WP 4 Dagvattenlösningar

Transkript

1 Grå-Gröna systemlösningar för hållbara städer WP 4 Dagvattenlösningar Henrik Bodin-Sköld (Sweco) Thomas Larm (StormTac) Jan-Henrik Sällström (SP) Elin Elmefors (JTI)

2 Aktörer inom WP4 Delaktiga inom WP4 Henrik Bodin-Sköld (Sweco) Thomas Larm (StormTac) Jörgen Larsson (SP) Tove Lindfors (Sweco) Marie Larsson (Sweco) Jan-Henrik Sällström (SP) Mats Andréasson (Sweco) Kent Fridell (SLU) Ann-Mari Fransson (SLU) Kristian Andréasson (Pipelife) m.fl.! Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering SP Technical Research Institute of Sweden

3 WP4:s arbete i punktform Inventering och sammanställning av grå- gröna dagvattenlösningar med fokus på rening och fördröjning. Fördjupad studie med fokus på bl.a. riktlinjer och metodik vid utformning och dimensionering av: Biofilter Filtermagasin Brunnsfilter En kartläggning och jämförelse av modellverktyg för beräkningar av flöden och föroreningstransport i grå-gröna system. Hållfasthetstest av dagvattenkassetter. Rening av dagvatten med naturlig infiltration.

4 Samarbete med andra orter/kommuner i WP4 Tyresö Växjö Nacka Stockholm Sundsvall Malmö Göteborg Falkenberg Helsingfors, Espoo m.fl.

5 Tyresö kommun Delaktiga i inventeringsrapport/ enkätundersökning Biofilteranläggning på Öringevägen Fältmätningar Fallstudie för modellering

6 Tyresö kommun Öringevägen

7 Växjö kommun Vikaholm Delaktiga i inventeringsrapport/ enkätundersökning Workshop våren 2013 Studiebesök i Kampenområdet Planerat bostadsområde i Vikaholm utgör fallstudie för modellering.

8 Växjö kommun Vikaholm & Kampen

9 Nacka kommun Alphyddan Alphyddan i Nacka kommun utgör fallstudie för modellering Modellering med avseende på flöden och föroreningar av dagvatten i ett befintligt grått område.

10 Nacka kommun Alphyddan

11 Sundsvalls kommun Mårtensro Bostadsområde Mårtensro, byggt 2002 (dagvattenhantering har ej följts upp) Uppföljningsstudie av funktioner för vattenhantering (yt-, drän och dagvatten) - Svackdiken - Avledning till dammar för utjämning/rening Fältmätningar visade på god reningseffekt!

12 Leveranser inom WP4

13 Resultat Dagvatteninventering Litteraturstudie av nationella och internationella dagvattensystem för urbana miljöer - Översiktlig studie ( ) - Fördjupad studie (2014) Fokus på biofilter, filtermagasin och brunnsfilter

14 Resultat Dagvatteninventering Enkätundersökning hos våra samarbetspartners samt internt inom projektet. Vilka typer av dagvattenlösningar är mest intressanta? Resultat: biofilter, filtermagasin samt brunnsfilter

15 Resultat Dagvatteninventering

16 RESULTAT Fördjupad studie Fördjupad studie som redogör för riktlinjer och metodik vid utformning och dimensionering Biofilter Filtermagasin Brunnsfilter Funktion (rening och utjämning) Drift & underhåll Utformning

17 Grå-Gröna systemlösningar för hållbara städer Underjordiska Fördröjningsmagasin uppbyggda av dagvattenkassetter Jan-Henrik Sällström SP

18 DAGVATTENKASSETTER Syfte Syfte med fördröjningsmagasin: Minska risken för översvämningar Minska toppflödena i de kommunala dagvattensystemen Sådana av dagvattenkassetter: När det är brist på utrymme i staden kan det vara lämpligt att bygga under jord Kassetterna ger en stor volym relativt enkelt Vattnet kan filteras in i omgivande mark Vatten kan ledas till gröna ytor

19 DAGVATTENKASSETTER Material, installation Material: PVC-U, PP, PP-MD (Unplasticized Polyvinyl chloride, Polypropylene, polypropylene with mineral modifier ) Standardiseringsarbete pågår (CEN TC155 WG26) Förläggas under grönytor, vägar och parkeringsplatser (2 m högt) Magasin omges av vattentätt membran eller geotextil vid infiltration 6 m från byggnad 0,5 m över grundvattenet 800 mm grov sand över 300 mm grov sand omkring 600 x 1200 x 300 mm Top part Bottom plate Clips

20 DAGVATTENKASSETTER Mekanisk verifiering Dagvattenmagasinen belastas av omgivande fyllnadsmaterial vägfordon Attraktivt alternativ, men det måste fungera Bereda väg för detta alternativ Generella accepterade krav (standarder) saknas Det pågår ett ideellt standardiseringsarbete Brist: Ideal geometri utan någon imperfektion Experiment i laboratorium Simuleringar av Experiment Något större struktur

21 DAGVATTENKASSETTER Experiment 1(4) Dagvattenkassetterna testades i en provningsmaskin med en vertikal axel för lastpåläggning En horisontell last på med en separat cylinder Dagvattenkassetten ligger mellan två stålplattor Mellan oket och över plattan finns rullar för lagring Vertikal last Horisontell last

22 DAGVATTENKASSETTER Experiment 2(4) Last 1: Vid olika vertikal belastning undersöks den horisontella styvheten Last 2: Vid en liten horisontellt skjuvande last, som ger en skevhet, ökas den vertikala lasten till kollaps F vlt = 72 kn 7,2 ton F hlt = 7,2 kn 720 kg F v F h

23 DAGVATTENKASSETTER Experiment 3(5) Dagvattenkassetterna belastades också från långsidan och fallet med tre staplade kassetter behandlades också Dagvattenkassetterna försågs med en mängd förskjutningsgivare som lästes av med samplingsfrekvensen 10 Hz

24 DAGVATTENKASSETTER Experiment 4(4) Last 1: När vertikallasten ökar blir 300 försöksuppställning en styvare i 250 horisontell riktning 200 Last 2: Belastning till kollaps Kollapslast vid snedställning 1-2 : 1 kassett: 230 kn 23 ton 3 kassetter 200 kn 20 ton Vertikal last [kn] Förskjutning [mm]

25 DAGVATTENKASSETTER Simuleringar 1(3) Finita elementmetoden har använts En modell en dagvattenkassett har byggs av skalelement Modellen har kopierats och använts för att bygga större strukturer En elastisk-plastisk materialmodell har använts BA2004E (PP) E = 1,1 GPa, Y = 27 MPa = 0,4

26 DAGVATTENKASSETTER Simuleringar 2(3) Dagvattenkassett lastad horisontellt på kortsida Horisontella givare i överkant och nederkant Kassetten belastas vertikalt till kollaps Simuleringsresultat markeras av romber och kvadrater Simuleringarna ger liknande resultat utom när kollaps närmar sig

27 DAGVATTENKASSETTER Simuleringar 3(3) Samverkan mellan kassetter studeras med ett magasin av 12 kassetter Den horisontella lasten är proportionell mot den vertikala H = cv där c = 0,025; 0,05; 0,1 eller 0,2 Heldragen kurva vertikal förskjutning Streckad kurva horisontell förskjutning H = cv V

28 DAGVATTENKASSETTER Diskussion Skevhet påverkar den lastbärande förmågan Ett konstaterande: Kryp hos materialet har stor betydelse Generella accepterade krav (standarder) saknas Mer kunskap om laster och deformationer av kassetterna kan ges av fältmätningar För att förbättra simuleringar krävs Laboratorietester av material Förfinad materialmodell i simuleringar H = cv V

29 Grå-Gröna systemlösningar för hållbara städer Biofilter Thomas Larm StormTac

30 BIOFILTER Portland och Tyresö T Nedsänkta växtbäddar (curb extensions) Regngårdar (rain gardens) Rening och utjämning Perkolationslösning eller tät botten Växtbädd med växter/träd, grov sand och nederst makadam med dräneringsrör Portland, USA (2010) Tyresö (2013)

31 BIOFILTER Principutformning, exempel T

32 BIOFILTER Utformning T Tabell 1. Dimensionerande data för biofilter. Rekommenderade värden utifrån litteraturstudier. Parameter Not. Enhet Ref. Biofilter Anläggningsarea ASTF m 2 1 5,0-50 Förhållande mellan anläggnings- ASTF/Aimp % 2,3,6 2,0-6,0 area och impermeabel avrinningsyta Anläggningens längd L m 1 <40 Anläggningens bredd wb m 1 0,60 Total reglerhöjd hr m 1,2,4,5 0,25 (0,10-0,50) Reglerhöjd upp till bräddnivå hr1 m 1,2,4 0,20 (0,05-0,45) Reglerhöjd från bräddnivå till omgivande yta hr2 m 1 0,050 Maxiplugg (alt. pluggplanta) Maxiplugg alt. pluggplanta st/m 2 8 1,2, (>6-20) Växtbäddens djup om plantor (ej träd) hv, plantor m 1,2,4,5,7 0,45 (0,40-0,70) Växtbäddens djup om träd planteras hv, träd m 1,2,8 1,0 (0,80-1,0) Växtbäddens infiltrationskapacitet, hydraulisk konduktivitet K mm/h 1,4,5,7 200 (50-300) Max fosforkoncentration i växtbädden CP mg/kg TS 4, 6 <100 Djup på avskljande sandlager (istället för geotextil) hs m 1,2,4 0,10 (0,10-0,15) Djup på makadamlager hm m 1,2,4,5,8 0,35 (0,15-0,60) 32 Diameter på dräneringsledning φdr mm ( 100) Djup på bädd för dräneringsledning hm1 m 8 0,10 (0,10-0,15) Ref 1: Healthy waterways (2012), Ref 2: FAWB (2009), Ref 3: Clean Water Services (2009), Ref 4: FAWB (2008), Ref 5: NVE (2013), Ref 6: Blecken (2010), Ref 7: Muthanna et al. (2008), Ref 8: Larm (2013b).

33 BIOFILTER Dimensionering i StormTac T P E Q dim2 K inf Bräddbrunn h7a V d4a 50 mm Q p h7b V d3 200 mm h7 250 mm växtbädd Q ut3 h8 450 mm V d4b grov sand h9 100 mm dräneringsrör makadam Q ut4 Q ut3* 350 mm h10/h11/ h12/h13 h mm terrass grundvattennivå Q ut5 h mm 33

34 RE, P (%) BIOFILTER Dimensionering och reningseffekt T A STF = K * A red = K * A* A STF = K * A imp Alt. 1 (StormTac) Alt. 2 A STF Area för reningsanläggning (m 2 ) K Andel av A red eller A imp. Normalt är K=0,02-0,06. A red Reducerad avrinningsyta (m 2 ) 90 A imp Impermeabel avrinningsyta (m 2 ) 80 Avrinningskoefficient 70 Biofilter dimensioneras mer detaljerat i StormTac (utifrån både rening och flödesutjämning) K (%) h=100 mm h=200 mm h=300 mm 34 Reningseffekten beror på K i formlerna ovan samt på avståndet bräddbrunn-växtbädd (h) Tabell. Reningseffekt (%) för biofilter (StormTac databas v , P N Pb Cu Zn Cd Cr Ni Hg SS oil PAH16 BaP

35 Modellering av vattenflöden och föroreningsbelastning - för grågröna dagvattenlösningar Hur kan modellverktyg användas för att studera flöden och föroreningar i grågröna anläggningar? Vilken typ av anläggning passar bäst? Användarvänlighet? Kostnad? Krav på indata? Möjlighet att anpassa modellen efter lokala förhållanden? Kvalitet i visualisering av resultat? Riktlinjer för modellering av grågröna lösningar? Tre olika modellverktyg: Mike Urban, StormTac och SWMM. Dessa 3 modeller användes för tre fallstudier med olika fokus: - Öringevägen, Tyresö: befintlig biofilteranläggning på en väg i bostadsområde - Vikaholm, Växjö: planerad exploatering med krav om 17% LOD - Alphyddan, Nacka: blandad bebyggelse

36 Öringevägen, Tyresö Dimensionering av biofilter i StormTac Beräknad Ämne (enhet) Före rening Efter rening P (mg/l) 0,14 0,084 N (mg/l) 2,2 2,1 Pb (µg/l) 3,6 0,82 Cu (µg/l) Zn (µg/l) Cd (µg/l) 0,27 0,069 Cr (µg/l) 7,0 6,5 Ni (µg/l) 4,2 1,4 Hg (µg/l) 0,076 0,045 TSS (mg/l) olja (mg/l) 0,72 0,11 PAH (µg/l) 0,14 0,033 BaP (µg/l) 0,010 0,0024

37 Vikaholm, Växjö Dimensionering av flöden i Mike Urban

38 Alphyddan, Nacka Avrinningskoefficienter (%) i SWMM

39 Jämförelse av modeller Val av modell utifrån: tillgänglig indata önskat resultat

40 Grå-Gröna systemlösningar för hållbara städer Dagvattenrening i mark och dränerande hårdgjorda system Elin Elmefors JTI

41 WP4 Dagvattenrening i mark och dränerande hårdgjorda system Både system med markinfiltration och dränerande hårdgjorda system ger bra rening av: - Partiklar - Kolväten - Tungmetaller - Patogener

42 WP4 Dagvattenrening i mark och dränerande hårdgjorda system Det dränerande hårdgjorda systemet kan ha bättre vattengenomsläpplighet p.g.a. grovt material i bär och förstärkningslagret Geotextilkan bidra till bättre rening av näringsämnen (växter också!)