Sandfang i tunneler - Tømming under drift

Abstract

Sedimenttransport vil alltid finne sted i en råsprengt vannkrafttunnel. Etterlatt kjørebane gir grunnlag for erosjon og sedimenter kan bli transportert med vannet gjennom inntaket. For å forhindre sedimenter i å nå kraftverket bygges det et eller flere sandfang i tunnelen. Sandfangene har som hensikt å samle opp alle sedimenter over en bestemt størrelse. Etter hvert som sandfanget fylles med sedimenter vil det være behov for å tømme sandfanget. Det er i liten grad utviklet spylearrangement for å spyle sandfang.I Norge i dag finnes det blant annet to breinntak med tilhørende sandfang med et eget spylesystem. Systemet er utviklet for å spyle sandfanget gjennom en spyleluke og tunnel. Khimti HPP i Nepal og Cuyamel HPP i Honduras har installert et system for tømming av sandfanget under drift. Dette systemet er levert av Sedicon AS og har potensial til også å bli benyttet andre steder. Systemet består av spalterør og en Sedicon enhet.Denne oppgaven har vurdert spyleeffekten til spalterøret og hvilke faktorer som er avgjørende for en høy spyleeffekt. Sedimenttransporten gjennom en vannfylt tunnel er studert, hvor fokus har vært rettet mot utviklingen av den vertikale konsentrasjonsfordelingen og bunnlast. Et litteraturstudie og fysisk modellforsøk danner grunnlag for arbeidet. En testrigg bestående av en horisontal tilløpstunnel med sandfang er bygget i Vassdraglaboratoriet ved NTNU. Et enkelt spalterør er testet samt en Sedicon enhet med to tilkoblete spalterør. Den vertikale konsentrasjonsfordelingen er studert i fem tverrsnitt langs tunnelen. Gjennom arbeidet med oppgaven og forsøkene har det dukket opp interessante spørsmål om stabil steinstørrelse i tunnel og kapasitet. Spørsmålene har blitt besvart gjennom enkle forsøk. Forsøkene har vist at de to testede spylearrangementene oppførte seg i stor grad likt. Faktoren som gir størst utslag for spyleeffekten er plasseringen av spalterøret i sandfanget. Nærmere bestemt er det spalterørets åpne topp i forhold til strømningsretningen i tunnelen. Uten noen modifikasjoner gav spylearrangementet klart høyest spyleeffekt når spalterørets åpne topp var plassert i samme retning som strømningsretningen i tunnelen. En spyleeffekt på 480 g/l ble oppnådd i modell for et enkelt spalterør. Sedicon enheten med to spalterør oppnådde en spyleeffekt på 160 g/l. Med spalterørets åpne topp rettet mot strømningsretningen i tunnelen ble en gjennomsnittlig spyleeffekt på 50 g/l målt i modell. For å finne ut om spalterørets åpne topp var årsaken til den reduserte spyleeffekten er det gjennomført forsøk der toppen av spalterøret er forseglet. Det ble da oppnådd en betraktelig høyere spyleeffekt. Sedicon enheten fikk økt spyleeffekt opp til 350 g/l. Det enkle spalterøret oppnådde en spyleeffekt på 160 g/l. Det ble funnet likheter mellom Rouse s teoretiske vertikale konsentrasjonsfordeling og konsentrasjonsfordelingen i modell. Om Rouse ikke kan brukes for å eksakt bestemme den vertikale konsentrasjonsfordelingen i et fylt tverrsnitt, vil Rouse gi en god antydning til hva som kan forventes. Det ble funnet at bunntransport kan fremprovoseres ved å overstige tunnelens transportkapasitet. Et forsøk ble utført for å teste Lysne s formel for stabil steinstørrelse. Lysne s formel er en omskriving av formler for sedimenttransport ved frispeilstrømning multiplisert med en faktor funnet gjennom modellforsøk. Det ble funnet samsvar mellom stabil steinstørrelse i modell og beregnet stabil steinstørrelse. Dette indikerer at også samme metode kan gjennomføres på en generell basis for formelverk utviklet for sedimenttransport ved frispeil strømning.