Interní granty ČVUT




Modelování funkce systému mestského odvodnení na základe deštových dat z mikrovlnných spoju mobilních operátoru

Doba trvání: 2012
Odpovědný řešitel: Ing. Vojtech Bareš, Ph.D.

Nedostatek informací o prostorovém rozložení deštových srážek predstavuje jeden z hlavních zdroju nejistoty pri modelování srážko-odtokových jevu. Klasické clunkové srážkomery dokážou poskytnout data s dostatecným casovým rozlišením, ale nedokážou postihnout prostorovou variabilitu dešte. Meteorologické radary sice monitorují plošné rozložení srážky, jejich výstupy jsou ovšem zatíženy velkými nejistotami. Mikrovlnné spoje telekomunikacní síte mobilních operátoru (MV spoje) pracují ve vlnovém pásmu, kde jsou dominantním zdrojem tlumení signálu deštové kapky. Jejich využití k odhadu intenzit deštových srážek je velice výhodné, nebot i) síte MV spoju jsou již existující mestskou infrastrukturou, ii) reflektují srážkové intenzity nízko (v rádech desítek metru) nad terénem, iii) poskytují údaje o prumerné intenzite srážky podél délky spoje, což lépe postihuje plošné rozložení srážky, iv) v mestských povodích je hustota MV spoju velmi vysoká. Zkušenosti s využitím dat z MV spoju v oblasti modelování srážko-odtokových jevu zatím ovšem chybí. Projekt se proto zameruje na problematiku aplikace dat z MV spoju pri hydrodynamickém modelování pomeru v kanalizacní síti na reálném urbanizovaném povodí. Cílem projektu je vytvorení procedury umožnující rekonstrukci plošného rozložení deštové srážky na základe dat z MV spoju a overení relevance této koncepce v oblastech zabývajících se problematikou odvodnení mestských povodí.

Více o projektu zde.

Rekonstrukce vodárenských řadů

Doba trvání: 2007
Odpovědný řešitel: Ing. Filip Horký

Zásobování obyvatelstva pitnou vodou neodmyslitelně patří do popředí našeho zájmu, z tohoto důvodu je nutné zajistit u distribučních systémů pitné vody trvale udržitelný rozvoj, tak aby byla zaručena kvalita a spolehlivost dodávky vody. Spolehlivost distribučních řadů závisí na mnoha faktorech: od kvality použitého materiálu a dodržení pracovní kázně při pokládce přes důslednou údržbu až po včasnou a vhodnou rekonstrukci. Projekt se bude zabývat především zpřehledněním možných způsobů rekonstrukcí vodovodních řadů (možnosti použití, klady a zápory a jejich vzájemné ekonomické porovnání). Zejména bude věnována pozornost rozvíjení možných aplikací bezvýkopových technologií (trenchless technologies), které představují v současné době výrazný vývojový trend. Dále se projekt bude zabývat metodickým postupem odstraňování úniků a metodikou zjišťování a vyhodnocování současného stavu sítě s návazností na matematické modelování distribučních sítí a simulaci poruchovosti.

Podmínky aplikace srážko-odtokových modelů v problematice městského odvodnění

Doba trvání: 2007
Odpovědný řešitel: Ing. Lukáš Novák

V problematice městského odvodnění jsou již téměř 15 let v ČR používány srážko-odtokové simulační modely. Staly se významným podpůrným nástrojem pro efektivnější provozování stokových sítí, efektivnější vynaložení investic do rekonstrukcí i výstavby odvodňovacích systémů a ke snížení negativních jevů na životní prostředí. Výhody jejich použití v minulosti byly a stále jsou prezentovány.
Řada českých státních norem doporučuje jejich aplikaci. V žádné z nich však nejsou podrobně specifikovány požadavky, které mají modely splňovat, ať již z hlediska potřebných dat či popisu hydrologických a hydraulických procesů.
Navrhovaný projekt bude shrnovat požadavky kvantitativního hlediska uplatňované v jiných regionech, na jejichž podkladě lze definovat požadavky i v rámci ČR. Doporučení budou ověřeny experimentální studií.

Porovnání čisticí účinnosti nových a konvenčních typů odlehčovacích komor

Doba trvání: 2007
Odpovědný řešitel: Ing. Petr Srníček

Odlehčovací komory jsou nezbytnou součástí jednotných stokových sítí. Hlavní funkcí OK je zajistit hydraulickou bezpečnost stokové sítě a umožnit přepad zředěné odpadní vody do recipientu. Přepadající voda představuje významné znečištění recipientu (organické látky, nerozpuštěné látky, těžké kovy, estetické znečištění atd.). Tradiční návrh OK je založen na hydraulické bilanci odpadních vod - poměru ředění. Současné trendy v problematice městského odvodnění požadují, aby z OK do recipientu odtékala voda zbavená alespoň nejhrubších nečistot. Cílem projektu je určení účinnosti separace nerozpuštěných látek v různých typech odlehčovacích komor a jejich porovnání. Při řešení bude kombinována počítačová simulace OK s výzkumem v terénu.

Řízení vodárenských provozů - vyhodnocení ztrát

Doba trvání: 2006
Odpovědný řešitel: Ing. Renata Veselá

Ztráty ve vodovodních systémech poukazují na technický stav a vhodné řízení vodárenských provozů. Proto jejich zjišťování a hledání jejich příčin patří do popředí zájmu vodárenských společností.
Projekt bude zpracovávat získaná data od distributorů pitné vody a provozovatelů vodovodních sítí především údaje ze systematického monitoringu vody realizované, včetně sledování vývojových trendů a komplexních údajů o distribuční síti. Bude se zabývat velikostí ztrát v jednotlivých částech systému, zejména však únikům z rozvodné sítě, a jejich příčinou.
Data budou vyhodnocena podle používaných vyhodnocovacích kriterií, u nás běžně používaných, což jsou : procento vody fakturované, jednotkový únik a počet poruch na 1km sítě. Dále se budou zohledňovat i postupy, které doporučuje mezinárodní společnost IWA a to technické indikátory skutečných ztrát (TIRL), nevyhnutelné roční skutečné ztráty (UARL) a Infrastrukturní ztrátový index (ILI).

Stanovení počátku pohybu soudržného sedimentu

Doba trvání: 2006
Odpovědný řešitel: Ing. Jakub Jirák

Přítomnost stokových sedimentů je z hlediska ochrany přírody, ale i provozování kanalizační sítě nežádoucím jevem. Na jedné straně přítomnost stokových sedimentů snižuje průtočnou kapacitu profilu, na straně druhé stokový sediment funguje jako akumulátor toxického znečištění. Dřívější bádání zaměřená na porozumění procesu pohybu sedimentu byla orientována především na zkoumání přirozených toků. Na rozdíl od dnových sedimentů přirozených toků je stokový sediment často soudržný, a proto výsledky bádání provedených na přirozených tocích nelze na stokové sítě plně aplikovat. Hlubší porozumění procesu pohybu sedimentu stokovou sítí je přímo spojeno s určením soudržnosti stokového sedimentu, kterou lze určit hodnotou tečného napětí, vyvolaného vodou proudící nad sedimentem, při níž dojde k odtrhávání částic sedimentu z oblasti dna. Cestou jak tuto hodnotu objektivně určit je časová synchronizace hydraulického měření v oblasti dna s obrazovým záznamem dílčího elementu dna pomocí CCD kamery.

Příčiny mobility těžkých kovů v drobných urbanizovaných tocích

Doba trvání: 2003
Odpovědný řešitel: Mgr. Jana Nábělková

Těžké kovy jsou díky své toxicitě a častému výskytu problémovými polutanty drobných vodních toků v urbanizovaných oblastech. Jejich toxicita závisí na formě, v jaké se vyskytují ve vodním prostředí. Forma výskytu je ovlivněna složením vody a fyzikálně chemickými procesy ve vodním prostředí. Těžké kovy mají většinou tendenci vázat se na pevnou matrici (sediment nebo suspendované látky). V drobných vodních tocích (zejména v urbanizovaných oblastech) snadno dochází ke změně podmínek prostředí (např. vyústěním kanalizace) a kovy vázané v sedimentu mohou být uvolněny do vody, kde se stávají snadno dostupné pro organismy a mohou se projevit toxicky.

Rozdělení koncentrace kovu mezi pevnou a kapalnou fázi ve vodním prostředí popisuje rozdělovací (distribuční) koeficient (Kd). Cílem projektu bude experimentální zjišťování variability distribučního koeficientu vybraných těžkých kovů v závislosti na různých podmínkách (pH, tvrdost vody, koncentrace jiných kovů, složení a zrnitost sedimentu atd.). Projekt bude součástí výzkumné práce Hodnocení mobility těžkých kovů v říčním systému a jeho výsledky budou konfrontovány s výsledky terénního monitoringu vybraných pražských malých vodních toků. V rámci terénních měření budou sledovány i základní hydraulické a hydrologické parametry a jejich dopad na transport těžkých kovů. Zvláštní pozornost bude věnována extrémním hydrologickým podmínkám (maximální i minimální průtoky)

Cíle práce:

  • Určení doby ustavení rovnováhy při rozdělování kovu mezi pevnou matrici a vodný roztok
  • Stanovení závislosti Kd na různých podmínkách prostředí pro vybrané těžké kovy
  • Ověření možnosti zobecnění výsledků i pro jiné těžké kovy
  • Vytvoření základu pro aplikaci experimentálních výsledků v reálných podmínkách malých vodních toků urbanizovaných oblastí

Hodnocení ekologického rizika dopadu urbanismu na malé vodní toky

Doba trvání: 2002
Odpovědný řešitel: Mgr. Gabriela Šťastná

Dopad urbanismu na malé vodní toky se projevuje nejrůznějším způsobem. Ve svém projektu bych se chtěla zabývat dopadem městského odvodnění na kvalitu vody v tocích a především na kvalitu a kvantitu makrozoobentosu žijících v tocích. V současné době je biologické hodnocení toků poněkud nedoceněno, přestože organismy žijící ve vodách z dlouhodobého hlediska odrážejí velice citlivě změny kvality prostředí
Městské odvodnění přímo ovlivňuje kvalitu vodních toků, a to zaústěním jak jednotné splaškové kanalizace, tak zaústěním kanalizace oddílné - dešťové. Oddílná dešťová kanalizace působí především hydraulické problémy, které se odráží na změnách morfologie toků, a tím i na změnách vhodných biotopů pro nejrůznější organismy. Největší rizika vyplývající ze zaústění jednotné kanalizace spočívají ve vnosu znečišťujících látek a nejrůznějších polutantů (těžké kovy, organické látky apod.). Tyto látky zčásti zůstávají rozpuštěny ve vodě, zčásti se sorbují do sedimentu. Obě tato prostředí poskytují životní podmínky pro vodní organismy, a pomocí potravních řetězců se akumulují v jejich tělech. Ty pak zpětně ukazují změny v životním prostředí.

Cíle:

  • hodnocení biologického stavu toku s použitím predikčního systému PERLA
  • použití programu Phabsim
  • stanovení doby znovuosídlení organismy
  • distribuce obsahu těžkých kovů ve vodních bezobratlých

Hodnocení ekologického stavu toků v urbanizovaných povodích

Doba trvání: 2002
Odpovědný řešitel: RNDr. Dana Komínková, PhD.

V souladu s koncepcí rozvoje výzkumu a vývoje v resortu životního prostředí České republiky, která je zaměřena na snižování negativních vlivů lidských aktivit na životní prostředí, je navrhovaný grant zaměřen na monitorování změn kvality vodních toků a následně na ochranu toků před znečištěním a vypouštěním znečištění z městského povodí.
V rámci navrhovaného projektu budou připraveny podklady pro vytvoření metodiky hodnocení rizika vypouštění znečištění z jednotné a oddílné kanalizace za deště do toků v urbanizovaných povodích. Návrh této komplexní metodiky bude v souladu s požadavky směrnice 2000/60/ES Evropského parlamentu a rady, ustavující rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky. V rámci směrnice EU je požadavek, aby vodní toky dosahovaly alespoň dobrého ekologického stavu, což znamená nejen dobrý chemický stav, ale při nejmenším i dobrý ekologický stav. Ekologický stav je vyjádřením kvality struktury a funkce ekosystémů spojených s povrchovými vodami. Proto je nezbytně nutné posuzovat vodní toky jako nedílný komplex chemické, biologické, hydrologické a geomorfologické složky.

Cíle práce:

  • Vypracování metodiky pro hodnocení ekologického stavu toků v urbanizovaných územích. Důraz bude kladen na vliv vypouštění znečištění s kumulativním efektem (těžké kovy) a v této iniciační časti bude pozornost věnována zejména toxikologickému dopadu tohoto znečištění na biologickou složku.
  • Vytvoření základů pro databázi o ekologickém stavu malých pražských toků s cílem získat dostatečné množství informací pro volbu referenčního toku z hlediska narušení přirozeného stavu antropogenní činností.

Modelling of Unsteady Turbulent Flow Characteristics in Circular Tube

Doba trvání: 2001
Odpovědný řešitel: Ing. Vojtěch Bareš

Wastewater flow in urban drainage systems is governed by many specific factors. Water includes many solid particles, and both cross-section area and pipe material is very often varying. Stationary flow with free surface prevails in dry weather periods, while during rain events flow changes to transient and can even develop into pressure-mode flow. Transport of bed sediments occurs usually during rain events when the flow is unsteady. Flood waves in sewer systems have different shapes, so we can consider effects on hydraulic characteristics and impacts to transport of sewer solids both deposited and suspended.
The goal of an experiment was to analyse hydraulic characteristics such as instantaneous longitudinal and vertical velocities, turbulent intensities and shear stresses in circular pipe with unsteady turbulent free-surface flow for both rising and falling branch of hydrograph. Different shapes of hydrographs were analysed.
We can found some experimental studies made in the last decade focused on unsteady free-surface flow like Tu, Graf (1992) or Nezu, Nakagawa (1995). These authors used for experiments specific hydraulic condition, mostly, rectangular cross-section flumes. Methods of measuring of the velocities and turbulence were also different (micropropellers, 2D LDA).


Více o projektu zde.

Hospodaření s nutrienty v rámci městského odvodnění

Doba trvání: 1999
Odpovědný řešitel: Ing. David Stránský

Koloběhem nutrientů, tzn. fosforu a dusíku, v přírodě se zabývají pracovníci spíše na přírodovědeckých, popř. chemických fakultách. Většinou se však jedná o úzce zaměřené práce, ve kterých jsou sledovány "pouze" cíle příslušného oboru.
Stejně tak existuje ve vodohospodářském oboru mnoho prací zabývajících se eutrofizací nádrží a jejím vlivem na kvalitu vody. Bohužel je při nápravě zjištěných problémů používána spíše filosofie budování nákladných objektů s technologicky náročnými procesy čištění namísto aktivního omezování zdrojů znečištění se zaměřením pozornosti na alternativní způsoby odvádění a čištění odpadních vod. Princip budování dešťových nádrží, separátorů či sedimentačních nádrží a dalších je pak spíše řešením následků, než odstraňováním příčin.
Z pohledu integrálního pojetí městského odvodnění je však dnes nezbytná mezioborová spolupráce zejména hydrauliků, chemiků, biologů, ekologů, urbanistů a dalších. Tuto spolupráci se již s některými obory podařilo navázat při předchozích projektech, což se pozitivně odrazilo především na širší aplikovatelnosti výsledků a vyváženějším přístupu k řešení zjištěných problémů.
Regionální posouzení povodí Litavky prokázalo, že se v Litavce vyskytují vysoké koncentrace nutrientů. Tyto hodnoty výrazně přesahují limity stanovené nařízením vlády 171/1992Sb. pro vodárenské i nevodárenské toky. Z výsledků analýzy nejistot vyplynulo, že hlavní příčinou tohoto problému je strmý nárůst koncentrací nutrientů, způsobený soutokem Litavky s Příbramským potokem.
Příbramský potok je recipientem hlavního střediska celého povodí, města Příbrami. Měření na toku nad a pod aglomerací ukázala, že město Příbram je hlavním znečišťovatelem v celém povodí Litavky nejenom v ukazatelích nutrientů, ale např. také pro některé těžké kovy.
Cílem navrhovaného projektu je poznat a ocenit transportní a transformační procesy nutrientů v rámci městského odvodnění města Příbrami. Výhodou je, že v daném povodí probíhají různé práce již od roku 1995, existují dlouhodobé řady dešťů a průtoků. To umožní lépe identifikovat příčiny zjištěných problémů a navrhnout odpovídající technická, popř. koncepční opatření. Vzhledem k tomu, že se jedná o modelové povodí, bude možné použitou metodiku zobecnit pro další aplikace na povodích se stejným či podobným problémem.

Using Mathematical and Physical Modelling for CSO

Doba trvání: 1999
Odpovědný řešitel: Ing. Jaroslav Pollert

During the last 30 years, a number of devices have been developed for dynamic separation of settleable solids in wastewaters. Initially, these separators were used for control of Combined Sewer Overflow (CSO) pollution by retaining the bulk of solids in the underflow, directed to the sewage treatment plant (STP), and allowing combined sewage with reduced pollutant loads to overflow from the sewer system.
Water flow in sewers is modeled numerically in 3D in real time. Special problems are objects in sewer systems and this model FLUENT was used for simulation CSO (Combined Sewer Outlet).
Simulations show several types of CSO and compare them with reality or physical model. First was solved real problem of CSO in Prague 6, Evropská Street, which had many operational problems.
The main aim of investigations was concentrated into functional dependence between inlet, outlet and overflow. Simulation was carried out with new solver prepared for free surface. The most important was finding of water levels in CSO. Boundary conditions of the whole simulated objects were about 50 m in length and 5 m in high. Inflow tube was 3 m
Results from mathematical modeling were verified with hydraulics conditions in CSO Evropská, which were measured for longer period before. Simulation was done mainly for inflow higher then was measured so it is the only way how to detect behavior of CSO.
Water flow patterns in sewers were modeled numerically in 3D as a time dependent (4D). For simulations was used program FLUENT v5.4. Simulations have been carried out for several different inflows.
Results from mathematical modeling were verified with real hydraulics conditions in CSO Evropská, which were measured for longer period before. Simulation was concentrated mainly for inflow higher then measured and this way went to detection of CSO behavior.
Another problem, which has been simulated, was CSO in Prague 10 Hostivař. Problem was similar as previous one, but in this simulation were also used injection techniques. This model gives us information about separation efficiency.
The last simulation was the vortex separator. The models we want to compare with other CSOs previously modeled and confront their separation efficiency.