Erosionen av sediment i dagvattenledningar har modellerats som funktion av vattenhastighet, ledningslutning, partikelstorlek och sedimenttjocklek. Pilotförsök har utförts och matematiska modeller har formulerats för olika positioner i ledningen.
För att undersöka skillnaden i sedimentrörlighet i början, mitten och slutet av en dagvattenledning undersöktes olika förlopp. En försöksuppställning med en 12 m lång, transparent ledning, φ150, tillfördes varierande flöden med sorterade partiklar hämtade från en närliggande dagvattenledning. Sedimenttjockleken varierades och erosionsgraden (scouring rate i %) mättes som utfall av försöken. Ledningslutningen kunde varieras. Resultaten formulerades i matematiska modeller för olika tidsförlopp (1-5 minuter) och modellerna gav god överensstämmelse med försöksresultaten.
Artikeln
Dagvattenledningar är viktiga komponenter i ett urbant avrinningssystem. Där deponeras ofta suspenderade partiklar och bildar sediment som omväxlande rörs upp och sedimenterar igen. Partiklarna medför syreförbrukning, kväve och fosfor, så deras transportvägar är viktiga att känna till vid bedömning av nedströms förorening av vattendrag.
Undersökningar har visat att vid låga flöden är sedimenteringen av partiklar större än erosionen medan det vid höga flöden är tvärtom.
Delstudier har också visat att den punkt i en ledning som har störst deposition förflyttar sig längs ledningen.
Det har motiverat en studie av sedimentdynamiken: i början, mitten och slutet av en ledning.
Material och metod
En testrigg byggdes, bestående av en vattentank med pump, en 12m plexiglasledning φ 150 mm. Ledningen hade några öppningar motsvarande övre kvarten av ledningssektionen för att kunna flytta sediment in och ut. Stöden kunde justeras för att ge olika ledningslutning.
Sediment togs från en närbelägen dagvattenledning och befriades från stora partiklar som stenar, grenar etc och fick torka till konstant vikt. Dess densitet mättes till ca 2,4 g/cm.
Sediment placerades ut mellan 1,25-1,75 m, mellan 6,25-2,75 m och mellan 11,00-11,50 m längs ledningen och prov togs ut under hand och analyserades på suspenderade ämnen. Provades gjorde: fem olika flöden (0,15-0,6 m/s), fyra olika partikelmedianstorlekar (0,33-0,83 mm), fyra olika ledningslutningar (1,5-7 ‰) och fyra olika sedimenttjocklekar (0,20-0,35 cm).
Resultat
Med utgångsvärdena v=0,3 m/s, d50= 0,83 mm, lutning 3 ‰ och sedimenttjocklek 0,25 cm blev fluxen (passerande materialmängd, mg/s) ca 1500 mg/s vid startdelen, och ca 400 mg/s vid mellan- och slutdelen efter 30 s. Därefter blev fluxen likformig med ca 100 mg/s längs hela ledningen under de 5 minuter som flödet pågick. Erosionen gick raskt upp från noll till 10 % i startdelen för att långsammare nå 20 % efter 5 min. Mittdelen ökade jämnare från noll till 6 % liksom slutdelen som gick från noll till 10 %.
När partikelstorleken ökades från 0,33 till 0,83 mm (i övrigt som föregående) ökade erosionen i stort sett linjärt med partikelstorleken; för startdelen från 13 till 22 %, för mittdelen från 2 till 5 % och för slutdelen från 2 till 9 %. När i stället lutningen varierades, från 1,5 till 7 ‰, ökade erosionen för startdelen från 12 till 34 %, mittdelen från 3-23 % och från slutdelen från 6-40 %. Varierad sedimenttjocklek, 0,2-0,35 cm, gav: startdel: 23-19 %, mittdel 5-14 % och slut 4-9 %.
Varierad hastighet,0,15-0,60 m/s gav startdel: 2 % till 39 %, mittdel 1-16 % och slutdel 2-17 %. Där gav det högsta intervallet (0,45-0,65 m/s) en ringa erosionsökning.
Matematisk modellering utfördes för tiderna 1,3 och 5 min. Det generella utseendet blev av formen:
φ = a x Xb + c, där φ är erosionen i %, X är den parameter man relaterar till (partikelstorlek, lutning etc) och a,b,c är koefficienter. En ekvation för vardera starten, mittdelen och slutdelen av ledningen konstruerades. Så till exempel för ledningslutningen i:
Start:
φ = (31,37 t0,2278 + 74,26) i (246,3t(-1,503) +0,2105) – 32,54t0,2283 + 86,41
Ekvationer av snarlik typ konstruerades för tre ledningspositioner ggr fyra parametrar. Korrelationskoefficienterna (R2) blev för dessa samband mellan1,0000 och 0,9320; mycket god anpassning alltså.
Slutsats
En modell har konstruerats för att kunna beräkna erosionen (flux och i %) längs en dagvattenledning. De ekvationer som följde modellen visade mycket god anpassning till mätta ledningsdata.
Källa: Liu, Cuiyun; Wenke, Lv; Liu,Qi; Zhou,Jie; Wang, Yiyang; Zhang Xiaohua & Zhou, Jun (2021): Analysis and calculation of sediment scouring rate at different locations of storm sewer. Water Science & Technology 84.6, pp 1340-1353.
Författarna från:
College of Urban Construction, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China.
Kontakt: yunduobai [a] 126.com
