Accumulation of Pollutants in Highway Detention Ponds

Publikation: Bog/antologi/afhandling/rapportPh.d.-afhandlingForskning

871 Downloads (Pure)

Abstrakt

Projektet omhandler en undersøgelse af stof- og vandtransport under regn igennem afvandingssystemet for motorveje. Målet er at identificere metoder og modeller til at give en beskrivelse af de stof- og vandstrømme som sendes videre fra vejenes afløbssystem til omgivelserne samt at anvende disse modeller med henblik på at opnå viden til brug for forbedret dimensioneringspraksis for disse systemer, således at forureningspåvirkningen af omgivelserne evt. kan reduceres. Samarbejdsprojektet med Vejdirektoratet har udgangspunkt i lovene vedrørende anlæg af nye motorveje og motortrafikveje henholdsvis ved Herning, mellem Odense og Svendborg og mellem Holbæk og Vig, hvor der i henhold til bemærkningerne til lovene skal iværksættes de her omtalte undersøgelser for de nye vejstrækninger.

Der knytter sig særlige problemer når det gælder om at forudsige forureningsbelastningen fra regnbetingede afstrømninger fra vejsystemer. Hovedproblemet er, at regnens intensitet er meget varierende hvilket medfører at afstrømningen ligeledes varier stærkt i tiden. Derfor er det er i praksis umuligt ud fra enkelte målinger, at forudsige, hvad de gennemsnitlige årlige forhold er. Den metode, som har vist sig at være den mest effektive, til at overkomme problemet med den tidsmæssige variation er at foretage et såkaldt hindcast, hvor man ud fra en database med mange års regnmålinger (historiske regn) simulerer det præcise afstrømningsforløb af samtlige regnhændelser. Ud fra disse resultater kan så de gennemsnitlige årlige værdier beregnes. Denne metode er efterhånden blevet almindelig praksis ved beregning af kommunale afløbssystemer. Imidlertid er tredimensionelle beregninger meget beregningstunge. Igennem projektet er det forsøgt via hændelses baserede tredimensionelle modeller at danne en forståelse af de styrende parametre for primært stoftilbageholdelse, for herigennem at kunne fastlægge metoder til den almindelige dimensionering af afvandingssystemer for motorveje.

Undersøgelsen omfatter primært forureningskomponenter på partikulær form og omfatter polycycliske aromatiske hydrokarboner (PAH), fraktioner af hydrokarboner (benzen → tunge olier) samt tungmetallerne bly, cadmium, kobber, krom, nikkel og zink pga. af deres hyppige forekomst i vejvand og deres negative miljømæssige effekt.

Der udføres detaljerede målinger på vand og stoftransporten i afløbssystemet på en udvalgt lokalitet ved rute 9, Svendborg - Odense samt otte andre våde bassiner i Danmark. Der etableres et specielt forsøgsbassin, som er mindre end de normale bassiner. Forsøgsbassinet udformes som en kanal udført i beton, hvori der foregår en ensformig todimensional strømning i én retning. Kanalens længde er 30 m, bredde 0,8 m og dybde 1,2 m. Herved opnås de mest veldefinerede forhold i relation til måling af hvorledes det partikulære stof sedimenterer ud på bunden. Resultaterne fra forsøgsbassinet overføres til de virkelige bassiner, hvor strømningen er tredimensional, via numeriske modeller. Det partikulære stof analyseres i laboratoriet for fordeling af sedimentationshastighed på kornstørrelsesfraktioner og de enkelte fraktioner analyseres for forureningskomponenter. Desuden foretages erosionsforsøg (resuspension) i laboratoriet med strøm og bølger.

Overordnet set viser dette studie at størstedelen af den tilførte masse af partikel bundet forurening akkumuleres i de danske regnvandsbassiner. Effektiviteten for tilbageholdelse antager en værdi i størrelsesorden af 80 %. En vigtig parameter i forbindelse med tilbageholdelsen af partikulært stof er vinden forstået således at roligt vand tilbageholder mere stof end uroligt vand. Vindens påvirkning af bassinerne kan reducere effektiviteten kraftigt og endda forårsage en negativ effektivitet grundet resuspension af allerede sedimenteret forureningspartikler.

Der er opsat en endimensional transportmodel som kan beskrive:

1. Opbygningen af forurening på vejoverflader
2. Fjernelsen af forurening pga. regn
3. Transporten af vand og forurening gennem afløbssystemer til regnvandsbassiner

Denne model kan anvendes over flere år med f.eks. historiske nedbørsdata og kan således anvendes til forudsigelse af belastningen af regnvandsbassinerne både med hensyn til stof og vand.

Der er opsat en tredimensional transportmodel for bassinerne som kan beskrive:

1. Transporten af vand, opløst stof og partikulært stof i bassinerne under vilkårlige nedbørshændelser og vind generede strømninger og bølger.

Den tredimensionale model er et essentielt stykke værktøj i forbindelse med evaluering af både eksisterende og planlagte bassiners evne til stoftilbageholdelse og der vurderes om der på grundlag af resultaterne herfra kan opstilles en forsimplet endimensional model til brug for langtidsberegningerne.

OriginalsprogEngelsk
UdgivelsesstedAalborg
ForlagDepartment of Civil Engineering, Aalborg University
Antal sider150
StatusUdgivet - 2008
NavnDCE Thesis
Nummer13
ISSN1901-7294

Emneord

  • CFD
  • Motorveje
  • Tungmetaller
  • PAH
  • Regn
  • Resuspension
  • Afstrømning
  • Vind inducerede strømninger og bølger

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Accumulation of Pollutants in Highway Detention Ponds'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater