INOM
EXAMENSARBETE BYGGTEKNIK OCH DESIGN, GRUNDNIVÅ, 15 HP
STOCKHOLM SVERIGE 2020,
Lokalt omhändertagande av
dagvatten vid ombyggnation och nyproduktion
Dagvattenhantering - styrkor och svagheter
JOHAN GUTBORN NIKLAS HOLMÉN
KTH
SKOLAN FÖR ARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNAD
TRITA-ABE-MBT-20140
Sammanfattning
Hårdgjorda ytor växer över våra städer och ger ett problem med vår naturliga infiltration.
Vattnets kretslopp bryts, vilket medför lägre grundvattennivåer, sämre rening av lösta och olösta partiklar och en större påverkan på vårt dagvattennät. Kraven på fördröjning av dagvatten ökar, vilket sätter en större press på branschen. För att kunna fördröja dagvatten på fastigheten krävs en stor kännedom om vilka parametrar man behöver beakta. Detta kan vara tillgänglig area, grundvatten, topografiska och geologiska förhållanden och inte minst sagt vilka volymer man ska dimensionera efter. Eftersom marknaden erbjuder stor variation av lokalt omhändertagande av dagvatten (LOD) lösningar ämnar detta arbete till att underlätta valet av denna.
Ett excel-verktyg som beaktar dessa parametrar och ger förslag på vilken eller vilka LOD- lösningar som passar just för det specifika projektet har undersökts och tagits fram.
Arbete visar hur stor variationen är mellan de olika LOD-lösningarna samt vad dess specifika styrkor och svagheter är.
Abstract
Hard-made surfaces grow over our cities and cause a problem with our natural infiltration.
The natural water cycle is interrupted, which results in lower groundwater levels, poorer purification of dissolved and unsolved particles and a greater impact on our stormwater network. Requirements for delays in stormwater are increasing, which puts greater pressure on the industry. To be able to delay stormwater on the property, a great deal of knowledge is required about which parameters need to be considered. This may be available area, groundwater, topographic and geological conditions and not least the water volumes to be dimensioned. As the market offers a great variety of local wastewater treatment (LOD) solutions, this thesis aims to facilitate the selection of this.
An excel tool, that takes into account these parameters and gives suggestions on which LOD solutions are suitable for the specific project, has been researched and developed.
the thesis shows how great the variation is between the different LOD solutions and what its specific strengths and weaknesses are.
Förord
Efter att ha blivit inspirerad av bra föreläsare inom ämnet vatten och avlopp fick vi upp ögonen för just lokalt omhändertagande av dagvatten (LOD)
Ett stort tack till våra näringlivshandledare på Tyréns, Daniel Berglund och Mattias Holmberg för att vi fick chansen att göra detta med er. Tyvärr med rådande rekommendationer på distans på grund av COVID-19.
Vi skulle också vilja rikta ett tack till vår akademiska Handledare Hans Bergh, som har gett oss en ovärderlig insyn i hydrologins roll i det hela.
Begreppsförklaringar enligt Svenskt Vatten P105
Avrinningsområde
Område från vilket dagvatten rinner
Avrinningskoefficient
Avrinningskoefficienten är ett mått på den maximala andelen av ett avrinningsområde som kan bidra till avrinningen.
Avrinningsstråk
Stråk inom ett bebyggt område där vatten tillåts rinna på ytan i samband med regn eller snösmältning
Bräddningsfunktion
Vid stora flöden kan anläggningen nå full kapacitet och kräva att dagvatten bräddas vidare till annan anläggning/recipient.
Dagvatten
Regnvatten och smältvatten som avrinner efter en yta.
Dränering
Avvattning av mark genom avledning av vatten i den omättadezonen och grundvatten i rörledning, dike eller dräneringsskikt.
Fördröjningsvolym
Är den volymen som skall fördröjas på fastigheten.
Grönyta
Gräsmatta, parkområde eller liknande i ett tättbebyggt område.
Infiltrationskapacitet
Är ett mått på en vattenmängd som kan infiltreras av marken.
Infiltrationsstråk
Längre stråk som är till för att fördröja, avleda eller rena dagvatten.
LOD
En förkortning av lokalt omhändertagande av dagvatten.
Perkolation
Långsam rörelse (hos vatten) genom marklager av poröst material under markytan
Recipient
Mottagaren av dagvatten.
Reducerad area
Den del av ett avrinningsområde som medverkar till avrinningen. Produkten av avrinningskoefficienten och bruttoarean.
Sedimentering
Sedimentering sker när tyngre partiklar, oftast föroreningar, faller mot botten i ett magasin. Kräver lågt flöde för god sedimentering.
Ytvattenmagasin
Den del av dagvattenavrinningen som samlas i vattenpölar och andra mindre gropar i en yta och som aldrig rinner bort utan avdunstar efter ett regn.
Innehållsförteckning
Sammanfattning ... 3
Abstract ... 4
Förord ... 5
Begreppsförklaringar enligt Svenskt Vatten P105 ... 6
1 Introduktion ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Syfte och frågeställning ... 2
1.3 Metod ... 2
1.3.1 Kvantitativ metod ... 2
1.3.2 Litteraturstudie ... 2
1.3.3 Excel-snurra ... 3
1.4 Avgränsningar ... 3
2 Teoretisk bakgrund ... 4
2.1 Dagvatten ... 4
2.1.1 Rationella metoden ... 4
2.1.2 Återkomsttid ... 5
2.1.3 Analys av val av dimensionerande nederbörd ... 6
2.1.4 Regnvaraktighet ... 9
2.1.5 Avrinningskoefficient ... 9
2.2 Sedimentation ... 10
2.3 Erosionsstabilitet i magasin med stenfyllning ... 11
2.4 Permeabilitet och infiltrationshastighet ... 12
3 Exempel på tekniska lösningar för lokalt omhändertagande av dagvatten ... 14
3.1.1 Gröna tak ... 14
3.1.2 Infiltration i grönyta ... 15
3.1.3 Genomsläpplig beläggning ... 16
3.1.4 Överdämmningsytor/torra dammar ... 18
3.1.5 Perkolationsmagasin (makdammagasin, stenkistor) ... 20
3.1.6 Makadamdike (krossdiken) ... 21
3.1.7 Avsättningsmagasin ... 23
3.1.8 Infiltrationsstråk ... 25
3.1.9 Teknisk filteranläggning ... 26
3.1.10 Oljeavskiljare ... 28
3.1.11 Översilningsytor ... 29
3.1.12 Svackdike ... 30
3.1.13 Dammar och våtmarker ... 32
3.1.14 Nedsänkt växtbädd (biofilter) ... 34
3.1.15 Skelettjord ... 35
4 Excel-snurra ... 38
5 Resultat ... 45
5.1 Vilka parametrar måste man beakta vid val av LOD-lösning ... 45
5.2 Vilka olika typer av LOD-lösningar finns och vad är deras styrkor och svagheter. ... 46
Metod ... 46
Styrkor ... 46
Svagheter ... 46
6 Diskussion och slutsatser ... 49
6.1 Diskussion ... 49
6.2 Slutsatser ... 50
6.2.1 Excel-verktyg. ... 51
6.3 Fortsatta studier ... 51
Referenslista ... 52 Bilagor ... I Reningstabell ... I Dimensioneringstabell ... II Regnintensitet diagram ... III
1
1 Introduktion
Med befolkningsökning kommer bostadsbyggande. Denna stora ökning av nyproducerade bostäder och kommersiella fastigheter ökar de hårdgjorda ytorna. Detta innebär att dagvatten ej infiltreras på naturligväg och det medför kapacitets problem i dagvattenledningar och reningsverk. Stockholm stad har därför beslutat, att vid nyproduktion samt stora ombyggnationer, kräva en fördröjning av dagvattenavrinningen från fastigheten. Minimum kravet ligger på 20 mm/m². Detta motsvarar ett regn med en återkomsttid på 10 år och en varaktighet på 26 minuter.
Med en stor variation av olika dagvattenlösningar på marknaden ska detta arbete inte bara inventera vilka lösningar som finns, den skall även föreslå en metod som förenklar valet av lösning vid bostads- och kommersiella fastigheter. Figur 1 visar principen för hur dagvattenhantering kategoriseras.
Figur 1- Principen för hantering av dagvatten (Svenskt Vatten 2004).
1.1 Bakgrund
För att minska belastningen på dagvattennätet samt att minska spridningen av föroreningar ut i recipienter så har Stockholms stad valt att utarbeta en strategi där krav ställs på lokalt omhändertagande av det dagvatten som fastigheter belastas med.
2
Valet av metod för lokalt omhändertagande av dagvatten påverkas av många faktorer, så som regnintensitet, reningsförmåga, volymkapacitet, infiltrationshastigheter osv. Denna rapport syftar till att göra en sammanställning av tillgängliga lösningar, deras styrkor och svagheter och ge läsaren en förståelse för de faktorer som tas i beaktning vid dimensionering samt att med det tillhörande Excel-verktyget komma med förslag på lösningar som lämpar sig under givna förutsättningar. Detta för att underlätta vid arbetet med att ta fram lösningar vid nybyggnation av bostäder eller kommersiella fastigheter.
1.2 Syfte och frågeställning
Syftet med detta examensarbete är att utveckla en metod som förenklar valet av LOD- lösning vid nyproduktion/ombyggnation. Arbetet skall utmynna i ett Excel-verktyg som ger förslag på lämpliga metoder i fördröjning givet specifika indata. För att kunna tillverka ett sådant verktyg krävs det att man besvarar dessa frågor.
• Vilka parametrar måste man beakta vid val av LOD-lösning?
• Vilka olika typer av LOD-lösning finns?
• Vad har LOD-lösningarna för fördelar respektive nackdelar?
1.3 Metod
1.3.1 Kvantitativ metod
Den kvantitativa metodens huvudsakliga inriktning är att undersöka data som är strukturerad och statisk. Det som eftersöks när denna metod används är data som inte är tolkningsbar utan är ren fakta.
För att säkerställa att all information som inhämtats går att implementera på den svenska marknaden och dess klimat så har enbart svenska publikationer och studier använts.
1.3.2 Litteraturstudie
För att samla in information om LOD-lösningar samt efterforskningar kring ämnet dagvattenhantering krävs vetenskapliga fakta. Därav har informationsinsamlingen koncentrerat sig på vetenskapliga rapporter, information från myndigheter samt information
3
från sakkunniga inom ämnet. Dessa litteraturstudier har jämförts för att undersöka om de kommer fram till samma resultat.
1.3.3 Excel-snurra
När tillräcklig information har samlats kring vad man behöver beakta vid utformningen av en LOD-lösning, kan man börja konstruera ett verktyg i excel.
1.4 Avgränsningar
Rapporten avgränsar sig till nyproduktion och ombyggnation av bostadsfastigheter samt kommersiella fastigheter. Detta innebär att större projekt som infrastrukturprojekt såsom flygplatser, motorvägar, tågstationer och dylika stora projekt väljs bort. Dessa projekt förväntas ta hand om ett större flöde och föroreningar som gör lösningarna mer komplexa.
Vidare så avgränsas Excel verktyget till att bara ge förslag på principlösningar då de platsberoende faktorerna anses vara för många för att det skall vara möjligt att utföra en exakt dimensionering.
4
2 Teoretisk bakgrund
Detta kapitel tar upp och förklarar de viktigaste faktorerna vid beräkningar av dimensionerande nederbörd samt faktorer som är av vikt vid dimensionering av lokalt omhändertagande av dagvatten.
2.1 Dagvatten
Dagvatten är regnvatten och smältvatten som avrinner från olika typer av ytor, gator, vägar, tak, gräsområden, osv. (Lidström. V, 2011). Detta dagvatten får en variation av olika föroreningar beroende på platsen där avrinningsytan är belägen. För att på ett korrekt sätt kunna beräkna ett dagvattenflöde måste man ta reda på följande information.
• Nederbördens återkomsttid, intensitet och varaktighet
• Avrinningsområdets egenskaper (geografi och geologi)
• Avdunstning
2.1.1 Rationella metoden
I den rationella metoden, ekvation (2.1) använder man sig av den dimensionerande regnintensiteten, avrinningsområdets area samt dess avrinningskoefficient för att få fram ett dimensionerande flöde.
𝑞!"# = 𝑖(𝑡$) × 𝜑 × 𝐴 (2.1.1)
𝑞!"# = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑓𝑙ö𝑑𝑒 (𝑙 𝑠⁄ )
𝑖(𝑡$) = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑛𝑖𝑛𝑡𝑒𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 (𝑙 𝑠⁄ , ℎ𝑎) 𝜑 = 𝐴𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 (−)
𝐴 = 𝐴𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒𝑡𝑠 𝑎𝑟𝑒𝑎 (ℎ𝑎)
För att den rationella metoden skall ge ett korrekt värde krävs att vissa villkor uppfylls, (Lidström. V, 2011)
5
• Arean som skall beräknas skall vara så rektangulärt som möjligt.
• Avrinningskoefficienter med samma värde skall vara jämnt utspridda över ytan.
• Rinntiderna får ej variera för mycket.
• Används vid mindre och jämnt utbyggda områden.
En annan metod som också används är Tid-area metoden (retardationsmetoden). I denna metod tar man mer hänsyn till de olika områdena och dess påverkan vid en uppsamlingspunkt beroende på rinntid från del olika områdena. Metoden lämpar sig bäst vid större områden där avrinningskoefficienternas värde varierar allt för mycket. Till detta arbete har rationella metoden används då arbetet avgränsar sig till bostadsfastigheter samt kommersiella fastigheter som oftast har en inte allt för stor yta, är oftast åt det rektangulära hållet och har inte så stor variation av avrinningskoefficienter, (Lidström. V, 2011)
2.1.2 Återkomsttid
Med ett regns återkomsttid (Å) menas att det inträffar eller överskrids i genomsnitt en gång under tidsperioden (Å). Återkomsttiden definieras enligt (Bergh. H, 2018) som:
• Den tid som det i genomsnitt tar för en viss händelse, t.ex vattenföring eller regn med en viss intensitet ska uppnås eller överskridas.
• Det inverterade värdet av sannolikheten för att en viss vattenföring ska överskridas under ett år.
Sannolikheten att ett regn med återkomsttiden (Å) ska uppnås eller överskridas är alltså varje enskilt år
𝑝 =1 Å
Detta ger vid ett 30 respektive 60 års regn en sannolikhet att det skall inträffa minst en gång det året är.
𝑝(30) = 1
30= 3,3 %
6
𝑝(60) = 1
60= 1,67 %
När en LOD anläggning ska dimensioneras behöver man veta vilket dagvattenflöde man skall dimensionera efter. Ett regns intensitet bestämmer vilket flöde man ska utgå ifrån och beror av regnets varaktighet och återkomsttid enligt
𝑖Å= 190 × IÅ! ×&'()) ")
"#,%& + 2 (2.1.2)
𝑖Å= 𝑅𝑒𝑔𝑛𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡, (𝑙/𝑠, ℎ𝑎) 𝑇+ = 𝑅𝑒𝑔𝑛𝑣𝑎𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡, (𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑒𝑟) Å = å𝑡𝑒𝑟𝑘𝑜𝑚𝑠𝑡𝑡𝑖𝑑, (𝑚å𝑛𝑎𝑑𝑒𝑟)
Denna generella ekvation har utvecklats genom att data har samlats in från olika typer av regn, varaktigheter samt återkomstid. (Dahlström. B, 2006). Till detta kan behov finnas för att ta snösmältning i beaktande. Dimensionerande snösmältningsintensitet för en återkomsttid på 2 år för södra och mellersta Sverige sätts till 20 mm/12 h, för norra Sverige sätts intensiteten till ca 30 mm/12 h, (Lidström. V, 2011)
2.1.3 Analys av val av dimensionerande nederbörd
I detta kapitel ges exempel på olika risker samt konsekvenser av att välja olika typ av regn att dimensionera efter.
2.1.3.1 Återkomsttid
Dagvattenledningar har tidigare dimensionerats efter återkomsttiden ca 5 år, men sedan en tid har man vid nyprojektering beaktat framtida klimatförändring genom att ofta välja 20 år. För att få lite perspektiv på valet av återkomsttid och vad det får för betydelse för det dimensionerande flödet, ges två beräkningsexempel, ett med 5 års återkomsttid samt ett med 20 års återkomsttid. Avrinningsområdet antas ha en koncentrationstid, dvs en dimensionerande regnvaraktighet tr som är 30 min, arean A = 10 ha och ha avrinningskoefficienten 𝜑 = 0,7.
Den dimensionerande regnintensiteten bestäms för enkelhets skull ur Bilaga 6
7
𝑞!"# = 𝑖(𝑡$) × 𝜑 × 𝐴 (2.1.3)
𝑞!"# = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑓𝑙ö𝑑𝑒 (𝑙 𝑠⁄ )
𝑖(𝑡$) = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑛𝑖𝑛𝑡𝑒𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 (𝑙 𝑠⁄ , ℎ𝑎) 𝜑 = 𝐴𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 (−)
𝐴 = 𝐴𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒𝑡𝑠 𝑎𝑟𝑒𝑎 (ℎ𝑎)
Med denna ekvation får man fram flödet vid 5 respektive 20 års regn, vid en varaktighet om 30 min.
𝑞!"#(5) = 92 × 0,7 × 10 = 644 𝑙 𝑠⁄ 𝑞!"#(20) = 145 × 0,7 × 10 = 1015 𝑙 𝑠⁄
Sannolikheten att dessa regn inträffar eller att flödet blir större för varje enskilt år är för 5 års regn.
𝑝(5) =1
5= 20%
Och sannolikheten för ett 20 års regn.
𝑝(20) = 1
20= 5%
2.1.3.2 Risker
Ytterligare perspektiv på valet av återkomsttid fås om man tar hänsyn till anläggningens (tekniska) livslängd. Som ni kan se nedan så kan man beräkna (ekvation 2.1.7) sannolikheten för att anläggningen ska överbelastastas under sin livslängd n år om den är dimensionerad för ett flöde med återkomstiden T år. Beroende på de lokala förhållandena kanske man kan acceptera en större sannolikhet för överbelastning för anläggningar där konsekvenserna inte är så stora.
8
Sannolikheten att en viss händelse (se ovan) vattenföring skall uppstå eller överskridas.
𝑝 =,) (2.1.4)
Sannolikheten att en vattenföring (se ovan) INTE uppstår eller överskrids.
𝑝 = 1 −), (2.1.5)
Sannolikheten att vattenföringen INTE ska inträffa eller överskridas under n år.
𝑝 = R1 −,)S- (2.1.6)
Sannolikheten att vattenföringen ska inträffa eller överskridas under n år.
𝑝 = 1 − R1 −),S- (2.1.7)
För att kunna illustrera detta ges ett exempel.
Givna förutsättningar
• En LOD-anläggnings livslängd antas vara 100 år
• Återkomsttiden T antas till 50 år
Vad är sannolikheten att ett flöde med återkomsttiden T = 50 år inträffar eller överträffas under anläggningens tekniska livslängd n =100 år?
𝑝 = 1 − T1 − 1 50U
,..
= 0,8673 ~ 87 %
Om man i stället utgår från att man accepterar en risk på t ex 50 % att anläggningens kapacitet överskrids under dess tekniska livslängd n = 100 år så kan dimensionerande återkomsttiden T beräknas enligt
0,50 = 1 − T1 −1 𝑇U
,..
→ 𝑇 = 145 år
9
Man ska dimensionera efter en återkomsttid på 145 år för att sannolikheten för att flödet ska inträffa eller överträffas ska vara 50 %.
2.1.4 Regnvaraktighet
Regnets varaktighet är något som tillsammans med regnets intensitet, återkomsttid, avrinningskoefficient och klimatfaktor ger det flöde av dagvatten som tas i beaktande vid dimensionering av dagvattenledningar och LOD-lösningar. Regnvaraktigheten är lika med avrinningsområdets koncentrationstid som är den tid som det tar för den vattenpartikel som har den längsta transporttiden till avrinningsområdets utlopp. Från och med denna tidpunkt medverkar avrinningen från hela avrinningsområdet.
2.1.5 Avrinningskoefficient
Nästa steg vid en dimensionering är att bestämma vilka typer av avrinningsytor som regnet/smältvattnet rinner över, detta för att avrinningsytorna har olika egenskaper som infiltration och fördröjning. När ytans egenskaper bestämts väljs avrinningskoefficient, t.ex enligt Tabell 1. Koefficienten får ett värde mellan 0 och 1. En flackt tätbevuxen skogsmark sätts till 0–0,1 och ett hårdgjort tak sätts till 0,9.
Tabell 1-Tabell från Svenskt vatten P90, 2004
Typ av yta Avrinningskoefficient
Tak 0,9
Betong- och asfaltyta, berg i dagen i stark lutning 0,8
Stensatt yta med grusfogar 0,7
Grusväg, starkt lutande bergigt parkområde utan nämnvärd vegetation 0,4
Berg i dagen i inte alltför stark lutning 0,3
Grusplan och grusad gång, obebyggd kvartersmark 0,2
Park med rik vegetation samt kuperad bergig skogsmark 0,1
Odlad mark, gräsyta, ängsmark mm 0–0,1
Flack tätbevuxen skogsmark 0–0,1
Vid områden med stor variation av avrinningsytor kan man anta en bebyggelsetyp som motsvarar det berörda området. Detta för att förenkla val av koefficient. Se Tabell 2 nedan.
10
Tabell 2-Tabell från Svenskt vatten P90, 2004
Avrinningskoefficient
Bebyggelsetyp Flackt Kuperat
Slutet byggnadssätt, igen vegetation 0,7 0,9
Slutet byggnadssätt med planterade gårdar, industri- och skolområden 0,5 0,7
Öppet byggnadssätt (flerfamiljshus) 0,4 0,6
Radhus, kedjehus 0,4 0,6
Villor, tomter <1000m2 0,25 0,35
Villor, tomter> 1000m2 0,15 0,25
2.2 Sedimentation
I många av de tekniska LOD-lösningar som behandlas i detta arbete tillämpas sedimentation som reningsmetod. Denna innebär att bundna partiklar, med lägre densitet än vatten, sjunker till botten på sediementeringsbassänger som ingår i den tekniska lösningen och bildar ett slam. Vid dimensioneringen av dessa sedimenteringsbassänger krävs att följande beaktas, (Lidström. V, 2011)
• Partiklarnas sjunkhastighet
• Flödeshastighet.
• Längd, höjd och bredd på lösningen.
Vid dimensionering av sedimenteringsbassänger använder man sig av Hazens ytbelastningsteori (ekvation nr 2.2.5) Som kan härledas med utgångspunkt enligt följande.
För en partikel som leds in i bassängen vid ytan gäller att den tid T det tar att nå botten i bassängens bortre ände kan uttryckas på två sätt.
𝑇 = /
0' (2.2.1)
𝑇 =01
( (2.2.2)
11
Partikelns horisontella hastighet antas vara lika med vattnets horisontella medelhastighet dvs.
𝑣2 = 4×/3 (2.2.3)
Här är
𝑣2 = 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙 𝑠𝑡𝑟ö𝑚𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡 (𝑚 ℎ)⁄ 𝑣6 = 𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑘𝑒𝑙𝑛𝑠 𝑠𝑗𝑢𝑛𝑘ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡 (𝑚 ℎ⁄ )
𝑄 = 𝑉𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑓𝑙ö𝑑𝑒 (𝑚7⁄ ) ℎ
𝐵 = 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑏𝑎𝑠𝑠ä𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑏𝑟𝑒𝑑𝑑 (𝑚) 𝐻 = 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑏𝑎𝑠𝑠ä𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑑𝑗𝑢𝑝 (𝑚) 𝐿 = 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑏𝑎𝑠𝑠ä𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑙ä𝑛𝑔𝑑 (𝑚)
𝐴 = 𝑆𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑏𝑎𝑠𝑠ä𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎 𝑦𝑡𝑎 (𝑚8)
Ur (2.2.1) och (2.2.2) fås
/ 0' =01
( vilket ger 𝑣6 =0(1×/ (2.2.4)
Med insättning av v9enligt (2.2.3) i ekvation (2.2.4) får man ett uttryck för sjunkhastigheten
𝑣6 =4×13 =3: (2.2.5)
Sjunkhastigheten beräknas enligt Stokes lag. Värdet beror på typ av bassängen och brukar ofta sättas till 1m/h, (Lidström. V, 2011)
2.3 Erosionsstabilitet i magasin med stenfyllning
Då allt fler LOD-lösningar anläggs för att kunna flödesutjämna samt att skapa möjlighet till infiltration för naturlig grundvattenpåfyllnad. Vid extrema flöden kan det ibland krävas att man bedömer risken för att erosion ska inträffa. Stenmaterialet vid ett sådant flöde skall inte kunna erodera bort. Man behöver bedöma risken för erosion.
12
2.4 Permeabilitet och infiltrationshastighet
När en LOD-anläggning ska planeras är det av vikt att kunna beräkna vattnets rörelse i olika jordmaterial. Viktiga begrepp här är jordens genomsläpplighet respektive infiltrationskapacitet. veta hur olika jordmaterial beter sig när de blir belastade av vatten.
En jords genomsläpplighet uttrycks genom dess hydrauliska konduktivitet eller permeabilitet. Denna bestäms i ett laboratorium i en sk permeameter som är en cylindrisk behållare som är fylld med jordprovet. Man låter vatten strömma genom provet och mäter skillnaden i trycknivå (h) mellan in- och utlopp. Flödet fås genom att man mäter hur lång tid (t) som det tar för en viss vattenvolym (V) att passera jordprovet. Den hydrauliska gradienten blir lika med trycknivåskillnaden (h) dividerat med provets längd (L) i strömningsriktningen. Enligt Darcys lag kan då permeabiliteten beräknas som.
𝑘 = ;×1
:×<×2 (2.4.1)
𝑘 = 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑒𝑡 (𝑚 𝑠)⁄ 𝑉 = 𝑉𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚 (𝑐𝑚7) ℎ = 𝑇𝑟𝑦𝑐𝑘𝑛𝑖𝑣å𝑠𝑘𝑖𝑙𝑙𝑛𝑎𝑑 (𝑐𝑚) 𝐴 = 𝑃𝑟𝑜𝑣𝑒𝑡𝑠 𝑡𝑣ä𝑟𝑠𝑛𝑖𝑡𝑡𝑠𝑎𝑟𝑒𝑎 (𝑐𝑚8) 𝐿 = 𝑃𝑟𝑜𝑣𝑒𝑡𝑠 𝑙ä𝑛𝑔𝑑 (𝑚)
I Figur 2 listas några jordmaterials permeabilitet.
13
Figur 2 - Permeabilitet (Geoteknik, Sällfors. G, 2013)
Begreppet infiltrationskapacitet hos en jord definieras med utgångspunkt från en situation där där markytan är täckt av ett tunt skikt (några cm ) vatten och uttrycks som infiltrerad vattenvolym per areaenhet och tidsenhet, enheten blir alltså hastighet och anges i praktiken ofta i mm/h eller m/s. I praktiken använder man värden som redovisas i litteraturen.
14
3 Exempel på tekniska lösningar för lokalt omhändertagande av dagvatten
Då examensarbetet avgränsat sig till bostadsfastigheter samt kommersiella fastigheter har ett antal dagvattenlösningar valts bort på grund av deras komplexitet och att dom enbart används vid större projekt. Detta kapitel tar upp de olika tekniska lösningar, för lokalt omhändertagande av dagvatten, (LOD) som arbetet kretsats kring. En förklaring av lösningen samt styrkor och svagheter.
3.1.1 Gröna tak
Gröna tak anläggs på alla möjliga typer av tak, dock så ska man undvika att anlägga på tak med trästomme. Detta med tanke på fuktproblem som kan uppkomma vid otäthet.
Utformning
Gröna tak finns i två kategorier, extensiva och intensiva. Extensiva tak har en tjocklek på mindre än 150 mm. (Godecke. T, 2016) och anläggs ofta av sedum eller mindre växter.
Intensiva tak å andra sidan har en tjocklek på över 150 mm och kan anläggas med ett större utbud av vegetations som träd, buskar. De intensiva taken ställer väldigt stora krav på bärighet från takstommen på grund av stora laster. Hur sen själva konstruktionen ser ut skiljer sig från leverantör till leverantör, (se Figur 11 för illustration)
Dimensionering
Vid dimensioneringen av gröna tak tas parametrar som lutning, tjocklek, vilken typ av vegetation. Ett grönt tak i sedum kan fördröja ca 5mm om taket är torrt. Ett intensivt tak kan fördröja uppemot 20mm, (Stockholm vatten och avlopp, 2017a)
Reningsförmåga
Nederbörden som fördröjs på gröna tak anses inte ha någon större förorening och kräver ingen rening. Dock kommer vegetationen förorena nederbörden i form av näringsämnen, (Naturvårdsverket, 2017)
15
Figur 3 - Illustration av ett grönt tak Styrkor och svagheter
De positiva aspekterna med gröna tak är deras förmåga att fördröja stora mängder dagvatten, tar oftast ingen extra yta i anspråk då dom anläggs på tak med små användnings områden.
Gröna tak bidrar med biologisk mångfald med blandad vegetation. De negativa aspekterna är att de gröna taken kräver fortlöpande underhåll och ska ej anläggas på tak med en bärande stomme i trä.
3.1.2 Infiltration i grönyta
Grönytor anläggs i anslutning till vägar, gator, fastighetsgårdar samt hustak.
Utformning
Grönytor som anläggs med god dränerande egenskaper har en hög infiltrationsförmåga och bör utformas med lager av sorterade jordsorter av grövre sort. Grönytor kan vid torrläggning vara i behov av bevattning. Vid sämre porositet i under- och överbyggnaden kan grönytan anläggas som en skål för att samla upp och fördröja dagvattnet i väntan på infiltration.
Dimensionering
När utformningen gjorts korrekt med god dränering av överbyggnaden kan grönytan infiltrera flera hundra mm per timme. Detta går att jämföra med en vanlig grönyta som har en infiltrationshastighet på 10 till 100 mm per timme. För att kunna fördröja en nederbörd på 20 mm från en hårdgjordyta krävs ungefär lika stor eller dubbelt så stor grönyta (Stockholm vatten och avlopp, 2017b)
16
Reningsförmåga
Grönytans reningseffekt påverkas av djup, kapaciteten för infiltration och jordens egenskaper att binda föroreningar. Generellt sett kan grönytor bidra med en hög minskning av metallföroreningar och växtnäringsämnen (Godecke. T, 2016).
Figur 4 - Illustration av infiltration i grönyta Styrkor och svagheter
När man låter dagvatten infiltrera genom en grönyta ger man dagvattnet möjlighet till naturlig grundvattenbildning. Detta ger också ger marken möjlighet till att ta hand om näringsämnen, föroreningar samt bidrar med flödesutjämning och blandad vegetation till en låg investeringskostnad. Anläggningen kräver dock relativ stor yta för att kunna ta hand om större flöden samt att infiltrationshastigheten minskar med tiden på grund av att porer sätts igen av slam genom sedimentation.
3.1.3 Genomsläpplig beläggning
Hårdgjorda ytor, exempelvis parkeringsytor, gång- och cykelvägar, vägar
Utformning
Beläggningens överbyggnad utformas med lager av material som har egenskaper av god porositet. Detta för att kunna fördröja dagvattnet med gott resultat. För att beläggningen skall fungera vid större trafiklaster krävs det en dimensionering av över- och underbyggnaden.
17
Dimensionering
Den volym som går att fördröja finns att finna i porvolymen i bärlagret. Ett bärlager med god porositet kan lagra en volym på 20mm med endast 10 cm tjocklek , (Stockholm vatten och avlopp, 2017c). Vid bestämning av tillgänglig kapacitet används ekvation (3.1.1)
𝑉=>> = 𝐴6>× 𝑝?× ,...2) (3.1.1)
𝑉=>> = 𝐴𝑛𝑙ä𝑔𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚 (𝑚7) 𝐴6> = 𝐴𝑛𝑙ä𝑔𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑎𝑟𝑒𝑎 (𝑚8)
ℎ? = 𝑇𝑗𝑜𝑐𝑘𝑙𝑒𝑘 𝑝å 𝑚𝑎𝑘𝑎𝑑𝑎𝑚𝑙𝑎𝑔𝑒𝑟 (𝑚𝑚) 𝑝? = 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑝å 𝑚𝑎𝑘𝑎𝑑𝑎𝑚𝑙𝑎𝑔𝑒𝑟 (−)
Reningsförmåga
Partikelbundna och lösta föroreningar kan tas bort med hjälp av sedimentering, filtrering och fastläggning. Reningskapaciteten beror på valda materials förmåga att binda föroreningar samt permeabilitet i yta och bärlager. Desto större permeabilitet desto mindre reningskapacitet. Med tiden försämras porositeten och även med det dess rening. (Godecke.
T, 2016)
Figur 5 - Illustration av genomsläpplig beläggning
18
Styrkor och svagheter
Genomsläpplig beläggning ger en effektiv ytanvändning då ett magasin skapas under ytan.
Detta bidrar med naturlig grundvattenbildning samt grönytor, som kan vara av vikt när man beräknar grönytefaktorer. För att fungera optimalt krävs stora planaytor och regelbunden underhållning för att se till att beläggningen ej sätts igen. Är även starkt beroende av markbeskaffenheten så som permeabilitet.
3.1.4 Överdämmningsytor/torra dammar
Kan anläggas som komplement till andra dagvattenlösningar för att fördröja och magasinera höga flöden. Anlagda före en damm eller infiltrationsstråk bidrar till att reningseffekten blir högre i de efterföljande stegen.
Utformning
Utformas som nedsänkta gröna ytor med flacka slänter om max 10 grader. Tillflödet av dagvatten sprids över en stor yta och därmed minskar flödeshastigheten. Detta i kombination med gräs eller annan växtlighet bidrar till sedimentering av partikelbundna föroreningar. (Svenskt vatten, P105)
Dimensionering
Dimensioneras för att klara höga flöden och det utjämningsbehov som finns i området.
Dimensioneras enligt ekvationerna (3.1.2) och (3.1.3) (Larm, T 2019)
𝑄!"# = 𝑓@ × 𝐼 × 𝜑!× 𝐴! (3.1.2)
𝑄!"# = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑓𝑙ö𝑑𝑒 (𝑙 𝑠)⁄ 𝑓@ = 𝑘𝑙𝑖𝑚𝑎𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 (−)
𝐼 = 𝑅𝑒𝑔𝑛𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 (𝑙 𝑠, ℎ𝑎)⁄
𝜑! = 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 (−) 𝐴! = 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑦𝑡𝑎 (ℎ𝑎)
𝑉!,#BC = 0,06 × 𝑡$× {𝑄!"#− 𝑄DE<,#| − 𝑉@ (3.1.3)
19
𝑉!,#BC = 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑙 𝑓ö𝑟𝑑𝑟ö𝑗𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚 (𝑚7)
𝑡$ = 𝑅𝑒𝑔𝑛𝑣𝑎𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡 (𝑀𝑖𝑛)
𝑄!"# = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑓𝑙ö𝑑𝑒 (𝑙 𝑠)⁄
𝑄DE<,# = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑒 𝑢𝑡𝑓𝑙ö𝑑𝑒, 𝑀𝑒𝑑𝑒𝑙𝑢𝑡𝑓𝑙ö𝑑𝑒 (𝑙 𝑠⁄ ) 𝑒𝑛𝑙. 𝑆𝑣𝑒𝑛𝑠𝑘𝑡 𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛 𝑃104 𝑉@ = 𝑈𝑡𝑗ä𝑚𝑛𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑝å 𝑓ö𝑟𝑑𝑟ö𝑗𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚 𝑒𝑛𝑙. 𝑆𝑣𝑒𝑛𝑠𝑘𝑡 𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛 𝑃110
Reningsförmåga
Då reningstekniken i första hand är sedimentering så ses därför den största reningseffekten hos partikelbundna föroreningar. Hur stor denna reningsförmåga är styrs av ytans utformning samt av hur lång uppehållstiden för vattnet är. Ju längre uppehållstid desto större grad av sedimentering. Om avrinning sker genom infiltration kan även lösta föroreningar avskiljas. (Svenskt vatten P46, 1983)
Figur 6 - Illustration av Överdämmningsytor/torra dammar Styrkor och svagheter
Överdämmningsytor och torra dammar ger god flödesutjämning, gröna inslag i området samt vid fullgod infiltration även rening av både lösta och olösta partiklar
(Naturvårdverket, 2017). Som nästan alla LOD-lösningar som använder sig av infiltration kräver dessa underhåll och tar mycket mark i anspråk.
20
3.1.5 Perkolationsmagasin (makdammagasin, stenkistor)
Ett perkolationsmagasin placeras som avsättningmagasinet i anslutning till vägar, gator och bostadsgårdar som kräver liten ytpåverkan. Viktigt är dock att ett perkolationsmagasin måste placeras på ett betryggande avstånd från t.ex. källarväggar på grund av risken för vatteninläckage. (svenskt vatten P105, 2011)
Utformning
Magasinet utformas med öppen botten så dagvattnet kan infiltrera ut i omkringliggande mark. Vid användandet av ett perkolationsmagasin kräver det en mer omfattande utredning kring grundvattnet och risken för att dagvattnet ska kunna förorena dagvattnet.
Dimensionering
Perkolationsmagasinet skall dimensioneras för att klara av hela den dimensionerande nederbördsvolymen. Då ett perkolationsmagasin lätt kan slammas igen av sediment kräver ofta magasinen ett bräddutlopp som kan ta hand om större flöden än vad som är dimensionerat. (Larm, T 2019). Detta medför också att man inte kan räkna på att infiltration kan ske genom magasinets botten utan enbart från dess sidor. (Svenskt vatten P46, 1986).
Den totala volymen magasinet skall klara av beräknas enligt ekvation (3.1.4)
𝑉<D< = 10 × 𝑟! × 𝜑;×:
F (3.1.4)
𝑉<D< = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚 (𝑚7), 𝑖𝑛𝑘𝑙. 𝑓𝑦𝑙𝑙𝑛𝑎𝑑𝑠𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑟! = 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑟𝑒𝑔𝑛𝑑𝑗𝑢𝑝 (𝑚𝑚)
𝜑; = 𝑉𝑜𝑙𝑦𝑚𝑎𝑣𝑟𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 (−) 𝐴 = 𝐴𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒𝑡𝑠 𝑎𝑟𝑒𝑎 (ℎ𝑎) 𝑝 = 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡, 𝑀𝑎𝑘𝑎𝑑𝑎𝑚 (−)
Reningsförmåga
Reningsprocessen i ett perkolationsmagasin går igenom flera olika steg. Första steget sker när dagvattnet sedimenterar genom magasinets fyllning, där slammet avskiljs. Förmågan att avskilja material i detta steg uppgår till 30 – 90 procent för metaller samt upp till 50 procent
21
för fosfor. (Stockholm vatten och avlopp, 2017d). Nästa steg i reninginsprocessen sker när dagvattnet infiltreras i omkringliggande mark där även lösta föroreningar tas om hand.
Figur 7 - Illustration av perkolationsmagasin Styrkor och svagheter
Ett perkolationsmagasin passar där det inte finns stor markyta att anlägga på. Bidrar till naturlig grundvattenbildning och ger en god reningsförmåga. Då ett perkolationsmagasin är svår att underhålla förkortas livslängden på grund av att botten slammas igen, vilket ger en sämre infiltrationshastighet. Då anläggningen har en öppen botten för perkolation behöver grundvattennivån kontrolleras så att inte grundvattnet pressas in magasinet.
3.1.6 Makadamdike (krossdiken)
Makadamdike anläggs i anslutning till vägar, gator samt ytor som kräver avledning av dagvatten.
Utformning
Ett dike grävs med ca en meters djup med en bottenbredd på ca 50 centimeter. Diket fylls med en jordsort med stor permeabilitet såsom makadam. Antingen så låter man vattnet perkolera ner till grundvatten eller så placeras ett dräneringsrör som koppas till dagvattennätet. (Larm, T 2019). Som med infiltrationstråket skall makadamdiket anläggas med en så liten lutning som möjligt för att kunna infiltreras med gott resultat. (svenskt vatten P105, 2011)
22
Dimensionering
Vid dimensionering av ett krossdike använder man sig av ekvation (3.1.5).
Regressionskonstanten är specifik för olika anläggningar. Normalt värde 5.0 – 12.0 för diken. (Larm. T, 2019)
𝐴6> = 100 × 𝜑;× 𝐾G (3.1.5)
𝐴6> = 𝐴𝑛𝑙ä𝑔𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑎𝑟𝑒𝑎 (𝑚8) 𝜑; = 𝑉𝑜𝑙𝑦𝑚𝑎𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 𝐾G = 𝑅𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 (%) 𝐴 = 𝐴𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒 (ℎ𝑎)
Reningsförmåga
Reningsförmågan är beroende av vilket material och dess kornstorlek som finns under diket.
När diket har ett dräneringsrör installerat sker ingen betydande rening vid diket utan transporteras förmodligen genom dagvattennätet till ett reningsverk.
Figur 8 - Illustration av ett Makadamdike
23
Styrkor och svagheter
Ett makadamdike ger god flödesutjämning och kan anpassas med en dräneringsledning som gör att stora flöden kan transporteras bort i dagvattennätet. Låga investeringskostnader då huvudmaterialet utges av krossmaterial. För att god dränering skall ske krävs det stora och regelbundet underhåll. Anläggs ofta i anslutning till vägar och gator som kan göra dessa svåråtkomliga för underhåll utan att påverka trafiken betydligt.
3.1.7 Avsättningsmagasin
Ett avsättningsmagasin placeras i anslutning till vägar, parkeringsytor och bostadsgårdar.
Själva magasinet är underjordiskt och används för att fördröja samt rena dagvattnet genom sedimentation. Magasinet har en tät botten där slammet samlas. Lösningen föredras där utrymme saknas och på platser där man ej vill att dagvattnet skall filtreras in i grundvattnet.
(Larm. T, 2019)
Utformning
Avsättningsmagasin finns i många olika lösningar och material. Magasinen kan vara tillverkade i betong eller plast och kan gjutas på plats eller vara prefabricerade konstruktioner. Dagvattnet tar sig via en brunn ner i magasinet där sedimentationen sker.
Magasinen kan vara tomma eller innehåll olika lösningar med, filter, makadam och olika typer av stenkistor.
Dimensionering
Val av dimension på ett avsättningsmagasin styrs av ett antal faktorer. Dessa är upptagningsområde, plats för konstruktionen, vilken typ av magasin (ihåligt eller makadamfyllt). Den totala reningsvolymen i ett sedimentationsmagasin rekommenderas att det skall beräknas enligt ekvation 1 (Larm.T, 2019)
𝑉F = 10 × 𝑟! × 𝜑; × 𝐴 (3.1.6)
24
𝑉F
= 𝑅𝑒𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚 (𝑚7), 𝑓ö𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡 𝑣𝑜𝑙𝑦𝑚 𝑓𝑟å𝑛 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑒𝑛 𝑡𝑖𝑙𝑙 𝑣𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑔å𝑛𝑔 𝑢𝑡𝑙𝑜𝑝𝑝 𝑟! = 𝐷𝑖𝑚. 𝑟𝑒𝑔𝑛𝑑𝑗𝑢𝑝 (𝑚𝑚)
𝜑; = 𝑉𝑜𝑙𝑦𝑚𝑎𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 (−) 𝐴 = 𝐴𝑣𝑟𝑖𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑟å𝑑𝑒𝑡𝑠 𝑎𝑟𝑒𝑎 (ℎ𝑎)
Ett ihåligt magasin kräver inte samma djup som ett magasin fyllt med makadam. För att kunna ta hand om och fördröja en nederbörd på 20 mm kräver det ihåliga magasiner enbart 2 m2 per 100 m2 avrinningsområde. Det fyllda kräver omkring 7 m2 per 100 m2 beroende på materialets porositet. (Svenskt vatten P105, 2011).
Reningsförmåga
Ett magasins reningsförmåga bestäms av vattnets möjlighet att vara stillastående. Grövre partiklar kräver kortare tid i stillastående än vad partiklar i finare storlek behöver.
Avsättningsmagasinernas livslängd är i beroende av möjligheterna till att rensa magasinen på sediment. (Larm, T 2019)
Figur 9 - Illustration av avsättningsmagasin
Styrkor och svagheter
Avsättningsmagasin finns som ihåligt och fyllt, oftast av makadam. Dessa klarar av stora vattenmängder och vid goda förhållanden sker rening genom sedimentering. Magasinen anläggs under mark så ytpåverkan är minimal. Detta ger dock problem vid underhåll och
25
tömning av slam (ihåligt magasin). Investeringskostnaderna är höga, ger inte naturlig grundvattenbildning samt att vid stora flöden kan översvämning ske.
3.1.8 Infiltrationsstråk
Infiltrationsstråk anläggs i anslutning till vägar, gator samt ytor som kräver avledning av dagvatten.
Utformning
Utformningen av infiltrationsstråk sker som ett dike med slänter som svagt lutar inåt.
Överbyggnaden byggs upp av fyllningar av makadam, grus, matjord och avslutas med ett skikt av vegetation, oftast i form av gräs. För att dagvattnet skall kunna rinna ner i infiltrationsstråket anläggs gräsytan några centimeter under den hårdbelagda ytan den skall betjäna. Infiltrationsstråken skall ha en sådan liten lutning, max någon procent, för att god infiltrationen skall kunna ske. (svenskt vatten P105, 2011)
Dimensionering
Infiltrationskapaciteten är beroende av hur infiltrationsstråkens överbyggnad är konstruerad och jordsorternas förmåga att fördröja nederbörd. Med god konstruerad överbyggnad med tanke på porositet och infiltrationskapacitet minskar behovet av yta då nederbörden infiltreras direkt vid kontakt.
Reningsförmåga
Infiltrationsstråkets reningseffekt påverkas av djup, kapaciteten för infiltration och jordens egenskaper att binda föroreningar. Ett fint material ökar reningseffekten men minskar dess förmåga att infiltrera. (Svenskt vatten P46, 1983)
26
Figur 10 - Illustration av infiltrationsstråk Styrkor och svagheter
Vid optimal utformning ger infiltrationstråken både god flödesutjämning samt hög rening av dagvattnet, beroende av finkornighet i dräneringslagret. De bidrar också med naturlig grundvattenbildning samt varierande vegetation i överlagret. För att få god kapacitet krävs ett större verkningsområde och underhåll för att ej försämra infiltrationskapaciteten.
3.1.9 Teknisk filteranläggning
Filteranläggningar anläggs ofta på platser där yta för öppen dagvattenhantering saknas. Ofta i tätbebyggda områden.
Utformning
Utformas som en behållare med flera kamrar där olika reningsprocesser sker. Storleken på anläggningen beror på vilket flöde man dimensionerar för samt vilka typer av reningsprocesser man vill uppnå. (Godecke. T, 2016)
Dimensionering
Vid dimensioneringen av en filteranläggning tar man hänsyn till ett flertal parametrar, dimensionerande nederbörd samt från vilken typ av yta som avrinningen sker. För att tillräcklig rening skall ske vid de olika processerna ställs ett krav på flödeshastigheten.
Denna får ej överstiga 0,5 m/s (Stockholm vatten och avlopp, 2017e) Vid en större hastighet kräver anläggningen en förbiledning.
27
Reningsförmåga
Anläggningens tar dagvattnet genom flera olika steg. (Godecke. T, 2016)
1. Mekaniskrening genom ett galler där skräp och större material avskiljs.
2. Sedimentation genom flera kamrar.
3. Olja och fett avskiljs.
4. Filtrering. Dagvattnet leds genom filtret som är fyllt med olika material beroende på vilka föroreningar man vill komma åt.
Figur 11 - Illustration av teknisk filteranläggning
Styrkor och svagheter
Tekniska filteranläggningar anläggs ofta under mark och tar mindre markyta i besittning.
Kan anpassas efter specifika föroreningar som behöver renas och ger stor reningsförmåga som sker i flera steg. En teknisk filteranläggning är komplex och kräver många tekniska lösningar, dessa kräver ofta stora underhållskostnader samt regelbundna kontroller.
28
3.1.10 Oljeavskiljare
Denna typ används vid riskområden där det kan förekomma oljeutsläpp som t.ex. vid industrier eller där det kan finnas ett skyddsbehov av speciellt sort. Dessa utsläpp skulle kunna vara olyckshändelser eller i värsta fall avsiktlig dumpning.
Utformning
En oljeavskiljare kan utformas på många olika sätt men oftast som en avskärmning i ett befintligt magasin. Det förorenade dagvattnet tas in magasinets överdel. Då olja har en lägre densitet än vatten flyter oljan upp och kan skärmas av skyddas från utloppet. I dessa magasin sker även en sedimentation av de större partiklarna. Dessa partiklar lägger sig på botten som slam. (Se figur 20)
Dimensionering
För att uppnå fullgod avskiljning krävs det att vattnet får vara stillastående i minst två timmar. (Stockholm vatten och avlopp, 2017f)
Reningsförmåga
En oljeavskiljare finns i två klasser, klass ett och klass två. Dess reningsförmåga beror på utformningen
Klass ett är den bättre lösningen, dock kräver den ett lägre flöde för att fungera optimalt.
Dessa innehåller ett filter eller lameller. Det förväntade restutsläppet vid klass ett lösningar är 5 mg / liter.
Klass två klarar av större flöden men har inte samma goda resultat vid rening av föroreningar. Förväntat restutsläpp ligger kring 100 mg / liter. Klass två lösningar används, på grund av dess sämre reningsförmåga, enbart som ett extra skydd vid tillexempel utsläppsolyckor. (Stockholm vatten och avlopp, 2017f)
29
Figur 12 - Illustration av Oljeavskiljare
Styrkor och svagheter
Ger ett fullgott skydd mot oljeutsläpp, konstrueras med befintligt magasin. Slammet som bildas genom sedimentation samt oljeföroreningarna räknas som miljöfarligt och behöver speciell hantering. (Naturvårdverket, 2017)
3.1.11 Översilningsytor
Placeras ofta i anslutning till vägar och parkeringsplatser. Användes oftast ihop med svackdiken för optimal rening och flödesutjämning vid större tillrinningsområden.
(Godecke. T, 2016)
Utformning
För god infiltration vill man inte att översilningsytorna skall luta mer än mellan 2–10 procent. Längden bör vara mellan 5–25 m. (Stockholm vatten och avlopp, 2017g).
Översilningsytorna beläggs med vegetation av olika sorter för att på så sätt kunna ta hand om större flöden.
30
Dimensionering
Översilningsytor fungerar först och främst som reningsmetod och inte som magasin vid stora flöden. Bäst effekt fås vid mindre flöden då dagvattnet får tid att infiltrera ner i marken.
Ytan som krävs motsvarar ungefär 10 procent av den avrinnande ytan.
Reningsförmåga
Reningsmöjligheterna vid översilningsytorna är mindre god. Det är speciellt de större partiklarna som sedimenterar vid mindre flöden. Vid större flöden finns även en risk för erosion, för att undvika detta kan det vid stora flöden med fördel vara bra att bräddas förbi.
För god reningseffekt rekommenderas inte en större lutning än 3 procent. ( Larm, T 2019)
Figur 13 - Illustration av översilningsyta Styrkor och svagheter
Översilningsytor ger god rening vid mindre flöden, bidrar till naturlig grundvattenbildning samt kräver minimal skötsel. Vid större flöden infiltreras dagvattnet dåligt och ett uppsamlingsdike krävs för överskottsvatten.
3.1.12 Svackdike
Svackdiken används i störst omfattning vid hårdgjorda ytor som vägar och gator.
Utformning
Svackdiken utformas ofta som trapetsformade eller paraboliskt då detta ger en större reningseffekt än det klassiska V-tvärsnittet (Larm. T, Fransson, 2000) Släntlutningen skall
31
vara 1:3 och längslutningen skall ligga mellan 0,2 till 1 procent för att god infiltration skall kunna genomföras.
Dimensionering
Dimensioneringen av ett svackdike är beroende av ett vilka förutsättningar som finns på platsen, vilken flöden som skall tas omhand, Vilken vegetation som finns och hur denna skall underhållas. När flödet skall beräknas i ett svackdike använder man sig av Mannings ekvation (3.1.7), (Godecke. T, 2016). För att skapa en fördröjningsvolym kan man bromsa utflödet vid utloppet.
𝑞#BC,60B@H!"H= =: × +* !⁄-×J,- *⁄ (3.1.7)
𝑞#BC,60B@H!"H= = 𝑀𝑎𝑥𝑓𝑙ö det 𝑖 𝑠𝑣𝑎𝑐𝑘𝑑𝑖𝑘𝑒𝑡 (𝑚7⁄ ) 𝑠 𝐴 = 𝑆𝑣𝑎𝒄𝑘𝑑𝑖𝑘𝑒𝑡𝑠 𝑡𝑣ä𝑟𝑠𝑛𝑖𝑡𝑡𝑠𝑎𝑟𝑒𝑎 (𝑚8)
𝑅 = ℎ𝑦𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑠𝑘 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒 (m) 𝑆D = 𝐿ä𝑛𝑔𝑠𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 (-) 𝑛 = 𝑀𝑎𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑡𝑎𝑙 (s/m1/3)
Manning stal bestäms med utgångspunkt från förhållandet mellan vattendjupet och vegetationens höjd. Manning stal sätts till 0,02 - 0,04 när vattennivån är högre än vegetationen och när förhållande är ombytt sätts Manningstal till 0,3 - 0,4. (Godecke. T, 2016)
Reningsförmåga
Huvuddelen av ett svackdikes reningsförmåga går ut på att ta hand om större partiklar via sedimentation av dagvattnet. För att förbättra reningsmöjligheterna kan man anlägga ett dräneringslager i svackan. Det rekommenderas att man anlägger svackdiken med vegetation av högre nivå. Detta för att bromsa upp flödet och på så sätt öka sedimentationen. (Larm.
T, 2019)
32
Figur 14 - Illustration av Svackdike Styrkor och svagheter
Ett svackdike har stora möjligheter att fördröja och ta hand om stora flöden och anses vara ett gott första reningssteg innan kompletterande anläggningar kopplas på. I ett svackdike renas enbart större partiklar och kräver en dränering för att bättra reningsfunktionen.
(Stockholm vatten och avlopp, 2017k) 3.1.13 Dammar och våtmarker
Dammar och våtmarker finns ofta som en sista fördröjning och rening innan dagvattnet får släppas ut i en recipient. Kallas då ofta för ”end of Pipe”.
Utformning
Dammarnas utformning skall underlätta för god sedimentering och att risken för att slammet ska bli upprivet vid stora flöden ska minimeras. Vid dagvatten som har en större föroreningshalt rekommenderas en försedimenteringsdamm där större partiklar kan sedimenteras. (Larm. T, 2019)
Den första delen av anläggningen skall förses med en djupare del. I denna del ges större fasta partiklar möjligheten sedimenteras. Nästa steg i anläggningen skall utformas så att se flödeshastigheten minskar varvid sedimenteringen ökar. Detta sker genom en grundare del som med fördel innehar större del vegetation. Vegetationen ser till att gott utrymme finns för att mikroorganismer skall frodas och hjälpa till med dem biologiskareningen.
33
Om möjlighet finns placeras utloppet från dammen/våtmarken under vattenytan. Detta ger en egenskap som ger en viss oljeavskiljning. (Stockholm vatten och avlopp, 2017h)
Dimensionering
Dammen eller våtmarken behöver dimensioneras efter att kunna klara av att fördröja och rena den dimensionerande nederbörden från dess tillrinningsområde Den storlek som har visat sig vara den mest optimala är 1,5 % till 2,5 % av den yta den skall betjänas. Dock rekommenderas en area av minst 150 m2 (Fransson & Larm. T, 2000)
Reningsförmåga
Våtmarkers och dammars reningsförmåga är stor, speciellt vid anläggningar som tar emot stora volymer av förorenat dagvatten och från anläggningar som har utformats med större delen av vegetation och då kunna rena dagvattnet från de finare förorenade partiklarna.
(Naturvårdsverket 2017). Vegetationen har även god förmåga att fånga upp föroreningar så som fosfor, metallföroreningar och i områden där vattnets exponering mot växter ökar, så som i stora och grunda områden bidrar det även med en signifikant reduktion av kväve och andra lösta föroreningar. En våtmark har således en högre kapacitet när det kommer till omhändertagandet av lösta föroreningar. (Stockholm vatten och avlopp, 2017h)
Figur 15 - Illustration av dammar och våtmarker Styrkor och svagheter
Dammar och våtmarker ger en god rening och är mindre känsliga för extrema flöden vid rätt utformning. Bidrar till biologisk mångfald och kan också avskilja olja. Denna typ av anläggning tar stor area i anspråk, något som de flesta fastigheter ej har. Anläggningen
34
kräver underhåll av vegetation samt omkringliggande mark samt kräver sedimenthantering/tömning
3.1.14 Nedsänkt växtbädd (biofilter)
Nedsänkta växtbäddar anläggs på kvartersmark såsom fastighetsgårdar och parkeringsytor.
Utformning
Dagvatten leds till växtbäddarna via ytavrinning och från gatubrunnar. Växtbäddarna kan anläggas på både plan mark samt i sluttningar. Bäddarna kräver ca en meters djup beroende på behovet av fördröjning och rening. Vid goda markförhållanden görs växtbäddarnas botten öppen för vidare infiltration och rening och tvärtom vid dåliga förhållanden.
Rekommenderad infiltrationskapacitet är 50 till 300 mm per timme. Dräneringslagret bör vara minst 150 mm med makadam i storlek 2 - 6 mm. Är grundvattennivån hög i jämförelse med botten så skall botten göras tät för att undvika att föroreningar tar sig till grundvattnet utan rening. Grundvattnet högsta nivå skall vara min 500 mm ifrån växtbäddens botten.
(Larm, T 2019)
Dimensionering
Kapaciteten vid nedsänkta växtbäddar är beroende av djupet på växtbäddens läge gentemot marknivån samt växtbäddens infiltrationskapacitet.
Det rekommenderas att kapaciteten i fördröjningsvolymen skall motsvara volymen av det dimensionerande dagvattnet. (Stockholm vatten och avlopp, 2017). Ytan på växtbädden skall ligga mellan 1–3 % av avrinningsområdet enligt rekommendationer. (Larm, T 2019).
Reningsförmåga
Växtbäddens filtermaterials egenskaper bestämmer bäddens reningsförmåga. Det är en balansgång vid bestämmandet av vilket material man skall använda sig av med tanke på infiltrationskapacitet. För störst reningsförmåga krävs ett material med låg infiltrationskapacitet. Dock får inte infiltrationskapaciteten vara för låg då magasinet kan kräva bräddning. (Larm, T 2019). Kvävereduktionen är begränsad men ökar om bädden är vattenmättad. Växterna bidrar till kvävereduktionen men har till främsta syfte att bidra till infiltrationskapaciteten samt att begränsad erosion. Bäddens ytskikt behöver regelbundet
35
bytas då föroreningar riskeras att frisättas då det organiska materialet bryts ner. Är grundvattennivån hög så bör bädden göras med tät botten för att förhindra kontaminering.
(Stockholm vatten och avlopp, 2017i)
Figur 16 - Illustration av nedsänkt växtbädd Styrkor och svagheter
Det positiva med att anlägga en nedsänkt växtbädd är att den höga reningen vid normala flöden, Dagvattnet nyttiggörs, ger en variation av vegetation samt är estetiskt tilltalande i ett annars hårdgjort område. Åt andra sidan tar anläggningen markytan i anspråk, kan vid torrt väder kräva bevattning av vegetationen. Ligger grundvattennivån för nära botten kan en tät botten krävas.
3.1.15 Skelettjord
Skelettjordskonstruktioner anläggs ofta på kvartersmark, tex bostadsgårdar eller parkeringsytor och efter vägar i tätbebyggda områden.
Utformning
Skelettjordskonstruktioner utformas på två olika sätt, vanlig och luftig skelettjord. Dessa grundläggs med att en grop fylls med makadam av grövre sort. Luftig skelettjord anläggs
36
enbart med makadam och får en hög porositet. I den vanliga skelettjorden vattnas jord ner i grundlagret och på så sätt försämras porositeten. (Stockholm vatten och avlopp, 2017j)
Dimensionering
Den dimensionerande kapaciteten hos luftig och vanlig skelettjord finns i porvolymen hos respektive konstruktion. Dessa konstruktioner kompletteras ofta med ett så kallat luftigt bärlager av makadam för att öka på deras totala porvolymen. Den fördröjningsvolym som finns i skelettjorden motsvarar ungefär 12 procent och 30 - 40 procent i det luftiga bärlagret.
För att öka på kapaciteten i fördröjningen kan ett ytterligare ytligt magasin av makadam anläggas.
Reningsförmåga
Reningsförmågan hos skelettkonstruktioner är inte utred enligt vetenskaplig standard (Larm. T,2019). Dock kan man anta reningen sker så som i makadammagasin där god sedimentation sker. Detta ger stor risk för igensättning och minskar infiltrationshastigheten genom makadamlagret. (Stockholm vatten och avlopp, 2017)
Figur 17 - Illustration av ett träd i skelettjord
37
Styrkor och svagheter
Vid plantering av träd i skelettjord ökas fördröjnings- och infiltrationskapaciteten. Då skelettjorden grävs ner tar den minimal yta att anlägga. Luftig skelettjord har bra infiltrationskapacitet. Dock så är skelettjord med nedvattnad jord sämre med både låg infiltrationskapacitet och volymkapacitet.
38
4 Excel-snurra
I detta kapitel demonstreras Excel verktyget, vars huvudsyfte är att förenkla val av LOD- lösningar.
Dimensioner
Som första steg i beräkningarna för förslag anges de styrande faktorerna. Under rubriken
”Dimensioner” anges fastighetens totala tomtarea och därefter vilka ytskikt som tomten är uppdelad i. Detta för att varje ytskikt är kopplat till en unik avrinningskoefficient som används för att beräkna det dimensionerande dagvattenflödet. Under samma rubrik anges även hur stor area som är hårdgjordavrinningsyta samt tillgänglig ytarea för att implementering av LOD-lösningar. Dessa används för att uppskatta volymbehovet för Figur 18 - Inmatning av specifikdata
39
fördröjningen samt att ställa upp en begränsning som kan användas för att filtrera bort LOD- lösningar. Antal parkeringsplatser är styrande ifall behovet av en oljeavskiljare behövs.
Gränsen sätts vid 50 parkeringsplatser, under det anses inte en oljeavskiljare behövas, (Naturvårdsverket, 2007).
Önskad reningseffekt av fasta och lösta ämnen
Olika LOD-Lösningar renar dagvattnet olika effektivt och detta används som en faktor som används vid utsorteringen av de olika lösningarna. Rening av fasta partiklar kräver en filtrerande funktion medans lösta ämnen så som fosfor och kväve tas upp som näringsämnen av växter och kräver således en ”grön” LOD-Lösning, (Naturvårdsverket, 2017).
Regnintensitet
Under rubriken ”regnintensitet” tas den dimensionerande regnintensiteten fram. Denna är alltså den viktigaste faktorn vid dimensioneringen av LOD-anläggningar. Stockholmstad har ett krav vid nyproduktion samt vid stora ombyggnationer på en fördröjning av 20 mm / m2. Detta motsvarar ett regn med en återkomsttid på 10 år och en varaktighet på 26 min.
Dock så har man på grund av klimatförändringar valt att ofta dimensionera efter ett regn med en återkomsttid på 20 år och en varaktighet på 30 min. Regnintensiteten ställs mot kravet på fördröjning. Vilket tillsammans med fastighetens totala ytarea ger det totala volymkrav som lösningen måste uppfylla.
Markbeskaffenhet
Under rubriken ”Markbeskaffenhet” redovisas ställer de olika jordfraktionerna i yt- och underlager samt respektive lagers infiltrationshastighet. Lagret med det lägsta värdet blir dimensionerande och påverkar volymbehovet hos den planerade LOD-anläggningen.
40
Figur 19 - Jämförelse mellan respektive lösning areabehov vid rådande dimensionerande flöde och tillgänglig area för LOD.
Varje LOD-lösning har ett givet areabehov per m2 hårdgjord avrinningsyta. Kontroll görs för att säkerställa att respektive lösning lever upp till behovet samt att lösningens area håller sig inom ramen för den ytarea som finns tillgänglig.
