تقييم تأثيرات الشدة المطرية على شبكة الأمطار ومشاريع البنى التحتية (منطقة الدراسة الحر-كربلاء كحالة دراسية)

رسالة ماجستير

اسم الباحث : بتول عبدالله إسماعيل المسعودي

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : هندسة البنى التحتية‏

سنة نشر البحث : 2017

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

     ان تباين الشدات المطرية بمستوى اعلى من المعايير التصميمية نتيجة التقلبات المناخية و ظاهرة الاحتباس الحراري يعد واحدا من أكبر المشاكل التي تواجه المناطق الحضرية. ادى التحضر في المدن الى زيادة نسبة الأراضي غير المسامية وبالتالي نقص نسبة الارتشاح للتربة وزيادة كمية السيح السطحي. ان سوء استخدام شبكة تصريف الامطار بواسطة السكان أدى الى تقليل سعة التصريف وحدوث الفيضانات بالمناطق الحضرية. تعد نمذجة الفيضانات طريقة مهمه تساعد في اكتشاف وإدارة مشاكل الفيضان.

     تم في هذا الدراسة الاستعانة ببرنامج لتكوين انموذج لإدارة مياه الامطار يعرف ب[SWMM] لمحاكاة فيضان شبكه تصريف الامطار في الحي العسكري – كربلاء -العراق. جمعت البيانات الهيدرولوجية مثل (الشده المطرية – درجات الحرارة وسرعة الرياح) خلال الفترة من 2008 – 2016. وتم توفير البيانات الهيدروليكية لشبكة تصريف امطار الحي العسكري المتعلقة بأحواض التفتيش (منهولات) والانابيب والمضخات. وقد كانت البيانات المطلوبة لمعايره النموذج لشدتين مطريتين الأولى في 2016/1/18 بشده مطريه مقدارها 2 ملم/ساعة والثانية في 2016/1/22 بشده مطريه 4 ملم/ساعة.

     الهدف الأساس من هذه الدراسة هو تطوير نموذج لتقييم تأثير تغير المناخ وسوء استخدام نظام تصريف الامطار من خلال إضافة كميات غير قانونية من مياه المجاري اليها بواسطة السكان. إضافة الى تحديد كلفة الضرر الواقعة على البنى التحتية الناتج عن الفيضان. حاولت هذه الدراسة توفير دعم تقني لصانعي القرار من خلال تطوير حل لتقليل حدة الفيضان في منطقة الدراسة.

     اشارت نتائج الدراسة الى ان شبكه تصريف مياه الامطار ملائمه للشده المطرية المصممة لها (9.6 ملم/ساعة مدتها ساعة واحده) لفتره تكراريه مدتها سنتين بدون اعتبار تأثير كميات مياه المجاري غير القانونية. ان التقلبات المناخية لعبت دورا رئيسيا في حدوث الفيضان في منطقة الدراسة حيث ان الشده المطرية في أحد الاحداث المطرية وصلت الى ثلاث اضعاف الشده التصميمية (33.54 ملم/ساعة مدته ساعة واحده). حيث ان الشبكة وعند هذه الشده وبدون اعتبار كميه مياه المجاري يصل عمق الماء المكافئ في اخر حوض تفتيش في الشبكة الى 5.55 م مقاسه من قاعدة حوض التفتيش وان %47 من احواض التفتيش طفحت بتصريف أكبر من 0.04 م3/ثا بمدة فيضان مقدارها 43 ساعة.

      وجود مياه المجاري في شبكة تصريف الامطار زاد من مشكلة الفيضان في منطقة الدراسة نتيجة للانسدادات التي تحدث في النظام حيث ان النظام يبدأ بالفيضان عند شده مطريه اقل من الشده التصميمية. عمق الماء المكافئ في اخر حوض تفتيش وباعتبار وجود كميات مياه المجاري عند تأثير أكبر شده مطريه الى 5.62م و%48 من احواض التفتيش في نظام تصريف مياه المجاري كانت طافحه بتصريف أكبر من 0.04م3/ثا وبمده فيضان مقدارها 72 ساعة حيث ان كميه مياه المجاري ضاعفت مده الفيضان.

    ادى حدوث الفيضان وبمدد طويله الى حدوث ضرر في البنى التحتية خصوصا للطرق والمباني. بلغت الكلفة الكلية للأضرار الناجمة عن الفيضان في منطقه الدراسة (277200000 دينار عراقي) وهي كلفه متكررة إذا لم تتوفر الحلول لتقليل الفيضان. في هذه الدراسة تم اقتراح حل لتقليل حدة الفيضان بواسطة إضافة خط ناقل بكلفه إنشائية مقدارها (1500000دينار عراقي) لكل متر طول من الانبوب. كان أداء الانبوب المقترح عند أكبر شده مطريه ومع اعتبار وجود مياه المجاري قد وصل 5م وحجم المياه الفائضة وصلت 129م3 وان %33 من احواض التفتيش طفحت بتصريف وصل الى 0.04 م3/ثا مع مده طفح مقدارها 20 ساعة. ان نتائج إضافة أنبوب ناقل كانت واعده وقللت نسبة الفيضان في منطقة الدراسة بدرجة كبيره. نتائج المحاكاة تستطيع توفير دعم تقني جيد للتحكم والتخطيط لشبكات التصريف الحضرية.

Evaluation the Effects of Rainfall Intensity on Storm Network and the Infrastructure Projects

     The variation of rainfall intensity higher than the design standards due to the global warming considers as one of the big problems that are facing the urban area.

    Urbanization in cities led to the spread of impervious area quickly and the increase in the amount of the runoff quantity due to the decrease in the infiltration rate. The misuse of the storm drainage system by the inhabitants decreases the drainage capacity and led to urban flooding. Modeling of the urban flooding considers as an important method that help in discovering and managing the flooding problems.

    In this research Storm Water Management Model [SWMM] has been used to simulate the flooding of the storm drainage network in Al-Eskari quarter, Kerbala, Iraq. The hydrological data (i.e. rainfall intensity, temperature and wind speed) was collected for a period from 2008 to 2016 by Agricultural Meteorology Iraqi Network (AMIN) . The hydraulic data was provided for the storm drainage system of Al-Eskari quarter regarding to the manholes, pipes and pumps. The calibration data was used for two rainfall events in 18/1/2016 with rainfall intensity 2 mm/hr and 22/1/2016 with rainfall intensity of 4mm/hr.

     The major aim of this study is to develop a model to evaluate the effect of the climate variation and the misuse of the storm drainage system through adding an illegal sewage quantity to the storm network by the inhabitants. Also, this study aims to specify the damage cost of the infrastructure that caused by flooding.

     Finally, this study tries to provide a technical support for the decision makers by developing and accessing a solution to mitigate the flooding in the study area.

    The results indicate that the storm drainage network is suitable for the design intensity of 2-years return periods [9.6 mm/hr intensity for 1-hour] without considering the effect of an illegal sewage quantity. The climate variation plays the major role in the flooding of the study area with a rainfall intensity reach in an event to more than three times the design intensity with 33.54 mm/hr for 1-hour.

    Under 33.5 mm/hr rainfall intensity and without considering the sewage quantity, the equivalent water depth in the outlet reached to 5.55 m measured from the invert of the outlet, 47% from the manholes of the system flooding with discharge greater than 0.04 m3/sec and the flooding duration was 43 hours. The existent of sewage increases the flooding problem due to the clogging that happened in the system, where the system started to flood under rainfall intensity lower than the design intensity. The equivalent water depth with the maximum rainfall intensity in addition to the sewage amount reached to 5.62 m, 48% of the manholes in the system flooding with flow reach to 0.04 m3/sec and the flooding duration was 72 hours. The sewage quantity doubled the flooding duration. The flooding event with long duration led to damage in the infrastructure, especially the roads and houses.

    The total cost of flooding damage reached to 354800 $ and it’s a repeated cost if no solutions are provided to mitigate the flooding. In this study a solution was suggested by adding a transmission pipe line with cost of 1154 $ for each meter of the pipe. This performance of this solution under the maximum rainfall intensity and with consider the sewage amount was as follow: The equivalent water depth with the maximum rainfall intensity and with consider the sewage amount reached to 5 m, the volume of water flooding reached to 129 m3, 33% of the manholes flooding with discharge reached to 0.04 m3/sec and the flooding duration was 20 hours. The results of adding a pipe line is so promising and decreasing the flooding in the study area. The simulation results can offer resilient technical support for the urban drainage system controlling and planning.