организаций.
Для данной статьи я использовал следующий софт:
- Qgis: ГИС система для создания, переноса и трансформации растров ЦМР;
- Agisoft Metashape: программа фотограмметрической обработки и генерации ЦМР;
- Hec-Ras: программа гидродинамического моделирования;
- Civil 3d: CAD программа создания ЦМР и наружных сетей;
- Storm and sanitary analysis: SWMM расчеты наружных сетей водоотведения.