Hur dimensionera damm för rening av dagvatten från bergtäkt?

Vad är viktigt att tänka vid dimensionering av en dagvattenanläggning som ska rena dagvatten från en bergtäkt? I detta expertsvar utgår Thomas Larm, dagvattenspecialist på StormTac AB, från ett exempel för att beskriva ett antal tumregler som är viktiga vid dimensionering av reningsanläggningar.

Fråga: Dagvatten från en bergtäkt ska renas i en dagvattenanläggning. Dagvattenanläggningen ska klara av att avskilja suspenderande ämnen och olja. Vi på miljökontoret har framfört att anläggningen minst ska dimensioneras utifrån ett femårsregn med 10 minuters varaktighet. Vi har också framfört att uppehållstiden i anläggningen minst bör vara 2 h (tumregel som har brukat användas i täkttillstånd) för att en tillräcklig avskiljningsgrad ska uppnås.

Vilken volym bör då anläggningen inrymma och hur kommer man fram till det? Vi har använt oss av en förenklad beräkningsmodell som ett flertal täkter själva använt sig av, men den konsult som verksamhetsutövaren nu anlitat anger att en mindre volym än den vi får fram är tillräcklig.

Ingående uppgifter i beräkningen (som både vi och konsulten använt sig av) är:
Avrinningsområdets storlek: 9 ha
Flöde vid femårsregn med 10 minuters uppehållstid: 181 l/s ha
Avrinningskoefficient: 0,5

Konsultens beräkning:

Q dim= 9 ha*181 l/sha*0,5=814,5 l/s

Konsulten har sedan beräknat hur mycket vatten som uppkommer under 10 minuter: 814,5 l/s*600s=488700 l= 488,7 m3.

Konsulten anger sedan att dammarnas volym tillsammans ska vara 400 m3.

Vi får inte riktigt ihop detta i och med att dammarna inte ens inrymmer den vattenvolym som uppkommit under 10 minuter och vi ser inte heller hur dammarna ska kunna ge en uppehållstid på 2 h. Vi på miljökontoret har därefter räknat på lite olika sätt, allt ifrån att flödet ut från området inte ska öka från det tidigare utflödet till den enkla tumregel som vi förstått tillämpas ibland (att arean på en damm ska vara någonstans mellan 1-2 % av avrinningsområdet storlek och djupet runt 1 m).

Vi får det till att dammvolymen bör vara runt 900 m3. Vi har än så länge inte så stor erfarenhet av den här typen av beräkningar och skulle därför uppskatta att få lite hjälp med hur vi bör räkna.

EXPERTThomas LarmSpecialist inom dagvattenStormTac AB

SVAR:

Nedan ges först mina synpunkter på använda beräkningar och antaganden, därefter föreslås en annan vedertagen beräkningsmetod som inkluderar andra tumregler för rening av dagvatten. Ett omfattande svar ges eftersom de bedömda ”felen” eller bristerna med använda metoder i frågan först behöver förklaras varefter mer vedertagna metoder också måste gås igenom eftersom tumregler för dessa inte heller är tillräckliga för projektering.

Vid projektering krävs att hänsyn tas till andra platsspecifika parametrar och projektspecifika krav som påverkar, varmed en simulering med modell rekommenderas användas för att få mer tillförlitliga svar. Det finns annars risk att den damm som dimensioneras inte ger avsedd effekt beroende på vilka reningskrav som gäller och vilken partikelstorleksfördelning som inloppsvattnet kommer att ha.

Dimensionerande återkomsttid och varaktighet: Om rening och inte flödesutjämning avses (även om man kan dimensionera för bägge) så är det numera vedertaget att för rening inte dimensionera anläggningen minst utifrån t.ex. ett femårsregn med 10 minuters varaktighet. Endast om fördröjningsvolymen skall dimensioneras kan det bli aktuellt att dimensionera efter återkomsttid på t.ex. 5 år. Men att då dimensionera efter 10 min är normalt inte heller korrekt, eftersom dimensionerande fördröjningsvolym beror på hur strypt utloppet är (vilket maximalt utflöde som väljs) och ett kraftigt strypt utlopp ger normalt flera timmars dimensionerande varaktighet; 10 min gäller bara om det är mycket liten strypning. Referens: P110 (Svenskt Vatten, 2016).

Dimensionerande flöde: Om man skall beräkna ett dimensionerande flöde kan 10 min varaktighet användas, men bara om inte rinntiden är längre än så för annars skall längre varaktighet med lägre regnintensitet (l/s/ha) användas i beräkningen. Följaktligen är beräkningen av dimensionerande flöde korrekt förutsatt att rinntiden är högst 10 min. Det dimensionerande flödet kan användas för att dimensionera transportsystemet till dammen. Beräkningen bör dock inte användas för dimensionering av en reningsvolym, inte heller en fördröjningsvolym (då utflödet också måste beaktas). Referens: P110 (Svenskt Vatten, 2016).

Fördröjningsvolym: Den volym som konsulten beräknat är också korrekt men den visar bara vilken volym som tillrinner under tiden 10 min utan utflöde. Den bör inte användas för dimensionering för rening och är enligt min bedömning normalt inte relevant i dessa sammanhang.

Uppehållstid: Tumregeln som nämns är att uppehållstiden i anläggningen minst bör vara 2 timmar för att en tillräcklig avskiljningsgrad ska uppnås bedöms vara vansklig att använda generellt; uppehållstid för ett flöde vid vilken typ av regn? Avses istället dimensionerande tömningstid vid ett medelregn (som för reningsdammar kan vara i storleksordning 12-24 timmar)?

Uppehållstid vid dimensionerande flöde är t.ex. inte relevant för rening, mer relevant är uppehållstiden vid t.ex. ett flöde från ett medelregn med ca 6,7 h varaktighet och som har regndjupet 7,3 mm, dvs ungefär ett medelregn i Sverige. Eller om ett årsmedelflöde avses så blir det helt andra uppehållstider som gäller. Vi lämnar detta för att uppehållstiden kan simuleras för olika flöden i en modellberäkning men inkluderas inte i tumreglerna som redovisas, se senare i svaret.

Föreslagen dimensioneringsmetod: För att en dimensionerad damm som skall ge tillräckligt bra rening räcker det inte med generella samband eftersom reningseffekten blir helt olika beroende på t.ex. inloppshalt och partikelstorleksfördelning. Små partiklar såsom enligt min bedömning kan komma från bergtäkter erfordrar större dammar än normalt eftersom partiklarna måste få tillräcklig tid att sjunka till botten innan de når utloppet, så just dimensionering från bergtäkter blir extra känsligt och komplext.

Vi bortser från den komplexiteten och antar att det är ett mer ”normalt” dagvatten med lite större partiklar, men självklart med ett spann med olika partikelstorlekar. Dammens reglervolym, om den behövs för att fördröja de högsta flödena, kan som nämnts dimensioneras för t.ex. ett 5-årsregn men reningsvolymen dimensioneras i princip efter små och medelstora regn. Detta är vedertaget då störst mängd föroreningar normalt transporteras med dessa små och medelstora regn. Störst avskiljning sker genom sedimentering mellan avrinningstillfällena varmed det är viktigt att dimensionera dammen med tillräckligt stor volym. Reningsvolymen dimensioneras normalt så att minst 1-3 avrinningsvolymer under medelregn (ca 6-8 timmar och 7-9 mm i Sverige) får plats.

Jag tycker att det av princip är fel att dimensionera dammens reningsvolym för t.ex. ett 5-årsregn. Fokus här är ju dimensionering för rening och inte för transport eller fördröjning för flödesutjämning. Dagvattnet kan t.ex. renas för att klara vissa riktvärden i form av årsmedelhalter (µg/l) eller för att nå ner till en viss mängd (kg/år) utifrån en recipientbedömning (föroreningsbudget).

I frågan nämns 1-2% av området som en tumregel för en dammarea, men den bedöms för grov och tar inte hänsyn till vilken typ av markanvändning det är, t.ex. om det är mer glesbebyggt eller mer tätbebyggt med högre avrinningskoefficient.

För att nå kraven om viss minskad årlig föroreningsbelastning så behöver dammen dimensioneras så den får tillräcklig stor area och volym i förhållande till tillrinningsområdets reducerade area (area x avrinningskoefficient), t.ex. ger en damm av storleken 200 m2/hared en viss reningseffekt och en större damm på 600 m2/hared ger bättre effekt (de flesta väl dimensionerande dammar i Sverige ligger i storlek mellan 70-600 m2/hared). Dammens storlek i förhållande till sitt reducerade avrinningsområde rekommenderas modelleras med hänsyn till beräknade inloppshalter, uppskattad storleksfördelning på partiklarna från bergtäkten etc. Det finns empiriska samband mellan både area- och volymförhållanden och vilka reningseffekter som kan förväntas, men reningseffekten beror även på nämnda platsspecifika parametrar.

Mellan 70-600 m2/hared är alltså normala värden för att beräkna dammens permanenta vattenyta, men specifika krav på recipienten och inloppshalter, valt dammdjup m.m. påverkar vilken storlek och vattenvolym som behövs; reningseffekten blir bättre med strypt utlopp och växter mm. Det strypta utloppet dimensioneras för att tillräcklig lång tömningstid (normalt >12-24 h) under medelregn ska uppnås. Då hinner dagvattnets partiklar sedimentera även under avrinning men annars sker den största avskiljningen som nämnts genom sedimenteringen under tiden mellan regntillfällen.

Det behövs en permanent vattenvolym för att ge bra rening, med ett medeldjup kring förslagsvis 1,2 (0,8-1,5) m. Ett dämt utlopp med en utloppsledning under vattenytan som leds in i en brunn med skibord som håller vattenytan och dammensmedeldjup rekommenderas. Det dämda utloppet hindar även flytande olja att transporteras vidare ut. En absorberande ojeläns kan vid behov anläggas i dammen.

Här kommer några tumregler för beräkning av erforderlig permanent dammvolym, Vp:
Vp (1) = 10 * ᵠ * A * rd = 10 *0,5 * 9 ha* 20 mm = 900 m3
Vp (2) = Ap * hp = 200 m2/hared *0,5 * 9 ha * 1,0 m = 900 m3
Vp (3) = Ap * hp = 600 m2/hared *0,5 * 9 ha * 1,0 m = 2 700 m3

Ap = Dammens permanenta vattenarea, A = Avrinningsområdets area, rd = regndjup och ᵠ = avrinningskoefficent

Siffrorna 900 m3 känns igen från frågan men det är en slump att vi får samma värden eftersom jag här bara antagit värden på koefficienterna, vilka är 20 mm i (1) och 200 resp. 600 m2/hared i (2) och (3).

Dimensionerande sjunkhastighet (Hazen’s ytbelastningsmetod) kan också utgöra en tumregel att jämföra med speciellt när det gäller dagvatten med mindre partiklar än normalt, med låg sjunkhastighet. Normal partikelstorleksfördelning för dagvatten bedöms ligga ca inom 5-40 µm. Den dimensionerande sjunkhastigheten och det dimensionerande flödet är centrala i sammanhanget, liksom partikelhalten (µg/l) in till dammen. Dammytan beräknas med den metoden i princip som flödet dividerat med den dimensionerande sjunkhastigheten (normalt bedömt till v=0,04-0,54 m/h för dagvattendammar).

Som flöde kan förslagsvis flödet från ett medelregn användas. Vi får med ett dammdjup på 1 m då:
Vp (4) = hp *3,6 * Q / v = 1,0 m * 3,6 * 14 l/s / 0,04 m/h = 1300 m3
Valda värden på parametrarna för tumreglerna ger olika reningseffekter och beror på reningskrav. Q = dagvattenflöde, v = sjunkhastighet

I enlighet med ovan beskrivna tumregler så behöver dammen för denna bergtäkt ha en permanent vattenvolym Vp på ca 900-2 700 m3. Men vald dimensionerande Vp bör bero på inloppshalt, partikelstorlek och reningskrav varmed tumregler inte är tillräckligt om det finns reningskrav och om man vill vara säkrare på att dammen får tillräcklig effekt.

Om partiklarna är mycket mindre än normalt och det är stränga utloppskrav behövs en större damm. Om även det dimensionerande flödet behöver utjämnas för att ge ett visst reduceratutflöde så behövs även en reglervolym dimensioneras över den permanenta volymen vilket ytterligare ökar dammvolymen. Om anläggningen utförs med hål för tömning och effektivare sedimentering under medelstora avrinningstillfällen behövs även en första reglervolym för rening.

För att dimensionera dammar utifrån olika parametrar och krav rekommenderas användning av en beräkningsmodell, såsom exempelvis StormTac Web, som tar hänsyn till både reningskrav och platsspecifika förhållanden. På hemsidan www.stormtac.com kan laddas ner PM med förenklade överslagsmässiga dimensioneringsmetoder och med tabeller över vanliga ytbehov. Där finns även artiklar som går (ännu) djupare in i detta.


Det är alltid den enskilda myndigheten som självständigt utformar sina beslut, och som självständigt gör sina bedömningar och som ansvarar mot sina tillsynsobjekt och medborgare. VA-guiden AB, samt de experter som svarar på uppdrag av avloppsguiden/VA-guiden AB, friskriver sig från alla tänkbara anspråk till följd av olyckliga svar eller missförstånd.