Alternativa åtgärder motgrundvatten i avloppssystem– att genomföra och förutsä-ga effekterna med stöd avdatormodellering

Lars-Göran GustafssonBertil Sundlöf

VA

-F

OR

SK

R

AP

PO

RT

Nr

5 n

ov

em

be

r 2

00

2

VA-Forsk

VA-Forsk

VA-Forsk är kommunernas eget FoU-program om kommunal VA-teknik. Programmet finansieras i sin helhet av kommunerna, vilket är unikt på så sätt att statliga medel tidigare alltid använts för denna typ av verksamhet. FoU-avgiften är för närvarande 1,05 kronor per kommuninnevånare och år. Avgiften är frivillig. Nästan alla kommuner är med i programmet, vilket innebär att budgeten årligen omfattar drygt åtta miljoner kronor. VA-Forsk initierades gemensamt av Kommunförbundet och Svenskt Vatten. Verksamheten påbörjades år 1990. Programmet lägger tonvikten på tillämpad forskning och utveckling inom det kommunala VA-området. Projekt bedrivs inom hela det VA-tekniska fältet under huvudrubrikerna: Dricksvatten Ledningsnät Avloppsvattenrening Ekonomi och organisation Utbildning och information

VA-Forsk styrs av en kommitté, som utses av styrelsen för Svenskt Vatten AB. För närvarande har kommittén följande sammansättning: Ola Burström, ordförande Skellefteå Roger Bergström Svenskt Vatten AB Bengt Göran Hellström Stockholm Vatten AB Staffan Holmberg Haninge Pär Jönsson Östersund Peeter Maripuu Vaxholm Stefan Marklund Luleå Peter Stahre VA-verket Malmö Jan Söderström Sv kommunförbundet Asle Aasen, adjungerad NORVAR, Norge Thomas Hellström, sekreterare Svenskt Vatten AB

Författarna är ensamma ansvariga för rapportens innehåll, varför detta ej kan åberopas såsom representerande Svenskt Vattens ståndpunkt.

VA-Forsk Svenskt Vatten AB Box 47607 117 94 Stockholm Tfn 08-506 002 00 Fax 08-506 002 10 E-post svensktvatten@svensktvatten.se www.svensktvatten.se Svenskt Vatten AB är servicebolag till föreningen Svenskt Vatten.

II

VA-Forsk Bibliografiska uppgifter för nr 2002-5

Rapportens titel: Alternativa åtgärder mot grundvatten i avloppssystem – att genomföra och

förutsäga effekterna med stöd av datormodellering Title of the report: Alternative measures against groundwater in sewer systems – To carry out and

predict the effects with the aid of computer modelling Rapportens beteckning Nr i VA-Forsk serien: 2002-5 ISSN-nummer: 1102-5638 ISBN-nummer: 91-89182-62-6 Författare: Lars-Göran Gustafsson, DHI Water & Environment, Bertil Sundlöf, VBB VIAK Utgivare: Svenskt Vatten AB

© Svenskt Vatten AB VA-Forsk projekt nr: 98-112

Projektets namn: Alternativa dräneringsåtgärder för minskning av tillskottsvatten i avloppsnät - Förutsägelse och uppföljning av effekter med hjälp av datormodellen MIKE SHE

Projektets finansiering: VA-Forsk, DHI, Kristianstad kommun, Halmstad kommun Rapporten beställs från: Svenskt Vattens distribution, Box 262, 591 23 Motala. Finns även att hämta hem

som PDF-fil från Svenskt Vattens hemsida www.svensktvatten.se Rapportens omfattning Sidantal: 52 Format: A4 Upplaga: 1200

Sökord: Avlopp, avrinning, grundvatten, ovidkommande vatten, dränering, geohydrologi, hydrologi, modellering, simulering, MIKE SHE

Keywords: Sewers, runoff, groundwater, infiltration, inflow, drainage, geohydrology,

hydrology, modelling, simulation, MIKE SHE Sammandrag: Rapporten tar upp behoven av alternativa dräneringsåtgärder för att lösa

problem med grundvattenpåverkan i avloppsnät. Nyttan med datormodellering av samspelet mellan ledningsnät och grundvatten diskuteras. Det hydrologiska modellsystemet MIKE SHE har tillämpats på tre olika områden med syfte att förutsäga effekterna av olika typer av åtgärder.

Abstract: The need for alternative drainage schemes to solve problems with groundwater

infiltration in sewer system are being discussed. The advantages with computer modelling of the interaction between sewers and groundwater are discussed. The hydrological modelling system MIKE SHE has been applied on three catchments with the purpose being to predict the effects of different countermeasures.

Målgrupper: Kommunala VA-förvaltningar, konsulter, miljövårdsmyndigheter Utgivningsår: 2002 Omslagsbild: Bertil Jönsson, Halmstad kommun

III

Sammanfattning

I många tätorter med äldre bebyggelse är ofta även VA-ledningsnätet av äldre årgång, medförsämrad funktion och återkommande driftstörningar på ledningsnät och reningsverk som följd.Ett vanligt förekommande problem är inläckage och dränering av stora mängder grundvatten tillspillvattenledningarna, som då gör tydliga avtryck i den urbana hydrologin. Traditionellt föreslåsofta “tätande” åtgärder mot dessa problem med sk tillskottsvatten, t ex genom relining, foginjek-tering eller helt enkelt omläggning med nya ledningar, för att förbättra konditionen och funktionenpå ledningsnäten. Dessa åtgärder är ofta nödvändiga i ett vidare perspektiv, men blir också oftamycket kostsamma. Om vi fokuserar på problem med tillskottsvatten, indikerar erfarenhetersamtidigt en begränsad nytta med tillämpning av enbart dessa konventionella åtgärdsmetoder.Det kan därför i vissa fall vara intressant att i stället undersöka effekterna av ingrepp i marken ioch kring en tätort, exempelvis i form av avskärande dräneringar. Denna typ av alternativadräneringsåtgärder skapar å andra sidan många nya tekniska frågor. Svaren till dessa kräver engod geohydrologisk förståelse av området.

Hydrologisk modellering ökar möjligheten att beskriva denna komplexa interaktion mellanledningsnät och den urbana hydrologin, samt ger möjlighet att förutsäga effekterna av olikaåtgärder. 1993 gjordes de första försöken att modellera samspelet mellan avloppsnät och grund-vatten med en fysikalisk utgångspunkt i det hydrologiska modellsystemet MIKE SHE. Det lillasamhället Vittskövle söder om Kristianstad blev “försökskanin” med mycket intressanta ochpositiva resultat. Arbetet i Vittskövle ledde bl a fram till ett nytt dräneringssystem som anlades isamhället under hösten 1996. Nu, drygt fem år senare, kan man konstatera att beräkningarnavisade rätt, med en reduktion av tillskottsvatten på nära 80%.

Med dessa fina resultat i minnet, har beräknings- och analysmetodiken förfinats och tillämpatspå ytterligare två områden med andra förutsättningar: Nyatorp i Halmstad samt Gärds Köpinge iKristianstad Kommun. I Nyatorp har nu stora delar av VA-ledningsnätet förnyats, samtidigt somnya dräneringsstråk föreslagits. Detta för att säkerställa en grundvattennivå som bebyggelsenklarar, utan att för den skull samla på sig grundvatten till reningsverket. I Gärds Köpinge har enkombination av konventionella “tätande” åtgärder och nya dräneringsstråk föreslagits. I rappor-ten redovisas erfarenheter från dessa och andra tillämpningar, bland annat belyses behoven avindata och mätningar. Här jämförs och diskuteras också nyttan med datormodellering kontrahandberäkningsmetoder, utgående från olika typer av geologi och bebyggelse. Datormodelleringhar sina största fördelar när det gäller områden med sedimentära jordarter och om man skallhantera och belysa effekter av många ledningar med olika läggningsdjup och egenskaper. Iurbergsområden med tunt moräntäcke och enkla överskådliga nivåförhållanden för ledningarsynes dock enklare handberäkningsmetoder vara ett lämpligare val.

Slutligen diskuteras de legala aspekterna vid byggande av dräneringssystem för tätorter. Dessaär svåra att direkt hänföra till något juridiskt begrepp, men synes vara tillståndspliktiga om detinte är uppenbart att vare sig enskilda eller allmänna intressen skadas. Kontakt bör därför tasmed länsstyrelsen innan åtgärder av den här typen drivs för långt i planeringen.

IV

Summary

In many urban localities with older neighbourhoods, often also the water and sewer networksare of older origin, with poor functionality and continuous maintenance problems on the networkand treatment plant as a consequent. A common problem with these older systems is infiltrationand the drainage of large amounts of groundwater into the sewer network, which greatlyimpacts the urban hydrology. Traditional approaches to “seal” the pipes against this problem ofinfiltration have been, for example, relining the pipes, pipe joint sealing, or simply laying newlines, in the hope of improving the condition and performance of the system. These measuresare often necessary, but can also be quite costly. If we focus specifically on the problem ofinfiltration, experience shows limited success with these traditional approaches. Because of this,it could be interesting, in certain cases, to examine the effects measures have in the groundaround an urban area instead, like new drainage schemes. On the other hand, this type ofalternative drainage methods brings up a lot of new technical questions. The answers require agood geohydrological understanding of the area.

Hydrological modelling increases the possibility to describe the complex interaction between thesewer network and the urban hydrology, and at the same time, provides the possibility to predicthow effective the different approaches will be in solving the problem of infiltration. The firstattempt to model the interaction between the sewer system and ground water with a physicalapproach took place in 1993 with the help of the hydrological modelling system MIKE SHE.The small community of Vittskövle, south of Kristianstad, became the “test rabbit”, with manypositive and interesting results. The work in Vittskövle led to, among other things, a newdrainage system for the community, which was constructed in the fall of 1996. Today, five yearslater, the model calculations proved to be correct, with infiltration reduced by nearly 80%.

With these terrific results in mind, the methods used to calculate and analyse results have beenfinetuned, and have now been adapted on two additional communities with differentcharacteristics: Nyatorp in Halmstad and Gärds Köpinge in Kritianstad. Today in Nyatorp, largesections of the sewer system have been replaced, and some new drainage routes have beenrecommended. The new drainage routes are to secure a ground water level the buildings canmanage, without capturing groundwater to the treatment plant. In Gärds Köpinge, therecommendation was to use a combination of conventional “sealing” methods and new drainageroutes. This report will describe the experiences from these and other applications, amongothers an overview of the types of input data and measurements required. Also here will bediscussions and comparisons of the usefulness of computer modelling compared with handcalculation methods considering different types of geology and communities. Computermodelling is most advantageous in areas which are made up of sedimentary layers and whenthe effects of many pipes of different depths and properties are to be handled and described. Inareas with primitive bedrock overlain with thin moraine and simple sewer networks with depthseasy to overview, simpler hand calculation methods might be a good choice.

Finally, there will be a discussion of the legal aspects of building drainage systems forcommunities. This is hard to relate to any specific legal definition, but seems to be a duty ofpermission unless it is evident that neither private nor public interests are damaged. Bettercontact the local authorities before methods of this kind are planned to far.

V

En arbetsgrupp bestående av undertecknade och representanter från Kristianstad kommun ochHalmstad kommun har utvärderat möjligheterna och begränsningarna med alternativa dräner-ingsåtgärder vid olika typer av förhållanden i en tätort. System för datormodellering har utveck-lats och använts för att förutsäga effekterna av denna typ av åtgärder i tre olika avrinnings-områden. Även enklare handberäkningsmetoder har diskuterats, såväl som de juridiska aspekt-erna kring denna typ av ingrepp i marken.

En referensgrupp bestående av Roland Thulin vid Jönköpings kommun, Björn Svensson vidSävsjö kommun, Anders Widerström vid Halmstad kommun, Lennart Mårtensson vidKristianstad kommun, Lena Tilly vid VAI VA-Projekt, Stefan Winberg vid Tyrens, ochMats Andréasson vid DHI, har bidragit med värdefulla synpunkter till projektets genomförande.

Arbetet har finansierats med stöd från Kristianstad kommun, Halmstad kommun och VA-FORSK.

Ett varmt tack till alla engagerade personer från Kristianstad kommun och Halmstad kommun,för insamling av indata och genomförande av fältmätningar. Ett tack också till Ulrika Andersson,Ann-Marie Gustafsson och Johan Spännare, samtliga vid DHI, som genomfört all datormodell-ering i projektet. Slutligen ett tack till alla de som bidrog till att projektet kom till stånd – medförhoppning om intressant läsning.

Växjö i april 2002

Lars-Göran Gustafsson Bertil SundlöfDHI Water & Environment VBB VIAK

Förord

Inledning 1

Bakgrund och problembildModellering av inläckage testas i Vittskövle

Alternativa angreppssätt 5

Förebyggande åtgärder vid exploateringÅtgärder i befintlig bebyggelse

Utredningsmetodik 7

Hydrologisk datormodelleringHandberäkningsmetoderErforderliga indata, mätningar och undersökningarFördelar och begränsningar med de olika metoderna

Praktikfall 16

Vittskövle i KristianstadGärds Köpinge i KristianstadNyatorp i HalmstadStockaryd i SävsjöAllmänna erfarenheter

Genomförande och risker 33

Praktiska tips och råd kring utförandeKonsekvenser på omgivningenPraktiska erfarenheter från några områden

Legala aspekter 37

Tolkning av Miljöbalken avseende dräneringssystem

Slutsatser 39

Referenser 42

VI

Bakgrund och problembild

Den hydrologiska balansen påverkasoundvikligen av vår urbana exploatering.Dräneringsledningar och avloppsledningarmed dålig kondition skapar tydliga avtryck iden lokala hydrologin genom att möjliggöraen växelverkan mellan ledningsnät ochomgivande grundvatten. Om det är grund-vattnet som inverkar på ledningsnätet, ellertvärtom är diskutabelt. Uppenbar är dockden dränerande funktionen hos ledningsnä-tet vars genomslag varierar beroende på ettantal parametrar. Oftast erhålls en ökadbelastning på ledningsnät och reningsverkvid regntillfällen genom att stora delar avnederbörden som faller över urbana områ-den dräneras och avleds via husgrundsdrä-nering samt läckage till ledningssystem(Bäckman, 1985).

Praktiska erfarenheter indikerar ofta enbegränsad nytta med tillämpning av enbartkonventionella åtgärdsmetoder, dvs tätning(re-lining) av avloppsledningssystem.Alternativa åtgärder i form av anläggning avnya dräneringsstråk som skär av dennaturliga grundvattenströmningen kan skapamer effektiva lösningar. Genom introduktionav alternativa metoder uppstår naturligtvisnya tekniska och juridiska frågor: Hur finnerman den mest effektiva placeringen av enavskärande dränering och vilka blir följd-effekterna av dess implementering? Kan enförändrad grundvattenregim negativt påverkahusgrunder, växtlighet och närliggandegrundvattenuttag? Naturligtvis uppstår detliknande frågor vid implementering avkonventionella åtgärder. Då kan riskernaidentifieras i en förhöjd grundvattennivå tillföljd av tätning och förnyelse av avlopps-ledningar. Visserligen reduceras inläckagetgenom denna metodik, men genom attgrundvattnets enda dräneringsmöjlighet

stryps finns en uppenbar risk för förhöjdagrundvattennivåer och därmed även risk förfukt i grundmurar och källaröversvämningar.Vidare måste man även säkerställa att manpå bekostnad av ett begränsat inläckage avgrundvatten i en ledningssträcka inte geo-grafiskt sett flyttar problematiken då vattnetofta hittar andra vägar till ledningsnätet, t exvia fungerande husgrundsdräneringar.

Svaret på många av dessa frågor döljer sig ien god geohydrologisk förståelse av dedräneringsprocesser som verkar inomproblemområdet. För att beskriva ochkonkretisera dessa processer samt att, frånalla aspekter, skräddarsy den mest effektivalösningen krävs nya angreppssätt där manäven ser möjligheter för alternativa åtgärder.

Kombinerade avloppssystem är dimensio-nerade för att hantera direkt nederbörds-påverkan, spillvatten och dräneringsvatten.Vid en överbelastning uppstår skador dåvattnet tränger upp genom källaravloppenvia fastighetens spillvattenservis samtidigtsom dräneringsledningarna också stårdämda.

Motsvarande skador som i det kombiner-ade ledningsnätet kan även uppstå i duplikataavloppssystem. Teoretiskt sett bordeöverbelastningar till följd av kraftig neder-bördspåverkan ej vara möjlig i det duplikatasystemets spillvattenledning. Dessa är ejheller dimensionerade för att avleda neder-bördsavrinningen, vilken istället skall avledasi dagvattenledningen. Motsvarande förhåll-ande gäller även för sk separatsystem därnederbördsavrinningen istället skall ske iöppna diken. De flödesökningar som trotsdetta kan konstateras i spillvattenledning-arna visar på att helt stringenta separeradeavloppssystem i praktiken ej kunnat skapasmed den tillämpade praxisen. De tumregler

Inledning 1

som ofta använts för att uppskatta flöde pådräneringsvattnet har varit trubbiga och ejavspeglat de verkliga förhållandena. Detkan också konstateras att den indirektanederbördspåverkan ej beaktas vid dimen-sionering för någon typ av avloppsnät.Orsaken till detta kan ha sin förklaring i attdenna typ av avrinning ej följer några enklaregler utan blir en följd av hur pass olyckligtledningsnätet utformats i förhållande till degeohydrologiska förutsättningarna. Andrabidragande orsaker kan vara bristandetäthet i de privata och kommunala

Modellering av inläckagetestas i Vittskövle

Ett forskningsprojekt utfördes 1993-1994med stöd från VAV, för att klargöra i vilkengrad det hydrologiska modellsystemetMIKE SHE, se Figur 1, är praktiskt

spill- och dagvattenledningarna (se vidareBäckman, 1993).Sammantaget innebärdessa flödesökningar i samband med

nederbörd en ökad risk för källaröversväm-ningar, bräddning av orenat avloppsvatten,och, i vissa fall, överbelastade avloppsre-ningsverk. Överbelastning av avloppsrenings-verk kan i vissa fall ske även under torrväder,orsakat av stora mängder sk läck- ochdräneringsvatten. Ofta inträffar denna typ avöverbelastningar under “blöta” höst- ochvårperioder.

Figur 1. Modellstruktur för MIKE SHE

2

Figur 2. Simulerade grundvattendjup i Vittskövle – med ursprunglig funktion(1988) (vänster) och med naturliga förhållanden utan avloppssystem (höger)

användbart för studier av dräneringspro-blem i tätorter (Winberg et al, 1994). Syftetmed projektet var att testa om det ärmöjligt att beskriva de geohydrologiskaprocesserna i marken och samspelet mellandessa och avloppssystemet, på liknandesätt som dynamisk rörnätsmodellering kange en detaljerad beskrivning av hydraulikeni ledningar.

Modelleringstekniken användes på en litenby, Vittskövle, utanför Kristianstad. Tillämp-ningen visade att modellen är fullt kapabel attbeskriva de relevanta processerna, ochindikerade att den inte bara kunde kalibrerasutan även användas för att prognostiseraframtida effekter inom området (Gustafssonet al, 1997).

Modellen användes för att planera ett nyttdräneringssystem för att sänka det extremt

höga inflödet till avloppsreningsverket,orsakat av grundvatteninläckage till avlopps-nätet. Reduceringen av inläckage med hjälpav den nya dräneringen bedömdes uppgå tillminst 75%. För jämförelse studerades äveneffekten av att enbart tillämpa konventionellaåtgärder, dvs re-lining av avloppsnätet. Etthelt tätt avloppssystem skulle innebära attområdet återställdes till naturliga förhållandenoch stora delar av Vittskövle skulle hamnaunder vatten, se den högra delen i Figur 2.Av den vänstra delen i figuren framgåravloppsnätets stora dränerande funktion ibefintlig situation (1988).

Under hösten 1996 konstruerades dräne-ringen och togs i drift. Nu, några år senare,visar flödesmätningar att konstruktionen varlyckad, med en reducering av inflödet tillreningsverket som överträffar prognosen.

3Inledning

Figur 3. Tillrinning till Vittskövleavloppsreningsverk - före och efteranläggande av nytt dränage.

Det uppmätta inflödet för ett år före åtgärd(1988) och efter åtgärd (1997) visas iFigur 3. Dessutom visas pumpflödet fråndräneringen i figuren. Observera den snabbaökningen av inflödet till reningsverket underdet korta stoppet av dräneringspumpen ibörjan av 1997.

Med erfarenheter ifrån Vittskövle ladesgrunden för det VA-FORSK projekt somredovisas i föreliggande rapport, med syfteatt mer grundligt kartlägga metodiken. Merspecifikt har syftet med projektet varit att:

• följa upp tillämpningen i Vittskövle,både ur ett funktionellt och hydrologisktperspektiv.

• tillämpa metodiken på två andraområden med liknande problematik menmed olika förutsättningar: Nyatorp iHalmstad samt Gärds Köpinge iKristianstad Kommun.

• utveckla en dynamisk koppling mellanMIKE SHE och MOUSE.

• jämföra och diskutera nyttan avdatormodellering kontrahandberäkningsmetoder för utvärderingav alternativa dräneringssystem.

• diskutera de juridiska och praktiskaaspekterna vid byggande avdräneringssystem för tätorter, baserat påerfarenheter både från de involveradetillämpningarna och andra områden iSverige där liknande metoder haranvänts.

4

liter/sec

Förebyggande åtgärdervid exploatering

Implementering av alternativa åtgärder, isyfte att minska inläckaget av grundvattentill avloppsledningsnät, skiljer sig beroendepå om man har utgångspunkt i befintligbebyggelse eller om man avser att införaförebyggande åtgärder vid nyexploatering.

När ett nytt markområde skall exploaterasför bebyggelse finns det ett antal mått ochsteg man kan ta för att minimera riskernaför att i framtiden få problem med tillskotts-vatten i spillvattennätet.

Innan området planläggs och höjdsätts börett antal grundvattenrör placeras ut ochobserveras under viss tid. Jämförelser kansedan göras med någon av SGU’s grund-vattenstationer för att bedöma ungefärlighögsta grundvattennivå i det aktuellaområdet. Så långt möjligt anpassas sedanplan och höjdsättning till högsta grundvatten-nivå. Djupa källarvåningar undviks i partierdär grundvattnet är högt eller, om inte det ärmöjligt, justeras grundläggningsnivåerna uppså mycket som möjligt.

Om man bedömer att grundvattennivåernagenerellt kommer att vara höga i hela områ-det får andra åtgärder vidtas. Avskärandedräneringar kan läggas ned för att begränsagrundvattentillströmningen till området.Dräneringar kan läggas ned inom områdetinnan några andra arbeten påbörjas.

Avskärande dräneringar och dräneringarinom området kan vara en möjlig åtgärd ommarken är någotsånär genomsläpplig. Vidtätare markmaterial krävs antingen störredjup eller tätare mellan ledningarna för att fåpåtaglig effekt. Kostnaderna kan då bli förstora.

Eftersom husgrundsdräneringar ofta direkt,eller indirekt är källan till problemen kan deti vissa fall vara skäl att överväga avledningav sådant vatten separat, från specielltproblematiska områden.

Åtgärder i befintligbebyggelse

Självfallet är åtgärder i befintlig bebyggelsebetydligt svårare och dyrare än vid nyex-ploatering. Beträffande åtgärder i hyggligtgenomsläpplig mark kan dock avskärandedräneringar i vissa fall anläggas utan attkollisionerna med befintliga anläggningar bliralltför stora. Har marken hygglig genom-släpplighet kan nämligen dränagen läggas enbit ifrån bebyggelse och ledningar och ändåfå godtagbar effekt.

Även i tätare mark finns i vissa fall möjlighetatt vidta åtgärder som inte är alltför kost-bara och omständiga. I exempelvis slutt-ande moränterräng kan ytliga avskärandedränage anläggas uppströms bebyggelse-områden och på så sätt ta undan en hel delav det vatten som annars skulle nå lednings-gravarna i området. Lyckas man vidare

5Alternativa angreppssätt 5

lokalisera distinkta punkter/partier iområdet där belastningen är speciellt storkan schaktbrunnar anläggas för att avlastaspillvattennätet. Nivåstyrd pumpning avgrundvatten får då göras i dessa brunnar.

Ytterligare ett exempel kan vara omledningsgravar och bebyggelse ligger näraen strand eller ett sankområde. En avskär-ande dränering kan i ett sådant fall begränsatillrinningen till ledningsgraven även ommarken endast är måttligt genomsläpplig.

6

Generellt måste stor försiktighet iakttas vidåtgärder i befintlig bebyggelse. Förutomsättningsrisker som kan uppträda i vissamarktyper, får man vara på sin vakt så attman inte drar till sig spillvatten från läckandeledningar till de dränage man utför. Om enspillvattenledning tar in grundvatten vid högagrundvattennivåer kan den självfallet ocksåläcka ut spillvatten vid låga grundvatten-nivåer.

Hydrologiskdatormodellering

Matematiska datormodeller har i många fallvisat sig vara användbara för att öka kunska-pen och förståelsen av fysikaliska förlopp. Ivissa fall kan denna “akademiska” nyttaräcka för att motivera användningen avdessa modeller, men i andra fall måste manväga nyttan mot arbetets omfattning ochkostnader. När det gäller modellering avinläckage till avloppsnät med syfte attanalysera och planera alternativa framtidadräneringsåtgärder, har datormodeller sinastörsta fördelar inom större bebyggelse-områden med mer komplicerade lednings-nät. Varierande lednings- och dränerings-nivåer kan då antas samverka, vilket kan geupphov till många delproblemställningarsom kan vara svåra att överblicka med merenkla överslagsberäkningar och analytiskametoder. Få datormodeller har dock visatsig kapabla att beskriva samspelet mellanhydrauliken i ledningsnät och omgivandegeohydrologiska processer i en lämpligskala.

Idag är det vanligt att använda konceptuellamodeller för att modellera dessa processeroch dess effekt på avloppssystemen. Denkonceptuella modellen MOUSE RDII (föredetta MOUSE NAM) har använts på flerän hundra tätorter i Sverige, för att modell-era hur de hydrologiska processerna påver-kar inläckage till avloppsnäten (Gustafsson,1995). Dock finns en nackdel med dessakonceptuella modeller – deras oförmåga atttill fullo ta hänsyn till existerande kunskapom avrinningsområdet. De kan heller inteförklara de fysikaliska orsaker som ligger

bakom olika resultat. Detta betyder atteffekter från framtida åtgärder i det urbanaområdet, exempelvis alternativa åtgärdersom avskärande dränage etc, endast kanbeskrivas till en begränsad nivå med enkonceptuell modell, och kanske inte ensdet. Trots detta är det ofta just att analyseraeffekter av framtida alternativa åtgärdersom är anledningen till att använda enmodell. För att kunna förstå och lära merom de geohydrologiska processerna krävsdärför modellverktyg som kan beskrivadessa processer på ett mer fysikaliskt ochdistribuerat sätt.

Det finns redan idag fysikaliskt baseradegeohydrologiska modellkoncept på markna-den. En av de mer avancerade modellerna ärMIKE SHE (Abbot, 1986).

MIKE SHE

MIKE SHE är ett deterministiskt, distribu-erat och fysikaliskt baserat modellsystemför simulering av hydrologiska processer imarkdelen av den hydrologiska cykeln.Modellen är applicerbar inom ett vitt spektraav vattenresurs- och miljöproblem relate-rade till yt- och grundvattensystem och detdynamiska samspelet mellan dessa.

MIKE SHE simulerar variationer i grund-vattentryck, flöden och vattenmagasinering imarkytan, i vattendrag samt i den omättadeoch mättade zonen. Dessa delkomponenteri MIKE SHE kan användas enskilda ellerintegrerat beroende på tillämpning, vilketger stor flexibilitet. Den rumsliga variationenav meteorologiska indata och områdes-

7Utredningsmetodik

Figur 4. Principer för kopplingen mellan MOUSE och MIKE SHE

Integrerad modellering avgrundvatten och avloppsnät

MOUSE är sedan slutet av 80-talet detdominerande modellverktyget i Sverige föratt analysera och utreda funktionen hosavloppssystem. Användningen har främstvarit inriktad på flödespåverkan i spill-vattenförande system, men också renadagvattentillämpningar är vanliga. Somtillägg till den fullt hydrodynamiska lednings-flödesmodellen och den konceptuellaytavrinnings- och inläckagemodellen,inkluderar systemet moduler för sedimentoch föroreningstransport, samt realtids-styrning.

karakteristik representeras i ett nätverkav gridrutor. Inom varje gridruta delasjordprofilen in i en serie av vertikala lager.Modellstrukturen illustreras i Figur 1.

Som tillägg inkluderar modellpaketetmoduler för beräkning av spridning ochnedbrytning av föroreningar, kartläggningav infiltrations- och uppsamlingsområdenvåtmarksekologi etc. MIKE SHEomfattar ett antal pre- och postproces-sorer för indatahantering samt analys avsimuleringsresultat. För att styrka möjlig-heten för bearbetning, utvärdering ochkontroll av indata såväl som analyser avresultat har MIKE SHE även en kopp-ling till ArcView GIS dedikerade appli-kationer. En av dessa är Geoeditor därgeologiska modeller i 3D kan skapasutifrån geologiska fältdata. MIKE SHEhar länge använts över hela världen vid

8

traditionella yt- och grundvattenproblemoch har i synnerhet visat sig vara användbardå effekterna av mänsklig påverkan skallundersökas.

Det framtagna integrerade verktygetskapar en dynamisk koppling mellanMIKE SHE och MOUSE där samspeletdem emellan sker i två riktningar mellanledning och akvifär. Utbytet mellan ledningoch akvifär baseras på ett antal faktorersåsom de tidsmässiga och rumsliga variati-onerna av vattentrycket i ledningarna (Hrör)och den omgivande akvifären (Hgrv),ledningsytan som grundvattnet exponerasmot (Prör), samt en läckagekoefficient (Cläc).Inläckaget till en kort ledningssträcka (perlängd-meter längs en beräkningscell)beräknas enligt:

Qin = (Hgrv-Hrör) x Prör x Cläc

Gällande mindre ledningssystem somservicer och husgrundsdräneringar styrsutbytet med akvifär av grundvattennivån(Hgrv) i förhållande till dräneringsnivån (Hdr)samt en dräneringskoefficient (Cdr).Dräneringsflödet (per kvadratmeter) frånen beräkningscell av denna typ beräknasenligt:

Qdr = (Hgrv-Hdr) x Cdr

Avrinning från hårdgjorda ytor anslutna tillledningsnätet hanteras av ytavrinnings-modellen i MOUSE. Motsvarande ytorhanteras som “hål” i MIKE SHE, utannederbörd, avdunstning, grundvatten-bildning etc. Principerna för kopplingenmellan MOUSE och MIKE SHE illustrerasockså i Figur 4.

Vid användning av denna typ av modell-eringsteknik krävs ett spann av indata medgeografisk, geometrisk eller geofysiskinformation. Utöver detta tillkommermeteorologisk indata och diverse semi-fysisk information. Huvuddelen av indata ärdistribuerad och framställs i form av ett

raster. Beroende på tillämpning och modell-storlek ställs olika krav på upplösningen.För denna tillämpning applicerad på relativtsmå områden har upplösningen på varjerastercell ansatts till 20x20 meter.

Vissa delar av kopplingen mellan de tvåmodellverktygen är baserade på en förenk-ling av det mycket komplexa fysikaliskabeteendet i jordvolymen. Så länge somexakt fysisk information om konditionen pårörledningar, serviser och källardräneringarinte finns tillgänglig är ett mer fysisktangreppssätt inte applicerbart. Dennaförenkling kräver en kalibreringsprocedurför att bl a erhålla pålitliga dränerings- ochläckagekoefficienter.

9

Handberäkningsmetoder

Det finns situationer när det, med hänsyn tillomfattning, kostnad eller nytta, inte ärmotiverat att upprätta en matematisk modellför att utreda eventuella dräneringsbehov ochåtgärder. Det finns också fall där man kanvara tveksam till om insatsen och kostnadenför en modell är motiverad med hänsyn tillmarginalnyttan.

Vad finns det då för möjligheter att vid en litendräneringsinsats, eller vid en större menskäligen enkel och okontroversiell, ändå skaffasig en uppfattning om vilka effekter som kanförväntas och hur man bäst bör göra?

Utredningsmetodik

Alltsedan landskapslagarna, Magnus Erikssonslandslag och “Gustav Vasas brev tillallmogen” har dräneringsåtgärder beskrivitsoch anbefallts i Sverige (Figur 5). Vi haralltså en lång och stor erfarenhet av dikningoch dränering i vårt land. Vid sidan avdenna generellt höga, praktiska kunskaps-nivån om hur dräneringar bör utföras, finnssjälvfallet en mängd analytiska formler ochtumregler att tillgå.

nationer av analytiska metoder kan mandock, trots magra fältundersökningar, oftanå fram till acceptabel noggrannhet. Någraexempel ges nedan.

Avskärande dränering

Om man i en moränsluttning vill skära avgrundvattenströmmen med ett dränage kanföljande överslag och beräkningar vara tillnytta. Dels kan man få en indikation omvilka vattenmängder man kan samla upp,dels göra en bedömning av vilket djup somkrävs för ledningen.

Antag att moräntäckets tjocklek är 4 m ochatt ostörd grundvattenyta ligger 1 m undermarkytan. Moränen antas ha en genom-släpplighet av 5 x 10E-7 m/s. Slänten antasvara lång (ett par hundra meter) och svagtsluttande. Dränaget skall anläggas ned motsläntfot. Om slänten ligger i en lutning av 5m på 100 m förmår moränen transporterafram 3 x 5 x 10E-7 x 5 / 100 x 0.001 =0.75 x 10E-4 l/s och breddmeter eller6.5 l/dygn och breddmeter. Detta motsvararinte mer än grundvattenbildningen inom enca 10 m bred remsa parallell med slänten.Vart tar det övriga vattnet vägen sominfiltrerar i den kanske 200 m långa slänten?En liten del, kanske 10 %, rör sig ned iberget men huvuddelen avrinner i detytligaste, normalt inte vattenmättadejordskiktet där permeabiliteten pgarotkanaler och maskhål är en eller tvåtiopotenser högre än i den underliggandemoränen i grundvattenzonen.

Kontentan av ovanstående resonemang äratt man inte behöver gå särskilt djupt för attskära av det huvudsakliga vattenflödet frånslänten. Det är däremot viktigt att dränagetnår ända upp till markytan, d v s öppet dikeeller återfyllning med makadam (eller annathögpermeabelt material).

Figur 5. Redan Gustav Vasa anbefalldedräneringsåtgärder - vi borde alltså bemästradetta vid det här laget.

De flesta analytiska beräkningsmetoder somfinns, förutsätter i sin enklaste form homo-gen och isotrop mark. Sådan mark finnsinte, såvida man inte tittar på kubikcenti-meterstora bitar. Skall man därför på ettfullgott sätt beskriva marken och dessvattenförande egenskaper krävs följaktligenen detaljeringsgrad i undersökningarna påmotsvarande nivå. Orimligheten är uppenbar.Många gånger ger de ekonomiska ramarnavid en utredning inte utrymme för mer än tvåtill tre provgropar eller borrningar perhektar.

Med vissa geohydrologiska kunskaper, suntförnuft, överslagsberäkningar samt kombi-

10

Influensområde och avbördningför dräneringsledning

Om man vill beräkna hur tätt och på vilketdjup man behöver lägga ledningar för attdränera ett område kan följande överslags-beräkning vara användbar. Antag att vi harett relativt plant område där grundvatten-ytan står högt under stora delar av året ochförorsakar problem med fukt i källare ochinläckage i spillvattennätet. Man önskarförbättra situationen genom att lägga ettantal dräneringsledningar i området. Hurskall dessa läggas? Antag att marken utgörsav 5 m sand (k= 6x10E-5) på tät botten(lera eller berg). Antag att grundvattnet står1 m under markytan. Ansätt på försök ettdjup för dräneringen på 3 m. Om man antaratt grundvattenbildningen uppgår till 200mm/år kan flödet till 1 m av ledningen (frånena sidan) tecknas som Q = L x 1 x 0.2m3/år, där L är influensavståndet i meter, 1är 1m bredd och 0.2 är grundvattenbild-ningen uttryckt i meter. Man kan ocksåteckna flödet från ena sidan av 1m ledningsom Q =31.5x10E6x4x1x6x10E-5x2/Lm3/år (Darcy`s lag approximerad där31.5x10E6 är antalet sekunder på ett år,4x1 är flödesarean i m2, 6x10E-5 ärhydrauliska konduktiviteten i m/s och 2/L ärgradienten.) Sätter man samman dessabåda uttryck för flödet finner man attinfluensavståndet, L, för ledningen blir ca275 m på vardera sida. En avsänkning avgrundvattennivån med minst 1 m kantroligen påräknas inom en tredjedel tillhälften av detta avstånd från ledningen (ejlinjärt vid fri grundvattenyta). Med fram-räknat influensavstånd, L, kan flödet permeter ledning, approximativt, beräknas till2Q = 110 m3/år.

Husgrundsdräneringar

I bebyggelseområden med källarförseddahus svarar ofta husgrundsdräneringarna fören stor del av tillskottsvattnet i spillvatten-nätet. Ofta har husgrundsdräneringarnaanslutits till spillvattennätet antingen avobetänksamhet eller för att dagvattenled-ningarna ligger för högt för att kunna nyttjasutan pumpning. För att få en uppfattning omhur stort detta bidrag är kan enkla över-slagsberäkningar göras. I täta marker, medk=10E-7 m/s och lägre, kan man räknamed ett flöde ungefär lika med den grund-vattenbildning som sker inom en cirkel meddiametern = 2 – 3 gånger husets diagonal-mått. Om grundvattenbildningen sätts till200 mm/år och husets diagonal är 10 m blirflödet från dräneringen ungefär 100 m3/åreller ca 300 l/dygn. Vid mera genomsläpp-liga jordarter måste noggrannare beräkning-ar göras eftersom dräneringens djup undergrundvattenytan och den faktiska permeabi-liteten börjar spela allt större roll.Exempelvis tillämpas då Depuit – Thiemsbrunns-formel. I en mark med k=10E-4 m/s och en husgrundsdränering som ligger enmeter under grundvattenytan blir flödet istorleksordningen 50 m3/dygn.

Utredningsmetodik 11

Oavsett om datormodellering eller hand-beräkning skall tillgripas, krävs grundläg-gande information om marknivå, geologi,ledningsnät, husgrundsdräneringar ochandra detaljer som kan påverka områdetsnaturliga dränage. Datormodellering kräverdock oftast en större exakthet och detalj-rikedom i indata än vid handberäkning, i allafall om motsvarande högre förväntningarställs på resultaten från datormodellering.

Underlag för datormodellering

För att kunna beskriva dräneringsproble-matiken i en tätort, krävs först och främstatt de naturliga geohydrologiska förloppeninom området beskrivs på ett adekvat sätt.Detta innefattar beskrivning av grundvatten-bildningen, geologisk tolkning av områdetför att kunna särskilja vattenförande lagerfrån tätare formationer, samt kommunika-tion med eventuell djupare liggande akvifär.Områdets randvillkor till omgivningen ärockså viktiga att klarlägga.

Grundvattenbildningen styrs, förutom avnederbörden, huvudsakligen av denomättade zonens infiltrationsförmåga ochvattenhållande förmåga. En sand släppert ex igenom långt mer vatten än morän ochlera, som båda kan hålla större mängdervatten tillgängligt för vegetationens rötter. Enstor andel hårdgjorda ytor, anslutna tillledningssystem, påverkar naturligtvis ocksåden totala grundvattenbildningen inomområdet.

Grundvattenfluktuationen inom områdetstyrs, förutom av faktorerna ovan, också avförekommande vattenuttag samt naturligaeller av människan skapade dränerandeelement, såsom diken, vattendrag, lednings-nät och husgrundsdräneringar. En såkorrekt beskrivning som möjligt av dessavad gäller nivåförhållanden och desskontakt med omgivande grundvatten är heltavgörande för att kunna beskriva grund-vattenströmningen inom området på ettfullgott sätt.

Sammanfattningsvis är följande data önsk-värda som underlag för datormodellering:

• Topografi• Grundkarta med hus, fastigheter, vägar, etc• Hårdgjorda ytor anslutna till ledningsnät• Geometri för ledningsnät• Information om vattenuttag• Information om husgrundsdräneringar• Geometri för vattendrag• Geologisk tolkning samt hydrauliska

parametrar för respektive lagerenhet• Tidsserier med dygnsnederbörd

(samt temperatur om hänsyn ska tas tillsnösmältning )

• Månadsnormalvärden för potentiellavdunstning

• Markanvändning och karakteristik förvegetationen

12

Erforderliga indata, mät-ningar och undersökningar

Topografin, dvs markhöjder, finns oftasttillgänglig hos kommunen med tillräckligdetaljeringsnivå. Likaså grundkartor,information om anslutna hårdgjorda ytor,ledningsnätsdata, samt information omstörre vattenuttag. Kompletterande informa-tion om förekommande vattenuttag kanockså erhållas via Länsstyrelsen.

Vad gäller information om husgrundsdräne-ringar, kan detta vara lite knivigare. Oftakrävs åtminstone en översiktlig kartering avläget i fält. Det viktigaste är här att skilja utfastigheter med källare respektive utan, menkan mer exakta grundläggningsdjup erhållasså är detta naturligtvis mycket värdefullt.

För förekommande vattendrag räcker detoftast att ha ungefärliga uppgifter om botten-djup och bredd på vattendraget, samthorisontellt läge genom området. Exaktatvärsektioner är inte nödvändiga, medandäremot eventuella dammar eller reglerings-anordningar som påverkar vattennivån kanvara viktiga att få med i beskrivningen. Enpromenad längs vattendraget räcker oftastlångt.

Den geologiska tolkningen av området ärförstås stommen i hela beskrivningen, ochkräver därför oftast mest resurser att fåfram. Underlaget för tolkningen kan t exbestå av ett 10-tal rör där jordlagerföljdennoteras ner till 3-5 meters djup och ommöjligt också djupare i några, kompletteratmed några grävda provgropar varifrånjordprover kan tas på analys och diverseobservationer göras. I vissa områden, därheterogena förhållanden kan förväntas, kanlångt fler undersökningspunkter erfordras.

SGUs jordartskarta kan här ofta vara tillstor hjälp som komplement till tolkningen.Likaså god teoretisk kännedom om degeologiska bildningssätten.

Nederbörd och temperatur kan oftastenkelt införskaffas från närmsta SMHI-station, om inte kommunen själva hartillgång till egna mätstationer.Dygnsupplösning är lämplig för de flestatillämpningar. Data för potentiell avdunstning(månadsnormaler) kan också erhållas viaSMHI (Erikson, 1981).

Information om markanvändningen kan i deflesta tillämpningar hanteras mycket över-siktligt, t ex genom översiktlig tolkning av“gröna kartan”, kommunens turistkarta,eller liknande (många gånger finns dessaäven att skaffa digitalt i något lämpligtGIS-format). Till respektive markanvänd-ningstyp, eller snarare vegetationstyp,kopplas sedan olika typer av karakteris-tiska egenskaper, som t ex lövareaindexoch rotdjup (t ex Sveriges Lantbruksuni-versitet, SLU, kan rådfrågas kring dennatyp av egenskaper, i MIKE SHE finnsockså några vanliga vegetationstyperbeskrivna). Men som sagt, denna del avindata tillhör inte den viktigaste.

Förutom ovan nämnda geografiska,geometriska, geologiska, geofysiska ochmeteorologiska indata, som är önskvärdaför att bygga upp modellen på ett bra sätt,är det också lämpligt att genomföra (ellersamla in befintliga) fältmätningar inom eller inärheten av området. Detta för att möjlig-göra kalibrering och avstämning av modell-ens utdata. Mer specifikt innebär dettaföljande typ av fältdata:

13Utredningsmetodik

14

• Observationer av grundvattennivåer• Observationer av inläckage till

ledningsnätet• All övrig information om ledningsnätets

kondition, gamla våtområden, etc

Antalet observationer av grundvattennivån ochderas placering i området som studeras måstebaseras på lokalkännedom. I de tillämpningarsom utförts hittills, med avrinningsområden påmellan 200 och 500 ha, har 6 till 12 obser-vationer använts.

Det är viktigt att tänka på att de uppmättaspillvattenflödena inkluderar både tidsmäs-siga och areella variationer. I de utfördastudierna har kontinuerliga dygnsvärden avuppmätta flöden i områdets sista ned-strömspunkt täckt en period på mellan 5och 10 år (typiskt ett avloppsreningsverkeller en pumpstation). Dessutom har ettstort antal momentana flödesobservationerfördelade över spillvattennätet använts föratt erhålla en trovärdig fördelning avdränerings- och läckagekoefficienterna iolika delområden. Dessa flödesobserva-tioner, som typiskt erhålls vid en så kalladnattmätning då spillvattenandelen är minimal,bör om möjligt utföras vid olika hydrologiskaförhållanden.

Underlag för handberäkning

Beträffande önskvärda mätningar ochundersökningar som underlag för handbe-räkningsmetoder är listan inte lika omfatt-ande som ovanstående. Mycket av ovannämnda indata är förvisso av intresse, meninte oundgänglig. Väsentligt är att få ett såbra mått som möjligt på jordmaterialetspermeabilitet och förekomst av inhomoge-

niteter. Grävning av provgropar är ofta enbra metod. Jordprover kan tas för analys,markstrukturen kan observeras, liksomvattentillströmningen (var, och hur mycket)och grundvattenrör kan installeras förfortsatta nivåobservationer. Med ett antalprovgropar (med rör) och information frånSGU’s grundvattennät kan sedan bedöm-ningar göras av högsta grundvattenstånd,flödesriktningar och flödesmängder. Påsamma sätt som för datorberäkningsmeto-derna är information om ledningsnätetsjälvklart även vital för handberäkningsme-toderna. Sammanfattningsvis är följandedata önskvärda som underlag för hand-beräkningsmetoder:

• Detaljerad topografisk karta• Grundkarta med hus, fastigheter, vägar,

vattendrag och bäckar• Höjddata för ledningsnät• Information om husgrundsdräneringar• Geologisk information (permeabilitet,

inhomogeniteter, etc)• Information om grundvattenbrunnar• Observation av grundvattennivåer• Observationer av inläckage till

ledningsnätet• All övrig information om ledningsnätets

kondition, gamla våtområden, etc

Fördelar och begräns-ningar med de olikametoderna

Modellanvändandet har sina största fördelarnär det gäller att analysera och planeradräneringsåtgärder i områden med sedi-mentära jordarter. Mäktiga och skiktadelagerföljder av silt, sand och lera är arbets-samma att hantera med analytiska handbe-räkningsmetoder. Med relativt få borrningaroch modelleringsarbete går det dock oftaatt få upp en trovärdig geohydrologisk bildav ett område i nämnd typ av geologi.Vidare är användandet av modell nästan enförutsättning om man skall hantera ochbelysa effekter av många ledningar medolika läggningsdjup och egenskaper, samtvid större bebyggelseområden med varie-rande djup för husgrundsdräneringar.

Vilka fördelar man kan vinna med model-lering i ett urbergsområde med tunt morän-täcke varierar från fall till fall. Normalt tordedock nyttan vara begränsad. I en morän,med k-värden ofta kring 10E-7 eller 10E-8m/s, är influensområdena från ledningarsmå. Inga storskaliga gradienter förekom-mer som avviker från topografin. Iställetförekommer lokala in- och utströmnings-områden ofta inom några tiotal meter frånvarandra, styrda av den småskaliga topo-grafin. Likaså finns ofta ett stort antal lokalagrundvattendelare i form av bergtrösklar,dolda av moräntäcket. En sådan situation ärvare sig enkel (utan verkligt omfattandefältundersökningar) eller meningsfull attmodellera (små influensavstånd i små, oftafrån varandra, frikopplade system).

15Utredningsmetodik

I områden med tjockare moräntäcke avsandig eller grusig typ där avsänknings-trattar har större möjlighet att breda ut sig,kan däremot en modell vara till hjälp för attanalysera situationen.

Sammanfattningsvis vad det gäller morän-områden, bör man nog dock främstanvända de utredningsresurser man har tillförfogande vid fältundersökningar ochmätningar. Eftersom urbergets och morä-nens vattentransporterande förmåga normaltär liten är inläckagen, betingade av diffustinflöde i ledningsnätet över längre sträckor,sällan stora i sådan terräng. Problemen äroftast snarare att söka i distinkta punkter.Det kan röra sig om en avgrävd täckdikes-ledning, ett indämt område med storytvattenbelastning, ett av misstag igenlagtdike, en korsande sprickzon i berget sommatar vatten till rörgraven etc. Det krävsdärför ofta en hel del fältundersökningaroch detektivarbete för att hitta de kritiskapunkterna, medan däremot åtgärderna ochlösningarna kan vara tämligen enkla attformulera. Datorns roll kan här snarare varaatt hjälpa till att sammanställa all relevantinformation i någon form av GIS-system,där samverkanseffekter av olika faktorerenklare kan överskådas. Därefter kan manbättre bedöma om problemets omfattningoch karaktär motiverar datormodellering.

Figur 6. Modellområde för Vittskövle, visande topografi, vägar och fastig-heter samt förekommande grundvattenrör inom området (röda prickar).

Figur 7. Regional MIKESHE- modell för Kristianstad-slätten har använts som rand-villkor till lokalmodellen förVittskövle och Gärds Köpinge(se nästa avsnitt)

16

HuvudvägarOrterVattendragSjöarKustlinjeModellområde VittskövleModellområde Kristianstadsslätten

Vittskövle i Kristianstad

Vittskövle är ett litet samhälle med ca 300invånare beläget i Kristianstads kommun inordöstra Skåne. Byn består av ett 100-talfastigheter med i huvudsak äldre friståendevillabebyggelse. Den övre jordmånen utgörsav lätta sandjordar med hög permeabilitet,vilket innebär att allt dagvatten, från bådegator och takytor, tas omhand genom lokalinfiltration.

Byn har sedan 1960 ett eget, mycket enkeltreningsverk med mekanisk och biologiskrening och med infiltration i dammar avutgående avloppsvatten. Under de tidigarerådande flödesförhållandena måste manunder vinterhalvåret normalt ställa avinfiltrationsdammarna beroende på högaflöden och stor andel inläckande grund-vatten. Utgående avloppsvatten från verketleddes då istället till Vittskövleån. Det hadelänge övervägts att slopa det enkla verket iVittskövle och bygga en överföringsledningin till det centrala reningsverket iKristianstad. Detta stupade dock på destora mängderna grundvatten som undervinterhalvåret läckte in i ledningsnätet iVittskövle från både husdräneringar,läckande servisledningar och huvudled-ningar. Inläckaget var mycket omfattandeoch genomförda mätningar visade att det istort sett var jämnt fördelat över hela byn.Att åtgärda denna typ av problem medkonventionella åtgärder på ledningsnätet blirofta oerhört kostsamt. Därför diskuteradesmöjligheterna att utföra någon form avalternativt dräneringssystem genom ingreppi marken i och kring tätorten. För attplanera och bedöma effekterna av dennatyp av åtgärder användes MIKE SHE.

I Figur 6 visas modellområdet förVittskövle, också visande topografin, vägaroch fastigheter. I figuren visas också lägetför de sex grundvattenrör som användes föratt kalibrera grundvattennivåerna inomsamhället. Beroende på de problem manhaft i samhället med höga grundvattennivåeroch stora grundvatteninläckage, fannsmätningar av grundvattennivåer ända sedanbörjan av 80-talet. Även om frekvensen påobservationerna var ganska låg, ca 4-6avläsningar per år, utgjorde dessa ett ypper-ligt underlag för kalibreringen av modellen.De långa tidsserierna gav bland annat under-lag för att bekräfta den misstänkta grund-vattentransporten från den djupare liggandeglaukonitsandsakvifären, som har relativtstor mäktighet under större delen avKristianstadsslätten. Detta innebar attrandvillkoren till området på olika djuphade stor betydelse för såväl horisontellsom vertikal grundvattenströmning inomområdet. Dessa randvillkor, bestående avtidsvarierande grundvattentryck på olikadjup, kunde hämtas från den större regio-nala MIKE SHE modellen som tidigarebyggts upp för Kristianstadsslätten(Gustafsson et al, 1997), se Figur 7.

Efter att modellen byggts upp och kalibre-rats mot grundvattenobservationer samtflödesmätningar vid såväl reningsverk somenstaka flödesobservationer i ett flertalpunkter i ledningsnätet, kunde modellenanvändas för att analysera befintliga förhål-landen. Bland annat konstaterades detganska snart att tätning av ledningsnätetknappast var en lämplig lösning, då enlyckad tätning skulle innebära att den nödvän-diga dräneringen av samhället skulle försvinna,med kraftigt förhöjda grundvattennivåer som

17Praktikfall

följd (se Figur 2). Detta hade också tidi-gare konstaterats inom vissa delar av områ-det där genomförd re-lining skapat tätaledningar. Modellen utnyttjades vidare föratt testa ett stort antal lägen och djup föralternativa dräneringssystem inom området.

Det slutliga läget för dräneringssystemetvisas i Figur 8. Reduceringen av inläckagemed hjälp av detta dräneringssystem be-dömdes uppgå till minst 75%. Under hösten1996 konstruerades dränaget och togs idrift. Nu, några år senare, visar flödesmät-ningar att konstruktionen var lyckad, meden reducering av inflödet till reningsverketsom överträffar prognosen. I Figur 9jämförs uppmätt flöde vid avloppsrenings-verket (blå linje) med beräknat flöde, medrespektive utan det nya dränaget. Dess-utom visas pumpflödet från dräneringen i

den infällda delen av figuren. Beräkningenutan det nya dränaget (röd linje) visar hur välmodellen stämmer med uppmätt flöde innandränaget anlades, samt vilket flöde manskulle haft från och med 1997 om dränagetej byggts. Beräkningen med det nya dränaget(grön linje) visar på motsvarande sätt hur välmodellen stämmer med uppmätt flöde efteratt dränaget anlades, samt vilket flöde manskulle haft före 1997 om dränaget byggts.Observera den snabba ökningen av uppmättinflöde till reningsverket under det kortastoppet av dräneringspumpen i början av1997. Detta stopp av dräneringspumpensimulerades ej med modellen, varför beräknatflöde fortsatt visar en låg nivå, som ompumpen ej stängts av.

Figur 8. Spillvattennät (grönt) och nytt dräneringssystem (rött) i Vittskövle.

18

Figur 9. Uppmätt och beräknat flöde vid avloppsreningsverket och dräneringspumpen i Vittskövle.

Gärds Köpinge iKristianstad

Gärds Köpinge är en by söder omKristianstad med ca 1000 invånare. Vramsånskär djupt genom byn, och omkringliggandetopografi är platt, men med en viss lutningmot ån från båda håll. De flesta husen saknarkällare, men i vissa delar av byn är källarevanliga. Den övre geologin består mestadelsav sand med underliggande linser av lera.Den djupare geologin består av en storartesisk sandstens- och kalkstensakvifär,

och ovanpå detta ligger ett tjockt morän-lager. Grundvattentrycket i den djupaakvifären kontrolleras typiskt av neder-bördsvolymen från de senaste åren, intesituationen under det aktuella året.Avloppsnätet i de centrala och södradelarna är kombinerat, medan de norradelarna är separerat. Inflödet till bynsavloppsreningsverk överskrider kapacitetenunder långa perioder beroende på en storandel grundvatteninläckage, och eftersomVramsån är en mycket känslig recipient ärbehovet av att minska dessa problem

19Praktikfall

uppenbara. Grundvatteninläckaget tillreningsverket, dvs exklusive spillvatten-flödet, visas i Figur 10, både uppmätt ochsimulerat. Spillvattenflödet är i medeltal ca30% av det totala inflödet, men är undervissa månader mindre än 15%.

Bland annat beroende på de goda resultatsom uppnåddes i Vittskövle, var det natur-

ligt för Kristianstad kommun att pröva enliknande metodik i Gärds Köpinge.

Avloppsledningsnätet i Gärds Köpinge visasi Figur 11. I figuren har också byggnadermed respektive utan källare markerats(i form av modellens tolkning av informa-tionen i olika beräkningsceller på 20 x 20meter). Den norra delen av samhället har ett

duplikat avloppssystem, där husgrunds-dräneringar från byggnader utan källare ärkopplade till dagvattennätet, med två utlopptill Vramsån. Övriga byggnader har sinahusgrundsdräneringar kopplade till spill-vattennätet, respektive det kombineradeledningsnätet i centrum och i söder.

Figur 10. Simulerat och uppmätt totalt grundvatteninläckage till avloppsystmeti Gärds Köpinge.

20

I Gärds Köpinge fanns inga grundvatten-observationsrör innan projektet startade,dock fanns ett antal geotekniska undersök-ningar genomförda, vilka kunde användasför att bekräfta de övre jordlagren i denöversiktliga geologiska modell som tidigarebyggts upp i samband med att hela

Figur 11. Avloppsledningsnätet i GärdsKöpinge, med markering av byggnader medrespektive utan källare.

(sträckning visas i Figur 12). Notera demäktiga kalk- och sandstensformationernaunder jordlagren. Med hjälp av den regio-nala modellen över Kristianstadsslättenkunde lägen för inläckage- och utläckage-områden för den djupa akvifären bedömas(Figur 13).

För att ytterligare bekräfta grundvatten-strömningen och nivåer i de övre jordlagren,slogs under hösten 1998 åtta grundvatten-rör i samhället, se läge i Figur 12. Grund-vattennivån observerades sedan en gångper vecka under ca ett halvår. I Figur 14visas uppmätta och beräknade grund-vattennivåer i fyra av de åtta grundvatten-rören (rör nr 1, 2, 3 och 4).

Figur 12. Grundvattenrör (röda kryss) iGärds Köpinge, samt markering av läge förgeologisk längdprofil i Figur 13.

Flödesmätningar på dygnsvolymer fannsgenomförda vid avloppsreningsverket sedanmånga år tillbaka (Figur 10). En sk VH-mätare installerades på inkommande ledningtill reningsverket under hösten 1998 för attdels kontrollera noggrannheten i tidigaregenomförda mätningar på tillrinning, delskunna analysera regn- och grundvattenpå-verkan med bättre tidsupplösning. För att fåen god bild av inläckagens spridning inomledningsnätet, kompletterades dessa

21Praktikfall

Kristianstadsslätten modellerades(Gustafsson et al, 1997). I Figur 13 visasen längdprofil av geologin genom samhället

Figur 13. Geologisk längdprofil genom Gärds Köpinge (enligt figur 12).

Figur 14. Uppmätta (svart linje) och beräknade (röd linje) grundvatten-nivåer i rör nr 1,2,3 och 4 (se Figur 12).

22

mätningar under november och december1998 med två på varandra följande sknattmätningar, då inläckagen noterades i ettstort antal punkter i ledningsnätet.I Figur 15 visas resultaten från nattmätning-en i november 1998. Som jämförelse harockså motsvarande beräknade flöden tagitsmed.

Efter att modellen byggts upp och kalibre-rats enligt ovan, kunde modellen användasför att mer i detalj studera befintliga förhål-landen. Baserat på huvudriktningen förgrundvattenströmningen i nuvarande system,samt detaljerad information via flödesmät-ningar om huvudsakliga områden medgrundvattenpåverkan i ledningsnätet, kundeett stort antal potentiella nya dränerings-

system testas. Den slutliga lösningen avproblemen visas i Figur 16, och inkluderartvå nya dräneringslinjer, en i de norra ochen i de södra delarna. Dessutom inkluderaråtgärdsförslaget att två ledningssträckortätas. Längs dessa sträckor är husen grund-lagda över högsta grundvattennivån, vilketinnebär att risken för fukt i grundmurar tillföljd av förhöjda grundvattennivåer blirminimal. De olika åtgärderna i systemetmarkeras med rött i figuren. Procenttaletsom är skrivet vid föreslagen åtgärd indike-rar andelen grundvatteninläckage som kanförväntas reduceras av respektive åtgärd.

De simulerade åtgärderna indikerar enmycket stor reduktion av det totala inflödet

Figur 15. Uppmätta och beräknade flöden vid sk nattmätning i Gärds Köpinge (november 1998).

23Praktikfall

till reningsverket, se Figur 17. Notera denmindre reduktionen av flöde under åren1994 och 1995. Under dessa år är grund-vattentrycket i den djupa akvifären extremthögt, vilket resulterar i ett högt uppåtgåendeflöde. Enligt modellen borde detta orsakaett läckage i den sydvästra grenen(markerad med en prickad cirkel i Figur 16 )där grundvattennivåerna normalt liggerunder ledningarna. På så sätt orsakas ettläckage där den föreslagna åtgärden inte

Figur 16. Slutligt åtgärdsförslag för GärdsKöpinge med re-lining och anläggande avnya dränage.

24

avlastar avloppssystemet. Dock antogs detatt denna situation är extrem och endastkommer att inträffa ett fåtal gånger under en10-årsperiod, varför det bestämdes attåtgärder inom detta område ej prioriteras.

De två nya dränagen har nyligen projekte-rats och kommer att utföras under våren2002. Övriga tätningsåtgärder kommer attgenomföras när resultaten av de två dräna-gen kunnat utvärderas.

Figur 17. Simulerat totalt grundvatteninläckage till avloppssystemet i Gärds Köpinge -före och efter föreslagna åtgärder.

25Praktikfall

Nyatorp i Halmstad

Halmstad är beläget på Sveriges västkustvid utloppet för ån Nissan. I de centraladelarna av Halmstad, öster om Nissan,ligger det studerade avrinningsområdetNyatorp, se Figur 18. Området täcker ca500 ha och består till huvudsak avenfamiljshus med källare utbyggda under1930- och 40-talet. Geologin i områdetbestår av 3-4 m tjockt sandlager medunderliggande silt- och lerlager. Topografinär platt och nära havsnivå, med typisktmycket höga grundvattennivåer. Avlopps-nätet är kombinerat och i mycket dåligkondition vilket har resulterat i en stor andelgrundvatteninläckage. En hög grundvatten-nivå i kombination med regn har även orsa-kat problem med återkommande källaröver-svämningar. Med denna problembild harkommunen därför beslutat att förnya hela

ledningssystemet i området, inklusivevattenledningsnätet.

För några år sedan förnyades spillvatten-nätet i en annan del av staden, vilket resul-terade i problem med fukt i grundmuraroch källaröversvämningar när de gamlaläckande avloppsledningarna ersattes mednya täta ledningar. Denna typ av problemförutspåddes även kunna uppträda iNyatorp om de geohydrologiska förutsätt-ningarna och passande åtgärder ej analyse-rades med försiktighet.

En detaljerad lokal modell byggdes överområdet som visas i Figur 18, där ävenavloppsnätet och flödeskontrollpunkterfinns markerade. Området, som ligger iNissans nedströmsdel, har en omfattandetillrinning från nordost. För att kunna upp-skatta denna tillrinning, och generellt ansätta

Figur 18. Flygfoto överbostadsområdet Nyatorp medomnejd i Halmstad, med markeringav avlopps-nät (blå linjer) ochflödes-mätpunkter (röda prickar).

26

ADSADS - BB25ADS - SnöstorpNattmätningAvloppssystem

500 150010000 Meter

en så korrekt grundvattennivåvariation sommöjligt längs modellområdets begränsning,etablerades en översiktlig regional MIKESHE modell för Nissans nedströmsdel,se Figur 19. Denna baserades bl apå tidigare genomförda utredningarkring Halmstads grundvattenakvifär,som innefattar en ganskamäktig grus- och sand-formation under ett relativtmäktigt lertäcke, se Figur 20,visande tre geologiskalängdprofiler genom området.De övre sandskikten ovanpå leranbekräftades dels av tidigaregenomförda geotekniska under-sökningar inom områdets nordvästradel, dels genom jordprover tagna isamband med att nya grundvattenrörslogs i området.

Figur 19. Regional MIKE SHE modell för Nissans nedströmsdel har använts som rand-villkor till lokalmodellen för Nyatorp i Halmstad (se infälld bild).

Figur 20. Geologiska längdprofilergenom Nyatorp (enligt Figur 21).

27Praktikfall

Totalt slogs tio grundvattenrör i och om-kring området, varav tre redan fanns sedansommaren 1996. Övriga sju slogs hösten1998. Avläsningar på grundvattennivån engång per vecka fram till sommaren 1999användes för att verifiera grundvatten-fluktuationen i området. Läget för de tiogrundvattenrören framgår av Figur 21.Efter att modellens hydrauliska parametrarkalibrerats mot uppmätta grundvattennivåer,och efter att ledningsnätets läckagepara-metrar kalibrerats mot uppmätta flöden iledningsnätet, kunde modellen börja använ-das för att beräkna grundvattenytans varia-tion i tid och rum för befintliga förhållandenoch framtida alternativa scenarier. Meddetta som underlag, var det möjligt attstudera den potentiella risken för att olikabyggnader skulle få problem med högagrundvattennivåer (eller problem medgrundvatten i avloppsnätet), beroende påvilka ingrepp och åtgärder som genom-fördes.

Då de läckande ledningarna i nuläget typisktligger mycket lägre än källarnivåerna är detbara ett fåtal hus som omges av högagrundvattennivåer. Det gamla avloppsnätetfungerar som ett bra dräneringssystem.Detta illustreras i Figur 22, av relationenmellan simulerade grundvattennivåer ochhusens källarnivåer. En komplett tätning avavloppsnätet skulle resultera i förhöjdagrundvattennivåer, se Figur 23. För attkontrollera denna stigning av grundvatten-ytan bedömdes effekten av olika alternativaåtgärder för att slutligen kunna utforma ettlämpligt dräneringssystem som skulle sänkagrundvattennivåerna till minst det nuvaran-de. Dräneringsstråken, samt simuleraderesultat, visas i Figur 24.

Utförandet av dessa åtgärder har påbörjats.De verkliga resultaten kommer att följasupp noggrant under de kommande årengenom både flödesobservationer i avlopps-nätet och grundvattennivåobservationer iområdet.

Figur 21.Grundvatten-rör (svartaprickar) iNyatorp, samtmarkering avläge förgeologiskalängdprofiler iFigur 20.

28

Figur 24.Simulerade grund-vattennivåer iförhållande tillkällarnivåer iNyatorp - efterförnyelse avledningsnät, samtanläggande av nyadräneringar (rödalinjer).

Figur 22.Simuleradegrundvattennivåeri förhållande tillkällarnivåer iNyatorp - föreförnyelse avledningsnät.

29Praktikfall

Figur 23.Simulerade grundvatten-nivåer i förhållande tillkällarnivåer i Nyatorp - efterförnyelse av ledningsnät,men utan andra åtgärder.

Stockaryd i Sävsjö

Stockaryd, ett samhälle i Sävsjö kommunhar under lång tid haft problem med förmycket inkommande vatten till avlopps-reningsverket. Nattmätningar i spillvatten-nätet har visat på vissa områden i samhälletdär mängden inläckande grundvatten harvarit extra stor. Stora mängder inläckandevatten visade sig i ett ledningsstråk i syd-östra delen av samhället där ett villakvarterligger i kanten av ett dåligt dränerat torv-marksområde. Ett antal provgropar, sominstallerades med grundvattenobservations-rör, utfördes i den aktuella delen av sam-hället. Marklagren i området visade sighuvudsakligen utgöras av siltig morän medett par meters mäktighet vilande på berg.Lager av finsand påträffades i några gropar.Efter ett par års observationer i grund-vattenrören analyserades situationen,varefter ett förslag till avskärande dräneringupprättades.

En dämd dräneringsledning på totalt ca 700 manlades 1996 längs kanten av torvmarks-området. Ledningen lades med kringfyllningav makadam närmast rören och därutanförgrus som övergång till omgivande mark-material. Ytterligare två områden i samhälletbedömdes vara i behov av åtgärder. Meddessa valde man dock att avvakta, dels p ga att det ena delvis blev föremål för dräne-ring av annat skäl (dränerad gångtunnelunder stambanan), dels för att man förstville följa upp effekterna av den förstainsatsen.

Totalt bortdräneras i nuläget (via gång-tunneln och dränageledningen) ca 1 l/s,

vilket motsvarar ungefär 30 % av denegentliga spillvattenproduktionen, menendast ca 10 % av det totala flödet tillavloppsreningsverket. Det finns med andraord fortfarande mycket kvar att göra.Dräneringsdjupet kan ökas något hos dendämda dräneringsledningen som utförts,genom att sänka utloppsnivån. Troligenutgör dock vatten från husgrundsdräne-ringar generellt det största problemet församhällets avloppssystem. Den bedöm-ningsmässigt minst kostsamma vägen attlösa detta problem torde vara att läggaseparata ledningar för detta vatten därförhållandena är som värst.

För att försöka kvantifiera åtgärdernasreella effekt på avloppsreningsverketstillrinning, genomfördes en studie avområdet med MOUSE RDII (fd NAM).Denna är, jämfört med MIKE SHE, enmycket förenklad hydrologisk modell medvars hjälp man inte kan förutspå effekter avförändringar, men utgör å andra sidan ettypperligt hjälpmedel för att analyserahistoriska förlopp. Med denna enkla modellkan man alltså särskilja effekterna avmänsklig påverkan från de naturliga hydro-logiska svängningarna, och kan därmedbedöma effekterna av en tidigare genom-förd åtgärd (Gustafsson, 1995).

Som redan påpekats ovan, bortdränerasca 1 l/s, motsvarande ca 10 % av renings-verkets tillrinning. Den hydrologiska analy-sen med MOUSE RDII bekräftar att degenomförda åtgärderna ger ungefär mot-svarande minskning av reningsverketstillrinning. Efter att RDII-modellen kalibre-rats mot två års flödesdata (1994-95) innan

30

dränaget genomfördes, kördes modellen fören tvåårsperiod (1996-97) efter att dränagettagits i drift. Beräknade volymer för densenare perioden var ca 8 % större än deuppmätta. Denna skillnad bör huvudsak-ligen kunna förklaras med dränagets posi-tiva effekt på grundvatteninläckagen tillspillvattennätet. Då volymsskillnaden ocheffekten är så liten, kan dock precisionen idenna bedömning ifrågasättas.

Allmänna erfarenheter

Varje tillämpning är naturligtvis unik, medsina speciella problem och erfarenheter somkan vinnas av att lösa dessa problem. Vi hardock gjort ett försök nedan att samman-ställa de allmänna erfarenheter som gjorts ide redovisade tillämpningarna.

Datormodellering fungerar …

Med de uppgifter som oftast finns till hands,och de fältmätningar som kan göras medrimliga medel, är det möjligt att återskapaen trovärdig beskrivning av samspeletmellan ledningsnät och grundvatten medhjälp av datormodellering. Då det beskrivnamodellsystemet (MIKE SHE) i huvudsakbestår av geografiska och geofysiska indata,kan datormodellen också användas för attmed ganska god tillförlitlighet förutsägaeffekterna av alternativa åtgärder ochingrepp i marken eller på ledningsnätet.Denna erfarenhet gäller även för merhögexploaterade centrumområden, trotsmer komplexa ledningsnät och varierande

nivåförhållanden. Datorns förmåga att hållarätt på många uppgifter kommer här väl tillpass. I urbergsområden, med tunna jord-täcken och ofta kraftigt varierande geo-logiska förhållanden, finns ännu ingenerfarenhet vad avser datormodellering avtätortsdränering, men det kan misstänkas attmöjligheterna är mer begränsade i dennatyp av geologi. Under alla omständigheterkrävs sannolikt mer omfattande fältunder-sökningar i denna typ av områden.

… men kräver varsam hand ochbra indata

Den gamla devisen “skit in - skit ut” gällerhär, precis som i all annan datormodellering,eller annan typ av analys överhuvudtaget.Därmed inte sagt att indata måste täcka inminsta detalj, men däremot rätt detaljer –den “varsamma handen”. Här gäller det t exatt finna och beskriva förekommandevattenförande stråk i området, och attansätta rätt dräneringsnivåer för husgrunder,som för övrigt inte alltid är så lätt att fåfram. Det gäller också att uppskatta grund-vattenbildningen rätt inom området, samt attha kunskap om eventuell kommunikationmed underliggande akvifärer (i Vittskövle ärgrundvattentransporten underifrån undervissa förhållanden av samma storleksord-ning som grundvattenbildningen till följd avregn inom området).

Likaså är områdets randvillkor till omgiv-ningen av stor betydelse. I vissa fall kangrundvattentransporten till och från områdetvara så dynamisk att större regionalamodeller erfordras för att beräkna ochuppskatta randvillkoren på ett bra sätt.

31Praktikfall

Men här är det som alltid en fråga om hurprecisa resultat man efterfrågar. Bra mät-data för flöden i ledningar och grundvatten-nivåer utgör då grunden för att bedömaberäkningarnas tillförlitlighet. Med “bramätdata” menas här inte bara mätningarmed god noggrannhet, utan också val avplats och, inte minst, val av mätperiod, omman av ekonomiska skäl inte kan täcka inett eller flera år (vilket sällan är fallet). Härgäller det framförallt att pricka in en blötperiod med höga grundvattennivåer ochrelativt sett höga inläckage till ledningsnätet,samt om möjligt också, för jämförelse, entorrare period.

Inläckagen av grundvatten kanminskas radikalt – men sällandräneringen av ett område

Tillämpningen i Vittskövle, Gärds Köpingeoch Nyatorp, samtliga med relativt omfatt-ande sandlager i de övre markskikten, visaratt det är fullt möjligt att radikalt minskagrundvattenpåverkan i ledningsnätet. BådeVittskövle och Nyatorp, båda belägna iflacka utströmningsområden, visar dock attdetta inte kan åstadkommas genom ett tättledningsnät, utan att grundvattennivåerna dåstiger med risk för fukt i grundmurar, elleratt grundvattnet istället kommer in viahusgrundsdräneringar. I den typen avområden är en väl fungerande dränering enförutsättning för bebyggelsen. Det handlardå istället om att hitta alternativa dränerings-vägar. I många fall, som i Gärds Köpinge,består dock åtgärderna av en väl avvägdblandning av traditionella “tätande” åtgärderoch anläggande av nya dränage. Valet styrshär av de lokala geohydrologiska och

topografiska förhållandena, samt lednings-nätets och husgrundsdräneringarnas nivå-förhållanden och kondition.

Man bör här också vara observant på attspeciella hydrologiska förhållanden kanframbringa “nya” problemområden, som i“normala fall” ej uppfattas som problem-områden. Gärds Köpinge är ett fint exem-pel på detta, där de sydvästra delarna avsamhällets ledningsnät vanligen ligger övergrundvattennivån, men efter flera “blötår”hamnar under grundvattnet med relativtstora grundvatteninläckage som följd. Omen så lång flödesserie vid reningsverket som10 år ej studerats, hade denna kunskapsannolikt gått oss förbi.

32

Praktiska tips och rådkring utförande

Beroende på geologi och topografi samtvar, i relation till bebyggelse och avlopps-system, åtgärden skall sättas in, kan ochbör dränaget utföras på olika sätt.

Gäller det att skära av en grundvatten-strömning i en moränsluttning ovanför ettbebyggelseområde är det i de flesta falllämpligast med ett öppet eller delvis maka-damfyllt dike. I en morän sker normalthuvuddelen av vattenrörelserna i denöversta halvmetern till metern, varför manmed måttligt djup kan nå god effekt. I ettdike får man också stor strömningsarea ochbehöver inte fundera över risker medigensättning av rör eller slitsar.

Även i relativt plan moränterräng kan öppnaeller makadamfyllda diken fungera om deinte inkräktar på markutnyttjandet. Eftersomgrundvattennivån i en morän fluktuerarrelativt mycket är det ofta i sådan markfrågan om att “kapa toppar” för att begränsainläckaget till ledningsnätet. Dräneringsdju-pet behöver därför normalt inte vara så stort.

I mer genomsläppliga jordar ligger grund-vattnet normalt på större djup, samtidigtsom fluktuationerna är mindre och lång-sammare. Ofta kan problemen i sådanamiljöer vara att grundvattennivån undervinter och vår når upp i djupt liggandeledningsavsnitt och husgrunder vars dräne-ringsledningar är kopplade till spillvatten-nätet. Dräneringsledningen som skall utförasför att ta hand om inläckande grundvattenoch dräneringsvatten till avloppsnätet måste

därför också läggas på relativt stort djup.Det blir då frågan om en täckt dränering.

En dräneringsledning som läggs på det djupdär grundvattennivån normalt fluktuerar uppoch ned riskerar att snabbt sättas igen.Under perioder när grundvattennivån stigergår järn i lösning pga syreunderskott. Närdetta, i vattnet, lösta järn strömmar in idräneringsledningen faller det ut som järn-oxidhydroxid och förorsakar igensättning avslitsar och rör. Denna typ av dräneringarbör därför läggas dämda. Innebörden avdetta är att hela ledningen läggs på ett djupsom är större än lägsta grundvattennivå.Ledningen får sedan mynna ut ovanförgrundvattenytan, i nedströmsriktningen(alternativt får pumpning ske). Nivån påledningens utlopp (alternativt lägsta pumpnivå)anpassas så att ledningen permanent liggerunder vatten. På långa sträckor med varie-rande mark- och grundvattennivåer kan detvara svårt att upprätthålla kravet på dämdledning utan att dräneringsdjupet, inom vissaavsnitt, blir alltför stort. Detta kan i viss månkompenseras genom att “trappa” dräne-ringsledningen i enlighet med Figur 25.

33Genomförande och risker

Figur 25. Principskiss över dämd dräneringsledning med “trappbrunn”.

Konsekvenser påomgivningen

Konsekvenserna av att man, med grundadiken, lokalt eliminerar korta perioder medhöga grundvattenstånd i en moränmark ärnormalt försumbara. En avskärande dräne-ring i en moränslänt, med syfte att påverkanedanför liggande bebyggelse och lednings-nät, kan dock tänkas ge vissa effekter påväxtligheten närmast dräneringen. Vissaarter, såsom blåsippa, är beroende av ytligtfriskt grundvatten. Generellt sett kan dockdräneringar i moränmark sägas ha främstpositiva effekter på växtlighet och boende-miljö.

Inom sedimentområden; lera, silt, sand ochgrus kan dock konsekvenserna bli omfat-tande om inte arbetet görs professionelltoch efter grundliga överväganden.

Den kanske viktigaste aspekten när manplanerar att lokalt sänka grundvattennivån i

ett område med sedimentjordar är attundersöka hur pass lokal effekten de factokommer att bli. Nästa fråga är om det inomdet berörda området finns skikt med finse-diment (lera) som idag ligger under grund-vattenytan men som vid en sänkningkommer att hamna helt eller delvis övergrundvattenytan.

I ett sand-grusområde kan en “liten, lokalavsänkning” sträcka sig längre än vad mankanske tror. Det är därför viktigt att skaffasig kännedom om vilket influensområde manfår av åtgärden, i enlighet med vad somsagts i tidigare kapitel. Upptäcker man, vidundersökningsborrningar, lera under grund-vattennivån och man ser det som oundvikligtatt det aktuella området blir föremål föravsänkning, måste lerans konsolideringsgradundersökas i de fall byggnader eller anlägg-ningar kan komma att beröras. Är inte lerantillräckligt konsoliderad kan man riskerasättningsskador.

34

Riskerna för negativa effekter på vegetationär normalt små. I de flesta fall gagnar enmåttlig grundvattensänkning, till en stabilnivå, vegetationen. Träd och andra växterblir i mindre grad utsatta för årstidsfluktua-tioner och varierande betingelser mellanolika år.

Försämrad vattentillgång i enskilda brunnarkan bli en konsekvens i de fall dränering-arna läggs långt ifrån de spillvattenledningarde är avsedda att avlasta. Exempelvis kanen avskärande dränering i en moränslänt gesådana konsekvenser. Eftersom åtgärder avden här typen sällan eller aldrig görs iområden där folk är beroende av enskildvattenförsörjning (finns det ett spillvattennätfinns det nästan alltid också kommunalvattenförsörjning) utgör det dock inget stortproblem.

Praktiska erfarenheterfrån några områden

Vittskövle

Järnhalten i det ytliga grundvattnet iVittskövle ligger på närmare 1 mg/l. Utandämda ledningar skulle man därför relativtsnart fått problem med igensättningar islitsar. Med dämda ledningar har man ännuefter ca 5 års drift inte uppmärksammatnågra sådana problem. I brunnarna därledningen trappas luftas dock vattnet rejält,vilket ger en möjlighet för järnet att fällasut. Troligen bildas här flockar av järnoxid-hydroxid, men eftersom dessa följer vattnetinuti ledningen utan att behöva passeragenom några slitsar ger de inte upphov tillnågra igensättningar. Vid ett tillfälle har man

sett järnutfällningar i en trappningsbrunn,men inte i sådan mängd att de orsakatproblem.

Vid den provgropsgrävning som gjordes iden blivande dräneringsledningens sträck-ning påträffades generellt sparsamt medlera. Inom det intervall där grundvattenytanskulle sänkas påträffades någon enstakatunn lerlins. Utsträckningen av linsernabedömdes dock som liten och någotsammanhängande lager mellan provgro-parna påträffades ej. Silt, ofta finsilt, ochsandlager var mest allmänt förekommande.Dräneringsledningen kringfylldes med sandtill en nivå relativt högt upp i schakten för attmöjliggöra avdränering av ytligare sandskiktsom annars skulle stängas in av siltlager.Närmast kring trappningsbrunnarna använ-des dock täta ledningar och täta massor föratt reducera läckaget kring “trappsteget”.

Några sättningar i ledningens närhet, ellerområdet som helhet, har inte noterats sedandränaget togs i drift. Eventuella förändringar ivegetation har kontrollerats vid ett par till-fällen, utan att något kunnat upptäckas. Enkartering av vegetationen gjordes i sambandmed att ledningen togs i drift. Möjlighet finnsdärför att på längre sikt avgöra om någraförändringar skett som skulle kunna hänförastill den sänkta grundvattennivån.

35Genomförande och risker

Gärds Köpinge

De två föreslagna dränagen i GärdsKöpinge har nyligen projekterats ochkommer att anläggas under våren 2002,varför några praktiska erfarenheter ännuinte kunnat dras. Övriga föreslagna tätnings-åtgärder kommer att genomföras när resul-taten av de två dränagen utvärderats.

Nyatorp

Åtgärderna i Nyatorp har gjorts i ett tätbe-byggt område i gatumark, innebärandemycket ledningar av olika slag. Arbetenahar dock enligt tekniska kontoret kunnatutföras utan några allvarliga problem. I ettskede övervägde man att horisontalborraför det nya dränaget, men valde bort till-vägagångssättet med tanke på markenshorisontella lagring av täta och mer perme-abla skikt. En vertikal schakt med åter-fyllning av dränerande material bedömdessom nödvändig för att ytliga lerskikt inteskulle hindra ytligt vatten att nå ned tillledningen.

Stockaryd

Dränaget i Stockaryd ligger i kanten av ettsankmarksområde. Några vattenanalyser harinte gjorts, men med hänsyn till områdetskaraktär bör järnhalterna vara relativt höga ivattnet. Även här ligger dränaget dämt ochnågra igensättningsproblem har ännu inteobserverats.

Några vegetationsförändringar har intenoterats, vilket knappast heller var väntat.Vattentillgången i sankmarken är stor ochendast en mycket marginell del tas omhand idränaget.

36

Tolkning av Miljöbalkenavseende dräneringssystem

I vilken mån avskärande eller avlastandedräneringar är tillståndspliktiga, är långt ifrånsolklart och måste i de flesta fall prövasindividuellt. Ett försök till viss vägledning ifrågan skall dock ges i det följande.

En situation som inte är helt ovanlig är attbebyggelse och därmed också spillvatten-ledningar förlagts till (eller i anslutning till)markområden som tidigare varit jordbruks-mark. Sådan mark har ofta varit dikad ochsåväl täckdikessystem som öppna diken harhållits i fungerande skick så länge jord-bruksverksamheten så krävde. Åtminstonede grövre stammarna i sådana dränerings-system har i de flesta fall tillkommit ochunderhållits av juridiskt etablerade diknings-företag. När markanvändningen sedanändrats (jordbruket avvecklats) har intressetför underhåll av systemen svalnat. Så längedikningsföretaget inte formellt avslutats harman dock fortfarande rätt och möjlighet attunderhålla och rensa diken till de djup somursprungligen fastslogs vid förrättningen isamband med företagets bildande. Innanman ger sig i kast med att projektera nyadräneringar i ett område kan det därför varaidé att undersöka förekomsten av äldredikningsföretag och se vad man kan åstad-komma den vägen.

I Miljöbalkens kapitel 11 behandlas i övrigtde frågeställningar som kan aktualiseras i

samband med anläggande av avskärandeeller avlastande dränage.

Man skiljer i lagen mellan “bortledande avgrundvatten och utförande av anläggning fördetta” å ena sidan och “markavvattning” åandra sidan. Med markavvattning avses blandannat dikning och dränering “när syftet medåtgärden är att varaktigt öka en fastighetslämplighet för något visst ändamål”.

Bägge företeelserna är tillståndspliktiga omdet inte är uppenbart att vare sig allmännaeller enskilda intressen skadas genomvattenverksamhetens inverkan på vatten-förhållandena.

Skulle man lägga en dräneringsledningalldeles intill (och på samma djup som) eninläckande spillvattenledning borde mankunna beskriva det som uppenbart att ingaintressen skadas, om inläckaget pågåttlänge och situationen är etablerad.(Förutsatt är dock att hela den aktuellaledningssträckan läcker så att man inteskapar nya sänktrattar.) Lägger man däre-mot dräneringen en bit ifrån spillvattenled-ningen kommer sänktrattens utseendeförändras (hur väl man än försöker anpassadränaget) och det är inte längre uppenbartatt inga intressen skadas.

I de flesta fall när man anlägger en avskär-ande dränering torde det påverka grund-vattennivån inom ett område så pass mycketatt man inte kan säga att det är uppenbart att

37Legala aspekter

ingen negativ påverkan, på något sätt, sker.Det kan vara frågan om en sättning pånågon mm i ett hushörn eller en bevattnings-brunn som får marginellt, men ändå sänktkapacitet.

Beträffande dränering av jordbruksmark(vilket det ibland kan bli frågan om när manskall anlägga ett avskärande dränage) krävsdet dock tillstånd endast om det är sanno-likt att allmänna eller enskilda intressenskadas genom verksamheten(gäller rördiametrar upp till 300 mm).

Beträffande, vad som skulle räknas som,tillståndspliktig markavvattning gäller dockgenerellt förbud i större delarna av syd- ochmellansverige. Dispens krävs i dessa områ-

den för sådan verksamhet. En formulering ilagtexten gör dock att utförande av enavskärande dränering möjligen skulle kunnases som tillåten. Eftersom ett avskärandedränage (för att avlasta ett avloppsrenings-verk) inte anläggs i syfte att “varaktigt ökaen fastighets lämplighet för något visständamål” faller det inte inom begreppetmarkavvattning.

Skillnaden i lagtexten mellan vad som avsesmed “bortledande av grundvatten” respek-tive “markavvattning” kan vara svårtolkad.Ytliga dräneringssystem, på djup motsvar-ande jordbruksdräneringar, som inte per-manent under året avbördar vatten, tordedock kunna hänföras till markavvattning.

38

Både konventionella “tätande”åtgärder och nya dränerings-system bör beaktas vid åtgärds-planering mot grundvatten-påverkan i ledningsnät.

Datormodellering ökar kun-skapen om samspelet mellanavloppsnät och omgivandegrundvatten. Datormodelleringhar sina stora fördelar i områdenmed sedimentära jordarter ellermånga ledningar med olikaläggningsdjup och egenskaper.

Det är uppenbart att problem med grund-vatteninläckage till ledningsnät kräver attäven andra åtgärder än de av “tätande”karaktär också tas i beaktande. Det finnsannars stor risk för att åtgärderna inte gerönskad effekt, eller till och med förvärrardräneringsproblemen inom tätorten, medt ex fukt i grundmurar som följd. Mångagånger kan man dock se en rädsla fördenna typ av ingrepp “utanför” avlopps-ledningarna. Detta är naturligt, då en mängdnya relevanta tekniska frågor infinner sig dåman aktivt går ut i marken och påverkargrundvattenströmningen, många gångerutanför den normala VA-teknikerns kunskaps-område. För att locka fram mer långsiktigaoch hållbara lösningar på dräneringsproble-men i en tätort, är det dock sannoliktönskvärt att ha en mer offensiv hållningbaserad på “vi skaffar den kunskap sombehövs”.

I detta sammanhang har det återigen visatsig att användandet av modellverktyg kanvara ett mycket effektivt sätt att öka kun-skapen om komplexa problems beteenden.Det integrerade MOUSE-MIKE SHEverktyget har hittills använts på tre olikaavrinningsområden, med olika områdes-karakteristik, och har visats vara kapabelatt beskriva samspelet mellan avloppsnätoch omgivande grundvatten. Modell-användandet har sina största fördelar närdet gäller att analysera och planera dräner-ingsåtgärder i områden med sedimentärajordarter. Mäktiga och skiktade lagerföljderav silt, sand och lera är arbetsamma atthantera med handberäkningsmetoder, menmed relativt få fältundersökningar går detdock ofta att få upp en trovärdig geohydro-logisk modell av ett område i denna typ avgeologi. Vidare är användandet av fysika-liskt baserade numeriska modeller nästanen förutsättning om man skall hantera ochbelysa effekter av många ledningar medolika läggningsdjup och egenskaper, samtvid större bebyggelseområden med varier-ande djup för husgrundsdräneringar.

39Slutsatser

Handberäkningsmetoder kanvara ett lämpligare val iurbergsområden med tuntmoräntäcke och enklareledningsnät.

Dräneringsåtgärder måstebalanseras med hänsyn tillrisk för sättningar och risk förspillvattenläckage till grund-vattnet.

Vid arbete med en distribuerad fysikalisktbaserad modell som MIKE SHE, ochönskemål om noggranna resultat, är detönskvärt att ha indata med hög geografiskupplösning och tidsaspekten vid uppbygg-nad och kalibrering av modellen är då inteförsumbar. Så länge som huvuddragen i detgeohydrologiska systemet kan fångas, kanmodellen dock fortfarande ge värdefullinformation om vilka huvudsakliga effektersom kan förväntas av olika typer avingrepp, även om exaktheten i beräknings-resultaten tappas vid översiktlig och förenk-lad användning. I urbergsområden med tuntmoräntäcke och enkla överskådliga nivå-förhållanden för ledningar och husgrunds-dräneringar synes dock enklare överslags-beräkningar och analytiska metoder vara ettlämpligare val.

Oavsett beräkningsmetod är det mycketviktigt att konsekvenserna av planeradeåtgärder bedöms med en tillförlitlighet somligger i paritet med potentiella negativaeffekter i området. Åtgärdernas storlek bört ex balanseras med hänsyn till risk försättningar och risk för att dra till sig spill-vatten från läckande ledningar till de dränagesom utförs. En grundlig utredning är dockingen ursäkt för att bortse från uppföljning aveffekterna efter genomförande.

40

Väl planerade dräneringssystemger, förutom miljömässiga ochekonomiska vinster, bättreförutsättningar för en trevligareoch mer användbar boendemiljö.

Kontakt bör tas med läns-styrelsen innan åtgärder avden här typen drivs för långt iplaneringen.

De dräneringsåtgärder som diskuteras idenna rapport är svåra att direkt hänföra tillnågot juridiskt begrepp. “Markavvattning”och “bortledande av grundvatten ochutförande av anläggning för detta” är debegrepp som ligger närmast, men ändå interiktigt motsvarar innebörden av åtgärderna.Bägge företeelserna är tillståndspliktiga omdet inte är uppenbart att vare sig enskildaeller allmänna intressen skadas. Innanåtgärder av den här typen drivs för långt iplaneringen bör kontakter tas med läns-styrelsen. Under vissa förhållanden kanåtgärderna komma att ses som “markav-vattning” och dispens kan erhållas.

Ser man slutligen på nyttan med att utföraavskärande eller avlastande dräneringarfinns det flera aspekter. Primärt är det jufrågan om att minska vattenmängderna ispillvattenledningarna till avloppsrenings-verket. Med detta syftar man till att minskamängderna orenat avloppsvatten sombräddar till vattendrag samtidigt som mankan upprätthålla en bättre rening medmindre mängder processkemikalier ochmindre pumpningsenergi. Vinsterna ärdärför såväl miljömässiga som ekonomiska.Vad man därutöver kan vinna, med avskä-rande dräneringar, är en bättre boendemiljöi de områden där åtgärdena genomförs. Fårman med hjälp av avskärande dräneringar nednivån för högsta grundvattenyta minskarrisken för ytliga vattensamlingar i sambandmed regn och snösmältning och områdetblir trevligare och mer användbart.

41Slutsatser

Abbott, M., (1986). An Introduction to the European Hydrological System, Système HydrologiqueEuropéen “SHE”. Journal of Hydrology, 87, 45-59, 61-77.

Bäckman, H., (1985). Infiltration/Inflow in Separate Sewer Systems. Dissertation no. 6,Chalmers University of Technology, Sweden.

Bäckman, H., (1993). Indirekt nederbördspåverkan i duplikata spillvattensystem. Rapport nr1993-08, VA-FORSK, VAV.

Erikson, B., (1981). Den “potentiella” evapotranspirationen i Sverige. RMK 28, RHO27,SMHI, Norrköping.

Gustafsson, A.-M., Winberg, S., Gustafsson, L.G., Refsgaard, A., (1997): Safeguarding theKristianstad Plain groundwater resource by using the MIKE SHE model. The EWRA 97Conference, Copenhagen, 1997.

Gustafsson, L.-G., (1995). Utveckling och tillämpning av en konceptuell avrinningsmodell förurban hydrologi. Rapport serie A:25, Chalmers Tekniska Högskola.

Gustafsson, L.-G., Winberg, S., Refsgaard, A., (1997). Towards a Distributed Physically basedModel Description of the Urban Aquatic Environment. Water Science Technology, Vol. 36,No. 8-9, pp. 89-93. 1997

Winberg, S., Gustafsson, L.-G., Bengtsson, L., (1994). MIKE SHE i Urban Miljö. Tillämpnings-exempel Vittskövle. Rapport nr 1994-14, VA-FORSK, VAV.

SFS 1998:808, Miljöbalken kap 11

42Referenser

Alternativa åtg

ärder m

ot g

rundvatten i avlo

pp

ssystem – att g

enom

föra o

ch förutsäg

a effekterna med

stöd

av dato

rmo

delleringBox 47607 117 94 Stockholm

Tfn 08 506 002 00

Fax 08 506 002 10

E-post svensktvatten@svensktvatten.se

www.svensktvatten.se

detta