Vattnets väg i dammen simuleras med dator
Strömningsanalys med dator har under flera år använts inom andra teknikområden, men inte för att mäta flöden i dammar. Åsa Adamsson vid Institutionen för vatten, miljö, transport på Chalmers har i sitt doktorsarbete utvecklat metoder för strömningssimuleringar i tre dimensioner även för dammar. Dessa beräkningar är mer tidskrävande än tidigare använda metoder men ger möjligheter att i detalj studera hastighetsfördelning och virvlar i en damm.
Regnvatten som rinner över hårdgjorda ytor, till exempel vägar och tak, transporterar föroreningar till mark och vattendrag. Att använda dagvattendammar är ett erkänt och numera vanligt sätt att förbättra kvalitén på detta vatten innan det rinner ut i sjöar och hav. Hur väl dammen fungerar beror på flödesförhållandena såsom hastighetsfördelning och kortslutande strömmar. En väl fungerande damm kännetecknas av lång uppehållstid för föroreningarna så att de faller till botten, sedimenterar.
För att bättre förstå de processer som påverkar sedimenteringen, utforma effektivare dammar eller utvärdera hur en redan byggd damm fungerar, kan man använda datorsimuleringar. Traditionellt har man använt tumregler och enklare datormodeller i en och två dimensioner vid utformning av dagvattendammar. Den vanligaste metoden för att bedöma hur väl en damm fungerar har emellertid varit mätningar.
– För att kunna använda tredimensionell simulering som ett ingenjörsverktyg för utformning av dammar, är det viktigt att resultatet från en simulering speglar de verkligs flödesegenskaperna i dammen. Därför har jag jämfört simulering och mätning i skalmodeller av en rektangulär dagvattendamm och ett utjämningsmagasin. Överensstämmelsen är god mellan mätning och simulering, förklarar Åsa Adamsson.
– En damm bör utformas så att kortslutande strömmar undviks eftersom de förkortar uppehållstiden för föroreningar. Datorsimuleringar visade att en ö placerad framför inloppet är bästa sättet att undvika kortslutningsströmmar i en befintlig damm. Bäst effekt får man om ön utformas så att det inkommande vattnet träffar ön vinkelrätt, fortsätter hon.
En stor del av partiklar och tungmetaller i dagvatten avskiljs genom sedimentering. Vid simulering av sedimentering är randvillkoret för vad som händer med partiklar när de når bottnen viktigt för att kunna utföra de nödvändiga beräkningarna. Åsa Adamsson föreslår ett randvillkor baserat på skjuvspänningen vid bottnen. Det är ett enkelt randvillkor, men ger trots detta goda resultat vid jämförelse med laboratoriemätningar för sedimentavskiljning. Simuleringar kan också användas till att förutsäga var i dammen sedimentering kan ske.
Avhandlingen ”Three-Dimensional Simulation and Physical Modelling of Flows in Detention Tanks – Studies of Flow Pattern, Residence Time and Sedimentation” försvarades vid en offentlig disputation på Chalmers under våren 2004.
Åsa Adamsson är uppvuxen i Skultorp utanför Skövde.
Kontaktinformation
Mer information
Åsa Adamsson, Institutionen för vatten, miljö, transport, Chalmers tekniska högskola, tel 031-772 2151,
e-post asa.adamsson@wet.chalmers.se
