A spreadsheet to set detention basin volume

Submitted by Nicola Rainiero on 2012-08-16 (last updated on 2012-08-18)

I post a simple spreadsheet to determine the volume of a detention basin, following the guidelines for the evaluation of hydraulic compatibility pubblished afterwards the OPCM 3261/2007 (Ordinance of the Prime Minister). They are written to help the practice of hydraulic invariance and the professionist into choice the design of works that change the land use.

This report was written by the Deputy Commissioner because of exceptional weather events of September 26, 2007 which hit the Veneto Region (as pubblished in OPCM 3261 of 10/18/2007). You can find here (after registration).

If you want to know more information about detention basin, I suggest you this link on Wikipedia.

In the following spreadsheet, you have to change the cells filled with grey, in order to adapt it at your hydrological and geometrical features. At present it is only in Italian and I put it in a zip file with two formats (XLS and ODS): Valutazione_compatibilita_idraulica.zip

In particular you have to change six different IDFs corresponding to these time ranges (T=50 years):

Time interval 5' - 45' 10' - 1 hour 15' - 3 hours 30' - 6 hours 45' - 12 hours 1 hour - 24 hours
Central time [min] 15 30 45 60 180 360

In the calculus, my spreadsheet uses two useful functions: OFFSET() and MATCH() to calculate automatically the maximum volume requested.

Theory (Italian only)

Si basa sul dimensionamento semplificato utilizzabile per la Classe 4. Criterio di dimensionamento n. 2 a pag. 31 delle Linee Guida che a sua volta rimandano al procedimento esposto nel testo "Sistemi difognatura. Manuale di progettazione" (csdu –HOEPLI, Milano,1997) per la stima del volume d'invaso necessario per garantire l'invarianza idraulica.

Nella classe 4 - "Significativa impermeabilizzazione potenziale" -Andranno dimensionati i tiranti idrici ammessi nell'invaso e le luci di scarico in modo da garantire la conservazione della portata massima defluente dall'area in trasformazione ai valori precedenti l'impermeabilizzazione.

La valutazione del volume di invaso si fonda sulla curva di possibilità pluviometrica, sulle caratteristiche di permeabilità della superficie drenante e sulla portata massima, supposta costante, imposta in uscita dal sistema.

La risposta idrologica del sistema è quindi estremamente semplificata trascurando tutti i processi di trasformazione afflussi-deflussi (Routing): permane unicamente la determinazione delle precipitazione efficace (separazione dei deflussi) ottenuta con il metodo del coefficiente di afflusso.

Tale ipotesi semplicistica implica che le portate in ingresso al sistema d'invaso siano sovrastimate e di conseguenza, nel caso si riesca a garantire la costanza della portata massima allo scarico, anche i volumi di laminazione risulteranno sovrastimati e cautelativi.

Il massimo volume di invaso, per una data durata t viene calcolato come differenza fra il volume entrato nella vasca Vin ed il volume uscito Vout dalla stessa nel periodo della durata della precipitazione.

V inv = V in V out

Il volume entrante per effetto di una precipitazione di durata t è dato dalla:

V in = S φ h ( t )

Dove:
φ è il coefficiente di afflusso medio, imposto costante, del bacino drenato a monte della vasca;
S è la superficie del bacino drenato a monte della vasca;
h è l'altezza di pioggia, funzione della durata secondo le curve di possibilità pluviometrica.

Il volume che nello stesso tempo esce dalla vasca è dato dalla:

V out = Q out t

Nel criterio proposto possono essere utilizzate sia le CPP a due che a tre parametri.

Nel caso si utilizzino le CPP a due parametri, fissata la durata della precipitazione il massimo volume invasato nel serbatoio è dato dalla:

V inv = S φ a t n Q out t

La determinazione della durata critica per il volume di invaso tcr ossia la durata per la quale si ha il massimo volume invasato Vinv,cr si ottiene imponendo nulla la derivata prima del volume di invaso in funzione della durata:

d V inv dt = ( S φ a t n Q out t ) dt = 0

quindi:

t cr = ( Q out S φ a n ) 1 n 1

Ne consegue che il massimo volume che dovrà essere contenuto dal serbatoio è dato dalla:

V inv , cr = S φ a ( Q out S φ a n ) n 1 n Q out ( Q out S φ a n ) 1 n 1

Una volta individuate le caratteristiche del bacino e le altre condizioni imposte (S, φ, Qout, Tempo di ritorno, idrologia), si deve procedere al calcolo del volume d'invaso critico per ognuno dei sei intervalli di durate (quindi per ogni una delle sei coppie di parametri a e n); infatti non essendo nota a priori le durata critica della precipitazione non è possibile scegliere la curva che meglio si presta a interpretare il fenomeno.

La scelta della curva più adatta sarà condotta per un tempo di ritorno pari a 50 anni (lo si assume per il dimensionamento delle opere di laminazione), confrontando i sei scarti calcolati tra la durata critica e il relativo tempo centrale (tce) dell'intervallo di durate: la curva più idonea sarà quindi quella per cui risulta minore lo scarto suddetto.




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Nicola Rainiero

A civil geotechnical engineer with the ambition to facilitate own work with free software for a knowledge and collective sharing. Also, I deal with green energy and in particular shallow geothermal energy. I have always been involved in web design and 3D modelling.

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