CFD beregninger som input til Mike Urban CFD til design af bygværker samt detaljering af Mike Urban model for Kalvebod Brygge Skybrudstunnel
Area description Rain induced Flooding d 2
Københavns Kommunes Skybrydsplan Skybrudssikring Skybrudsplanen blev vedtaget i 2012 Mål: At håndtere en 100 års hændelse Siden 2012, er der brugt mange ressourcer på at gøre nogle af 350 projekter klar til konstruktion Denne præsentation omhandler en af de største projekter: En skybrudstunnel centralt i København på Vesterbro. 3
Område karakteristisk Terræn Terrænet har generelt fald mod havnen. Terræn ned til koter omkring +1,60 på Vesterbro 4 De lave terrænkoter medfører lav hydraulisk gradient Ground elevation [m] Sea 0-1 1.0-1.5 1.5-2 2.0-2.5 2.5-3 3.0-3.5 3.5-4 4.0-5.0 > 5.0 Vesterbro
Udfordringer Oversvømmelse i forbindelse med regn Oversvømmelse for en 100 års hændelse i 2100. To hovedområder er oversvømmet med dybder op til 0,5-1,0m Oversvømmelsesvolumen på op til 150.000m³ Vesterbro Flooding depth [m] < 0.1 0.1-0.2 0.2-0.3 0.3-0.5 5 > 0.5
Design strategi Opstilling af hydraulisk model Opstillet Mike Urban model på baggrund af Københavns Kommunes Skybrudsplan. Skybrudsplanen opdelt i kategorier: Skybrudsveje, forsinkelsesveje, skybrudsledninger og skybrudsbassiner samt tunneler 6
Design strategi Opstilling af hydraulisk model Stort arbejde i at få lagt de mange projekter ind i modellen. Skybrudsveje, forsinkelsesveje, skybrudsledninger og skybrudsbassiner samt tunneler indsat. Modellen er opsat som 1D-1D model af hensyn til beregningstid og til dels også tid til opsætning af modellen. Forbindelse til terræn indsat via weirs. Mange koblingspunkter. 7
Design strategi Begrænset plads til forsinkelse af skybrudsvand Vandet skal ledes ud af oplandet 8
Design strategi Linjeføring Forslået linjeføring tæt på de oversvømmede områder. Beregninger viste et designflow på 20m³/s. På grund af eksisterende infrastruktur blev en dybtliggende tunnel valgt som konstruktionsmetode. To lokaliteter blev identificeret til skaktplacering og forbindelse til eksisterende kloak blev inkluderet i designet. 9
Design strategi Terræn og gradient Terræn barrierer: - Gl. Kongevej - Kødbyen - Jernbanegraven Stigende vandstand 10
Tunnel dimensions Ø2000 tunnel fra Gl. Kongevej til Kødbyen, Ø3000 tunnel fra Kødbyen til Kalvebod Brygge. Tunnelen er lige præcis i stand til at krydse over metroen og stadig blive i gode geologiske forhold til tunnelering (kalk). Øget diameter vil medføre tunnelen skal under metroen Betydelige forøgelse af anlægspris. 11
Indtag af skybrudsvand Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø Overordnet design Indledende design: - To niveaustyrede klapper - 2x2m forbindelsesledning - Designflow 6m³/s Existing local sewer Flap Chamber Indledende beregninger på fyldning Undgå luft Connection from flap chamber to drop Baffle drop Flushing storage volume 2m ID Tunnel Connecting portal 12
Indtag af skybrudsvand Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø - Fyldning Indledende CFD beregninger viste at hylderne ikke blev udnyttet optimalt For høje hastigheder Øger risiko for at trække luft med. -Åbning i bunden af hylderne for lille 13
Indtag af skybrudsvand Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø - Fyldning Revideret design Ekstra hylde indsat. 5 i alt med 2m afstand. Åbning øget til 1,5x2,0m. - Giver nu tilfredsstillende hastigheder under fyldning. 14
Indtag af skybrudsvand Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø Enkelttab ved designsituation Ved fyldt system, testes systemet for enkelttab til designflow på 6m³/s. Beregningerne viste et samlet enkelttab på 104 cm, heraf 65 cm ved klapbygværket. Uacceptabelt stort tab her. 15
Indtag af skybrudsvand Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø Revideret design Revideret design. Klapbygværk går direkte på skakten. Fjernet forbindelsesledning Formål at reducere tabet her. Existing local sewer Flap Chamber Connection from flap chamber to shaft Baffle drop 2m ID Tunnel Flushing storage volume Connecting portal 16
Indtag af skybrudsvand Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø Enkelttab ved revideret design Systemet genberegnes med det nye design. Tab reduceret med næsten 36 cm. Nu samlet 68 cm, 28 cm fra klap til skakt. Nu på acceptabelt niveau. 17
Indtag af skybrudsvand Ved Kødbyen/Sønder Boulevard Revideret design 1 Overordnet design: - Ø2m tunnel ind, Ø3m tunnel ud. - 4 niveaustyrede skybrudsklapper - 2 stk 2x2m forbindelsesledninger - Skybrudsledning fra gasværksvej direkte til skakt Designflow 13m³/s + 1,5m³/s samt 6 m³/s fra ø2m tunnel. 18
Indtag af skybrudsvand Ved Kødbyen/Sønder Boulevard Fyldning revideret design 1 Den indledende beregning for fyldning viste for høje hastigheder med øget risiko for at trække luft med ned. Designet revideres derfor 19
Indtag af skybrudsvand Ved Kødbyen/Sønder Boulevard Fyldning revideret design 2 Der blev indsat en ekstra hylde og en halv hylde ved indløbet fra klapbygværket til at lede vandet over på første hylde. Nedbringer hastighederne til acceptabelt niveau. 20
Indtag af skybrudsvand Ved Kødbyen/Sønder Boulevard Fyldning revision af design Ved fyldt system, testes systemet for enkelttab til designflow på 20m³/s. Tab gennem skakt på 76 cm Tab fra klapbygværk til udløb på 128 cm OK. 21
Pumpestation ved udløb 4 stk propellerpumper á 5m³/s Tunnelen slutter i en pumpestation med 6 pumper á 5m³/s, der kører alternerende drift 4 ad gangen. Samlet flow 20m³/s ned til kote -2,0m. 22
Hydraulisk model opdateret med enkelttab Justeret via enkelttabskoefficienten i MU til overensstemmelse med CFD beregningerne Vandstande under kritisk niveau Tunneldiameteren skal ikke forøges. 23
Hydraulisk model opdateret med enkelttab Testet på Flood model Kun tunnelen indsat som plan-element. Indsæt figur med ny osv-beregning Depth [m] 24
Konklusioner CFD som værktøj til design og CFD har været et helt centralt værktøj under designet af skakte og bygværker Det har bidraget med viden og forståelse for bygværker og skaktes funktion CFD har været med til at give en sikkerhed for de udførte beregninger Enkelttab havde ellers været meget svære at vurdere ud fra håndberegninger på de komplekse strømforhold. Det kræver koordinering mellem hydraulikkere Både MU og CFD folk samt anlægsfolk med viden om design og indretning af skakte. 25
Cloudburst tunnel design Turning Necessity into Benefits Lang tidsbrug af tunnelen I fremtiden skal regn og spildevand i stigende grad separeres i København. Under skybrud skal tunnelen fortsat bruges til at forhindre oversvømmelser ved overløb fra fælleskloaken. Til hverdagsbrug vil tunnelen blive brugt til at transportere separat regnvand fra byen. Billedet viser et af de projekter, der er under planlægning på Nørrebro, den type projekter som skybrudstunnelerne også skal understøtte. 26