Nr. 126. Terskelsystemer – Nivåregulering og avlastning av store vannmengder

Formål

Dette bladet omfatter terskelsystemer for avlastning i avløpssystemer.

Typiske bruksområder:

• Nødoverløp i fellesystemet og i overvannsys temet (figur 1 og figur 2)
• I tilknytning til kloakkrenseanlegg for avlastning og splitting av vannstrømmer.
• I fordrøyningsanlegg for å bedre magasinutnyttelse (figur 3)

Begrensinger

Terskelsystemer som krever el. tilknytning og måleteknisk utstyr for registrering av vannivåer omtales ikke (For nivåmåling henvises det til VA-miljøblad 55).

Funksjonskrav

Terskelen/nivåregulatoren skal tilfredsstille følgende krav:

• Hydraulisk funksjon godt dokumentert (hydraulisk kontroll)
• Optimal utnyttelse av tilgjengelig plass
• Tilrettelagt for mengdemåling (der det er påkrevd)
• Tilgjengelig for drift og vedlikehold (kumutforming)
• Være en trygg arbeidsplass ved inspeksjon og drift.

Figur 1. Redusert oppstuvning og risiko for kjelleroversvømmelse

Figur 2. Høyere terskelnivå og mindre tilførsel av fremmedvann

Figur 3 Bedre magasinutnyttelse i fordrøyningsanlegg

Løsninger

Grunnleggende hydraulikk (1)

Overløpsmengden kan beregnes etter POLENI.

Figur 4. Symbolforklaring til formel [1]

Terskelens egenskaper er i stor grad bestemt av terskelens geometri, og beskrives med terskelkoeffisienten, µ. For nøyaktig fastsettelse av terskelkoeffisienten, er det flere forhold som spiller inn. Dette inkluderer strømningstverrsnitt, vannhastighet, strømningsretning i forhold til terskel og forholdet mellom vanndybde og terskelhøyde. Det henvises til ref (2) for mer informasjon.

Tabell 1 lister typiske µ-verdier for ulike terskelgeometrier.

Tabell 1. Terskelkoeffisient (µ) for forskjellige terskelgeometrier ved fritt overløp (1).

Terskelkoeffisientene over forutsetter terskler vinkelrett på strømningsretningen. I praksis er dette ofte ikke tilfelle. I et sideoverløp vil eksempelvis vannivået (h) ikke være konstant langs overløpsterskelen. For å ta hensyn til blant annet dette, anbefaler den tyske standarden for dimensjonering av avløpsanlegg (ATV-A 111, 1994) at µ = 0,5 skal benyttes for alle terskelprofiler med unntak av skarpkantet og prefabrikkerte kalibrerte terskler.

Når nedstrøms vannivå ikke gir fritt overløp, reduseres kapasiteten.

Figur 5 Symbolforklaring ved neddykket terskel (ikke fritt overløp).

Figur 6. Reduksjonsfaktor ( φ ) for neddykket terskel, ligning 1.

Terskler for avlastning av store vannmengder

Ved avlastning av store vannmengder, er det avgjørende å sikre at vannivå oppstrøms terskel ikke fører til oversvømmelser. Videre må tilgjengelig plass og maksimal terskellengde tas hensyn til ved valg av terskelløsning. En effektiv terskel kan både redusere nødvendig terskellengde, oppstrøms oppstuvning, og eventuelt tillate høyere terskelnivå (reduserer faren for tilbakeslag fra resipient) Jfr fig 1 og 2.

Figur 7 viser eksempler på kapasitet til ulike terskelsystemer. Angitt terskelbelastning forutsetter fritt utløp fra terskelen.

Figur 7. Oppstuvningsnivået som funksjon av terskelbelastningen (l/s pr. m terskel) for ulike typer terskelsystemer (3).

Terskler for registrering av vannføring

Hvis terskelfaktoren (µ) og evt reduksjonsfaktoren (φ) er etablert, kan vannføringen over terskelen (Q) registreres ved å måle nivået (h). For å få en nøyaktig registrering av overløpsmengden med en skarpkantet terskel, bør vannivået (h) være minst noen centimeter. I tillegg bør terskelen ventileres fra undersiden (unngå hevertvirkning). Videre anbefales at nivåregistreringen skjer med en avstand 3 – 4 hu fra terskelen.

Figur 8. Symbolforklaring til formel [3]

Undersøkelser i Tyskland (5) har vist at tradisjonelle terskler ved små vannivåer (h) gir en ustabil variasjon («erratic variation») terskelfaktoren (µ) , helt opp mot +100%. Dette resulterer i unøyaktige beregninger av vannføring (Q), basert på måling av vannivå (h), ved små vannføringer. Lokalisering av nivåmåler, plassering og utforming av eventuell skumskjerm, vil også påvirke sammenhengen mellom vannføring (Q) og vannivå (h).

I overløp som til stadighet er i drift, vil typisk en stor andel av det akkumulerte overløpsvolumet bli generert ved relativt små vannføringer. Ved registrering av overløpsmengde i slike overløp, er det viktig å oppnå tilstrekkelig nøyaktighet også ved lav vannføring og lavt vannivå.

Det finnes prefabrikkerte og kalibrerte terskler med spesiell utforming, som gir nøyaktige og reproduserbare målinger selv ved små vannivåer, og som tar høyde for terskelposisjon og plassering av nivåmåler.

Figur 9. Eksempel på prefabrikkert og kalibrert terskel med tilpasset skumskjerm – for registrering av overløpsmengde (5).

Forurensingsmessige forhold

For å begrense forurensingsutslipp, krever tyske retningslinjer (6) at overløpskanten ligge høyere enn halve diameteren (0.5D) av innkommende avløpsledning (Figur 9). Samtidig bør terskelbelastningen i fellessystemet (bunntransport) ikke overstige 300 l/s per m terskellengde (700 l/s/m uten bunntransport)

Ved å montere skumskjerm, holdes flytestoffer tilbake. For samtidig å minimalisere utløpstapet settes krav til minsteavstand mellom skumskjerm og terskel.

Figur. 10 Krav til terskelhøyde (6)

Figur 11. Skumskjerm holder flytestoffer tilbake (6)