Modelling of stormwater quantity and quality on the example of urbanised catchment in Kielce

Due to the stochastic character of precipitation phenomena, and also the accumulation of pollutants in the catchment area and their washoff, predicting the stormwater quantity and quality is a very complex task. That can lead to massive calculation errors at selection and design stages of technological lines in stormwater treatment plants. For hydraulic sewerage systems, the guideline ATV A-118 and the PN-EN 752 standard recommend using hydrodynamic modelling for the catchment area of more than 200 ha, but also for cases when surface flooding caused by excess stormwater occurs, which happens quite often in urban areas. As a majority of computational software tools (SWMM, Mouse, Mike Urban, Civil Storm), in addition to modules for runoff simulations also have those dedicated to wastewater quality assessment, it is justifiable to conduct complex analyses. The paper aims to discuss the results of stormwater quality and quantity numerical simulations obtained with the SWMM software for Si9 sewer catchment located in the area of Kielce. For the paper, hydrogram computations were made for the catchment runoff and the suspension concentrations at the assumption of constant intensity of the rainfall of the duration of td = 15–180 min and the precipitation occurrence probability of p = 20 %. In addition, a mathematical model of stormwater treatment plant was developed. That allowed the determination of the pollutant load of the existing technological line, and of volume and load of suspended solids discharged by the stormwater overflow structure directly into the receiver. The computations that were conducted showed a limited impact of a specific runoff on the mass of suspended solids delivered from the catchment under consideration.

Ze względu na stochastyczny charakter zjawisk opadowych, a także akumulacji oraz zmywania zanieczyszczeń zgromadzonych na powierzchni zlewni, prognoza jakości i ilości ścieków deszczowych jest bardzo złożona, co może prowadzić do znacznych błędów obliczeniowych na etapie doboru i projektowania ciągów technologicznych oczyszczalni wód deszczowych. Wytyczna ATV A-118 oraz norma PN-EN 752 zalecają do obliczeń hydraulicznych systemów kanalizacyjnych, zastosowanie modelowania hydrodynamicznego dla zlewni o powierzchni przekraczającej 200 ha, ale również w przypadku występowania w sieci zjawiska wylania ścieków na powierzchnię terenu, co zdarza się na terenach miejskich stosunkowo często. Ponadto, ze względu na to, że w większości opracowane programy obliczeniowe (SWMM, Mouse, Mike Urban, Civil Storm) mają oprócz zaimplementowanych modułów do symulacji spływu, także moduły określania jakości ścieków, wydaje się wskazane przeprowadzenie kompleksowych analiz w tym kierunku. Celem artykułu jest omówienie wyników symulacji numerycznych jakości i ilości ścieków uzyskanych przy pomocy programu SWMM dla zlewni kanału Si9 zlokalizowanej na terenie Kielc. W artykule wykonano obliczenia hydrogramów odpływu ze zlewni i stężeń zawiesiny przy założeniu stałego natężenia deszczu dla czasu trwania td = 15–180 min i prawdopodobieństwa wystąpienia opadu p = 20 %. Ponadto opracowano model matematyczny oczyszczalni ścieków deszczowych, który pozwolił określić obciążenia ładunkiem zanieczyszczeń istniejącego ciągu technologicznego oraz ustalić objętość i ładunek zawiesiny ogólnej zrzucanej przelewem burzowym bezpośrednio do odbiornika. Przeprowadzone obliczenia wykazały nieznaczny wpływ jednostkowego spływu na masę zawiesiny ogólnej odpływającej z przedmiotowej zlewni zurbanizowanej.