Forord Denne masteroppgaven er et resultat av en fremmedvannsstudie, utredet med støtte fra Oslo kommune Vann- og avløpsetaten, i forbindelse med avslutning av mitt fem-årig mastergradstudium i vann- og miljøteknikk ved Universitetet for miljø- og biovitenskap, institutt for matematiske realfag og teknologi høsten 2013. Masteroppgavens omfang tilsvarer 30 studiepoeng. Problemstillingen til dette arbeidet har vært å kartlegge hvordan etablerte undersøkelser som måle- og inspeksjonsteknologi, feltundersøkelser og simuleringer være med på å avdekke fremmedvannskilder i aldrende avløpsnett og benyttes i planlegging for fremmedvannsreduserende tiltak. Arbeidet med oppgaven har vært krevende og utfordrende, men like fullt ut en lærerik prosess. Det har vært et spennende og lærerikt høstsemester. Spesielt vil jeg få takke Magnus Olsen, Alexander Pham, Thomas Martinsen for god hjelp underveis. Takk også til biveilederne Geir Lindholm (Rosim As), som stilte ROSIE-programvaren til disposisjon, og Arnhild Helene Krogh (Oslo VAV) for å ha gitt meg muligheten og økonomiske midler til å gjennomføre studien. I tillegg har følgende personer som besvarte spørreundersøkelsen bidratt: Arnhild Helene Krogh, veileder og seksjonsleder i strategi og utvikling Oslo VAV Bjørn Zimmer Jacobsen, rådgiver bymiljø og utbygging (VA) i Stavanger kommune Jean-Pierre Silan, Association Intercommunale pour le Demergement Et l'epuration des communes de la province de Liege, Belgique (A.I.D.E.) Marit Aase, fagansvarlig avløpshåndtering i Bergen kommune Tuija Laakso, Aalto University, Finland Oslo, 15. Desember 2013 Christopher Gehrken Strauman UMB Masteroppgave 12/2013 I Sammendrag Vann- og avløpssektoren er en kritisk og sårbar infrastruktur. Norske avløpssystemer utsettes daglig for store mengder fremmedvann som lekker inn gjennom utette skjøter, sprekker, avløpskummer og ulike feilkoblinger. Fremmedvann i avløpsledningsnettet er av mange norske kommuner ansett som et betydelig samfunnsproblem, med konsekvenser av både miljømessig, økonomisk og helsemessig karakter. Fremmedvann er i denne studien definert som alt vann som ikke er spillvann, og utgjør et sammensatt fenomen i et komplekst avløpssystem bestående av ledninger, pumper, ventiler med mer. Det gjøres en sammenligning av to ulike avløpssoner med målt høy fremmedvannsandel, basert på en tidligere studie av 37 utvalgte avløpsfelt i Oslo kommune av Msc Manuel Franco Torres våren 2013. Torres (2013) kom frem til at den gjennomsnittlige fremmedvannsandelen var 56,1 prosent av totalvolumet, og at fremmedvannsmengdene hadde store variasjoner i tid, rom og kilde. Denne studien vektlegger å undersøke forholdet mellom fremmedvannsmengdene og avløpssonenes egenskaper, som innebærer å utforske lokale forhold og viktige feltparametre som topografi, fordeling av overvann, drensvann, grunnvannsnivå, grunnforhold, tette flater, taknedløp, andre påslipp etc. Avløpssonene avgrenses ytterligere for arbeid på detaljnivå, og undersøkelser som måle- og inspeksjonsteknologi, feltundersøkelser og simuleringer evalueres i et forsøk på å avdekke fremmedvannskilder og bestemme fremmedvannsreduserende tiltak. Mulige tiltak kan være overvåkning og tilsyn av risikoledninger for å ha kontroll med tilstandsutviklingen, for eksempel gjennom kontinuerlig bruk av rørinspeksjoner. Lokal overvannsdisponering (LOD) og frakobling av tette flater anses som effektive for å redusere overløpsdrift, oppstuvninger, kjelleroversvømmelser og spissbelastningen på avløpsrenseanlegget ved nedbør. Prioritere stikkledninger og sanitærinnstallasjoner med å fjerne feilkoblinger, samt jobbe med lekkasjesøking på drikkevannsledningsnettet vil være gode tiltak for å redusere fremmedvannsmengden. Hovedfunnet i denne studien er at den konstante innlekkingen er den størst betydende fremmedvannskomponenten og at avrenningen fra tette flater bare utgjør en liten brøkdel sett i et lengre perspektiv. Observert høy fremmedvannsmengde i store deler av avløpsledningsnettet som har vært undersøkt vil tilsi at det vil være kostnadskrevende å gjøre tiltak. Kostnadene vil etter all sannsynlighet overskride nytten dersom det skal utføres rehabilitering av avløpsledningsnettet på grunn av høy fremmedvannsmengde alene. UMB Masteroppgave 12/2013 II English summary Water and sewerage systems is a critical and vulnerable infrastructure. Norwegian sewer pipes are daily exposed to large amounts of inflow and infiltration (I/I) water, that enters through defective joints, cracked pipes, sewer basins and various incorrect connections. I/I water is by many Norwegian municipalities considered a significant social problem, with consequences in environmentally, economically and medically character. I/I water refers in this study to all wastewater in the collection systems that is not sewer, forming as a complicated issue in a complex wastewater collection system consisting of pipes , pumps , valves and more. In this study, I will do a comparison of two different drainage areas with high I/I water ratio, based on a previous study of 37 selected drainage fields in Oslo by M.Sc Manuel Franco Torres during spring 2013. Torres (2013) found that the average I/I water ratio was 56.1 percent of the total volume, and that the amount of I/I water had large variations in time, space and source. My study focuses on examining the relationship between I/I water quantities and drainage areas properties, which means exploring local conditions and important field parameters such as topography, distribution of surface water, drainage water, groundwater level, soil conditions, impervious surfaces, roof drainage pipes and other discharges etc. Two of Torres’s (2013) selected drainage fields delineated for further work in detail, so that investigations measuring and inspection technology, field studies and simulations can be evaluated in an attempt to uncover I/I water sources and determine reducing measures. Potensial action may include continuous use of pipeline inspection and monitoring leackages. Local stormwater disposal and disconnection of impervious surfaces considered effective for reducing overflow operations, basement flooding and peak load on the wastewater treatment plant by rainfall. Prioritize service lines and sanitary installations by removing incorrect connections, as well as working with leak detection in water systems will be good measures to reduce I/I water volumes. The main finding of this study is that additional flow is the most considerable I/I water component, and that runoff from impervious surfaces constitute only a small fraction seen in a longer perspective. Observed high amount of I/I water in large parts of the sewerage network would suggest that it would be costly to implement measures. The costs will most likely exceed the benefits if properly executed rehabilitation of sewerage network due to the high amount of water penetration alone. UMB Masteroppgave 12/2013 III UMB Masteroppgave 12/2013 IV Innholdsfortegnelse Forord ................................................................................................................... I Sammendrag ........................................................................................................ II English summary .................................................................................................. III Innholdsfortegnelse ............................................................................................... V Figurliste ........................................................................................................... VIII Tabelliste .............................................................................................................. X Del I: Introduksjon ................................................................................................ 1 1. Innledning ................................................................................................... 3 1.1. Bakgrunn og målsetting ............................................................................. 3 1.2. Historisk utvikling av kommunale avløpsløsninger i Oslo ................................. 6 1.3. Vann- og avløpsetaten ............................................................................... 7 1.4. Avgrensning og problemstilling ................................................................... 8 1.5. Disposisjon ............................................................................................... 8 2. Avløpsledningsnett ....................................................................................... 9 2.1. Systemutforming....................................................................................... 9 2.2. Utfordringer .............................................................................................10 2.2.1. Urbanisering og befolkningsvekst .........................................................10 2.2.2. Klimatilpasning ..................................................................................10 2.2.3. Ledningsnettfornyelse .........................................................................11 2.2.4. Rekruttering og FoU ...........................................................................12 3. Fremmedvann .............................................................................................13 3.1. Definisjon av fremmedvann .......................................................................13 3.2. Fremmedvannskomponenter og kilder ........................................................15 3.3. Konsekvenser av fremmedvann