Detailprojekt vedrørende et nyt iltanlæg i Viborg Nørresødom.viborg.dk/db/dagsord.nsf/69147069b83c7e5dc1256c54002e6773/… · 0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000 1.200.000

Viborg Kommune

Detailprojekt vedrørende et nyt iltanlæg i Viborg Nørresø

Marts 2011

Udgivelsesdato : 31. marts 2011 Projekt : 30.8556.01 Udarbejdet : Fishcon Aps v. Knud Rasmussen Kontrolleret : Elisabeth Krog

Viborg Kommune Detailprojekt vedrørende et nyt iltanlæg i Viborg Nørresø

Side 1

r:\projects\glo\30\30855601\06_output\detailprojekt vib.nørresø_marts2011 til vib.komm_ver2.doc

INDHOLDSFORTEGNELSE SIDE

1 INDLEDNING 2

2 ILTANLÆGGET VED VIBORG NØRRESØ 2

3 DETAILPROJEKT FOR ET NYT ANLÆG TIL TILFØRSEL AF ILT TIL BUNDVANDET I NØRRESØ 2

3.1 Dimensioneringsgrundlag 2

3.2 Karakteristik af Viborg Nørresø 2

3.3 Hypsografi- og dybde-volumen-forhold 4

3.4 Fastlæggelse af hypolimnion 5

3.5 Beregning af iltbehov 6

3.6 Etablering af nyt anlæg til tilførsel af ilt til Viborg Nørresø 8


Side 2


1 INDLEDNING

Det hidtil anvendte iltningsanlæg ved Viborg Nørresø er nedslidt og skal udskiftes med et mere tidssvarende og effektivt anlæg, der samtidig giver mindst mulig gene for de rekreative interesser på søen. Der er indarbejdet forbedringer af projektet fore-slået af Viborg Kommune ved biolog Rolf Christiansen.

2 ILTANLÆGGET VED VIBORG NØRRESØ

Iltanlægget ved Viborg Nørresø består af følgende hovedkomponenter:

• Tankgård med kryobeholder, fordamper og reduktionsventil • 25 mm forsyningsledning fra kryobeholder til fordelerskab med 6 udtag med flow-

metre • 4 forsyningsledninger 20 mm fra fordelerskab til diffusorer • 4 diffusorer af perforerede højtryksslanger.

Ved etableringen af det nye iltanlæg ved Viborg Nørresø skal det vurderes, om der kan genanvendes eksisterende komponenter. Anlægget er gennemgået af entrepre-nørfirmaet Multidyk i november 2009 (rapport af 9. december 2009). Ud fra entrepre-nørfirmaets gennemgang vurderes:

• at dele af forsyningsnettet ikke kan genanvendes • at der skal anvendes ny ballastering af forsyningsledninger • at tankanlægget gennemgås

Af Viborg Kommunes fremsendte oplysninger skal der ske tilpasninger af forde-lerskabet.

3 DETAILPROJEKT FOR ET NYT ANLÆG TIL TILFØRSEL AF ILT TIL BUNDVANDET I NØRRESØ

3.1 Dimensioneringsgrundlag

Dimensionering af anlæggets forsyningsledninger og diffusorer sker ud fra beregning af søens iltbehov. Datagrundlaget er i første række kendskab til det hypolimniske ilt-forbrug, de hypsografiske, volumenmæssige og morfologiske forhold.

3.2 Karakteristik af Viborg Nørresø

Af dybdekortet vist i figur 1 fremgår søens morfometri. Søen er 122,3 ha, gennem-snitsdybden er 6,94 m, maksimumsdybde 12,5 m og volumen 8.288.510 m3.


Side 3


© Thorkild Høj og Viborg Amt Figur 1. Kort over dybdeforhold i Viborg Nørresø.


Side 4


3.3 Hypsografi- og dybde-volumen-forhold

Ved digitalisering af søkortets dybdekurver er relationerne areal/dybde og volu-men/dybde afbildet i figur 2.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000 1.200.000 1.400.000

Akk. areal (m2)

Dyb

de (m

)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000 5.000.000 6.000.000 7.000.000 8.000.000 9.000.000

Akk. volumen (m3)

Dyb

de (m

)

Figur 2. Areal-dybde hypsograf og volumen-dybde kurve for Viborg Nørresø (modificeret efter data fra Viborg Amt).


Side 5


3.4 Fastlæggelse af hypolimnion

Det omfattende datamateriale, der er indsamlet af Viborg Amt i perioden 1990-2005 i form af profilmålinger af temperatur og iltindhold, giver mulighed for at fastlægge hy-polimnions areal- og volumenmæssige udstrækning i perioderne med behov for ilttil-førsel.

Målingerne viser, at morfometrien (areal, dybde og udformning af søen) gør søen sårbar over for indflydelse af meteorologiske forhold, hvad angår risiko for iltmangel og konsekvenser for intern fosforbelastning. Dybden er kritisk i forhold til etablering af en stabil springlagsdynamik med regelmæssig dannelse om foråret, jævn erosion og nedbrydning om efteråret. I stedet er der et komplekst og meget variabelt lagdelings-forløb, hvor der tidligt om foråret er et højtliggende springlag med koldt bundvand. Senere kan dannes adskillige springlagsforløb med mindre temperaturgradient mel-lem hypo- og epilimnion. Primært afhængigt af solindstråling og vindhastighed kan lagdelingsperioden med en bestemt lagdelingskarakteristik, hvad angår temperatur og ilt, vare fra få dage til adskillige uger.

I projekteringen af det nye iltanlæg til Viborg Nørresø er der anvendt den traditionelle fastlæggelse af springlaget, d.v.s. hypolimnions øvre afgrænsning fastlægges ved en temperaturgradient lig eller større end 1 Co pr. meter i vandsøjlen. Analysen af spring-lagsdybden i perioden 1990-2005 viser en variation fra 1 meter til 11 meter med en median- og middeldybde på 7 meter. I alt er analyseret 108 delperioder.

Figur 3. Hyppigheden af forskellige springlagsdybder målt 108 gange i perioden 1990 til 2005 (Viborg Amt).


Side 6


3.5 Beregning af iltbehov

Viborg Amts serie af profilmålinger i Viborg Søerne giver basis for detaljerede bereg-ninger af iltbehov i hypolimnion. Beregningerne kan tage udgangspunkt i analyse af det arealmæssige iltforbrug og det volumenmæssige iltforbrug. Da Viborg Nørresø ik-ke har en stabil springlags-dynamik, og da de fysiske muligheder for tilførsel af ilt er helt afhængige af dybdeforhold og vandvolumen, er analysen koncentreret om det vo-lumenmæssige iltforbrug.

Ved beregning af iltbehovet er der anvendt dataserier, hvor springlaget har været for-holdsvis stabilt. Der er desuden kun anvendt beregnede iltforbrug i perioder, hvor ilt-indholdet i hypolimnion ikke er for lavt, da det beregnede aktuelle iltforbrug i så fald bliver langt under det potentielle.

Analyser af det omfattende datamateriale viser, at iltindholdet i hypolimnion som funk-tion af tiden i en springlagsperiode kan beskrives ved en eksponentialfunktion, da semilogaritmisk plot af iltindhold som funktion af tid, hvor der er målt flere gange i en stabil springlagsperiode, giver en ret linje.

Q = Q0 e-kt

Q: iltindhold i hypolimnion Q0: iltindhold ved springlagsperiodens start k: hastighedskonstant t: tid

Hastighedskonstanten varierer for de enkelte perioder med springlag, da den afhæn-ger af mange variable: temperatur, springlagsdybde, sedimentets iltforbrug og tilførsel af organisk stof fra epilimnion. Målefrekvensen og tidsrummet mellem profilmålinger-ne gør imidlertid, at sammenhængen kan komme til at fremtræde diskontinuert. Det skyldes, at termoklinen (springlaget) på få timer kan bevæge sig ned i dybden p.g.a. kraftig vind. Herved tilføres store mængder ilt til de øverste strata (vandmasser), der ellers skulle indgå i beregningen af iltindholdet og ændringen i perioden (iltbehovet).

I figur 4 er vist det beregnede gennemsnitlige døgnmæssige iltforbrug i 28 perioder med springlag fra 1990 til 2005. Det fremgår, at det beregnede døgnmæssige iltforb-rug er forholdsvis lavt efter etablering af ilttilførselen i 1996. Antages det, at det poten-tielle iltforbrug er det samme i de to perioder, synes ilttilførselen at have haft en væ-sentlig betydning for iltforholdene i hypolimnion i Viborg Nørresø. På nær maksimum er der tale om markant lavere iltbehov (tabel 1). Som påpeget af Viborg Kommune er der i den forløbne periode sket væsentlige belastningsreduktioner for så vidt angår til-førsel af næringsstoffer bl. a. afskæring af spildevand fra Rødding Rensningsanlæg


Side 7


Figur 4. Middeliltforbrug pr. døgn i perioder med stabilt springlag for perioden 1990-2005.

Det er vigtigt her at præcisere, at det beregnede iltbehov i perioden 1996-2005 frem-kommer efter følgende:

konstateret iltbehov (iltdeficit) = faktisk iltbehov – tilført ilt (ukendt effektivitet af kendt tilført ilt)

Iltforbrug (kg ilt/døgn) 1990-1995 1996-2005 Gennemsnit 977 568 Minimum 156 14 Maksimum 4384 3769

Tabel 1. Beregnet døgnmæssigt iltforbrug i hypolimnion i Viborg Nørresø i to delperioder (før og efter etablering iltanlæg).

Af afgørende betydning for dimensionering af iltningsanlægget er, om anlægget skal dimensioneres efter spidsbelastning eller efter det hyppigst forekommende niveau for iltbehov. Datamaterialet for perioden 1996-2005 kan ikke anvendes til dimensionerin-gen som følge af uklarheder vedrørende effektivitet af ilttilførselen i perioden og de stedfundne reduktioner af næringsstoftilførsel. Det er derfor nødvendigt at se på ilt-forbruget i springlagsperioderne forud for etablering af iltanlægget og her anvende ni-veauerne som retningsgivende.

I figur 5 er vist hyppighedsdiagram for varigheden af forskellige niveauer af iltforbrug i perioden 1990-95. I 95 % af tiden er iltforbruget under 2,5 tons ilt pr. døgn, i 65 % af tiden er det under 1 ton ilt pr. døgn og i 35 % af tiden er det under 0,5 ton ilt pr. døgn.


Side 8


Figur 5. Varighed af niveauer af iltforbrug i perioden 1990-1995.

I projektet anvendes maksimumbehovet som dimensioneringsgrundlag.

3.6 Etablering af nyt anlæg til tilførsel af ilt til Viborg Nørresø

I figur 6 er vist en oversigt over det nye anlæg.


Side 9


Fordelerboks

1

2

Diff

Diff

3Diff

Diff 4

Forsyningsledningtil fordelerboks

Ilttank

Baggrundskort © KMSFigur 6. Oversigt over placering af tankgård, fordelerboks, forsyningsledninger og diffusorer for et nyt il-tanlæg ved Viborg Nørresø 2011.

Dimensionering og etablering af det nye anlæg skal ske efter følgende:

1. Tankgård

Den eksisterende tankgård efterses og rengøres.

2. Kryobeholder, fordamperanlæg og ventiler

Kryobeholderen efterses og rengøres. Kontrolrapporten gennemgås. Fordampere og ventiler beskrives. Reduktionsventil indstilles på 9 bar.


Side 10


3. Forsyningsledning til fordelerboks

Beregning af stoffers strømninger i gasform i cirkulære rør foregår i praksis ved an-vendelse af empiriske formler, som er udviklet på baggrund af laboratorieforsøg. I nærværende projekt er Colebrook-White’s formel benyttet til dimensionering af forsy-ningsledninger fra ilttank til fordelerboks og videre til diffusorer.

Figur 7. Ydelse for en forsyningsledning på 1000 m beregnet for PEM-rør med udvendig diameter 20, 25 og 32 mm og driftstryk 9 bar.

Af tabel 1 fremgår, at det maksimale iltforbrug i døgnet vil være ca. 4.000 kg. I figur 7 er vist ydelsen (transmissionsevnen) for PEM-rør af forskellig dimension, udgangstryk 9 bar og længde 1000 m, som er afstanden fra Hydrogas kryoanlægget til fordeler-boksen. Funktionen er en potensfunktion. Det fremgår, at det eksisterende 25 mm PEM-rør kun kan yde ca. 3.200 kg/døgn. Det vil sige, at såfremt der ønskes dimensi-oneret efter spidsbelastningen, skal der anvendes 32 mm PEM-rør, der kan yde 6 tons ilt pr. døgn med samme tryk. I det nye anlæg skal forsyningsledningen fra Hy-drogas-tankanlægget til fordelerboks således have følgende specifikationer:

• ydre diameter 32 mm PEM-rør • tryk (PN 10) • længde 1050 m +/- 50 m • ballastering: stålwire min. nettovægt 0,81 kg/m • montering af ballast: polyamid kabelbinder 7,2 mm pr. løbende 0,5 m.

Ledningsføringen bringes ind til grænsen for tagrørsbevoksningen. Ved private fysi-ske anlæg (både- og badebroer) tages kontakt til lodsejeren, og ledningsføringen af-tales.

Nedgravning af forsyningsledningen til 50 cm´s dybde på lavt vand langs søbredden vil blive prioriteret højest.


Side 11


4. Fordelerboks

Fordelerboksens udstyr fremgår af foto i figur 8.

Foto: Viborg Kommune Figur 8. Foto af indretning af fordelerboks visende 25 mm PEM-rør indgang, manometer, 6 flowmetre kapacitet 500 normalliter ilt/min og udgang til diffusorer 20 mm PEM-rør.

Specifikation for udstyr i fordelerboks til det nye anlæg:

• der etableres 32 mm tilslutning til forsyningsledning fra kryotank • manometret erstattes af reduktionsventil, der indstilles på maksimumafgangstryk

4,5 bar • 4 stk. tilslutning til 4 stk. PEM-rør 25 mm (PN 10) forsyningsledninger.

5. Forsyningsledninger fra fordelerboks til diffusorer

I tabel 2 er vist en oversigt over specifikationer for 4 forsyningsledninger i det nye ilt-anlæg ved Viborg Nørresø.

Forsyningsledning PEM-rør PN 10 (mm)

*Længde (m)

Ballastwire (mm)

Forsyningsledning diffusor 1 25 720 14 Forsyningsledning diffusor 2 25 460 14 Forsyningsledning diffusor 3 25 300 14 Forsyningsledning diffusor 4 25 355 14 Tabel 2. Oversigt over dimensioner for forsyningsledninger fra fordelerboks til diffusorer


Side 12


*der skal tillægges 30 m flexibel trykslange (25 mm, min. PN10).

Det er beregnet, at forsyningsledningerne fra fordelerboks til diffusorer skal være 25 mm PEM-rør (PN 10), da driftstrykket til de keramiske diffusorer ikke må overstige 3,5 bar. Ledningerne ballasteres med 14 mm stålwire, 1 stk. kabelbinder 7,2 mm pr. lø-bende 0,5 m og nedbringes til minimum 50 cm under sedimentoverfladen. Tracé for fire forsyningsledninger er skitseret i figur 6.

6. Diffusorer

Komponenter og dimensionering af diffusorer er baseret på specifikationer fra produ-center og afprøvning af diffusormoduler i kontrollerede bassinanlæg (0,25-1.000 m3).

Der etableres 1 diffusor i 4 områder af hypolimnion.

I figur 9 er skitseret diffusor, ballastering, balance opdrift, manifold, stophane, flex-slange mellem manifold og forsyningsledning samt kontraventil mellem flexslange og forsyningsledning.

Figur 9. Perspektivskitse af diffusor (20 diffusormoduler, kun vist 1), 4-punkts ophæng, ballast, balance-opdriftsblåser, markeringsbøje, stophane og kontraventil.

Diffusorkomponenter:

En diffusor består af følgende:

• Ramme af aluminium: 65 mm U-profil (h=65, b=42, d=5,5 mm) 2230 mm x 1554 mm, tværbjælke 2217 mm.

• 20 stk. diffusormodul MBD 1200 Point Four keramisk, tilslutning ¼ “ NPT female, dim. 1324 mm x 83 mm

• Manifold: 20 stk. udtag 1/4” NPT female


Side 13


• Tilslutning af diffusor til manifold: 1/4” NPT female • 40 stk. slangestudse: 1/4” NPT male aluminium eller PVC Ø 6 mm udvendig • Forbindelse manifold – diffusormodul: armeret trykslange 1/4” indvendig Ø 6 mm

PN10 (min) monteret med rustfrit spændebånd • Forbindelse manifold – forsyningsledning: 30 m 25 mm armeret flexslange PN 10

(min) • Rustfri stophane: (PN 10, 25 mm med relevant kobling til manifold) • Kontraventil: 25 mm rustfrit stål/afzinkningsfri messing, driftstryk 10 bar, lavest mu-

ligt tryktab monteret mellem flexslange og PEM-forsyningsledningen.

Forankring og afmærkning:

Diffusoren forankres med en aluminiumsplade som ballast afbalanceret med 4 blåser.

Specifikationer:

• Forankring: aluminiumsplade: 2230 mm x 1554 x 6 mm, afstand diffusorramme 500 mm

• Ophæng: 4-punkts hanefod, 8 mm rundflettet polyesterline • Opdrift: 4 stk. blåser med opdrift, der tilpasses nettovægten af diffusorramme, dif-

fusormoduler, ballastplade og manifold • Markeringsbøje: hvid fender (150x585 mm) 9,5 m 6 mm stålwire til top af hanefod.

(til brug ved vintersikring monteres sikkerhedsline til isbøje, der ikke kan indfryse i is)

Oversigt over dimensioner af forsyningsledninger og lokalisering af diffusorer:

I tabel 3 er vist en oversigt over dimensioner af forsyningsledninger og nødvendig bal-lastering.

Forsyningsledning PEM-rør PN 10 (ydre diam. mm)

Længde (m)

Ballast (stålwire diam. i mm)

Tank til fordelerboks 32 1050 Wire min. nettovægt 825 g /m Diffusor 1 25 750 14 Diffusor 2 25 490 14 Diffusor 3 25 330 14 Diffusor 4 25 385 14

Tabel 3. Oversigt over dimensioner af forsyningsledninger til diffusorer (30 m flexslange inkluderet ved diffusorer).

Lokalisering af diffusorer:

I tabel 4 er vist koordinater for lokaliseringen af diffusorer.

Diffusor nr. X-koordinat Y-koordinat 1 526.609 6.257.983 2 526.497 6.257.798 4 526.350 6.257.497 5 526.323 6.257.055

Tabel 4. Oversigt over koordinater for lokalisering af diffusorer (UTM zone 32 ETRS 89).


Side 14


Opdeling af diffusor:

Hvis entreprenøren finder det hensigtsmæssigt at opdele en diffusor i 2 enheder, skal udformning og ballastering genberegnes sammen med rådgiver.

Plan for drift og vedligeholdelse er ikke indarbejdet i ovenstående detailprojekt.

Documents

Detailprojekt vedrørende et nyt iltanlæg i Viborg Nørresødom.viborg.dk/db/dagsord.nsf/69147069b83c7e5dc1256c54002e6773/… · 0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000 1.200.000