Weryfikacja możliwości generowania syntetycznych szeregów opadowych dla hydrodynamicznego modelowania sieci kanalizacyjnych na podstawie danych niemieckich

Wykorzystanie syntetycznych szeregów opadowych w miejsce wieloletnich serii obserwacyjnych wydaje się być bardzo obiecującą perspektywą dla hydrodynamicznego modelowania miejskich systemów odwodnienia. Idea ta eliminuje zarówno konieczność przyjmowania a priori założenia prostego powtórzenia procesu opadowego w przyszłości, jak również redukuje koszty zakupu danych wejściowych do modelowania hydrodynamicznego. Aktualnie rozdział sum opadowych z wykorzystaniem modeli kaskad losowych, zwłaszcza kaskad mikrokanonicznych reprezentuje najbardziej obiecującą technologię w tym zakresie. Możliwość wykorzystywania kaskad mikrokanonicznych dla generowania syntetycznych szeregów czasowych opadów 5. minutowych była testowana w tych badaniach na podstawie obserwacyjnych szeregów czasowych, pochodzących z 4 różnych niemieckich stacji meteorologicznych, reprezentujących szeroki zakres warunków klimatycznych tego obszaru Europy. Wyniki otrzymane dla wszystkich stacji były jednakowo dobre i ze względu na ograniczenia niniejszego artykułu tylko wyniki z Zagłębia Ruhry są prezentowane szczegółowo. Obliczone histogramy współczynników rozpadu (BDC) dla oryginalnych szeregów czasowych były zdominowane przez liczne sztuczne piki dla BDC=0.5, 0.4, 0.33, 0.2, 0.25 oraz odpowiednio 0.6, 0.67, 0.8 i 0.75 z uwagi na błąd zaokrąglenia. Metoda randomizacji została zaproponowana dla rozwiązania tego problemu. Histogramy BDC dla skorygowanych (zrandomizowanych) szeregów czasowych były wygładzone. Dla długich czasów możliwy był ich opis za pomocą symetrycznego rozkładu beta, jednak dla czasów krótkich konieczne było wykorzystywanie złożonych rozkładów 3N-B (zbudowanych z 3 różnych rozkładów normalnych i 1 rozkładu beta). Hierarchiczne zamiany z rozkładów typowo beta ku rozkładom 3N-B, zdominowanych przez rozkłady normalne były obserwowane pośród badanych skal czasowych. Kaskady mikrokanoniczne z generatorami bazującymi na tych obserwacjach generowały syntetyczne szeregi czasowe dobrej jakości. Zarówno nieciągłość, jak i zmienność opadów w szeregach syntetycznych były porównywalne do tych charakterystyk obliczonych dla zbiorów obserwacyjnych. Badania udowodniły możliwość praktycznego wykorzystywania modeli kaskad mikrokanonicznych dla generowania syntetycznych szeregów czasowych opadów 5-min. przydatnych dla symulacji hydrodynamicznych systemów odwodnienia w Niemczech.

---

Use of synthetic precipitation time series instead of observed long-lasting time series seems to be a promising idea for hydrodynamical urban drainage systems modelling. This idea eliminates both the necessity of a priori assumption of precipitation process simple reply in the future, as well as reduces the cost of input data for hydrodynamical modelling purchase. Nowadays rainfall totals disaggregation by means of random cascade models, especially microcanonical cascades models represents the most promising technology in this field. The possibility of microcanonical random cascades application for a 5-minute synthetic time series generation was tested in this study on the base of observed time series originating from 4 different German meteorological stations representing a broad range of climatic conditions of this area of Europe.