Innvirkning av frost på grunne overvannsystemer

Tradisjonelt håndteres overvannet ved å legge overvannsledninger på frostfri dybde som er tilknyttet slukrister på overflaten. Ettersom dette er kostbart og tidkrevende har de økte overvannsmengdene som følge av klimaendringer og urbanisering medvirket til at det har blitt utviklet grunne løsninger...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Rafdal, Asbjørn
Other Authors: Sægrov, Sveinung, Sivertsen, Edvard
Format: Bachelor Thesis
Language:Norwegian Bokmål
Published: NTNU 2019
Subjects:
Online Access:http://hdl.handle.net/11250/2621015
Description
Summary:Tradisjonelt håndteres overvannet ved å legge overvannsledninger på frostfri dybde som er tilknyttet slukrister på overflaten. Ettersom dette er kostbart og tidkrevende har de økte overvannsmengdene som følge av klimaendringer og urbanisering medvirket til at det har blitt utviklet grunne løsninger av rør og renner. Hovedpoenget med denne studien er å innhente mest mulig dokumentasjon og erfaringer om hvordan ulike grunne systemer fungerer ved stabilt kalde temperaturer, daglig frysing/tining og intens nedbør på frossen undergrunn. Det er spesielt fokus på å dokumentere opptredenen til slisserenner og Qmax Storm systemet. For slisserennene er hoveddelen av erfaringene innhentet via et gruppeintervju med tre representanter fra Avinor Gardermoen. I tillegg er det blitt gjennomført kontinuerlige befaringer av tre slisserenner ved Åsveien skole i Trondheim denne vinteren for å dokumentere opptredenen ved ulike værforhold. Oslo lufthavn har benyttet slisserenner i over 20 år, og hadde nyttige erfaringer. For et Qmax Storm system som ble etablert på Trandum denne vinteren er det gjennomført en befaring, samt et intervju med prosjektlederen i etterkant av vintersesongen. I framtiden vil det registreres relevante data fra dette anlegget. Det er også gjennomført intervju med Tromsø, Oslo og Bergen kommune om deres erfaringer med bruk av grunne overvannsystemer, og om rutiner for å fjerne snø og is fra sluk, rister og bekkeinntak. For å utvide forskningsgrunnlaget er det utviklet en metodikk til å gjennomføre forsøk i klimalaboratoriet til SINTEF. Det er bygd en kasse som er isolert på sidene og i bunnen, og fylt med finpukk 4–16 mm. I kassen er det lagt et rør med overdekning på 10 cm, og fem termoelementer er plassert på ulike dybder i modellen for å logge temperaturutviklingen under nedfrysing og opptining. Modellen er bygd for å gjennomføre forsøk med kontinuerlig vannstrømning gjennom røret og vannmettede masser, men begrenset tid gjorde at kun tre forsøk ble utført, samtlige med tørre masser og en lufttemperatur på -5 °C. Både et PVC-rør og et betongrør er testet, med fokus på å måle temperaturutviklingen innvendig og utvendig i toppen og bunnen av røret. På Gardermoen opplever de få problemer med slisserennene. Det har kun oppstått et tilfelle av frostsprengning, og slisserennene fungerer like bra om vinteren som om sommeren. Slissene tettes sjelden, og det oppstår ikke stillestående vann i rennene selv om de ligger uten fall. Både slisserennene ved Åsveien skole og Qmax Storm systemet på Trandum har fungert utmerket denne vinteren. Det ble ikke observert snø eller is inne i noen av systemene, og kun observert små mengder stillestående vann ved et tilfelle i den ene slisserennen. Kommunene hadde lite erfaringer å dele ettersom de benyttet få grunne løsninger, men meddelte at slukristene ofte gikk tett om vinteren og at de derfor har økt bruken av kjeftsluk. Tromsø og Bergen kommune var spesielt oppmerksomme på at snø og is måtte fjernes fra slukrister og bekkeinntak før intense regnfall på frossen grunn. Den viktigste informasjonen fra forsøkene i klimalaboratoriet var den overaskende lange responstiden. Det tok i overkant av en uke å få stabile temperaturer på de ulike dybdene under nedfrysingen. Metodikken fungerte derimot som forventet med tregere respons til dypere termoelementet var plassert, og resultatene illustrerer tydelig at det oppstod en temperaturgradient gjennom rørveggen. PVC-røret hadde en betydelig kortere responstid og større varmestrømning gjennom rørveggen enn betongrøret. Det totale inntrykket er at de grunne løsningene fungerer bra om vinteren, og at frostproblematikken er litt oppskrytt. Veldig få problemer er identifisert, men det er nødvendig å gjennomføre flere laboratorieforsøk for å bedre kunne dokumentere tilstanden. Resultatene ville vært mer interessante dersom forsøkene inneholdt vann. Økt kunnskap om emnet kan bidra til at bruken av grunne løsninger ekspanderer i framtiden. The stormwater is traditionally handled by stormwater pipes at frost-free depth which is connected to drain gates at the surface. Since this is costly and time-consuming have an increased amount of stormwater due to climate change and urbanization contributed to the development of shallow pipe and drainage solutions. The main point of the report is to obtain as much documentation and experience as possible about how different shallow solutions functions with stable cold temperatures, daily freezing/thawing and intense rain events on frozen ground. There is especially focused on documenting the performance of slot drain and the Qmax Storm system. For the slot drains most of the experiences are obtained by a group interview with three representants from Avinor Gardermoen. In addition, inspections of three slot drains at Åsveien School in Trondheim have been carried out continuously during the winter to document the performance at different winter conditions. Gardermoen airport has used slot drains for over 20 years and had useful experiences. For a Qmax Storm system established at Trandum this winter, an inspection and an interview with the project manager after the winter season have been carried out. Relevant data will be recorded from this facility next year. In addition, interviews have been conducted with Tromsø, Oslo and Bergen municipality about their experiences with shallow stormwater solutions, and their routines for removing snow and ice from drain gates and stream inlets. To expand the research a methodology has been developed for carrying out experiments in SINTEF’s climate laboratory. The model consists of a box which is insulated on the sides and in the bottom, and filled with fine crushed rock 4–16 mm. A pipe is placed in the model with a cover of 10 cm, and five sensors are also placed at different depths to log the temperature development during the freezing and thawing process. The model is designed to carry out experiments with continuous water flow through the pipe and with water-saturated masses, but due to limited time available only three experiments were performed, all of them with dry masses and an air temperature of -5 °C. Both a PVC-pipe and a concrete pipe have been tested, with focus on measuring the temperature development inside and outside the top and the bottom of the pipe. At Gardermoen have they experienced few problems with the slot drains. Only one occasion of frost blasting has happened, and the slot drains works just as well during winter as during summer. The slots are seldom clogged, and no stagnant water occur in the slot drains. Both the slot drains at Åsveien school and the Qmax Storm system at Trandum have worked well this winter. No snow or ice has been observed inside any of these systems, and with only one case were small amount of stagnant water observed in one of the slot drains. The municipalities had little experiences to share because all of them use few shallow solutions, but announced that the drain gates often were clogged during the winter. Therefore, they increased the use of “kjeftsluk”. Tromsø and Bergen municipality were especially aware that snow and ice had to be removed from the drain gates and stream inlets before intense precipitation events on frozen ground. The most important information from the tests in the climate laboratory is the surprisingly long response time. It took just over a week to get stable temperatures at the various depths during the freezing. The method worked as expected with slower response to deeper the sensors were placed, and the results clearly illustrate that a temperature gradient occurs through the pipe wall. The PVC-pipe had a significant shorter response time and greater heat flow through the pipe wall than the concrete pipe. The overall impression is that the shallow solutions works very well during winter, and that the frost problem is a bit overrated. Very few problems are outlined, but it is necessary to do several laboratory tests to document the condition even better. The results would have been more interesting if the experiments contained water. Increased knowledge of the subject can contribute to an expanding use of shallow solutions in the future.