P.S. Mikkelsen DTU Miljø, Institut t for Vand og Miljøteknologi Danmarks Tekniske Universitet

Transkript

1 Tätortshydrologi och dagvatte handtering Mïote arrangeret af Föreningen Vatten Lund/Sverige, 9.november 2011 Infiltration och grunnvatteninteraktion Infiltration and groundwater interaction Infiltration og grundvands interaktion Dagvatten = Regnvand = Stormwater P.S. Mikkelsen DTU Miljø, Institut t for Vand og Miljøteknologi l i Danmarks Tekniske Universitet I samarbejde med I samarbejde med Maria K. Roldin og Philip J. Binning, DTU Miljø Ole Mark, DHI og mange andre

2 Indhold Ekstremregn, klima og undertøj-mode The thee points approach (3PA) Infiltrationssystemer som en del af løsningen Erfaringer fra et faskinesystem på Nørrebro Simulationsstudie på Tingbjerg (København) Simulationsstudie ved Harrestrup Å (København)

3 Klima faktor, 5-års, 1 time (Larsen et al., 2009)

4 København Lyngbyvej 16 aug Photo: Bente Schou

5 Min havefest to aftener før 160 mm på 3 timer

6 (Kilde: dk)

7 Ln X Tre vigtige g punkter (mm, kr) Model A: Tekniske standarder, dimensionering og Funktionskrav, (SVK-27) Model B: Katastrofeberedskab, havstigning, overordnet fysisk planlægning l af by og landskab Model C: Byfornyelse, arkitektur, æstetik/glæde ved vand, trafikplan-lægning, miljølovgivning, sundhed 0, (Fratini i et al., 2011) Ln T

8 Nutidens afløbssystemer Fællessystemer: Separatsystemer: T T

9 Fremtidens afløbssystemer Fællessystemer:! F+R Separatsystemer: F+R R R OL+R R R R F+R R F+R

10 Fremtidens regnvandshåndtering Brug Forsinkelse Infiltration Synliggørelse Seperat system Fælles system Overfladen Have, toilet, Fordampning Grundvand Overfladevand d Vandløb (rensning) Renseanlæg Magasinering Recipient

11

12

13

14

15 Nogle indledende spørgsmål Dette er en faskine (eng: This is an infiltration trench) Q in QQ of h 7th International Conference on Sustainable Techniques and Strategies in Urban Water Management NOVATECH, 27 June 1 July 2010, Lyon/France Q f w Evaluation of two stormwater infiltration l Hvordan virker den? Hvordan kan vi modellere den? (Bergman et al., 2011) trenches in central Copenhagen after 15 years of operation M. Bergman 1, M.R. Hedegaard 1*, M.F. Petersen 1*, P. Binning 1, O. Mark 12 1,2, PS P.S. Mikkelsen 1 Essentially, 1 all models are wrong, Department of Environmental Engineering, Technical University of Denmark *student but some are useful (Box, 1979) 2 DHI

16 Infiltrations model baseret på data og simpel teori Masse balance for perioder efter regn Infiltration gennem bund og sider, drevet af gravitation Output: Hydraulisk ledningsevne (permeabilitet) for sider og bund Capillaritet og grundvandsniveau ikke taget i betragtning Water le evel (m) Time (t) l Q Q f f w dh dt 0 0 Q ( t) Q ( h, t) Q ( h, t) in dh ( h, t) l w dt ( h, t) h ; 2K f fs of K fs, bottom, sides ( l w); l w (m 3 /s) Q f Water level (m)

17 Lokalitet København, indre Nørrebro

18

19 s

20 Trench in a backyard

21 Måleudstyr Tryktransducere Flow måler

22 Tværsnit Kælde er Overløb Til kloak 0,44 m

23 Udvalgte vandniveau data fra 1995 og 1996 Obs: Akserne har samme skala Meget forskellige hændelser, kort/intens og lang/middel intens Duration: to Duration: to Flow (l/s) 2 Flow (l/s) Water Level (m) Water Level (m) 0,5 0, Time e( (hours) ous) Time (hours)

24 Udvalgte vandniveau data fra 1995 og 2009 Data fra 6 dages perioder sammenlignet Vandniveauer falderlangsommere i 2009 end i 1995 Vandniveauer falder langsommere i Syd and i Nord faskinen Syd faskine Nord Faskine

25 Beregnet hydraulisk ledningsevne (permeabilitet) for 1. og 2. målekampagne Data fra ca. samme sæson (Feb-Maj) er sammenlignet Hændelser udvalgt med vandniveauer under koblingspunktet (kun moderate regnhændelser målt i 2. kampagne) Data from Nord faskinen udelukket fra statistiske analyser (ikke data nok i 2. kampagne) Resultater fra og 2009 er statistisk forskellige (t-test) 2009-værdier ~4 gange lavere end værdier Vi antager at denne clogging vil fortsætte, og bygger det ind i modellen Kfs (m/s) Kfs,sidessides 10-6 Kfs, bottom Year

26 Ekstrapolering af fremtidig clogging for simulere fremtidig funktion Clogging model tilpasset til data for at beregne udviklingen i permeabilitet over tid Største fald er allerede sket, men clogging vil fortsætte eksponetielt 10-6 Kfs sides Kfs bottom Kfs (m/s) Year

27 Ekstrapolering af fremtidig clogging for simulere fremtidig funktion Clogging model tilpasset til data for at beregne udviklingen i permeabilitet over tid Største fald er allerede sket, men clogging vil fortsætte eksponetielt Årsmiddelnedbør = 700 mm Års afstrømning: 360 m3 Overløb pr. år: 1996: 20 m3 (5%) 2009: 60 m3 (17%) 2096: 250 m3 Kun lave vandniveauer blev målt, så faskinerne virker nok bedre end vist Kontinuerlig udskiftning i et område vil mindske betydningen af clogging

28 Hvordan kan det indtænkes i DK? Vandbalanceområde Fordampning Tingbjerg (Kbh) som (tænkt) eksempel Projektområde! Dræn Ler Integrated simuation of water balance changes induced by stormwater Daylighting Fyld Hillerødmotorvejen interactions between surface runoff and groundwater in an urban area underlain by morain deposits Nedsivning gennem ler til sandlag (Markussen et al., 2004) P.S. Mikkelsen 1, L.M. Markussen 2, T. Dam 3, H. Sønderup 1, S.K. Hansen 4 Fæstningskanalen 1 Environment & Resources DTU, Technical University of Denmark Sand 0 2 Rambøll, Water 500 mand Wastewater 3 Royal Veterenary and Agricultural University, Copenhagen 4 Copenhagen Energy, Urban Drainage Department Vandbalanceområde Utterslev mose Spildevands- afstrømning Spildevands- afstrømning Dræn Ler Nedsivning gennem ler til sandlag Forda Fyld 6th Int. Conf on Urban Drainage Modelling UDM04, Dresden/Germany September 2004 Sand

29 Projektforslaget

30 Langsgående trug-faskiner

31 Infiltrationsdamme

32 Fremgangsmåde Indsamling af data og feltundersøgelser Skitseprojektering for et delområde Integration af beregninger med med 3 modeller Grundvand: MIKE SHE LAR: STORM Afløbssystem: MOUSE Syntese og afrapportering Resultaterne er beskrevet i en rapport fra Miljøstyrelsen (2004), Nr. 44 i serien om Økologisk byfornyelse og spildevandsrensning

33 STORM modellen Surface Afstrømning runoff fra overflader Throttle Drosselledning pipes pp Overløbsmulighed Overflow Infiltration Nedsivning Tagarealer Vej- og stiarealer Magasineringselement (faskine, trug/rende eller dam) T8 T7 T6 V3 V2 V1 T4 T3 T2 T1 Mag 3 Mag 2 Mag 1 drossel drossel drossel Sti4 Sti3 Sti2 Sti1 Grundvand Grundvand Grundvand Bassin Dam4 Dam3 Dam2 Dam1 R33 R32 R31 R29 R28 R27 R26 R25R24R23 R22R21 R15 R14 R13 R1 2 R11 F33 F32 F31 F29 F28 F27 F26 F25 F24 F23 F22F21 F15 F14 F13 F12 F11 Grundvand

34 Vandstand i Dam 2 Vandsta and [m] 0,25 0,20 0,15 0,10 0, ,00 Beregnet med STORM

35 Grundvandets reaktion Beregnet med MIKE SHE døgn] [mm/day] gndybde infall depth [mm/ Ra Reg ,16 Nedbør i 1995 (SVK-station 30221, Virum) Rainfall MIKE SHE: Afvist vand (458 m 3 ) og drænvand (367 m 3 ) sec] /s) Flow (l/ Flow [l/s 0,12 0,08 0,04 Infiltration excess Flow through building drains 458 m m 3 AF_mikeshe (458 m3) Dræn efter LAR (367 m3)

36 Vandbalance for Gavlhusområdet 800 Baseret på STORM, MIKE SHE og kvalificerede skøn 700 Årsn nedbør : 676 mm Statussituationen Projektforslaget Fordampning Overfladeafstrømning Overløb til kloak Afvist vand Drænafstrømning Grundvandsdannelse Randeffekt

37 Problem definition Harrestrup å ~50 overløb (CSO bygværker) > m 3 CSO per år Lavt baseflow Dårlig ål vandkvalitet Kommunernes mål: Badevands kvalitet i Kalveboderne Max 1 CSO / år og bygværk

38 Problem definition Harrestrup å ~50 overløb (CSO bygværker) > m 3 CSO per år Lavt baseflow Dårlig ål vandkvalitet Quantifying the potential of local stormwater infiltration systems in western Copenhagen Kommunernes mål: Maria Bergman DTU Environment Supervisors: Philip Binning, Peter Steen Mikkelsen & Ole Mark (DHI) Badevands kvalitet i Kalveboderne Max 1 CSO / år og bygværk A cross-disciplinary case study carried out in collaboration with Ole Fryd (KU LIFE) Marina Bergen Jensen (KU LIFE) Jan Jeppesen (Alectia A/S)

39 Lokal infiltration en mulig løsning? Ny klimatilpasningsplan vil gerne fremme lokal afledning af regnvand (LAR = LOD) Mere infiltration => mere grundvandsdannelse => øget baseflow Problematiske betingelser for infiltration: Moræneler lav hydraulisl ledniungsevne Høj grundvandsstand Forurenet jord Drikkevands indvinding Hvordan kan vi lave realistiske beregninger af mængden af regnvand, der kan nedsives, og effekten på overløbene til Harrestrup å?

40 Metode: Tværdisciplinær, iterativ Environmental engineer (Maria) Hydrologist (Jan) Urban planner (Ole)

41 Methode: Grundvandsmodel Hydrologist

42 Metode: Modellering af overløb Environmental engineer Baseline, optimistiske ogkonservative scenarier Eksisterende MOUSE model Koplet til en infiltrations (faskine) model inkl. en opskaletrngs metode 1997 anvendt som representativt år Evaluering af CSO volumen

43 Resultater Yearly overflo ow volume (m m3) Estimeret reduktion i CSO volumen: 67% (optimistisk) 10% (konservativt) Største usikkerheder: Baseline Optimistic Conservative Scenario Grundvands interaktioner Jord parametre (infiltrations evne)

44 Konklusioner Grundvandsinteraktioner er vigtige g Lokal håndtering af regnvand er mere end infiltration, forsinkelte kan betyde meget og skal indpasses i overordnede klimatilpasningsstrategier g Vi arbejder videre med modeludvikling, i samarbejde med bl.a. DHI Fremtidigt arbejde, bl.a.: Integrere rørmodel med grundvands model Udbygge med flere typer lokale anlæg (grønne tage, permeable belægninger, etc.) Evaluere effekter af klimaforandringer og mulige tilpasnings tiltag

45 Tak for ordet!

46 Referencer Larsen, A.N., Gregersen, I.B., Christensen, O.B., Linde, J.J. J & Mikkelsen, P.S. (2009): Potential future increase in extreme one-hour precipitation events over Europe due to climate change. Water Science and Technology, 60, (9), Bergman, M., Hedegaard, M.R., Petersen, M.F., Binning, P., Mark, O. and Mikkelsen, P.S. (2011): Evaluation of two stormwater infiltration trenches in central Copenhagen after 15 years of operation. Water Science & Technology, 63(10), Fratini, C., Geldof, G.D., Kluck, J. & Mikkelsen, P.S. (2011): Three Points Approach (3PA) for urban flood risk management: a tool to support climate change adaptation through transdisciplinarity and multifunctionality (submitted). Markussen, L.M., Korsbech, K., Dam, T., Johansson, K., Mikkelsen, P.S., Sønderup, H., Hansen, M.M. & Hansen, S.K. (2004): Lokal afledning af regnvand - effekten af et detaljeret projektforslag på Tingbjerg. Miljøstyrelsen, København. Økologisk Byfornyelse og Spildevandsrensning, 44, pp