Modeling of Water Age in the Drinking Water Distribution System of Trondheim Kommune

Abstract

Drikkevannsforsyning er helt grunnleggende for menneskelig aktivitet, og innvirker sterkt i samfunn, økonomi og miljø. Drikkevannskvalitet påvirkes av råvannet, vannbehandling, samt prosesser og hendelser ute på vannettet. Gjennom bruk av digitale vannettsmodeller kan et vidt spekter av analyser utføres på vannettet, uten risiko for abonnenter, og uten forstyrrelser i driften. Én av disse analysene går på vannalder, eller kumulativ hydraulisk oppholdstid. Vannalderen er interessant fordi den enkelt kan estimeres ved hjelp av modeller, samt at den fungerer som indikator for mange prosesser i vannettet som påvirker vannkvalitet. Hovedformålet med denne oppgaven er å gi estimater av vannalderfordelingen i Trondheim kommunes vannett, samt å tallfeste nøyaktigheten til disse. Dette har blitt utført ved bruk av programmene EPANET og Matlab, samt vannettsmodellen til Trondheim kommune. I tillegg har det, for første gang i Trondheim kommune, blitt utført en fullskala "tracer-studie" med natriumklorid (NaCl). Resultater fra studien viser et stort avvik mellom den simulerte og målte utbredelsen til traceren i vannettet. I tillegg gir studien empiriske data om vannets reisetid mellom vannbehandlingsanlegget og flere punkter i nettet, som igjen kan benyttes til fremtidig kalibrering av modellen. Videre har statistiske metoder blitt brukt til å teste korrelasjonen mellom vannalder og kimtall, som var signifikant og positiv ved de studerte vannprøvepunktene (Pearsons R = 0.78). I tillegg ble det vist at kimtall påvirkes betydelig av årstid, samt beliggenheten til vannprøvepunktet. Basert på resultatene i tracer-studien, og dersom vannettsmodellen skal benyttes til vannkvalitetsanalyser i fremtiden, anbefales det at en ny kalibrering blir gjennomført.

Drinking water provision is fundamental to human activities, and has major direct and indirect effects on society, economy and the environment. Drinking water quality is affected by raw water quality, as well as processes and incidents occurring in treatment and distribution. Using digital water network models, a wide range of investigations can be made to a drinking water distribution system (DWDS), with no risk for water users and no disruption of system operation. Water age is considered as an indicator that captures all system-specific degradation of water quality, and it is also one of the most easily derived results from water network model simulations. The main purpose of this Master's thesis was to provide estimates of the water age distribution in Trondheim kommune. This was done using EPANET, Matlab, and the water network model (WNM) of Trondheim kommune. Furthermore, the accuracy of model estimates has been assessed by conducting a chemical tracer study using sodium chloride (NaCl). Microbial water sample data was compared with mean water age values from a 120-day model simulation, and a statistical test was used to study the effect of site and season on heterotrophic plate count (HPC) data. Results from the tracer study showed a large difference between simulated and measured tracer peak arrival times. Statistical tests indicated a strong positive correlation (Pearson's R = 0.78) between average water age and HPC counts, and that these counts are significantly affected by site and season. A clear implication, based on results from the tracer study, is that the WNM of Trondheim kommune requires further calibration if it is intended for use in future water quality modeling.