Modellering av avloppspumpstationer : En känslighetsanalys och modelloptimering av avloppspumpstationer i Umeå, Sundbyberg och Värmdö

Sammanfattning

Spillvatten uppstår i hushåll och industri och innehåller hälso- och miljöfarliga ämnen vilket gör att det på ett säkert sätt ska avledas och sedan renas innan det släpps till recipient. Avledningen sker via ledningsnät som främst omfattar självfallsledningar men på vissa platser är förhållandena sådana att pumpning är nödvändig. Kraftiga regn eller underdimensionerade ledningsnät kan medföra överbelastning av ledningsnätet vilket kan bidra till att delar av spillvattnet måste avledas orenat, så kallad bräddning, och i vissa fall kan sådana överbelastningar även leda till källaröversvämningar. För att utreda riskområden för bräddning och översvämning nyttjas vanligtvis hydrauliska modeller och den vanligaste mjukvaran i Sverige är i dagsläget MIKE Urban. I hydrauliska modeller är särskilt pumpstationer komplexa att beskriva då dessa kräver förhållandevis stora mängder indata som ofta är svårtillgängliga. Uppgift om pumpkapacitet kan ha stor osäkerhet och baseras ofta på antaganden eller möjligen på teoretiska uppgifter från pumpleverantör. I dagsläget kontrolleras ej pumpstationernas kapacitet mot mätningar. Vidare finns i branschen en okunskap kring parameterkänslighet avseende pumpstationer i hydrauliska modeller och gällande hur pumpstationer lämpligen beskrivs i en hydraulisk modell. I denna studie var därför syftet att utreda skillnaden mellan uppmätt pumpkapacitet och teoretisk pumpkapacitet samt att utreda hur en pumpstation lämpligen beskrivs i en hydraulisk modell vad gäller beskrivning av pumpkapacitet, tryckledning och pumpsump. Metodiken omfattade initialt kapacitetsmätningar av tryck och flöde i 12 avloppspumpstationer fördelade över kommunerna Umeå, Sundbyberg och Värmdö. Därefter upprättades 12 enkla pumpstationsmodeller i MIKE Urban baserat på kommundata, data från pumptillverkare samt data erhållet från kapacitetsmätningarna. Modellerna kalibrerades mot uppmätt kapacitet genom anpassningar av tryckledningarna för att klargöra hur tryckledningar lämpligen beskrivs för olika pumpstationer. Efter att detaljerade och kalibrerade modeller framtagits utfördes en känslighetsanalys där pumpkapacitet och parametrar relaterade till pumpsumpsgeometri analyserades. Kapacitetsmätningarna visade att nästan hälften av pumparna (9 av 22) hade försämrad kondition vid jämförelse med teoretisk pumpkapacitet. Mätningarna visade också att de flesta av tryckledningarna (7 av 12) hade försämrad kondition vilket framförallt sågs för äldre tryckledningar. För vissa tryckledningar (3 av 12) visade sig tryckledningens kondition vara bättre än den teoretiska vilket eventuellt kan förklaras av att vissa tryckledningar har en tendens att expandera. Studien visade att pumpkapaciteten lämpligen beskrivs via mätningar och om inte det är möjligt bör en lägre pumpkurva än den teoretiska anges (undre gräns för ISO-standard (9906:2012)). Resultatet vid kalibreringen blev att modellerna för vissa tryckledningar krävde införande av tryckförluster (Mannings tal minskades med 15-30 och även ledningsdimensionen minskades om tryckförlusterna var stora) och att vissa pumpstationer krävde införande av kapacitetsförbättringar (Mannings tal ökades med 10-30 och även ledningsdimensionen ökades med 5%). För beskrivning av pumpsumpsgeometrier (definieras genom att ange ytarea och tvärsnittsarea i flödesriktningen för olika nivåer i pumpsumpen) kunde det konstateras att beskrivningen av pumpsumparnas ytarea borde ske med en större noggrannhet än beskrivningen av pumpsumparnas tvärsnittsarea. Tvärsnittsarean hade i denna studie ingen inverkan på beräkningsresultaten från modellerna.