Turbiditetsmätning vid övervakning av fyllningsdammar

Sammanfattning:

Inre erosion, som är orsaken till 1/3 av alla dammbrott och skador på fyllningsdammar, bildas när det naturliga läckagevattnet genom dammen för med sig eroderat material. Sjunkgropar på dammkrönet bildas då jordmaterial successivt rasar ner där ett jordunderskott utvecklats till följd av erosionen. Då dessa hål på markytan upptäcks, har i regel erosionen pågått länge. Det finns rapporterade skador på fyllningsdammar som föregåtts av grumligt vatten nedströms dammen. Att övervaka grumligheten, även kallad turbiditeten, på läckagevattnet, kan ge en god bild av dammens status beträffande inre erosion. Dammsäkerhetsbranschen är av samma positiva åsikt gällande mätmetodens möjligheter, men kunskapen är begränsad. Syftet med detta examensarbete är att skapa större förståelse för turbiditetsmätning inom dammsäkerhetsbranschen och att vidareutveckla användbarheten på befintlig utrustning beträffande detektion av jordpartiklar. Detta görs genom en litteraturinventering, kontakt med representanter från andra branscher, samt genom laboratorieförsök. Turbiditet mäts genom att en sensor registrerar mängden utsänt ljus från en ljuskälla som reflekteras av partiklar i en vätska. Ju fler partiklar i lösningen, desto större reflektion av ljuset, och därmed en högre turbiditet. Turbiditet mäts i flera enheter, men FTU, FNU (Internationell standard) och NTU (Amerikansk standard) har accepterats som primära standards för mätning. Referenslösningen Formazin används för att kalibrera dessa mätenheter och därigenom säkerställa att sambandet mellan enheterna är FTU=FNU=NTU. Turbiditet mindre än 20 FNU är, i föreliggande studie, svår att uppfatta visuellt. Turbiditetsmätare som används för kontinuerlig mätning vid fyllningsdammar finns installerade i mätbrunnar som samlar upp läckagevatten från dammen. Att veta partikelhalten i läckageflödet är av intresse ur dammsäkerhetssynpunkt, men turbiditeten kan endast korreleras mot partikelhalten om samtliga partiklar som mäts är av samma storlek och form, vilket ej är att förvänta. Därför bör denna korrelation undvikas vid fyllningsdammar. Vid kontakt med andra användare av tekniken, kunde inga direkta problem eller nackdelar utpekas. I en laboratorieuppställning, liknande en branschtypisk mätbrunn med ett konstant vattenflöde och kontinuerlig turbiditetsmätning, tillsattes kända fraktioner av bland annat ett moränmaterial av den typ som används som tätkärna i fyllningsdammar, samtidigt som turbiditeten registrerades. Även inverkan av mätsensorns placering, samt inverkan av luftbubblor och andra faktorer undersöktes. Placeringen av mätsensorn i mätbrunnen, samt inverkan av luftbubblor i vattnet och övrig yttre påverkan, visade sig ha marginell effekt på turbiditeten i jämförelse med inverkan av de finaste jordpartiklarna. Generellt kan det konstateras, utifrån gjorda laboratorieförsök, att de finaste partiklarna i materialet som undersökts påverkar turbiditeten mest, och framförallt lerpartiklarna. Kaolinlera påverkade turbiditeten mest i laboratorieförsöken, och detta förklaras dels med dess små partiklar, men kan även bero av den stora specifika ytan på lermineralet kaolinit. Inverkan på turbiditetsmätning av partiklars specifika yta bör undersökas vidare då den kan ha större inverkan jämfört med kornstorleken. Partikelanalys visade att även en del partiklar mindre än 0,063 mm, som sannolikt påverkar turbiditeten, sedimenterade i mätbrunnen i laboratorieförsöken. För samtliga material i försöken med kornstorlek mindre än 0,063 mm, kunde ett exponentiellt samband för avklingningen av turbiditeten ses, även vid varierad kornstorlek och inblandningsmängd. Denna trend kan möjligtvis användas då ett minsta mätintervall ska bestämmas för kontinuerlig mätning. Även kaolin följer samma trend, men påverkar turbiditeten mer än dubbelt så mycket som myanit och moränmaterialet. Ett medelvärde på turbiditeten övervakas kontinuerligt, och för en stor fyllningsdamm är det mindre troligt att ett inre erosionsförlopp kan undgå att detekteras. Likväl kan det finnas risk att en hög turbiditet kan undgå att detekteras om ett långt mätintervall används vid övervakning. Turbiditetsmätare, mätmetod, mätintervall och larmgränser bör väljas unikt för varje damm med avseende på syftet med mätningarna, samt vilka partiklar som förväntas förekomma.