1. No category

Grå-Gröna systemlösningar för
hållbara städer
WP 4 Dagvattenlösningar
Henrik Bodin-Sköld (Sweco)
Thomas Larm (StormTac)
Jan-Henrik Sällström (SP)
Elin Elmefors (JTI)
Aktörer inom WP4
Delaktiga inom WP4
Henrik Bodin-Sköld (Sweco)
Thomas Larm (StormTac)
Jörgen Larsson (SP)
Tove Lindfors (Sweco)
Marie Larsson (Sweco)
Jan-Henrik Sällström (SP)
Mats Andréasson (Sweco)
Kent Fridell (SLU)
Ann-Mari Fransson (SLU)
Kristian Andréasson (Pipelife)
…m.fl.!
Swedish Institute of Agricultural and
Environmental Engineering
SP Technical Research
Institute of Sweden
WP4:s arbete i punktform
 Inventering och sammanställning av grå- gröna dagvattenlösningar
med fokus på rening och fördröjning.
 Fördjupad studie med fokus på bl.a. riktlinjer och metodik vid
utformning och dimensionering av:
•
•
•
Biofilter
Filtermagasin
Brunnsfilter
 En kartläggning och jämförelse av modellverktyg för beräkningar av
flöden och föroreningstransport i grå-gröna system.
 Hållfasthetstest av dagvattenkassetter.
 Rening av dagvatten med naturlig infiltration.
Samarbete med andra
orter/kommuner i WP4
Tyresö
Växjö
Nacka
•
•
•
•
•
•
Stockholm
Sundsvall
Malmö
Göteborg
Falkenberg
Helsingfors, Espoo m.fl.
Tyresö kommun
Delaktiga i inventeringsrapport/
enkätundersökning
Biofilteranläggning på Öringevägen
Fältmätningar
Fallstudie för modellering
Tyresö kommun
Öringevägen
Växjö kommun
Vikaholm
Delaktiga i inventeringsrapport/
enkätundersökning
Workshop våren 2013
Studiebesök i Kampenområdet
Planerat bostadsområde i Vikaholm utgör
fallstudie för modellering.
Växjö kommun
Vikaholm & Kampen
Nacka kommun
Alphyddan
Alphyddan i Nacka kommun utgör
fallstudie för modellering
Modellering med avseende på flöden och
föroreningar av dagvatten i ett befintligt
”grått” område.
Nacka kommun
Alphyddan
Sundsvalls kommun
Mårtensro
Bostadsområde Mårtensro, byggt 2002
(dagvattenhantering har ej följts upp)
Uppföljningsstudie av funktioner för
vattenhantering (yt-, drän och dagvatten)
- Svackdiken
- Avledning till dammar för
utjämning/rening
Fältmätningar visade
på god reningseffekt!
Leveranser inom WP4
Resultat
Dagvatteninventering
Litteraturstudie av nationella och internationella dagvattensystem för
urbana miljöer
- Översiktlig studie (2012-2013)
- Fördjupad studie (2014)
Fokus på biofilter, filtermagasin och brunnsfilter
Resultat
Dagvatteninventering
Enkätundersökning hos våra samarbetspartners samt internt inom
projektet. Vilka typer av dagvattenlösningar är mest intressanta?
Resultat: biofilter, filtermagasin samt brunnsfilter
Resultat
Dagvatteninventering
RESULTAT
Fördjupad studie
Fördjupad studie som redogör för riktlinjer och metodik vid
utformning och dimensionering
• Biofilter
• Filtermagasin
• Brunnsfilter
Funktion
(rening och
utjämning)
Drift &
underhåll
Utformning
Grå-Gröna systemlösningar för
hållbara städer
Underjordiska
Fördröjningsmagasin uppbyggda
av dagvattenkassetter
Jan-Henrik Sällström
SP
DAGVATTENKASSETTER
Syfte
Syfte med fördröjningsmagasin:
• Minska risken för
översvämningar
• Minska toppflödena i de
kommunala dagvattensystemen
Sådana av dagvattenkassetter:
• När det är brist på utrymme i
staden kan det vara lämpligt
att bygga under jord
• Kassetterna ger en stor
volym relativt enkelt
• Vattnet kan filteras in i
omgivande mark
• Vatten kan ledas till gröna
ytor
DAGVATTENKASSETTER
Material , installation
Material: PVC-U, PP, PP-MD
(Unplasticized Polyvinyl chloride,
Polypropylene, polypropylene with
mineral modifier )
• Standardiseringsarbete
pågår (CEN TC155 WG26)
• Förläggas under grönytor,
vägar och parkeringsplatser (2 m högt)
• Magasin omges av
vattentätt membran eller
geotextil vid infiltration
• 6 m från byggnad
• 0,5 m över grundvattenet
• 800 mm grov sand över
• 300 mm grov sand omkring
600 x 1200 x 300 mm
Top part
Clips
Bottom plate
DAGVATTENKASSETTER
Mekanisk verifiering
Dagvattenmagasinen belastas av
• omgivande fyllnadsmaterial
• vägfordon
Attraktivt alternativ, men det
måste fungera
Bereda väg för detta alternativ
Generella accepterade krav
(standarder) saknas
Det pågår ett ideellt
standardiseringsarbete
Brist: Ideal geometri utan någon
imperfektion
Experiment i laboratorium
Simuleringar av
• Experiment
• Något större struktur
DAGVATTENKASSETTER
Experiment 1(4)
Dagvattenkassetterna
testades i en
provningsmaskin med
en vertikal axel för
lastpåläggning
En horisontell last på
med en separat
cylinder
Dagvattenkassetten
ligger mellan två
stålplattor
Mellan oket och över
plattan finns rullar för
lagring
Vertikal last
Horisontell last
DAGVATTENKASSETTER
Experiment 2(4)
Last 1:
Vid olika vertikal
belastning undersöks
den horisontella
styvheten
Last 2:
Vid en liten
horisontellt
skjuvande last, som
ger en skevhet, ökas
den vertikala lasten
till kollaps
Fvlt = 72 kN  7,2 ton
Fhlt = 7,2 kN  720 kg
Fv
Fh
DAGVATTENKASSETTER
Experiment 3(5)
Dagvattenkassetterna
belastades också från
långsidan och fallet med
tre staplade kassetter
behandlades också
Dagvattenkassetterna
försågs med en mängd
förskjutningsgivare som
lästes av med samplingsfrekvensen 10 Hz
DAGVATTENKASSETTER
Experiment 4(4)
Last 1: När vertikalVertikal last [kN]
lasten ökar blir
300
försöksuppställning
en styvare i
250
horisontell riktning
200
Last 2: Belastning 150
till kollaps
100
Kollapslast vid
snedställning 1-2°:
1 kassett: 230 kN 
23 ton
3 kassetter 200 kN
 20 ton
1
5
10
Förskjutning [mm]
DAGVATTENKASSETTER
Simuleringar 1(3)
Finita elementmetoden har
använts
En modell en dagvattenkassett har byggs av
skalelement
Modellen har kopierats och
använts för att bygga större
strukturer
En elastisk-plastisk
materialmodell har
använts
BA2004E (PP)
E = 1,1 GPa, Y = 27 MPa
 = 0,4
DAGVATTENKASSETTER
Simuleringar 2(3)
Dagvattenkassett lastad
horisontellt på kortsida
Horisontella givare i
överkant och nederkant
Kassetten belastas
vertikalt till kollaps
Simuleringsresultat
markeras av romber
och kvadrater
Simuleringarna ger
liknande resultat utom
när kollaps närmar sig
DAGVATTENKASSETTER
Simuleringar 3(3)
Samverkan mellan
kassetter studeras med ett
magasin av 12 kassetter
Den horisontella lasten är
proportionell mot den
vertikala H = cV
där c = 0,025; 0,05; 0,1
eller 0,2
Heldragen kurva
vertikal förskjutning
Streckad kurva
horisontell förskjutning
H = cV
V
DAGVATTENKASSETTER
Diskussion
• Skevhet påverkar den
lastbärande förmågan
• Ett konstaterande: Kryp hos
materialet har stor betydelse
• Generella accepterade krav
(standarder) saknas
• Mer kunskap om laster och
deformationer av kassetterna
kan ges av fältmätningar
• För att förbättra simuleringar
krävs
‒ Laboratorietester av
material
‒ Förfinad materialmodell i
simuleringar
H = cV
V
Grå-Gröna systemlösningar för
hållbara städer
Biofilter
Thomas Larm
StormTac
BIOFILTER
Portland och Tyresö
T
•Nedsänkta växtbäddar (curb
extensions)
•Regngårdar (rain gardens)
•Rening och utjämning
•Perkolationslösning eller tät botten
•Växtbädd med växter/träd, grov
sand och nederst makadam med
dräneringsrör
Portland, USA (2010)
Tyresö (2013)
BIOFILTER
Principutformning, exempel
T
BIOFILTER
Utformning
T
Tabell 1. Dimensionerande data för biofilter. Rekommenderade värden utifrån litteraturstudier.
Parameter
Not.
Enhet
Ref.
Biofilter
Anläggningsarea
ASTF
m2
1
5,0-50
Förhållande mellan anläggningsarea och impermeabel avrinningsyta
ASTF/Aimp
%
2,3,6
2,0-6,0
Anläggningens längd
L
m
1
<40
Anläggningens bredd
wb
m
1
≥0,60
Total reglerhöjd
hr
m
1,2,4,5
0,25 (0,10-0,50)
Reglerhöjd upp till bräddnivå
hr1
m
1,2,4
0,20 (0,05-0,45)
Reglerhöjd från bräddnivå till omgivande yta
hr2
m
1
0,050
Maxiplugg (alt. pluggplanta)
Maxiplugg
alt. pluggplanta
st/m2
8
1,2,8
6-9
15 (>6-20)
Växtbäddens djup om plantor (ej träd)
hv, plantor
m
1,2,4,5,7
0,45 (0,40-0,70)
Växtbäddens djup om träd planteras
hv, träd
m
1,2,8
1,0 (0,80-1,0)
Växtbäddens infiltrationskapacitet, hydraulisk konduktivitet
K
mm/h
1,4,5,7
200 (50-300)
Max fosforkoncentration i växtbädden
CP
mg/kg TS
4, 6
<100
Djup på avskljande sandlager (istället för geotextil)
hs
m
1,2,4
0,10 (0,10-0,15)
Djup på makadamlager
hm
m
1,2,4,5,8
0,35 (0,15-0,60)
Diameter på dräneringsledning
φdr
mm
5
110 (≥100)
Djup på bädd för dräneringsledning
hm1
m
8
0,10 (0,10-0,15)
Ref 1: Healthy waterways (2012), Ref 2: FAWB (2009), Ref 3: Clean Water Services (2009), Ref 4: FAWB (2008),
Ref 5: NVE (2013), Ref 6: Blecken (2010), Ref 7: Muthanna et al. (2008), Ref 8: Larm (2013b).
32
BIOFILTER
Dimensionering i StormTac
P
E 
K inf
T
Qdim2
Bräddbrunn
Qp
h7a V d4a
50 mm
h7b Vd3
h7
250 mm
h8
450 mm
h9
100 mm
200 mm
Qut3
växtbädd
Vd4b
grov sand
dräneringsrör
Qut4 makadam
Q ut3*
h15 150 mm
terrass
grundvattennivå
350 mm
h10/h11/
h12/h13
33
Qut5
h14 1000 mm
BIOFILTER
Dimensionering och reningseffekt
T
ASTF = K * Ared = K * A* 
ASTF = K * Aimp
Alt. 2
Area för reningsanläggning (m2)
Andel av Ared eller Aimp . Normalt är K=0,02-0,06.
Reducerad avrinningsyta (m2)
90
2
80
Impermeabel avrinningsyta (m )
70
Avrinningskoefficient
Biofilter dimensioneras mer detaljerat i StormTac
(utifrån både rening och flödesutjämning).
RE, P (%)
ASTF
K
Ared
Aimp

Alt. 1 (StormTac)
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
K (%)
h=100 mm
h=200 mm
h=300 mm
Reningseffekten beror på K i formlerna ovan
samt på avståndet bräddbrunn-växtbädd (h)
34
Tabell. Reningseffekt (%) för biofilter (StormTac databas v. 2014-11, www.stormtac.com)
P
60
N
25
Pb
80
Cu
60
Zn
90
Cd
80
Cr
25
Ni
75
Hg
50
SS
85
oil
60
PAH16
85
BaP
85
Modellering av vattenflöden och
föroreningsbelastning
- för grågröna dagvattenlösningar
• Hur kan modellverktyg användas för att studera flöden
och föroreningar i grågröna anläggningar? Vilken typ av anläggning
passar bäst? Användarvänlighet? Kostnad? Krav på indata?
Möjlighet att anpassa modellen efter lokala förhållanden? Kvalitet i
visualisering av resultat? Riktlinjer för modellering av grågröna
lösningar?
• Tre olika modellverktyg: Mike Urban, StormTac och SWMM. Dessa 3
modeller användes för tre fallstudier med olika fokus:
- Öringevägen, Tyresö: befintlig biofilteranläggning på en väg i
bostadsområde
- Vikaholm, Växjö: planerad exploatering med krav om 17% LOD
- Alphyddan, Nacka: blandad bebyggelse
Öringevägen, Tyresö
Dimensionering av biofilter i StormTac
Beräknad
Ämne
(enhet)
P (mg/l)
N (mg/l)
Pb (µg/l)
Cu (µg/l)
Zn (µg/l)
Cd (µg/l)
Cr (µg/l)
Ni (µg/l)
Hg (µg/l)
TSS (mg/l)
olja (mg/l)
PAH (µg/l)
BaP (µg/l)
Före rening
Efter rening
0,14
2,2
3,6
0,084
2,1
0,82
22
40
0,27
7,0
4,2
0,076
41
0,72
0,14
0,010
11
11
0,069
6,5
1,4
0,045
10
0,11
0,033
0,0024
Vikaholm, Växjö
Dimensionering av flöden i Mike Urban
Alphyddan, Nacka
Avrinningskoefficienter (%) i SWMM
Jämförelse av modeller
Val av modell utifrån:
tillgänglig indata
önskat resultat
Grå-Gröna systemlösningar för
hållbara städer
Dagvattenrening i mark och
dränerande hårdgjorda system
Elin Elmefors
JTI
WP4
Dagvattenrening i mark och dränerande
hårdgjorda system
Både system med markinfiltration och dränerande hårdgjorda
system ger bra rening av:
- Partiklar
- Kolväten
- Tungmetaller
- Patogener
WP4
Dagvattenrening i mark och dränerande
hårdgjorda system
Det dränerande hårdgjorda
systemet kan ha bättre
vattengenomsläpplighet p.g.a.
grovt material i bär och
förstärkningslagret
Geotextilkan bidra till bättre
rening av näringsämnen (växter
också!)