Bassindimensionering og hydrauliske effekter i vandløb EVA - temadag Våde regnvandsbassiner er det løsningen? Nyborg, 1. marts 2018 Anja T. H. Thomsen: anja@orbicon.dk 1
Det hydrologiske kredsløb i byer 2
Urban hydrologi Processer af betydning for overfladeafstrømningen: - Befugtning - Lavningsmagasinering - Fordampning - Infiltration } } Initialtab Hydrologisk reduktionsfaktor 3
Regnintensitet og gentagelsesperioder Landsregnrækken (intensiteter i l/(s ha)): Varighed, tr (min) T (år) 5 10 15 20 25 30 40 60 120 20 350 280 240 205 172 149 119 86 64 10 310 230 190 170 142 123 98 72 43 5 260 190 160 128 108 94 76 56 33 2 200 140 114 92 78 68 56 43 26 1 150 110 88 72 61 54 44 33 21 0.5 110 83 64 53 46 41 34 26 17 0.2 80 52 40 34 29 26 22 17 11 i c t r 4
Oplandsafstrømning Afstrømningshastighed på overfladen: Tommelfingerregel 1 m/s 160 Tid/arealmetoden - 10 minutters regn, gentagelsesperiode = 2 år Koncentrationstid på overflade: 7 minutter 140 120 Regnvarighed: 10 minutter Afstrømningshastighed i afløbssystemet: Tommelfingerregel 1 m/s Q (l/s) 100 80 60 40 Afstand til bassin: 1 km Opholdstid i afløbssystemet: 16,5 minutter 20 0 t k t r 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 Tid (min) Periode fra start af regn til slut udledning: 33,5 minutter 24 m 420m 5
Resulterende afstrømning til bassin 200 Regnvarighed: 10 minutter Gentagelsesperiode: Ca. 10 år Q A (l/s) Q B (l/s) 100 0 0 10 20 30 40 50 60 Tid, t (min) 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 Tid, t (min) 200 Q C (l/s) 100 0 0 10 20 30 40 50 60 Tid, t (min) 300 Opl: 2 ha Opland A Opl: 1 ha Opland B Opl: 2 ha Opland C U Q U (l/s) 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 Tid, t (min) 6
Bassindimensionering HUSK: Krav til gentagelsesperiode for overløb har betydning for bassinstørrelsen Krav udledningsmængde har betydning for: Bassinstørrelse Tømmetid 7
Hvor meget kan vi udlede? Oversvømmelse? Oversvømmelse? Kritisk Kritiskoversvømmelse? oversvømmelse? Skadelig Skadeligvandføring vandføring ifht. ifht.vandløbet? vandløbet? Medianmaksimum? Medianmaksimum? Naturlig Naturligafstrømning? afstrømning? Naturlig Naturligaktuel aktuelafstrømning? afstrømning? 8
Maksafstrømning [l/s/km 2 ] Maksimumafstrømning [l/s/km 2 ] Naturlig afstrømning Medianmaksimum 80 Årsmaksimumafstrømning 80 Månedsmaksimumafstrømning år 2002 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Årstal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Måned Mst.nr. 46.06 Haarby Å (1988 2007) 9
Kan man drosle for meget? Årsmiddelregn 750 mm Mst. Medianmaksimum afstrømning 20 l/s/km 2 1 red. ha 1.200 m 3 0,2 l s red.ha Bassin 7.500 m 3 Ind Ud 6.300 m 3 10
Kan man drosle for meget? Årsmiddelregn 750 mm Mst. Medianmaksimum afstrømning 24 l/s/km 2 0,5 red. ha 1 red. ha 1 red. ha 10% 3.750 m 3 750 m 3 0,24 l s red.ha 8.250 7.500 m 33 12.000 m 3 Ind Bassin Ud 7.500 m 3 11
Bassinudnyttelse 0,3 l/s/ha Maks overløb: 0,7 m 3 /s Samlet overløb: 894 m 3 Maks overløb: 0,35 m 3 /s Samlet overløb: 403 m 3 Opland: 5 ha red Udledning: 0,3l/s/ha Bassinstørrelse: 3300 m 3 1 l/s/ha Opland: 5 ha red Udledning: 1,0l/s/ha Bassinstørrelse: 2250 m 3 12
Bassinudnyttelse 0,3 l/s/ha Fraktil [%] Fyldningsgrad [%] 25 11,5 50 36,6 75 58,4 90 79,3 95 85,3 1 l/s/ha Fraktil [%] Fyldningsgrad [%] 25 0 50 0 75 0,6 90 10,3 95 17,8 13
Effekt af udledning - middelsituation Opland [km 2 ] Vsp-stigning [cm] 5 l/s Vsp-stigning [cm] 10 l/s Vsp-stigning [cm] 20 l/s Vsp-stigning [cm] 700 l/s 0,4 (5 l/s) 3,5 5 8,5 65 10 (120 l/s) 0,5 1 2 62 100 (1.200 l/s) 0,2 0,4 0,8 40 2500 (30.000 l/s) 0 0 0 1 14
Udledning [l/s] Udledning [l/s] Bassin vs. uforsinket 15
Dæmpning og udjævning af uforsinket udledning 228 l/s/km 2 70 l/s/km 2 16
Beregnet vandføring - baseflow (l/s) 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 Dæmpning og udjævning af uforsinket udledning Dynamisk bølge - dæmpning af uforsinket udledning fra Hovedgård 3000 m 4000 m 7000 m 8000 m 13000 m 15000 m 17000 m 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 01-01-2005 00:00 01-01-2005 02:24 01-01-2005 04:48 01-01-2005 07:12 01-01-2005 09:36 01-01-2005 12:00-0.1 17 Tid
Specifik afstrømning (l/s/km 2 ) Dæmpning og udjævning af uforsinket udledning 230.0 Dynamisk bølge - dæmpning af uforsinket 220.0 udledning fra Hovedgård - CDS T = 2 år. 210.0 Naturlig afstrømning = 63 l/s/km 2. Målestation 27.01 er ved 15.000 m nedstr. 200.0 Hovedgård. 190.0 180.0 170.0 160.0 150.0 140.0 130.0 120.0 110.0 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 01-01-2005 00:00 01-01-2005 03:36 01-01-2005 07:12 01-01-2005 10:48 Tid St. 3.000 top: kl. 3.19, q: 227 l/s/km 2 St. 15.000 top: kl. 5.36, q: 69,2 l/s/km 2 Transporttid: 2 t 17 min Reduktion: ca. 70% 3000 m 4000 m 7000 m 8000 m 13000 m 15000 m 17000 m 27.01 - Med. maks. 18
Hvornår reagerer hvad? Hurtigtreagerende vandløb (opland = 0,5 km 2 ) Vandstand i bassin Vandstand i vandløb 19
Hvornår reagerer hvad? Langsommere reagerende vandløb (opland = 12 km 2 ) Forsinkelse 2 timer 20
Simulering af konstant udledning Udledning 1 l/s/ha Nødvendigt bassinvol. 24,460 m 3 Fast udledning 1 l/s/ha Pct. tid udledning 15% 21
Simulering af styret udledning Udledning Styret 1 l/s/ha Styret udledning Nødvendigt bassinvol. 20,090 24,460 m 3 Pct. tid udledning 6,5% 15% Udledning Styret Nødvendigt bassinvol. 20,090 m 3 Pct. tid udledning 6,5% 22
Etableringsomkostninger [mio DKK] Etableringsomkostninger [mio DKK] Økonomiske overvejelser 35 30 25 20 Etableringsomkostninger til vådt bassin 15 10 Etableringsomkostninger ved T=5 5 0 0 1 2 3 4 5 6 Udledning [l/s/ha] Etableringsomkostninger til lukket betonbassin 350 300 250 200 150 Totalareal: 200 ha, befæstelsesgrad 25%, reduceret areal 50 ha 100 50 Etableringsomkostninger ved T=5 0 0 1 2 3 4 5 6 Udledning [l/s/ha] 23
Udledning [l/s/ha] Sikring af hverdagsregn eller sikring mod nødoverløb? Gentagelsesperiode for overløb [år] Bassinvolumen 5 100 4.5 90 4 80 3.5 70 3 60 2.5 50 2 Udledning T=5 Gentagelsesperiode Q=1l/s/ha 40 1.5 30 1 20 0.5 10 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Bassinvolumen [m 3 ] 24
Konsekvenser af store nødoverløb 25
Spørgsmål? 26