Development of a screening tool for risk assessment of groundwater infiltration into sewer systems - including capillary fringe induced rapid groundwater rise during rain
Authors
Pedersen, Emil Bom ; Nørlund, Maiken í Dali ; Pedersen, Gustav Ditlev
Term
4. term
Publication year
2024
Submitted on
2024-06-06
Pages
166
Abstract
Fremmedvand i spildevandssystemer er kommet i fokus, fordi det øger belastningen af rensningsanlæg. Projektet Ternært Vand blev igangsat i 2022 med fokus på den del af fremmedvandet, der stammer fra grundvandsindtrængning. Som del af projektets andet år undersøgte dette speciale hypotesen om, at et stigende grundvandsspejl kan medføre indtrængning i kloakledninger. For at støtte beslutningstagere i risikovurdering udviklede specialet et screeningsværktøj og anvendte Beder som case. Her blev det antaget, at regn kan udløse en hurtig stigning i grundvandsspejlet, drevet af den kapillære zone, så dele af kloaksystemet midlertidigt står under vand. Den kapillære zone er jordlaget lige over grundvandsspejlet, hvor vand suges op gennem jordens porer. Metodisk blev der opstillet en 1D numerisk model for vandstrømning og grundvandsstigning i umættet jord (jord over grundvandsspejlet med både luft og vand) og dernæst udbygget til en 2D model. Begge modeller blev kalibreret og valideret mod sandkasseforsøg, der undersøgte uforholdsmæssigt store, hurtige stigninger i grundvandsspejlet og efterfølgende indtrængning i et nedgravet rør. Ét ud af fem forsøg viste en tydelig uforholdsmæssig stigning; de øvrige fire blev vurderet til også at have sådanne stigninger, men forsøgsopstillingen tillod ikke en endelig konklusion. Begge modeller gav en tilfredsstillende overensstemmelse med målingerne: 1D- og 2D-modellen kunne beskrive hurtige, uforholdsmæssige stigninger, og 2D-modellen kunne desuden beregne den indtrængte vandmængde. Samlet kunne screeningsværktøjet ikke valideres for Beder, men det viste de forventede dynamikker i området og kan anvendes i praksis som et supplerende redskab til indledende risikoscreening.
Unwanted water in wastewater systems has gained attention because it increases treatment loads. The Ternært Vand project began in 2022 to study the share that comes from groundwater infiltrating sewer pipes. As part of the project’s second year, this thesis examined the hypothesis that a rising groundwater table can cause infiltration into pipes. To support decision-makers, the thesis developed a screening tool and tested it in Beder, Denmark. In this case, the team hypothesized that rainfall can trigger a rapid rise in the water table, driven by the capillary fringe, temporarily submerging parts of the sewer system. The capillary fringe is the soil just above the groundwater where water is drawn upward through pore spaces. The approach built a 1D numerical model of water flow and groundwater rise in unsaturated soil (soil above the water table that contains both air and water), and then extended it to 2D. Both models were calibrated and validated against sandbox experiments that investigated disproportionately large, rapid water table rises and subsequent infiltration into a buried pipe. One of five experiments showed a clear disproportionate rise; the other four were also considered to show such behavior, but the setup did not allow a definitive conclusion. Both models matched the measurements reasonably well: the 1D and 2D models captured rapid, disproportionate groundwater rises, and the 2D model also estimated the amount of water that infiltrated. Overall, the screening tool could not be validated for Beder, but it reproduced expected dynamics for the area and can be used in practice as a supplementary method for initial risk screening.
[This summary has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords
Documents