Innholdsfortegnelse

Nr. 74. Regnvannsoverløp. Valg av løsning og utforming

Formål

Regnvannsoverløp er en viktig del av avløps-systemet der nettet, eller deler av nettet, er utført som fellessystem. Overløpets oppgave er å hindre overbelastning av nedstrøms ledningsnett under nedbør og snøsmelting. Dette VA/Miljø-bladet skal gi kunnskap om valg og utforming av løsninger med formål å videreføre mest mulig av forurensningene under kontrollerte hydrauliske betingelser. Forurensningsforskriftens krav om best tilgjengelig teknologi legges til grunn.

Begrensninger

VA/Miljø-bladet begrenser seg til de tre vanligste overløpstypene; tverroverløp, sideoverløp og virveloverløp. Strupeledning for mengderegulering anses ikke å tilfredsstille kravet om best tilgjengelig teknologi og er av den grunn ikke beskrevet. Vannføringsregulatorer med automatisk endring av strømningstverrsnittet under drift og registrering/overvåking av overløputslipp er ikke omtalt.

Funksjonskrav

For å begrense forurensning av resipienten (uten at det medfører uforholdsmessige store kostnader) og hindre overbelastning av ledningsnettet, skal overløp dimensjoneres, bygges, drives og vedlikeholdes med utgangspunkt i best tilgjengelig teknologi og fagkunnskap.

Overløpet skal tilfredsstille følgende funksjonskrav:

Videreføre mest mulig av forurensningene.
Gi tilfredsstillende hydraulisk kontroll.
Kreve minst mulig drift og vedlikehold.
Være en trygg arbeidsplass ved inspeksjon og drift.

Det skal legges til rette for at rutinemessig inspeksjon og drift skal kunne utføres fra bakkenivå. Dette anses som et absolutt krav for anleggsdeler som er spesielt utsatt for tilstopping, eksempelvis overløpets utløp for videreført vannmengde.

Overløpets vannføringsregulator bestemmer videreført vannmengde fra overløpet, og spiller en nøkkelrolle i drift og forurensningssammenheng. Regulatoren som installeres skal være prefabrikkert. Basert på tester utført av en uavhengig institusjon skal leverandøren kunne dokumentere regulatorens funksjon. Det kreves en nøyaktighet på min. +/- 10% ved dimensjonerende videreført vannmengde. For å redusere sannsynligheten for tilstopping skal normalt minste strømningstverrsnitt være større enn D=150 mm. Velges et mindre strømningstverrsnitt skal det være mulig på en relativt enkel måte å øke strømningstverrsnittet.

Løsninger

GENERELT

Et regnvannsoverløp består i hovedsak av innløp, overløpskammer med skumskjerm og terskel, utløpskammer med utløp, og vannføringsregulator, se figur 1.

Figur 1: Overløpets ulike deler /2/.

Dagens teknologi bygger på systematisk utprøving av ulike typer i lab skala utført i Storbritannia i 1980 årene /1/. NORVAR Prosjektrapport nr. 29/1993 /2/ benyttes i dag som underlag ved planlegging av regnvannsoverløp. Siden utgivelsen av NORVAR rapporten har arbeidet i Storbritannia blitt sluttført gjennom utprøving av anleggene i full skala /3/. I tillegg har et nytt tysk konsept blitt lansert /4/. For regulering av videreført vannmengde benyttes i stor utstrekning ulike typer virvelkammer /5/.

TYPISKE EGENSKAPER FOR ULIKE OVERLØPSTYPER

Tabell 1: Regnvannsoverløp som anses å tilfredsstille kravet om ”best tilgjengelig teknologi”.

Overløpstype	Kommentar
Tverroverløp	Fast terskelhøyde, liten høydeforskjell innløp/utløp, prisgunstig.
Høyt side-overløp	Variabel terskelhøyde, lav og lang terskel, spesielt godt egnet for store vannmengder og områder med lavtliggende kjellere, liten høydeforskjell innløp/utløp. Krever liten plass utover selve rørgrøften.
Virveloverløpmed åpen virvel	Fast terskelhøyde, krever stor videreført vannmengde for å oppnå tilfredsstillende driftsstabelitet, få anlegg i Norge, stor høydeforskjell innløp/utløp. For dimensjonering henvises til /2/.
Virveloverløp med lukket virvel (1)	Fast terskelhøyde, overløpets utløp for videreført vannmengde er ikke synlig/lett tilgjengelig fra bakkenivå. Stor høydeforskjell innløp/utløp. For dimensjonering henvises til /2/.
Virveloverløp med lukket virvel (2)	Variabel terskelhøyde. Lisensprodukt; dimensjonering utføres av leverandør /4/. Stor høydeforskjell innløp/utløp.
Virveloverløp med lukket virvel (3)	Lisensprodukt; dimensjonering utføres av leverandør /3/. Ingen anlegg i Norge. Stor høydeforskjell innløp/utløp.

Anmerkning: Terskelhøyden tilsvarer høyde-forskjellen mellom bunn innløp og terskelnivået.

VALG AV OVERLØPSTYPE OG DIMENSJONERINGSPROSESS

Etablering av rammebetingelser (4.4.1).
Beregning av innløpsdiameter (4.4.2, 4.4.3).
Valg av overløpstype (4.2, 4.4.4).
Dimensjonering av overløpet (4.4.5, 4.4.6).
Valg og dimensjonering av vannførings-regulator (4.5).
Kontroll for selvrensing, maksimal oppstuvning, springflo, leggedyp og fallforhold, belastningsforhold (trafikk, oppdrift).
Revurdering av løsning.

VALG OG DIMENSJONERING AV OVERLØPET

DIMENSJONERENDE RAMMEBETINGELSER

Før valg og dimensjonering av overløp må følgende rammebetingelser/forhold kartlegges:

Dimensjonerende videreført vannmengde

eller overløpets grensebelastning (q_v,dim) tilsvarer videreført vannmengde når overløpet starter å avlaste. Denne grensebelastningen er avgjørende for hvor ofte overløpet trer i funksjon, overløpets driftstid, mengde- og forurensningsutslipp. q_v,dim fastlegges ut fra forurensnings- og kapasitets-messige forhold i avløpssystemet og resipienten. Ut fra faren for tilstopping bør normalt grensebelastningen ikke være mindre enn 5 – 10 l/s (jfr. kap. 3; minste strømningstverrsnitt).

Dimensjonerende vannmengde mht partikkelavskilling (Q_dim)

legges til grunn ved dimensjonering av overløpet, eller sagt på en annen måte, bestemmer overløpets størrelse/dimensjoner. Q_dim tilsvarer ett års flom.

Dimensjonerende maksimal tilrenning til overløpet (Q_max,dim)

legges til grunn ved kontroll for maksimal oppstuving/vannivå i oppstrøms kum og dimensjonering av overløpets utløpskammer/ ledning. Q_max,dim fastsettes med utgangspunkt i anbefalinger gitt i veileder i overvannshåndtering /6/ tilpasset lokale forhold.

Tørrværstilrenning/ selvrensing

Av driftstekniske hensyn er det ønskelig at avrenningen under tørrvær ikke overstiger kapasiteten til overløpets tørrværsrenne samtidig som avrenningen gir selvrensing /9/.

Følgende forhold må kartlegges:

Laveste nivå oppstrøms kjeller.
Dimensjonerende springflo/ flomnivå, eventuelt statistikk i resipient.
Leggedyp/ fallforhold til eksisterende og nye ledninger.
Belastning (mht. trafikk last).
Grunnvannstand (mht. oppdrift).

BEREGNING AV OVERLØPETS INNLØPSDIAMETER

Dimensjoneringsprosessen starter ved fastleggelse av overløpets innløpsdiameter. Minste diameter på innløpsledningen beregnes etter følgende formel:

D_min = KQ_dim (Formel A)

Opprinnelig /1/ ble D_min beregnet ut fra K = 0.815 og Q_dim tilsvarende en tilrenning basert på ett års flom. De britiske retningslinjene /3/ bygger på /1/ med supplerende kartlegging av avskillingsegenskapene til anlegg i full skala. Utover en generell oppjustering av K verdien tar retningslinjene /3/ hensyn til resipientens følsomhet (ønsket rensegrad) og forholdet mellom q_v,dim og Q_dim (ett års flom); K verdien i de britiske retningslinjene varierer i området 0.82 – 1.83.

Med utgangspunkt i at partikkelavskillende regnvannsoverløp er høyt belastede hydrauliske enheter og at dataene som legges til grunn ved dimensjonering ofte er svært usikre, foreslås

K = 1.5 og Q_dim basert på ett års flom.

Oppstrøms rettstrekning

Partikkelseparasjonen innledes i den rette innløpsledningen.

Tabell 2: Anbefalt oppstrøms rettstrekning.

Avstand fra:	Lengde rettstrekning
45° – 90° bend	25 D_min
15° – 45° bend	15 D_min
5° – 15° bend	10 D_min
Vannstandssprang	10 D_min
Dimensjonsøkning	25 D_min

Valg av overløpstype

Det vises til avsnitt 4.2.

Følgende er basert på erfaringer med prefabrikkerte løsninger. Med utgangspunkt i rammebetingelser (jfr. 4.4.1) foreslås følgende prosedyre:

Ut fra prishensyn er normalt tverroverøpet første valg. Dersom ikke rammebetingelsene kan tilfredsstilles, velges en annen overløpstype.
Virveloverløp med åpen virvel er neste valg. Terskelnivå i flukt med topp innløpsrør. Kun aktuelt for høy videreført vannmengde (qv,dim > 40 – 60 l/s). Virveloverløp krever stor høydeforskjell mellom innløp og bunn utløp videreført vannmengde. For dimensjonering henvises til /2/.
Ved liten tilgjengelig høyde mellom innløp overløp og videreført ledning, er dernest kun høyt sideoverløp aktuelt.
Ved stor nivåforskjell mellom innløp og terskel vil normalt kun virveloverløp med lukket virvel være aktuelt.

DIMENSJONERING AV OVERLØPET

TVERROVERLØPET

Kammerets dimensjoner baseres på minste nødvendige diameter D_min (formel A) eller den diameteren som velges, se figur 2. Terskelnivået anlegges 1.2D over bunn innløp. For installasjoner med oppstuvningsproblemer ved maksimal tilrenning kan terskelnivået senkes til 0.8D. Dette vil redusere overløpets avskillingsegenskaper.

Figur 2: Dimensjonering av tverroverløpet /2/.

Vannmengde i overløp estimeres ut fra følgende formel:

Q = 2/3*C_D*B*(2g)^1/2*(H)^1.5, der (Formel B)

Q = vannmengde i overløp (m³/s)

C_D = vannføringskoeffesient m/skumskjerm

B = terskelbredde (m)

g = tyngdens gravitasjon (m/s²)

H = vannivå over terskel (m)

C_D avhenger av terskelgeometri; smal terskel gir høyere C_D enn bred og avrundet terskel som gir høyere C_D enn spiss. /3/ oppgir at C_D ligger i området 0,61-0,67 (avhenger av terskel-utformingen).

HØYT SIDEOVERLØP

Kammerets dimensjoner baseres på minste nødvendige diameter D_min (formel A) eller den diameteren som velges (figur 3). Ved behov kan terskellengden forlenges utover 8D eller eventuelt terskelhøyden heves utover 0.8D. For anlegg med liten plass utover rørgrøftens bredde kan ensidig høyt sideoverløp velges. Tosidig sideoverløp gir noe bedre partikkelavskilling enn ensidig.

Figur 3: Dimensjonering av høyt sideoverløp /3/.

Strømningen i overløpskammeret er underkritisk og stiger svakt mot utløpet. For estimering av vannmengde i overløp benyttes formel B med tilsvarende verdi for C_D som tverroverløpet. Vannivået H beregnes som vist i figur 4.

Figur 4. Høyt tosidig sideoverløp. Vannivå. (L representerer total terskellengde).

VIRVELOVERLØP MED LUKKET VIRVEL (2)

Figur 5. Virveloverløp med lukket virvel (2).

Virveloverløpet markedsføres i Norge som et lisensprodukt. Dimensjonering av overløpet gjøres av den norske leverandøren. Overløpet er utviklet for et kammerdiameter (D_k), høyde forhold D_k/H; 1.0 – 3.0, der H er nivåforskjellen mellom bunn innløpsledning og terskelen.

Dette virveloverløpet er spesielt godt egnet i kombinasjon med avløpspumpestasjon /7/.

DIMENSJONERING AV UTLØPSLEDNINGEN

Det er ønskelig at vannivået i utløpskammeret står under terskelen ved Q_max,dim. Vannnivået er avhengig av kapasiteten til utløpsåpningen fra utløpskammeret og kapasiteten til utløps-ledningen. Kapasiteten kan enten være styrt av forholdene ved innløpet til utløpsledningen (innløpskontroll) eller nedstrøms anlegg som en helhet (utløpskontroll). Ved innløpskontroll er kapasiteten en funksjon av:

rørdiameter
innløpets (utløp fra utløpskammeret) geometri/ utforming
vannstanden ved innløpet

Innløpskontroll er nærmere omtalt i /8/.Tabell 3 viser overslagsberegninger av kapasiteten for frispeilstrømning (ikke dykket utløp) og innløpskontroll.

Tabell 3: Overslagsberegninger av kapasiteten ved frispeilstrømming og innløpskontroll /8/.

Utløps diameter (mm)	Kapasitet (l/s)
300	67
400	135
500	232
600	361
800	726
1000	1240
1200	1940

VALG OG DIMENSJONERING AV VANNFØRINGS-REGULATOREN

Det henvises til funksjonskravene, kap. 3. Ut fra typiske norske rammebetingelser med små videreførte vannmengder (qv,dim <50 l/s) velges vanligvis regulatorer basert på virvelkammerprinsippet. Det finnes virvelkammer som dekker de fleste behov innen avløpsteknikken. Normalt vil enhver installasjon være unik slik at ethvert kammer representerer en skreddersydd løsning.

Figur 6: Virvelkammer montert i kum nedstrøms overløpet.

Virvelkammerets hydrauliske karakteristikk representerer sammenhengen mellom videreført vannmengde og trykkhøyden ved kammerets innløp; videreført vannmengde som funksjon av trykkhøyden. Ut fra faren for tilstopping har kammerets innløpsdiameter, dyseåpning, høydeforskjell mellom utløp og virvelkammer og bunn renne spesiell driftsmessig interesse.

Videreført vannmengde for strupet utløp estimeres ut fra følgende formel:

qv = Cv A (2g * Hv)^1/2 (Formel C) qv = videreført vannmengde (m3/s)

Cv = vannføringskoeffesient

A = strømningstverrsnitt (m²) for strupet utløp

g = tyngdens gravitasjon (9.81 m/s²)

Hv = nivåforskjell mellom senterlinje for

strupet utløp og tersklnivå (m)

qv estimeres ut fra et strupet utløp A tilsvarende D-150 mm, Cv = 0.6 og den aktuelle terskelhøyden Hv. Dersom beregnet qv er mindre eller i samme størrelsesorden som qv – dim kan strupet utløp være aktuelt.

Optimalt valg av mengderegulator forutsetter et nært samarbeide med leverandør av utstyret.

DRIFT

GENERELT

Ved arbeid på regnvannsoverløp er det viktig å være oppmerksom på de farer som kan oppstå og ta de nødvendige forhåndsregler. På gateplan må det tas hensyn til trafikken. Under bakkenivå er det risiko for forgiftning, mangel på luft/ oksygen, eksplosjonsfare, smittefare og risiko for å skli og falle. Det henvises i den sammenheng til VA/Miljø-blad nr. 31, Sikkerhet i kummer.

Ved planlegging, bygging, inspeksjon, drift og vedlikehold av overløp er det av overordnet betydning at det legges til rette for at mest mulig av arbeidet kan utføres fra gateplan.

Driftsbehov og besøkshyppighet vil bl.a. være knyttet til avløpsvannets innhold av partikulært materiale som sand, grus, stein, tekstiler, plast, papir, pinner og fett mm, detaljutforming og resipientens følsomhet. Siktemålet bør være at det etter en innkjøringsperiode etableres rutiner tilpasset kommunens øvrige driftsopplegg og det enkelte overløps behov og resipientforhold.

RUTINEBESØKET

Primæroppgaver ved rutinebesøket:

Kontrollere at overløpet fungerer etter hensikten.
Utføre arbeide som er nødvendig for at overløpet skal fungere etter hensikten.
Innhente informasjon som grunnlag for oppgraderingstiltak og kartlegging av forurensningsutslipp (føring av driftsjornal).

I forbindelse med føring av driftsjournal er følgende av spesiell interesse;

Endringer siden forrige besøk; tilstopping, olje, spesiell lukt, overløpsdrift mm.
Eventuell kort vurdering av årsaksforhold.
Registrere hva slags arbeid som er utført og hvor lang tid som har gått med og eventuelt arbeid som gjenstår.

Rutinebesøket har kun begrenset verdi dersom ikke de utførte registreringene aktivt utnyttes.

ARBEID UNDER BAKKENIVÅ

Etter at kumlokk el. over nedstigningshalsen(e) er løftet til siden venter man med nedstigning inntil det har skjedd en nødvendig utlufting. Hvor lang tid dette tar er avhengig av hvordan det er lagt tilrette for ventilasjon og sannsynligheten for at det kan være giftige eller eksplosive gasser mm. i avløpssystemet, se VA/Miljø-blad nr. 31.

Det benyttes utstyr for oksygenmåling samt registrering av giftige og eksplosive gasser. Ved spyling under bakkenivå må friskluftmaske benyttes.

Ved behov spyles de deler av overløpet og ev. registreringsutstyr der det har samlet seg papir, filler, slam el.l. Opprensking i forbindelse med tilstopping er den arbeidsopperasjonen som utsetter driftspersonellet for den største risikoen. For at driftpersonellet ikke skal utsettes for sprut og dermed innånding av kloakkgasser og giftige gasser bør det kreves at mengderegulatoren/ virvelkammeret utstyres med avstengningsventil med forlenget spindel for betjening fra bakkenivå.

Ved tilstopping i virvelkammeret må følgende prosedyre følges:

Ventilen stenges fra gatenivå.
Virvelkammerets inspeksjonsluke el. åpnes og fremmedlegeme fjernes.
Inspeksjonsluken lukkes.
Ventilen åpnes fra bakkenivå.

NÅR TILSTOPPING ER ET PROBLEM?

For overløp der tilstopping er et problem bør bl.a. følgende tiltak vurderes:

Ved mye mye fett og tørkepapir el. søkes problemet løst ved kilden.
Ved mye pinner el.; tette kumlokk vurderes
skarpe kanter spesielt i forbindelse med overløpets bunnutløp avrundes/ fjernes.
Kontakte leverandør av virvelkammer.

Henvisninger:		Utarbeidet:	mars 2007	Miljø- og Fludieteknikk AS
/1/	A Guide to the Design of Storm Overflow Structures. Report no. ER304E, WRc, April 1988	Revidert:
/2/	Regnvannsoverløp. NORVAR rapport nr. 29/1993	/6/	Veileder i overvannshåndtering, NORVAR rapport nr. 144/2005
/3/	Guide to the Design of Combined Sewer Overflow Structures. Report FR 0488, FWR, November 1994.	/7/	Ny teknologi, tre fluer i ett smekk. Kommunalteknikk nr. 3, 2000.
/4/	Experiences with Vortex Separators for Combined Sewer Owerflow Control. Wat. Sci. Tech. Vol. 27, No. 5-6, pp 93-104, 1993.	/8/	VA/Miljø-blad nr. 64, Bekkeinntak med innløpskontroll. Dimensjonering og utforming.
/5/	Overløp på avløpsnettet, hydraulisk kontroll og mengdemåling i fokus. Vann nr. 1/93.	/9/	Sjølvrensing og spyling av avløps-ledninger. NTNF Brukerrapport 9/88.