Evaluation of a Real-Time Control System for Combined Sewer Networks

Evaluation of a Real‑Time Control System for Combined Sewer Networks

著者 Wada Yasuhiko, Ozaki Taira, Muraoka Motoi journal or

publication title

関西大学工学研究報告 = Technology reports of the Kansai University

volume 49

page range 61‑68

year 2007‑03‑20

URL http://hdl.handle.net/10112/12451

T e c h n o l o g y  R e p o r t s  o f  K a n s a i  U n i v e r s i t y  N o .  4 9 ,  2 0 0 7  

E v a l u a t i o n  o f  a  Real‑Time C o n t r o l  System  f o r  Combined Sewer Networks 

Y a s u h i k o  WADA*, T a i r a  OZAKI* and M o t o i  MURAOKA** 

( R e c e i v e d  O c t o b e r  2 ,   2 0 0 6 )  

Abstract 

I n  t h i s  s t u d y ,  we e v a l u a t e d  t h e  amount o f  r e d u c t i o n  o f  t h e  c o m b i n e d  s e w e r  o v e r f l o w  ( C S O )   l o a d  u s i n g  r e a l ‑ t i m e  c o n t r o l  ( R T C )  f o r  a  combined sewer s y s t e m  r e g i o n  where a  s t o r a g e   b a s i n  had b e e n  c o n s t r u c t e d .   R e d u c t i o n  o f  t h e  l o a d  i s   e s p e c i a l l y  h i g h  when t h e  amount o f   r a i n f a l l  i s   10mm. M o r e o v e r ,  t h e  amount o f  BOD l o a d  was r e d u c e d  by 1 8  ‑2 6 % ,  and t h e   o v e r f l o w  f r e q u e n c y  by 1 4  ‑29% u s i n g  on RTC s y s t e m  b a s e d  o n  a n n u a l  a n a l y s i s .  I n  a d d i t i o n ,   i t   was c l a r i f i e d  t h a t  t h e  e f f e c t  o f  t h e  r e d u c t i o n  i n   c o s t  o f  t h e  RTC s y s t e m  was h i g h  a s  a  r e s u l t  o f  c o s t ‑ e f f e c t i v e n e s s  a n a l y s i s .  I t   was c o n f i r m e d  t h a t  t h e  i n t r o d u c t i o n  i n  RTC s y s t e m   was e f f e c t i v e  f o r  r e d u c i n g  t h e  C S O .  

I .   Introduction 

6 1  

When storms b r i n g  heavy r a i n f a l l  t h a t  exceeds t h e  t h r e s h o l d  c a p a c i t y  o f  t h e  combined  sewage s y s t e m s ,  u n t r e a t e d  sewage f l o w s  i n t o  p u b l i c  b o d i e s  o f  w a t e r ,  n o t  o n l y  c a u s i n g  an  u g l y  s c e n e ,  but a l s o  c a u s i n g  a d v e r s e  e f f e c t s  t o  t h e  e n v i r o n m e n t ,  i n c l u d i n g  water p o l l u t i o n   and a  t h r e a t  t o  p u b l i c  h e a l t h l l .  

Measures t o  combat such combined sewer o v e r f l o w s  ( C S O s )   i n c l u d e  s o l u t i o n s  such a s  b u i l d i n g  s t o r m ‑ w a t e r  r e t e n t i o n  t a n k s  and underground a c c u m u l a t i o n   f a c i l i t i e s ,   but t h e s e  s o l u t i o n s  e n t a i l  h i g h  c o n s t r u c t i o n  c o s t s ,  t h e  need t o  s e c u r e  t h e  r e q u i r e d   l a n d  i n  urban a r e a s ,  and l o n g ‑ t e r m  maintenance o f  t h e  f a c i l i t i e s .  I n  some c o u n t r i e s ,  a s  measures  a g a i n s t  CSOs, r e a l  t i m e  c o n t r o l  (RTC) systems a r e  implemented t o  c o n t r o l  e x i s t i n g  f a c i l i t i e s  i n   such a  way a s  t o  u t i l i z e  t h e  c a p a c i t y  t o  t h e  f u 1 1 3 > ‑ 5 > ̲   The u s e  o f  RTC i s   a l s o  i n  t h e  p l a n n i n g  s t a g e   i n  some p a r t s  o f  J a p a n ,  w i t h  e x p e c t a t i o n s  f o r  p o s i t i v e  r e s u l t s .  The main advantage o f  a d o p t i n g   RTC o v e r  t h e  c o n s t r u c t i o n  o f  new w a t e r ‑ r e t e n t i o n  f a c i l i t i e s  i s   t h a t  i t   can be implemented a t   a  l o w e r  c o s t  by i n s t a l l i n g  and o p e r a t i n g  w e i r s ,  g a t e s  and m o n i t o r i n g  d e v i c e s  i n   c o n j u n c t i o n   with e x i s t i n g  f a c i l i t i e s .  An a d d i t i o n a l  b e n e f i t  i s   t h a t  t h e  equipment can be i n s t a l l e d  much more  q u i c k l y  than i t   t a k e s  f o r  t h e  c o n s t r u c t i o n  o f  new f a c i l i t i e s ,  such a s  r e t e n t i o n  t a n k s ,  o f f e r i n g  a  r a p i d  o p t i o n  f o r  r e d u c i n g  t h e  e

u e n tl o a d .  

I n  t h i s  s t u d y ,  we i n v e s t i g a t e  t h e  volume and p r o p e r t i e s  o f  t h e  water d i s c h a r g e d  d u r i n g   wet weather a t  a c t u a l  pumping s t a t i o n s  and sewage p r o c e s s i n g  c e n t r e s ,  and s t u d i e d  t h e   o p e r a t i n g  method and e f f e c t i v e n e s s  o f  RTC u s i n g  a n a l y t i c  m o d e l s .  

* D e p a r t m e n t  o f  C i v i l  a n d  E n v i r o n m e n t a l  E n g i n e e r i n g  

* * K y o k u t o  G i k o u  C o n s u l t a n t s  C O . ,  L t d .  

62  Y a s u h i k o  WADA, T a i r a  OZAKI and M o t o i  MURAOKA 

2 .   The Subject Drainage D i s t r i c t  and t h e  RTC  Method  2 . 1   Overview o f  the s u b j e c t  drainage d i s t r i c t  and the f l o w  o f  sewage water 

I n  o u r  r e s e a r c h ,  we s t u d i e d  t h e  u s e  o f  RTC i n  two d r a i n a g e  d i s t r i c t s ,  " D i s t r i c t  l "   ( 3 8 9 h a )   and " D i s t r i c t  2 "  ( 4 7 2 h a ) ,  b o t h  o f  which a r e  equipped with combined sewer s y s t e m s .  F i g .   1  shows an o u t l i n e  o f  t h e  s u b j e c t  d r a i n a g e  d i s t r i c t .  

I n  dry weather, sewage water from t h e  drainage d i s t r i c t  f l o w s  over the r e s p e c t i v e   d i v e r s i o n  w e i r s  and i n t o  P r o c e s s i n g  P l a n t  B .  When t h e r e  i s   p r e c i p i t a t i o n ,  sewage water o f  up  t o  3Qs f l o w s  i n t o  t h e  t r e a t m e n t  p l a n t  ( Q s  i s   t h e  peak h o u r l y  d r y ‑ w e a t h e r  f l o w ) .  Of t h i s  v o l u m e ,   up t o  lQs i s   g i v e n  advanced t r e a t m e n t ,  and a n y t h i n g  beyond t h i s  i s   g i v e n  o n l y  p r e l i m i n a r y   t r e a t m e n t  b e f o r e  b e i n g  d i s c h a r g e d .  Overflow sewage water from t h e  d i v e r s i o n  w e i r s  ( i . e .   i n   e x c e s s  o f  3 Q s )  heads f o r  Pumping S t a t i o n  A v i a  t h e  i n f l o w  c u l v e r t  p i p e s .  The r a t e  o f  i n f l o w  a t   Pumping S t a t i o n  A i s   c o n t r o l l e d  by a  g a t e  l o c a t e d  i n   f r o n t  o f  t h e  g r i t  chamber. The g a t e ,  i n   t u r n ,  i s   c o n t r o l l e d  by a  water gauge i n s t a l l e d  i n  t h e  i n l e t  w e l l ,  and t h e  g a t e  opens when t h e   water r e a c h e s  a  c e r t a i n  l e v e l .  Sewage water t h a t  f l o w s  i n t o  t h e  g r i t  chamber i s   pumped i n t o   t h e  s t o r m ‑ w a t e r  r e t e n t i o n  t a n k  s i t u a t e d  i n s i d e  Pumping S t a t i o n  A u s i n g  two pumps. When  t h e  s t o r m ‑ w a t e r  r e t e n t i o n  t a n k  i s   f u l l ,   t h e r e  i s   a  changeover i n   t h e  pumping o p e r a t i o n ,  and  t h e  sewage water i s   s i m p l y  d i s c h a r g e d  i n t o  t h e  r i v e r s .  Sewage water h e l d  i n  t h e  s t o r m ‑ w a t e r   r e t e n t i o n  t a n k  i s   s e n t  t o  Treatment P l a n t   B  f o r  advanced t r e a t m e n t  a f t e r  t h e  r a i n  s t o p s .  

D r a i n a g e   a r e a  ( A )  

w e i r  

D r a i n a g e   a r e a   ( B )  

P r i m a r y   t r e a t m e n t   Wastewater t r e a t m e n t  p l a n t  

Gate 

G r i t   chamber 

Storm  w a t e r   t a n k  

F i g .   1  O u t l i n e  o f  s u b j e c t  d r a i n a g e  d i s t r i c t  

E v a l u a t i o n  o f  a  R e a l ‑ T i m e  C o n t r o l  S y s t e m  f o r  Combined S e w e r  N e t w o r k s   63 

2 . 2   The RTC  method 

The components r e q u i r e d  f o r  implementing RTC i n   t h e  s u b j e c t  d r a i n a g e  d i s t r i c t s  a r e   summarized b e l o w :  

( A )   Data monitored i n c l u d e s  volume o f  p r e c i p i t a t i o n ,  water l e v e l  w i t h i n  t h e  c u l v e r t  p i p e s ,   water l e v e l  w i t h i n  t h e  s t o r m ‑ w a t e r  r e t e n t i o n  t a n k ,  and t h e  3 ‑ h o u r  r a i n  f o r e c a s t .  

( B )   Water f l u x  a t  c o n t r o l  p o i n t s  a r e  p r e d i c t e d  u s i n g  a  d i s t r i b u t e d  a n a l y s i s  m o d e l .  

( C )  The f a c i l i t i e s  c o n t r o l l e d  by t h e  RTC method a r e  t h e  g a t e s  i n  f r o n t  o f  t h e  d i v e r s i o n  w e i r s   and t h o s e  a t  t h e  pumping s t a t i o n .  Using i n f o r m a t i o n   ( A )   and  ( B )   c i t e d  a b o v e ,  t h e  g a t e s  a r e   c o n t r o l l e d  i n   such a  way a s  t o  t a k e  maximum advantage o f  t h e  s t o r a g e  c a p a c i t y  o f  t h e   s t o r m ‑ w a t e r  r e t e n t i o n  tank and i n f l o w  c u l v e r t  p i p e s  c o n n e c t e d  t o  t h e  pumping s t a t i o n .   The c o n t r o l  a l g o r i t h m  based on t h e  above p r e m i s e s  i s   i l l u s t r a t e d  i n  F i g .  2  b e l o w .  

Retaining tank  water level data 

Diversion weir height initially set to I Qs 

Yes  No 

Increase weir height to  3Qs after retention tank becomes full,  and close gate in  front of pumping station 

Update data  every 10mins 

Yes 

Close gate and  retain storm‑water 

Water level in  culvert pipes will  exceed pipe capacity 

according to  simulation 

o r  

Rain forecast  predicts  precipitation greater 

than 20mm/hr 

No 

Store the entire rainwater  in culvert pipes 

F i g .   2  RTC method 

Pump water to treatment plant.  1 Qs given advanced treatment.  2Qs given preliminary treatment. 

3 .   Quantifying the reduction i n  e f f l u e n t  l o a d  a s  a  r e s u l t  o f  implementing RTC 

I n  t h i s  s t u d y ,  we computed t h e  r e d u c t i o n  e f f e c t s  i n   e f f l u e n t  l o a d  by c o n d u c t i n g  v a r i o u s  

s i m u l a t i o n s  on a  d i s t r i b u t i o n  model c r e a t e d  u s i n g  I n f o  Works CS s o f t w a r e .  

64  Y a s u h i k o  WADA, T a i r a  OZAKI a n d  M o t o i  MURAOKA 

3 . 1   Reference p r e c i p i t a t i o n  

We  a n a l y z e d  t h e  d a t a  f o r  a  o n e ‑ y e a r  p e r i o d ,  i n  o r d e r  t o  e v a l u a t e  t h e  e f f e c t i v e n e s s  o f  RTC  a s  a  measure f o r  p r e v e n t i n g  o v e r f l o w s  i n  combined sewer s y s t e m s .  As t h e  computed a n n u a l   e f f l u e n t  l o a d  v a r i e s  a c c o r d i n g  t o  t h e  p r e c i p i t a t i o n  p a t t e r n ,  we c r e a t e d  t h r e e  m o d e l s .  S i n c e  a  t y p i c a l  p r e c i p i t a t i o n  p a t t e r n  was r e c o r d e d  i n  t h e  s u b j e c t  d r a i n a g e  d i s t r i c t  i n  t h e  y e a r  2 0 0 0 ,  we  used t h e  d a t a  from 2 0 0 0  a s  average p r e c i p i t a t i o n  y e a r  ( t o t a l  r a i n f a l l ;  1 , 3 1 0 . 5 m m ) ,  and used d a t a   from 1 9 9 0  a s  heavy p r e c i p i t a t i o n  year ( t o t a l  r a i n f a l l ;   1 , 7 2 5 . 0 m m ) ,  and used d a t a  from 1 9 9 4  a s   l i g h t  p r e c i p i t a t i o n  y e a r  ( t o t a l  r a i n f a l l ;  772.0mm) Then we q u a n t i f i e d  t h e  e f f e c t i v e n e s s  o f  RTC  on t h e  e f f l u e n t  l o a d  and compared t h e  r e s u l t s  f o r  v a r i o u s  p r e c i p i t a t i o n  v o l u m e s .  T a b l e  1  shows  t h e  c o n d i t i o n  o f  t h e  r a i n f a l l .  

T a b l e   1 .   O u t l i n e  o f  s u b j e c t  r a i n f a l l s  

Y e a r   T o t a l  r a i n f a l l   F r e q u e n c y  o f  r a i n f a l l s   (mm)  ( n o .  o f  t i m e s )   Heavy p r e c i p i t a t i o n  y e a r  ( 1 9 9 0 )   1 , 7 2 5 . 0   9 5   L i g h t  p r e c i p i t a t i o n  y e a r  ( 1 9 9 4 )   7 7 2 . 0   8 5   Average p r e c i p i t a t i o n  y e a r  ( 2 0 0 0 )   1 , 3 1 0 . 5   7 6   3 . 2   The e f f e c t  o f  RTC  on the combined sewer overflows 

As a  r e s u l t  o f  t h e  s i m u l a t i o n s ,  we found t h a t  w i t h  a  t o t a l  volume o f  p r e c i p i t a t i o n  o f  around  10mm, t h e  e n t i r e  sewage volume can be r e t a i n e d  i n  t h e  i n f l o w  c u l v e r t  p i p e s ,  making i t   p o s s i b l e   t o  r e d u c e  b o t h  t h e  number o f  o v e r f l o w s  and t h e  e f f l u e n t  l o a d .  However, when t h e  t o t a l  volume  o f  p r e c i p i t a t i o n  r e a c h e s  around 20mm, t h e  water l e v e l  i n s i d e  t h e  c u l v e r t  p i p e s  i n c r e a s e s ,   making d i s c h a r g e  n e c e s s a r y  i n  o r d e r  t o  p r e v e n t  f l o o d i n g ,  and t h e r e f o r e  t h e  p o l l u t i o n ‑ r e d u c i n g   e f f e c t  i s   l e s s e n e d .  The f o l l o w i n g  a r e  o b s e r v a t i o n s  from t h e  p e r s p e c t i v e  o f  o v e r f l o w  f r e q u e n c y   and e f f l u e n t  l o a d .  

3 . 2 . 1   Frequency o f  overflows 

F i g .  3  shows f r e q u e n c y  o f  o v e r f l o w s .  By u s i n g  RTC, t h e  frequency o f  o v e r f l o w s  can be  reduced by 14% f o r  an average p r e c i p i t a t i o n  y e a r ,  19% f o r  a  heavy p r e c i p i t a t i o n  y e a r ,  and 

Heavy  p r e c i p i t a t i o n   y e a r  ( 1 9 9 0 )  

L i g h t   p r e c i p i t a t i o n   y e a r  ( 1 9 9 4 )  

A v e r a g e   p r e c i p i t a t i o n   y e a r  ( 2 0 0 0 )  

゜ ^{F r 1 0 e   q u e n c y  o 2 0 f    o v e r f l o 3 w 0 s    ( t i m e / y 4 e 0 a   r )}  

F i g .  3 F r e q u e n c y  o f  o v e r f l o w s  

5 0  

E v a l u a t i o n  o f  a  R e a l ‑ T i m e  C o n t r o l  S y s t e m  f o r  Combined S e w e r  N e t w o r k s   65 

by 29% f o r  a  l i g h t  p r e c i p i t a t i o n  y e a r .  T h i s  can be a t t r i b u t e d  t o  t h e  f a c t  t h a t  a  p r e c i p i t a t i o n  o f   a b o u t  10mm, i s   t h e  most f r e q u e n t  o f  r a i n f a l l  p a t t e r n s  t h r o u g h o u t  t h e  y e a r .  I n  such a  c a s e ,  t h e   e n t i r e  volume o f  s t o r m ‑ w a t e r  can be r e t a i n e d  i n s i d e  t h e  c u l v e r t  p i p e s .  

I n  a d d i t i o n ,  we f o u n d  t h a t  RTC i s   most e f f e c t i v e  i n  l i g h t  p r e c i p i t a t i o n  y e a r s ,  n e x t  most  e f f e c t i v e  i n   heavy p r e c i p i t a t i o n  y e a r s ,  and l e a s t  e f f e c t i v e  f o r  average p r e c i p i t a t i o n  y e a r s .   T h i s  i s   b e c a u s e  t h e  f r e q u e n c y  o f  10mm r a i n f a l l  t h r o u g h o u t  t h e  y e a r  i s   g r e a t e s t  d u r i n g  l i g h t   p r e c i p i t a t i o n  y e a r s ,  f o l l o w e d  by heavy p r e c i p i t a t i o n  y e a r s ,  and l e a s t  i n  a v e r a g e  p r e c i p i t a t i o n   y e a r s .  Overflow frequency i n c r e a s e s  a s  t h e  t o t a l  p r e c i p i t a t i o n  i n c r e a s e s ,  but RTC i s   most  e f f e c t i v e  i n  r e d u c i n g  t h e  f r e q u e n c y  o f  o v e r f l o w  i n  y e a r s  when p r e c i p i t a t i o n  a v e r a g e s  around  10mm each t i m e  i t   r a i n s .  

3 . 2 . 2   E f f l u e n t  l o a d  

F i g .  4  shows e

u e n tl o a d .  And Table 2  shows t h e  e f f l u e n t  l o a d  o f  each r a i n  c l a s s i f i c a t i o n .   By i n t r o d u c i n g  RTC, t h e  e f f l u e n t  l o a d  can be reduced by 18% f o r  a v e r a g e  p r e c i p i t a t i o n  y e a r s ,   22% f o r  heavy p r e c i p i t a t i o n  y e a r s ,  and 26% f o r  l i g h t  p r e c i p i t a t i o n  y e a r s  a s  compared t o  t h e  

■  S e c o n d a r y  t r e a t m e n t  ( W T P ) □  S e c o n d a r y  t r e a t m e n t  ( S T )  

圃

P r i m a r yt r e a t m e n t □  O v e r f l o w  

(0660 

J ' B

; : ‑ J A   u oμ B : nd J : ,; :

‑ JJ d   AA ' B ;: ‑ J H 

︵寸 66 1) Jm 'J A  uoμtn!d!:,1J1d i q

2 1n :  

(O OO N)  

J83Auon

1d~8tll~AV

0  20  40  60  80  100  120  140  160 

E f f l u e n t  l o a d  ( B O D )  ( t o n / y e a r )  

F i g .   4  R e s u l t s  o f  e f f l u e n t  l o a d  ( B O D )  

6 6   Yasuhiko WADA, Taira OZAKI and Motoi MURAOKA 

Table  2  ( a ) .   E f f l u e n t  l o a d  o f  each r a i n  c l a s s i f i c a t i o n  :heavy p r e c i p i t a t i o n  year  ( 1 9 9 0 )   1 9 9 0  

F r e q u e n c y   P r e s e n t   F r e q u e n c y   BOD  l o a d  ( k g )   R a i n   S e c o n d a r y   S e c o n d a r y  

c l a s s i f i c a t i o n   o f  r a i n f a l l s   o r   o f  o v e r f l o w s   P r i m a r y  

O v e r f l o w   T o t a l   ( t i m e s / y e a r )   RTC  ( t i m e s / y e a r )   t r e a t m e n t   t r e a t m e n t  

t r e a t m e n t   (WTP)  ( S T )  

P r e s e n t   6  3 , 4 9 0   621  1 7 , 5 6 2   997  2 2 , 6 7 0   0 . 5 , . . . . ̲ ̲ , l O m m   53 

RTC  ゜ ^{3 , 4 7 9   1 , 0 7 2   9 , 6 6 5}   ゜ ^{1 4 , 2 1 6}  

P r e s e n t   1 3   1 , 6 8 0   437  1 0 , 7 3 8   1 0 , 7 6 1   2 3 , 6 1 6   1 0 , . . . . ̲ ̲ , 2 0 m m   1 3  

RTC  ，  _{1 , 6 5 9   528  8 , 5 1 9   4 , 8 0 4   1 5 , 5 1 0}  

P r e s e n t   ，  _{1 , 2 2 0   292  8 , 3 6 3   1 4 , 3 2 5   2 4 , 2 0 0}  

2 0 " " " ‑ ‑ ' 3 0 m m   ， 

RTC  ，  _{1 , 2 0 4   346  7 , 2 4 8   9 , 7 5 3   1 8 , 5 5 1}  

P r e s e n t   6  774  196  4 , 9 4 7   9 , 2 3 3   1 5 , 1 5 0   3 0 " " ' ‑ ‑ ' 4 0 m m   6 

RTC  6  757  259  4 , 3 2 6   9 , 8 3 5   1 5 , 1 7 7   P r e s e n t   5  818  1 6 8   5 , 8 4 8   1 1 , 3 7 3   1 8 , 2 0 7   4 0 ' " ' ‑ ‑ ' 5 0 m m   5 

RTC  5  766  176  4 , 7 0 9   8 , 6 6 5   1 4 , 3 1 6   P r e s e n t   ，  _{1 , 3 4 3   247  8 , 8 6 3   29,209  3 9 , 6 6 2}  

>50mm  ， 

RTC  ，  _{1 , 3 1 6   393  7 , 4 2 4   25,092  3 4 , 2 2 5}  

Table  2  ( b ) .   E f f l u e n t  l o a d  o f  each r a i n  c l a s s i f i c a t i o n  : l i g h t  p r e c i p i t a t i o n  year  ( 1 9 9 4 )   1 9 9 4  

F r e q u e n c y   P r e s e n t   F r e q u e n c y   BOD  l o a d  ( k g )   R a i n   S e c o n d a r y   S e c o n d a r y  

o f  r a i n f a l l s   o r   o f  o v e r f l o w s   P r i m a r y  

c l a s s i f i c a t i o n   t r e a t m e n t   t r e a t m e n t   O v e r f l o w   T o t a l   ( t i m e s / y e a r )   RTC  ( t i m e s / y e a r )  

(WTP)  ( S T )   t r e a t m e n t  

P r e s e n t   7  2 , 9 2 6   496  1 4 , 2 7 0   1 , 6 4 9   1 9 , 3 4 1   0 . 5 , . . . . . . . , l O m m   56 

RTC  ゜ ^{2 , 9 2 7   1 , 0 2 3   7 , 9 3 8}   ゜ ^{1 1 , 8 8 8}  

P r e s e n t   19  2 , 6 3 6   950  1 5 , 6 3 9   1 7 , 6 9 6   3 6 , 9 2 1   1 0 , . . . ̲ ̲ , 2 0 m m   1 9  

RTC  12  2 , 7 1 0   907  1 3 , 8 4 1   6 , 8 7 2   2 4 , 3 3 0   P r e s e n t   5  869  214  4 , 3 8 9   7 , 0 4 3   1 2 , 5 1 5   20"‑'30mm  5 

RTC  5  672  223  3 , 6 8 9   5 , 6 4 4   1 0 , 2 2 8   P r e s e n t   3  362  109  2 , 1 2 9   5 , 2 1 9   7 , 8 1 9   3 0 , . . . ̲ ̲ , 4 0 m m   3 

RTC  3  343  1 5 3   1 , 4 5 6   4 , 7 0 1   6 , 6 5 3   P r e s e n t   2  197  117  1 , 2 1 7   3 , 6 1 3   5 , 1 4 4   4 0 , , . . . ̲ ̲ . , 5 0 m m   2 

RTC  2  199  1 1 3   969  3 , 9 5 4   5 , 2 3 5   P r e s e n t  

>50mm 

゜ ^RTC 

E v a l u a t i o n  o f  a  R e a l ‑ T i m e  C o n t r o l  System f o r  Combined S e w e r  N e t w o r k s   67 

T a b l e  2  ( c ) .   E f f l u e n t  l o a d  o f  e a c h  r a i n  c l a s s i f i c a t i o n  : a v e r a g e  p r e c i p i t a t i o n  y e a r  ( 2 0 0 0 )   2 0 0 0  

F r e q u e n c y   P r e s e n t   F r e q u e n c y   BOD l o a d  ( k g )   R a i n   S e c o n d a r y   S e c o n d a r y  

o f  r a i n f a l l s   o f  o v e r f l o w s   P r i m a r y  

c l a s s i f i c a t i o n   ( t i m e s / y e a r )   RTC  ( o r   t i m e s / y e a r )   t r e a t m e n t   t r e a t m e n t   O v e r f l o w   T o t a l   (WTP)  ( S T )   t r e a t m e n t  

P r e s e n t   4  1 , 1 9 2   1 8 8   5 , 6 5 6   3 7 7   7 , 4 1 3   0 . 5 , ̲ ̲ ̲ , l O m m   3 8  

RTC  ゜ ^{1 , 2 0 6   2 6 3   3 , 4 7 2}   ゜ ^{4 , 9 4 1}  

P r e s e n t   1 6   1 , 8 7 0   5 2 7   1 0 , 4 3 7   1 3 , 3 4 4   2 6 , 1 7 8   1 0 , . . . . . . , 2 0 m m   1 6  

RTC  1 4   1 , 9 5 6   6 3 7   1 0 , 0 0 8   8 , 3 4 6   2 0 , 9 4 7   P r e s e n t   1 3   1 , 8 2 0   3 3 7   1 0 , 6 1 0   1 5 , 8 5 2   2 8 , 6 1 9   2 0 , . . . . ̲ ̲ , 3 0 m m   1 3  

RTC  1 3   1 , 8 6 6   4 4 9   9 , 7 9 7   1 3 , 3 7 9   2 5 , 4 9 1   P r e s e n t   4  4 7 3   1 0 7   2 , 5 0 6   4 , 3 3 4   7 , 4 2 0   3 0 , . . . . ̲ , 4 0 r n r n   4 

RTC  4  4 8 0   1 4 2   2 , 0 6 3   4 , 5 8 0   7 , 2 6 5   P r e s e n t   2  1 8 2   2 5   8 6 2   1 , 9 5 3   3 , 0 2 2   4 0 , . . . . ̲ , 5 0 m m   2 

RTC  2  1 8 0   3 7   7 6 7   1 , 8 7 0   2 , 8 5 4   P r e s e n t   3  3 4 3   5 4   2 , 1 1 1   7 , 7 2 3   1 0 , 2 3 1  

>50mm  3 

RTC  3  3 4 3   8 6   1 , 8 9 9   7 , 7 8 2   1 0 , 1 1 0  

c u r r e n t  s t a t e .  Examining t h i s  i n   g r e a t e r  d e t a i l ,  we f i n d  t h a t  t h e  o v e r f l o w  e f f l u e n t  l o a d  i s   reduced by between 18% and 3 4 % ,  and t h e  p r e l i m i n a r y  t r e a t m e n t  e

uentl o a d  i s   reduced by  between 27% and 3 3 % .  As i s   t h e  c a s e  with t h e  f r e q u e n c y  o f  o v e r f l o w s ,  i t   seems t h a t  e f f l u e n t   l o a d  has been reduced by such a  degree because p r e c i p i t a t i o n  where t h e  volume a v e r a g e s   a b o u t  10mm i s   p r e v a l e n t  through t h e  y e a r .  

P a r a l l e l i n g  t h e  o v e r f l o w  f r e q u e n c y ,  t h e  e f f l u e n t  l o a d  i n c r e a s e s  a s  t h e  volume o f  p r e c i p i t a t i o n   i n c r e a s e s ,  but through t h e  implementation o f  RTC, t h e  r e d u c t i o n  r a t e  i n c r e a s e s  when t h e   f r e q u e n c y  o f  p r e c i p i t a t i o n s  o f  around 10mm becomes more f r e q u e n t .  

4 .   Conclusions 

I n  t h i s  s t u d y ,  u s i n g  s i m u l a t i o n  m o d e l s ,  we e v a l u a t e d  t h e  e f f e c t i v e n e s s  o f  RTC a s  a  measure  f o r  r e d u c i n g  CSO. Our comments on t h e  r e s u l t s  we o b t a i n e d  a r e  a s  f o l l o w s :  

( 1 )  I n  a  c a s e  when t h e  t o t a l  p r e c i p i t a t i o n  a t  any one t i m e  i s   around 10mm, t h e  e n t i r e  volume  o f  sewage water t h a t  c u r r e n t l y  o v e r f l o w s  can be accumulated i n  t h e  c u l v e r t  p i p e s  u s i n g   t h e  RTC methods proposed i n  t h i s  r e s e a r c h .  More o v e r ,  s i n c e  t h e  i n i t i a l  weir h e i g h t  was  s e t  t o   l Q s ,  t h e  h i g h l y  p o l l u t e d  sewage t h a t  r e s u l t s  when t h e  r a i n  f i r s t  b e g i n s ,  which i s   c u r r e n t l y  being g i v e n  o n l y  p r e l i m i n a r y  t r e a t m e n t ,  can be d i v e r t e d  i n t o  t h e  r e t a i n i n g   water t a n k  and s u b s e q u e n t l y  g i v e n  advanced t r e a t m e n t ,  thereby r e d u c i n g  t h e  e f f l u e n t   l o a d .  

( 2 )  Having a n a l y z e d  d i f f e r e n t  a n n u a l  p r e c i p i t a t i o n  p a t t e r n  m o d e l s ,  we found t h a t  t h e  e f f l u e n t  

l o a d  can be reduced by between 18% and 26%, and t h e  overflow frequency can be 

reduced by between 14% and 2 9 % .  I n  a d d i t i o n ,  through a n a l y s i s  o f  d i f f e r e n t  p r e c i p i t a t i o n  

c a t e g o r i e s ,  we showed t h a t  a  wet weather e f f l u e n t  l o a d  o f  BOD can be reduced by 

68  Yasuhiko WADA, T a i r a  OZAKI and Motoi MURAOKA 

between 10% and 40% i n  a  c a s e  where t o t a l  p r e c i p i t a t i o n  i s   under 30mm. 

As our study has shown, t h e  implementation o f  RTC a s  a  measure f o r  reducing CSOs‑

an urgent i s s u e  f o r  t h e  current sewage system a d m i n i s t r a t i o n ‑has been found t o  be a  h i g h l y   v a l u a b l e  approach toward reducing the BOD e f f l u e n t  l o a d  a s  w e l l  a s  t h e  overflow f r e q u e n c y ,   e s p e c i a l l y  when t h e r e  are f r e q u e n t  o v e r f l o w s  due t o  p r e c i p i t a t i o n  o f  l e s s  than 30mm a t  any  given t i m e .  

References 

1 )   Y .  Wada and H .  M i u r a ,  Combined Sewer Overflow C o n t r o l  Using L a r g e ‑ s c a l e  S t o r a g e  P i p e  f o r   F l o o d  C o n t r o l ,  8 t h  ICUSD, S y d n e y ,  A u s t r a l i a ,  1 6 6 3 ,  ( 1 9 9 9 ) .  

2) Y .  Wada, H .  Miura and T .  O z a k i ,  E v a l u a t i o n  and A n a l y s i s  o f  CSO C o n t r o l  w i t h  Storm Water  R e s e r v o i r  i n  O s a k a ,  JAPAN, 9 t h  ICUD, P o r t l a n d ,  A m e r i c a ,  (CD‑ROM), ( 2 0 0 2 ) .  

3 )   M. S c h u t z e  and T .  E i n f a l t ,  O f f ‑ l i n e  Development o f  RTC S t r a t e g i e s  a  G e n e r a l  Approach and t h e   Aachen Case S t u d y ,  8 t h  ICUSD, 4 1 0 ,  ( 1 9 9 9 ) .  

4)  L .   F u c h s ,  H .  Gunther and C .  S c h e f f e r ,  Comparison o f  Q u a n t i t y  and Q u a l i t y  O r i e n t e d  R e a l  Time  C o n t r o l  o f  a  Sewer S y s t e m ,  8 t h  ICUSD, 4 3 2 ,  ( 1 9 9 9 ) .  

5 )  J .   L .   Q u e r ,  P .   M a l g r a t  and J .   M a r t i ,  I m p l e m e n t a t i o n  o f  R e a l  Time C o n t r o l  I n  B a r c e l o n a ' s  Urban 

D r a i n a g e  S y s t e m ,  8 t h  ICUSD, 1 6 2 1 ,  ( 1 9 9 9 ) .