Politechnika Łódzka

Wydział Budownictwa, Architektury

i Inżynierii Środowiska

Modelowanie matematyczne

SWMM

Arkusz nr 2

Wykonały:

Małgorzata Matyja

Karolina Sędkowska

Łódź, 2010

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia w części pierwszej było zmniejszenie przekrojów kanałów fragmentu uprzednio skalibrowanej zlewni J-7, o 65 % w zadanym obszarze tejże zlewni i ocena wpływu tej zmiany na prace kanałów oraz na Q_max w kanale końcowym.

W części drugiej arkusza określono wpływ natężenia i czasu trwania deszczu do ilości i wielkości zawiesin jakie są kierowane do kanalizacji podczas występowania zadanych opadów.

2. Zmiana przekroju kanałów fragmentu zlewni

Dla fragmentu zlewni powyżej węzła 17 – 125, zmniejszono przekroje kanałów o 65% wobec zadanych wartości.

Zmiany wartości przekrojów kanałów znajdują się w tabeli 1.

3. Obserwacja pracy kanałów dla zmniejszonych średnic

Dla zadanego zestawu deszczy przeprowadzono obserwację pracy kanałów przy zmniejszeniu ich średnic o 65%.

Obserwacje przeprowadzono dla poszczególnych opadów.

Wyniki obserwacji, uwzględniające występowanie cofek, zalania i pracy pod ciśnieniem zestawiono w tabeli 2.

Nr kanału	13.05.2003
	pod ciśnieniem
77	-
75	-
121	-
146	-
138	-
103	-
126	19.18-04.38
140	-
Nr kanału	01.07.2003
	pod ciśnieniem
77	-
75	-
121	-
146	-
138	-
103	-
126	00.46-9.24
140	-
28.06.2004
Nr kanału	pod ciśnieniem
77	-
75	13.47-15.17
121	13.47-17.06
146	13.44-17.51
138	13.46-14.58
103	-
126	13.56-15.20
140	13.43-16.40
	04.10.2003
Nr kanału	pod ciśnieniem
77	-
75	-
121	-
146	-
138	-
103	-
126	19.24-03.46
140	-

Tabela 2. Wyniki obserwacji kanałów po zmianie ich średnicy o 65 %.

3.1 Przykładowe rysunki kanałów w warunkach przeciążenia

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.05.13

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.05.13

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.07.01

Wykres pracy kanału dla deszczu 2004.06.28

4. Wpływ zmiany przekroju kanałów fragmentu zlewni na Q_max w kanale 142 i kanale końcowym (299).

Deszcz	Qmodelowe 1	Qmodelowe 2 (po zmianie max depth)
2003.05.13	10.93	6.44
2003.10.04	8.72	5.74
2003.07.01	4.65	2.91
2004.06.28	2.06	1.39

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.05.13 w kanale 142 przed zmianą średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.05.13 w kanale 142 po zmianie średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.07.01 w kanale 142 przed zmianą średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.07.01 w kanale 142 po zmianie średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2004.06.28 w kanale 142 przed zmianą średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2004.06.28 w kanale 142 po zmianie średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.10.04 w kanale 142 przed zmianą średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.10.04 w kanale 142 po zmianie średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.10.04 w kanale 299 przed zmianą średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.10.04 w kanale 299 po zmianie średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.05.13 w kanale 299 przed zmianą średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.05.13 w kanale 299 po zmianie średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.07.01 w kanale 299 przed zmianą średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2003.07.01 w kanale 299 po zmianie średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2004.06.28 w kanale 299 przed zmianą średnicy

Wykres pracy kanału dla deszczu 2004.06.28 w kanale 299 po zmianie średnicy

5. Spływ zawiesin ogólnych

Dla podanego zestawu deszczy, dla skalibrowanej zlewni przeprowadzono modelowanie wskaźnika spływu zawiesin ogólnych z fragmentu zlewni. Dla kanału 196 i studni 197 zmieniono współczynniki nierównomierności godzinowej.

Zmiany współczynnika nierównomierności godzinowej zostały zawarte w tabeli 6.

	NhQ	Nh modelowe
12:00 AM	0.84	0.69
1:00 AM	0.75	0.59
2:00 AM	0.69	0.54
3:00 AM	0.68	0.53
4:00 AM	0.7	0.54
5:00 AM	0.75	0.59
6:00 AM	0.95	0.7
7:00 AM	1.15	0.85
8:00 AM	1.19	0.95
9:00 AM	1.19	1.1
10:00 AM	1.15	1.17
11:00 AM	1.15	1.3
12:00 PM	1.23	1.38
1:00 PM	1.11	1.47
2:00 PM	1.1	1.5
3:00 PM	1.06	1.47
4:00 PM	1.06	1.38
5:00 PM	1.02	1.3
6:00 PM	0.98	1.2
7:00 PM	1.09	1.1
8:00 PM	1.11	1.02
9:00 PM	1.06	0.94
10:00 PM	1.08	0.88
11:00 PM	0.89	0.82

Zmianę współczynnika nierównomierności godzinowej prowadzono do otrzymania odpowiedniego kształtu krzywej N_h widocznego na poniższym wykresie.

W tabeli poniżej (tab. nr 7), zawarto otrzymane stężenie zawiesin ogólnych do kanalizacji w czasie trwania zadanych deszczy.

Data deszczu	Godzina maksymalnego stężenia zawiesin	Przepływ [CMS]	TSS [mg/l]
13.05.2003	19.23	0.08	4329.99
1.07.2003	02.11	0.02	1465.58
4.10.2003	19.32	0.08	4296.53
28.06.2004	13.55	0.01	684.22

6. Wykresy przedstawiające spływ zawiesin dla danych deszczy

2003.05.13

2003.07.01

2003.10.04

2004.06.28

6.1 Wniosek

Zadane stężenie ścieków sanitarnych w czasie ma przebieg harmoniczny. Na wynikowych polutogramach stężenia bardzo dobrze widać efekt nagłego wzrostu stężenia, wywołany opadem w jego pierwszej fazie oraz rozcieńczenia pod koniec opadu. Nawet słaby deszcz powoduje powstanie, tzw. „piku” na wykresie, mimo że jego maksymalna wartość nie zawsze jest większa od stężenia w warunkach pogody suchej.

8. Wnioski

Celem ćwiczenia było zmniejszenie średnic kanałów fragmentu uprzednio skalibrowanej zlewni J-7, o 60% względem wartości zadanych i ocena wpływu tej zmiany na prace kanałów oraz na Q_max w kanale końcowym.

Ponadto należało określić wpływ natężenia i czasu trwania deszczu do ilości i wielkości zawiesin jakie są kierowane do kanalizacji podczas zadanych opadów.

Zmniejszenie średnic kanałów wybranego fragmentu zlewni o 60% względem wartości zadanych powyżej węzła 17 spowodowało zwiększenie natężenia przepływu ścieków. Dla wszystkich deszczy stwierdzono występowanie pracy kanałów pod ciśnieniem, cofki i dość duże oraz długo trwające zalania terenu. Wynika to z faktu, że kanały o niewielkich przekrojach mają niezbyt duże rezerwy przejmowania dużej ilości mas wodnych w stosunku do kanałów o średnicach większych, co obrazuje porównanie pracy kanałów przed i po zmniejszeniu ich średnicy. W kanale zbiorczym (299) zaobserwowano niewielkie zmiany wynikające ze zmiany średnic.

Porównując wykresy natężenia przepływu ścieków ze spływem zawiesin w funkcji czasu można zauważyć, że w momencie wystąpienia maksymalnego natężenia opadu stężenie zawiesin jest najmniejsze (ścieki są wtedy rozcieńczone).

Dla otrzymanych wartości stężenia w kanale 299 wykonano hydrogramy. Dane modelowane z danymi pomierzonymi fizycznie w dużej mierze pokrywają się.

Analizując opracowane hydrogramy można stwierdzić, iż model zlewni nie został dokładnie skalibrowany. Porównując charakter przebiegu linii natężenia przepływu ścieków Q modelowanego można zauważyć, że jest on zbliżony do przebiegu linii natężenia przepływu Q pomierzonego, jednak różni się wartościami. W przypadku lepiej skalibrowanej zlewni przepływ modelowy lepiej oddawałby przepływ rzeczywisty.