2 Praksis for beregning af aflastede mængder, Miljøstyrelsen

Bearbejdning af målinger af regnbetingede udledninger af Npo og miljøfremmede stoffer fra fællessystemer i forbindelse med NOVA 2003

2 Praksis for beregning af aflastede mængder

2.1	Kilder og processer
2.2	Beregningsmetoder
2.3	Operationelle beregningsmetoder

Regnvandsbetingede udløb omfatter alle regnvandsudledninger til vandløb, søer og havet fra afløbssystemer, undtagen udledninger via renseanlæg (Miljøstyrelsen, 2000b). Denne rapport fokuserer specielt på de afløbssystemer, der både fører spildevand og regnvand, de såkaldte fællessystemer. Fællessystemerne overbelastes i tilfælde af kraftig regn. For at undgå oversvømmelse af byområder er der etableret en række overløbsbygværker, hvorfra der udledes urenset spildevand opspædet med regnvand. Der er på landsplan lidt over 5000 overløbsbygværker, hvorfra der årligt udledes ca. 150 mio. m³ opspædet spildevand (Miljøstyrelsen, 2000b).

2.1 Kilder og processer

Der er mange kilder og processer, der påvirker stofafstrømningen under regn, se figur 2.1. Figuren indeholder endda ikke bassiner, overløb og renseanlæg med deres indvirkning på stofbalancerne.

Figur 2.1
De mange kilder og processer, der påvirker stofafstrømningen fra byer under regn. Figuren mangler endda bassiner og renseanlæg (Göettle, 1978).

For recipienterne er stofafstrømningen under regn af stor vigtighed. Der er overløb fra fællessystemer i skønsmæssigt 2-3% af tiden. For de traditionelle NPO-stoffer udgør udledningerne under regn 10-15% af den totale udledning (Miljøstyrelsen, 2000b). For nogle stof-grupper er andelen endda væsentligt højere. Netop den stødvise belastning udgør et selvstændigt problem.

I beregningsmæssig henseende anses indholdet af stoffer i overløbsvand fra fællessystemer at stamme fra følgende tre hovedkilder:

Spildevandet, svarende til det bidrag, som transporteres gennem afløbssystemet under tørvejr.

Byoverfladerne, svarende til bidraget, som tilføres afløbssystemet med det afstrømmede regnvand indeholdende stoffer fra regnen, tagflader, vej- og gadearealer mv.

Biofilm og sediment i afløbssystemet, svarende til det bidrag, som stammer fra afrivning af biofilm (kloakhud) og transport af eroderet kloaksediment.

De første to bidrag kan estimeres relativt simpelt ved at måle på henholdsvis afløbssystemer i tørvejr og separate regnvandssystemer. Det har vist sig, at stoftransporten i fælleskloakerede afløbssystemer er væsentligt større end summen af de to første bidrag. Forskellen mellem de målte stofafstrømninger og summen af de to bidrag skyldes, at der indstilles en ny ligevægt mellem opbygning og afrivning af biofilm i afløbssystemet under regn fordi den hydrauliske belastning øges.

Udformningen af afløbssystemet, herunder bygværker og bassiner, har betydning for, hvordan stofafstrømningen opdeles i videreført, opmagasineret og aflastet materiale. Bassiner og bygværker er ofte udformet, så forskelle i densiteten udnyttes til at dele stofafstrømningen, så det aflastede volumen indeholder så få partikler som muligt, da mange forureningskomponenter er bundet til partikler. Effekten forstærkes af, at overløbene træder i funktion når der er mest regnvand til stede. Ved dimensioneringen søges det dermed at få det aflastede vand til at ligne afstrømmet regnvand mest muligt. Forureningskomponenter med densiteter tæt på rent vand såsom biofilm og opløste miljøfremmede stoffer vil dog betyde, at det aflastede vand på væsentlige områder er forskelligt fra vand fra byoverflader, der er afledt via separate regnvandssystemer.

Efter en regnhændelse vil der ske en ekstra opbygning af biofilm og sedimentation. Tiden der går indtil der er opstået en steady-state tilstand i tørvejr efter en større regnhændelse er under en uge. Afrivningen af biofilm sker primært i løbet af de første 3-5 mm afstrømning (Miljøstyrelsen, 2000c)

2.2 Beregningsmetoder

Den totale stofafstrømning under en regnhændelse, M_total, beregnes efter følgende formel:

(2.1)

hvor C og er henholdsvis den øjeblikkelige og den gennemsnitlige koncentration, Q er den øjeblikkelige vandføring og V er det akkumulerede volumen i afstrømningshændelsen. M_total kan beregnes ved at måle den akkumulerede vandmængde, V_total, der har passeret målepunktet og måle stofkoncentrationen i en flowproportional prøve, .

Den totale stoftransport kan beregningsmæssigt opdeles i to bidrag, spildevandstilledningen og regntilledningen. Regntilledningen benævnes overvand for ikke at sammenblande denne beregnede værdi med faktisk afstrømning fra byoverflader eller separate regnvandssystemer. Den gennemsnitlige koncentration af forureningskomponenter i overvandet i hele hændelsen benævnes HMK (HændelsesMiddelKoncentration). Dermed kan formel (2.1) omformuleres til:

(2.2)

For at kunne bestemme HMK for en given regnhændelse skal M_total (V_total og ) måles og der skal opstilles en model for variationerne i spildevandskoncentrationer og –vandføringer på baggrund af målinger i tørvejr. V_overvand findes ved at trække fra V_total. Dermed er formel (2.2) reduceret til én ligning med én ubekendt, HMK.

HMK vil i almindelighed variere væsentligt mellem forskellige afstrømningshændelser på baggrund af f.eks. årstidsvariationer, forudgående tørvejrsperiode og egenskaber ved den enkelte hændelse. Derfor beregnes også en stationsmiddelkoncentration, SMK, ved at beregne en vægtet overvandskoncentration for alle afstrømningshændelser, hvor det afstrømmede volumen er vægten. Under forudsætning af, at de målte regnhændelser er repræsentative for typen af hændelser i oplandet vil SMK være den gennemsnitlige koncentration for årsafstrømningen for det givne punkt.

2.3 Operationelle beregningsmetoder

Definitionen på og brugen af overvandskoncentrationer forudsætter et vist datagrundlag. Dette grundlag er til stede ved vurdering af de traditionelle forureningsparametre såsom NPO-stoffer og formlerne giver et godt grundlag for at overføre målinger fra et opland til andre oplande.

Der er kun meget få målinger af mange af de stoffer som vurderes i denne rapport og det er derfor ikke muligt at benytte formel (2.2) uden yderligere vurderinger. Vurderingerne er rettet mod at skønne de totale aflastede mængder af forureningskomponenterne til omgivelserne fra fælleskloakerede systemer ud fra generelle karakteristika, primært affinitet til partikler samt de dominerende kilder.