18.3 : Zachowanie masy w ruchomej, nieodkształconej objętości kontrolnej

Zbiorniki retencyjne wód opadowych są niezbędne do zarządzania odpływem podczas intensywnych opadów deszczu, szczególnie na obszarach miejskich, gdzie nieprzepuszczalne powierzchnie zwiększają ryzyko powodzi. Zrozumienie zasad zachowania masy w tych systemach pozwala inżynierom zoptymalizować wydajność zbiornika, równoważąc dopływ, odpływ i magazynowanie wody

W kontekście zbiornika retencyjnego zasada zachowania masy mówi, że całkowita masa wody wpływającej do zbiornika musi być równa masie opuszczającej zbiornik powiększonej o wszelkie nagromadzenie wody w zbiorniku. Objętość kontrolna składa się z wody wewnątrz zbiornika, której granice są określone przez ściany zbiornika, rury dopływowe i konstrukcje odpływowe. Podczas opadów deszczu dopływ następuje przez rury, a odpływ przez zaprojektowane wyloty. Równanie bilansu masy jest wyrażone jako:

Gdzie

ṁ_in to szybkość napływu masy,

ṁ_out  to szybkość odpływu masy, a

reprezentuje zmianę masy w obrębie objętości kontrolnej.

Podczas intensywnych opadów deszczu szybkość napływu często przekracza szybkość odpływu, co powoduje gromadzenie się wody w zbiorniku. Inżynierowie muszą zaprojektować konstrukcje odpływowe, aby kontrolować uwalnianie wody w odpowiednim tempie, zapewniając, że systemy położone niżej nie zostaną przeciążone. W miarę jak burza ustępuje, a dopływ maleje, nagromadzona woda jest stopniowo uwalniana. Szybkość odpływu jest zazwyczaj projektowana tak, aby wzrastała wraz ze wzrostem poziomu wody, zgodnie z ustalonymi krzywymi odpływu, w celu zachowania kontroli nad uwalnianiem.

Możliwość zbiornika retencyjnego do tymczasowego magazynowania wody jest kluczowa dla zapobiegania powodziom. Prawidłowo zaprojektowane zbiorniki retencyjne zapewniają, że woda jest uwalniana w sposób kontrolowany nawet podczas najbardziej intensywnych burz, zapobiegając przepełnieniu lub uszkodzeniom konstrukcji.