Numerical simulation and optimization of multi-chamber stormwater detention reservoirs

in urban sewage networks. Due to the availability of big amounts of literature, both on the scientific point of view and the practical applications, in the present work we tried to summarize up some ideas, focusing more or less on aspects that typically aren’t taken in account in practical applications, or are tackled separately and try to give some advice, without the pretence to reach the conclusive guidelines. The first element considered was the relation between urbanisation and water cycle, in order to frame the problem, then we described with more than one characterisation detention reservoirs, their equations and the numerical methods available to study them. We simulated the reservoir with some selected events taken from the hystorical series, with a program written by us in MATLAB®. The study case is an openstructure network and a detention reservoir with an FFF tank on-line and two detention chamber outline. In the FFF tank there’s a pumping system. The other constitutive parts of the reservoir are the weirs for the discharge and clapet plus sluice gate for emptying the accumulation chambers. We described mathematically each of these elements, both considering scenarios with constant flows or their real curves, distinguishing from their functioning conditions and searching in literature the most suitable equations and values of constants. Considering more functioning patterns we learned that the most important value is the mean inflow plus the total hydrograph volumes. Finally, we provided an optimization process of the reservoir itself, considering the geometrical parameters influencing at most the functioning, confronting with modified configurations the 0 one, obtaining interesting information.

Il nostro lavoro ha come scopo lo studio delle vasche volano multicamera inserite nelle reti di fognatura urbane. A causa della grande disponibilità di materiali, sia nella letteratura scientifica che tecnica, abbiamo cercato di riassumere alcune idee, occupandoci di questioni che tipicamente non sono affrontate oppure lo sono ma separatamente, senza valutare come si combinano i loro effetti. Il nostro scopo è stato quello di riuscire a fornire alcune idee generali, senza avere alcuna pretesa di raggiungere linee guida conclusive. Il primo passo è stato la descrizione del rapporto tra città ed acqua per inquadrare il problema, poi abbiamo descritto secondo vari punti di vista le vasche volano, le equazioni descriventi il loro funzionamento e i metodi numerici disponbili. Abbiamo scelto di procedere considerando la simulazione del funzionamento, con alcuni eventi critici selezionati dalle serie storiche, mediante un programma scritto da noi in MATLAB®, utilizzando come caso studio una rete a ventaglio e una vasca volano multi-camera, con la vasca di prima pioggia in linea ed asservita ad un sistema di pompaggio. Abbiamo considerato il modello completo della vasca, considerando il sistema costituito da tre settori e come elementi descriventi il funzionamento il sistema di pompaggio, lo stramazzo per lo sfioro e paratoia e clapet per lo svuotamento. Per ognuno di questi elementi abbiamo realizzato la descrizione matematica del funzionamento o con valori costanti o le equazioni reali, cercando di distinguere tra i vari casi di funzionamento, come efflusso rigurgitato o libero, cercando conferme in letteratura per i valori prescelti delle costanti o le equazioni più atte. Dal nostro lavoro di simulazione combinando più scenari di funzionamento abbiamo appreso che il parametro discriminante il funzionamento della vasca volano è il valore della portata media in ingresso, unitamente al volume totale dell’idrogramma. Infine abbiamo provveduto ad ottimizzare il funzionamento della vasca stessa, considerando i parametri geometrici più in grado di influenzarne il funzionamento e confrontato con la configurazione 0, quella reale, ottenendo interessanti informazioni.