ارزیابی نشتاب و آب باران نفوذی در سامانه‌های فاضلاب مجزا (مطالعه موردی: شهر تهران)

نوع مقاله : مطالعه موردی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشکده‎های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشکده‎های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب مجزا برای دریافت فاضلاب خام ساختمان‌ها و انتقال ایمن آن به تصفیه‌خانه‌های فاضلاب طراحی و ساخته می‌شوند. اما به‌دلیل وجود اجتناب‌ناپذیر ترک، سوراخ یا اتصالات آب‌‌بندی نشده، قسمتی از آب زیرزمینی یا زیرسطحی که در لایه اشباع و نیمه‌اشباع خاک قرار گرفته وارد شبکه شده و به تصفیه‌خانه منتقل می‌شود. همچنین در شرایطی که تراز فاضلاب از آب زیرزمینی اطراف لوله بیشتر باشد، فاضلاب داخل لوله به خاک و آب زیرزمینی اطراف لوله نشت می‌کند که به آن نشت فاضلاب می‌گویند. در زمان بارش نیز قسمتی از آب باران از طریق آبرو کف حیاط یا بام ساختمان‌ها که به انشعاب فاضلاب ساختمان متصل شده‌اند وارد شبکه فاضلاب شده و جریان فاضلاب را افزایش می‌دهد که به آن آب باران نفوذی گویند. در این پژوهش، نشتاب، نشت فاضلاب و آب باران نفوذی در بازه‌ای 16 ماهه برای شبکه فاضلاب زیر پوشش تصفیه‌خانه جنوب تهران تحلیل شده و محدوده ورود آنها به شبکه و تصفیه‌خانه مشخص شده‌اند. نتایج نشان‌دهنده آن است که نشتاب نسبت به آب باران نفوذی قسمت بیشتری از جریان وارد شده به تصفیه‌خانه را تشکیل می‌دهد. ولی آب باران به‌دلیل ماهیت خود که جریانی لحظه‌ای است، دشواری‌های بیشتری در بهره‌برداری از شبکه به‌وجود می‌آورد. با محاسبه محدوده آبهای نفوذی در شهر تهران برای سال 1393، نشتاب به‌طور متوسط با نرخ 0175/0 لیتر بر ثانیه بر هکتار وارد تصفیه‌خانه شده که از مقدار توصیه شده در ضابطه شماره 118 بسیار کمتر است. همچنین، آبهای نفوذی در 5 ساعت از روزهای تر در سال 1393، مقداری بیش از 6/0 لیتر بر ثانیه بر هکتار بیان شده در ضابطه شماره 118 را داشته‌اند که نشان‌دهنده اتصال غیرمجزا تعداد زیادی از ساختمان‌های شهر تهران و ورود قسمت زیادی از باران به شبکه فاضلاب است. بنابراین محدوده موجود در ضابطه شماره 118 محدوده‌ای نامطمئن به‌نظر رسیده و نیاز به بازنگری دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Groundwater Infiltration and Rainfall-Derived Inflow and Infiltration Assessment in Separate Sewer Systems (Case Study: Tehran Urban Area)

نویسندگان [English]

  • Mohsen Rezaee 1
  • Masoud Tabesh 2
1 Former Graduated Student, School of Civil Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Prof., School of Civil Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Separate sewer networks are designed and built to collect foul sewage from buildings and convey it to wastewater treatment plants (WWTPs). However, due to some holes and cracks on the pipes or unsealed pipe joints, a volume of ground or subsurface water that is placed in saturated or unsaturated zones intrudes sewers and WWTPs. In a condition that the wastewater level in the sewer stands higher than the groundwater level, wastewater leaks into the soil and groundwater and this phenomenon is called sewer exfiltration. Moreover, during a rain event, a part of the precipitation gets into the sewer system through the illicit connection of the yard drains and roof downspouts to the building’s lateral, and this part of the flow is called rainfall-derived inflow and infiltration (RDII). In this research, infiltration, exfiltration, and RDII were evaluated in a 16-month period to show the range of inflow and infiltration in the sewer network under the service of the South Tehran WWTP. Results show that the infiltration constitutes the major volume of the total inflow and infiltration. But the RDII leads to more operational problems due to its nature as an intense flow. After calculating the range of inflow and infiltration, results show that the average infiltration rate that entered the WWTP in the year 2014 was 0.0175 L/s/ha that is much less than the values mentioned in Criterion No. 118. Furthermore, total inflow and infiltration in five hours of the study period crossed the upper limit of the inflow and infiltration range (0.6 L/s/ha) in Criterion No. 118 that shows the high percentage of illicit connections in Tehran and a high volume of rainfall that enters the sewer network. Accordingly, the inflow and infiltration range in the Criterion No. 118 seems to be an unsound range and it needs some revisions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Infiltration
  • Rainfall-Derived Inflow and Infiltration
  • Separate Sewer System
  • Sewer Exfiltration
  • Wastewater Treatment Plant
Bareš, V., Stránský, D. & Sýkora, P. 2012. Evaluation of sewer infiltration/inflow using COD mass flux method: case study in Prague. Water Science and Technology, 66, 673-680.
Beheshti, M. & Sægrov, S. 2018. Quantification assessment of extraneous water infiltration and inflow by analysis of the thermal behavior of the sewer network. Water, 10, 1070.
Beheshti, M., Sægrov, S. & Ugarelli, R. 2015. Infiltration/inflow assessment and detection in urban sewer system. Vann Journal, 1(1), 24-34.
Belhadj, N., Joannis, C. & Raimbault, G. 1995. Modelling of rainfall induced infiltration into separate sewerage. Water Science and Technology, 32, 161-168.
Bertrand-Krajewski, J. L., Cardoso, M., Ellis, B., Frehmann, T., Giulianelli, M., Gujer, W., et al., 2006. Towards a better knowledge and management of infiltration and exfiltration in sewer systems: the APUSS project. Water Practice Technology, 1(1), No. 22.
Diogo, A. F., Barros, L. T., Santos, J. & Temido, J. S. 2018. An effective and comprehensive model for optimal rehabilitation of separate sanitary sewer systems. Science of the Total Environment, 612, 1042-1057.
Ellis, J. B. 2001. Sewer infiltration/exfiltration and interactions with sewer flows and groundwater quality. 2nd International Conference Interactions Between Sewers, Treatment Plants and Receiving Waters in Urban Areas–Interurba II, Citeseer, Lisbon, Portugal. 19-22.
IRIPBO (Islamic Republic of Iran Plan and Budget Organization), 2017. Guidelines for Design of Wastewater Collection Systems (Publication No.118). (In Persian)
Jiang, A. Z., Mcbean, E. A., Binns, A. & Gharabaghi, B. 2019. Quantifying rainfall-derived inflow from private foundation drains in sanitary sewers: case study in London, Ontario, Canada. Journal of Hydrologic Engineering, 24, 05019023.
Karimi, L., Motagh, M. & Entezam, I. 2019. Modeling groundwater level fluctuations in Tehran aquifer: results from a 3D unconfined aquifer model. Groundwater for Sustainable Development, 8, 439-449.
Karpf, C., Hoeft, S., Scheffer, C., Fuchs, L. & Krebs, P. 2011. Groundwater infiltration, surface water inflow and sewerage exfiltration considering hydrodynamic conditions in sewer systems. Water Science and Technology, 63, 1841-1848.
Mahab Ghods Co., 2018. A report on the Tehran wastewater collection system description. Tehran, Iran. (In Persian)
Mitchell, P. S., Stevens, P. L. & Nazaroff, A. 2007. A comparison of methods and a simple empirical solution to quantifying base infiltration in sewers. Water Practice, 1, 1-20.
Nasrin, T., Sharma, A. K. & Muttil, N. 2017. Impact of short duration intense rainfall events on sanitary sewer network performance. Water, 9, 225.
Parcher, M. J. 1997. Wastewater Collection System Maintenance, CRC Press. Lancaster, Pennsylvania, USA.
Paterson, W., Rushforth, R., Ruddell, B. L., Konar, M., Ahams, I. C., Gironás, J., et al., 2015. Water footprint of cities: a review and suggestions for future research. Sustainability, 7, 8461-8490.
Pawlowski, C., Rhea, L., Shuster, W. & Barden, G. 2014. Some factors affecting inflow and infiltration from residential sources in a core urban area: case study in a Columbus, Ohio, Neighborhood. Journal of Hydraulic Engineering, 140, 105-114.
Rezaee, M. 2020. Evaluation of extraneous water in separate sewer systems with concentration on rainfall-derived inflow. MSc. Thesis, University of Tehran. Tehran, Iran. (In Persian)
Rödel, S., Günthert, F. & Brüggemann, T. 2017. Investigating the impacts of extraneous water on wastewater treatment plants. Water Science and Technology, 75, 847-855.
Rutsch, M., Rieckermann, J., Cullmann, J., Ellis, J. B., Vollertsen, J. & Krebs, P. 2008. Towards a better understanding of sewer exfiltration. Water Research, 42, 2385-2394.
Safavi, H. R., Sattari, F., Soleimani, M., Homayouni, N., Yaraghi, P. & Kazemi, K. 2016. Sewer Networks Design and Construction, Manii Publication. Isfahan, Iran. (In Persian)
Thorndahl, S., Balling, J. D. & Larsen, U. B. B. 2016. Analysis and integrated modelling of groundwater infiltration to sewer networks. Hydrological Processes, 30, 3228-3238.
Vaes, G., Willems, P. & Berlamont, J. 2005. Filtering method for infiltration flow quantification. Proceedings 10th International Conference on Urban Drainage, Copenhagen, Denmark.
Vollertsen, J. & Hvitved-Jacobsen, T. 2003. Exfiltration from gravity sewers: a pilot scale study. Water Science and Technology, 47, 69-76.
Wittenberg, H. & Aksoy, H. 2010. Groundwater intrusion into leaky sewer systems. Water Science and Technology, 62, 92-98.
Zhang, Z. 2005. Flow data, inflow/infiltration ratio, and autoregressive error models. Journal of Environmental Engineering, 131, 343-349.