|
Etablering af pileanlæg - Baggrundsrapport 8 Dimensionering af pileanlægStørrelsen af pileanlæg fastlægges ud fra mængden af spildevand, der skal behandles, under hensyntagen til balancen mellem årlig nedbør og fordampning fra pileanlægget. Desuden har nedbørsfordelingen over året betydning for dimensioneringen, idet der skal være plads i anlægget til opmagasinering af det vand, der tilledes anlægget i vinterhalvåret, hvor fordampningen er lille. 8.1 DimensioneringsforudsætningerDer er foretaget beregninger af det nødvendige areal til afledning af 100 m3 spildevand pr år ved anvendelse af en dimensioneringsmodel med følgende forudsætninger:
8.2 DimensioneringseksempelFor at illustrere hvorledes dimensioneringen er foretaget, gennemgås i det følgende beregningerne for to gridceller: Gridcelle 20015, der ligger i et nedbørsrigt område (gennemsnitlig årsnedbør 890 mm/år), og gridcelle 20151, der ligger i et nedbørsfattigt område (gennemsnitlig årsnedbør 541 mm/år).
Figur 8.1. 8.2.1 Nedbør og fordampningDimensioneringsberegningerne tager udgangspunkt i den gennemsnitlige årsnedbør i gridcellen (30-års gennemsnit fra DMI; figur 8.2, kolonne 1). Da registrering af nedbør på de meteorologiske målestationer er behæftet med systematiske fejl på grund af måleudstyrets opbygning og placering (se afsnit 4 om nedbørsstatistik), er fordelingen over året korrigeret med de af DMI publicerede korrektionsfaktorer i kolonne 2, dog således at den samlede årlige nedbør ikke øges. Da den systematiske fejl på nedbørsmåling især er stor, når der falder sne, er korrektionerne størst i vintermånederne. Fordampningen fra anlægget bestemmes ud fra den af DMI beregnede potentielle fordampning (kolonne 3) og under antagelse af, at fordampningen i et pileanlæg er 2,5 gange den potentielle fordampning, svarende til en afgrødekoefficient (Kc ) på 2,5 (se afsnit 5 om vandbalance).
Figur 8.2. Det antages, at årstidsvariationen i fordampning følger variationen i potentiel fordampning (kolonne 4). Vandbalancen for pileanlægget kan herefter beregnes som forskellen mellem nedbør og fordampning (kolonne 5). Beregningerne viser, at der på årsbasis kan tilledes 465 mm spildevand (= 465 liter/m2) i gridcelle 20015, mens der kan tilledes næsten dobbelt så meget (927 mm = 927 liter/m2) i gridcelle 20151.
Figur 8.3. 8.2.2 OpmagasineringskapacitetDet næste trin i dimensioneringsprocessen er at vurdere, om opmagasineringskapaciteten i jordbunden er tilstrækkelig til at opmagasinere spildevandsmængde og nedbør i vinterperioden, hvor fordampningen er lille. Det udnyttelige porevolumen i jordbunden antages at være 40 volumen %. Omregnes porevoluminet i jordbunden til mm vand (under hensyntagen til en anlægsbredde på 8 m, en anlægsdybde på 1,5 m og 45 grader skrå sider) fås, at porevoluminet svarer til en vandmængde på 488 mm (=488 liter/m2). Det betyder, at forskellen mellem maksimal mængde vand i anlægget om vinteren og minimal mængde vand om sommeren maksimalt må være 488 liter/m2 eller 488 mm. Viser beregningerne, at mængden af vand i anlægget vil variere mere end 488 mm mellem sommer og vinter betyder det, at der vil opstuves vand på overfladen af anlægget om vinteren. Beregninger for gridcelle 20015 er vist i figur 8.4 og beregninger for gridcelle 20151 er vist i figur 8.5. På baggrund af den månedlige vandbalance (kolonne 5) og den månedlige potentielle spildevandsbelastning (kolonne 6) beregnes en hypotetisk mængde vand i anlægget, måned for måned (Kolonne 7). Den beregnede mængde vand for gridcelle 20015 i januar bliver 69 mm (kolonne 5) + 38.8 mm (kolonne 6) = 107 mm (kolonne 7). Vandmængden i februar bliver på tilsvarende vis 24 mm + 38.8 mm; plus de 107 mm fra januar = 170 mm. Beregningerne fortsættes på tilsvarende vis måned for måned, og ved udgangen af december måned vil vandmængden i anlægget være nul - det samme som udgangspunktet i januar.
Figur 8.4.
Figur 8.5..
På baggrund af værdierne i kolonne 7 kan den nødvendige opmagasineringskapacitet i jordbunden ved den fastsatte belastning udregnes som forskellen mellem vandmængden i den måned, hvor vandstanden er højest (som regel marts) og den måned, hvor vandstanden er lavest (som regel august). For gridcelle 20015 bliver det nødvendige opmagasineringsvolumen 536 mm (= 536 liter pr m2), og for gridcelle 20151 bliver det nødvendige opmagasineringsvolumen 507 mm (= 507 liter pr m2). Ved en anlægsbredde, dybde, osv., som antaget, og ved et udnytteligt porevolumen i jordbunden på 40%, er der kun kapacitet til 488 mm (= 488 liter pr m2). Altså må belastningen nedsættes således, at det maksimale udsving i opmagasineret vandmængde i anlægget over året bliver 488 mm. Den tilladte spildevandsvandbelastning (kolonne 8) beregnes således, at forskellen mellem minimum og maksimum vandmængde i anlægget over året netop er 488 liter pr m2, og således at vandmængden opmagasineret i måneden med højest vandstand (som regel marts) netop er 488 liter pr m2. Dette er en iterativ proces, idet fordampningen i de tørreste måneder ofte vil blive begrænset af vandmangel, såfremt anlægget helt tømmes for vand. I praksis kan beregningen foretages i et regneark ved brug af funktionen "målsøgning". Ved beregningerne findes, at den tilladte spildevandsbelastning i gridcelle 20015 er 381 mm/år (figur 8.4, kolonne 8), og i gridcelle 20151 er 888 mm/år (figur 8.5, kolonne 8). Ved disse belastninger vil anlægget blive fuldstændigt tømt for vand i sensommeren, og jordbunden vil netop være vandmættet i marts (kolonne 9). 8.2.3 Opstuvning af vand ved 10-års nedbørNæste trin i dimensioneringsprocessen er, at vurdere hvor meget vand der vil opstuves på overfladen af anlægget i et år med en nedbørsmængde, der statistisk set vil forekomme ét ud af ti år. Nedbørsmængden i et år med 10-års regn er gennemsnitligt 18% højere end den gennemsnitlige nedbør (se afsnit 4 om nedbørsstatistik).
Figur 8.6. Med udgangspunkt i 10-års nedbørsfordelingen (figur 8.6, kolonne 10) beregnes mængden af vand, der opstuves i anlægget om vinteren. Da udregningerne starter i januar måned, foretages beregningerne over to på hinanden følgende år for at inkludere en hel vinterperiode i beregningerne (kolonne 11 og 12). Beregningen for januar måned i første år tager udgangspunkt i vandmængden i anlægget i december måned i et gennemsnitsår (figur 8.4 og 8.5; henholdsvis –177 og –226 mm for gridcelle 20015 og 20151). Det ses af kolonne 12 i figur 8.6, at der i gridcelle 20015 i et år med 10-års regn vil være 112 mm vand opstuvet på overfladen af anlægget i marts måned, hvorimod der i gridcelle 20151 kun vil være 80 mm vand opstuvet på overfladen (figur 8.7, kolonne 12). En sidste dimensioneringsforudsætning er, at der maksimalt må opstuves 100 mm vand på overfladen af pileanlæg i et år med en nedbørsmængde der statistisk set vil forekomme ét ud af ti år. Derfor skal belastningen i gridcelle 20015 reduceres således, at opstuvning i et år med 10-års regn kun bliver 100 mm, hvorimod der ikke er problemer i gridcelle 20151, da opstuvningen kun er 80 mm. Den tilladte spildevandsvandbelastning (kolonne 13) beregnes således, at opstuvningen af vand i marts måned det andet af to år med 10-års regn netop er 100 mm. Dette er igen en iterativ proces, og beregningen kan foretages i et regneark ved brug af funktionen "målsøgning". For gridcelle 20015 fås, at den tilladte spildevandsbelastning bliver 368 mm/år (figur 8.6, kolonne 13). Det ses af kolonne 14 og 15 i figur 8.6, at opstuvningen af vand i marts måned ved denne belastning netop bliver 100 mm.
Figur 8.7. 8.2.4 ArealkravVed den ovenfor beskrevne dimensioneringsproces fås, at et pileanlæg i gridcelle 20015 vil kunne belastes med 368 mm spildevand pr år (368 liter pr m2), hvorimod et anlæg i gridcelle 20151 vil kunne belastes med 888 mm spildevand pr år (888 liter pr m2). Dette svarer til arealkrav på henholdsvis 272 m2/100 m3 spildevand og 113 m2/100 m3 spildevand for anlæg i gridcelle 20015 og 20151. Ved beregningerne af det udnytteligt porevolumen i jordbunden i anlæggene er der imidlertid set bort fra, at anlæggets ender er anlagt med 45 grader skråning, og at det udnyttelige volumen i jordbunden derfor er mindre end antaget. For at kompensere for dette adderes 12 m2 til det nødvendige areal, der så bliver henholdsvis 284 og 125 m2/100 m3 spildevand for gridcelle 20015 og 20151. 8.3 Dimensionering af anlæg i gridcellerResultatet af dimensioneringsberegningerne for 20 x 20 km gridceller er vist på tabelform i Bilag B, og arealkravets geografiske fordeling i Danmark er vist i Bilag C. Resultaterne er summeret i figur 8.8. Den gennemsnitlige årlige nedbør varierer mellem 524 og 903 mm/år for gridcellerne, og fordampningen varierer mellem 1343 og 1470 mm/år (figur 8.8). Potentielt kan der således fordampes mellem 452 og 936 mm spildevand pr år afhængigt af gridcelle. På grund af manglende opmagasineringskapacitet i pileanlæggene kan der imidlertid kun tilledes 357-894 mm/år. Ved denne belastning vil der i år med normalnedbør ikke være opstuvning af vand på overfladen af anlæggene i marts. Ved ti-års regn vil der opstuves 57 til 100 mm vand på overfladen af anlæggene afhængigt af gridcelle. Den nødvendige størrelse af pileanlæg varierer mellem 124 og 292 m2 pr 100 m3 spildevand (middel 173 m2/100 m3) afhængigt af gridcelle.
Figur 8.8. I nedenstående figur 8.9 er fordelingen af arealkrav i Danmark illustreret. Det ses, at medianen af fordelingen er 156 m2/100 m3; det vil sige at i halvdelen af gridcellerne er arealkravet 124-156 m2/100 m3 spildevand. Det ses ligeledes, at i de 25% mest nedbørsrige områder af Danmark er arealkravet 207-292 m2/100 m3 spildevand.
Figur 8.9. I ca. halvdelen af gridcellerne er kravet om, at der ikke må opstuves vand på overfladen i år med normalnedbør dimensionsgivende (figur 8.10), og i den anden halvdel er det kravet om, at der ikke må opstuves mere end 10 cm vand på overfladen i år med 10-års regn, der er dimensionsgivende. Deraf følger også, at anlæg i ca. halvdelen af gridcellerne teoretisk ikke bliver helt vandfyldte i normalår, og at der i anlæg i ca. halvdelen af gridcellerne vil opstuves mindre end 10 cm vand på overfladen i år med 10-års regn (figur 8.10).
Figur 8.10. 8.3.1 Belastning i forhold til potentiel fordampningVed det anvendte design af pileanlæg (en dybde på 1,5 m og 45 grader skrå sider) er det det udnyttelige volumen i jordbunden til opmagasinering af vand, snarere end forskellen mellem nedbør og fordampning, der bliver dimensionsgivende for anlæggenes størrelse. Det betyder, at risikoen for opstuvning af vand på anlæggenes overflade kan gøres mindre, såfremt der etableres et større opmagasineringsvolumen f.eks. ved at grave anlæggene dybere og/eller etableres med stejlere sider. Anlægsteknisk kan det være besværligt at etablere dybere bede, f.eks. på steder med høj grundvandsstand. Stejlere sider øger risikoen for nedskridning under konstruktion. Derfor vælges i denne vejledning at dimensionere 1,5 m dybe anlæg med 45º sider. Kan anlæg etableres dybere og/eller med stejlere sider vil det imidlertid være en fordel. Selv om pileanlæg dimensioneret efter de her præsenterede retningslinier ikke som gennemsnit vil akkumulere vand på overfladen af anlægget om vinteren, vil der i nedbørsrige år forekomme opstuvning af vand på overfladen om vinteren. Det er derfor vigtigt, at pileanlæg opbygges med en tæt vold, der omslutter anlægget og skaber det nødvendige opmagasineringsvolumen til særligt nedbørsrige år.
Figur 8.11.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
