Fizički zasnovano modeliranje infiltracije kod prirodom inspirisanih rešenja

Abstract

Prirodom inspirisana rešenja za cilj imaju unapređivanje kvaliteta života u urbanim sredinama pospešivanjem biodiverziteta. Mnoga od ovih rešenja, kao što su zeleni krovovi i biofiltri, su takođe zanimljiva u pogledu smanjivanja i prečišćavanja kišnog oticaja u gradovima. S obzirom da se zasnivaju na procesu infiltracije, za procenu uticaja ovakvih rešenja na urbane (pod)slivove neophodno je koristiti fizički zasnovane i efikasne modele padavine-oticaj. U literaturi se može naći veliki broj modela različitih nivoa kompleksnosti i efikasnosti, pri čemu je neophodno naći kompromisno rešenje. U ovom radu su analizirana dva numerička modela zasnovana na rešavanju Richards-ove jednačine koji spadaju u grupu fiziči zasnovanih. Jedan od modela je standardna implicitna numerička shema, dok drugi koristi Ross (2003)-ovo eksplicitno numeričko rešenje. Modeli su testirana na eksperimentalnim podacima prikupljenim sa zelenog krova “Green Wave” i biofiltra na Univerzitetu Monash, a rezultati oba modela su poređeni međusobno u pogledu tačnosti i efikasnosti, a zatim i sa merenim vrednostima dreniranog oticaja. U slučaju zelenog krova gornji granični uslov je mereni intenzitet kiše a donji je slobodno dreniranje, dok se u slučaju biofiltra na gornjoj granici zadaje mereni ulazni fluks a na donjoj nulta vrednost kapilarnog potencijala. Zadati granični uslovi uzrokuju tečenje kroz nezasićeni supstrat zelenog krova, dok kod biofiltra dolazi i do potpunog zasićenja filterskog sloja. Implicitno i eksplicitno numeričko rešenje daju gotovo identične rezultate sa zanemarljivom greškom u bilansu, dok je eksplicitno rešenje skoro 3 puta efikasnije. Takođe, slaganje modeliranih i izmerenih vrednosti oticaja je zadovoljavajuće, pri čemu Nash-Sutcliffe koeficijent iznosi 0.91 u slučaju zelenog krova, odnosno 0.93 u slučaju biofiltra.