W pracy przedstawiono podsumowanie wyników badań prowadzonych przez autora w Politechnice Gdańskiej w latach 2004–2006, dotyczących matematycznego modelowania powierzchniowego przepływu wody na terenach zabudowanych, powstałego wskutek przerwania obwałowania przeciwpowodziowego, czy uszkodzenia budowli piętrzącej. Stanowi ona uzupełnienie i rozszerzenie wcześniejszych badań na temat modelowania propagacji fal powodziowych w naturalnych dolinach rzek, wywoływanych awariami zapór zbiornikowych (Szydłowski, 2003). Problem matematycznego modelowania powierzchniowego przepływu wody na terenach o intensywnej zabudowie był jednym z podstawowych elementów wykonanego pod kierownictwem autora w latach 2005–2006 projektu badawczego nr 2 P06S 034 29, finansowanego przez ówczesne Ministerstwo Nauki i Informatyzacji pt. „Fizyczne i matematyczne modelowanie gwałtownych zalewów na obszarach o zróżnicowanym zagospodarowaniu terenu dla potrzeb prognozowania skutków powodzi i wyznaczania lokalnych stref zagrożenia powodziowego”. Powodzie w obszarach miejskich mają różne przyczyny. Mogą być one bądź następstwem zjawisk naturalnych, takich jak wystąpienia rzek z koryt i ulewne deszcze, bądź też skutkiem uszkodzeń budowli hydrotechnicznych, takich jak zapory zbiornikowe lub wały przeciwpowodziowe. Również sam przebieg powodzi w mieście może być różny: powolny – związany z długotrwałym zatopieniem terenów zalanych, lub gwałtowny i krótkotrwały – wynikający z nagłego pojawienia się i przejścia fali wezbraniowej. W pracy przedstawiono wyniki badań nad drugim z wymienionych typów powodzi, której skutki zależą głównie od hydrodynamiki przepływu, a nie od czasu zatopienia zalanych terenów. Skupiono się na analizie wpływu elementów zabudowy miejskiej, takich jak domy i zespoły budynków, na warunki przepływu wody. Szczególną uwagę zwrócono na problem właściwego wyboru i poprawnego rozwiązania matematycznego modelu rozpatrywanego zjawiska fizycznego oraz na ocenę jakości wyników obliczeń. W hydrologii, najczęściej stosowanym matematycznym modelem przepływu wody w naturalnych ciekach i zbiornikach są jedno- bądź dwuwymiarowe równania de Saint-Venanta. U podstaw wyprowadzenia wspomnianych równań leży założenie o wolnozmienności ruchu wody. W przypadku powodzi na terenach zabudowanych, wywołanych nagłymi przyczynami, takimi jak przerwania wałów powodziowych, można spodziewać się, że przepływ wody będzie miał charakter szybkozmienny. Jednocześnie, w przypadku gdy obszar przepływu jest zabudowany, mogą w nim występować zjawiska lokalne, jak choćby odskoki hydrauliczne, znaczne spiętrzenia i depresje zwierciadła czy strefy cyrkulacji prędkości. Z formalnego punktu widzenia, w takich warunkach ruchu, równania de Saint-Venanta nie są adekwatnym modelem zjawiska przepływu wody ze swobodnym zwierciadłem. Prowadząc badania opisane w niniejszej pracy, szukano odpowiedzi na pytanie, czy w praktyce dwuwymiarowy, płaski model fali dynamicznej nadaje się do numerycznych symulacji powodzi na terenie zurbanizowanym, wywołanych awariami wałów przeciwpowodziowych, oraz jakie są ograniczenia jego stosowalności.

TematykaTechnika

AutorzyMichał Szydłowski

WydawnictwoPolitechnika Gdańska

Rok wydania2007

ISBN978-83-7348-200-5