ODVODNENÍ URBANIZOVANÝCH ÚZEMÍ - KONCEPČNÍ PRÍSTUP

Transkript

1 ODVODNENÍ URBANIZOVANÝCH ÚZEMÍ - KONCEPČNÍ PRÍSTUP. Hlavní autor/koordinátor: Ing. Vladimír Krejčí, DrSc., EAWAG Dubendorf/Zurich, Spoluautofi: Prof. Dr. Willi Gujer, ETH/EAWAG Zurich Prof. Ing. Petr Grau, DrSc., AquaNova International s.r.o. Doc. Ing. Vladimír Havlík, CSc., Hydroprojekt a.s. Doc. Ing. Jaroslav Hlaváč, CSc., Vodárenská a.s. Brno Doc. Ing. Petr Hlavínek, CSc., VVT FAST Brno Ing. Radovan Haloun, CSc., AQVA PROCON s.r.o. Ing. Petr Hluštík, VVT FAST Brno Dr. Ing. Ivana Kabelková, LERMO, FSv, ČVVT Praha Ing. Jan Krejčík, PhD., DHl Hydroinform a.s. Ing. Robert Kubý, DHl Hydroinform a.s. Ing. Tomáš Metelka, PhD., DHl Hydroinform a.s. Ing. Aleš Mucha, Hydroprojekt a.s. Dr. Ing. Libor Novák, AQVA-CONTACT Praha v.o.s. Ing. Jaroslav Pollert, PhD., LERMO, FSv, ČVVT Praha Ing. Petr Prax, PhD., VVT FAST Brno Ing. Jaroslav Raclavský, VVT FAST Brno Ing. Karel Pryl, DHl Hydroinform a.s. Ing. Vladimíra Šuková, VVT FAST Brno RNDr. Stanislav Vaneček, DHl Hydroinform a.s. Doc. Ing. Evžen Zeman, CSc., DHl Hydroinform a.s. Editofi: Doc. Ing. Petr Hlavínek, CSc., VVT FAST Brno Doc. Ing. Evžen Zeman, CSc., DHl Hydroinform a.s. Lektorovali: Ing. Ondrej Dušek, DUIS s.r.o., Brno Prof. Ing. Jirí Wanner, DrSc., VŠCHT Praha Prof. Ing. Jin Zezulák, CSc., ČZV Praha Vydalo vydavatelství NOEL 2000 s.r.o. Údolní 56, 602 OOBrno, Česká republika Tel./fax: , 602/ Copyright <92002 NOEL 2000 s.r.o. Žádná část této publikace nesmí být žádným zpúsobem reprodukována bez písemného svolení nakladatele Vydání první ISBN

2 Obsah 3 ; OBSAH.~. PREDMLUVA.10 ÚVOD.11 1 OBOR MESTSKÉHO ODVODNENÍ vývoj mestského odvodnení v 19. a 20. století Současný stav mestského odvodnení Mestské odvodnení z hlediska trvale udržiteiného rozvoje VLIV URBANIZACE A MESTSKÉHO ODVODNENÍ NA VODNÍ TOKY A PODZEMNÍ VODU Urbanizace v posledním století Vliv urbanizace na hydrologický režim Bilance vody v povodí Látkové znečištení vodních toku Časové a prostorové souvislosti v mestském odvodnení Mechanický vliv dešťového odtoku na bentos v malých vodních tocích Akutní účinky ve vodních tocích zpusobené látkovým znečištením Dynamika látkového znečištení ve stokové siti Dynamika látkového znečištení v čistírnách odpadních vod za dešte Dynamika látkového znečištení ve vodních tocích za dešte Interakce mezi znečištením ve vodních tocích a v podzemní vode behem dešťového odtoku Znečištení recipientu v souvis1ostis odtokem chemikálií do dešťové kanalizace Vnik pohonných hmot do kanalizace pri dopravní nehode NOVÁ KONCEPCE MESTSKÉHO ODVODNENÍ Od technického k pfirozenému zpusobu odvodnení Mestské odvodnení začíná na jednotlivých nemovitostech Nová rešení i ve verejné kanalizaci Součástí mestského odvodneníjsou i vodní toky Zvláštnosti odvodnení ve venkovských a turistických oblastech Od projektu kanalizace k integrovanému plánu mestského odvodnení Pnklady realizovaných opatrení Experimental Sewer System Tokyo Revitalizace vodních toku v ZUrichu a okolí Dosavadní zkušenosti s retencí a infiltrací dešťového odtoku Koncepce mestského odvodnení v budoucnosti Zásady koncepčního rešení v budoucnosti Príklady pilotních studií.56 4 ZÁKLADY MATEMATICKÉHO POPISU MESTSKÉHO ODVODNENÍ Základní definice Systém, proces, stav systému Jednotky Obecné principy bilancování Slovní formulace bilančních rovnic Matematická formu1acebilančních rovnic Látkové bilance Transportníprocesy Transformační procesy Výmenné procesy Ideální reaktory Jednodimenzionální advekčne-disperzní transportlátek SPOTREBA VODY A PRODUKCE ODPADNÍCH VOD Současné problémy spotreby vody a produkce odpadních vod Obnovite1nost sladké vody Kolik vody potrebuje lidská společnost? Civilizace asložení odpadních vod Strategické zásady spotreby vody a kontroly produkce odpadních vod Tvrdá a šetrná chemie

3 4 5.2 Možnosti zmeny množství asložení odpadních vody Zmeny množství odpadní vody z domácností Zmeny složení odpadní vody z domácností Zmeny množství asložení prumyslových odpadních vod Príklad l: Náhrada fosfátu v pracích prostredcích Pfiklad 2: Odpadní voda jako zdroj surovin 5.3 Získávání a zpracování údaju o odpadních vodách Údaje z ČOV Zásady predpovedi množství a látkového znečištení odpadních vod Volba vhodných indikátorulátkového znečištení Koeficienty indikátorulátkového znečištení "Ekvivalentní obyvatel" DÉŠŤ A DEŠŤovA DATA Základní údaje ll Srážkové procesy l Vliv urbanizace na charakter deštu Globální vlivy na charakter dešťú Srážkové pomery na území ČR Historické dešte Časová podrobnostzáznamu historických dešťu.1l Plošné rozdelení Časové ohraničeníjednotlivých dešťu Modelové dešte Blokový déšť Modelový déšť s promennouintenzitou (syntetický déšť) Volba dešťových dat Dešťová data v rámci plánovacích a projektových úloh Dešťová data v rámci provozních úloh Požadavky na dešťová data v rámci úloh mestského odvodnení Výpočet reálné periodicity dešťového odtoku DEŠŤOVÝ ODTOK Z URBANIZOVANÝCH PLOCH Úvodní poznámky k procesum prímého dešťového odtoku Charakteristika urbanizovaných ploch Stávající situace Charakteristiky ploch pomocí metod dálkového pruzkumu zeme Príklad charakteristiky ploch ph zpracování generelu odvodnení v Praze Príklad charakteristiky ploch pri zpracování generelu odvodnení v Sofii 7.3 Tvorba prímého dešťového odtoku Úvodní poznámky Omočení povrchu (intercepce) Povrchová retence Infiltrace Výpar Ostatní ztráty Jednoduché modely tvorby prímého dešťového odtoku Koncentrace prímého dešťového odtoku Matematický popis koncentrace dešťového odtoku Translace Retence Ostatní modely Schematizace povodí Látkové znečištení urbanizovaných ploch Základní údaje Látkové znečištení v atmosférických srážkách Vznik znečištení na zastavených plochách Modely akumulace látkového znečištení na urbanizovaných plochách Vliv čištení ulic na jej ich znečištení Znečištení v uličních vpustích Znečištení dešťového odtoku ze strech Základní údaje Dynamika transportulátkového znečištení Výmenné procesy mezi srážkovou vodou a strešním materiálem

4 Obsah Prumemé koncentrace látkového znečištení Vdešťovém odtoku ze strech Znečištení dešťového odtoku z ulic a silnie Zdroje znečištení Vlivautomobilovédopravy Prumemé koncentrace látkového znečištení v dešťovém odtoku z ulic a silnie Model y transportuznečištení dešťového odtoku z urbanizovaných ploch ] 7.9 Záverečné poznámky ke znečištení dešťového odtoku z urbanizovaných ploch PROUDENí, TRANSPORT A TRANSFORMACE LÁTEK VE STOKOVÉ SíTI Proudení ve stokové siti a jejích objektech l.! Základní definice ] Proudení v úseku stokové site ] Uzlové podmínky a rešení objektu D modelování objektú Stoka jako biochemický reaktor Systém a procesy Transport látek ve stoce Transformaeelátekve stoce ] Tvorba a eroze biofilmu, procesy v biofilmu ] Tvorba a eroze sedimentu, procesy v sedimentu Ukázka rovnic pro transportsedimentú Vliv procesú ve stokové síti na ostatní části integrovaného systému mestského odvodnení ČOV ZA DEŠTE Vliv dešťového prítoku na čistící procesy l.! Mechanické predčištení Biologické predčištení Dosazovací nádrže ] O 9.2 Strategie rízení ČOV za dešte.2]2 9.3 On-line monitoring a modelování VODNí TOKY V URBANIZOVANÝCH POVODí CH Základní definice.215 1O.l.! Ekosystém vodních tokú, jeho jednotlivé prvky a jejich ekologický význam Dúležité funkce ve vodním toku Charakter vodních tokú v urbanizovaných povodích Narušení prirozeného stavu vodních tokú mestským odvodnením Úvodní poznámky Látkové znečištení Mikrobiologické znečištení Teplota Estetické narušení Narušení prirozeného hydrologického a hydraulického režimu Narušení pfirozené morfologie Časové a prostorové souvislosti narušení Vybrané procesy ve vodních tocích a jej ich modelování Úvod - systém a procesy Modely kvality vody Kyslíkový režim ve vodním toku Chování dusíkatých sloučenin.238 ] Kolmatace dna pod ČOV ]0.4 Posuzování míry narušení vodních tokú v urbanizovaných územích Zásady posouzení Látkové znečištení Hydrologický režim a hydraulické pomery Ekomorfologický stav Biologický stav Záverečné poznámky UŽíVÁNí, RETENCE A INFILTRACE DEŠtOVÉ VODY Úvod Užívání dešťové vody l].2.1 Tradice užívání dešťové vody Možnosti užívání dešťové vody vsoučasnosti.275

5 Požadavky na kvalitu dešťové vody Technická zanzení Plánování Decentrální retence dešťové vody Účel decentráiníretence Zásady decentrální retence Principy konstrukce a funkce ruznýchdecentrálních retenčních zanzení Zasakování dešťového odtoku Základní údaje Okrajové podmínky zasakování Klasifikace znečištení dešťového odtoku Pnpustnost zasakování Plošné zasakování porostlou povrchovou pudnívrstvou ("povrchová infiltrace") Podpovrchová infiltrace Predčištení zasakované vody Plánování a realizace zasakování VYBRANÉ ASPEKTY NAvRHU A PROVOZU STOKOVÉ StTE Modifikace stávajících stokových sití Pnklad modifikované jednotné soustavy Pnklad modifikované oddílné soustavy Poznámky k návrhu a provozu modifikovaných systému Hydraulický návrh a posouzení stokové site Základní pojmy a definice Hydraulický návrh nové stokové síte Hydraulické posouzení stávající stokové síte Volba opatrení na ochranu recipientu za dešte l Základní pojmy a definice Funkce jednotné stokové soustavy za dešte Strategie ochrany vodních toku pred znečištením z kanalizace za dešte Systémový pnstup volby opatrení Výpočetní metody pi'i volbe opatrení na ochranu recipientu za dešte ffiklady použitídeterministickýchmodelupro zvýšení účinnostistavebníchopati'eníve stokové síti Použití pravdepodobnostníhomodelu pi'i volbe opatrení na ochranu recipientu za dešte Rízení v reálném čase v integrovaném systému mestského odvodnení Základní pojmy a definice Real time control v oblasti stokové síte: proč a kde? Lokální a sdružené rízení Príklad sdruženého rízení odtoku v Drážďanech Retence silne znečištené odpadní vody za dešte INTEGROVANÉ REŠENt MESTSKÉHO ODVODNENt Metodické zásady integrovaného rešení mestského odvodnení Spektrum informací a zpusob rešení Metody práce ruznýchodborností Prehled nejduležitejších metod Systémový prístup pi'i rešení úloh v mestském odvodnení Problém jako výchozí bod jednání Postup pi'i integrovaném rešení mestského odvodnení Stanovení cílu mestského odvodnení Popis stanovených cílu Zásadypopisustanovenýchcílu Výber opatrení a stanoveníjejich priorit Zásady výberu vhodných opatrení Zpusob výberu vhodných opatrení Stanovení nákladu vybraných opatrení l Jednotkové náklady ucelených prvku Dílčí náklady jednotlivých elementu ucelených prvku Ekonomické posouzení studovaných opatrení Zásady ekonomického posouzení Príklad ekonomického posouzení

6 ~ili HYDROINFORMATIKA Úvod do hydroinformatiky Definice a pojmy Významné elementy hydroinformatiky z pohledu mestského odvodnení Hydroinformatika ovlivňuje nekteré sociální aspekty Úkoly hydroinformatiky v oboru mestského odvodnení vývoj hydroinformatiky a informačních technologií Hydroinformatika navazuje na výpočetní hydrauliku.361 I 14.6 Hydroinformatika a umelá inteligence Pi'íklady užití nástroju hydroinformatiky SCADA-prík1adsystémupodporujícíhosberdat MOUSE - pi'íklad simulačního modelu VAKBÁZE MIKE 11 aplikace map rozlivu v inundačnímúzemí DSS - pi'íkladrozhodovacíanalýzy Rámcové podmínky rozvoje a uplatnení hydroinformatiky Náklady na vývoj a údržbu software Počet aktivních uživatelu systému Hydroinformatiky se bude zvyšovat Poskytování informací je nutné legislativne upravit Budoucí systémy hydroinformatiky budou zahmovat prvky umelé inteligence Hydroinformatika hraje rozhodující roli pn prognózách stavu akvatického ekosystému Hydroinformatika - postuláty užití I 15 NUMERICKÉ METODY Typy úloh vedoucích na pnbližné rešení nestacionámího proudení Pnbližnérešeníjednérovniceojednéneznámé Rešení soustavy rovnic f 15.4 Hledání extrému funkcí Úloha popsaná obyčejnou diferenciální rovnicí Úloha zadaná parciální diferenciální rovnicí (PDR) Obecné zadání úlohy popsané parciální diferenciální rovnicí Rešení úloh popsaných parciální diferenciální rovnicí I, Metoda charakteristik Metoda konečných diferencí Analýza numerických i'ešení Metoda konečných prvku Poznámky k numerickým metodám SIMULAČNt MODELY Základní údaje Zásady stavby matematických modelu Druhy matematických modelu Simulační model a jeho program Pet generací simulačních modelu Zásady praktického použití simulačních modelu Pi'íklad pracovního postupu pn použití simulačních modelu Definice výpočetní úlohy Definice systému Tvorba modelu Volba simulačního programu Pi'íprava dat Kalibrace a verifikace simulačních modelu Vlastní výpočet Interpretace výsledku KONCEPCE MERENt A MONITORINGU V MESTSKÉM ODVODNENt Úvod Metodický postup Prostorové a časové aspekty mei'ení Mencí i'etezec Pi'esnost mei'ení Zpracování mei'ených dat Pi'íklady.411

7 Kalibrace dešťomeru Metody merení pri'1tokuodpadní vody On-line ana1ytickémetody On-line monitoring ve vodním toku Monitorovací programy stavu povrchových vod Predbežná úprava vzorku Odber vzorku a merení v hyporeálu Náklady na merení ve stokové síti DATA V MESTSKÉM ODVODNENl Úvod do problematiky datového managementu Význam a hodnota dat Spektrum dat Zdroje dat, jej ich forma, zpracování a termino1ogie Kritický výber vhodných dat Úloha datového managementu Datová strukturamestského odvodnení Mestské odvodneníjako komplexní systém Systémová analýza Datové modelování Základní principy konceptualizace systému Datovýmodelsubsystému - Stokovásíť : EKONOMIKA A MANAGEMENT INTEGROVANÝCH SYSTÉMÚ ODVODNENl Úvod Ekonomika integrovaných systému odvodnení Obecnejší charakteristika ekonomického prostredí integrovaných systému odvodnení Nák1adová hlediska Výnosy, ceny, zisk Management Obecnejší zásady managementu oboru Specifika prirozeného monopolu Specifika technické infrastruktury Specifika integrovaného systému odvodnení Produktivita a efektivita služby Marketing SANACE STOKOVÉ SlTE 20.1 Úvod P1ánovánísanace kana1izačníhosystému Koncepční rešení sanace kana1izace Pri'1zkuma poruchy na stokové síti 20.5 Metody sanace stokové síte Sanace objektu a šachet na stokách KONCEPT ODVODNENl OBCE FEHRALTORF Vodohospodái'skácharakteristikastudijního území Historický vývoj studijního území Popis studijníhoúzemí vsoučasnosti CHe mestského odvodnení ve Fehraltorfu Politické che Legislativní a administrativnípodmínky Indikátory stanovených chu Dokumentace a interpretacenálezu Zpusob merení a pozorování Pi'íklady nálezu v technické části mestského odvodnení Pi'ík1adynálezu ve vodních tocích Volba vhodných opatrení Výber možných opatrení Posouzeníjednotlivých opatrení Realizace doporučených opatrení Poznatky ze studie Uplatnení výsledku studie ve Fehraltorfu Obecné poznatky '

8 Obsah 9 22 PRíKLAD REGIONÁLNíHO REŠENí: STUDIE GLATTAL CH studie Studijní území Metoda zpracování studie Požadavkya podstata metody Postup pri zpracování studie Systémová definice rešené úlohy Simulační modely Výsledky studie..: Výpočet látkového znečištení PodHjednotlivých zdroju na celkovém látkovém znečištení Redukce látkového znečištení za bezdeštného období Redukce látkového znečištení za dešťového období Finanční náklady Interpretace výsledku studie a záver Realizace výsledku studie Realizace opatrení a kontrola účinnosti v oblasti Glattal GENERELY ODVODNENí - PRíKLAD GO HMP Úvod CHe generelu Metodické zásady současných generelu odvodnení Základní metodické prvky Metodické zásady rešení koncepce odvodnení Principy formulace rešení Jednotlivé etapy rešení Klíčové parametry rešení Stanovené limity pro vyhodnocení funkce mestského odvodnení Okrajové podmínky rešení Situační zprávy Formulace a schematizace rešení Schematizace povodí jednotné kanalizace Schematizace zpracování nepropustných ploch Schematizace zatežovacích srážek Schematizace stokové síte Čištení odpadních vod Recipienty výstupy generelu Forma výstupu GO Využitelnost výstupu GO pro praxi výstupy GO HMP VLIV DEŠtÚ NA NÁVRH A PROVOZ ČOV NA PRíKLADU HLAVNí HO MESTA PRAHY Vliv srážek na hydraulický prítok do ČOV Vliv srážek na látkový prítok do ČOV Vliv srážek na kvalitu odpadních vod v prítoku Variabilita koncentrací jednotlivých ukazatelu kvality odpadních vod a látkových zatížení Viiv na charakter odpadní vody Vliv nerovnomemosti prítoku a srážkových epizod na chování aktivačního systému Vliv teploty Vliv inhibičních látek Fluktuace koncentrace biomasy v aktivačních nádržích Chování dosazovacích nádrží Barevná príloha