Application of numerical modeling in analysis of the operation of a storm sewage system

• Autorzy: Musz-Pomorska Anna , Widomski Marcin K. , Kępa Jerzy

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2019.26(1-2)8

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie modelowania numerycznego w analizie pracy fragmentu sieci kanalizacji deszczowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The increase in area of paved surfaces in cities, in relation to the natural permeable areas, results in increased loads of pollutants transported by the storm sewage system directly to the natural receivers. Storm wastewater, as it was reported in literature, in dependence to the type of urbanized basin and manner of drainage, contains significant concentration of pollutants, mainly: Total Suspended Solids (TSS), Total Nitrogen (TN), Total Phosphorus (TP), heavy metals and oil derivatives. In accordance with the Water Framework Directive, in many European countries, the alternative methods of managing rain sewage are being developed, allowing retention and purification of storm water at the place of its formation. In the case of existing storm swage networks, the numerical analysis of hydraulic conditions and quantitative assessment of transported pollutants may support actions taken to protect the natural ecosystems against the exceeding the permissible concentrations of pollutants. This paper presents the results of modeling of hydraulic parameters and quality conditions of storm wastewater in a selected part of the urban storm sewage system. The USEPA’s (United States Environmental Protection Agency) software SWMM 5 was applied to our studies. Three different rainfall events of various intensity and time duration were studied in our research. The conducted simulation tests enabled the analysis of the sewage flow rate, the canals filling height as well as the concentrations and loads of TSS, TP, TN at the outlet from the sewage system to the receiver. The results of the performed calculations showed that in the case of low-intensity rainfall, the unfavorable hydraulic conditions are present in the studied network. At the same time, the occurrence of storm event or extreme rainfall can lead to the flushing of deposits collected at the basin surface as well as at the bottom of pipes and the increase in loads of pollutants transported to the receiver.

PL

Wzrost udziału powierzchni utwardzonych w stosunku do naturalnych powierzchni przepuszczalnych miast powoduje wzrost ładunków zanieczyszczeń przenoszonych przez system kanalizacji deszczowej bezpośrednio do odbiorników. Ścieki deszczowe, jak wykazują badania literaturowe, w zależności od sposobu wykorzystania odwadnianej powierzchni zurbanizowanej przenoszą znaczne ładunki zanieczyszczeń, głównie zawiesiny ogólnej, metali ciężkich czy związków ropopochodnych. Zgodnie z Ramową Dyrektywą Wodną w wielu krajach europejskich podejmowane są działania mające na celu rozwój alternatywnych metod zagospodarowania ścieków deszczowych, umożliwiających ich zatrzymywanie i oczyszczanie w miejscu ich powstawania. W przypadku istniejących już sieci deszczowych numeryczna analiza warunków hydraulicznych oraz ocena ilościowa transportowanych zanieczyszczeń może wspomóc działania podejmowane w celu ochrony naturalnych ekosystemów przed wzrostem/przekroczeniem dopuszczalnych stężeń zanieczyszczeń. W pracy zaprezentowano wyniki badań modelowych warunków hydraulicznych oraz jakościowych transportowanych ścieków deszczowych w wybranym fragmencie sieci deszczowej. Badania przeprowadzono w programie SWMM 5 przy założeniu zróżnicowanego natężenia deszczu oraz czasu jego trwania. Przeprowadzone badania symulacyjne umożliwiły analizę prędkości przepływu ścieków, wysokości napełnienia ścieków w przewodach, a także stężeń i ładunków zanieczyszczeń zawiesiny ogólnej, fosforu i azotu na wylocie z układu kanalizacyjnego do odbiornika. Wyniki przeprowadzonych obliczeń wykazały, iż w sieci kanalizacji deszczowej w przypadku opadów o niewielkim natężeniu panują niesprzyjające warunki hydrauliczne. Jednocześnie występowanie deszczów burzowych czy ekstremalnych może prowadzić do wymywania osadów zgromadzonych na dnie przewodów i wzrostu zanieczyszczeń przenoszonych do odbiornika.

Słowa kluczowe

EN

storm sewage system; Storm Water Management Model; quantitative analysis of storm sewage; qualitative analysis of storm sewage

PL

sieć kanalizacji deszczowej; SWMM; analiza ilościowa ścieków deszczowych; analiza jakościowa ścieków deszczowych

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 26, nr 1-2
• Strony: 73--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Musz-Pomorska Anna

• Faculty of Environmental Engineering, Lublin University of Technology

autor

Widomski Marcin K.

• Faculty of Environmental Engineering, Lublin University of Technology

autor

Kępa Jerzy

Bibliografia

• [1] Yang Q, Dai Q, Han D, Zhy X, Zhang S. Water. 2018;10(5):645. DOI: 10.3390/w10050645.
• [2] Chen Y, Zhou H, Zhang H, Du G, Zhou J. Environ Res. 2015;139:3-10. DOI: 10.1016/j.envres.2015.02.028.
• [3] Hammond MJ, Chen AS, Djordjević S, Butler D, Mark O. Urban Water J. 2015;12:14-29. DOI: 10.1080/1573062X.2013.857421.
• [4] Sakson G, Zawilski M, Badowska E, Brzezińska A. JCEEA. 2014;XXXI 61(3/I/14):253-264. DOI: 10.7862/rb.2014.60.
• [5] Barbusiński K, Nocoń W, Nocoń K, Kernert J. Rola zawiesin w transporcie metali ciężkich w wodach powierzchniowych na przykładzie Kłodnicy (Role of suspensions in heavy metal transport in surface water, Kłodnica case study). Ochr Środ. 2012;34(2):33-38. http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-article-BPOB-0034-0003.
• [6] Egodawatta P, Miguntanna NS, Goonetileke A. Water Sci Technol. 2012;66(7):1527-1533. DOI: 10.2166/wst.2012.348.
• [7] Ociepa E, Kisiel A, Lach J. Zanieczyszczenia wód opadowych spływających do systemów kanalizacyjnych (Contamination of precipitation water flowing into draining systems). Proc ECOpole. 2010;4(2):465-469. https://ecesociety.com/proceedings-of-ecopole-peco/.
• [8] Mangani F, Maione M, Mangani G, Berloni A, Tatano F. Water Air Soil Pollut. 2005;160(1):213-228. DOI: 10.1007/s11270-005-2887-9.
• [9] Berry W, Rubinstein N, Melzian B, Hill B. The biological effects of suspended and bedded sediment (SABS) in aquatic systems: A review. Internal Report. U.S. EPA; 2003. https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-10/documents/sediment-appendix1.pdf.
• [10] Borchardt D, Sperling F. Urban stormwater discharges ecological effects on receiving waters and consequences for technical measures. Water Sci Technol. 1997;36(8-9):173-179. https://iwaponline.com/wst/issue/36/8-9.
• [11] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, z dnia 16.12.2014 r. DzU Nr 137, poz. 1800 (Ordinance of Minister of Environment of 18 November 2014 on the conditions to be met when introducing sewage into water or soil and on substances particularly harmful to the aquatic environment.). http://prawo.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU20140001800/O/D20141800.pdf.
• [12] Górski J, Szeląg B, Bąk Ł. Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni wód deszczowych (The use of the SWMM program to assess the operation of rainwater treatment plants). Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. 2016;T.16 2(54):17-35. http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech- 183709a0-4782-43a4-942a-76057b2ea891.
• [13] Szeląg B, Górski J, Bąk Ł, Górska K. Proc ECOpole. 2015;9(2):767-775. DOI: 10.2429/proc.2015.9(2)087.
• [14] Widomski M, Musz A, Gajuk D, Łagód G. Ecol Chem Eng A. 2012;19(4-5):471-481. DOI: 10.2428/ecea.2012.19(04)049.
• [15] Park MH, Swamikannu X, Stenstrom MK. Water Res. 2009;43:2773-2786. DOI: 10.1016/j.watres.2009.03.045.
• [16] Chen J, Adams BJ. Adv Water Resourc. 2007;30:80-100. DOI: 10.1016/j.advwatres.2006.02.006.
• [17] Available from: http://chelm.e-mapa.net/ – 05.09.2018.
• [18] Słyś D, Stec A. Environ Prot Eng. 2012;38(4):99-112. DOI: 10.5277/EPE1220409.
• [19] Kotowski A, Kaźmierczak B. Probabilistyczne modele opadów miarodajnych do projektowania i weryfikacji częstości wylewów z kanalizacji we Wrocławiu. (Verification of storm water drainage capacity in hydrodynamic modeling). Gaz, Woda Techn Sanit. 2010;6:13-9. http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-article-BPP2-0015-0059.
• [20] PN-EN 752:2008 Drain and sewer systems outside buildings. Warszawa; PKN: 2008. http://sklep.pkn.pl/pn-en-752-2008e.html.
• [21] Borris M, Viklander M, Gustafsson AM, Marsalek J. Hydrol Process. 2013;28(4):1787–1796. DOI: 10.1002/hyp.9729.
• [22] Rossman LA. Storm water management model user’s manual version 5.0. national risk management research laboratory. Office of Research and Development, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati; 2009. http://www.owp.csus.edu/LIDTool/Content/PDF/SWMM5Manual.pdf.
• [23] Berretta C, Gnecco I, Lanza LG, La Barbera P. Water Sci Technol. 2007;56(12):77-84. DOI: 10.2166/wst.2007.756.
• [24] Taebi A, Droste RL. Sci Total Environ. 2004;327:175-184. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2003.11.015.
• [25] Lee JH, Bang KW. Water Res. 2000;34(6):1773-1780. DOI: 10.1016/S0043-1354(99)00325-5.
• [26] Jacob JS, Lopez R. J Amer Water Res Associat. 2009;45(3):687-701. DOI: 10.1111/j.1752-1688.2009.00316.x.
• [27] Goonetilleke A, Thomas E, Ginn S, Gillbert D. J Environ Manage. 2005;74:31-42. DOI: 10.1016/j.jenvman.2004.08.006.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).