Blandning och omsättning i dricksvattenreservoarer

Rapport, 2007

Rapporten redovisar resultat från undersökningar av blandningsprocesser i dricksvattenreservoarer. Motivet till studien är den potentiella risken för kvalitetsstörningar i samband med långa uppehållstider i reservoarer. Tyngdpunkten i studien ligger dock på den hydrauliska analysen. Det övergripande syftet är att utreda hur olika parametrar påverkar blandningsprocessen och hur man undviker stagnation. Studien begränsas till reservoarer som omsätts enligt blandningsprincipen, d.v.s. där den magasinerade volymen successivt byts ut genom utspädning med nytt vatten. Analys av pluggflödestankar ingår inte i studien. Underlaget i utredningen utgörs dels av resultat från temperaturmätningar i två högreservoarer i Göteborgs kommun, dels av resultat från simuleringar med en tredimensionell datormodell. Mätningarna visade att en stabil temperaturskiktning uppstod i båda reservoarerna under sommarmånaderna när temperaturen i ledningssystemet var hög och inkommande vatten var 0,5–1,5 °C kallare än i reservoarerna. I dessa fall upphörde inblandningen av nytt vatten i den övre delen av volymen. Observationerna i fält visar att det behövs en metod för att avgöra i vilka situationer temperaturskiktning och stagnation uppstår i reservoarer. Det mest kritiska fallet med avseende på omsättningen är då inkommande vatten har högre densitet. Då riskerar det nya vattnet att lägga sig i botten och tappas av innan det har hunnit blanda sig med resten av volymen. Om så sker kan flödet i reservoaren liknas vid ett pluggflöde av typen ”sist in - först ut”. Baserat på grundläggande egenskaper hos turbulenta jetstrålar analyserades ett blandningsvillkor som tillämpats i tidigare studier. Blandningsvillkoret gäller fallet när inkommande vatten har högre densitet och bestämmer det lägsta (kritiska) inflöde som förhindrar stagnation i den övre delen av volymen. Konstanterna i blandningsvillkoret bestämdes med datormodellen för några vanliga typer av konstruktioner. Modellresultaten kontrollerades mot temperaturmätningarna och sammanställdes i diagram. Med hjälp av diagrammen kan man enkelt ta reda på om stagnation uppstår för givna värden på inflöde, djup, inloppsdiameter och temperatur. Diagrammen visar också hur ett stagnationsproblem kan åtgärdas genom att ändra på en eller flera av parametrarna. En generell slutsats är att risken för stagnation är störst i djupa reservoarer med stor inloppsdiameter och horisontellt riktat inlopp. I många fall kan dock problem med stagnation lösas genom att reducera inloppsdiametern med en dysa så att inloppshastigheten höjs över det kritiska värdet för reservoaren.