| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Danske pileanlæg

4. Vandets skæbne i afløbsfrie pileanlæg

Der er observeret flere anlæg, hvor der konstant er et lag vand ovenpå jorden. I disse anlæg sætter pilen forholdsvis få/ingen rødder i den underliggende jord. Jackson og Attwood 1996 fandt, at væksten af pil blev hæmmet med faldende reduktionspotentiale# i voksemediet. Reduktionspotentialet kan således blive så negativt i jorden, at pilen sætter sine rødder i det overjordiske vand, hvor der er næringsstoffer og et højere reduktionspotentiale. Denne form for roddannelse hindrer planterne i at få sikkert rodfæste, hvilket illustreres af, at de blæses skæve, se Figur 4.1.

Figur 4.1:
Et af de første pileanlæg, der blev lavet i Danmark. Tilledningen af spildevand viste sig at være meget større, end man havde regnet med.

I de anlæg, hvor væsken fordampes i vækstsæsonen, således at pilene har mulighed for at skabe et underjordisk rodnet, vil der lagres organiske energirige forbindelser og næringsstoffer i rødderne i slutningen af hver vækstsæson. Denne lagring er tiltagende de mange første år i pil, og den sikrer hurtig skuddannelse og vækst fra pilestokke, også efter høst af de overjordiske dele mellem 2 vækstsæsoner (Verwijst 1996). Derved sikres også en lang fordampningssæson og dermed tilstrækkelig tømning af anlægget til, at der igen kan lagres de nødvendige forbindelser i rødderne ved slutningen af vækstsæsonen.

I de anlæg, hvor væsken ikke fordampes, starter en ond cirkel. Rodnettet i væskefasen over jorden er sparsomt. Derved lagres ikke de samme mængder næringsstoffer i rødderne som i de anlæg, hvor væsken fordampes, så pilen sætter rødder i jorden. Væksten – og dermed fordampningen – bliver ikke så kraftig som i de anlæg, hvor væsken fordampes. Således øges risikoen for, at anlægget fortsat vil være vanddækket.

Figur 4.2:
Alle pilestokke i dette oversvømmede anlæg blev skåret ned i vinteren 1999/2000. Derved blev fordampningsevnen i den efterfølgende sæson betydeligt reduceret. Samtidig blev stokkene skåret så lavt om vinteren, at de senere blev oversvømmet og angrebet i savfladen. Her skulle være 7 rækker tæt pil, men man kan se lige gennem pileanlæggets få stængler til de store træer 10 meter bagved.

Samtidig er det betænkeligt, at et anlæg ikke tørrer mere eller mindre ud hver sommer, fordi der således ikke akkumuleres porevolumen til lagring af vinterens vand. Desuden har skiftende reduktionspotentiale# sandsynligvis betydning for nedbrydningen af tungtnedbrydelige miljøfremmede stoffer fra spildevandet.

Disse konstant vanddækkede anlæg er underdimensionerede, se Figur 4.1 og Figur 4.2 for et eksempel. Det er således centralt at kunne lave en massebalance for vand til og fra anlæggene, hvorved nye anlæg dimensioneres korrekt.

Syv faktorer styrer primært et anlægs størrelse: Spildevandsproduktionen, nedbør i lokalområdet, hældningen på siderne af anlægget, anlæggets dybde, solindstråling, vindpåvirkning og jordens porevolumen. Disse faktorer indgår i de følgende undersøgelser af vand til, i og fra pileanlæggene.

4.1 Fordampning baseret på nedbør og tilledt spildevand

Da pileanlæg er uden afløb, skal alt det tilledte spildevand fordampes. Bestemmelse af pilenes fordampningskapacitet og anlæggenes kapacitet for opmagasinering kan gennemføres på flere måder. Da vandindholdet i de 6 pileanlæg, der beskrives i Afsnit 2, ikke stiger fra år til år, kan det antages, at årets tilledning af spildevand og nedbør fordampes i løbet af året. Den mest simple massebalance for vand er således en opgørelse af disse 2 parametres størrelse i forhold til anlæggenes størrelse. Resultatet er vist i Tabel 4.1, sammen med DMI’s beregninger af den normale potentielle fordampning.

Tabel 4.1:
Fordampning fra de 6 pileanlæg, der indgår i projektets undersøgelser, samt beregnet normal potentiel fordampning (Scharling 2000). *: I anlæg 4 sker der overløb via dræn i vintermånederne. Fordampningen er således lavere end angivet.

Det ses af Tabel 4.1, at fordampningen tilsyneladende er langt højere end beregnede værdier for den normale potentielle fordampning fra kortklippet græs. Da pilen har en lang vækstsæson, kraftig vækst, et højt maksimalt bladarealindeks og generelt let tilgængelighed til vand, vurderer agronomer, at fordampningen fra pil i pileanlæg generelt kan være op til ca. 20% højere end den normale potentielle fordampning (Thorsen og Stychsen 1999). Dertil kommer, at beregninger af den potentielle fordampning i perioden 01-11-99 – 31-10-00 kan afvige fra normalerne. Alligevel vil der være en betydelig forskel på beregninger af den potentielle fordampning og registreringer af væsketilførsel.

Fordampningen er tilsyneladende højest i de vestligste anlæg og lavest i de østligste anlæg, mens den potentielle fordampning er lavest i de vestligste anlæg. Det kan ikke udelukkes, at kraftigere tilførsel af væske til de østligste anlæg ville medføre en kraftigere fordampning. Det er også muligt, at den højere fordampning i de vestligste anlæg skyldes overjordisk tilledning, se Afsnit 14.10 om fordele og ulemper ved overjordisk og underjordisk tilledning.

DMI’s potentielle fordampning er baseret på Penman beregninger. Tidligere undersøgelser af fordampning i pil konkluderede, at Penman beregninger ikke kan forudsige den faktiske fordampning fra pil, idet den faktiske fordampning er lavere end beregnet i juni, men højere i juli-september (Grip 1981) (de øvrige måneder er ikke undersøgt).

Det er muligt, at forskellen skyldes Oaseeffekten: Det forhold, at et velvandet mindre område placeret i et mere tørt (eller med lavere bevoksning) større område vil få en langt større fordampning end beregnet på grundlag af indstråling og vindhastighed, fordi forskellen i fugtighed skaber advektion, hvor tørrere luft strømmer ind over pileanlægget og forøger fugtighedsgradienten fra blad til omgivelserne, således at fordampningen øges.

Da pileanlæggene generelt placeres med henblik på maksimering af vindpåvirkningen, er det meget sandsynligt, at oase-effekten er så betydelig, at den årlige fordampning ikke stemmer overens med beregninger af den potentielle fordampning.

Et andet forhold, der kan påvirke fordampningen, er forskellen mellem vindhastigheden og luftens fugtighed nede ved kortklippet græs, i forhold til vind og fugt oppe i 2-4 meters højde, hvor pilenes blade oftest befinder sig. Den potentielle fordampning fra kortklippet græs er beregnet ud fra en beregnet vindhastighed i 2 meters højde (Scharling 2001), men beregningen er baseret på empiriske målinger af fordampning fra kortklippet græs i 0-10 cm’s højde, således at der indirekte er taget højde for vindhastigheden og luftens fugtighed i 0-10 cm’s højde.

Et tredje forhold, der kan påvirke fordampningen positivt, er at Penman modellen, der anvendes til beregninger af potentiel fordampning, tager udgangspunkt i én enkelt fordampningsflade (Scharling 2001), mens pileanlæg både har en vandret fordampningsflade og de 1-4 meter høje "sider", der dannes af pilenes bladbærende grene. Disse flader påvirkes også af vind og fugtighed. Dertil kommer, at disse lodrette flader, når de ikke skygges af genstande udenfor anlægget, kan optimere udnyttelsen af solens indstråling på alle tider af dagen.

4.2 Vandstand i inspektionsrør

En anden måde at undersøge vandets skæbne i anlæggene er at følge vandstanden i lodrette inspektionsrør, der er sat ned i hele anlæggets dybde. Der er hul i bunden, i nogle inspektionsrør også i siderne, således at vandspejlet i anlæggets jord skal afspejles i vandstanden i inspektionsrørene.

Det er samtidig formålet, at registreringer af vandstanden i inspektionsrørene skal afklare, om de tilsyneladende høje fordampningstal skal forklares med, at anlæggene er læk, eller om der sker en jævn akkumulering af væske i anlæggene udenfor vækstsæsonen.

Der er foretaget jævnlige registreringer af vandstanden i inspektionsrørene. Resultaterne illustreres i Figur 4.3 - Figur 4.6 .
Bemærk, at y-aksernes skala varierer. Resultaterne fra anlæg 1, 2 og 3 er samlet i én figur, da anlæggene i denne sammenhæng bør betragtes som ét anlæg, fordi de ligger i umiddelbar forlængelse af hinanden uden nogen fysisk adskillelse, således at vand fra ét anlæg kan flyde til et andet.

I Figur 4.3 ses, hvordan anlæg 1, 2 og 3 tømmes bedre og bedre for hvert år, der går efter tilplantning i april 1997. Dette skyldes, at pilenes omfang og væksthastighed stiger i de første omdrifter# (Danfors et. al. 1998), hvilket øger fordampningsevnen.

Figur 4.3:
Vandstanden i inspektionsrørene i anlæg 1, 2 og 3 fra etablering i april 1997 til ultimo 2000.

Figur 4.4:
Vandstanden i inspektionsrørene i anlæg 4

Figur 4.5:
Vandstanden i inspektionsrøret ved indløb af anlæg 5.

Figur 4.6:
Vandstanden i inspektionsrørene i anlæg 6. Anlægget er 40 cm dybere ved endebrønden end ved indløbsbrønden.

Resultaterne af registreringerne af vandstanden i inspektionsrørene viser, at vandstanden tilsyneladende falder jævnt gennem vækstsæsonen i alle anlæg, hvilket antages at skyldes pilenes fordampningskapacitet. Hvis det skyldtes lækage, ville anlæggene ikke kunne akkumulere spildevand og nedbør udenfor vækstsæsonen. Det er således sandsynligt, at forskellen mellem den normale potentielle fordampning fra kortklippet græs og fordampningen fra pil er så betydelig, som det fremgår af beregningerne i det forrige afsnit, Afsnit 4.1. Figur 4.3.

4.3 Vandindhold

For at undersøge, om pilene kan fordampe så betydelige mængder spildevand og nedbør som indikeret i de to foregående afsnit, Afsnit 4.1 og 4.2, er jordens vandindhold fulgt i flere dybder i projektets andet år. Samtidig er anlæggenes porevolumen analyseret, hvorved vandindholdet kan relateres til anlæggenes volumen og således omregnes til vandets volumen i anlæggene på et givet tidspunkt. Derved kan en massebalance for tilført nedbør og spildevand i forhold til opmagasineret spildevand og nedbør beregnes.

Figur 4.7:
Vandindhold i anlæg 1 gennem 2000.

Vandindholdet i anlæg 1 er målt mellem 31. juli og 19. november. Før sommerferien har jorden stået under vand og således hindret prøvetagning. Det ses, at vandindholdet stiger med dybden indtil 20. oktober, hvor vandindholdet er ca. 7% gennem hele anlæggets dybde. Anlæggets samlede vandindhold er stadigt faldende indtil et tidspunkt mellem 20. oktober og 19. november, hvorefter det stiger hurtigt. Kurverne illustrerer således pilens lange fordampningssæson. Det samme gælder for anlæg 2, se figur 4.8.

Figur 4.8:
Vandindhold i anlæg 2 gennem 2000.

Figur 4.9:
Vandindhold i anlæg 3 gennem 2000.

Anlæg 3 ligger, som før nævnt, i forlængelse af anlæg 1 og 2. Fejl under etableringen af anlæggene har medført, at overfladen af anlæg 3 ligger gennemsnitligt 15 cm lavere end de to andre anlæg, hvorved væske flyder fra disse 2 anlæg til anlæg 3. Derfor ses i Figur 4.9 et generelt højere vandindhold i anlæg 3, der bl.a. umuliggjorde analyser 19. november. Det ses af kurverne, at vandindholdet falder mellem 31. juli og 13. september, men at det derefter er næsten konstant frem til 20. oktober. Denne forskel mellem dette anlæg og de 2 foregående skyldes sandsynligvis både tilflydende væske, og at dette næsten konstant vandlidende# anlæg giver ringe vilkår for vækst (se lav tørstofproduktion i Afsnit 6) og dermed for fordampning.

Det faktiske vandindhold overstiger i anlæg 3 det maksimale vandindhold. Dette skyldes, at det maksimale vandindhold er beregnet ud fra analyser af porevolumen foretaget på prøver, hvor vandindholdet var lavere end markkapaciteten#, og jorden således mere "pakket", end når den har været vandfyldt gennem længere tid. Dette fænomen gennemgås yderligere i Afsnit 4.4 om porevolumen.

I anlæg 4 (Figur 4.10) ses et vandindhold under det maksimale i april. Jorden er således ikke mættet med vand, selvom det er tidligt på sæsonen. Dette skyldes sandsynligvis både fordampning, samt at der er lagt overløbsdræn i anlægget.

Vandindholdet falder frem til et tidspunkt mellem 13. september og 19. oktober, hvorefter det stiger. Nettoakkumulering af væske indtræder således tidligere end i anlæg 1 og 2, hvilket er i overensstemmelse med lavere tørstofproduktion i anlæg 4 end i anlæg 1 og 2, se Afsnit 6. Forklaringen kan også være, at dette pileanlæg ligger i læ og skygge til 3 sider og har en sø ved den 4. side, således at der ikke er grundlag for oaseeffekt (se Afsnit 4.1), hvorved fordampningen ikke bliver så kraftig som i fritliggende anlæg.

Figur 4.10:
Vandindhold i anlæg 4 gennem 2000.

I anlæg 4 ses et højt vandindhold 120 cm under overfladen den 2. juni. Denne værdi er et gennemsnit af 7 prøver, taget forskellige steder i anlægget. Det er usandsynligt, at det gennemsnitlige vandindhold i denne dybde har været højere end vandindholdet den 11. april. Forskellen skyldes enten en fejlmåling den 11. april og/eller, at der er sivet væske ind i/på jorden i en eller flere af udgravningerne den 2. juni. I dette anlæg sker tilledningen af spildevand i bunden af anlægget. Den overliggende lerjord øver et højt tryk på væsken, hvilket medfører, at væske på et eller andet tidspunkt under gravningen siver eller strømmer op i udgravningen. Når vandet siver ind, er der en risiko for at udtage en prøve med højere vandindhold, end hvis den overliggende jord ikke var gravet væk.

Figur 4.11:
Vandindhold i anlæg 5 gennem 2000.

Anlæg 5 er relativt dybt. Det ses, hvordan vandindholdet falder i tiltagende dybder fra den 11. april til den 22. september. Derefter stiger vandindholdet på et tidspunkt mellem den 22. september og den 17. oktober. Det er, ligesom i anlæg 4, relativt tidligt at væskeakkumuleringen overstiger fordampningskapaciteten. Forklaringen vurderes at være, at pilene i anlægget er relativt små, dels fordi anlægget er det yngste af de undersøgte, dels fordi anlægget er så dybt, at pilenes vækst er hæmmet af, at rødderne på de unge planter ikke har søgt gennem den tørrere overjord ned til spildevandet, der tilledes i bunden.

Flere målinger af vandindholdet er op til 1% højere end det beregnede maksimum. Dette tillægges usikkerheder.

Figur 4.12:
Vandindhold i anlæg 6 gennem 2000.

I anlæg 6 ses et relativt højt vandindhold i anlæggets dybere lag både ved målinger i april og juni. Vandindholdet overstiger betydeligt beregninger af det maksimale vandindhold. Forskellen tillægges kvelning af den lerede jord ved det høje vandindhold gennem hele vinteren, samt trykket fra tilledt spildevand i bunden af anlægget.

Vandindholdet falder i de øverste 60 cm frem til 19. oktober. I de dybere lag falder vandindholdet frem til den 20. september. Forskellen mellem de øvre lag og de dybere lag tillægges tilledning i bunden af anlægget, samt forsinkelsen i den opadgående vandtransport.

Samlet kan der konkluderes, at vandindholdet generelt bliver lavest 30-60 cm under overfladen i de 6 undersøgte anlæg. Det skyldes fordampning fra jordens overflade, samt at rodnettet er relativt tæt mellem 0 og 60 cm under overfladen. Derunder stiger vandindholdet med dybden. Fra en given dybde stiger vandindholdet ikke længere, da porevolumenet er begrænsende for vandmængden. Dog kan vandindholdet nær bunden af et anlæg stige meget ved længere tids vandmætning. Dette skyldes, at jorden kveller op, eller vandet fra det underliggende fordelingslag udøver tilstrækkeligt tryk til, at aggregaterne løsnes og porevolumen stiger. Vandindholdet begynder at stige mellem 20. oktober og 19. november i anlæg 1, 2, 3 og 6, mens stigningen indtræder mellem 22. september og 19. oktober i anlæg 4 og 5. Forskellen tillæges læ og skygge i anlæg 4, samt fugtighed fra en nærliggende sø, hvilket nedsætter fordampningspotentialet. I anlæg 5 tillægges den relativt tidlige opmagasinering unge planter med begrænset rodnet og tilvækst.

Vandindholdet bliver lavest i de vestligste anlæg, hvilket sandsynligvis skyldes, at der er sandjord i disse anlæg, mens der er lerjord i de øvrige.

Den stigning i vandindholdet, der ses i oktober eller november i alle anlæg, er i god overensstemmelse med summen af tilledt spildevand og nedbør i samme periode. Det ses af Figur 4.7 – figur 4.12, at akkumuleringen af ca. 1 måneds spildevand og nedbør udgør en betydelig del af den beregnede maksimale volumen i anlæggene. Værdierne indikerer, at anlægget fyldes længe før vækstsæsonen indtræder mellem februar og april.

Reduktionen i jordens vandindhold mellem to på hinanden følgende prøvetagninger i vækstsæsonen kan anvendes til beregning af fordampningen fra pileanlæggene, idet tilført nedbør og spildevand, porevolumen og anlægsvolumen indgår i beregningerne. Resultaterne fremgår af Tabel 4.2.

Tabel 4.2:
Beregnet fordampning, mm, fra hvert anlæg ud fra analyser af porevolumen og vægt% vandindhold, samt målinger af anlægsvolumen, anlægsoverflade, nedbør og tilledt spildevand.
*: Scharling 2000.

Tabel 4.2 viser, at fordampningen fra anlæg 5 er betydeligt lavere end fra de øvrige anlæg, hvilket bekræfter betydningen af planternes alder og tilgangen til spildevandets næringsstoffer og vand. I anlæg 5 er de øverste lag tørre og hårde hele sommeren, hvilket i sig selv nedsætter fordampningen fra jordoverfladen (U.S. EPA 1992).

Tabel 4.2 indikerer, ligesom vandstanden i inspektionsrørene og beregningerne i Afsnit 4.1, at der sker en betydelig fordampning fra pileanlæg i vækstsæsonen, samt at denne overstiger den årlige potentielle fordampning betragteligt. Direkte målinger af fordampningen kan sandsynligvis bekræfte dette.

Ved en sammenligning af vandstanden i inspektionsrørene, Figur 4.3 – Figur 4.6, med vandindholdet i jorden, Figur 4.7 – Figur 4.12, ses det, at vandindholdet i jorden fortsat er faldende, når vandstanden ikke mere, eller næsten ikke mere, reduceres i inspektionsrørene. Efterårsstigningen i inspektionsrørene afspejler en stigning i vandindholdet i jorden. Dog stiger vandindholdet væsentligt hurtigere i inspektionsrørene end i jorden. Inspektionsrør kan således ikke anvendes til at afspejle det faktiske vandindhold, men de kan bruges til at følge anlægget fra år til år, fordi en lækage i et anlæg den følgende vinter vil afspejles i et lavere vandspejl end det anlægsspecifikke vintervandstand.

4.4 Porevolumen

Jorden i de undersøgte anlæg er analyseret for porevolumen, idet anlæggets samlede porevolumen, og dermed kapacitet for opmagasinering uden for vækstsæsonen dermed kan beregnes. Samtidig kan kendskabet til porevolumen anvendes til at beregne, hvor stor en del af anlæggets kapacitet for opmagasinering, der på et givet tidspunkt er opbrugt. Disse værdier kan anvendes til fremskrivninger, idet værdier for fremtidig tilledt spildevand og nedbør antages.

Resultaterne af analyserne af de undersøgte anlæg er samlet i Figur 4.13.

Figur 4.13:
Gennemsnitlig porevolumen i forskellige dybder af alle 6 anlæg.

Figur 4.13 illustrerer, at 32-51% af anlæggenes volumen er porer. I alle anlæg gælder, at i en given dybde medvirker den overliggende jord til jordpartiklernes pakning. Forskellene i porevolumen mellem anlæggene illustrerer dog, at andre faktorer også spiller ind:

Porevolumen aftager med dybden i anlæg 1 og 2, hvor tilledningen af spildevand sker på overfladen af jorden. I anlæg 4, 5 og 6 aftager porevolumen også med dybden. Dog stiger porevolumen svagt omkring 70-130 cm under overfladen. Stigningen tillægges tilledning i bunden af anlæggene, hvorved der, som tidligere beskrevet, generelt er et højt vandindhold, der medfører en højere porevolumen. Anlæg 3 er vandlidende# det meste af året. Her ses betydningen af et højt vandindhold gennem længere tid tydeligt, idet porevolumen stiger med dybden fra 47% i overfladen til 50% i bunden.

Dertil kommer, at jordens tekstur også har indflydelse på et anlægs porevolumen. Analyseresultater af anlæggenes tekstur er samlet i Tabel 4.3. Resultater for anlæg 1, 2 og 3 er samlet, da jordtypen er den samme i alle 3 anlæg. Det ses, at anlæg 1, 2 og 3 indeholder sandjord, mens anlæg 4, 5 og 6 indeholder lerjord. Idet jordtyperne sammenholdes med porevolumen (Figur 4.13) ses, at sandjord generelt giver højere porevolumen end lerjord. En undtagelse er en høj porevolumen i bunden af anlæg 4, hvor konsekvenserne af et generelt højt vandindhold overstiger teksturens betydning.

Tabel 4.3:
Tekstur og jordtype af jorden i anlæggene. Værdier angives i % af total vægt. *: Landbrugsministeriet 1976.

Tabel 4.4:
Årlige tilledte mængder af spildevand og nedbør til de anlæg, der indgår i undersøgelsen. Værdierne angives i m³/(m²*år).

Nedbørsmængdernes betydning illustreres af forskellen mellem anlæg 1-3 og anlæg 6: Begge anlæg har ca. 1,1 m jordsøjle, begge anlæg har en jordvold rundt om anlægget og 45º hældning på siderne. Anlæg 1-3, der ligger i Vestjylland, har mellem oktober 1999 og oktober 2000 skullet fordampe 1,1 m nedbør, mens anlæg 6, der ligger på det Syd-østlige Sjælland, kun har skullet fordampe det halve, 0,6 m nedbør, se Tabel 4.4. Forskellen på tilledt spildevand er betydeligt mindre, idet der til anlæg 1-3 tilledes 0,5 m³ spildevand pr. m², mens der til anlæg 6 tilledes 0,6 m³ spildevand pr. m². Denne forskel medfører, sammen med forskellen i indstråling, at der ligger vand på dele af overfladen af anlæg 1-3 en stor del af året, mens der aldrig er set vand på overfladen af anlæg 6.

4.6 Betydningen af sidernes hældning og anlæggets dybde

4.7 Nødvendigt jordvolumen for opmagasinering

Tabel 4.5:
Beregninger af vandstand ved vækstsæsonens start målt i cm, i forhold til overfladen af de undersøgte pileanlæg. "nov-feb" betyder nettoakkumulering fra og med november til og med februar. "27" betyder, at der vil stå en blanding af nedbør og spildevand 27 cm over overfladen ved vækstsæsonens start under de givne antagelser (Dette kan kun lade sig gøre i anlæg omringet af en jordvold med membran). De negative værdier indikerer vandstande under overfladen ved vækstsæsonens start. De negative værdier indikerer således, at det pågældende anlæg kan opmagasinere alt tilført spildevand og nedbør udenfor vækstsæsonen.

Det ses af Tabel 4.5, at betydningen af en ændring af porevolumen på 5% er omtrent den samme som betydningen af, at marts måned indgår eller ikke indgår i akkumuleringssæsonen.

Det ses desuden af Tabel 4.5, at der under alle de givne antagelser vil være væske på overfladen af anlæg 1-3. Dette skyldes, at anlæg 1-3 ikke er dybt (kun ca. 1,1-1,15 m), samt at nedbøren er betydelig, se Tabel 4.2. Det lave anlæg indeholder 359 m³ porevolumen ved 35% porevolumen og 410 m³ porevolumen ved 40% porevolumen (se Tabel 4.2). Igennem vinteren skal det akkumulere 694 (547+185-38) eller 784 (626+232-74) m³ spildevand og nedbør, afhængig af antagelserne (se Tabel 4.6). Som det ses af Figur 4.3, står der faktisk vand over jordoverfladen hver vinter, om end vandstanden over jorden er lavere end her beregnet. Bemærk, at der i beregningerne ikke er taget højde for, at anlæggene allerede indeholder en del væske på det tidspunkt, anlæggene overgår fra nettofordampning til nettoakkumulering, hvilket øger forskellen mellem aktuel kapacitet for opmagasinering og tilført væske.

I anlæg 4 vil der, i 3 ud af 4 scenarier, stå vand på overfladen af anlægget ved vækstsæsonens start. Kun hvis perioden for opmagasinering kun strækker sig fra november til februar, og anlæggets porevolumen er 40%, vil der ikke stå vand over jordens overfladen i anlægget. I anlæg 4 er der som nævnt lagt overløbsdræn. Der ledes således væske fra anlægget udenfor vækstsæsonen. Det er således ikke muligt at sammenligne scenarierne med en faktisk akkumulering af vand og spildevand udenfor vækstsæsonen.

Anlæg 5 er dybt (se Tabel 4.6), således at der er en betydelig porevolumen, hvori nedbøren kan infiltrere. Dertil kommer, at anlægget tilføres relativt lidt spildevand i forhold til anlæggets volumen (se Tabel 4.6), samt at der, udover de 1,7 meters dybde, er en overhøjning på ca. 70 cm ind mod midten af anlægget. Denne overhøjning vil også kunne mættes til markkapacitet#. Anlæg 5 vil således under ingen af de nævnte antagelser have overskydende væske på overfladen.

Anlæg 6 vil i teorien have vand på overfladen, med mindre det antages, at porevolumen er 40%, og perioden med netto akkumulering er fra og med november til og med februar. Dette er ikke i overensstemmelse med, at der aldrig står vand på overfladen i anlæg 6, samt at vandstanden i inspektionsrørene om vinteren (se Figur 4.6) indstilles på ca. 60 cm under overfladen.

Tabel 4.6:
Anlægsvolumen, samlet porevolumen, tilledt nedbør og spildevand samt normal potentiel fordampning i perioderne nov.-feb. og nov.-mar. *: Scharling 2000.
$: Samlede data for anlæg 1, 2 og 3.

Der kan således, under de givne antagelser, ikke opstilles en massebalance for væsken i pileanlæggene, der er i overensstemmelse med registreringerne af vandstanden i inspektionsrørene om vinteren og registreringer af evt. vand på jordoverfladen. Der kan heller ikke gives forklaring på, hvad der sker med den volumen væske, der tilføres pileanlæggene fra og med november til og med februar, idet dette volumen i de fleste anlæg overstiger porevolumen.

Lækage kan ikke afvises, men kan heller ikke antages. Alle anlæg er relativt nye, og hverken den overliggende masses tryk, temperaturforholdene eller væskens pH taler for, at membranerne skulle være beskadigede. I anlæg 1, 2 og 3, hvor forskellen mellem tilledt væske og kapacitet for opmagasinering er størst, er lækage meget usandsynligt, da grundvandsniveauet er så højt, at der ved alle gravninger har kunnet registreres et tryk ind på membranen nedefra.

4.8 Indkøringsfasen

De til grund liggende mekanismer for vandets skæbne i pileanlæg er ikke fuldstændig kendt. Der kan således ikke udarbejdes en model for dimensionering af pileanlæg, der er baseret på en beskrevet massebalance for vand.

Idet det antages, at alt spildevand og nedbør i anlægget fordampes, kan der i stedet udarbejdes en midlertidig, empirisk baseret model til beskrivelse af den nødvendige størrelse af et anlæg, indtil videngrundlaget bliver udbygget.

Der tages udgangspunkt i pileanlægget i Marjatta, anlæg 6. Som det ses af Tabel 4.4, skal der årligt fordampes 1,2 m nedbør og spildevand fra anlægget, der har et 1,1 m dybt vækstlag med 0,2 m underliggende fordelingslag af nøddesten (se Figur 2.3). Der er aldrig registreret vand på overfladen af dette anlæg (heller ikke i "våde år"), og vandstanden i inspektionsrørene har i projektperioden ikke været over 50 cm under overfladen. I anlæg 1-3, der har samme dybde og skal fordampe ca. 1,7 m nedbør og spildevand, står der vand på overfladen en del af året. Begge anlæg har 45 ° hældning på siderne. 1,7 m nedbør og spildevand er derfor for meget, i hvert fald i den del af landet.

Det anbefales derfor, at anlæg 6 ligger til grund for et midlertidigt forslag til dimensionering: Der kan tillades en årlig tilførsel af nedbør og spildevand på gennemsnitligt 1200 mm i alle anlæg, der har et 1,5 m dybt jordlag og 45° hældning på siderne. Anlæggene bliver således 40 cm, eller 36%, dybere end anlæg 6.

Arealbehovet bliver således:

Dette indebærer, at der skal indhentes oplysninger om husstandens vandforbrug og normalnedbøren i lokalområdet.

Modellen er meget konservativ. Der er i flere år faldet betydeligt mere nedbør over anlæg 6, uden at det har medført vand på overfladen af anlægget. Modellen tager således højde for regnfulde år.

Det anbefales, at der ikke tillades mere end ca. 20% ler og 20% silt i den jord, der fyldes i anlægget.

Hvis jordforholdene tillader udgravning af et anlæg med stejlere hældning, vil anlægget ikke i samme grad virke som en tragt for nedbør. Derved bliver volumenbehovet mindre, så der kan etableres et mindre anlæg. Idet den aktuelle reduktion skal beregnes, bør plastmembranens bredde indregnes, idet plastmembranen bør udnyttes optimalt, fordi den udgør en betydelig andel af anlægsudgifterne. I langt de fleste anlæg er plastmembranen 10 meter bred. I nedenstående regneeksempel tages derfor udgangspunkt i en 10 meter bred membran, hvoraf 80 cm anvendes til at fæstne membranen på jordoverfladen. Derved er der 9,2 m membranbredde til at dække bund og sider af anlægget. Bredden på bunden af anlægget, (benævnes B^-, se Figur 4.14) bliver således

Idet d = dybden på anlægget. Hyp = hypotenusen til a . Bredden af anlæggets overflade, B⁺ bliver således:

Tværsnitsarealet i anlægget, A_t, ændres som følge af ændringen af hældningen på siderne. Tværsnitsarealet indgår i regneeksemplet, idet det har betydning for udregning af reduktionen i volumenbehovet ved stejlere skråning.

Den procentvise reduktion af volumenbehovet, % red., ved stejlere skråning bliver således:

Figur 4.14:
Tværsnit af et pileanlæg. Betydningen af hældningen for overfladearealet og dermed nedbørsmængder over arealet er illustreret, idet et anlæg med 45° hældning vil opsamle mere nedbør end et anlæg med 60° hældning, hvis summen af sidernes og bundens bredde holdes konstant. Samtidig vil et anlæg med 60° hældning have et større tværsnitareal og dermed større volumen til opmagasinering.

Betydningen af at kunne grave stejlere hældning på siderne af et anlæg illustreres af graferne i Figur 4.15. I denne figur ses også betydningen af at grave anlægget 1,7 m dybt i stedet for 1,5 m dybt (idet summen af sidernes bredde og bundens bredde fastholdes på 9,2 m). Det ses f.eks., at volumenbehovet reduceres med ca. 10%, hvis et 1,5 m dybt anlægs sider kan graves med 65° hældning i stedet for 45° . Det ses desuden, at volumenbehovet reduceres med ca. 10%, når et anlæg kan graves 1,7 m dybt i stedet for 1,5 m dybt, uafhængigt af hældning på siderne. Hvis et planlagt anlæg, med en dybde på 1,5 m og 45° hældning på siderne, i stedet graves 1,7 m dybt og med lodrette sider, reduceres volumenbehovet med 29%. I praksis reduceres volumen ved at afkorte anlægget. De opstillede procenter er kun gældende for anlæg, hvor summen af sidernes og bundens bredde er 9,2 m. Jo bredere et anlæg er, des forholdsvis mindre betydning har en ændring af sidernes hældning, og des forholdsvis mere betydning får en ændring af dybden.

Figur 4.15:
Procentvis reduktion af volumenbehovet (anlæggets længde) ved etablering med stejlere hældning på siderne end 45° og/eller dybere jordlag end 1,5 m. Det er antaget, at summen af sidernes bredde og bundens bredde altid er 9,2 m.

Bemærk, at det endnu ikke er afklaret, hvor meget spildevand og nedbør, de anvendte pilekloner kan fordampe, og dermed hvor dybt det er hensigtsmæssigt at grave et pileanlæg. Dette vil afhænge af indstråling, vind m.m., og vil dermed afhænge af lokaliteten. Potentialet for fordampning vil desuden afhænge af pilenes alder, eventuelt også af jordens saltindhold. Potentialet kan kun bestemmes via forsøg og empiri. Hvis pileanlæg skal vinde større udbredelse og samtidig fungere efter hensigten, vil det fortsat være vigtigt at etablere pileanlæg in situ, der kan afdække manglende viden om bl.a. potentialet for fordampning og opmagasinering. Det anbefales dog, at eventuelle fremtidige pileanlæg etableres som forsøgsanlæg.

I Bilag C er den procentvise reduktion af et pileanlægs længde som funktion af stejlere hældning og/eller dybere anlæg, opstillet i tabelform.

4.10 Konklusion på Kapitel 4

Fordampningen fra anlæg 5 er betydeligt lavere end fra de øvrige anlæg, hvilket bekræfter betydningen af planternes alder og tilgangen til spildevandets næringsstoffer og vand. I anlæg 5 er de øverste lag tørre og hårde hele sommeren, hvilket i sig selv nedsætter fordampningen fra jordoverfladen.

I løbet af vækstsæsonen bliver vandindholdet lavest i de vestligste anlæg, hvilket sandsynligvis skyldes, at der er sandjord i disse anlæg, mens der er lerjord i de øvrige, samt at tilledningen af spildevand sker på jordoverfladen, hvilket øger fordampningen fra jorden. Tilledningen af spildevand bør således ikke ske for dybt.

Fordampningsevnen er tiltagende de første 3-5 år. Derfor bør det afgøres, om der kan tolereres overbelastning i indkøringsfasen, og hvordan denne overbelastning skal håndteres.

Porevolumen udgør 32-51 % af anlæggenes volumen. Sandjord har generelt højere porevolumen end lerjord. 35% anbefales som skøn for porevolumen i pileanlæg.

Registreringer af vandstanden i inspektionsrørene viser, at vandstanden tilsyneladende falder jævnt gennem vækstsæsonen i alle anlæg, hvilket antages at skyldes pilenes fordampningskapacitet. Hvis det skyldtes lækage, ville anlæggene ikke kunne akkumulere spildevand og nedbør udenfor vækstsæsonen. Desuden ses en betydelig fordampning, målt via et betydeligt fald i jordens vandindhold i de anlæg, hvor vandstanden i inspektionsrørene er i bund gennem længere tid.

Vandstanden stiger hurtigt i inspektionsrørene ved vækstsæsonens slutning, for derefter næsten at indstilles på et anlægsspecifikt niveau indtil begyndelsen af næste vækstsæson. Vandindholdet stiger væsentligt hurtigere i inspektionsrørene end i jorden. Den hurtige stigning tillægges en lav infiltrationsrate i jorden. Inspektionsrør kan således ikke anvendes til at afspejle det faktiske vandindhold, men de kan bruges til at følge anlægget fra år til år, fordi en lækage i et anlæg den følgende vinter vil afspejles i et lavere vandspejl end den anlægsspecifikke vintervandstand.

Den stigning i vandindholdet, der ses i oktober eller november i alle anlæg, er i god overensstemmelse med summen af tilledt spildevand og nedbør i samme periode. Akkumuleringen af ca. 1 måneds spildevand og nedbør udgør en betydelig del af den beregnede maksimale volumen i anlæggene. Værdierne indikerer, at anlægget fyldes længe før vækstsæsonen indtræder mellem februar og april.

For at undersøge, om de anlægsspecifikke vinterniveauer i inspektionsrørene skyldes forholdsvis lav infiltration eller lækage fra anlæggene, bør jordens vandindhold og/eller anlæggets fordampning følges gennem vintermånederne for derefter at sammenholdes med tilført nedbør og spildevand.

Mellem halvdelen og 4/5 af den væske, der skal opmagasineres og fordampes, er nedbør i de undersøgte anlæg. Nedbørsforholdene på lokaliteten har derfor en betydelig indflydelse på det nødvendige areal og den nødvendige dybde af et anlæg.

Jo mere flad hældningen er på siderne af et anlæg, des mere virker anlægget som en tragt for nedbør. Dette medfører, at volumenbehovet til akkumulering bliver betydeligt større, end hvis siderne var lodrette.

Jo dybere et anlæg kan være, jo dybere en jordsøjle pilene formår at fordampe væske fra, des mindre regnvandsopsamlende areal er nødvendigt, hvilket har betydelig indflydelse på prisen for anlægget. På den anden side kan der etableres anlæg, der ikke er dybe nok til at akkumulere den tilførte væske udenfor vækstsæsonen.

Der kan i dette projekt ikke gøres rede for, hvornår et anlæg går fra at udvise nettofordampning til nettoakkumulering og omvendt. Kun meget hyppige analyser af jordens vandindhold og/eller målinger af fordampningen vil kunne skabe den nødvendige viden om, hvornår og hvorfor et anlæg går fra at udvise nettofordampning til nettoakkumulering og omvendt, samt akkumuleringens omfang og dermed hvilken dybde og overflade et pileanlæg bør have ved givne belastningsparametre og klimatiske vilkår.

Der kan ikke opstilles en massebalance for væsken i pileanlæggene om vinteren, der både er i overensstemmelse med tilledte mængder nedbør og spildevand, registreringerne af vandstanden i inspektionsrørene om vinteren og registreringer af evt. vand på jordoverfladen. Der kan heller ikke gives forklaring på, hvad der sker med den volumen væske, der tilføres pileanlæggene fra og med november til og med februar, idet dette volumen i de fleste anlæg overstiger porevolumen.

Lækage kan ikke afvises, men kan heller ikke antages. Alle anlæg er relativt nye, og hverken den overliggende masses tryk, temperaturforholdene eller væskens pH taler for, at membranerne skulle være beskadigede. I anlæg 1, 2 og 3, hvor forskellen mellem tilledt væske og kapacitet for opmagasinering er størst, er lækage meget usandsynligt, da grundvandsniveauet er så højt, at der ved alle gravninger har kunnet registreres et tryk ind på membranen nedefra.

Der har ikke på noget tidspunkt i projektperioden kunnet registreres jordområder lige omkring hvert pileanlæg, der var mere fugtige, vandlidende eller forekom mere næringsrige end resten af jorden omkring hvert pileanlæg. Der har således ikke kunnet registreres tegn på udsivende spildevand fra nogen af de undersøgte pileanlæg. Anlæg 4, hvori der er lagt overløbsdræn, er naturligvis en undtagelse.

Hvis der virkelig er lækage fra alle anlæg, så kan man heller ikke regne med, at membranerne i rodzoneanlæg og biologiske sandfiltre er tætte.

Der er opstillet en empirisk baseret model for dimensionering af pileanlæg. Modellen inkluderer beregninger af den procentvise reduktion af anlæggets størrelse ved stejlere hældning end 45° og/eller dybere anlæg end 1,5 m.