Avrinnings- och CFD-modellering för optimalt vattenuttag i en dagvattendamm : En pusselbit i återanvändning av dagvatten

Sammanfattning: I detta examensarbete har en vägdagvattendamm i Lunds nordöstra stadsdel Brunnshög undersökts och modellerats. Syftet med studien var dels att ta fram en metod för att mäta sedimenteringshastigheter hos partiklar i dammen, dels att bygga upp en 3D-modell av dammen och simulera flödet samt fördelningen av suspenderade ämnen för på så sätt försöka avgöra var i dammen det lämpar sig bäst att ta ut vatten för återanvändning. Dammen delades in i sex olika zoner och vattenprov med suspenderat material samlades in från botten i varje zon. För mätningen av sedimenteringshastigheter mättes absorbansen i de olika proven över tid i en våglängd och översattes sedan till partikelkoncentrationer. En endimensionell modell baserad på Mason-Weaver-ekvationen ställdes upp i programmet COMSOL Multiphysics och resultaten från absorbansmätningen importerades till programmet för att kalibrera modellen till experimentella värden och därigenom ta fram sedimenteringshastigheter för de olika zonerna. Det visade sig att de sedimenteringshastigheter som erhölls från denna analys befann sig mellan 3,7E-6 - 5,8E-6 m/s. Det var ingen större skillnad mellan de olika zonerna och slutsatsen drogs att de modellerade sedimenteringshastigheterna som resulterade från analysen motsvarar genomsnittliga hastigheter för många olika partikelstorlekar men att små partiklar omkring 2-3 mikrometer dominerar i de prov som togs. Metoden bör vidareutvecklas genom att dela in prov i olika partikelstorleksklasser och göra analysen på dessa. För den 3-dimensionella modellen byggdes en modell av dammen upp i QGIS och Fusion360 med hjälp av fältmätningar av dammens djup och data inhämtad från Lantmäteriets GET-tjänst. En avrinningsmodell för inflödet till dammen baserat på regndata från perioden maj 2022 byggdes upp i MS Excel med hjälp nivådata hämtad från ScalgoLive och kalibrerades genom att använda uppmätta nivåer från en nivågivare installerad i dammen. En CFD-modell med RANS ekvationer användes för att simulera flödet genom dammen under två regnhändelser i COMSOL Multiphysics och koncentrationen av inkommande suspenderat material baserades på prov som inhämtats från dammens inlopp och analyserats i labbet medan ett medelvärde av de sedimenteringshastigheter som analyserats i den endimensionella modellen användes för att simulera partiklarnas sedimentering. Simuleringen visade att partikelkoncentrationen blev mycket hög i dammen och att sediment samlades i zon 5, nära dammens hörn. Den tydde också på att sediment sköljdes upp från dammens botten och att det därför även bildades en hög koncentration i utgående vatten. Detta berodde på att inflödet till dammen var högt och turbulent samt att dammen var modellerad som en oföränderlig, sluten volym under simuleringens förlopp. Vad gäller valet av uttagspunkt för uppumpning till membranfilteranläggningen visade modellen att zon 2 skulle lämpa sig bäst eftersom det i denna zon samlades minst sediment i vattenkolumnen samt att det gick fortast för koncentrationen suspenderat material att minska där efter avslutad regnhändelse jämfört med i de andra zonerna. Dock är vattnet grunt i zon 2 vilket skapar en risk att munstycket till slangen tar in sediment från botten. Därför borde detta resultat tolkas med försiktighet och andra uttagspunkter lämpar sig möjligen bättre i verkligheten.