MODELOWANIE NUMERYCZNE WPŁYWU AWARII SIECI KANALIZACJI SANITARNEJ NA ŚRODOWISKO GLEBOWE

Podobne dokumenty
PROCES EKSFILTRACJI Z PRZEWODÓW KANALIZACYJNYCH A ROZPRZESTRZENIANIE SIĘ WYBRANYCH ZANIECZYSZCZEŃ - BADANIA MODELOWE

BADANIA MODELOWE ROZPRZESTRZENIANIA SIĘ ZANIECZYSZCZENIA POCHODZĄCEGO Z NIESZCZELNEJ KANALIZACJI DESZCZOWEJ W GRUNTACH TORFOWYCH

METODA WYZNACZANIA ZASIĘGU STREFY OCHRONY WODOCIĄGOWYCH PRZEWODÓW TRANZYTOWYCH

Zapora ziemna analiza przepływu ustalonego

Część A: Wodociągi dr inż. Małgorzata Kutyłowska dr inż. Aleksandra Sambor

Spis publikacji. dr inż. Małgorzata Iwanek telefon:

2. Obliczenia ilości ścieków deszczowych

Regulacja stosunków wodnych w dorzeczu Wykład 4. Fizyka wód gruntowych

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

Zawartość opracowania

Ankieta dotycząca gospodarki wodno-ściekowej w 2006 r.

15.1. Opis metody projektowania sieci kanalizacyjnej

OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW PRZEMYSŁOWYCH O DUŻEJ ZAWARTOŚCI OLEJÓW NA ZŁOŻU BIOLOGICZNYM

Zadanie 2. Zadanie 4: Zadanie 5:

Filtracja - zadania. Notatki w Internecie Podstawy mechaniki płynów materiały do ćwiczeń

STUDNIA KANALIZACYJNA MONOLITYCZNA SK 600

BADANIA PODATNOŚCI ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU CUKIERNICZEGO NA OCZYSZCZANIE METODĄ OSADU CZYNNEGO

OPINIA GEOTECHNICZNA

GeoPlus Badania Geologiczne i Geotechniczne. Dr Piotr Zawrzykraj Warszawa, ul. Alternatywy 5 m. 81, tel ,

Miejscowość: Ostrówek Gmina: Klembów Powiat: Wołomiński. Zleceniodawca: Opracowanie: Hydrotherm Łukasz Olszewski. mgr inż.

I. OPIS DO DOKUMENTACJI PRZEBUDOWY DROGI

Opinia geotechniczna dla projektowanej budowy odcinka kanalizacji sanitarnej w rejonie ul. Borowinowej i ul. Leśnej w Bieruniu Starym

Fundamentowanie. Odwodnienie wykopu fundamentowego. Ćwiczenie 1: Zakład Geotechniki i Budownictwa Drogowego

ZAŁ. NR 1 Mapa orientacyjna obszaru badań. obszar badań

Egzamin z MGIF, I termin, 2006 Imię i nazwisko

ANEKS DO RAPORTU ODDZIAŁYWANIA NA ŚRODOWISKO

GEO GAL USŁUGI GEOLOGICZNE mgr inż. Aleksander Gałuszka Rzeszów, ul. Malczewskiego 11/23,tel

Zgłoszenie. Instalacji przydomowej biologicznej oczyszczalni ścieków ze studnią chłonną WZÓR

on behavior of flood embankments

STAWY OSADOWE INFORMACJA O STANIE ŚRODOWISKA W MIEŚCIE STALOWA WOLA. Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Rzeszowie Delegatura w Tarnobrzegu

inż. Jadwiga Radomska Zieleniewska upr. Nr 297/81/WMŁ

ul. 28 Czerwca 1956 r., 398, Poznań tel. (61) , fax (061) ,

INWESTOR: JEDNOSTKA PROJEKTOWA: Rzeszów, wrzesień 2009 EGZ. 1/A

GOSPODARKA ODPADAMI W OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW TYPU SBR

Stateczność dna wykopu fundamentowego

Szkolenie z zakresu stosowania nawozów BLOK 5

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

OLCZAK GEOL OPINIA GEOTECHNICZNA OBIEKT: BUDOWA SIECI KANALIZACJI SANITARNEJ NA ULICY KOLEJOWEJ W MAŁKINI GÓRNEJ MIEJSCOWOŚĆ: MAŁKINIA GÓRNA

Ćwiczenie laboratoryjne Parcie wody na stopę fundamentu

INDYWIDUALNE SYSTEMY OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW A OCHRONA WÓD PODZIEMNYCH

KOMPUTEROWE MODELOWANIE SIECI WODOCIĄGOWYCH JAKO NARZĘDZIE DO ANALIZY PRĘDKOŚCI PRZEPŁYWU WODY

Lp. STANDARD PODSTAWA PRAWNA

PROJEKT BUDOWLANY EGZEMPLARZ NR:

Analiza wymiany ciepła w przekroju rury solarnej Heat Pipe w warunkach ustalonych

Inwentaryzacja i diagnoza istniejącego systemu odwodnienia miasta

Opinia dotycząca warunków geotechnicznych w związku z projektowanym remontem ulicy Stawowej w Rajsku gmina Oświęcim.

Wstępne warianty modernizacji Odry do wymogów klasy żeglowności Va wyniki modelowania dla Odry granicznej

Propozycja działań naprawczych zwiększających potencjał ekologiczny Zbiornika Sulejowskiego

Zakres wiadomości na II sprawdzian z mechaniki gruntów:

5. REEMISJA ZWIĄZKÓW RTĘCI W CZASIE UNIESZKODLIWIANIA OSADÓW ŚCIEKOWYCH

Możliwość wykorzystania modelu zlewni rzecznej w celu określenia przyczyn zmiany jakości wód na przykładzie rzeki Kłodnicy

Jeżeli w procesie odsiarczania spalin powstanie nawóz sztuczny to jest to metoda:

DOKUMENTACJA GEOTECHNICZNA

PROJEKT BUDOWLANY. DOZIEMNA INSTALACJA KANALIZACJI SANITARNEJ ZE ZBIORNIKIEM NA NIECZYSTOŚCI CIEKŁE o Poj. 9m 3

WARUNKI HYDRAULICZNE PRZEPŁYWU WODY W PRZEPŁAWKACH BLISKICH NATURZE

Wykopy - wpływ odwadniania na osiadanie obiektów budowlanych.

BUDOWY SEPARATORA NA KANALE DESZCZOWYM W UL. ZAMKOWEJ W BIAŁEJ PODLASKIEJ

SPIS TREŚCI SPIS RYSUNKÓW

SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

Model fizykochemiczny i biologiczny

Budowa kanalizacji sanitarnej i odtworzenie drogi w ul. Klikuszówka, os. Nowe i Buflak w Nowym Targu

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA. I. Badania wody surowej, uzdatnionej, wód popłucznych i wody z rzeki

RAPORT Z BADAŃ NR LK /14/Z00NK

KLASYFIKACJA JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH W 2004 ROKU

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

BESKO - Elżbieta Staworko Bogdan Staworko s.c.

Wstępne warianty modernizacji Odry do IV klasy żeglowności wyniki modelowania. Odra swobodnie płynąca od Brzegu Dolnego do ujścia Nysy Łużyckiej

PROJEKT WYKONAWCZY. TOM 2/2 Projekt kanalizacji deszczowej

Zgodnie z powyżej przywołanym paragrafem, jego ust. 1, pkt 4 ścieki bytowe, komunalne, przemysłowe biologicznie rozkładalne oraz wody z odwodnienia

Wprowadzenie. Danuta WOCHOWSKA Jerzy JEZNACH

SPIS TREŚCI. 1.Wstęp 2.Charakterystyka terenu prac 3.Warunki gruntowe i wodne w podłożu 4.Uwagi końcowe. Załączniki tekstowe

Przykłady modelowania numerycznego warunków hydraulicznych przepływu wody w przepławkach ryglowych i dwufunkcyjnych

SYSTEM Wsparcie działań ochrony środowiska i gospodarki wodnej realizowanych przez WFOŚiGW

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

OPIS Do Planu Zagospodarowania Terenu dla Opracowania : "BUDOWA DROGI WEWNĘTRZNEJ PRZY DZIAŁCE NR 544 w WOLI KOPCOWEJ (ul.

OŚWIADCZENIE. PROJEKTANT INST. SANITARNYCH: mgr inŝ. Małgorzata Świtkiewicz upr. bud. nr GP-III-7342/8/93

BIURO GEOLOGICZNE BUGEO Zielonka, ul. Poniatowskiego 16 tel./fax , ,

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

S P I S Z A W A R T O Ś C I

ANALIZA ROZKŁADU CIŚNIEŃ I PRĘDKOŚCI W PRZEWODZIE O ZMIENNYM PRZEKROJU

ANALIZA PORÓWNAWCZA DOKŁADNOŚCI WYBRANYCH MODELI PRZEPŁYWU WODY W GLEBIE NA PODSTAWIE OCENY WILGOTNOŚCI UZYSKANEJ W BADANIACH TERENOWYCH

Analiza konsolidacji gruntu pod nasypem

OCENA MOŻLIWOŚCI OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU PRZEMYSŁU CUKIERNICZEGO

Opinia geotechniczna nt:

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

Projekt budowlany przyłączy wod-kan. ORLIK 2012 ZESPÓŁ BOISK SPORTOWYCH Przy IILO Zduńska Wola ul. Komisji Edukacji Narodowej 6

WYZNACZENIE OBSZARU I GRANIC AGLOMERACJI DOBRZEŃ WIELKI zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska, z dnia 1 lipca 2010r.

ANALIZA PRACY KANALIZACJI DESZCZOWEJ LOTNISKA W MIEJSCOWOŚCI ŁASK NA PODSTAWIE MODELU HYDRAULICZNEGO.

HYDRO4Tech PROJEKTY, OPINIE, EKSPERTYZY, DOKUMENTACJE BADANIA GRUNTU, SPECJALISTYCZNE ROBOTY GEOTECHNICZNE, ODWODNIENIA

1. ZADANIA Z CECH FIZYCZNYCH GRUNTÓW

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 13 lipca 2010 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. (Dz. U. z dnia 29 lipca 2010 r.

! # % & # ( ) #, #. / , + #. 0 4 % %65 ; / < =2 44 > ;

OPINIA GEOTECHNICZNA

Ekspertyza geologiczna

Przydomowe Oczyszczalnie Ścieków z drenażem rozsączającym

WYTYCZNE MONTAŻU STUDZIENEK KANALIZACYJNYCH MONOKAN Z POLIETYLENU (PE) produkcji firmy EKO-SYSTEMY Sp. z o. o.

NAPRĘśENIE PIERWOTNE W PODŁOśU GRUNTOWYM

SPIS ZAWARTOŚCI I. CZĘŚĆ OPISOWA CZĘŚĆ RYSUNKOWA

Transkrypt:

MODELOWANIE NUMERYCZNE WPŁYWU AWARII SIECI KANALIZACJI SANITARNEJ NA ŚRODOWISKO GLEBOWE NUMERICAL MODELING OF SANITATION SYSTEM FAILURE EFFECT ON SOIL ENVIRONMENT Ireneusz Krukowski, Marcin K. Widomski, Małgorzata Iwanek Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Lubelska, 20-618 Lublin, ul. Nadbystrzycka 40 B, e-mail: I.Krukowski@wis.pol.lublin.pl ABSTRACT The aim of this paper was to create the numerical model of the sanitation system failure influence on the soil environment. This model was built to show the contamination concentration distribution in the studied soil profile. It can be useful in the estimation of the influence of exfiltration on the groundwater and soil environment. Numerical research was conducted for the ground profile including the built-in pipe of the sanitary gravitational sewage system Nadstawna St., Lublin, Poland. The finite elements method based software FEFLOW 5.2 was chosen to compile the studied model. Modeling research was based on the parameterization of soil profile and information concerning concentration of the pollutant outflowing from the damaged pipe. Phenol was chosen as the considered pollutant. Its concentration was set on the basis of the research conducted by the Central Laboratory MPWiK Lublin. The reference data, the results of soil parameter research and the results of the investigations of raw sewages inflow to sewage treatment Hajdów allowed to choose boundary and initial conditions, required to numerical calculations. The obtained results of calculations allowed the analysis of the influence of the waste water lines breakdown on the soil environment and groundwater. The results of our studies should be empirically verified. Key words: mathematical modeling, sanitary sewages system failure, exfiltration, the influence of exfiltration on the environment, phenol. WSTĘP Jednymi z podstawowych zjawisk, które mają wpływ na pracę sieci kanalizacyjnej oraz oczyszczalni ścieków jest infiltracja wód gruntowych i przypadkowych do sieci oraz eksfiltracja ścieków do gruntu. W przypadku przewodów kanalizacyjnych zjawisko eksfiltracji występuje w sytuacjach, gdy: - uszkodzony przewód kanalizacji grawitacyjnej posadowiony jest powyżej poziomu zwierciadła wody gruntowej, wówczas następuje wypływ ścieków bezpośrednio do gruntu; - uszkodzony przewód kanalizacji grawitacyjnej posadowiony jest poniżej poziomu zwierciadła wody gruntowej, a ciśnienie wewnątrz przewodu pochodzące od napływających ścieków jest wyższe niż pochodzące od wód gruntowych. Eksfiltracja ścieków z nieszczelnych przewodów kanalizacyjnych wywołuje szereg negatywnych skutków takich jak (Kuliczkowski, i in. 2002, 2005): - zmniejszenie ilości przepływających ścieków przez kanał co może prowadzi do pogorszenia parametrów hydraulicznych pracy sieci (konieczność częstszego płukania, podniesienie kosztów eksploatacyjnych); - zwiększenie, stężenia i gęstości ścieków przez co może występować problem z ich oczyszczaniem; - przenikanie szkodliwych składników ze ścieków do podłoża i w efekcie wody gruntowej; - podniesienie zwierciadła wody gruntowej, które może powodować zawilgocenia budynków znajdujących się w bliskim otoczeniu kanału; - rozluźnienie gruntu w obrębie nieszczelności, połączone z jego osiadaniem i zapadaniem się terenu; - zmiana warunków posadowienia kanału co prowadzi do zmiany spadku, deformacji, pęknięć i w konsekwencji zawalenia kanału - szkodliwe oddziaływanie na przewody, budowle na sieci i zabudowę na powierzchni gruntu (np. powierzchnie ulic);

140 - zmianę właściwości podłoża, skutkującą zmianą posadowienia kanału, odkształceniami, rysami, pęknięciami lub zawaleniami (katastrofami kanalizacyjnymi). Wydostające się ścieki z nieszczelnych przewodów po przedostaniu się do wód gruntowych, a następnie do zbiorników mogą stanowić także zagrożenie dla organizmów wodnych np. ryb. Wydostające się z uszkodzonego przewodu ścieki bogate są w nawozowe jak azot, fosfor i potas, które po przedostaniu się do wody powierzchniowej powodują wtórne zanieczyszczenie odbiornika (Beńko i in., 2007). W sprzyjających warunkach zjawisko to objawia się masowymi zakwitami glonów, na co szczególnie są podatne wody stojące. Wywołuje to trudności przy wykorzystaniu tych wód na potrzeby wodociągowe oraz przyspiesza proces eutrofizacji zbiorników wodnych (Wójcik i in., 2007). Pierwiastkiem silnie zatruwającym wody śródlądowe jest kadm, który poprzez ryby przenika również do organizmów ludzi. Ścieki eksfiltrujące z przewodów kanalizacyjnych są też źródłem metali ciężkich w wodach gruntowych, a w konsekwencji także głębinowych czy powierzchniowych. Ścieki bytowogospodarcze zawierają takie metale ciężkie jak miedź i cynk, a kadm, rtęć, chrom czy nikiel mogą być zawarte w ściekach przemysłowych (Obarska-Pempkowiak i in., 2007). W celu określenia zasięgu oddziaływania nieszczelności przewodów sieci kanalizacyjnej na środowisko glebowe i wody gruntowe tworzy się matematyczne modele umożliwiające wszechstronną symulację procesu przy różnych warunkach brzegowych i początkowych. Oprócz kosztownego monitoringu w terenie wykorzystuje się także symulacyjne modele matematyczne przeznaczone do prowadzenia analiz wpływu awarii sieci kanalizacyjnej na środowisko naturalne. Wyniki uzyskane dzięki modelowi matematycznemu pozwalają na analizę wpływu zagrożeń na środowisko glebowe i wody gruntowe oraz ocenę ryzyka. Konieczne jest dokonywanie oceny oddziaływania awarii sieci kanalizacyjnej na środowisko w szczególności na zasoby wód naturalnych, gdyż stanowią one specyficzny rodzaj zasobów naturalnych, który do niedawna występował we względnej obfitości i czystości (Kowal, 2006). Celem niniejszych badań było sporządzenie modelu numerycznego wpływu awarii sieci kanalizacji sanitarnej na środowisko naturalne z wykorzystaniem uszkodzonego odcinka przewodu kanalizacji sanitarnej grawitacyjnej w Lublinie na ul. Nadstawnej. METODA BADAWCZA Jako podstawowe narzędzie służące do modelowania procesu eksfiltracji z uszkodzonego przewodu kanalizacji sanitarnej oraz wpływu na środowisko glebowe i wody gruntowe zastosowano program FEFLOW 5.2, WASY GmbH Niemcy (Diersch i in., 2005, Diersch i in., 2006, Trefry, 2007). Za zanieczyszczenie przedostające się z uszkodzonego przewodu kanalizacji sanitarnej do podłoża gruntowego przyjęto fenol. Stężenie eksfiltrującego ze ściekami fenolu założono na podstawie badań stężenia zanieczyszczeń w ściekach surowych dopływających do oczyszczalni Hajdów przeprowadzonych przez Centralne Laboratorium MPWiK Lublin w roku 2007. Z przeprowadzonych przez laboratorium badań wynika, że stężenie fenolu w ściekach surowych wynosi 0,1 mg dm -3 i taką wartość założono do obliczeń symulacyjnych. LOKALIZACJA OBIEKTU BADAŃ Do analizy wybrano odcinek przewodu kanalizacji sanitarnej grawitacyjnej zlokalizowany w ul. Nadstawnej w miejscowości Lublin. Jest to kanał KS48210 o kształcie okrągłym, kamionkowy o średnicy 250 mm i długości 28,3 m łączący studzienki górną SS51140 i dolną SS51141. Rzędna dna kanału w studzience górnej 172,89 m n.p.m., natomiast w studzience dolnej 171,01 m n.p.m. Zagłębienie przewodu waha się od 2,24 m w studzience górnej do 3,70 m w studzience dolnej. PARAMETRY GRUNTOWO-WODNE Przeprowadzone badania podłoża gruntowego zalegającego w obrębie przyjętego do modelowania jako źródło zanieczyszczenia odcinka przewodu kanalizacji sanitarnej nie wykazały występowania wody gruntowej. Badania przeprowadzono do głębokości 5,20 m pod powierzchnię powłoki asfaltowej i do tej głębokości nie stwierdzono występowania wód gruntowych. Podłoże gruntowe drogi w ul. Nadstawnej, w które wbudowany został kanał kanalizacji sanitarnej pokryte jest szczelną warstwą bitumiczną. Dlatego, też tak urządzone pokrycie rozpatrywanego podłoża gruntowego potraktowano jako szczelną powłokę, przez którą nie przedostają się wody opadowe do ośrodka gruntowego.

141 Numer otworu 2 Numer warstwy Tabela 1. Wyniki badań laboratoryjnych podłoża gruntowego. Głębokość Rodzaj gruntu i barwa pobrania [m] NN (Pg + K + cegła) nasyp niebudowlany - piasek 1 0,3 2,0 gliniasty z domieszką kamienia i cegły c. szarobeżowa 2 2,0 2,5 NN (G + cegła) nasyp niebudowlany - glina, cegła c. szara NN (Gh + K + cegła) nasyp niebudowlany - glina 3 2,5 3,0 humusowa z domieszkami kamieni i cegły c. szara 4 3,0 3,5 NN (Gπh + cegła) nasyp niebudowlany - glina pylasta humusowa, cegła c. szara 5 3,5 4,3 NN (Gπh + Π + cegła) nasyp niebudowlany - glina pylasta humusowa, pył, cegła c. szara 6 4,3 4,8 NN (Gπh + Π + cegła) nasyp niebudowlany - glina pylasta humusowa, pył, cegła c. szara 7 4,8 5,2 Gπh glina pylasta humusowa, c. szara Na podstawie wyników z przeprowadzonych badań geologicznych gruntu wykonanych przez Labdrog Laboratorium Drogowe i raportu z przeprowadzonej inspekcji przez MPWiK Lublin sporządzono profil wykorzystany do obliczeń symulacyjnych. Składał się on z ośmiu warstw przedstawionych w Tabeli 1. Szerokość przyjętego profilu wynosiła 6,0 m, a jego głębokość 5,2 m p.p.t. Rzędna terenu w miejscu prowadzenia symulacji 174,71 m n.p.m. a dna kanału 71,01 m n.p.m. Pozostałe dane dotyczące przyjętego profilu na podstawie Rys. 1. Na zbudowanym profilu założono siatkę trójkątnych elementów skończonych. Rys. 1. Schemat przyjętego profilu. Wykorzystane w modelu wartości parametrów opisujących właściwości fizyko-wodne rozpatrywanego profilu pozyskano na podstawie opracowań literaturowych, a ich wartości zestawiono w Tabeli 2 (Basile i in., 2003, Van Dam i in., 1997, Wessolek i in., 1994).

142 Tabela 2. Parametry fizyko-wodne poszczególnych warstw gruntu wykorzystane do obliczeń symulacyjnych. Nr warstw y Warstwa Parametry krzywej pf Przepuszczalnoś ć w stanie nasycenia Maksymal ne Porowatość nasycenie Resztowe nasycenie α [cm - [-] [cm] 1 ] n [-] K sat [m s -1 ] ε [-] S s [-] S r [-] 0 0-30 4,100 1,100 1,00 10-9 0,100 1,0 0,000 1 30-200 0,075 1,890 1,23 10-5 0,410 1,0 0,159 2 200-250 0,036 1,560 2,89 10-6 0,430 1,0 0,181 3 250-300 0,0065 1,325 1,78 10-7 0,430 1,0 0,000 4 300-350 0,019 1,310 7,17 10-7 0,410 1,0 0,232 5 350-430 0,019 1,310 7,17 10-7 0,410 1,0 0,232 6 430-480 0,019 1,310 7,17 10-7 0,410 1,0 0,232 7 480-520 0,019 1,310 7,17 10-7 0,410 1,0 0,232 W celu wyeliminowania dopływu wody do profilu od góry przez nawierzchnię ulicy na jej powierzchni zastosowano warunek (drugiego rodzaju Neumanna) zakładając Flux = 0,0 m d -1. Co oznacza że powierzchnia ulicy jest szczelna i nie następuje przesiąkanie przez nią wody do podłoża. W dolnej części profilu przyjęto warunek gradientowy (drugiego rodzaju Neumanna) zakładając Flux = -1,78 10-7 m d -1, który zapewnia swobodny odpływ wody poza rozpatrywany obszar w głąb podłoża gruntowego. Jest to warunek, dla którego przewodność hydrauliczna jest funkcją wysokości ciśnienia pod jakim występuje woda w glebie i wysokości położenia. Rozumiany jest jako (Diersch, 2005): ( K ( Ψ + z) ) n q =, [m d -1 ] (1) gdzie: K - współczynnik przewodnictwa hydraulicznego, [m d -1 ], - wektorowy bezwymiarowy operator Hamiltona, Ψ - wysokość ciśnienia pod jakim występuje woda w glebie [m], z - wysokość położenia [m], n - wersor normalny dla operatora Hamiltona, [-]. W miejscu, gdzie znajduje się przewód kanalizacji sanitarnej zastosowano warunek (pierwszego rodzaju Dirichleta) zakładając Head = 0,2 m. Oznacza to wypływ wody z uszkodzonego przewodu kanalizacji sanitarnej grawitacyjnej do podłoża gruntowego o potencjale 0,2 m rozumianym jako napełnienie kanału grawitacyjnego. PARAMETRY ADSORPCJI I DYSPERSJI Wartości przyjętych parametrów adsorpcji i dyspersji pozyskano na podstawie licznych opracowań literaturowych i zestawiono je w Tabeli 3 (Huyakorn i in., 1986, Hwang i in., 1986, Naymik i in., 1981, Pang i in., 1998, Papadopulos i in., 1978). Założoną wartość stężenia fenolu wydostającego się z uszkodzonego przewodu przyjęto do obliczeń symulacyjnych zakładając warunek (pierwszego rodzaju Dirichleta) Mass = 0,1 mg dm -3. Na poziomie ulicy w rozpatrywanym przekroju założono warunek (pierwszego rodzaju Dirichleta) Mass = 0,0 mg dm -3. Oznacza to, że powierzchnia ulicy jest szczelna i nie następuje dopływ zanieczyszczeń do podłożą w rozpatrywanym profilu, a tym samym nie następuje dopływ zanieczyszczeń z zewnątrz. Jako początkowe stężenie zanieczyszczeń gruncie do obliczeń symulacyjnych przyjęto wartość zerową. Pod rozpatrywanym kanałem na głębokości 54 cm założono trzy punkty referencyjne, nr 1 centralnie pod przewodem, a nr 2 i 3 po bokach w odległościach od punktu centralnego pokazanych na Rys. 2.

143 Tabela 3. Parametry opisujące zanieczyszczenie fenolem poszczególnych warstw gruntu przyjęte do obliczeń symulacyjnych. Nr warstwy Warstwa Gęstość właściwa gruntu k sorpcji wg Henry ego k transportu k dyfuzji molekularnej k dyspersji podłużnej k dyspersji poprzecznej Czas połowiczneg o rozpadu k rozpadu w reakcji pierwszego rzędu [-] [cm] [g cm -3 ] [-] K d [ml g -1 ] [m 2 s -1 ] [m] [m] t 1/2 [d] [s -1 ] 1 30-200 2,67 0,0267 0,010 1,0 10-9 4,00 0,5 7,0 1,146 10-6 2 200-250 2,70 0,1485 0,055 1,0 10-9 36,00 0,5 7,0 1,146 10-6 3 250-300 2,54 0,1397 0,055 1,0 10-9 2,50 0,5 7,0 1,146 10-6 4 300-350 2,56 0,1408 0,055 1,0 10-9 1,50 0,5 7,0 1,146 10-6 5 350-430 2,56 0,1408 0,055 1,0 10-9 1,50 0,5 7,0 1,146 10-6 6 430-480 2,56 0,1408 0,055 1,0 10-9 1,50 0,5 7,0 1,146 10-6 7 480-520 2,56 0,1408 0,055 1,0 10-9 1,50 0,5 7,0 1,146 10-6 3 1 2 Rys. 2. Schemat profilu z założonymi punktami referencyjnymi do odczytu wyników symulacji. Ruchu wody w ośrodku porowatym opisywany jest w programie FEFLOW 5.2. za pomocą równań Darcy oraz Richardsa (Zaradny, 1990). Przewodnictwo hydrauliczne w stanie nienasyconym opisywane jest z wykorzystaniem zmodyfikowanego równania Van Genuchtena w postaci (Diersch, 2005): 1 m = l 1 1 m K Ksat S S (2) gdzie: K - współczynnik przewodnictwa hydraulicznego w strefie nienasyconej [m s -1 ], K sat - współczynnik przepuszczalności szkieletu gruntowego w stanie nasycenia [m s -1 ], l - bezwymiarowy wykładnik związany z układem połączeń porów l=0,5, m = l A/n, A=1wg Mualema (Mualem, 1976), n - bezwymiarowy współczynnik będący miarą rozkładu wielkości 2 porów, S - saturacja wielkość bezwymiarowa określana jako: S θ θ r = (3) θ s θr gdzie: θ - zawartość wody [m 3 m -3 ], θr - resztowa zawartość wody [m 3 m -3 ], θs - zawartość wody dla pełnego nasycenia [m 3 m -3 ]. ANALIZA WYNIKÓW OBLICZEŃ Do obliczeń symulacyjnych przyjęto trzy warianty obliczeniowe różniące się między sobą czasem trwania awarii. Dla każdego z wariantów przyjęto warunek Head = 0,2 m dla przepływu wody i warunek Mass = 0,1 mg dm -3 dla

144 zanieczyszczenia fenolem. Każdorazowo niezależnie od czasu trwania awarii symulację prowadzono przez okres 7 dób (tygodnia). W zależności od czasu trwania obliczeń symulacyjnych i czasu trwania awarii uzyskano różne rozkłady stężenia fenolu. Stężenie fenolu w założonych punktach referencyjnych gwałtownie rośnie od chwili rozpoczęcia symulacji, a po przekroczeniu czasu trwania awarii z pewnym opóźnieniem spada. W każdym z wariantów obliczeniowych stężenie w punkcie referencyjnym 1, jako centralnie położonym pod rozpatrywanym kanałem znacznie szybciej rośnie i osiąga większe wartości, aniżeli w punktach 2 i 3 leżących po jego prawej i lewej stronie na tej samej głębokości. W profilu tworzy się front zanieczyszczeń przemieszczający się w jego głąb wraz ze wzrostem czasu trwania symulacji. Najszybciej przemieszczają się zanieczyszczenia zlokalizowane centralnie pod rozpatrywanymooprzewodem. Część zanieczyszczeń przemieszcza się w górę profilu na wskutek działania podsiąku kapilarnego. Rozkłady stężenia fenolu [mg dm -3 ] dla awarii trwającej 3 [d] Czas= 0,5 [d] Skala: 0 1m Czas= 2,25 [d] Czas= 3,0 [d] Czas= 7,0 [d] Rys. 3. Zależność stężenia fenolu [mg dm -3 ] od czasu trwania awarii [d]. Maksymalne stężenie fenolu dla rozpatrywanego profilu przy eksfiltracji trwającej 1 dobę Rys. 4. zarejestrowano w punkcie referencyjnym 1 dla czasu 1,126 doby o wartości 4,264 10-2 mg dm -3. Natomiast dla awarii trwającej 2 doby Rys. 5. maksymalne stężenie fenolu wynosiło 4,744 10-2 mg dm -3 dla czasu 2,141 doby od rozpoczęcia symulacji. Największe wartość stężenia fenolu o wartości 5,038 10-2 mg dm -3 dla czasu 3,314 doby od rozpoczęcia symulacji zarejestrowano dla eksfiltracji trwającej 3 doby Rys. 6.

145 stężenie fenolu C [mg dm -3 ] 5,0E-02 4,5E-02 4,0E-02 3,5E-02 3,0E-02 2,5E-02 2,0E-02 1,5E-02 1,0E-02 5,0E-03 0,0E+00 0,0E+00 1,0E+00 2,0E+00 3,0E+00 4,0E+00 5,0E+00 6,0E+00 7,0E+00 8,0E+00 czas trwania symulacji [d] PUNKT 1 PUNKT 2 PUNKT 3 Rys. 4. Zależność stężenia fenolu w punktach referencyjnych od czasu trwania symulacji dla awarii trwającej 1 [d]. stężenie fenolu C [mg dm -3 ] 5,0E-02 4,0E-02 3,0E-02 2,0E-02 1,0E-02 0,0E+00 0,0E+00 1,0E+00 2,0E+00 3,0E+00 4,0E+00 5,0E+00 6,0E+00 7,0E+00 8,0E+00 czas trwania symulacji [d] PUNKT 1 PUNKT 2 PUNKT 3 Rys. 5. Zależność stężenia fenolu w punktach referencyjnych od czasu trwania symulacji dla awarii trwającej 2 [d]. 4,5E-02 stężenie fenolu C [mg dm -3 ] 4,0E-02 3,5E-02 3,0E-02 2,5E-02 2,0E-02 1,5E-02 1,0E-02 5,0E-03 0,0E+00 0,0E+00 1,0E+00 2,0E+00 3,0E+00 4,0E+00 5,0E+00 6,0E+00 7,0E+00 8,0E+00 czas trwania symulacji [d] PUNKT 1 PUNKT 2 PUNKT 3 Rys. 6. Zależność stężenia fenolu w punktach referencyjnych od czasu trwania symulacji dla awarii trwającej 3 [d].

146 WNIOSKI Reasumując należy stwierdzić, iż wyniki przeprowadzonych obliczeń symulacyjnych pozwalają na postawienie następujących wniosków: 1. Uzyskane wyniki obliczeń symulacyjnych stężenia fenolu w glebie dostarczają informacji, które mogą być wykorzystane do analizy wpływu zjawiska eksfiltracji na środowisko glebowe i wody gruntowe; 2. Na podstawie uzyskanych wyników stężenia fenolu w rozpatrywanym profilu stwierdzono, że wraz ze wzrostem czasu trwania awarii stężenie fenolu w gruncie rośnie. Przy czym dla eksfiltracji trwającej 3 d osiąga wartość maksymalną 5,038 10-2 mg dm -3 większą o 15,4 % w stosunku do maksymalnej wartości przy eksfiltracji trwającej 1 d; 3. Wyniki rozkładu stężenia fenolu w profilu glebowym wykazały, że ładunek zanieczyszczeń wydostający się z uszkodzonego przewodu odpływa pionowo w głąb profilu; 4. Obliczenia symulacyjne pokazały, że zanieczyszczenie fenolem wydostające się z uszkodzonego przewodu przedostaje się także do wierzchnich warstw profilu. Spowodowane jest to ciśnieniem ssącym powodującym powstawanie podsiąku kapilarnego; 5. W celu potwierdzenia prawidłowości przyjętych warunków brzegowych i początkowych konieczne jest przeprowadzenie weryfikacji empirycznej. LITERATURA BASILE A., MELE G., TERRIBILE F., 2003, Soil hydraulic behaviour of a selected benchmark soil involved in the landslide of Sarno 1998, Geoderma, 117, 337 340. BEŃKO P., STYKA W., 2007, Pozyskiwanie węgla organicznego dla usuwania związków biogennych ze ścieków miejskich, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 9, 21-24. DIERSCH H. J. G., FEFLOW 5.3 Finit Element Subsurface Flow & Transport Simulation System, User s Manual, WASY GmbH, Berlin 2006. DIERSCH H. J. G., FEFLOW 5.3 Finit Element Subsurface Flow & Transport Simulation System, Reference Manual, WASY GmbH, Berlin 2005. HUYAKORN P., ANDERSON P., MOTZ F., GUVER O., MELVILLE J., 1986, Simulations of two-well tracer tests in stratified aquifers at the Chalk River and the Mobile sites, Water Resour. Res., 22(7), 1016-1030. HWANG H., HODFSON R., 1986, Degredation of phenol and chlorophenols by sunlight and microbes in estuarine water, Environ. Sci. Technol. 20(10), 1002-1007. KOWAL A. L., 2006, Zanieczyszczenie wód powierzchniowych i podziemnych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 9, 16-20. KULICZKOWSKI A., ZWIERZCHOWSKI D., LISOWSKA J., Badanie infiltracji gruntowej do nieszczelnych kanałów techniką video, 216-225, w: Prace naukowe Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej, Vol. 50, Konferencja 19, Wrocław 2002. KULICZKOWSKI A., LISOWSKA J., 2005, Oddziaływanie na środowisko nieszczelnych przewodów kanalizacyjnych, Aura Ochrona Środowiska, nr 7, 22-25. MUALEM Y., 1976, A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media, Water Resources Res., 513-522. NAYMIK T., BARCELONA M., 1981, Characterization of a contaminant plume in ground water, Meredosia Illinois, Ground Water, 19(5), 517-526. OBARSKA-PEMPKOWIAK H., GAJEWSKA M., OSTOJSKI A., BUTAJŁO W., 2007, Specjacja metali ciężkich w osadach ściekowych powstających w trakcie oczyszczania ścieków w reaktorach systemu MUCT, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 5, 25-28. PANG L., CLOSE M., NOORAM M., RHODAMINE W., 1998, Bacillus subtilis transport through an alluvial gravel aquifer, Ground Water, 36(1), 112-122. PAPADOPULOS S., LARSON S., 1978, Aquifer storage of heated water; II, Numerical simulation of field results, Ground Water, 16(4), 242-248. TREFRY, M.G. AND MUFFELS CH., 2007, FEFLOW: a finite-element ground water flow and transport modeling tool, Ground Water, 45(5), 525-528. VAN DAM J., HUYGEN J., WESSELING J., FEDDES R., KABAT P., VAN WALSUM P., GROENENDIJK P., VAN DIEPEN C., Theory of SWAP version 2.0. Simulation of water flow, solute transport and plant growth in the Soil-Water Atmosphere-Plant environment, Wageningen Agricultural University and DLO Winand Staring Centre, Wageningen 1997; WESSOLEK G., PLAGGE R., LEIJ F., VAN GENUCHTEN M., 1994, Analysing problems in describing field and labolatory measured soil hydraulic properties, Geoderma, 64, 102; WÓJCIK W., ŻEGLIN-KURBIEL K., 2007, Problematyka występowania i usuwania azotanów z wód, Gaz, Woda i Technika Sanitarna nr 9, 28-32; ZARADNY H., Matematyczne metody opisu i rozwiązań przepływu wody w nienasyconych i nasyconych gruntach i glebach, Praca IBW PAN 23,1990.