Beregning av fremmedvann i avløpssystemet i Skredderstubekken

Abstract

Dette prosjektet undersøker problemet med fremmedvanninfiltrasjon i avløpsnettet til Skredderstubekken, et nedbørsfelt i Nordre Follo kommune, Norge. Hovedmotivasjonen bak denne studien er den aldrende infrastrukturen, som gjør at avløpsrørene ikke er helt tette, noe som fører til betydelig infiltrasjon av ikke-spillvann i systemet. Prosjektet har som mål å kalibrere en overvannsmodell ved hjelp av MIKE+ programvare og deretter bruke en kombinert overvanns- og spillvannsmodell for å simulere avløpsstrømmer under ulike meteorologiske forhold. Det endelige målet er å kvantifisere andelen fremmedvann i avløpsnettet ved hjelp av vannbalansemetoden. Prosjektet startet med kalibreringen av overvannsmodellen basert på observerte hydrologiske data fra juni og juli 2023. Denne kalibreringsprosessen var essensiell for å sikre nøyaktigheten av modellens prediksjoner angående vannstrøm og infiltrasjon. Deretter ble en kombinert modell, som integrerer både overvanns- og spillvannskomponenter, utviklet og kalibrert. Denne kombinerte modellen ble så brukt til å simulere avløpsstrømmer under forskjellige værforhold observert i 2021. Kalibreringen involverte flere viktige trinn, inkludert justering av modellens parametere for å samsvare med de empiriske dataene. Kalibreringsprosessen avdekket at den opprinnelige overvannsmodellen var feilkalibrert da den tok hensyn til for mye regnvann. Derfor ble kalibreringen av overvannsmodellen prioritert for å rette opp disse avvikene. Den kalibrerte kombinerte modellen ga innsikt i dynamikken til fremmedvann i avløpssystemet. Funnene fra modellsimuleringene indikerte at fremmedvann betydelig bidrar til den totale avløpsstrømmen. Spesielt viste modellen at fremmedvann utgjorde omtrent 43% av den totale avløpsstrømmen i måleperioden 2021. Denne infiltrasjonen ble kategorisert i to hovedtyper: konstant lekkasje, som utgjorde 17%, og nedbørsavhengig infiltrasjon, som utgjorde 26%. Disse resultatene oversteg de opprinnelige estimatene og fremhevet den betydelige påvirkningen av både konstant og nedbørsavhengig innlekking på avløpssystemet. Studien fremhever det kritiske behovet for robust utforming av urbane dreneringssystemer og viktigheten av å vedlikeholde og oppgradere aldrende infrastruktur for å redusere effektene av fremmedvann. Prosjektet avsluttes med flere sentrale anbefalinger rettet mot forbedring av urban vannforvaltning. For det første er det behov for forbedret infrastruktur for å redusere både konstant og nedbørsavhengig innlekking. Regelmessig vedlikehold og oppgraderinger av avløpssystemet er essensielt for å sikre dets effektivitet og bærekraft. For det andre anbefales videre forskning for å forbedre nøyaktigheten til hydrologiske modeller som MIKE+, slik at mer presise simuleringer og bedre informerte vannforvaltningsstrategier kan utvikles.

This project investigates the issue of extraneous water infiltration within the sewage network of Skredderstubekken, a catchment area located in Nordre Follo kommune, Norway. The primary motivation behind this study is the aging infrastructure, which causes the sewage pipes to be not entirely impermeable, leading to significant infiltration of non-sewage water into the system. The project aims to calibrate a stormwater model using MIKE+ software and subsequently employ a combined stormwater and wastewater model to simulate wastewater flows under various meteorological conditions. The ultimate goal is to quantify the proportion of extraneous water within the wastewater network using the water balance methodology. The project commenced with the calibration of the stormwater model based on observed hydrological data from June and July 2023. This calibration process was essential to ensure the accuracy of the model's predictions regarding water flow and infiltration. Following this, a combined model, which integrates both stormwater and wastewater components, was developed and calibrated. This combined model was then used to simulate the wastewater flows under different weather conditions observed in 2021. The calibration involved several key steps, including adjusting the parameters of the model to match the empirical data. The calibration process revealed that the initial stormwater model was incorrectly calibrated as it accounted for excessive rainwater. Therefore, the calibration of the stormwater model was prioritized to correct these discrepancies. The calibrated combined model provided insights into the dynamics of extraneous water within the sewage system. The findings from the model simulations indicated that extraneous water significantly contributes to the overall wastewater flow. Specifically, the model revealed that extraneous water constituted approximately 43% of the total wastewater flow during the 2021 measurement period. This infiltration was categorized into two main types: constant leakage, which accounted for 17%, and precipitation-dependent infiltration, which made up 26%. These results exceeded the initial estimates and highlighted the substantial impact of both constant and precipitation-dependent leakage on the sewage system. The study's findings underscore the critical need for robust urban drainage system design and the importance of maintaining and upgrading aging infrastructure to mitigate the effects of extraneous water. The project concludes with several key recommendations aimed at improving urban water management. Firstly, there is a need for enhanced infrastructure to reduce both constant and precipitation-dependent leakage. Regular maintenance and upgrades to the drainage system are essential to ensure its efficiency and sustainability. Secondly, further research is recommended to refine the accuracy of hydrological models like MIKE+, enabling more precise simulations and better-informed water management strategies.