Application of the vacuum-driven tanks - technical and economical analysis

W artykule przedstawiono problematykę działania zbiorników grawitacyjno-podciśnieniowych w systemach odprowadzania ścieków opadowych z obszarów zurbanizowanych. Głównym celem była ocena działania tego typu zbiorników dla hydrogramów generowanych na podstawie opadów rzeczywistych w odróżnieniu od przyjmowanych w dotychczasowych publikacjach opadów obliczeniowych. Przeprowadzone zostały badania symulacyjne z zastosowaniem modelu hydrodynamicznego zlewni zurbanizowanej, wykonanego przy użyciu programu SWMM5. Model ten uwzględniał specyfikę hydraulicznego działania zbiornika grawitacyjno-podciśnieniowego typu Parkus. Na podstawie danych pluwiometrycznych z okresu 2009-2012, zarejestrowanych na deszczomierzu zlokalizowanym w Częstochowie, dokonano analizy funkcjonowania zbiornika grawitacyjno-podciśnieniowego. Rozpatrzonych zostało pięć różnych wariantów udziału objętości napełnianej podciśnieniowo w całkowitej objętości retencyjnej (od 25 do 75% udziału) dla zmiennych wartości jednostkowego natężenia odpływu ze zbiornika (od 4 do 16 dm3/s⋅ha). Na podstawie przeprowadzonych symulacji możliwe było określenie częstotliwości włączania urządzeń do wytwarzania podciśnienia, jak też objętości ścieków, retencjonowanej średniorocznie w warunkach podciśnieniowych. Otrzymane wyniki umożliwiły wskazanie warunków, w jakich zastosowanie podciśnienia do retencjonowania ścieków opadowych jest technicznie i ekonomicznie uzasadnione.As a result of urbanization, stormwater runoff flow rates and volumes are significantly increased due to increasing impervious land cover and the decreased availability of depression storage. Storage reservoirs are the basic devices to efficiently control the flow-rates in drainage systems during wet weather. Presented in the paper conception of vacuum-driven detention tanks allows to increase the storage capacity by usage of space above the free surface water elevation at the inlet channel. Partial vacuum storage makes it possible to gain cost savings by reduction of both the horizontal area of the detention tank and necessary depth of foundations. In order to determine the effectiveness of their operation a hydrodynamic model was developed using SWMM5 software. Continuous simulations covered a period of four years (rainfall data were recorded on raingage in Czestochowa during the years 2010-2012) and took into account the variable share of the vacuum retention in the total volume: from 25 to 75%. The result of the simulation makes it possible to estimate the cost-effectiveness of vacuum application in comparison to traditional constructions of storage tanks. The results indicated that it is reasonable to use such constructions even if the retention of nearly 50% of total volume is under vacuum conditions

Flow regulation from storage tanks using Real Time Control (RTC) systems

Przedstawiono problematykę regulacji przepływu ścieków opadowych poprzez zastosowanie zbiorników retencyjnych wyposażonych w układy sterowania w czasie rzeczywistym. Opracowany autorski algorytm o nazwie CORT umożliwia regulację odpływu ścieków przy współdziałaniu dwóch lub większej liczby zbiorników retencyjnych. Przykład wykorzystania algorytmu CORT do szeregowego połączenia dwóch zbiorników retencyjnych przy występującej nierównomierności opadu na poszczególnych zlewniach umożliwił porównanie pasywnego i dynamicznego wariantu sterowania przepływem. Wyniki symulacji wykazały, że dynamiczne sterowanie przepływem pozwala w pełni wykorzystać zdolności retencyjne zbiorników, co przekłada się zarówno na redukcję podtopień w obrębie zlewni, jak i minimalizację objętości odprowadzanych do odbiornika nieczyszczonych ścieków opadowych.Majority of urban drainage systems operate statically, relies on gravity to discharge runoff from an urban area. Statically operated systems have no control possibility whatsoever and therefore sometime lead to serious operational problems. The paper presents potential possibilities for improving hydraulic efficiency of storage tanks by dynamic regulation of the outflow-rate in a real time. The proposed original algorithm (CORT) have been developed to optimize the operation of storage tanks and it contains two main modules: optimization and simulation. The simulation module is based on the simplified scheme of the drainage system and original rainfall-runoff model. Connection between both modules makes possible to search the best control strategy for two or more storage units in a real time. Flow regulation strategy is determined by how the inflows are to be distributed between storage, spillage and transport downstream. The practical significance of the algorithm CORT was presented for the example of series connection of two tanks. Simulation results show significant advantages of RTC utilization over traditional approach as result of utilizing the full storage capacity. Significant reduction is observed in volume of pollution spills as well as in risk of local flooding