Kvænangen kommune. UTKAST TIL INTERN OG EKSTERN REVISJON Kvænangen kommune

Transkript

1 Kvænangen kommune UTKAST TIL INTERN OG EKSTERN REVISJON Kvænangen kommune Burfjord vannverk, systemanalyse

2 Innhold SAMMENDRAG 1. Innledning Bakgrunn... 5 Systemanalyser Målsetning og metode Målsetning... 6 Metodikk Eksisterende forbruk og antatt lekkasje Modelloppbygging og forutsetninger Analyser og resultater Eksisterende situasjon Trykk, vannføring og kapasitet Beregnet rest-kapasitet Fremtidig situasjon Anbefalte og analyserte tiltak Beregnede trykkforhold og kapasitet

3 Sammendrag I forbindelse med revisjon av hovedplan vann for Kvænangen kommune, er det gjennomført nettanalyser av Burfjord vannverk med hensyn til kapasitet og driftsforhold. Eksisterende situasjon og foreslåtte fremtidige hovedtiltak er vurdert i en vannett modell. Hovedmålet med nettanalysene var å analysere og vurdere Burfjord vannforsyningssystem med hensyn til eksisterende kapasitet og driftsforhold samt fremtidig situasjon med mål om forbedret forsyningssikkerhet og økt kapasitet. Eksisterende forbruk og antatte lekkasjer Totalforbruket ut fra grunnvannskilde var i år 2006 på m3 og etter utbedring av lekkasjer sank forbruket til m3 i år Dette tilsvarer et midlere totalforbruk på hhv 3,6 og 2,6 l/s. For å få kunnskap til døgnvariasjoner og status mht forbruk ble det gjennomført en 2 døgns registrering av vannforbruk og trykk ut fra kilde den 6. og 7. Oktober For disse 2 døgnene ble midlere forbruk målt til ca. 3,25 l/s. Antatt lekkasje/ukjent forbruk utgjorde nesten 70% av det totale målte forbruk. Dette er høyt i forhold til totalforbruket, men samtidig er vannverket lite hvilket gjør at selv mindre lekkasjer på nettet gir stort utslag på lekkasjeandelen. Vannverket må ha fortsatt fokus på lekkasjereduksjon og bør kunne komme ned i en lekkasjeandel på 50% eller lavere. Eksisterende kapasitet og driftsforhold Beregningene viste at alle forbrukerne har et tilfredsstillende trykk på ca mvs under normale driftsbetingelser. Normalt har vannverk som mål å ha et driftstrykk mellom mvh, avhengig av lokal topologi med mer. Hastigheten i rørene ligger opp mot 0,5 m/s i hovedledningene og lavest i endeledningene. Hastigheter rundt 0,5 m/s er normalt og viser at ingen av ledningstrekningene er høyt belastet. Beregnet oppholdstid i ledningsnettet før kildevannet når forbruker ligger på maksimalt ett døgn (endeledninger). De fleste forbrukere har kort oppholdstid og langs hovedledning og i sentrum er oppholdstiden typisk på 2-6 timer. I vannforsyningssammenheng regnes dette som meget korte oppholdstider hvilket reduserer faren for forringelse av vannkvaliteten ute på nettet. Kapasitetsberegninger viste at restkapasiteten vedrørende brannslukkevann ligger i området 2,9-10 l/s, høyest kapasitet nær kilden og lavest i yttergrensene. Vannbehov ved brannslukking varierer avhengig av hvilket utstyr brannvesenet bruker samt type bygning/brann, men en grov regel er at hver brannslange krever ca. 6 l/s. For tettbebyggelse er det vanlig å kreve et minimum behov på 12 l/s og helst opp mot 18 l/s dersom vannforsyningsanlegget skal benyttes som eneste slukkemiddel. Dette betyr at eventuell brannslukking må foretas/suppleres ved bruk av andre slukkemetoder (tankbil, pumpe fra elv/sjø, eller liknende). I Burfjord er det registrert sprinkleranlegg i sentrum med et vannbehov 3-18 l/s. Beregnet slukkekapasitet i dette område ligger i størrelsesorden 5-6 l/s, hvilket betyr at nettet i dag ikke har kapasitet til å dekke sprinklervann behov. Fremtidig situasjon, forslag til tiltak Kvænangen kommune har som mål å forbedre forsyningssikkerheten samt øke kapasiteten i deler av nettet til Burfjord vannverk. Det skal blant annet legges til rette for boligutbygging i Burfjord Syd, ut mot Omsnes (Burfjord vest), samt øst for sentrum. I tillegg ønsker kommunen å bedre kapasiteten i sentrumsområde for å kunne tilrettelegge for fremtidig næringsvirksomhet. Vedrørende slukkekapasitet har kommunen satt som mål å ha en minimumskapasitet på 12 l/s langs hovedforsyningen og frem til sentrumsområde, samt kunne dekke et sprinklerbehov opp mot 20 l/s i sentrum. For å bedre forsyningssikkerheten for vannverket er det tidligere anbefalt å bygge et høydebasseng. Det anbefales å etablere et mot-basseng nær tyngdepunktet for nettet dvs. sentrum. Denne plassering sikrer i tillegg to-sidig forsyning mellom kilde og basseng, blant annet Burfjord sentrum. Ved eventuelt brudd på forsyning mellom kilde og Storelva/sentrum vil bassenget sikre forsyning til kritiske abonnenter som for eksempel Gargo pleie og sykehjem. 3

4 I tillegg til høydebasseng og tilførselsledning til dette fra E6 ved sentrum er det nødvendig å øke kapasiteten til ledningsnettet fra kilde og frem til sentrum. I tillegg foreslås enkelte forsterkninger av nettet i sentrumsområdet. Foreslåtte tiltak ble lagt inn i en nettmodell og beregninger av driftsforhold og kapasitet ble foretatt tilsvarende som for eksisterende situasjon. Beregnet trykk i nettet ligger nå mellom mvs, og er stabilt over døgnet i de ulike delsoner. Brannslukkevann kapasiteten økte til 12 l/s eller høyere for alle deler av nettet unntatt siste delstrekning ut mot Omsnes. I sentrumsområde er beregnet slukkekapasitet over 30 l/s. Nettet har dermed også kapasitet til å forsyne registrerte sprinkleranlegg. Foreslåtte hovedtiltak vil gi et fremtidig robust vannverk med høyere kapasitet og økt forsyningssikkerhet både med hensyn til slukkekapasitet og to-sidig forsyning i tilfelle brudd/planlagt vedlikehold på nettet. 4

5 1. Innledning 1.1 Bakgrunn I forbindelse med revisjon av hovedplan vann for Kvænangen kommune, er det gjennomført en nettanalyse av Burfjord vannverk med hensyn til kapasitet og driftsforhold. Eksisterende situasjon og foreslåtte fremtidige hovedtiltak er vurdert i en vannett modell. Nettanalysen er utført av Rosim AS ved Bjørnar Nordeidet, som underkonsulent til Rambøll AS ved Jørn Gunnar Thomassen som har hatt ansvar for revisjon av hovedplan vann. Kvænangen kommune ved Dag Åsmund Farstad har bistått aktivt med nettinformasjon og underlagsmateriale samt gjennomført korttidsregistreringer ved Burfjord vannverk. 1.2 Systemanalyser Bruk av modellverktøy for vannforsyningssystemer gjør det mulig å analysere nettets funksjon blant annet hensyn til kapasitet og driftsforhold. Viktige parametre i den forbindelse er trykkforholdene på nettet under ulike driftsbetingelser samt hvilken kapasitet nettet har til å håndtere økt vannforbruk. Bruk av nettmodeller vil også kunne identifisere eventuelle flaskehalser i systemet samt teste ut avbøtende tiltak. 5

6 2. Målsetning og metode 2.1 Målsetning Hovedmålet med prosjektet har vært å analysere og vurdere Burfjord vannforsyningssystem med hensyn til: Eksisterende kapasitet og driftsforhold Fremtidig situasjon med mål om forbedret forsyningssikkerhet og økt kapasitet. 2.2 Metodikk I dette prosjekt har vi benyttet Rosims nye modell verktøy for vann og avløp kalt ROSIE. ROSIE er en tilleggsapplikasjon til det geografiske informasjons system ArcGIS (leverandør er ESRI). ROSIE Epanet er modulen for vannforsyning og den bruker Epanet som beregningsmotor. Ledningsnettet til Burfjord vannverk er digitalisert inn manuelt i ROSIE basert på ledningsnett skisser på kart. Dette er utført med digitale tema som vei, hus, terreng-linjer mm som bakgrunn. Etter at ledningsnettet er etablert i modellen, legges kilde, trykkøkning og kjente forbruk inn i modellen. Det totale forbruk kalibreres deretter mot totalt målt forbruk slik at modellen samstemmer med registrerte data. Deretter gjennomføres selve beregningene og de viktigste resultat-tema presenteres i temakart. 6

7 3. Eksisterende forbruk og antatt lekkasje Totalforbruket ut fra grunnvannskilde var i år 2006 på m3 og etter utbedring av lekkasjer sank forbruket til m3 i år Dette tilsvarer et midlere totalforbruk på hhv 3,6 og 2,6 l/s. For å få kunnskap til døgnvariasjoner og status mht forbruk ble det gjennomført en 2 døgns registrering av vannforbruk og trykk ut fra kilde den 6. og 7. Oktober For disse 2 døgnene ble midlere forbruk målt til ca. 3,25 l/s. Figur 3.1 viser målt totalforbruk i de 2 døgnene. I figuren er både målte/avleste øyeblikksverdier og beregnede midlere forbruk lagt inn samt antatt lekkasje/ukjent. Figur 3.1. Målt totalforbruk for Burfjord vannverk, 6-7. Oktober Antatt lekkasje/ukjent forbruk utgjør nesten 70% av det totale målte forbruk. Dette er høyt i forhold til totalforbruket, men samtidig er vannverket lite hvilket gjør at selv mindre lekkasjer på nettet gir stort utslag på lekkasjeandelen. For eksempel vil en totallekkasje på 2 l/s tilsvare et lekkasje-hull på ca. 125 mm2 (dvs ett hull med diameter ca. 13 mm). Eller alternativt ca. 20 mindre lekkasjehull hver på størrelse med en fyrstikk. 7

8 Med hensyn til målt variasjon og høyt nattforbruk er det sannsynlig at størstedelen av antatt lekkasje/ukjent er faktiske lekkasjer. Vær oppmerksom på at antatte lekkasjer er summen av lekkasjer på kommunalt nett og private stikkledninger. I videre status analyser har vi tatt utgangspunkt i at målt forbruk 6-7. oktober 2008 er representativt for dagens situasjon ved Burfjord vannverk. Vedrørende fremtidig forbruk har vi antatt en midlere økning på ca. 0,85 l/s (som tilsvarer ca. 490 bosatte). Trykk ut fra pumpestasjonen lå stabilt på mellom 4,5 og 4,6 Bar (ca meter vannsøyle). 8

9 4. Modelloppbygging og forutsetninger Kommunen har per dags dato ikke digitalisert sitt ledningsanlegg i Burfjord, men vi har mottatt gode oversiktstegninger som grunnlag for å digitalisere ledningsnettet i en vannett modell/gis-verktøy (ROSIE Epanet). Mottatte kart viste ledningsnett traseer påtegnet ledningsdimensjon og rørmateriale, samt antatt forbruk i hovednoder. Basert på digitale bakgrunnstema (vei, bygg, terreng osv.) tegnet vi manuelt inn kilde og ledningsnett. Alle tema ble georeferert til koordinatsystemet EUREF (WGS84 UTM33N). Ledningsnettets traseer er relativt grovt antatt, men nøyaktigheten er tilfredsstillende med hensyn til prosjektets hovedmål. Ledningsnett og noder: Ledningsnettets dimensjoner er basert på mottatte kart-grunnlag samt tabell. For plastledninger var ytre dimensjon oppgitt så for disse har vi antatt en trykk-klasse og tilhørende indre dimensjon som benyttes i modellen. Modellens node/kum-høyder er antatt lik terreng minus 2,5 meter. For dette formål ble det etablert en terreng grid-modell, hvor hver grid har en størrelse på 2*2 meter. Ledningenes ruhet er viktig med hensyn til hvilket falltap som beregnes i nettet. Vi har valgt å bruke en ruhet på 1 mm for samtlige ledninger. Denne ruheten inkluderer eventuelle singulærtap i bend og ventiler. I praksis kan ruheten variere sterkt fra 0,05 mm for nye plastledninger til opp mot for eldre jernrør. En ruhet på 1 mm for plastrør er vanlig å bruke i modellsammenheng dersom en ikke har annen informasjon om nettet, samt at målsetningen er å se på langsiktige hovedtiltak. 9

10 Figur 4.1. Terrenghøyder, vist som grid-modell for hver 10. meter høydeforskjell. Kilde og pumpestasjon: I modellen har vi tatt utgangspunkt i et konstant trykk på 45 meter ut fra pumpestasjon og at denne ligger på kote 25 meter, dvs. en kontant trykkhøyde på 70 m ut til nettet. 10

11 Figur 4.2. Burfjord vannett modell, ledningsnett og kilde. Figur 4.3 viser et eksempel på lengdeprofil fra kilde og frem til Burfjord sentrum/industriområde. Lengdeprofilet viser ledningsnettets høyder, dimensjoner med mer, samt terrengnivå. 11

12 Figur 4.4 Eksempel på lengdeprofil fra kilde til Burfjord sentrum. 12

13 Forbruk For å kunne gjennomføre en tilfredsstillende nettanalyse er det en forutsetning av antatt forbruk i modellen er i rimelig samsvar med reelt forbruk. Det er også interessant å sammenligne kjente antatte forbruk med målt totalforbruk ut fra kilden, for å kunne antyde lekkasjeandelen til vannverket. Vi valgte derfor å legge inn kjent antatt forbruk i 3 kategorier samt lekkasje/ukjent: 1. Bosatte: Antok et snitt på 3 personer per hus. Hus med privat vannforsyning ble utelatt etter gjennomgang med kommunen. Rekkehus/flerboliger ble vurdert separat mht antall bosatte. 2. Målt forbruk hos abonnenter (primært næring/industri): Målt årsforbruk ble lagt inn for abonnenter med målere. 3. Næring/offentlig/annet forbruk: Antatt antall person ekvivalenter ble lagt inn manuelt i modellen 4. Lekkasje/ukjent: Midlere differanse mellom antatt forbruk og målt totalforbruk ble lagt til modellens noder vektet etter antatt kjent forbruk. Summen av modellens forbruk (1-4) tilsvarte dermed målt midlere totalforbruk ut fra kilden. 13

14 Figur 4.5. Antatt forbruk lagt inn i modellen. Vist som hus-symbol (bosatte), M-symbol (målere) og industrisymbol (annet næring/industri/offentlig). Forbruket ble allokert/snappet til nærmeste modell-node hvor enkelt forbrukere automatisk blir summert for hver node. Summen av alle kjente samt antatt lekkasje/ukjent er vist i figur 4.6. Antatt midlere forbruk fra industri og næring er multiplisert med en faktor på 1,8 (antar sesongvariasjoner med lavt/ingenting forbruk i perioder). Lekkasje/ukjent er satt lik 2,25 l/s slik at summen skal tilsvare det målte midlere forbruk på 3,25 l/s. 14

15 Figur 4.6. Midlere antatt modell-forbruk for vannverket, fordelt på bosatte (Population), industri/næring (Industry), vannmålere (Meter) og antatt lekkasje/ukjent (Leak). Sum lik 3,25 l/s. For å få med variasjon i forbruk over døgnet ble modellen kalibrert inn etter timesvariasjonen som ble målt under målekampanjen. Figur 4.7. viser at modellens forbruk nå tilsvarer eksakt det som ble målt. 15

16 Figur 4.8. Målt totalforbruk (q2dmeasured) og modellens forbruk (Flow) ut fra kilde. I videre beregninger av trykkforhold og kapasitet er det denne variasjon av forbruk som ligger til grunn. 16

17 5. Analyser og resultater Det er gjennomført statusberegninger samt effekt av fremtidige foreslåtte tiltak for å bedre kapasitet og forsyningssikkerhet for Burfjord vannverk. 5.1 Eksisterende situasjon Trykk, vannføring og kapasitet Figur 5.1 viser trykk-forhold samt vannføring for nettet ved høyeste registrerte forbruk på nettet (kl.08) i løpet av måleperioden. Resultatene viser at alle forbrukerne har et tilfredsstillende trykk på ca mvs. Normalt har vannverk som mål å ha et driftstrykk mellom mvh, avhengig av lokal topologi med mer. Vannføring ut fra kilde er på ca. 3,9 l/s og fordeler seg som vist på figuren. Hastigheten i rørene ligger opp mot 0,5 m/s i hovedledningene og lavest i endeledningene. Hastigheter rundt 0,5 m/s er normalt og viser at ingen av ledningstrekningene er høyt belastet. Beregnet oppholdstid i ledningsnettet før kildevannet når forbruker ligger på maksimalt ett døgn (endeledninger). De fleste forbrukere har kort oppholdstid og langs hovedledning og i sentrum er oppholdstiden typisk på 2-6 timer. I vannforsyningssammenheng regnes dette som meget korte oppholdstider hvilket reduserer faren for forringelse av vannkvaliteten ute på nettet. 17

18 Figur 5.1. Beregnet vannføring (l/s) og trykkforhold (mvs) på nettet ved høyeste normale forbruk Beregnet rest-kapasitet Hovedforsyningen fra kilde til Burfjord sentrum er primært på 100 mm rør (indre dimensjon), hvilket betyr at nettet har begrenset reservekapasitet til større uttak eventuelt slukkekapasitet ved brann. En grov regel er at for å ha en viss slukkekapasitet i nettet må minimumsdimensjonen på rørene være 150 mm. Det er foretatt en kapasitetsvurdering av nettet ved å teste uttak av vann/forbruk node for node, og hvor kriteriet for maksimalt uttak er at resttrykket i alle deler av nettet ikke skal være under 10 mvs. Figur 5.2. viser at restkapasiteten vedrørende slukkevann ligger i området 2,9-10 l/s, høyest kapasitet nær kilden og lavest i yttergrensene. Vannbehov ved brannslukking varierer avhengig av hvilket utstyr brannvesenet bruker samt 18

19 type bygning/brann, men en grov regel er at hver brannslange krever ca. 6 l/s. For tettbebyggelse er det vanlig å kreve et minimum behov på 12 l/s og helst opp mot 18 l/s dersom vannforsyningsanlegget skal benyttes som slukkemiddel. Vannbehov for sprinkleranlegg varierer sterkt. I Burfjord er det registrert sprinkleranlegg i Burfjord sentrum med et vannbehov på henholdsvis 3 l/s (hybelbygg) og 6,3 l/s (trygdeboliger) og 18 l/s (pleie og sykehjem). Beregnet slukkekapasitet i dette område ligger i størrelsesorden 5-6 l/s, hvilket betyr at det kun er hybelbygget og til en viss grad trygdeboligene som kan forvente tilfredsstillende slukkefunksjonalitet på sitt sprinkleranlegg. Sentrumsområde og Stormo har grovt sett kapasitet til kun 1 brannslange, mens høyereliggende områder har mindre kapasitet. Dette betyr at eventuell brannslukking må foretas/suppleres ved bruk av andre slukkemetoder (tankbil, pumpe fra elv/sjø, eller liknende). Figur 5.2. Beregnet slukkekapasitet for Burfjord vannverk. Krav: Minimumstrykk på 10 mvs i alle deler av nettet ved maksimalt uttak. Ved normale krav til trykkforhold i systemet (over 25 mvs), vil nettests restkapasitet være noe lavere enn beregnet slukkekapasitet. Figur 5.2 gir likevel en grov indikasjon på hvor 19

20 eksisterende system har kapasitet til eventuell nyetablering av boliger eller næring/industri. 5.2 Fremtidig situasjon Kvænangen kommune har i sin hovedplan vann satt som mål å forbedre forsyningssikkerheten samt øke kapasiteten i deler av nettet til Burfjord vannverk. Det skal blant annet legges til rette for boligutbygging i Burfjord Syd, ut mot Omsnes (Burfjord vest), samt øst for sentrum. I tillegg ønsker kommunen å bedre kapasiteten i sentrumsområde for å kunne tilrettelegge for fremtidig næringsvirksomhet. Vedrørende slukkekapasitet har kommunen satt som mål å ha en minimumskapasitet på 12 l/s langs hovedforsyningen og frem til sentrumsområde Anbefalte og analyserte tiltak For å bedre forsyningssikkerheten for vannverket er det tidligere anbefalt å bygge et høydebasseng. Et forslag var å plassere bassenget på en høyde nær kilden, men da dette ikke vil øke kapasiteten i øvrige deler av nettet anbefales det å etablere et mot-basseng, dvs et basseng i motsatt ende av kilde samt nær tyngdepunktet for nettet dvs. sentrum. Denne plassering sikrer i tillegg to-sidig forsyning mellom kilde og basseng, blant annet Burfjord sentrum. Ved eventuelt brudd på forsyning mellom kilde og Storelva/sentrum vil bassenget sikre forsyning til kritiske abonnenter som for eksempel Gargo pleie og sykehjem. Figur 5.3. viser grov plassering av foreslått høydebasseng ca. på kote 70 meter. Plassering er utført grovt basert på høydekurver fra plankart (mottatte digitale høydekurver dekket ikke dette området). I tillegg til høydebasseng og tilførselsledning til dette fra E6 ved sentrum er det nødvendig å øke kapasiteten til ledningsnettet frem til sentrum. Vi har valgt å legge en ny 150 mm ledning fra kilde og helt frem til høydebassenget. Foreslått trase fra kilde følger øst for Stormo langs elveløpet ned til hovedvei. Etterskrift: Forslag til trase endret, fra kilde via Stormo og følger deretter eksisterende trase mot sentrum. Derfra følger foreslått trace eksisterende ledningsnett (som må oppdimensjoneres til 150 mm) frem til E6. Fra E6 og opp til høydebasseng er traseen meget grovt plassert (må vurderes nærmere i et for-prosjekt). I tillegg til tilførselsledning fra kilde og frem til nytt høydebasseng foreslås følgende forsterkninger av nettet: 1. Ny 150 mm forbindelsesledning i sentrum fra hovedvei og frem til sykestua. 2. Oppdimensjonering av ledningsstrekning langs E6 til Kaiveien til 150 mm. Figur 5.4 viser lengde profil av foreslått overføringsledning mellom kilde og nytt basseng. 20

21 Figur 5.3. Forslag til fremtidige hovedtiltak for Burfjord vannverk. Røde ledninger viser nye/oppdimensjonerte ledninger (150 mm, indre dimensjon). Nytt høydebasseng er plassert grovt med en antatt kotehøyde bunn på 70 meter. Etterskrift: Forslag til ny trase via Stormo langs eksisterende trase vist som stiplede røde streker. 21

22 Figur 5.4. Lengdeprofil, foreslått grov-trase mellom kilde og nytt basseng på kote 75 meter. 22

23 Beregnede trykkforhold og kapasitet Figur 5.5. viser beregnet vannføring og trykkforhold ved henholdsvis fylling og tapping av bassenget. Vi har forutsatt 2 pumper i drift, hvorav 1 pumpe med lav kapasitet alltid pumper mot basseng for å sikre stabilt trykk i nettet. Den andre pumpa har større kapasitet og er i drift når bassenget fylles. Figur 5.5. Beregnede vannføring (l/s) og trykkforhold (mvs) ved fylling (venstre) og tømming (høyre) av nytt høydebasseng. Bergnet trykk i nettet ligger mellom mvs, og er stabilt over døgnet i de ulike delsoner på grunn av forutsatt pumperegulering som sikrer at det alltid pumpes fra kilde mot nettet selv ved tapping av bassenget. Ved fylling av basseng pumpes det totalt ca. 8,5 l/s fra kilde og ved tapping ca. 1,5 l/s (forutsetninger i modell). Tilsvarende som for eksisterende situasjon er det beregnet restkapasitet i nettet i hver enkelt node, ved å teste ut slukkekapasitet i modellen. Kriteriet er at trykket ikke skal falle under 10 mvh i noe sted av nettet samtidig som tappingen skjer. Det er testet ut tapping opp mot 30 23

24 l/s i alle noder (node for node, ikke samtidig uttak). Figur 5.6. Beregnet slukkekapasitet etter tiltak. Beregningene viser at slukkekapasiteten er 12 l/s eller høyere for alle deler av nettet unntatt siste delstrekning ut mot Omsnes. I sentrumsområde er beregnet slukkekapasitet over 30 l/s. Nettet har dermed også kapasitet til å forsyne registrerte sprinkleranlegg. Foreslåtte hovedtiltak vil gi et fremtidig robust vannverk med høyere kapasitet og økt forsyningssikkerhet både med hensyn til slukkekapasitet og to-sidig forsyning i tilfelle brudd/planlagt vedlikehold på nettet. 24