Bruk av nettmodeller innen beregning av vannledningsnett Tore Fossum, Norconsult Lillehammer
Innhold Generelt om nettmodeller Eksempler på bruk av modeller Undertrykk og trykkstøt i vannledningsnett 2
Hva en nettmodell består av Opplegg for å bygge modellen Database (organiserer data og resultater) Hydraulisk beregningsmotor (EPA-nett) Presentasjon av resultater 3
Grunnleggende Inngangsdata Egenskapsdata for ledningsnett Egenskapsdata pumper, reduksjonsventiler og bassenger mm Driftsforutsetninger (eks styringsmåter pumper og ventiler) Hva man får ut Vannføringer/ hastigheter Vanntrykk /kotetrykk Kapasiteter Energiforbruk Vannforbruk 4
Ulike typer beregninger Øyeblikksberegninger (Steady state) Beregninger over tid (EPS) Automatiserte beregninger for: Brannvannskapasitet Spylevannsberegninger "Kritikalitetsanalyser" Vann-kvalitet (oppholdstid / vannalder) 5
Moderne programmer har Effektivt opplegg for å bygge modellen, f.eks: Hente ut egenskapsdata fra ulike kilder (kartdatabaser) eller med ledningskartet som underlag Hente høyder automatisk fra kartdata Forbruk og fordeling av vannforbruk kan gjøres ut fra digitale befolkningsdata etc. Scenariohåndtering Ulike måter å presentere resultater på 6
Presentasjonsmuligheter er bl.a. Tematiske kart Hydrauliske profiler Systemkurver (pumpedimensjonering) og tappekurver ("hydrantkurver") Tabeller 7
Eksempler på bruk av modeller 8
Brannvann- generelt Veiledning til TEK 10 I tilknytning til småhus, bør uttaket for slokkevann ha kapasitet på minst 20 l/s. For annen bebyggelse bør kapasiteten være minimum 50 l/s fordelt på minst to uttak. Åpne vannkilder bør ha kapasitet for 1 times tapping. Forskrift om brannforebyggende tiltak og tilsyn, veileder: Kommunen bør ha oppdatert dokumentasjon om tilgjengelig slokkevannsforsyning som stilles til rådighet for ansvarlig prosjekterende i byggesaker Nettmodell medfører at testing av vannforsyningen til sprinkleranlegg kan forenkles/ gjennomføres med mindre vannuttak 9
Brannkapasitetsberegninger Inngangsdata i beregninger Krav til trykk ved aktuelt tappepunkt Krav til min trykk øvrige deler av nettet 10
Brannvannskart - utsnitt 11
Øyertunnelen- sammenkobling av 2 vannverk Problemstillinger Brannvann Øyertunnelen Reservevannforsyning begge veier Oppholdstid - løsning vanlig forsyning 12
Øyertunnelen - kapasitet brannvann 13
Pumpeanlegg- beregne systemkurver 14
Østre Totens vannforsyning 12 høydebassenger 40 trykkøkere 65 reduksjonskummrer 460 km kommunale vannledninger Forsyningssystem med bakgrunn i 4 private vannverk overtatt ca. 1990 15
Østre Toten - kapasitetskart brannvann 16
Østre Toten - nettmodell benyttet til Oversiktsplanlegging/ systemvurderinger vurdering / planlegging av nye hovedanlegg- Vurdere endrede forsyningsløsninger i eksisterende områder Brannvannskapasitet Brannkapasitetskart Vurdere tiltak for utbygginger f.eks nytt industriområde (ofte krav om 50 l/s til slokkevann) 17
Østre Toten - nettmodell benyttet til Dimensjonering nye anlegg Dimensjonere enkeltkomponenter som pumper og sikkerhetsventiler Vurdere forbedringer/ forenklinger for pumpeanlegg. Sikkerhetsvurderinger Legge ned hydranter der vannledningsnettet ikke har kapasitet for brannvannsuttak Lokalisere flaskehalser 18
Undertrykk og trykkstøt 19
Noen årsaker til undertrykk Eksempler på situasjoner som forårsaker undertrykk Store uttak ( f.eks brannvannsuttak) overbelaster nettet Når trykkøkere er plassert for høyt (kan medføre at hele områder mister forsyningen ) Manglende automatiske lufte- innsugingsventiler på kritiske steder Tømming av vannledninger for vedlikehold (må ikke tømme ledningen med større Q enn innsugingskapasitet) 20
Generelt om trykkstøt Trykkstøt oppstår ved hastighetsendringer hastighet omdannes til trykkbølger som beveger seg gjennom systemet Raske hastighetsforandringer kan lage kraftige trykkbølger Kan medføre uakseptable høye trykk og undertrykk Vakum (undertrykk < 1,0 bar) vil i seg selv medføre kraftige forsterking av trykkstøt og store påkjenninger på vannledninger 21
Konsekvenser av trykstøt Høye trykk og trykkpulser reduserer levetid for ledninger / framskynder ledningsbrudd Undertrykk - risiko for å trekke forurenset grunnvann inn i vannledninger (lekkasjepunkter) Fare for tilbakeslag fra abonnenter 22
Årsaker til trykkstøt Pumpestopp- strømstans Velge riktige tilbakeslagsventiler Ventilmanøvreringer, kontrollventiler, motorventiler ( motorventiler - sekvensstengning) Spesielt sårbare anlegg Lengre pumpeledninger og overføringsledninger Områder med lavt statisk trykk Behov for tiltak bør vurderes 23
Trykkstøtberegninger vannledningsnett De samme data som ligger i en nettmodell er nødvendig også for trykkstøtberegninger Min trykk og maks trykk forekommer gjerne ved høypunkter og lavpunkter i nettet, ikke langs hovedledninger- trykkstøtberegningsprogram bør beregne hele vannledningsnettet Bør derfor benytte beregningsprogrammer for trykkstøt som kan beregne hele vannledningsnettet 24
Trykkstøtberegning - pumpeledning 25
Trykkstøtberegning - vannledningsnett 26
Trykkstøtberegning - vannledningsnett 27
Oppsummering Vannledningsnett er ofte relativt komplekse hydrauliske systemer En hydraulisk beregningsmodell er et nyttig hjelpemiddel for å dokumentere eksisterende forsyningssystem + vurdere nye løsninger og dimensjonere nye anlegg En modell må opprettes i nært samarbeid med de som drifter anleggene. Målinger for kalibrering og kontroll må tilpasses bruken og de problemstillinger som skal vurderes. Den hygieniske sikkerheten i vannforsyningssystemer må opprettholdes fram til abonnentene. En beregningsmodell er et hjelpemiddel for risikovurderinger - vurdere tiltak for å redusere risiko for innsug i vannledninger 28