19
Do cytowania For citation: Górski J., Szeląg B., Bąk Ł. 2016. Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni wód deszczowych. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 16. Z. 2 (54) s. 17–35. Wpłynęło 01.12.2015 r. Zrecenzowano 28.01.2016 r. Zaakceptowano 10.03.2016 r. A – koncepcja B – zestawienie danych C – analizy statystyczne D – interpretacja wyników E – przygotowanie maszynopisu F – przegląd literatury ZASTOSOWANIE PROGRAMU SWMM DO OCENY FUNKCJONOWANIA OCZYSZCZALNI WÓD DESZCZOWYCH Jarosław GÓRSKI ABDEF , Bartosz SZELĄG BDEF , Łukasz BĄK BDEF Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Katedra Geotechniki, Geomatyki i Gospodarki Odpadami S t r e s z c z e n i e Prognoza jakości i ilości ścieków deszczowych oraz osadów ściekowych jest bardzo złożona ze względu na stochastyczny charakter zjawisk opadowych oraz procesów gromadzenia i zmywania zanieczyszczeń deponowanych na powierzchni zlewni. Ma to szczególnie duże znaczenie w projek- towaniu ciągów technologicznych oczyszczalni wód deszczowych (OWD), gdzie przyjęcie błędnych założeń na etapie obliczeń może doprowadzić do nieprawidłowego funkcjonowania poszczególnych obiektów i urządzeń. Przedstawiona w artykule wstępna ocena funkcjonowania oczyszczalni wód deszczowych przy ul. Witosa w Kielcach, do której dopływają ścieki głównie z terenu pod zabudową jedno- i wieloro- dzinną, stanowi pierwszy etap badań, mających na celu stworzenie modelu matematycznego analizo- wanego fragmentu sieci kanalizacyjnej. Model numeryczny oczyszczalni wód deszczowych (OWD) wykonano w programie SWMM (ang. Storm Water Management Model) na podstawie dokumentacji projektowej obiektu oraz wizji terenowej, natomiast model hydrodynamiczny zlewni wraz z siecią kanalizacji deszczowej – na podstawie map topograficznych i zasadniczych. Do obliczeń średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) wykorzystano 33 zdarzenia opadowe zarejestrowane w latach 2010–2011, podczas których czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpo- wiednio w zakresach t d = 12–1244 min oraz P = 1,8–44,6 mm. Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały, że gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu przyjmowało wartości poniżej 10 dm 3 ∙(ha∙s) –1 , stopień redukcji zawiesin ogólnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 0,78–0,98, a gdy q = 10–75 dm 3 ∙(ha∙s) –1 , to η = 0,69–0,88. Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy, ponieważ model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych wartości natężenia przepływu ścieków deszczowych oraz stężenia zawiesin ogólnych. Słowa kluczowe: model hydrodynamiczny, program SWMM, ścieki deszczowe, zawiesiny ogólne pdf: www.itp.edu.pl/wydawnictwo/woda © Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, 2016 WODARODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE 2016 (IV–VI). T. 16. Z. 2 (54) WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS ISSN 1642-8145 s. 17–35

Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

Do cytowania For citation Goacuterski J Szeląg B Bąk Ł 2016 Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacuted deszczowych Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54) s 17ndash35

Wpłynęło 01122015 r Zrecenzowano 28012016 r Zaakceptowano 10032016 r A ndash koncepcja B ndash zestawienie danych C ndash analizy statystyczne D ndash interpretacja wynikoacutew E ndash przygotowanie maszynopisu F ndash przegląd literatury

ZASTOSOWANIE PROGRAMU SWMM

DO OCENY FUNKCJONOWANIA

OCZYSZCZALNI WOacuteD DESZCZOWYCH

Jarosław GOacuteRSKI ABDEF Bartosz SZELĄG BDEF Łukasz BĄK BDEF

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach Katedra Geotechniki Geomatyki i Gospodarki Odpadami

S t r e s z c z e n i e

Prognoza jakości i ilości ściekoacutew deszczowych oraz osadoacutew ściekowych jest bardzo złożona ze względu na stochastyczny charakter zjawisk opadowych oraz procesoacutew gromadzenia i zmywania zanieczyszczeń deponowanych na powierzchni zlewni Ma to szczegoacutelnie duże znaczenie w projek-towaniu ciągoacutew technologicznych oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) gdzie przyjęcie błędnych założeń na etapie obliczeń może doprowadzić do nieprawidłowego funkcjonowania poszczegoacutelnych obiektoacutew i urządzeń

Przedstawiona w artykule wstępna ocena funkcjonowania oczyszczalni woacuted deszczowych przy ul Witosa w Kielcach do ktoacuterej dopływają ścieki głoacutewnie z terenu pod zabudową jedno- i wieloro-dzinną stanowi pierwszy etap badań mających na celu stworzenie modelu matematycznego analizo-wanego fragmentu sieci kanalizacyjnej Model numeryczny oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) wykonano w programie SWMM (ang Storm Water Management Model) na podstawie dokumentacji projektowej obiektu oraz wizji terenowej natomiast model hydrodynamiczny zlewni wraz z siecią kanalizacji deszczowej ndash na podstawie map topograficznych i zasadniczych Do obliczeń średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) wykorzystano 33 zdarzenia opadowe zarejestrowane w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpo-wiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu przyjmowało wartości poniżej 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a gdy q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 to η = 069ndash088

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponieważ model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych wartości natężenia przepływu ściekoacutew deszczowych oraz stężenia zawiesin ogoacutelnych

Słowa kluczowe model hydrodynamiczny program SWMM ścieki deszczowe zawiesiny ogoacutelne

pdf wwwitpeduplwydawnictwowoda copy Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach 2016

WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54) WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS ISSN 1642-8145 s 17ndash35

18 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

WSTĘP

Określenie ładunku zanieczyszczeń w ściekach deszczowych odprowadzanych do odbiornika ma kluczowe znaczenie w wymiarowaniu oczyszczalni woacuted desz-czowych (OWD) Bardzo ważne jest określenie rzeczywistych ilości ściekoacutew desz-czowych oraz stężenia zanieczyszczeń dopływających ze zlewni gdyż to one de-terminują rodzaj i wielkość zastosowanych urządzeń Przyjmowanie wartości lite-raturowych koncentracji zanieczyszczeń bez uwzględnienia charakterystyki od-wadnianego terenu rozkładu opadoacutew atmosferycznych na badanym obszarze czy charakterystyki sieci kanalizacyjnej może prowadzić do znacznych błędoacutew na eta-pie projektowania oczyszczalni Prowadzone na terenie Kielc badania jakości ście-koacutew deszczowych i roztopowych potwierdzają dużą zmienność wskaźnikoacutew zanie-czyszczeń szczegoacutelnie w zakresie zawiesin ogoacutelnych w odniesieniu nie tylko do pory roku ale także przebiegu danego wezbrania (zjawisko pierwszej fali zanie-czyszczeń) [BĄK i in 2012 DĄBKOWSKI i in 2010 GOacuteRSKA 2012]

Obowiązujące w Polsce przepisy dotyczące odprowadzenia woacuted opadowych i roztopowych ujętych w systemy kanalizacyjne i pochodzących głoacutewnie z po-wierzchni szczelnych określają dopuszczalne stężenia zawiesin ogoacutelnych (max 100 mgmiddotdmndash3) i węglowodoroacutew ropopochodnych (max 15 mgmiddotdmndash3) w ściekach wprowadzanych do woacuted lub ziemi [Rozporządzeniehellip 2014a] Z kolei wg obowią-zującego katalogu odpadoacutew [Rozporządzeniehellip 2014b] osady i szlamy pochodzące z piaskownikoacutew kolektoroacutew oraz separatoroacutew substancji ropopochodnych trakto-wane są jako niebezpieczne ndash kody od 13 05 01 do 13 05 08 Należy pamiętać że osady odkładają się nie tylko w urządzeniach wchodzących w skład OWD ale tak-że w poszczegoacutelnych obiektach samej sieci kanalizacyjnej takich jak osadniki wpustoacutew ulicznych czy studzienki kanalizacyjne [KULICZKOWSKI i in 2005] Te ostatnie nie są już traktowane jako niebezpieczne ndash zaklasyfikowano je do grupy 20 03 06 ndash odpady ze studzienek kanalizacyjnych [Rozporządzeniehellip 2014b]

W większości przypadkoacutew ciąg technologiczny oczyszczalni woacuted deszczo-wych składa się z osadnika lub piaskownika (poziomego pionowego wirowego) oraz separatora (koalescencyjnego lamelowego) Minimalna ilość woacuted opadowych lub roztopowych ktoacuterą należy oczyścić powstaje z opadoacutew o natężeniu co naj-mniej 15 dm3(s∙ha)ndash1 [Rozporządzeniehellip 2014a] przy czym nie jest sprecyzowa-ne czy w obliczeniach należy przyjąć stałe czy zmienne natężenie opadu Jest to niezwykle istotne w określaniu ilości woacuted dopływających ze zlewni ktoacutere mogą zostać odprowadzone bezpośrednio do odbiornika bez podczyszczania Dlatego tak ważnym elementem OWD jest komora rozdziału ściekoacutew z przelewem burzo-wym ktoacuterego rodzaj i sposoacuteb obliczania w wielu opracowaniach projektowych pozostawia wiele do życzenia

Powszechnie stosowane w Polsce metody obliczania hydrogramoacutew dopływu (granicznych lub stałych natężeń deszczu) są bardzo uproszczonymi narzędziami i nie uwzględniają wielu czynnikoacutew takich jak zmienność uwilgotnienia zlewni

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 19

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

w czasie zdarzenia opadowego długość okresu bezdeszczowego nieroacutewnomier-ność rozkładu natężenia deszczu kierunek przemieszczania się frontu opadowego [MROWIEC 2009] ktoacuterych pominięcie może prowadzić do znacznych błędoacutew obli-czeniowych [Arbeitsblatthellip 2006 BARSZCZ 2012 BŁASZCZYK 1988 OSMOacuteLSKA- -MROacuteZ i in 1984] Wskazane jest zatem określanie ilości i jakości ściekoacutew desz-czowych na drodze modelowania matematycznego [BERETTA i in 2007 CAMBEZ

i in 2008 HUBER DICKINSON 1992 MROWIEC SOBCZYK 2014] Do modelowania spływu powierzchniowego stosowane są roacutewnież modele docelowo opracowane dla zlewni typowo rolniczych niemniej podejmowane są proacuteby ich zastosowania w odniesieniu do zlewni zurbanizowanych [BANASIK 2009 CIEPIELOWSKI DĄB-

KOWSKI 2006] Istniejące modele stochastyczne [LIU i in 2012 SHARIF i in 2011] mają najczęściej charakter lokalny i definiowane w nich parametry w każdej anali-zowanej zlewni będą znacznie się roacuteżniły Z kolei modele deterministyczne [HU-

BER DICKINSON 1992] umożliwiają ustalenie wpływu poszczegoacutelnych parametroacutew na uzyskiwane wyniki ale konieczna jest znajomość wielu parametroacutew wejścio-wych opisujących procesy gromadzenia się zanieczyszczeń i ich zmywania z po-wierzchni zlewni Jednym z takich modeli jest program SWMM (ang Storm Water Management Model) dający możliwość określenia nie tylko wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu ale także wyznaczania przebiegu zmienności zanieczyszczeń w czasie trwania zdarzenia opadowego [WIDOMSKI i in 2012]

Celem badań była ocena funkcjonowania istniejącej oczyszczalni woacuted desz-czowych na podstawie wynikoacutew symulacji uzyskanych za pomocą stworzonego modelu hydrodynamicznego oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) oraz obszaru zlewni wraz z siecią kanalizacji deszczowej Opracowany w programie SWMM model matematyczny posłużył do określenia obciążenia ładunkiem zawiesin ogoacutel-nych obiektoacutew oczyszczalni oraz ustalenia ilości ściekoacutew spływających ze zlewni i oczyszczanych bądź zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Przedmiotowa oczyszczalnia woacuted deszczowych jest jednym z 47 obiektoacutew ist-niejących obecnie na terenie miasta Kielce wchodzącym w skład rozdzielczej sieci kanalizacji deszczowej złożonej z ok 235 km kanałoacutew i ok 35 km rowoacutew otwar-tych Analizowana zlewnia kanału Si15 znajduje się w poacutełnocnej części miasta Od strony wschodniej i częściowo poacutełnocnej ograniczona jest rowem otwartym odbie-rającym wody deszczowe spływające od strony zwartego kompleksu leśnego Roacutew ten przechodzi na wysokości ulicy Witosa (południowa granica zlewni) w kanał zamknięty o średnicy oslash 800 mm a po doprowadzeniu ściekoacutew deszczowych z OWD całość kierowana jest do odbiornika (rzeka Silnica w km 11+580) ndash rysu-nek 1

20 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 1 Lokalizacja kolektora Si15 wraz z układem kanałoacutew bocznych źroacutedło opracowanie własne

Fig 1 The location of Si15 collector with a system of lateral sewers source own elaboration

Sieć kanalizacyjna składa się z kolektora głoacutewnego (oslash 1200 i 1400 mm) o dłu-gości ok 760 m oraz kanałoacutew bocznych (oslash 300ndash800 mm) odbierających obecnie wody deszczowe z terenu osiedla Dąbrowa I a docelowo roacutewnież z projektowane-go osiedla Dąbrowa II uwzględnionego w planach zagospodarowanie przestrzen-nego miasta Według dokumentacji projektowej [PPUH Koncept-Plus 2008] za-budowę zlewni o powierzchni całkowitej 1317 ha stanowić będzie w perspekty-wie zabudowa wielorodzinna (456) i jednorodzinna (8481) oraz tereny zielo-ne (1063) Obecnie istniejąca zabudowa mieszkaniowa obejmuje powierzchnię 36 ha co stanowi ok 434 odwadnianego obszaru (Fcałk = 83 ha) Najwyższy

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 21

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

punkt na obszarze zlewni leży na wysokości 36550 m npm najniższy na wyso-kości 29125 m npm a średni spadek powierzchni wynosi 587

Ścieki z odwadnianego obszaru trafiają do bdquoOWD Witosardquo położonej przy zbiegu ulic Witosa i Karczunek Obiekt ten pierwotnie składał się z komory roz-działu kierującej ścieki do wstępnego piaskownika lub bezpośrednio do odbiornika Z piaskownika ścieki trafiały do drugiej komory rozdzielczej gdzie następował ich rozdział do dwoacutech zbiornikoacutew otwartych spełniających rolę osadnikoacutew poziomych Ilość odłożonych osadoacutew określona na podstawie kart odbioru odpadoacutew z lat 2002ndash2006 wyniosła 0020 m3middot(hamiddotmiesiąc)ndash1 [GOacuteRSKA 2008] Obecnie po prze-budowie zrealizowanej w 2009 r OWD składa się z komory rozdziału otwartego osadnika poziomego długości 50 m separatora koalescencyjnego oslash 30 m pom-powni woacuted z systemu drenażowego ndash rysunek 2 [PPUH Koncept-Plus 2008]

Rys 2 Schemat oczyszczalni woacuted deszczowych ndash OWD Witosa 1 = komora rozdziału 2 = osadnik

poziomy 3 = separator koalescencyjny 4 = przepompownia 5 = kanał zbierający 6 = przelew burzowy regulowany 7 = komora połączeniowa S1ndashS3 = studzienki kanalizacyjne

źroacutedło opracowanie własne

Fig 2 The scheme of stormwater treatment plant ndash Witosa STP 1 = separation chamber 2 = horizontal settling tank 3 = coalescence separator 4 = pumping station 5 = collecting sewer

6 = regulated stormwater overflow 7 = connection chamber S1ndashS3 = drainage catch pit source own elaboration

22 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Ścieki deszczowe dopływają kolektorem oslash 1400 mm do komory rozdziału z przelewem burzowym ktoacuterego wysokość jest regulowana w zakresie 40ndash65 cm Następnie dostają się do osadnika sześcioma przewodami PE oslash 600 mm rozmiesz-czonymi roacutewnomiernie na całej szerokości wlotu do osadnika (rys 2) Zawiesiny ogoacutelne sedymentują w osadniku a flotujące substancje ropopochodne są kierowane za pomocą specjalnego kanału zbierającego PE oslash 200 mm do separatora koalescen-cyjnego Oczyszczone ścieki z osadnika i separatora dopływają do komory połą-czeniowej do ktoacuterej wprowadzane są roacutewnież wody czyste spływające z lasu rowem otwartym Całość odpływa kanałem oslash 1400 mm do rzeki Silnicy Na końcu osadni-ka wykonano przelew burzowy regulowany a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu ndash drenaż z rur PE oslash 100 mm z ktoacuterego woda jest od-prowadzana do przepompowni a następnie tłoczona do studzienki S3 (rys 2)

W celu ustalenia projektowanego obciążenia hydraulicznego oczyszczalni woacuted deszczowych wykonano w programie SWMM 50 model hydrodynamiczny zlewni wraz z kanalizacją deszczową Obliczenia przeprowadzono wyłącznie dla zlewni o istniejącej zabudowie (stan obecny) gdyż na razie brak koncepcji układu sieci kanalizacji deszczowej na obszarze ktoacutery będzie w perspektywie rozbudowany Model zlewni składa się z 51 zlewni cząstkowych o powierzchniach od 014 do 650 ha 76 węzłoacutew i 97 odcinkoacutew przewodoacutew (rys 3)

Rys 3 Schemat zlewni zurbanizowanej kanału Si15 źroacutedło opracowanie własne

Fig 3 The scheme of urbanized catchment of sewer Si15 source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 23

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Spadki terenoacutew szerokości droacuteg spływu wspoacutełczynniki szorstkości terenu oraz udział terenoacutew uszczelnionych w poszczegoacutelnych zlewniach ustalono na podstawie map topograficznych natomiast spadki kanałoacutew średnice i materiał przewodoacutew przyjęto zgodnie z mapami zasadniczymi Retencję oraz wspoacutełczynniki szorstkości terenoacutew uszczelnionych i nieuszczelnionych przyjęto na poziomie odpowiednio 25 i 50 mm oraz 0015 i 015 mndash13∙s Początkową (maksymalną) i końcową (minimal-ną) prędkość infiltracji w gruncie (odpowiednio 90 i 15 mm∙hndash1) wspoacutełczynnik zmniejszania się infiltracji (stała recesji) opisujący dynamikę zjawiska (30 hndash1) a także czas całkowitego wysychania (3 dni) czyli długość okresu bezdeszczowe-go przyjęto za BORRISEM i in [2013] Opracowany model hydrodynamiczny zlewni i kanalizacji deszczowej nie został skalibrowany ponieważ nie były prowa-dzone badania ilości i jakości ściekoacutew deszczowych oraz wysokości opadoacutew w tej zlewni

Wykonany model oczyszczalni woacuted deszczowych umożliwił przeprowadzenie symulacji działania poszczegoacutelnych jej obiektoacutew w zależności od roacuteżnych scena-riuszy opadowych W modelu OWD wydzielono komorę rozdziału ściekoacutew z prze-lewem burzowym separator osadnik oraz poszczegoacutelne komory połączeniowe Spadki podłużne długości i średnice rurociągoacutew a także wymiary urządzeń okre-ślono na podstawie bdquoDokumentacjihelliprdquo [PPUH Koncept-Plus 2008] Wartości wspoacutełczynnikoacutew oporoacutew miejscowych w kanałach przyjęto za IDELrsquoCHIKIEM [1996] Osadnik oraz separator zdefiniowano jako zbiorniki retencyjne oraz przyję-to schemat hydrauliczny przelewu o ostrej krawędzi przy czym wartość wspoacuteł-czynnika wydatku przelewu określono jako 0415 [ROSSMANN 2004] Do obli-czeń depozycji zanieczyszczeń i ich zmywania z terenu zastosowano modele eks-potencjalny i wykładniczy opisane odpowiednio roacutewnaniami (1) i (2) ktoacuterych pa-rametry przyjęto za BORRISEM i in [2013]

tCeCB 21 1 (1)

BqCW C403 (2)

gdzie B = aktualna akumulacja zanieczyszczeń kg∙handash1 C1 = maksymalna ilość zanieczyszczeń zgromadzona na powierzchni zlewni

kg∙handash1 C2 = szybkość depozycji zanieczyszczeń dnindash1 przyjęto C2 = 01 dnindash1 t = czas gromadzenia zanieczyszczeń t = 3 dni W = intensywność zmywania zanieczyszczeń kg∙(ha∙s)ndash1 C3 = wspoacutełczynnik szybkości zmywania przyjęto C3 = 012 C4 = wspoacutełczynnik potęgowy przyjęto C4 = 115 q0 = intensywność spływu powierzchniowego mm∙hndash1

24 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Do oceny funkcjonowania obiektu wykorzystano 2-letnie wyniki opadoacutew pro-wadzone w latach 2010ndash2011 na posterunku opadowym zlokalizowanym w odle-głości ok 13 km od zachodniej granicy badanej zlewni W celu wydzielenia po-szczegoacutelnych zdarzeń przyjęto czas separacji roacutewny 6 h oraz minimalną wysokość opadu roacutewną 13 mm [LICZNAR ŁOMOTOWSKI 2005] Na tej podstawie uzyskano 33 zdarzenia opadowe podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min i P = 18ndash446 mm (tab 1)

Pomierzone szeregi opadowe o dużej rozdzielczości (krok czasowy 5 minut) wprowadzono do programu SWMM i wykonano symulacje ciągłe działania sieci kanalizacyjnej za pomocą modelu fali dynamicznej z krokiem czasowym dt roacutew-nym 1 min Dodatkowo dokonano klasyfikacji zdarzeń opadowych na podstawie częstości występowania zrzutu ściekoacutew przelewem burzowym Do tego celu wyko-rzystano skalę opisową Chomicza w ktoacuterej podstawą klasyfikacji jest wyrażenie o postaci [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006]

dtP 0 (3)

gdzie td = czas trwania deszczu min P = wydajność deszczu ndash wysokość warstwy opadu mm α0 = wspoacutełczynnik wydajności deszczu roacutewny α0 = 205k k = numer w skali Chomicza przypisany kategorii deszczu oznaczonej zna-

kiem literowym

Na podstawie symulacji wykonanych w programie SWMM chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych obliczono zgodnie z następującą zależnością

sQł ii (4)

gdzie łi = chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych kg∙sndash1 Qi = natężenie przepływu ściekoacutew uzyskane z symulacji m3∙sndash1 s = stężenie zawiesin ogoacutelnych uzyskane z symulacji kg∙mndash3

Masę zawiesin ogoacutelnych (ładunek wyrażony w kg dla przyjętego kroku czaso-wego) dopływających z analizowanej zlewni określono wg następującego wzoru

tłł

Mn

i

ii

1

1

2 (5)

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 2: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

18 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

WSTĘP

Określenie ładunku zanieczyszczeń w ściekach deszczowych odprowadzanych do odbiornika ma kluczowe znaczenie w wymiarowaniu oczyszczalni woacuted desz-czowych (OWD) Bardzo ważne jest określenie rzeczywistych ilości ściekoacutew desz-czowych oraz stężenia zanieczyszczeń dopływających ze zlewni gdyż to one de-terminują rodzaj i wielkość zastosowanych urządzeń Przyjmowanie wartości lite-raturowych koncentracji zanieczyszczeń bez uwzględnienia charakterystyki od-wadnianego terenu rozkładu opadoacutew atmosferycznych na badanym obszarze czy charakterystyki sieci kanalizacyjnej może prowadzić do znacznych błędoacutew na eta-pie projektowania oczyszczalni Prowadzone na terenie Kielc badania jakości ście-koacutew deszczowych i roztopowych potwierdzają dużą zmienność wskaźnikoacutew zanie-czyszczeń szczegoacutelnie w zakresie zawiesin ogoacutelnych w odniesieniu nie tylko do pory roku ale także przebiegu danego wezbrania (zjawisko pierwszej fali zanie-czyszczeń) [BĄK i in 2012 DĄBKOWSKI i in 2010 GOacuteRSKA 2012]

Obowiązujące w Polsce przepisy dotyczące odprowadzenia woacuted opadowych i roztopowych ujętych w systemy kanalizacyjne i pochodzących głoacutewnie z po-wierzchni szczelnych określają dopuszczalne stężenia zawiesin ogoacutelnych (max 100 mgmiddotdmndash3) i węglowodoroacutew ropopochodnych (max 15 mgmiddotdmndash3) w ściekach wprowadzanych do woacuted lub ziemi [Rozporządzeniehellip 2014a] Z kolei wg obowią-zującego katalogu odpadoacutew [Rozporządzeniehellip 2014b] osady i szlamy pochodzące z piaskownikoacutew kolektoroacutew oraz separatoroacutew substancji ropopochodnych trakto-wane są jako niebezpieczne ndash kody od 13 05 01 do 13 05 08 Należy pamiętać że osady odkładają się nie tylko w urządzeniach wchodzących w skład OWD ale tak-że w poszczegoacutelnych obiektach samej sieci kanalizacyjnej takich jak osadniki wpustoacutew ulicznych czy studzienki kanalizacyjne [KULICZKOWSKI i in 2005] Te ostatnie nie są już traktowane jako niebezpieczne ndash zaklasyfikowano je do grupy 20 03 06 ndash odpady ze studzienek kanalizacyjnych [Rozporządzeniehellip 2014b]

W większości przypadkoacutew ciąg technologiczny oczyszczalni woacuted deszczo-wych składa się z osadnika lub piaskownika (poziomego pionowego wirowego) oraz separatora (koalescencyjnego lamelowego) Minimalna ilość woacuted opadowych lub roztopowych ktoacuterą należy oczyścić powstaje z opadoacutew o natężeniu co naj-mniej 15 dm3(s∙ha)ndash1 [Rozporządzeniehellip 2014a] przy czym nie jest sprecyzowa-ne czy w obliczeniach należy przyjąć stałe czy zmienne natężenie opadu Jest to niezwykle istotne w określaniu ilości woacuted dopływających ze zlewni ktoacutere mogą zostać odprowadzone bezpośrednio do odbiornika bez podczyszczania Dlatego tak ważnym elementem OWD jest komora rozdziału ściekoacutew z przelewem burzo-wym ktoacuterego rodzaj i sposoacuteb obliczania w wielu opracowaniach projektowych pozostawia wiele do życzenia

Powszechnie stosowane w Polsce metody obliczania hydrogramoacutew dopływu (granicznych lub stałych natężeń deszczu) są bardzo uproszczonymi narzędziami i nie uwzględniają wielu czynnikoacutew takich jak zmienność uwilgotnienia zlewni

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 19

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

w czasie zdarzenia opadowego długość okresu bezdeszczowego nieroacutewnomier-ność rozkładu natężenia deszczu kierunek przemieszczania się frontu opadowego [MROWIEC 2009] ktoacuterych pominięcie może prowadzić do znacznych błędoacutew obli-czeniowych [Arbeitsblatthellip 2006 BARSZCZ 2012 BŁASZCZYK 1988 OSMOacuteLSKA- -MROacuteZ i in 1984] Wskazane jest zatem określanie ilości i jakości ściekoacutew desz-czowych na drodze modelowania matematycznego [BERETTA i in 2007 CAMBEZ

i in 2008 HUBER DICKINSON 1992 MROWIEC SOBCZYK 2014] Do modelowania spływu powierzchniowego stosowane są roacutewnież modele docelowo opracowane dla zlewni typowo rolniczych niemniej podejmowane są proacuteby ich zastosowania w odniesieniu do zlewni zurbanizowanych [BANASIK 2009 CIEPIELOWSKI DĄB-

KOWSKI 2006] Istniejące modele stochastyczne [LIU i in 2012 SHARIF i in 2011] mają najczęściej charakter lokalny i definiowane w nich parametry w każdej anali-zowanej zlewni będą znacznie się roacuteżniły Z kolei modele deterministyczne [HU-

BER DICKINSON 1992] umożliwiają ustalenie wpływu poszczegoacutelnych parametroacutew na uzyskiwane wyniki ale konieczna jest znajomość wielu parametroacutew wejścio-wych opisujących procesy gromadzenia się zanieczyszczeń i ich zmywania z po-wierzchni zlewni Jednym z takich modeli jest program SWMM (ang Storm Water Management Model) dający możliwość określenia nie tylko wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu ale także wyznaczania przebiegu zmienności zanieczyszczeń w czasie trwania zdarzenia opadowego [WIDOMSKI i in 2012]

Celem badań była ocena funkcjonowania istniejącej oczyszczalni woacuted desz-czowych na podstawie wynikoacutew symulacji uzyskanych za pomocą stworzonego modelu hydrodynamicznego oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) oraz obszaru zlewni wraz z siecią kanalizacji deszczowej Opracowany w programie SWMM model matematyczny posłużył do określenia obciążenia ładunkiem zawiesin ogoacutel-nych obiektoacutew oczyszczalni oraz ustalenia ilości ściekoacutew spływających ze zlewni i oczyszczanych bądź zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Przedmiotowa oczyszczalnia woacuted deszczowych jest jednym z 47 obiektoacutew ist-niejących obecnie na terenie miasta Kielce wchodzącym w skład rozdzielczej sieci kanalizacji deszczowej złożonej z ok 235 km kanałoacutew i ok 35 km rowoacutew otwar-tych Analizowana zlewnia kanału Si15 znajduje się w poacutełnocnej części miasta Od strony wschodniej i częściowo poacutełnocnej ograniczona jest rowem otwartym odbie-rającym wody deszczowe spływające od strony zwartego kompleksu leśnego Roacutew ten przechodzi na wysokości ulicy Witosa (południowa granica zlewni) w kanał zamknięty o średnicy oslash 800 mm a po doprowadzeniu ściekoacutew deszczowych z OWD całość kierowana jest do odbiornika (rzeka Silnica w km 11+580) ndash rysu-nek 1

20 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 1 Lokalizacja kolektora Si15 wraz z układem kanałoacutew bocznych źroacutedło opracowanie własne

Fig 1 The location of Si15 collector with a system of lateral sewers source own elaboration

Sieć kanalizacyjna składa się z kolektora głoacutewnego (oslash 1200 i 1400 mm) o dłu-gości ok 760 m oraz kanałoacutew bocznych (oslash 300ndash800 mm) odbierających obecnie wody deszczowe z terenu osiedla Dąbrowa I a docelowo roacutewnież z projektowane-go osiedla Dąbrowa II uwzględnionego w planach zagospodarowanie przestrzen-nego miasta Według dokumentacji projektowej [PPUH Koncept-Plus 2008] za-budowę zlewni o powierzchni całkowitej 1317 ha stanowić będzie w perspekty-wie zabudowa wielorodzinna (456) i jednorodzinna (8481) oraz tereny zielo-ne (1063) Obecnie istniejąca zabudowa mieszkaniowa obejmuje powierzchnię 36 ha co stanowi ok 434 odwadnianego obszaru (Fcałk = 83 ha) Najwyższy

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 21

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

punkt na obszarze zlewni leży na wysokości 36550 m npm najniższy na wyso-kości 29125 m npm a średni spadek powierzchni wynosi 587

Ścieki z odwadnianego obszaru trafiają do bdquoOWD Witosardquo położonej przy zbiegu ulic Witosa i Karczunek Obiekt ten pierwotnie składał się z komory roz-działu kierującej ścieki do wstępnego piaskownika lub bezpośrednio do odbiornika Z piaskownika ścieki trafiały do drugiej komory rozdzielczej gdzie następował ich rozdział do dwoacutech zbiornikoacutew otwartych spełniających rolę osadnikoacutew poziomych Ilość odłożonych osadoacutew określona na podstawie kart odbioru odpadoacutew z lat 2002ndash2006 wyniosła 0020 m3middot(hamiddotmiesiąc)ndash1 [GOacuteRSKA 2008] Obecnie po prze-budowie zrealizowanej w 2009 r OWD składa się z komory rozdziału otwartego osadnika poziomego długości 50 m separatora koalescencyjnego oslash 30 m pom-powni woacuted z systemu drenażowego ndash rysunek 2 [PPUH Koncept-Plus 2008]

Rys 2 Schemat oczyszczalni woacuted deszczowych ndash OWD Witosa 1 = komora rozdziału 2 = osadnik

poziomy 3 = separator koalescencyjny 4 = przepompownia 5 = kanał zbierający 6 = przelew burzowy regulowany 7 = komora połączeniowa S1ndashS3 = studzienki kanalizacyjne

źroacutedło opracowanie własne

Fig 2 The scheme of stormwater treatment plant ndash Witosa STP 1 = separation chamber 2 = horizontal settling tank 3 = coalescence separator 4 = pumping station 5 = collecting sewer

6 = regulated stormwater overflow 7 = connection chamber S1ndashS3 = drainage catch pit source own elaboration

22 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Ścieki deszczowe dopływają kolektorem oslash 1400 mm do komory rozdziału z przelewem burzowym ktoacuterego wysokość jest regulowana w zakresie 40ndash65 cm Następnie dostają się do osadnika sześcioma przewodami PE oslash 600 mm rozmiesz-czonymi roacutewnomiernie na całej szerokości wlotu do osadnika (rys 2) Zawiesiny ogoacutelne sedymentują w osadniku a flotujące substancje ropopochodne są kierowane za pomocą specjalnego kanału zbierającego PE oslash 200 mm do separatora koalescen-cyjnego Oczyszczone ścieki z osadnika i separatora dopływają do komory połą-czeniowej do ktoacuterej wprowadzane są roacutewnież wody czyste spływające z lasu rowem otwartym Całość odpływa kanałem oslash 1400 mm do rzeki Silnicy Na końcu osadni-ka wykonano przelew burzowy regulowany a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu ndash drenaż z rur PE oslash 100 mm z ktoacuterego woda jest od-prowadzana do przepompowni a następnie tłoczona do studzienki S3 (rys 2)

W celu ustalenia projektowanego obciążenia hydraulicznego oczyszczalni woacuted deszczowych wykonano w programie SWMM 50 model hydrodynamiczny zlewni wraz z kanalizacją deszczową Obliczenia przeprowadzono wyłącznie dla zlewni o istniejącej zabudowie (stan obecny) gdyż na razie brak koncepcji układu sieci kanalizacji deszczowej na obszarze ktoacutery będzie w perspektywie rozbudowany Model zlewni składa się z 51 zlewni cząstkowych o powierzchniach od 014 do 650 ha 76 węzłoacutew i 97 odcinkoacutew przewodoacutew (rys 3)

Rys 3 Schemat zlewni zurbanizowanej kanału Si15 źroacutedło opracowanie własne

Fig 3 The scheme of urbanized catchment of sewer Si15 source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 23

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Spadki terenoacutew szerokości droacuteg spływu wspoacutełczynniki szorstkości terenu oraz udział terenoacutew uszczelnionych w poszczegoacutelnych zlewniach ustalono na podstawie map topograficznych natomiast spadki kanałoacutew średnice i materiał przewodoacutew przyjęto zgodnie z mapami zasadniczymi Retencję oraz wspoacutełczynniki szorstkości terenoacutew uszczelnionych i nieuszczelnionych przyjęto na poziomie odpowiednio 25 i 50 mm oraz 0015 i 015 mndash13∙s Początkową (maksymalną) i końcową (minimal-ną) prędkość infiltracji w gruncie (odpowiednio 90 i 15 mm∙hndash1) wspoacutełczynnik zmniejszania się infiltracji (stała recesji) opisujący dynamikę zjawiska (30 hndash1) a także czas całkowitego wysychania (3 dni) czyli długość okresu bezdeszczowe-go przyjęto za BORRISEM i in [2013] Opracowany model hydrodynamiczny zlewni i kanalizacji deszczowej nie został skalibrowany ponieważ nie były prowa-dzone badania ilości i jakości ściekoacutew deszczowych oraz wysokości opadoacutew w tej zlewni

Wykonany model oczyszczalni woacuted deszczowych umożliwił przeprowadzenie symulacji działania poszczegoacutelnych jej obiektoacutew w zależności od roacuteżnych scena-riuszy opadowych W modelu OWD wydzielono komorę rozdziału ściekoacutew z prze-lewem burzowym separator osadnik oraz poszczegoacutelne komory połączeniowe Spadki podłużne długości i średnice rurociągoacutew a także wymiary urządzeń okre-ślono na podstawie bdquoDokumentacjihelliprdquo [PPUH Koncept-Plus 2008] Wartości wspoacutełczynnikoacutew oporoacutew miejscowych w kanałach przyjęto za IDELrsquoCHIKIEM [1996] Osadnik oraz separator zdefiniowano jako zbiorniki retencyjne oraz przyję-to schemat hydrauliczny przelewu o ostrej krawędzi przy czym wartość wspoacuteł-czynnika wydatku przelewu określono jako 0415 [ROSSMANN 2004] Do obli-czeń depozycji zanieczyszczeń i ich zmywania z terenu zastosowano modele eks-potencjalny i wykładniczy opisane odpowiednio roacutewnaniami (1) i (2) ktoacuterych pa-rametry przyjęto za BORRISEM i in [2013]

tCeCB 21 1 (1)

BqCW C403 (2)

gdzie B = aktualna akumulacja zanieczyszczeń kg∙handash1 C1 = maksymalna ilość zanieczyszczeń zgromadzona na powierzchni zlewni

kg∙handash1 C2 = szybkość depozycji zanieczyszczeń dnindash1 przyjęto C2 = 01 dnindash1 t = czas gromadzenia zanieczyszczeń t = 3 dni W = intensywność zmywania zanieczyszczeń kg∙(ha∙s)ndash1 C3 = wspoacutełczynnik szybkości zmywania przyjęto C3 = 012 C4 = wspoacutełczynnik potęgowy przyjęto C4 = 115 q0 = intensywność spływu powierzchniowego mm∙hndash1

24 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Do oceny funkcjonowania obiektu wykorzystano 2-letnie wyniki opadoacutew pro-wadzone w latach 2010ndash2011 na posterunku opadowym zlokalizowanym w odle-głości ok 13 km od zachodniej granicy badanej zlewni W celu wydzielenia po-szczegoacutelnych zdarzeń przyjęto czas separacji roacutewny 6 h oraz minimalną wysokość opadu roacutewną 13 mm [LICZNAR ŁOMOTOWSKI 2005] Na tej podstawie uzyskano 33 zdarzenia opadowe podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min i P = 18ndash446 mm (tab 1)

Pomierzone szeregi opadowe o dużej rozdzielczości (krok czasowy 5 minut) wprowadzono do programu SWMM i wykonano symulacje ciągłe działania sieci kanalizacyjnej za pomocą modelu fali dynamicznej z krokiem czasowym dt roacutew-nym 1 min Dodatkowo dokonano klasyfikacji zdarzeń opadowych na podstawie częstości występowania zrzutu ściekoacutew przelewem burzowym Do tego celu wyko-rzystano skalę opisową Chomicza w ktoacuterej podstawą klasyfikacji jest wyrażenie o postaci [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006]

dtP 0 (3)

gdzie td = czas trwania deszczu min P = wydajność deszczu ndash wysokość warstwy opadu mm α0 = wspoacutełczynnik wydajności deszczu roacutewny α0 = 205k k = numer w skali Chomicza przypisany kategorii deszczu oznaczonej zna-

kiem literowym

Na podstawie symulacji wykonanych w programie SWMM chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych obliczono zgodnie z następującą zależnością

sQł ii (4)

gdzie łi = chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych kg∙sndash1 Qi = natężenie przepływu ściekoacutew uzyskane z symulacji m3∙sndash1 s = stężenie zawiesin ogoacutelnych uzyskane z symulacji kg∙mndash3

Masę zawiesin ogoacutelnych (ładunek wyrażony w kg dla przyjętego kroku czaso-wego) dopływających z analizowanej zlewni określono wg następującego wzoru

tłł

Mn

i

ii

1

1

2 (5)

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 3: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 19

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

w czasie zdarzenia opadowego długość okresu bezdeszczowego nieroacutewnomier-ność rozkładu natężenia deszczu kierunek przemieszczania się frontu opadowego [MROWIEC 2009] ktoacuterych pominięcie może prowadzić do znacznych błędoacutew obli-czeniowych [Arbeitsblatthellip 2006 BARSZCZ 2012 BŁASZCZYK 1988 OSMOacuteLSKA- -MROacuteZ i in 1984] Wskazane jest zatem określanie ilości i jakości ściekoacutew desz-czowych na drodze modelowania matematycznego [BERETTA i in 2007 CAMBEZ

i in 2008 HUBER DICKINSON 1992 MROWIEC SOBCZYK 2014] Do modelowania spływu powierzchniowego stosowane są roacutewnież modele docelowo opracowane dla zlewni typowo rolniczych niemniej podejmowane są proacuteby ich zastosowania w odniesieniu do zlewni zurbanizowanych [BANASIK 2009 CIEPIELOWSKI DĄB-

KOWSKI 2006] Istniejące modele stochastyczne [LIU i in 2012 SHARIF i in 2011] mają najczęściej charakter lokalny i definiowane w nich parametry w każdej anali-zowanej zlewni będą znacznie się roacuteżniły Z kolei modele deterministyczne [HU-

BER DICKINSON 1992] umożliwiają ustalenie wpływu poszczegoacutelnych parametroacutew na uzyskiwane wyniki ale konieczna jest znajomość wielu parametroacutew wejścio-wych opisujących procesy gromadzenia się zanieczyszczeń i ich zmywania z po-wierzchni zlewni Jednym z takich modeli jest program SWMM (ang Storm Water Management Model) dający możliwość określenia nie tylko wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu ale także wyznaczania przebiegu zmienności zanieczyszczeń w czasie trwania zdarzenia opadowego [WIDOMSKI i in 2012]

Celem badań była ocena funkcjonowania istniejącej oczyszczalni woacuted desz-czowych na podstawie wynikoacutew symulacji uzyskanych za pomocą stworzonego modelu hydrodynamicznego oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) oraz obszaru zlewni wraz z siecią kanalizacji deszczowej Opracowany w programie SWMM model matematyczny posłużył do określenia obciążenia ładunkiem zawiesin ogoacutel-nych obiektoacutew oczyszczalni oraz ustalenia ilości ściekoacutew spływających ze zlewni i oczyszczanych bądź zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Przedmiotowa oczyszczalnia woacuted deszczowych jest jednym z 47 obiektoacutew ist-niejących obecnie na terenie miasta Kielce wchodzącym w skład rozdzielczej sieci kanalizacji deszczowej złożonej z ok 235 km kanałoacutew i ok 35 km rowoacutew otwar-tych Analizowana zlewnia kanału Si15 znajduje się w poacutełnocnej części miasta Od strony wschodniej i częściowo poacutełnocnej ograniczona jest rowem otwartym odbie-rającym wody deszczowe spływające od strony zwartego kompleksu leśnego Roacutew ten przechodzi na wysokości ulicy Witosa (południowa granica zlewni) w kanał zamknięty o średnicy oslash 800 mm a po doprowadzeniu ściekoacutew deszczowych z OWD całość kierowana jest do odbiornika (rzeka Silnica w km 11+580) ndash rysu-nek 1

20 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 1 Lokalizacja kolektora Si15 wraz z układem kanałoacutew bocznych źroacutedło opracowanie własne

Fig 1 The location of Si15 collector with a system of lateral sewers source own elaboration

Sieć kanalizacyjna składa się z kolektora głoacutewnego (oslash 1200 i 1400 mm) o dłu-gości ok 760 m oraz kanałoacutew bocznych (oslash 300ndash800 mm) odbierających obecnie wody deszczowe z terenu osiedla Dąbrowa I a docelowo roacutewnież z projektowane-go osiedla Dąbrowa II uwzględnionego w planach zagospodarowanie przestrzen-nego miasta Według dokumentacji projektowej [PPUH Koncept-Plus 2008] za-budowę zlewni o powierzchni całkowitej 1317 ha stanowić będzie w perspekty-wie zabudowa wielorodzinna (456) i jednorodzinna (8481) oraz tereny zielo-ne (1063) Obecnie istniejąca zabudowa mieszkaniowa obejmuje powierzchnię 36 ha co stanowi ok 434 odwadnianego obszaru (Fcałk = 83 ha) Najwyższy

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 21

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

punkt na obszarze zlewni leży na wysokości 36550 m npm najniższy na wyso-kości 29125 m npm a średni spadek powierzchni wynosi 587

Ścieki z odwadnianego obszaru trafiają do bdquoOWD Witosardquo położonej przy zbiegu ulic Witosa i Karczunek Obiekt ten pierwotnie składał się z komory roz-działu kierującej ścieki do wstępnego piaskownika lub bezpośrednio do odbiornika Z piaskownika ścieki trafiały do drugiej komory rozdzielczej gdzie następował ich rozdział do dwoacutech zbiornikoacutew otwartych spełniających rolę osadnikoacutew poziomych Ilość odłożonych osadoacutew określona na podstawie kart odbioru odpadoacutew z lat 2002ndash2006 wyniosła 0020 m3middot(hamiddotmiesiąc)ndash1 [GOacuteRSKA 2008] Obecnie po prze-budowie zrealizowanej w 2009 r OWD składa się z komory rozdziału otwartego osadnika poziomego długości 50 m separatora koalescencyjnego oslash 30 m pom-powni woacuted z systemu drenażowego ndash rysunek 2 [PPUH Koncept-Plus 2008]

Rys 2 Schemat oczyszczalni woacuted deszczowych ndash OWD Witosa 1 = komora rozdziału 2 = osadnik

poziomy 3 = separator koalescencyjny 4 = przepompownia 5 = kanał zbierający 6 = przelew burzowy regulowany 7 = komora połączeniowa S1ndashS3 = studzienki kanalizacyjne

źroacutedło opracowanie własne

Fig 2 The scheme of stormwater treatment plant ndash Witosa STP 1 = separation chamber 2 = horizontal settling tank 3 = coalescence separator 4 = pumping station 5 = collecting sewer

6 = regulated stormwater overflow 7 = connection chamber S1ndashS3 = drainage catch pit source own elaboration

22 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Ścieki deszczowe dopływają kolektorem oslash 1400 mm do komory rozdziału z przelewem burzowym ktoacuterego wysokość jest regulowana w zakresie 40ndash65 cm Następnie dostają się do osadnika sześcioma przewodami PE oslash 600 mm rozmiesz-czonymi roacutewnomiernie na całej szerokości wlotu do osadnika (rys 2) Zawiesiny ogoacutelne sedymentują w osadniku a flotujące substancje ropopochodne są kierowane za pomocą specjalnego kanału zbierającego PE oslash 200 mm do separatora koalescen-cyjnego Oczyszczone ścieki z osadnika i separatora dopływają do komory połą-czeniowej do ktoacuterej wprowadzane są roacutewnież wody czyste spływające z lasu rowem otwartym Całość odpływa kanałem oslash 1400 mm do rzeki Silnicy Na końcu osadni-ka wykonano przelew burzowy regulowany a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu ndash drenaż z rur PE oslash 100 mm z ktoacuterego woda jest od-prowadzana do przepompowni a następnie tłoczona do studzienki S3 (rys 2)

W celu ustalenia projektowanego obciążenia hydraulicznego oczyszczalni woacuted deszczowych wykonano w programie SWMM 50 model hydrodynamiczny zlewni wraz z kanalizacją deszczową Obliczenia przeprowadzono wyłącznie dla zlewni o istniejącej zabudowie (stan obecny) gdyż na razie brak koncepcji układu sieci kanalizacji deszczowej na obszarze ktoacutery będzie w perspektywie rozbudowany Model zlewni składa się z 51 zlewni cząstkowych o powierzchniach od 014 do 650 ha 76 węzłoacutew i 97 odcinkoacutew przewodoacutew (rys 3)

Rys 3 Schemat zlewni zurbanizowanej kanału Si15 źroacutedło opracowanie własne

Fig 3 The scheme of urbanized catchment of sewer Si15 source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 23

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Spadki terenoacutew szerokości droacuteg spływu wspoacutełczynniki szorstkości terenu oraz udział terenoacutew uszczelnionych w poszczegoacutelnych zlewniach ustalono na podstawie map topograficznych natomiast spadki kanałoacutew średnice i materiał przewodoacutew przyjęto zgodnie z mapami zasadniczymi Retencję oraz wspoacutełczynniki szorstkości terenoacutew uszczelnionych i nieuszczelnionych przyjęto na poziomie odpowiednio 25 i 50 mm oraz 0015 i 015 mndash13∙s Początkową (maksymalną) i końcową (minimal-ną) prędkość infiltracji w gruncie (odpowiednio 90 i 15 mm∙hndash1) wspoacutełczynnik zmniejszania się infiltracji (stała recesji) opisujący dynamikę zjawiska (30 hndash1) a także czas całkowitego wysychania (3 dni) czyli długość okresu bezdeszczowe-go przyjęto za BORRISEM i in [2013] Opracowany model hydrodynamiczny zlewni i kanalizacji deszczowej nie został skalibrowany ponieważ nie były prowa-dzone badania ilości i jakości ściekoacutew deszczowych oraz wysokości opadoacutew w tej zlewni

Wykonany model oczyszczalni woacuted deszczowych umożliwił przeprowadzenie symulacji działania poszczegoacutelnych jej obiektoacutew w zależności od roacuteżnych scena-riuszy opadowych W modelu OWD wydzielono komorę rozdziału ściekoacutew z prze-lewem burzowym separator osadnik oraz poszczegoacutelne komory połączeniowe Spadki podłużne długości i średnice rurociągoacutew a także wymiary urządzeń okre-ślono na podstawie bdquoDokumentacjihelliprdquo [PPUH Koncept-Plus 2008] Wartości wspoacutełczynnikoacutew oporoacutew miejscowych w kanałach przyjęto za IDELrsquoCHIKIEM [1996] Osadnik oraz separator zdefiniowano jako zbiorniki retencyjne oraz przyję-to schemat hydrauliczny przelewu o ostrej krawędzi przy czym wartość wspoacuteł-czynnika wydatku przelewu określono jako 0415 [ROSSMANN 2004] Do obli-czeń depozycji zanieczyszczeń i ich zmywania z terenu zastosowano modele eks-potencjalny i wykładniczy opisane odpowiednio roacutewnaniami (1) i (2) ktoacuterych pa-rametry przyjęto za BORRISEM i in [2013]

tCeCB 21 1 (1)

BqCW C403 (2)

gdzie B = aktualna akumulacja zanieczyszczeń kg∙handash1 C1 = maksymalna ilość zanieczyszczeń zgromadzona na powierzchni zlewni

kg∙handash1 C2 = szybkość depozycji zanieczyszczeń dnindash1 przyjęto C2 = 01 dnindash1 t = czas gromadzenia zanieczyszczeń t = 3 dni W = intensywność zmywania zanieczyszczeń kg∙(ha∙s)ndash1 C3 = wspoacutełczynnik szybkości zmywania przyjęto C3 = 012 C4 = wspoacutełczynnik potęgowy przyjęto C4 = 115 q0 = intensywność spływu powierzchniowego mm∙hndash1

24 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Do oceny funkcjonowania obiektu wykorzystano 2-letnie wyniki opadoacutew pro-wadzone w latach 2010ndash2011 na posterunku opadowym zlokalizowanym w odle-głości ok 13 km od zachodniej granicy badanej zlewni W celu wydzielenia po-szczegoacutelnych zdarzeń przyjęto czas separacji roacutewny 6 h oraz minimalną wysokość opadu roacutewną 13 mm [LICZNAR ŁOMOTOWSKI 2005] Na tej podstawie uzyskano 33 zdarzenia opadowe podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min i P = 18ndash446 mm (tab 1)

Pomierzone szeregi opadowe o dużej rozdzielczości (krok czasowy 5 minut) wprowadzono do programu SWMM i wykonano symulacje ciągłe działania sieci kanalizacyjnej za pomocą modelu fali dynamicznej z krokiem czasowym dt roacutew-nym 1 min Dodatkowo dokonano klasyfikacji zdarzeń opadowych na podstawie częstości występowania zrzutu ściekoacutew przelewem burzowym Do tego celu wyko-rzystano skalę opisową Chomicza w ktoacuterej podstawą klasyfikacji jest wyrażenie o postaci [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006]

dtP 0 (3)

gdzie td = czas trwania deszczu min P = wydajność deszczu ndash wysokość warstwy opadu mm α0 = wspoacutełczynnik wydajności deszczu roacutewny α0 = 205k k = numer w skali Chomicza przypisany kategorii deszczu oznaczonej zna-

kiem literowym

Na podstawie symulacji wykonanych w programie SWMM chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych obliczono zgodnie z następującą zależnością

sQł ii (4)

gdzie łi = chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych kg∙sndash1 Qi = natężenie przepływu ściekoacutew uzyskane z symulacji m3∙sndash1 s = stężenie zawiesin ogoacutelnych uzyskane z symulacji kg∙mndash3

Masę zawiesin ogoacutelnych (ładunek wyrażony w kg dla przyjętego kroku czaso-wego) dopływających z analizowanej zlewni określono wg następującego wzoru

tłł

Mn

i

ii

1

1

2 (5)

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 4: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

20 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 1 Lokalizacja kolektora Si15 wraz z układem kanałoacutew bocznych źroacutedło opracowanie własne

Fig 1 The location of Si15 collector with a system of lateral sewers source own elaboration

Sieć kanalizacyjna składa się z kolektora głoacutewnego (oslash 1200 i 1400 mm) o dłu-gości ok 760 m oraz kanałoacutew bocznych (oslash 300ndash800 mm) odbierających obecnie wody deszczowe z terenu osiedla Dąbrowa I a docelowo roacutewnież z projektowane-go osiedla Dąbrowa II uwzględnionego w planach zagospodarowanie przestrzen-nego miasta Według dokumentacji projektowej [PPUH Koncept-Plus 2008] za-budowę zlewni o powierzchni całkowitej 1317 ha stanowić będzie w perspekty-wie zabudowa wielorodzinna (456) i jednorodzinna (8481) oraz tereny zielo-ne (1063) Obecnie istniejąca zabudowa mieszkaniowa obejmuje powierzchnię 36 ha co stanowi ok 434 odwadnianego obszaru (Fcałk = 83 ha) Najwyższy

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 21

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

punkt na obszarze zlewni leży na wysokości 36550 m npm najniższy na wyso-kości 29125 m npm a średni spadek powierzchni wynosi 587

Ścieki z odwadnianego obszaru trafiają do bdquoOWD Witosardquo położonej przy zbiegu ulic Witosa i Karczunek Obiekt ten pierwotnie składał się z komory roz-działu kierującej ścieki do wstępnego piaskownika lub bezpośrednio do odbiornika Z piaskownika ścieki trafiały do drugiej komory rozdzielczej gdzie następował ich rozdział do dwoacutech zbiornikoacutew otwartych spełniających rolę osadnikoacutew poziomych Ilość odłożonych osadoacutew określona na podstawie kart odbioru odpadoacutew z lat 2002ndash2006 wyniosła 0020 m3middot(hamiddotmiesiąc)ndash1 [GOacuteRSKA 2008] Obecnie po prze-budowie zrealizowanej w 2009 r OWD składa się z komory rozdziału otwartego osadnika poziomego długości 50 m separatora koalescencyjnego oslash 30 m pom-powni woacuted z systemu drenażowego ndash rysunek 2 [PPUH Koncept-Plus 2008]

Rys 2 Schemat oczyszczalni woacuted deszczowych ndash OWD Witosa 1 = komora rozdziału 2 = osadnik

poziomy 3 = separator koalescencyjny 4 = przepompownia 5 = kanał zbierający 6 = przelew burzowy regulowany 7 = komora połączeniowa S1ndashS3 = studzienki kanalizacyjne

źroacutedło opracowanie własne

Fig 2 The scheme of stormwater treatment plant ndash Witosa STP 1 = separation chamber 2 = horizontal settling tank 3 = coalescence separator 4 = pumping station 5 = collecting sewer

6 = regulated stormwater overflow 7 = connection chamber S1ndashS3 = drainage catch pit source own elaboration

22 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Ścieki deszczowe dopływają kolektorem oslash 1400 mm do komory rozdziału z przelewem burzowym ktoacuterego wysokość jest regulowana w zakresie 40ndash65 cm Następnie dostają się do osadnika sześcioma przewodami PE oslash 600 mm rozmiesz-czonymi roacutewnomiernie na całej szerokości wlotu do osadnika (rys 2) Zawiesiny ogoacutelne sedymentują w osadniku a flotujące substancje ropopochodne są kierowane za pomocą specjalnego kanału zbierającego PE oslash 200 mm do separatora koalescen-cyjnego Oczyszczone ścieki z osadnika i separatora dopływają do komory połą-czeniowej do ktoacuterej wprowadzane są roacutewnież wody czyste spływające z lasu rowem otwartym Całość odpływa kanałem oslash 1400 mm do rzeki Silnicy Na końcu osadni-ka wykonano przelew burzowy regulowany a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu ndash drenaż z rur PE oslash 100 mm z ktoacuterego woda jest od-prowadzana do przepompowni a następnie tłoczona do studzienki S3 (rys 2)

W celu ustalenia projektowanego obciążenia hydraulicznego oczyszczalni woacuted deszczowych wykonano w programie SWMM 50 model hydrodynamiczny zlewni wraz z kanalizacją deszczową Obliczenia przeprowadzono wyłącznie dla zlewni o istniejącej zabudowie (stan obecny) gdyż na razie brak koncepcji układu sieci kanalizacji deszczowej na obszarze ktoacutery będzie w perspektywie rozbudowany Model zlewni składa się z 51 zlewni cząstkowych o powierzchniach od 014 do 650 ha 76 węzłoacutew i 97 odcinkoacutew przewodoacutew (rys 3)

Rys 3 Schemat zlewni zurbanizowanej kanału Si15 źroacutedło opracowanie własne

Fig 3 The scheme of urbanized catchment of sewer Si15 source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 23

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Spadki terenoacutew szerokości droacuteg spływu wspoacutełczynniki szorstkości terenu oraz udział terenoacutew uszczelnionych w poszczegoacutelnych zlewniach ustalono na podstawie map topograficznych natomiast spadki kanałoacutew średnice i materiał przewodoacutew przyjęto zgodnie z mapami zasadniczymi Retencję oraz wspoacutełczynniki szorstkości terenoacutew uszczelnionych i nieuszczelnionych przyjęto na poziomie odpowiednio 25 i 50 mm oraz 0015 i 015 mndash13∙s Początkową (maksymalną) i końcową (minimal-ną) prędkość infiltracji w gruncie (odpowiednio 90 i 15 mm∙hndash1) wspoacutełczynnik zmniejszania się infiltracji (stała recesji) opisujący dynamikę zjawiska (30 hndash1) a także czas całkowitego wysychania (3 dni) czyli długość okresu bezdeszczowe-go przyjęto za BORRISEM i in [2013] Opracowany model hydrodynamiczny zlewni i kanalizacji deszczowej nie został skalibrowany ponieważ nie były prowa-dzone badania ilości i jakości ściekoacutew deszczowych oraz wysokości opadoacutew w tej zlewni

Wykonany model oczyszczalni woacuted deszczowych umożliwił przeprowadzenie symulacji działania poszczegoacutelnych jej obiektoacutew w zależności od roacuteżnych scena-riuszy opadowych W modelu OWD wydzielono komorę rozdziału ściekoacutew z prze-lewem burzowym separator osadnik oraz poszczegoacutelne komory połączeniowe Spadki podłużne długości i średnice rurociągoacutew a także wymiary urządzeń okre-ślono na podstawie bdquoDokumentacjihelliprdquo [PPUH Koncept-Plus 2008] Wartości wspoacutełczynnikoacutew oporoacutew miejscowych w kanałach przyjęto za IDELrsquoCHIKIEM [1996] Osadnik oraz separator zdefiniowano jako zbiorniki retencyjne oraz przyję-to schemat hydrauliczny przelewu o ostrej krawędzi przy czym wartość wspoacuteł-czynnika wydatku przelewu określono jako 0415 [ROSSMANN 2004] Do obli-czeń depozycji zanieczyszczeń i ich zmywania z terenu zastosowano modele eks-potencjalny i wykładniczy opisane odpowiednio roacutewnaniami (1) i (2) ktoacuterych pa-rametry przyjęto za BORRISEM i in [2013]

tCeCB 21 1 (1)

BqCW C403 (2)

gdzie B = aktualna akumulacja zanieczyszczeń kg∙handash1 C1 = maksymalna ilość zanieczyszczeń zgromadzona na powierzchni zlewni

kg∙handash1 C2 = szybkość depozycji zanieczyszczeń dnindash1 przyjęto C2 = 01 dnindash1 t = czas gromadzenia zanieczyszczeń t = 3 dni W = intensywność zmywania zanieczyszczeń kg∙(ha∙s)ndash1 C3 = wspoacutełczynnik szybkości zmywania przyjęto C3 = 012 C4 = wspoacutełczynnik potęgowy przyjęto C4 = 115 q0 = intensywność spływu powierzchniowego mm∙hndash1

24 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Do oceny funkcjonowania obiektu wykorzystano 2-letnie wyniki opadoacutew pro-wadzone w latach 2010ndash2011 na posterunku opadowym zlokalizowanym w odle-głości ok 13 km od zachodniej granicy badanej zlewni W celu wydzielenia po-szczegoacutelnych zdarzeń przyjęto czas separacji roacutewny 6 h oraz minimalną wysokość opadu roacutewną 13 mm [LICZNAR ŁOMOTOWSKI 2005] Na tej podstawie uzyskano 33 zdarzenia opadowe podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min i P = 18ndash446 mm (tab 1)

Pomierzone szeregi opadowe o dużej rozdzielczości (krok czasowy 5 minut) wprowadzono do programu SWMM i wykonano symulacje ciągłe działania sieci kanalizacyjnej za pomocą modelu fali dynamicznej z krokiem czasowym dt roacutew-nym 1 min Dodatkowo dokonano klasyfikacji zdarzeń opadowych na podstawie częstości występowania zrzutu ściekoacutew przelewem burzowym Do tego celu wyko-rzystano skalę opisową Chomicza w ktoacuterej podstawą klasyfikacji jest wyrażenie o postaci [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006]

dtP 0 (3)

gdzie td = czas trwania deszczu min P = wydajność deszczu ndash wysokość warstwy opadu mm α0 = wspoacutełczynnik wydajności deszczu roacutewny α0 = 205k k = numer w skali Chomicza przypisany kategorii deszczu oznaczonej zna-

kiem literowym

Na podstawie symulacji wykonanych w programie SWMM chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych obliczono zgodnie z następującą zależnością

sQł ii (4)

gdzie łi = chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych kg∙sndash1 Qi = natężenie przepływu ściekoacutew uzyskane z symulacji m3∙sndash1 s = stężenie zawiesin ogoacutelnych uzyskane z symulacji kg∙mndash3

Masę zawiesin ogoacutelnych (ładunek wyrażony w kg dla przyjętego kroku czaso-wego) dopływających z analizowanej zlewni określono wg następującego wzoru

tłł

Mn

i

ii

1

1

2 (5)

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 5: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 21

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

punkt na obszarze zlewni leży na wysokości 36550 m npm najniższy na wyso-kości 29125 m npm a średni spadek powierzchni wynosi 587

Ścieki z odwadnianego obszaru trafiają do bdquoOWD Witosardquo położonej przy zbiegu ulic Witosa i Karczunek Obiekt ten pierwotnie składał się z komory roz-działu kierującej ścieki do wstępnego piaskownika lub bezpośrednio do odbiornika Z piaskownika ścieki trafiały do drugiej komory rozdzielczej gdzie następował ich rozdział do dwoacutech zbiornikoacutew otwartych spełniających rolę osadnikoacutew poziomych Ilość odłożonych osadoacutew określona na podstawie kart odbioru odpadoacutew z lat 2002ndash2006 wyniosła 0020 m3middot(hamiddotmiesiąc)ndash1 [GOacuteRSKA 2008] Obecnie po prze-budowie zrealizowanej w 2009 r OWD składa się z komory rozdziału otwartego osadnika poziomego długości 50 m separatora koalescencyjnego oslash 30 m pom-powni woacuted z systemu drenażowego ndash rysunek 2 [PPUH Koncept-Plus 2008]

Rys 2 Schemat oczyszczalni woacuted deszczowych ndash OWD Witosa 1 = komora rozdziału 2 = osadnik

poziomy 3 = separator koalescencyjny 4 = przepompownia 5 = kanał zbierający 6 = przelew burzowy regulowany 7 = komora połączeniowa S1ndashS3 = studzienki kanalizacyjne

źroacutedło opracowanie własne

Fig 2 The scheme of stormwater treatment plant ndash Witosa STP 1 = separation chamber 2 = horizontal settling tank 3 = coalescence separator 4 = pumping station 5 = collecting sewer

6 = regulated stormwater overflow 7 = connection chamber S1ndashS3 = drainage catch pit source own elaboration

22 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Ścieki deszczowe dopływają kolektorem oslash 1400 mm do komory rozdziału z przelewem burzowym ktoacuterego wysokość jest regulowana w zakresie 40ndash65 cm Następnie dostają się do osadnika sześcioma przewodami PE oslash 600 mm rozmiesz-czonymi roacutewnomiernie na całej szerokości wlotu do osadnika (rys 2) Zawiesiny ogoacutelne sedymentują w osadniku a flotujące substancje ropopochodne są kierowane za pomocą specjalnego kanału zbierającego PE oslash 200 mm do separatora koalescen-cyjnego Oczyszczone ścieki z osadnika i separatora dopływają do komory połą-czeniowej do ktoacuterej wprowadzane są roacutewnież wody czyste spływające z lasu rowem otwartym Całość odpływa kanałem oslash 1400 mm do rzeki Silnicy Na końcu osadni-ka wykonano przelew burzowy regulowany a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu ndash drenaż z rur PE oslash 100 mm z ktoacuterego woda jest od-prowadzana do przepompowni a następnie tłoczona do studzienki S3 (rys 2)

W celu ustalenia projektowanego obciążenia hydraulicznego oczyszczalni woacuted deszczowych wykonano w programie SWMM 50 model hydrodynamiczny zlewni wraz z kanalizacją deszczową Obliczenia przeprowadzono wyłącznie dla zlewni o istniejącej zabudowie (stan obecny) gdyż na razie brak koncepcji układu sieci kanalizacji deszczowej na obszarze ktoacutery będzie w perspektywie rozbudowany Model zlewni składa się z 51 zlewni cząstkowych o powierzchniach od 014 do 650 ha 76 węzłoacutew i 97 odcinkoacutew przewodoacutew (rys 3)

Rys 3 Schemat zlewni zurbanizowanej kanału Si15 źroacutedło opracowanie własne

Fig 3 The scheme of urbanized catchment of sewer Si15 source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 23

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Spadki terenoacutew szerokości droacuteg spływu wspoacutełczynniki szorstkości terenu oraz udział terenoacutew uszczelnionych w poszczegoacutelnych zlewniach ustalono na podstawie map topograficznych natomiast spadki kanałoacutew średnice i materiał przewodoacutew przyjęto zgodnie z mapami zasadniczymi Retencję oraz wspoacutełczynniki szorstkości terenoacutew uszczelnionych i nieuszczelnionych przyjęto na poziomie odpowiednio 25 i 50 mm oraz 0015 i 015 mndash13∙s Początkową (maksymalną) i końcową (minimal-ną) prędkość infiltracji w gruncie (odpowiednio 90 i 15 mm∙hndash1) wspoacutełczynnik zmniejszania się infiltracji (stała recesji) opisujący dynamikę zjawiska (30 hndash1) a także czas całkowitego wysychania (3 dni) czyli długość okresu bezdeszczowe-go przyjęto za BORRISEM i in [2013] Opracowany model hydrodynamiczny zlewni i kanalizacji deszczowej nie został skalibrowany ponieważ nie były prowa-dzone badania ilości i jakości ściekoacutew deszczowych oraz wysokości opadoacutew w tej zlewni

Wykonany model oczyszczalni woacuted deszczowych umożliwił przeprowadzenie symulacji działania poszczegoacutelnych jej obiektoacutew w zależności od roacuteżnych scena-riuszy opadowych W modelu OWD wydzielono komorę rozdziału ściekoacutew z prze-lewem burzowym separator osadnik oraz poszczegoacutelne komory połączeniowe Spadki podłużne długości i średnice rurociągoacutew a także wymiary urządzeń okre-ślono na podstawie bdquoDokumentacjihelliprdquo [PPUH Koncept-Plus 2008] Wartości wspoacutełczynnikoacutew oporoacutew miejscowych w kanałach przyjęto za IDELrsquoCHIKIEM [1996] Osadnik oraz separator zdefiniowano jako zbiorniki retencyjne oraz przyję-to schemat hydrauliczny przelewu o ostrej krawędzi przy czym wartość wspoacuteł-czynnika wydatku przelewu określono jako 0415 [ROSSMANN 2004] Do obli-czeń depozycji zanieczyszczeń i ich zmywania z terenu zastosowano modele eks-potencjalny i wykładniczy opisane odpowiednio roacutewnaniami (1) i (2) ktoacuterych pa-rametry przyjęto za BORRISEM i in [2013]

tCeCB 21 1 (1)

BqCW C403 (2)

gdzie B = aktualna akumulacja zanieczyszczeń kg∙handash1 C1 = maksymalna ilość zanieczyszczeń zgromadzona na powierzchni zlewni

kg∙handash1 C2 = szybkość depozycji zanieczyszczeń dnindash1 przyjęto C2 = 01 dnindash1 t = czas gromadzenia zanieczyszczeń t = 3 dni W = intensywność zmywania zanieczyszczeń kg∙(ha∙s)ndash1 C3 = wspoacutełczynnik szybkości zmywania przyjęto C3 = 012 C4 = wspoacutełczynnik potęgowy przyjęto C4 = 115 q0 = intensywność spływu powierzchniowego mm∙hndash1

24 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Do oceny funkcjonowania obiektu wykorzystano 2-letnie wyniki opadoacutew pro-wadzone w latach 2010ndash2011 na posterunku opadowym zlokalizowanym w odle-głości ok 13 km od zachodniej granicy badanej zlewni W celu wydzielenia po-szczegoacutelnych zdarzeń przyjęto czas separacji roacutewny 6 h oraz minimalną wysokość opadu roacutewną 13 mm [LICZNAR ŁOMOTOWSKI 2005] Na tej podstawie uzyskano 33 zdarzenia opadowe podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min i P = 18ndash446 mm (tab 1)

Pomierzone szeregi opadowe o dużej rozdzielczości (krok czasowy 5 minut) wprowadzono do programu SWMM i wykonano symulacje ciągłe działania sieci kanalizacyjnej za pomocą modelu fali dynamicznej z krokiem czasowym dt roacutew-nym 1 min Dodatkowo dokonano klasyfikacji zdarzeń opadowych na podstawie częstości występowania zrzutu ściekoacutew przelewem burzowym Do tego celu wyko-rzystano skalę opisową Chomicza w ktoacuterej podstawą klasyfikacji jest wyrażenie o postaci [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006]

dtP 0 (3)

gdzie td = czas trwania deszczu min P = wydajność deszczu ndash wysokość warstwy opadu mm α0 = wspoacutełczynnik wydajności deszczu roacutewny α0 = 205k k = numer w skali Chomicza przypisany kategorii deszczu oznaczonej zna-

kiem literowym

Na podstawie symulacji wykonanych w programie SWMM chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych obliczono zgodnie z następującą zależnością

sQł ii (4)

gdzie łi = chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych kg∙sndash1 Qi = natężenie przepływu ściekoacutew uzyskane z symulacji m3∙sndash1 s = stężenie zawiesin ogoacutelnych uzyskane z symulacji kg∙mndash3

Masę zawiesin ogoacutelnych (ładunek wyrażony w kg dla przyjętego kroku czaso-wego) dopływających z analizowanej zlewni określono wg następującego wzoru

tłł

Mn

i

ii

1

1

2 (5)

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 6: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

22 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Ścieki deszczowe dopływają kolektorem oslash 1400 mm do komory rozdziału z przelewem burzowym ktoacuterego wysokość jest regulowana w zakresie 40ndash65 cm Następnie dostają się do osadnika sześcioma przewodami PE oslash 600 mm rozmiesz-czonymi roacutewnomiernie na całej szerokości wlotu do osadnika (rys 2) Zawiesiny ogoacutelne sedymentują w osadniku a flotujące substancje ropopochodne są kierowane za pomocą specjalnego kanału zbierającego PE oslash 200 mm do separatora koalescen-cyjnego Oczyszczone ścieki z osadnika i separatora dopływają do komory połą-czeniowej do ktoacuterej wprowadzane są roacutewnież wody czyste spływające z lasu rowem otwartym Całość odpływa kanałem oslash 1400 mm do rzeki Silnicy Na końcu osadni-ka wykonano przelew burzowy regulowany a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu ndash drenaż z rur PE oslash 100 mm z ktoacuterego woda jest od-prowadzana do przepompowni a następnie tłoczona do studzienki S3 (rys 2)

W celu ustalenia projektowanego obciążenia hydraulicznego oczyszczalni woacuted deszczowych wykonano w programie SWMM 50 model hydrodynamiczny zlewni wraz z kanalizacją deszczową Obliczenia przeprowadzono wyłącznie dla zlewni o istniejącej zabudowie (stan obecny) gdyż na razie brak koncepcji układu sieci kanalizacji deszczowej na obszarze ktoacutery będzie w perspektywie rozbudowany Model zlewni składa się z 51 zlewni cząstkowych o powierzchniach od 014 do 650 ha 76 węzłoacutew i 97 odcinkoacutew przewodoacutew (rys 3)

Rys 3 Schemat zlewni zurbanizowanej kanału Si15 źroacutedło opracowanie własne

Fig 3 The scheme of urbanized catchment of sewer Si15 source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 23

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Spadki terenoacutew szerokości droacuteg spływu wspoacutełczynniki szorstkości terenu oraz udział terenoacutew uszczelnionych w poszczegoacutelnych zlewniach ustalono na podstawie map topograficznych natomiast spadki kanałoacutew średnice i materiał przewodoacutew przyjęto zgodnie z mapami zasadniczymi Retencję oraz wspoacutełczynniki szorstkości terenoacutew uszczelnionych i nieuszczelnionych przyjęto na poziomie odpowiednio 25 i 50 mm oraz 0015 i 015 mndash13∙s Początkową (maksymalną) i końcową (minimal-ną) prędkość infiltracji w gruncie (odpowiednio 90 i 15 mm∙hndash1) wspoacutełczynnik zmniejszania się infiltracji (stała recesji) opisujący dynamikę zjawiska (30 hndash1) a także czas całkowitego wysychania (3 dni) czyli długość okresu bezdeszczowe-go przyjęto za BORRISEM i in [2013] Opracowany model hydrodynamiczny zlewni i kanalizacji deszczowej nie został skalibrowany ponieważ nie były prowa-dzone badania ilości i jakości ściekoacutew deszczowych oraz wysokości opadoacutew w tej zlewni

Wykonany model oczyszczalni woacuted deszczowych umożliwił przeprowadzenie symulacji działania poszczegoacutelnych jej obiektoacutew w zależności od roacuteżnych scena-riuszy opadowych W modelu OWD wydzielono komorę rozdziału ściekoacutew z prze-lewem burzowym separator osadnik oraz poszczegoacutelne komory połączeniowe Spadki podłużne długości i średnice rurociągoacutew a także wymiary urządzeń okre-ślono na podstawie bdquoDokumentacjihelliprdquo [PPUH Koncept-Plus 2008] Wartości wspoacutełczynnikoacutew oporoacutew miejscowych w kanałach przyjęto za IDELrsquoCHIKIEM [1996] Osadnik oraz separator zdefiniowano jako zbiorniki retencyjne oraz przyję-to schemat hydrauliczny przelewu o ostrej krawędzi przy czym wartość wspoacuteł-czynnika wydatku przelewu określono jako 0415 [ROSSMANN 2004] Do obli-czeń depozycji zanieczyszczeń i ich zmywania z terenu zastosowano modele eks-potencjalny i wykładniczy opisane odpowiednio roacutewnaniami (1) i (2) ktoacuterych pa-rametry przyjęto za BORRISEM i in [2013]

tCeCB 21 1 (1)

BqCW C403 (2)

gdzie B = aktualna akumulacja zanieczyszczeń kg∙handash1 C1 = maksymalna ilość zanieczyszczeń zgromadzona na powierzchni zlewni

kg∙handash1 C2 = szybkość depozycji zanieczyszczeń dnindash1 przyjęto C2 = 01 dnindash1 t = czas gromadzenia zanieczyszczeń t = 3 dni W = intensywność zmywania zanieczyszczeń kg∙(ha∙s)ndash1 C3 = wspoacutełczynnik szybkości zmywania przyjęto C3 = 012 C4 = wspoacutełczynnik potęgowy przyjęto C4 = 115 q0 = intensywność spływu powierzchniowego mm∙hndash1

24 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Do oceny funkcjonowania obiektu wykorzystano 2-letnie wyniki opadoacutew pro-wadzone w latach 2010ndash2011 na posterunku opadowym zlokalizowanym w odle-głości ok 13 km od zachodniej granicy badanej zlewni W celu wydzielenia po-szczegoacutelnych zdarzeń przyjęto czas separacji roacutewny 6 h oraz minimalną wysokość opadu roacutewną 13 mm [LICZNAR ŁOMOTOWSKI 2005] Na tej podstawie uzyskano 33 zdarzenia opadowe podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min i P = 18ndash446 mm (tab 1)

Pomierzone szeregi opadowe o dużej rozdzielczości (krok czasowy 5 minut) wprowadzono do programu SWMM i wykonano symulacje ciągłe działania sieci kanalizacyjnej za pomocą modelu fali dynamicznej z krokiem czasowym dt roacutew-nym 1 min Dodatkowo dokonano klasyfikacji zdarzeń opadowych na podstawie częstości występowania zrzutu ściekoacutew przelewem burzowym Do tego celu wyko-rzystano skalę opisową Chomicza w ktoacuterej podstawą klasyfikacji jest wyrażenie o postaci [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006]

dtP 0 (3)

gdzie td = czas trwania deszczu min P = wydajność deszczu ndash wysokość warstwy opadu mm α0 = wspoacutełczynnik wydajności deszczu roacutewny α0 = 205k k = numer w skali Chomicza przypisany kategorii deszczu oznaczonej zna-

kiem literowym

Na podstawie symulacji wykonanych w programie SWMM chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych obliczono zgodnie z następującą zależnością

sQł ii (4)

gdzie łi = chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych kg∙sndash1 Qi = natężenie przepływu ściekoacutew uzyskane z symulacji m3∙sndash1 s = stężenie zawiesin ogoacutelnych uzyskane z symulacji kg∙mndash3

Masę zawiesin ogoacutelnych (ładunek wyrażony w kg dla przyjętego kroku czaso-wego) dopływających z analizowanej zlewni określono wg następującego wzoru

tłł

Mn

i

ii

1

1

2 (5)

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 7: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 23

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Spadki terenoacutew szerokości droacuteg spływu wspoacutełczynniki szorstkości terenu oraz udział terenoacutew uszczelnionych w poszczegoacutelnych zlewniach ustalono na podstawie map topograficznych natomiast spadki kanałoacutew średnice i materiał przewodoacutew przyjęto zgodnie z mapami zasadniczymi Retencję oraz wspoacutełczynniki szorstkości terenoacutew uszczelnionych i nieuszczelnionych przyjęto na poziomie odpowiednio 25 i 50 mm oraz 0015 i 015 mndash13∙s Początkową (maksymalną) i końcową (minimal-ną) prędkość infiltracji w gruncie (odpowiednio 90 i 15 mm∙hndash1) wspoacutełczynnik zmniejszania się infiltracji (stała recesji) opisujący dynamikę zjawiska (30 hndash1) a także czas całkowitego wysychania (3 dni) czyli długość okresu bezdeszczowe-go przyjęto za BORRISEM i in [2013] Opracowany model hydrodynamiczny zlewni i kanalizacji deszczowej nie został skalibrowany ponieważ nie były prowa-dzone badania ilości i jakości ściekoacutew deszczowych oraz wysokości opadoacutew w tej zlewni

Wykonany model oczyszczalni woacuted deszczowych umożliwił przeprowadzenie symulacji działania poszczegoacutelnych jej obiektoacutew w zależności od roacuteżnych scena-riuszy opadowych W modelu OWD wydzielono komorę rozdziału ściekoacutew z prze-lewem burzowym separator osadnik oraz poszczegoacutelne komory połączeniowe Spadki podłużne długości i średnice rurociągoacutew a także wymiary urządzeń okre-ślono na podstawie bdquoDokumentacjihelliprdquo [PPUH Koncept-Plus 2008] Wartości wspoacutełczynnikoacutew oporoacutew miejscowych w kanałach przyjęto za IDELrsquoCHIKIEM [1996] Osadnik oraz separator zdefiniowano jako zbiorniki retencyjne oraz przyję-to schemat hydrauliczny przelewu o ostrej krawędzi przy czym wartość wspoacuteł-czynnika wydatku przelewu określono jako 0415 [ROSSMANN 2004] Do obli-czeń depozycji zanieczyszczeń i ich zmywania z terenu zastosowano modele eks-potencjalny i wykładniczy opisane odpowiednio roacutewnaniami (1) i (2) ktoacuterych pa-rametry przyjęto za BORRISEM i in [2013]

tCeCB 21 1 (1)

BqCW C403 (2)

gdzie B = aktualna akumulacja zanieczyszczeń kg∙handash1 C1 = maksymalna ilość zanieczyszczeń zgromadzona na powierzchni zlewni

kg∙handash1 C2 = szybkość depozycji zanieczyszczeń dnindash1 przyjęto C2 = 01 dnindash1 t = czas gromadzenia zanieczyszczeń t = 3 dni W = intensywność zmywania zanieczyszczeń kg∙(ha∙s)ndash1 C3 = wspoacutełczynnik szybkości zmywania przyjęto C3 = 012 C4 = wspoacutełczynnik potęgowy przyjęto C4 = 115 q0 = intensywność spływu powierzchniowego mm∙hndash1

24 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Do oceny funkcjonowania obiektu wykorzystano 2-letnie wyniki opadoacutew pro-wadzone w latach 2010ndash2011 na posterunku opadowym zlokalizowanym w odle-głości ok 13 km od zachodniej granicy badanej zlewni W celu wydzielenia po-szczegoacutelnych zdarzeń przyjęto czas separacji roacutewny 6 h oraz minimalną wysokość opadu roacutewną 13 mm [LICZNAR ŁOMOTOWSKI 2005] Na tej podstawie uzyskano 33 zdarzenia opadowe podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min i P = 18ndash446 mm (tab 1)

Pomierzone szeregi opadowe o dużej rozdzielczości (krok czasowy 5 minut) wprowadzono do programu SWMM i wykonano symulacje ciągłe działania sieci kanalizacyjnej za pomocą modelu fali dynamicznej z krokiem czasowym dt roacutew-nym 1 min Dodatkowo dokonano klasyfikacji zdarzeń opadowych na podstawie częstości występowania zrzutu ściekoacutew przelewem burzowym Do tego celu wyko-rzystano skalę opisową Chomicza w ktoacuterej podstawą klasyfikacji jest wyrażenie o postaci [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006]

dtP 0 (3)

gdzie td = czas trwania deszczu min P = wydajność deszczu ndash wysokość warstwy opadu mm α0 = wspoacutełczynnik wydajności deszczu roacutewny α0 = 205k k = numer w skali Chomicza przypisany kategorii deszczu oznaczonej zna-

kiem literowym

Na podstawie symulacji wykonanych w programie SWMM chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych obliczono zgodnie z następującą zależnością

sQł ii (4)

gdzie łi = chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych kg∙sndash1 Qi = natężenie przepływu ściekoacutew uzyskane z symulacji m3∙sndash1 s = stężenie zawiesin ogoacutelnych uzyskane z symulacji kg∙mndash3

Masę zawiesin ogoacutelnych (ładunek wyrażony w kg dla przyjętego kroku czaso-wego) dopływających z analizowanej zlewni określono wg następującego wzoru

tłł

Mn

i

ii

1

1

2 (5)

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 8: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

24 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Do oceny funkcjonowania obiektu wykorzystano 2-letnie wyniki opadoacutew pro-wadzone w latach 2010ndash2011 na posterunku opadowym zlokalizowanym w odle-głości ok 13 km od zachodniej granicy badanej zlewni W celu wydzielenia po-szczegoacutelnych zdarzeń przyjęto czas separacji roacutewny 6 h oraz minimalną wysokość opadu roacutewną 13 mm [LICZNAR ŁOMOTOWSKI 2005] Na tej podstawie uzyskano 33 zdarzenia opadowe podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wysokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min i P = 18ndash446 mm (tab 1)

Pomierzone szeregi opadowe o dużej rozdzielczości (krok czasowy 5 minut) wprowadzono do programu SWMM i wykonano symulacje ciągłe działania sieci kanalizacyjnej za pomocą modelu fali dynamicznej z krokiem czasowym dt roacutew-nym 1 min Dodatkowo dokonano klasyfikacji zdarzeń opadowych na podstawie częstości występowania zrzutu ściekoacutew przelewem burzowym Do tego celu wyko-rzystano skalę opisową Chomicza w ktoacuterej podstawą klasyfikacji jest wyrażenie o postaci [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006]

dtP 0 (3)

gdzie td = czas trwania deszczu min P = wydajność deszczu ndash wysokość warstwy opadu mm α0 = wspoacutełczynnik wydajności deszczu roacutewny α0 = 205k k = numer w skali Chomicza przypisany kategorii deszczu oznaczonej zna-

kiem literowym

Na podstawie symulacji wykonanych w programie SWMM chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych obliczono zgodnie z następującą zależnością

sQł ii (4)

gdzie łi = chwilowy ładunek zawiesin ogoacutelnych kg∙sndash1 Qi = natężenie przepływu ściekoacutew uzyskane z symulacji m3∙sndash1 s = stężenie zawiesin ogoacutelnych uzyskane z symulacji kg∙mndash3

Masę zawiesin ogoacutelnych (ładunek wyrażony w kg dla przyjętego kroku czaso-wego) dopływających z analizowanej zlewni określono wg następującego wzoru

tłł

Mn

i

ii

1

1

2 (5)

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 9: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 25

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

gdzie M = masa zawiesin ogoacutelnych kg Δt = krok czasowy roacutewny ti+1 ndash ti s łi łi+1 = chwilowy ładunek zanieczyszczeń i-tego oraz i+1 kroku czasowego

kg∙sndash1

Z kolei obliczenia objętości ściekoacutew dopływających ze zlewni oraz zrzucanych przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika wyznaczono z zależności

tQQ

Vn

i

ii

1

1

2 (6)

gdzie Qii+1 = natężenie przepływu odpowiednio w czasie ti i ti+1 m

3∙sndash1

Stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych η w osadniku ustalono na podstawie krzy-wej zmienności η = f (Qh) podanej w pracy IMHOFFA i IMHOFFA [1996] ktoacuterą aproksymowano z zastosowaniem metody GaussandashNewtona uzyskując roacutewnanie o postaci

bhaQ 1 (7)

gdzie Qh = obciążenie hydrauliczne m3∙hndash1∙mndash2 wyrażone jako Qh = Qos ∙F

ndash1 (Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika m3∙sndash1 F = pole powierzchni osadnika w planie m2)

a i b = parametry empiryczne wyznaczone numerycznie

Wartości średnie parametroacutew a i b określono na poziomie 0115 i 0337 (od-chylenia standardowe roacutewne odpowiednio 0013 i 0032) Dla wyznaczonych war-tości parametroacutew roacutewnania uzyskano wspoacutełczynnik determinacji R2 roacutewny 0976

Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych dopływająca do oczyszczalni ściekoacutew deszczowych w komorze rozdziału musi spełniać roacutewnanie bilansu masy

dtQQssQdtMMMt t

p 0 0

12 (8)

gdzie M2 = masa zawiesin dopływająca na oczyszczalnię ściekoacutew kg M = masa zawiesin zmywana ze zlewni kg M1 = masa zawiesin zrzucana przelewem kg Qp = ilość ściekoacutew odpływająca przelewem m3∙sndash1 Q = ilość ściekoacutew dopływająca ze zlewni m3∙sndash1

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 10: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

26 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Masę zawiesin ogoacutelnych ktoacutere zostały zatrzymane w osadniku określono na podstawie roacutewnania

t

p dtQQsM0

3 (9)

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Podstawowe charakterystyki zdarzeń opadowych oraz wybrane wyniki symu-lacji pracy oczyszczalni woacuted deszczowych (OWD) uzyskane w programie SWMM zestawiono w tabeli 1 i na rysunkach 4ndash9 Wyniki symulacji hydrodynamicznych w odniesieniu do uzyskanych charakterystyk analizowanych zdarzeń opadowych znacznie się roacuteżnią Przykładowo w warunkach opadu o wysokości P = 56 mm i czasie trwania td = 204 min ilość osadu zatrzymanego w osadniku wyniosła zale-dwie 01 kg podczas gdy w warunkach P = 19 mm i td = 12 min masa M3 jest roacutewna 182 kg (tab 1) Należy jednak podkreślić że w pierwszym przypadku ana-lizowane zdarzenie było poprzedzone dwoma opadami o wysokości 27 i 206 mm ktoacutere wystąpiły po sobie w kroacutetkim czasie (2 tygodnie) sumaryczna ilość osadu M3

wyniosła woacutewczas 887 kg Z kolei drugie z analizowanych zdarzeń miało miejsce po miesięcznym okresie bezdeszczowym w związku z czym ilość zawiesin spłu-kanych z terenu zlewni mimo nieznacznej wysokości opadu (P = 19 mm) była znacznie większa Należy też zwroacutecić uwagę na intensywność przebiegu zjawiska ndash maksymalne chwilowe natężenie opadu Imax10 wynosiło odpowiednio 002 i 013 mm∙minndash1

Z 33 zdarzeń opadowych przyjętych do obliczeń i przedstawionych w skali Chomicza (rys 4) wynika że blisko 64 (21 zdarzeń) stanowiły deszcze sklasyfi-kowane jako zwykłe (k = 0) 24 deszcze silne A0 ndash obszar k = 1 (8 zdarzeń) po 6 deszcze ulewne A1 i A2 ndash obszary k = 2 i k = 3 (łącznie 4 zdarzenia)

Analizując wpływ jednostkowego natężenia deszczu na obciążenie hydraulicz-ne osadnika (rys 5) stwierdzono że największa wartość Qh = 972 m∙hndash1 wystąpiła gdy q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 wywołane opadem o wysokości P = 37 mm i czasie trwania td = 200 min (tab 1) Ogoacutelnie można zauważyć że na wzrost wartości ob-ciążenia hydraulicznego osadnika wpływa nie tyle jednostkowe natężenie deszczu co przede wszystkim wysokości warstwy opadoacutew i czas trwania deszczu a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska Największe wartości Qh otrzymano w przypadku opadoacutew ulewnych 1 i 2 stopnia oraz Iśr powyżej 009 mm∙minndash1 ndash z wyjątkiem deszczoacutew o niewielkiej wysokości (18 19 mm) ndash tabela 1

Z rysunku 5 wynika że nie zawsze średnie natężenie deszczu jest wielkością miarodajną roacutewnie ważne jest maksymalne natężenie opadu Widoczne jest to tak-że kiedy rozpatruje się wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych (V) zrzucanych przelewem burzowym (rys 6) Największą objętość

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 11: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 27

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Tabela 1 Charakterystyki zdarzeń opadowych oraz parametroacutew fal uzyskanych z symulacji

Table 1 The characteristics of rainfall events and hydrographs parameters simulated

P mm

td min

Iśr mm∙minndash1

Imax10

mmmiddotminndash1 k q

dm3∙(ha∙s)ndash1Qh

m∙hndash1 V m3

M1 kg

M3 kg

127 472 0027 014 0 449 426 4 601 354 290 191 732 0026 011 0 435 492 1 125 195 1012 63 108 0058 021 0 972 469 133 25 180 19 12 0158 013 0 2639 403 0 00 182

134 384 0035 023 0 582 438 164 19 444 97 346 0028 006 0 467 355 0 00 283

354 972 0036 013 1 607 548 2 907 130 763 60 186 0032 004 0 538 396 0 00 358

141 86 0164 041 2 2733 700 2 365 11 12 206 222 0093 029 1 1547 723 2 643 452 858 27 112 0024 011 0 402 346 0 00 29 56 204 0027 002 0 458 377 0 00 01

394 980 0040 027 1 670 647 6 329 202 264 101 24 0421 069 3 7015 828 1 181 485 484 72 16 0450 050 2 7502 740 578 173 229 96 362 0027 025 0 442 543 300 97 366 80 44 0182 045 1 3031 645 519 223 476 48 94 0051 006 0 851 356 0 00 95

191 286 0067 046 1 1113 805 2 776 797 954 120 456 0026 018 0 439 340 0 00 1324 99 454 0022 014 0 364 335 0 00 335 83 242 0034 013 0 572 374 32 13 739

211 500 0042 029 0 703 550 1 487 80 262 127 100 0127 029 1 2117 705 1 837 700 856 370 200 0185 097 3 3084 972 8 011 844 400 47 58 0081 026 0 1351 458 73 34 238 18 12 0150 003 0 2639 387 0 00 20 90 116 0078 032 0 1293 684 1 733 24 227

138 388 0036 036 0 593 615 760 136 480 435 1 040 0042 013 1 697 522 5 385 120 636 446 1 244 0036 013 1 598 503 2 844 55 468 123 562 0022 011 0 365 478 546 90 425 52 212 0025 014 0 409 372 0 00 431

Objaśnienia q = średnie jednostkowe natężenie deszczu Qh = obciążenie hydrauliczne obliczone jako Qos∙Fndash1

gdzie Qos = natężenie dopływu ściekoacutew do osadnika F = pole powierzchni osadnika P = wysokość warstwy deszczu td = czas trwania deszczu Iśr = średnie natężenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 Imax10 = maksymalne natę-żenie deszczu wyrażone jako P∙td

ndash1 dla td = 10 min k = numer w skali Chomicza do wzoru (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = objętości ściekoacutew deszczowych zrzucanych przelewem burzowym M1 = masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym M3 = masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku

Explanations q = the average rainfall intensity unit Qh = hydraulic loading calculated as Qos∙Fndash1 where Qos is the

intensity of wastewater flowing to the sediment tank F = sediment tank surface area P = depth of precipitation td = rainfall duration Iśr = the average rainfall intensity P∙td

ndash1 Imax10 = maximum rainfall intensity P∙tdndash1 for a 10 min

td k = grade of Chomiczrsquos scale to equation (3) [CIEPIELOWSKI DĄBKOWSKI 2006] V = the volume of rainwater measured after storm overflow M1 = the mass of TSS measured after storm overflow M3 = the mass of TSS col-lected in a catch basin

Źroacutedło opracowanie własne Source own elaboration

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 12: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

28 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 4 Klasyfikacja opadoacutew w skali Chomicza wykorzystanych do modelowania A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = odpowiednio kategorie i numery w skali Chomicza źroacutedło opracowanie własne

Fig 4 The rating of rainfall in Chomiczrsquos scale used for modeling A1ndashA4 B1 k = 0ndash6 = categories and numbers in Chomiczrsquos scale source own elaboration

Rys 5 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na obciążenie hydrauliczne osadnika

(Qh) wchodzącego w skład oczyszczalni woacuted deszczowych źroacutedło opracowanie własne

Fig 5 The influence of an average rainfall intensity (q) on hydraulic loading (Qh) in a catch basin of a stormwater treatment plant source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 13: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 29

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 6 Wpływ wysokości warstwy opadu (P) na objętość ściekoacutew deszczowych zrzucanych

przelewem burzowym (V) źroacutedło opracowanie własne

Fig 6 The influence of depth precipitation (P) on the stormwater volume after the storm overflow (V) source own elaboration

Rys 7 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M1)

zrzucanych przelewem burzowym źroacutedło opracowanie własne

Fig 7 The influence of an average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M1) after a storm overflow source own elaboration

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 14: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

30 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

Rys 8 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na masę zawiesin ogoacutelnych (M3)

sedymentujących w osadniku źroacutedło opracowanie własne

Fig 8 The influence of average rainfall intensity (q) on total suspended solids mass (M3) collected in a sediment tank source own elaboration

Rys 9 Wpływ średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) na stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych

w osadniku (η) źroacutedło opracowanie własne

Fig 9 The influence of average rainfall intensity (q) on the reduction of total suspended solids in a sediment tank (η) source own elaboration

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 15: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 31

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ściekoacutew deszczowych (8011 m3 6329 m3 5385 m3 4601 m3) notowano w warun-kach deszczoacutew o roacuteżnych wysokościach warstwy opadu (P) gdy czas trwania deszczu (td) oraz średnie natężenie (Iśr) wynosiły odpowiednio 37 mm 200 min 0185 mm∙minndash1 394 mm 980 min 0040 mm∙minndash1 435 mm 1040 min 0042 mm∙minndash1 oraz 127 mm 472 min 0027 mm∙minndash1 (tab 1)

Nie zawsze deszcze o dużej wysokości warstwy opadu (P = 446 i 435 mm) oraz długim czasie trwania (td = 1244 i 1040 min) wywoływały znaczne zrzuty ob-jętości ściekoacutew przelewem burzowym (odpowiednio V = 2844 i 5385 m3) Przywo-łane objętości roacuteżnią się między sobą prawie dwukrotnie mimo podobnych warto-ści średniego natężenia opadu (Iśr = 0036 i 0042 mm∙minndash1)

Z 33 wybranych do analiz zdarzeń opadowych zarejestrowanych w latach 2010ndash2011 23 spowodowały przelanie się ściekoacutew ponad krawędzią przelewu bu-rzowego (tab 1) W większości przypadkoacutew deszcze o wysokości do 10 mm nie generują zrzutoacutew ściekoacutew (V = 0) bądź zrzuty te są niewielkie ndash nie przekraczają 600 m3 (40 przypadkoacutew) ndash rysunek 6

Maksymalnym wartościom średniego jednostkowego natężenia deszczu (q) 7015 i 7502 dm3∙(ha∙s)ndash1 występującym w warunkach największych zaobserwo-wanych natężeń średnich opadu Iśr = 0421 i 0450 mm∙minndash1 (tab 1) odpowiada masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) wynosząca odpo-wiednio 485 i 173 kg (rys 7) Nie są to jednak największe wartości masy gdyż te kształtują się na poziomie ponad 70 kg (max M1 = 844 kg w warunkach opadu o parametrach q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 P = 37 mm td = 200 min Iśr = 0185 mm∙minndash1) W przypadku zarejestrowanych deszczoacutew masa zawiesin zrzucanych przelewem nie przekracza 20 kg przy czym q poniżej 13 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash z wyjąt-kiem opadu o P = 191 mm td = 286 min Iśr = 0067 mm∙minndash1 q = 1113 dm3∙(ha∙s)ndash1 gdy M1 wyniosła aż 797 kg (rys 7)

Maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3 = 1324 kg) wystąpiła gdy średnie jednostkowe natężenie deszczu q wynosiło 439 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash rysunek 8 (opad zwykły wg skali Chomicza ndash obszar k = 0 ktoacutery nie spowodował przelania się strumienia ściekoacutew przez przelew burzowy) P = 12 mm td = 456 min Iśr = 0026 mm∙minndash1 Kolejne znaczne wartości M3 (1012 kg 954 kg 858 kg 856 kg) odnoszą się do deszczoacutew silnych (wg skali Chomicza ndash obszar k = 1) dla q zmieniającego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 Naj-mniejsza masa zawiesin ogoacutelnych występowała zaroacutewno gdy q miało niewielkie wartości tj 402 i 458 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 29 i 01 kg P = 27 i 56 mm td = 112 i 204 min ndash deszcze zwykłe) jak roacutewnież gdy wartości q były większe tj 2639 i 2733 dm3∙(ha∙s)ndash1 (M3 = 12 i 20 kg P = 141 i 18 mm td = 86 i 12 min ndash deszcz ulewny 1 stopnia i zwykły) Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku w czasie trwania wszystkich 33 analizowanych zdarzeń opadowych obliczona na podstawie tabeli 1 wyniosła 1412 kg (lata 2010ndash2011)

W przypadku niewielkich wartości średniego jednostkowego natężenia deszczu (q le 10 dm3∙(ha∙s)ndash1) obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych w osadniku ()

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 16: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

32 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

osiągał największe wartości zmieniając się w zakresie 078ndash098 przy czym na 18 z 21 zdarzeń opadowych mieściły się one w przedziale 081ndash088 Z kolei gdy 10 lt q lt 31 dm3∙(ha∙s)ndash1 to wartości η wahały się w granicach 069ndash088 a w przypadku q = 7015 dm3∙(ha∙s)ndash1 i q = 750 dm3∙(ha∙s)ndash1 ndash wynosiły odpowied-nio 076 i 078

PODSUMOWANIE

W wymiarowaniu obiektoacutew oczyszczalni ściekoacutew deszczowych (OWD) po-winno się uwzględniać roacuteżne czynniki wpływające na przepustowość poszczegoacutel-nych urządzeń w ciągu technologicznym ktoacuterych pominięcie może spowodować pogorszenie jej funkcjonalności a tym samym sprawności oczyszczania Stosowa-nie prostych formuł inżynierskich takich jak wzoacuter Błaszczyka i ograniczenie się jedynie do obliczenia przepływu maksymalnego na dopływie do OWD a także przyjmowanie wartości stężenia zanieczyszczeń bez uwzględnienia lokalnego cha-rakteru zlewni może prowadzić do błędoacutew nie tylko w zakresie hydraulicznego zwymiarowania kanałoacutew i urządzeń ale roacutewnież poprawności ich działania (np stopień oczyszczenia ściekoacutew krotność działania przelewu burzowego)

W pracy do oceny działania oczyszczalni ściekoacutew zastosowano program SWMM W ramach przeprowadzonych analiz wyznaczono hydrogramy odpływu ze zlewni oraz zmienność stężenia zawiesin ogoacutelnych Na tej podstawie wyznaczo-no objętość ściekoacutew i masę zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni oraz odprowadzanych przelewem burzowym

Z przyjętych do modelowania hydrodynamicznego 33 zdarzeń opadowych za-rejestrowanych w latach 2010ndash2011 podczas ktoacuterych czas trwania deszczu i wy-sokość warstwy opadu zmieniały się odpowiednio w zakresach td = 12ndash1244 min oraz P = 18ndash446 mm blisko 64 stanowiły deszcze sklasyfikowane jako zwykłe 24 deszcze silne po 6 deszcze ulewne 1 i 2 stopnia wg skali Chomicza W wyniku przeprowadzonych symulacji oszacowano że w ciągu dwoacutech lat 23-krotnie wystąpił zrzut ściekoacutew deszczowych przelewem burzowym a objętość odprowadzanych ściekoacutew zmieniała się od 32 do 8011 m3

Obliczone obciążenie hydrauliczne osadnika (Qh) wynosiło od 330 do 972 m∙hndash1 przy czym wartość maksymalna wystąpiła gdy jednostkowe natężenie desz-czu q = 3084 dm3∙(ha∙s)ndash1 warstwa opadu o wysokości P = 37 mm i czas trwania td = 200 min Na zwiększenie wartości Qh osadnika miało wpływ nie tyle średnie jednostkowe natężenie deszczu co głoacutewnie wysokość warstwy opadoacutew (P) i czas trwania deszczu (td) a co za tym idzie ndash dynamika przebiegu zjawiska

Obliczona masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym (M1) zmieniała się od 11 do 844 kg Łączną ich masę z 23 opadoacutew ktoacutere wywołały zrzuty przelewem oszacowano na blisko 526 kg Największym wartościom śred-niego jednostkowego natężenia deszczu (q) występującym w warunkach najwięk-

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 17: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 33

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

szych zaobserwowanych wartości natężenia średniego opadu (Iśr) nie odpowiadała maksymalna masa zawiesin ogoacutelnych zrzucanych przelewem burzowym

Największa obliczona masa zawiesin ogoacutelnych sedymentujących w osadniku (M3) wynosiła od 856 do 1324 kg w warunkach q mieszczącego się w zakresie 435ndash2117 dm3∙(ha∙s)ndash1 i dotyczyły w większości deszczoacutew silnych Całkowita masa zawiesin ogoacutelnych odłożonych w osadniku wyniosła według obliczeń 1412 kg (lata 2010ndash2011)

Przeprowadzone symulacje działania OWD wykazały że gdy q lt 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 to obliczony stopień redukcji zawiesin ogoacutelnych (η) w osadniku zmieniał się w granicach 078ndash098 a w warunkach q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 wynioacutesł 069ndash088

Podjęte proacuteby ustalenia zależności między rzeczywistymi charakterystykami opadowymi (P Iśr td q) a parametrami działania poszczegoacutelnych obiektoacutew techno-logicznych (Qh V M1 M3 η) uzyskanymi z symulacji nie potwierdziły ich jedno-znacznie co wskazuje że przypuszczalnie determinowane są one zmiennością roz-kładu natężenia deszczu w czasie trwania zdarzenia opadowego

Wykonane w pracy obliczenia mają charakter wyłącznie szacunkowy ponie-waż model nie został skalibrowany na podstawie rzeczywistych ilości ściekoacutew deszczowych wysokości opadoacutew deszczu i stężenia zawiesin ogoacutelnych

Praca została wykonana jako część projektu badawczego nr N N305 299040 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki ndash umowa nr 2990BP01201140

BIBLIOGRAFIA

Arbeitsblatt DWA-A 118 2006 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwaumlsserungssyste-men Deutsche Vereinigung fuumlr Wasserwirtschaft Abwasser und Abfall eV Hennef ss 32

BĄK Ł GOacuteRSKI J GOacuteRSKA K SZELĄG B 2012 Zawartość zawiesin i metali ciężkich w wybranych falach ściekoacutew deszczowych w zlewni miejskiej [Suspended solids and heavy metals content of selected rainwater waves in an urban catchment area] Ochrona Środowiska Nr 34(2) s 49ndash52

BANASIK K 2009 Wyznaczanie wezbrań powodziowych w małych zlewniach zurbanizowanych [Computation of flood hydrographs for small urban catchments] Warszawa Wydaw SGGW ISBN 978-83-7583-156-6 ss 40

BARSZCZ M 2012 Znormalizowane rozkłady warstwy opadu w czasie trwania deszczy na obszarze zlewni doświadczalnej w Warszawie [Normalized rainfall depth distributions during rainfalls in the area of experimental catchment in Warsaw] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 12 Z 3 (39) s 27ndash38

BERRETTA C GNECCO J LANZA LG BERNERA P 2007 An investigation of wash-off controlling parameters at urban and commercial monitoring sites Water Science and Technology Nr 56(12) s 77ndash84

BŁASZCZYK P 1988 Metody określania natężeń przepływu ściekoacutew opadowych miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew [Determination of storm flow rate for the design of sewers] Ochrona Środowiska Nr 3ndash4(36ndash37) s 9ndash14

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 18: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

34 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 16 Z 2 (54)

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

BORRIS M VIKLANDER M GUSTAFSSON AM MARSALEK J 2013 Modelling the effects of changes in rainfall event characteristics on TSS loads in urban runoff Hydrological Processes Vol 28 Iss 4 s 1787ndash1796

CAMBEZ MJ PINHO J DAVID LM 2008 Using SWMM in continuous modelling of stormwater hydraulics and quality [online] 11th International Conference on Urban Drainage Edinburgh Scotland [Dostęp 03032016] Dostępny w Internecie httpswwwresearchgatenetpublication 229020623_Using_SWMM_5_in_the_continuous_modelling_of_stormwater_hydraulics_and_ quality

CIEPIELOWSKI A DĄBKOWSKI SZL 2006 Metody obliczeń przepływoacutew maksymalnych w małych zlewniach rzecznych [Methods for calculating maximum discharges in small catchments] Byd-goszcz Projprzem-EKO ISBN 978-83-92219-41-5 ss 311

DĄBKOWSKI SZL GOacuteRSKA K GOacuteRSKI J SZELĄG B 2010 Wstępne wyniki badań ściekoacutew deszczo-wych w jednym z kanałoacutew w Kielcach [Introductory results of examining precipitation sewage in one of Kielce sewers] Gaz Woda i Technika Sanitarna Nr 6 s 20ndash24

GOacuteRSKA K 2008 Badania ilości zawiesin odkładanych w urządzeniach do oczyszczania woacuted opado-wych na terenie m Kielce W Problemy zagospodarowania woacuted opadowych [The quantity re-search of suspension collected in rainwater treatment devices in the city of Kielce In Problems of rainwater] Red J Łomotowski Wrocław PWroc s 331ndash340

GOacuteRSKA K 2012 Zmienność ładunkoacutew zanieczyszczeń w ściekach deszczowych na przykładzie wy-branej zlewni [Variability of pollutants in stormwater in the example of a selected catchment] Rozprawa doktorska Maszynopis Kielce PŚk ss 261

HUBER WC DICKINSON RE 1992 Stormwater Management Model Userrsquos manual Version 40 Athens Georgia Environmental Research Laboratory US Environmental Protection Agency ss 76

IDELrsquoCHIK IE 1996 Handbook of hydraulic resistance Wyd 3 New York Begell House ISBN 1-56700-074-6 ss 790

IMHOFF K IMHOFF KR 1996 Kanalizacja miast i oczyszczanie ściekoacutew [City sewer system and wastewater treatment] Poradnik Bydgoszcz Proj-PrzemEKO ISBN 83-906015-0-8 ss 450

KULICZKOWSKI A ZWIERZCHOWSKI D ORMAN ŁJ 2005 Kielce kickstarts Polandrsquos sewage upgrade Tunneling and Trenchless Construction Nr 16 s 28ndash29

LICZNAR P ŁOMOTOWSKI J 2005 Analiza średnich natężeń deszczoacutew miarodajnych we Wrocławiu [Analysis of average design storm intensity for the city of Wroclaw] Ochrona Środowiska Nr 1 s 29ndash34

LIU A GOONETILLEKE A EGODAWATTA P 2012 Taxonomy for rainfall events based on pollutant wash-off potential in urban area Ecological Engineering Nr 47 s 110ndash114

MROWIEC M 2009 Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych [Effective dimensioning and dynamic control of sewer reservoirs] Częstochowa Wydaw PCzęst ISBN 8371934246 ss 166

MROWIEC M SOBCZYK M 2014 Ekologiczne zagospodarowanie woacuted opadowych ndash zielone dachy [Ecological management of rainwaters ndash green roofs] Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T 14 Z 4 (48) s 53ndash61

OSMOacuteLSKA-MROacuteZ B FIDALA-SZOPE M KIERZENKOWSKA M 1984 Obliczeniowe a rzeczywiste natę-żenia przepływoacutew w kanalizacji deszczowej [Calculation and the actual current flow in stormwa-ter drainage system] Ochrona Środowiska Nr 4343ndash4(20ndash21) s 29ndash32

PPUH Koncept-Plus 2008 Dokumentacja projektowa Przebudowa oczyszczalni woacuted deszczo-wych przy ul Witosa w Kielcach Projekt wykonawczy [Project documentation Reconstruction of the stormwater treatment Witosa Street Kielce Detailed engineering] Kielce Maszynopis ss 23

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl

Page 19: Jarosław GÓRSKI ABDEF, Bartosz SZELĄG BDEF, Łukasz BĄK BDEF i in… · ka wykonano przelew burzowy regulowany, a w celu odwodnienia warstwy osadu podczas czyszczenia obiektu

J Goacuterski i in Zastosowanie programu SWMM do oceny funkcjonowania oczyszczalni woacutedhellip 35

copy ITP Woda Środ Obsz Wiej 2016 (IVndashVI) T 16 Z 2 (54)

ROSSMANN LA 2004 Storm Water Management Model Userrsquos manual Version 50 EPA600R-05040 Cincinnati National Risk Management Research Laboratory Office of Research and De-velopment US Environmental Protection Agency ss 261

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 18 listopada 2014 r (a) w sprawie warunkoacutew jakie nale-ży spełnić przy wprowadzaniu ściekoacutew do woacuted lub do ziemi oraz w sprawie substancji szkodli-wych dla środowiska wodnego DzU 2014 poz 1800

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r (b) w sprawie katalogu odpadoacutew DzU 2014 poz 1923

SHARIF S MASSOUDICH A KAYHAMIAN M 2011 Stochastic stormwater quality volume ndash sizing method with first flush emphasis Water Environment Research Nr 83(11) s 2025ndash2035

WIDOMSKI M MUSZ A GAJUK D ŁAGOacuteD G 2012 Numerical modelling in quantitative and qualita-tive analysis of storm sewage system extension Ecological Chemistry and Engineering A Nr 19(4ndash5) s 471ndash481

Jarosław GOacuteRSKI Bartosz SZELĄG Łukasz BĄK

THE APPLICATION OF SWMM SOFTWARE FOR THE EVALUATION OF STORMWATER TREATMENT PLANTrsquoS OPERATION

Key words hydrodynamic modelling stormwater SWMM software total suspended solids

S u m m a r y

Due to the stochastic character of precipitation phenomena combined with an accumulation of pollutants in the catchment area and their wash-off the prediction of stormwater quantity and quality its sediments is very complex It is especially important when designing the stormwater treatment plantrsquos (STP) stages of technological lines because there can be massive calculation errors at selec-tion and functions of particular objects and equipment

The preliminary evaluation of stormwater treatment plant in Witosa St Kielce shown in the above article where stormwater runs off mainly from housing estates of single and multi-family houses is the first stage of researches concerning preparation of the mathematical model of analysed part of a sewer system

The numerical model STP was made by SWMM software and was based on the working plans of the object and field studies whereas the hydrodynamic modelling with stormwater drainage system were made according to topographic and basics maps 33 rainfall events were used to measure the amount of average rainfall intensity They were registered between 2010 and 2011 During that time the rainfall duration and depth of precipitation changed as follows td = 12ndash1244 min and P = 18ndash446 mm The simulations done by STP shown that in case of average rainfall intensity below 10 dm3∙(ha∙s)ndash1 the reduction of TSS (η) in a catch basin would change into 078ndash098 for q = 10ndash75 dm3∙(ha∙s)ndash1 the result was η = 069ndash088

The calculations carried out at work are only approximate because the model was not calibrated on the basis of the actual value of the stormwater flow the rainfall amount and total suspended solids concentrations

Adres do korespondencji dr inż Jarosław Goacuterski Politechnika Świętokrzyska Katedra Geotechni-ki Geomatyki i Gospodarki Odpadami al Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 25-314 Kielce tel + 48 41 34-24-374 e-mail jgorskitukielcepl