Nyt program giver bedre beregninger for kloaksystemer

I 2020 købte Vejle Spildevand som et af de første vandselskaber i Danmark et amerikansk/canadisk program til at modellere og beregne regnvandssystemer. I Vejle Spildevand er man ret begejstrede for programmet, fordi det giver mere præcise beregninger samtidig med, at det er effektivt og brugervenligt

I USA, Canada og hele 85 andre lande verden over logger tusindvis af hydraulikere ind i programmet PCSWMM, når de skal planlægge fremtidige spildevandssystemer og lave kapacitetsberegninger. Sidste år fik Vejle Spildevands hydraulikere samme mulighed, da selskabet investerede i programmet som en af de første forsyninger i Danmark.

Robert Schmidt, som er chef for Plan og Projekt fortæller: ”Situationen var, at vi oplevede nogle begrænsninger i de produkter, vi tidligere anvendte, og samtidig kunne vi imødese betydelige prisstigninger på de årlige licensomkostninger. Vi besluttede os derfor at udfordre ”plejer” og undersøge, om der fandtes et reelt alternativ, når det kommer til hydraulisk modellering. I den proces blev vi opmærksomme på PCSWMM.”

Vejle Spildevand besluttede sig for at undersøge det nærmere, dels fordi det på verdensplan er meget anerkendt og brugt, især i USA og Canada, og dels fordi kernen i programmet er baseret på freeware-tankegangen om, at udviklingen er brugerdrevet.

”Vores erfaring er, at freeware-tilgangen ofte sætter turbo på udviklingen. At programmet er udviklet og anvendes så bredt både i USA og resten af verden gav os troen på, at det er et stabilt og pålideligt produkt, der producerer troværdige resultater,” forklarer Robert Schmidt.

Bedre beregninger af overløbsmængder

Robert Schmidt uddyber: ”Programmet giver flere muligheder, end vi har haft i de eksisterende produkter. Det har allerede givet store forbedringer i vores beregninger af overløbsmængder og giver os muligheden for at undersøge tiltag til forbedringer på et bedre grundlag end, hvad vi havde før.

Det er også en fordel at centrale dele af programmet, selve beregningskernen (SWMM), er freeware og dermed ganske gratis. Dette giver mulighed for, at arbejdsgange med opbygning af hydrauliske modeller kan effektiviseres væsentligt.”

Avanceret og intuitiv brugerflade ovenpå open-source beregningskerne

PCSWMM er kort fortalt en avanceret- men samtidig meget intuitiv - brugerflade, der bygger ovenpå en open source-beregningskerne, SWMM (Storm Water Management Model), som er udviklet af det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur, EPA. PCSWMM er udviklet af det canadiske firma CHI og indeholder en omfattende funktionalitet af dataimport og -eksport, GIS-analyser, kvalitetssikring og effektiv afvikling af større mængder beregninger.

Vejle Spildevand er glade for programmet, da de oplever en betydelig forbedring i funktionalitet, brugervenlighed og beregningseffektivitet.  Hertil kommer fordelen ved, at grunddata, selve den hydrauliske model, kan tilgås og køres ud fra en helt gratis brugerflade.

Hydrologiske forhold lægges ind i beregningerne

Civilingeniør Kjartan Gunnarsson Ravn er en af de hydraulikere hos Vejle Spildevand, som arbejder med PCSWMM, og han er særligt begejstret for, at det er muligt at lægge hydrologiske forhold ind i beregningerne.
Han forklarer: ”Det er svært at beregne overløbsmængder i langvarige våde perioder, hvor afstrømningen i afløbssystemet er påvirket af forhøjet grundvandsspejl, reduceret fordampning og jordbund, der er helt fyldt op med vand. Der er dermed stor forskel på reaktionen ved en given regn, alt efter om den falder i en våd periode som i februar 2020 eller om den falder på en almindelig lun sommerdag”.

Samtidig viser Vejle Spildevands målinger, at netop de langvarige, våde perioder er særlig vigtige, fordi størstedelen af overløbsmængderne løber ud i disse perioder. Ved at indbygge hydrologiske faktorer i modellen, fås en væsentlig forbedret- og mere troværdig beregning af overløbsmængderne.

Kjartan Gunnarsson Ravn er især begejstret for, at nøjagtigheden på beregnede overløb er blevet væsentligt forbedret: ”Det er netop lykkes at opnå en overensstemmelse mellem målt og beregnet overløb på under 4% i årene 2019 og 2020. Dette giver for det første en bedre forståelse af, hvordan det eksisterende system fungerer, men giver også et godt fundament, når der skal tages beslutninger om, hvordan systemet kan forbedres.”

En anden kvalitet er muligheden for at indarbejde vandkvalitet som en komponent i beregningerne. Kjartan Gunnarsson Ravn uddyber: ”Med PCSWMM kan vi beregne belastningen af kvælstof og fosfor i kg, og dermed få en ny indsigt i vandets kvalitet. Det giver os med andre ord bedre beregninger af regn- og spildevandssystemer.”

Henter gode erfaringer fra det internationale community

I USA og Canada har PCSWMM mange brugere, som er engagerede i et online community. Her deles erfaringer og tips til at få mere ud af programmet.  Kjartan Gunnarsson Ravn fortæller: ”Hver gang vi støder ind i en udfordring eller tænker på funktionalitet som ville være oplagt i en situation, så trykker vi F1 og kommer ud i online community. Her kan vi både finde hjælp i form af brugermanualer, korte videoklip og diskussioner mellem fagfolk fra hele verden.

Som regel finder vi ud af, at vi ikke er de første der har stået med udfordringen, og at der ofte findes en god løsning allerede. På den måde sparer vi mange timer og frustrationer, og det er utrolig lærerigt at se, hvordan andre hydraulikere rundt om i verden griber tingene an.”

Vejle Spildevand udviklede kode, der nu frit kan bruges af andre

At være nogle af de første i Danmark har dog også givet anledning til en række udfordringer. En forudsætning for at kunne komme i gang var, at de tidligere modeller og beregninger kunne flyttes over i PCSWMM for at bevare den store indsats, der allerede er lagt i disse modeller. I PCSWMM er indbygget et såkaldt Python scripting-miljø, som åbner muligheden for at lægge helt ny funktionalitet ind i programmet.

Civilingeniør Benjamin Refsgaard hos Vejle Spildevand løste opgaven med at flytte de eksisterende modeller ved at konstruere en kode, der automatisk konverterer modellerne fra et system til et andet. CHI, som står bag PCSWMM, blev så begejstret for koden og den funktionalitet, som den tilfører, at de indgik i samarbejde med Vejle Spildevand. Helt konkret betyder det, at koden er lagt ud frit tilgængelig på producentens hjemmeside, så alle interesserede kan bruge den – helt i tråd med princippet om open source.

Forbedringer af LTS-beregninger på vej

Ved undersøgelse af programmet er alle dele trykprøvet for at se om der er nogle stopklodser, der gør programmet uegnet til danske forhold. Programmet har bestået alle de krav, som Vejle Spildevand havde.

Programmet kan dog forbedres, når det kommer til LTS-beregninger. Her i Danmark har vi nedbørsdata tilbage til 1979, hvilket giver mulighed for at køre et stort antal regnhændelser i beregningerne og beregne den statistiske påvirkning af systemet, fx hvor ofte vandstanden vil stå op af et dæksel. Så omfattende registrering af nedbør findes ikke mange steder i verden. Programmet kan allerede nu beregne med et meget stort antal hændelser, men Vejle Spildevand har i dialog med CHI ønsket en mere strømlinet bearbejdning af det store antal resultater. CHI forventer at have denne forbedring klar allerede i første kvartal af 2021.

Tre gode råd til at komme i gang med PCSWMM

1. Byg gerne på vores erfaringer - vi deler gerne en opstartsvejledning, hvor vi har samlet vores erfaringer. Kontakt Kjartan Gunnarsson Ravn på kjara@vejlespildevand.dk.
   
   
2. Byg videre på jeres eksisterende modeller – vi deler gerne koden til at importere de modeller, I allerede har liggende.
   
   
3. Brug den omfattende hjælp, der ligger lige på den anden side af F1-knappen – det er både tidsbesparende og fagligt spændende.