Metoder för konduktivitetsbestämning i en våtmark med horisontellt undermarksflöde med och utan växtlighet har jämförts i små fullskaleanläggningar.
Tillgängliga mätmetoder för hydraulisk konduktivitet i horisontell våtmark med underjordsströmning är ifrågasatta. I föreliggande studie har konventionella mätmetoder provats tillsammans med en modifierad variant i två sjuåriga bäddar med igensättningsproblem. Nivåsänkningsmätningar i rör i början och slut av våtmarken berättade att konduktiviteten som väntat ökade längs bädden men inget närmare om igensättningens fördelning över bädden.
I takt med ökande igensättning blev begränsningen med ovan nämnda metod påtaglig. Ett försök att sätta in nätkorgar på olika positioner i bädden utföll lovande.
Bakgrund
Successiv igensättning av en horisontell våtmark (CW – constructed wetland) minskar den hydrauliska konduktiviteten, ks, vilket kan följas via den dränerbara porositeten i våtmarken. Mätmetoder för ks är under utveckling. De vanligaste metoderna bygger på konstant vattennivå eller på sjunkande vattennivå i rör. En detalj är att insatta mätrör i bädden kan störa flödet.
Det översta lagret i bädden är mycket viktigt. Tidigare mätningar har visat ks 0,5 m/d nära ytan och 100-1000 m/d under rotzonen i en bädd. Sällan finns kunskap om konduktivitetens fördelning i bäddvolymen. Försök att korrelera konduktiviteten med kornstorlek, förbehandlingsmetod eller ytbelastning har inte gett uppmuntrande resultat.
Föreliggande studie avsåg att utvärdera de hydrodynamiska tillstånden i planterad och oplanterad våtmark och se hur olika mätmetoder svarar mot de hydrodynamiska tillstånden.
Försök
Försöken utfördes vid Arrudas avloppsverk i staden Belo Horisonte i Brasilien. Avloppsvatten togs ut efter grov-, fingaller och sandfång i verket och pumpades till ett system med tre försöksytor; en upflow slamskiktreaktor (sludge blanket) följd av två parallella horisontella våtmarksytor; vardera belastad med 7,5 m3/d och i genomsnitt 5,9 g BOD/m2. Bäddarna var fyllda med masugnsslagg med d10 19,1 mm och d60/d10 1,2, men i in- och utloppszonerna fanns stenar med diameter 100-150 mm. Bäddlängden var 25 m och bredden 3 m; användbar, våt höjd 0,3 m. Bottenlutning 0,5 %. Den ena bädden var planterad med kaveldun; den andra oplanterad. Teoretisk uppehållstid vid använt flöde var 1,2 d.
Vid fallande höjd-mätningen (FHM) sätts ett rör, diameter D, ned till önskat djup h’; fylls med vatten till h1 och avsänkningen till h2 mäts mot tid, t. Darcybaserade formeln ger:
ks = D2 ln (2h’/D) *ln (h1/h2)/ (8*h’*t) med ks i m/s, t i s och övriga i m.
Från ks kan sedan höjdförlusten över hela bädden beräknas.
I metod 1 testades rör (D = 20 cm) med öppen botten på nio olika avstånd från inloppet och tre i bredd. Nedsänkningsdjup h’ var 13 cm. Vid start, t= 0 var vattenytan h1= 0,42 m ovan rörbotten och vid avslut var h2 = h’=rörbotten.
I metod 2 placerades vid bäddbygget tre mätrör, D=10 cm, längs bädden (ca 7,13,19 m). De fördes ner till bäddens botten, av lera, och var försedda med hål, d=5mm, längs periferin. Bädden vattenmättades, varvid h’=h2=0,4m och h1 vid t=0 valdes till 0,9 m.
I metod 3 undersöktes betydelsen av olika lager (15 och 35 cm) och av uppborrade hål i rören i närheten av mätrören sedan fyllnadsmaterialet närmast dessa hade avlägsnast. Här användes rör med D = 7,5 cm som sänktes ner till olika djup, där materialet avlägsnades. Även symmetriska, operforerade rör användes. Rören sattes omedelbart före sjunktesterna.
I metod 4 användes mobila nätkorgar, D=56 cm, med öppningar 0,5*0,5 cm2. De provades 13 m från inloppet. De hade lika fyllnadsmaterial som bädden och var odlade på samma sätt. Vatten togs ut från ett inre rör, D=5 cm,
Resultat
Fördelningen av vatten på bäddytan avbildades som stöd till konduktivitetsberäkningarna enligt metod 1. Vid bäddens början visade den planterade bädden en beräknad högre konduktivitet men en observerad högre vattennivå berättade motsatsen.
Mätningarna visade att konduktiviteten varierade längs längd och bredd i bädden. I allmänhet högre konduktivitet längre in i bädden, men inte konsekvent. Konduktivitetsvärdena var i allmänhet lägre i den planterade bädden.
I de mätrör som användes i metod 2 ökade ks konsekvent längs bädden om än olika för planterad och oplanterad bädd.
Metod 3 gav otillfredsställande resultat; säskilt då bädden blivit relativt igensatt.
Metod 4 gav mindre differenser mellan planterad och oplanterad bädd i lika positioner.
Slutsatser
Den vanligaste mätmetoden, FHM 1, gav resultat som avvek från det visuella (vatten på bädden).
De metoder som redovisats och byggde på nedsatta rör (2,3) kunde heller inte garantera stabila mätresultat.
Metoden (4) med nedsatta korgar simulerade bättre flödet i en horisontell våtmark och störde inte bädden påtagligt.
Artikeln är inte helt lätt att tolka, men ger några intressanta uppslag för att följa hydrauliken i en våtmark.
Källa: Matos, M.P.1), Barreto, A.B.2), Vasconcellos, G.R.2), Matos, A.T.2), Simoes, G.F.2) & von Sperling, M.2) (2017): Difficulties and modifications in the use of available methods for hydraulic conductivity measurements in highly clogged horizontal subsurface flow constructed wetlands. Water Science & Technology, Vol 76, No 7, pp 1666-1675.
Författarna från:
1) Federal University of Lavras, Lavras, Minas Gerais, Brazil
2) Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil
Kontakt: mateus.matos@deg.ufla.br
