Vannkvalitet i drikkevannsforsyning : modellering av klorkonsentrasjon i ledningsnett

Abstract

Hydrauliske modeller er mye brukt for planlegging og drift av ledningsnettsystemer. I dag er det lite fokus på bruk av modeller for å simulere vannkvalitet i Norge. Hovedmålet med denne oppgaven er å undersøke modellene for å kunne vurdere hva som skal til for at en hydraulisk modell skal klare å simulere vannkvalitet i et ledningsnett.

Denne oppgaven bruker modelleringsprogrammene EPANET og AQUIS til å simulere spredningen og nedbrytningen av fritt klor i Oppegård kommune sitt ledningsnett. Dette innebærer å bygge og kalibrere en modell. Kalibrering av vannkvaliteten er gjort ved å analysere korttidsnedbrytningen av klor for å bestemme en reaksjonskoeffisient for vannet i Oppegård. Modellen er kalibrert hydraulisk ved å legge inn vannmengder fra driftskontrolldata. I tillegg er det gjort målinger i fire punkter på Oppegård sitt ledningsnett, som resultatene fra programmene sammenlignes mot.

Det viste seg at målingene ved Oppegård vannverk ikke ga noen gode inputverdier for reaksjonskoeffisienten for vannmassen (Kb). Målemetoden så på korttidsnedbrytningen av klor, som ga en høy Kb (-12,36 1/døgn) sammenlignet med lignende undersøkelser (-0,5 1/døgn). Dette viser at korttidsnedbrytning av klor, ikke vil være representativt for langtidsnedbrytning av klor som modellene trenger. Ettersom Kb ikke ble funnet ved målinger, ble den bestemt i EPANET (-1,15 1/døgn) og AQUIS (-0,96 1/døgn) ved prøving og feiling.

Konsentrasjonen av fritt klor EPANET og AQUIS beregner, samsvarer med målingene på forskjellige punkter i ledningsnettet dersom Kb i hvert program bestemmes ved prøving og feiling. Det er derfor ut fra forsøkene vist at modeller kan benyttes til å beregne restklor rundt om i ledningsnettet, da fire forskjellige målinger predikeres rett med en funnet Kb. Programmene regner forskjellig alder på vannet i Oppegårdmodellen. Ved å sammenligne en simpel modell med Oppegårdmodellen, viser det seg at differansen mellom hva programmene regner øker med kompleksiteten til modellene. Variasjonen EPANET beregner for alder og konsentrasjon av fritt klor i endeledninger stemmer ikke overens med teorien eller hva AQUIS beregner. Det er midlertidig grunn til å tro at AQUIS regner mer nøyaktig enn EPANET, ettersom AQUIS lager flere tidssteg enn det som er angitt i programmet. Dette gir en høyere nøyaktighet. Det ble ikke funnet ut om EPANET gjør noe tilsvarende.

Hydraulic models are widely used in the planning and operation of water distribution networks. Currently in Norway, it has been little focus on the use of models to simulate water quality. The main objective of this study is to examine models to assess what is needed for a hydraulic model to simulate water quality in a network.

This study uses the simulation programs EPANET and AQUIS to model the dispersion and decay of free chlorine in the water distribution network of Oppegård. This involves building and calibrating a model. The water quality calibration is done by analyzing the short time decomposition of chlorine, to determine a bulk decay coefficient. The hydraulic calibration is done by adding water demands to the model from operation control data. In addition, measurements from four different locations in the network are compared with the results from the computer programs

The measurements at Oppegård waterworks gave no good input values for the bulk decay coefficient (Kb). The method that was used, studied the short time decomposition of chlorine, which provided a high Kb (-12,36 1/day) compared to similar studies (-0,5 1/day). This shows that the short time decomposition of chlorine will not be representative for the long time decomposition of chlorine models need. As Kb was not found, it was determined in EPANET (-1,15 1/day) and AQUIS (-0,96 1/day) by trail and error.

The calculated concentration of free chlorine in EPANET and AQUIS match the measurements done in the network, when Kb in each programs are determined by trial and error. This study have shown that models can be used to simulate chlorine residuals in water distribution networks, when four different measurements are predicted correctly with a found Kb. EPANET and AQUIS calculates various water age in the Oppegård model. By comparing a simple model with the Oppegård model, it turns out that the difference between what the programs calculate increases with the complexity of the models. The age and concentration of free chlorine, which EPANET calculates in branches, do not match theory or what AQUIS calculates. There is a temporary reason to believe that AQUIS calculates more accurate than EPANET, since AQUIS adds additional time steps than what is specified in the program. This provides a higher accuracy. It was not found that EPANET does something similar.