UDC 628.221
DOI 10.35776/VST.2023.06.05

Volkov Sergei, Luk’ianchuk Maksim, Zhukova Anastasiia, Zhitenev A. I., Kuz’min Valentin, Rublevskaya O. N., Gvozdev V. A., Erofeev Vasilii, Kostenko I. G., IGNATCHIK V. S., Ignatchik S. Iu., Kuznetsova N. V., Fes’kova A. Ia.

Methods and results of estimating calculated rain parameters for the surface runoff disposal systems of Saint-Petersburg
Part 3. For hydraulic calculations in designing and modeling with account of the uneven distribution of rain intensities areally

Summary

Municipal surface runoff disposal systems need to be adapted to the changing climate with account of local conditions and schematic design features. In line with the world practice, one of the stages of the research in this area is the substantiation of the calculated parameters of rain for the considered climatic region. Herewith, to solve design problems, adjusting the standard climatic parameters is sufficient, whereas, to solve the problems related to the justification of decisions on the upgrade of wastewater disposal systems using calculation models, justifying the design rain profiles constituting graphs of the intensity variations over time is required. In addition, justifying the calculated parameters of rains with account of the spatial variability is needed. Beyond that, for large areas, the design rainfall parameters must be converted to average values. In world practice, this is done by multiplying the average rainfall intensity for a given duration, frequency and area by the appropriate reduction factor – areal reduction factor (ARF). In domestic practice, while designing, a similar reduction factor is also used called a correction factor that takes into account the uneven rainfall areally. However, the reliability of the values of these correction factors is very doubtful, since, for example, with a runoff area of less than 4km², the values are available only for the conditions of Moscow, whereas the origin of the values for a runoff area of more than 4km² is not known. For these reasons, in St. Petersburg, along with the assessment of the actual and prospective parameters of calculated rains used in design and modeling, the regularities of the distribution of rain intensity areally were additionally determined. As a result of the research, the hypothesis that areal and point precipitation have the same probability of exceeding was confirmed, as well as the type and parameters of the dependence were substantiated for estimating the actual values of the correction factors that take into account the unevenness of rainfall areally.

Key words

surface runoff disposal systems , flooding , adaptation measures , calculated parameters of rains , rain profiles

For citation: Volkov S. N., Luk’ianchuk M. Iu., Zhukova A. G., Zhitenev A. I., Kuz’min V. A., Rublevskaia O. N., Gvozdev V. A., Erofeev V. V., Kostenko I. G., Ignatchik V. S., Ignatchik S. Iu., Kuznetsova N. V., Fes’kova A. Ia. Methods and results of estimating calculated rain parameters for the surface runoff disposal systems of Saint-Petersburg. Part 3. For hydraulic calculations in designing and modeling with account of the uneven distribution of rain intensities areally. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2023, no. 6, pp. 35–42. DOI: 10.35776/VST.2023.06.05. (In Russian).

The further text is accessible on a paid subscription.
For authorisation enter the login/password.
Or subscribe

REFERENCES

1. Pulhin J. M., Inoue M., Shaw R., et al. Climate change and disaster risks in an unsecured world. In Climate Change, Disaster Risks, and Human Security. Springer: Singapore, 2021, pp. 1–19.
2. Серебрицкий И. А. Опыт Санкт-Петербурга в вопросах управления адаптацией к изменениям климата и смягчения антропогенного воздействия на климатическую систему. http://www.infoeco.ru/index.php?id=8780.
   Serebritskii I. A. Opyt Sankt-Peterburga v voprosakh upravleniia adaptatsiei k izmeneniiam klimata i smiagcheniia antropogennogo vozdeistviia na klimaticheskuiu sistemu [The experience of St. Petersburg in matters of adaptation management to climate change and mitigation of anthropogenic impact on the climatic system]. http://www.infoeco.ru/index.php?id=8780. (In Russian).
3. Павловский А. А. О ливневых затоплениях некоторых территорий Санкт-Петербурга при современных изменениях климата // Общество. Среда. Развитие. 2013. Вып. 2. С. 251–256.
   Pavlovskii A. A. [On the storm floodings of some territories of St. Petersburg with current climate changes]. Obshchestvo. Sreda. Razvitie, 2013, is. 2, pp. 251–256. (In Russian).
4. Волков С. Н., Лукьянчук М. Ю., Житенев А. И., Руб­левская О. Н., Ерофеев В. В., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю., Кузнецова Н. В. Системы отведения поверхностного стока: проблемы и решения // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. № 7. С. 53–60. DOI: 10.35776/VST.2022.07.07.
   Volkov S. N., Luk’ianchuk M. Iu., Zhitenev A. I., et al. [Systems for the removal of surface runoff: problems and solutions]. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2022, no. 7, pp. 53–60. DOI: 10.35776/VST.2022.07.07. (In Russian).
5. Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю., Кузнецова Н. В., Феськова А. Я. Влияние изменений климата на гидравлические режимы систем отведения поверхностного стока // Вода и экология: проблемы и решения. 2020. № 4 (84). C. 50–57.
   Ignatchik V. S., Ignatchik S. Iu., Kuznetsova N. V., Fes’kova A. Ia. [The impact of climate change on the hydraulic regimes of surface runoff management stems]. Voda i Ekologiia: Problemy i Resheniia, 2020, no. 4 (84), pp. 50–57. (In Russian).
6. Волков С. Н., Житенев А. И., Рублевская О. Н., Костенко И. Г., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю., Кузнецова Н. В., Сенюкович М. А. Особенности оценки расчетных интенсивностей дождей с учетом экстремальных ливней // Водоснабжение и санитарная техника. 2021. № 7. С. 50–55. DOI: 10.35776/VST.2021.07.07.
   Volkov S. N., Zhitenev A. I., Rublevskaia O. N., et al. [Specific features of estimating calculated rainfall rates with account of extreme rainfalls]. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2021, no. 7, pp. 50–55. DOI: 10.35776/VST.2021.07.07. (In Russian).
7. Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. – СПб.: Наукоемкие технологии, 2022. 124 с.
   Tretii otsenochnyi doklad ob izmeneniiakh klimata I ikh posledsnviiakh na territorii Rossiiskoi Federatsii. Obshchee reziume [The third estimation report on climate changes and their consequences in the territory of the Russian Federation. General resume. Saint-Petersburg, Naukoemkie Tekhnologii Publ., 2022, 124 p.].
8. Seneviratne S. I., Nicholls N., Easterling D., et al. Changes in climate extremes and their impacts on the natural physical environment. In Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation. A Special Report of Working Groups I and II of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge University Press: Cambridge, UK. New York, NY, USA, 2012, pp. 109–230.
9. Westra S., Fowler H. J., Evans J. P., et al. Future changes to the intensity and frequency of shortduration extreme rainfall. Reviews of Geophysics, 2014, v. 52, pp. 522–555.
10. Лебедев С. А. Климатические изменения температуры поверхности и уровня Балтийского моря по данным дистанционного зондирования // Журнал региональных исследований. Фонд «Янтарный мост». Апрель–июнь 2014. № 1 (1). С. 78–95.
    Lebedev S. A. [Climate changes in the surface temperature and level of the Baltic Sea according to remote sensing data]. Zhurnal Regional’nykh Issledovanii. Iantarnyi Most Fund, April–June, 2014, no. 1 (1), pp. 78–95. (In Russian).
11. Волков С. Н., Лукьянчук М. Ю., Жукова А. Г., Житенев А. И., Рублевская О. Н., Ерофеев В. В., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю., Кузнецова Н. В. Экономическая эффективность мероприятий по адаптации систем водоотведения поверхностного стока к условиям изменяющегося климата // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. № 11. С. 42–48. DOI: 10.35776/VST.2022.11.05.
    Volkov S. N., Luk’ianchuk M. Iu., Zhukova A. G., et al. [Economic efficiency of measures to provide for the surface runoff disposal systems adaptation to changing climate conditions]. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2022, no. 11, pp. 42–48. DOI: 10.35776/VST.2022.11.05. (In Russian).
12. Волков С. Н., Лукьянчук М. Ю., Житенев А. И., Кузьмин В. А., Рублевская О. Н., Хямяляйнен М. М., Гвоздев В. А., Ерофеев В. В., Костенко И. Г., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю., Кузнецова Н. В., Сенюкович М. А. Методы и результаты оценки параметров расчетных дождей для систем водоотведения поверхностного стока Санкт-Петербурга. Часть 1. Для гидравлических расчетов при проектировании // Водоснабжение и санитарная техника. 2023. № 3. С. 53–60. DOI: 10.35776/VST.2023.03.07.
    Volkov S. N., Luk’ianchuk M. Iu., Zhitenev A. I., et al. Methods and results of estimating calculated rain parameters for the surface runoff disposal systems of Saint-Petersburg. Part 1. For hydraulic calculations while designing. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2023, no. 3, pp. ­53–60. DOI: 10.35776/VST.2023.03.07. (In Russian).
13. Волков С. Н., Лукьянчук М. Ю., Житенев А. И., Кузьмин В. А., Рублевская О. Н., Гвоздев В. А., Ерофеев В. В., Костенко И. Г., Игнатчик В. С., Игнатчик С. Ю., Кузнецова Н. В., Сенюкович М. А. Методы и результаты оценки параметров расчетных дож­дей для систем водоотведения поверхностного стока Санкт-Петербурга. Часть 2. Для гидравлических расчетов при моделировании // Водоснабжение и санитарная техника. 2023. № 4. С. 53–60. DOI: 10.35776/ VST.2023.04.07.
    Volkov S. N., Luk’ianchuk M. Iu., Zhitenev A. I., et al. Methods and results of estimating calculated rain parameters for the surface runoff disposal systems of Saint-Petersburg. Part 2. For hydraulic calculations in simulation. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2023, no. 4, pp. ­53–60. DOI: 10.35776/VST.2023.04.07. (In Russian).
14. Горбачев П. Ф. Методы расчета ливневого стока. – М.: Издательство «Власть Советов» при Президиуме ВЦИК, 1937. 167 с.
    Gorbachev P. F. Metody rascheta livnevogo stoka [Method of calculating storm runoff. Moscow, «Vlast’ Sovetov» pri Presidiume VTSIK Publ., 1937. 167 р.].
15. Молоков М. В., Шигорин Г. Г. Дождевая и обще­сплавная канализация. – М.: Издательство Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1954. 241 с.
    Molokov M. V., Shigorin G. G. Dozhdevaia i obshchesplavnaia kanalizatsiia [Storm and combined sewer systems. – Мoscow, RSFSR Public Utilities Ministry Publishers’, 1954. 241 p.].
16. Курганов А. М. Закономерности формирования и движения дождевых стоков в безнапорных трубопроводах: Дисс. ... доктора технических наук. – Л., 1980. 433 с.
    Kurganov A. M. Zakonomernosti formirovaniia i dvizheniia dozhdevykh stokov v beznapornykh trunoprovodakh [Regularities of the formation and movement of rainwater in gravity pipelines. Doctoral dissertation, Leningrad, 1980, 433 p.].
17. Алексеев М. И., Курганов А. М. Организация отведения поверхностного (дождевого и талого) стока с урбанизированных территорий: учебное пособие. – М.: Издательство АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2000. 352 с.
    Alekseev M. I., Kurganov A. M. Organizatsiia otvedeniia poverkhnostnogo (dozhdevogo i talogo) stoka s urbanizirovannykh territorii: uchebnoe posobie [Establishing removal of surface (rain and melt) runoff from urban areas: a training manual. Moscow, ASV Publ., Saint-Petersburg, SPbGASU, 2000. 352p.].
18. U.S. Weather Bureau Rainfall intensity-frequency regime. Pt. 1. The Ohio Valley, TP-29, U.S. Dept. of Commerce, Washington, D.C., 1957. 44 p.
19. National Weather Service, Rainfall intensity-frequency regime, Tech. Pap. 29, Silver Spring, Md., 1958.
20. World Meteorological Organization (WMO), Manual for estimation of probable maximum precipitation, Oper. Hydrol. Rep., 1, WMO Pap. 332. Geneva, Switzerland, 1986.
21. Roche M. Hydrologie de Surface. Paris, Gauthier-Villars, 1966. 431 p.
22. Rodriguez-Iturbe I., Mejia J. M. On the transformation of point rainfall to areal rainfall. Water Resources Research, 1974, no. 10 (4), pp. 729–735.
23. Bacchi B., Ranzi R. On the derivation of the areal reduction factor of storms. ATMOS: Resort & Research, 1996, no. 42, pp. 123–135.
24. Asquith W. H., Famiglietti J. S. Precipitation areal-reduction factor estimation using an annual-maxima centered approach. Journal of Hydrology, 2000, no. 230, pp. 55–69.
25. Sivapalan M., B1osch G. Transformation of point rainfall to areal rainfall: Intensity-duration-frequency curves. Journal of Hydrology, 1998, no. 204 (1–4), pp. 150–167.
26. Костенко И. Г., Синкевич Т. А., Михайлов Д. М. Опыт внедрения автоматизированной информационной системы учета атмосферных осадков в Санкт-Петербурге // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2019. № 6. С. 26–33.
    Kostenko I. G., Sinkevich T. A., Mikhailov D. M. [Experience in implementing an automated information system for accounting for atmospheric precipitation in St. Petersburg]. Nailuchshie Dostupnye Tekhnologii Vodosnabzheniia i Vodootvedeniia, 2019, no. 6, pp. 26–33. (In Russian).