Flödesreglering och dammkonstruktioner för vattenvård

Om man har tillräcklig kännedom om vilka jordarter som finns uppströms i dikessystemet kan man vid dimensioneringen av bassängen också utgå från en grövre kornstorleksfraktion. I sådana fall baserar sig dimensioneringen på en bedömning av hur mycket sediment bassängen kommer att ta emot och vilken volym som behövs för att lagra den här mängden sediment. Det bör alltid framgå ur planen vilken kornstorleksfraktion dimensioneringen baserar sig på. 

En partikel som förs med dikesvattnet in i bassängen sedimenteras om den hinner sjunka till botten innan den når utloppet. Partiklarna rör sig framåt med vattenflödet. Samtidigt rör sig partikeln också nedåt på grund av dragningskraften (se bilden nedan). 

Vid dimensionering av sedimentationsbassängerna är det viktigt att beakta att om två bassänger är placerade efter varandra så minskar inte arealen på det avrinningsområde som använts som dimensioneringsgrund för den nedre bassängen, eftersom dimensioneringen baserar sig på mängden vatten och jordarten.

En sedimenteringsbassängs funktion baserar sig på förhållandet mellan strömningshastigheten hos det inkommande vattnet och bassängens storlek. Vid uppskattningen av vattenflödet används medelhögvattenföringen (Mhq), det vill säga det största dygnsmedelflödet under året.  Det är motiverat att dimensionera en bassäng utgående från toppflödet, eftersom de största mängderna fasta partiklar transporteras med vattnet just då. 

Ytbelastningsmetoden ger som resultat de partiklar vars sedimentationshastighet (VL) är lika stor eller större än kvoten av flödet i bassängen (Q) och bassängens yta (A), dvs. Q/A. I allmänhet uppnår man en tillräckligt låg kvot om vattenspegelns yta uppgår till 3 m²/hektar avrinningsområde vid låga beräknade flöden och 8 m²/hektar vid höga flöden.

Sedimentationshastigheten hos en partikel beror av dess massa och storlek; en finmopartikel sjunker t.ex. med en hastighet av 1 m/h. Det här innebär att det inte är möjligt att fånga upp finkornigt material med hjälp av sedimentationsbassänger. Skillnaden i sedimentationshastighet är stor mellan grova och fina kornstorleksfraktioner. Även om de grova fraktionerna sjunker snabbt till botten måste man ändå komma ihåg att reservera en tillräckligt stor lagringskapacitet för de fasta partiklarna. 

Följande steg är att beräkna den högsta tillåtna flödeshastigheten i bassängen med hjälp av dimensioneringsflödet. Vattnets flödeshastighet utgör kvoten av genomflödet i bassängen (Q) och tvärsnittsområdet (a), dvs. Q/a. I allmänhet uppnås ett tillräckligt låg kvot om bassängens vattenvolym uppgår till 2 m³/hektar avrinningsområde vid låga beräknade flöden och 5 m³/hektar vid höga flöden.  

Bassängens areal (A) beror av dess bredd och längd, men också av slänternas lutning och på vattennivån vid beräkningstillfället. Om man lämnar ett orensat dikesavsnitt som en tröskel före utloppet ökar bassängens effektiva areal. Om det på grund av lutningen i dikessystemet uppströms inte går att hålla vattenytan på en tillräckligt hög nivå med hjälp av en naturlig eller byggd tröskel vid utloppet, kan vattennivån höjas med hjälp av en flödesreglerande konstruktion (rördamm).  

Vid dimensioneringen beaktar man både arealen och den största tillåtna flödeshastigheten vid vilken också lättare partiklar hinner sjunka till botten. Strömmande vatten ger alltid upphov till turbulens, vilket stör sedimentationen, särskilt av finkorniga partiklar med liten massa. Rekommenderad strömningshastighet är 12 cm/s. 

Syftet med dimensioneringen är att fastställa den minimiyta för bassängens tvärsnitt (a) vid vilken vattnets strömningshastighet inte orsakar sådan turbulens som försämrar bassängens funktion. Bredden på bassängen bestäms så att tvärsnittets minimiareal (a) uppnås, med beaktande av slänterna och vattennivån. Eftersom vattennivån avsevärt påverkar tvärsnittets minimiareal (a) och därigenom också den bredd på bassängen som behövs, lönar det sig att placera eller bygga en tröskel vid utloppet av bassängen då det bara är möjligt. 

Vid planeringen av en sedimentationsbassäng måste man också beakta att bassängen småningom fylls av sediment. Då sedimentet upptar en allt större volym, minskar tvärsnittsområdet. Mest sediment samlas vi inloppet till bassängen. Då tvärsnittsområdet minskat tillräckligt mycket fångas de mindre partiklarna inte längre upp eftersom strömningshastigheten ökat. 

Detta kan åtgärdas genom att reservera extra utrymme för sedimentet. Grövre partiklar som rör sig längs bottnen hålls kvar i bassängen ända tills bassängen har fyllts helt.

I en sedimentationsbassäng bromsas vattenflödet upp och de fasta partiklarna sjunker till botten. Vattenflödet bestämmer sedimentationsbassängens längd. Invid bassängen reserveras ett område för grävmassor som är två till tre gånger större än bassängens areal. 

Vid bedömningen av hur stor volym som behöver reserveras för sedimentet behöver man beakta jordarten i dikessystemet uppströms, övriga faktorer som påverkar erosionsbenägenheten samt vilken effekt de vattenvårdsåtgärder har som används uppströms. Om man bedömer att sedimentationsbassängen kommer att fyllas snabbt eller bassängen är placerad på ett sådant ställe att det är svårt att tömma den, lönar det sig att dimensionera bassängens lagringskapacitet i överkant. 

Storleken avgörs av samma ovannämnda principer som för en bassäng som dimensionerats med hjälp av ytbelastningsmetoden. Med lagringskapacitet avses här den volym som ligger mellan inloppets nivå och bassängens botten.

Förhållandet mellan sedimentationsbassängens längd och bredd bör vara 1:3-1:7. Minimibredden på bassänger som är dimensionerade för mindre vattenmängder bestäms emellertid av tvärsnittet. I en långsmal sedimentationsbassäng breder vattnet ut sig jämnt över hela bassängens bredd. Det här förbättrar bassängens funktion eftersom en effektiv sedimentation kräver att vattnet byts ut i alla delar av bassängen. I rektangulära bassänger uppstår det ofta problem både vid inloppet och utloppet eftersom vattnet i hörnen inte byts ut. 

Bassängen bör göras djupare nära inloppet där den fylls upp snabbast på grund av större partiklar som snabbt sjunker till botten. Det här förbättrar funktionen i hela bassängen och minskar samtidigt tömningsbehovet. 

Sedimentationsbassänger fångar effektivt upp fasta partiklar och näringsämnen som är bundna till dem. De fungerar bra som vattenvårdskonstruktioner på sådana dikningsområden där den underliggande mineraljorden är mellangrov eller grovkornig.

Sedimentationsbassänger kompletterar övriga vattenvårdsmetoder och ska inte användas som primär metod, särskilt inte på dikningsområden där dikesbottnen består av finkornig jord eller där dikena grävts i väl nedbruten torv. I första hand ska sådana metoder användas som förhindrar att erosion uppstår, till exempel grävavbrott och andra metoder som minskar vattnets strömningshastighet. Vid planeringen av vattenvården är det bra att kartlägga alla de områden som lämpar sig för översilning. 

Avrinningsområdet uppströms från en sedimentationsbassäng bör vara maximalt 40–50 hektar. Sedimentationsbassänger bör inte anläggas på områden som regelbundet översvämmas. Då kan både de fasta partiklar som redan fångats upp och grävmassorna sköljas bort under översvämningsperioderna.  

Sedimentationsbassängens funktion påverkas i hög grad av hur full bassängen är. De fina partiklarna börjar nämligen strömma vidare långt innan bassängen är full. Om bassängen blivit full har den redan börjat belasta vattendragen i stället för att rena dem. Därför måste man regelbundet följa med hur snabbt bassängen fylls upp så att tömningen kan ordnas i tid. Om en sedimenteringsbassäng vuxit igen eller den inte längre behövs på grund av att belastningen upphört kan den lämnas utan åtgärd om ingen plötslig belastningstopp är att vänta där den skulle kunna ha en funktion.  

Vid planering av sedimentationsbassänger på finkorniga marker är det viktigt att beakta att den uppfrysning som kan ske på slänterna kan göra att de rasar och att bassängen fylls snabbare än planerat. Därför är det bra att planera in sedimentationsbassänger på ställen med tjockt torvtäcke. Den rekommenderade släntlutningen beror av såväl grävdjupet som jordartens egenskaper. På finkorniga jordar och uppfrysningsjordar får släntlutningen vara högst 45 grader. Om bassängen i sin helhet grävs i ett tjockt torvtäcke med låghumifierad torv kan lutningen göras större. Man bör avsätta ett tillräckligt stort område för grävmassorna och placera dem så långt från bassängens kant att risken för att minska risken att kanten kollapsar och massorna rasar in i bassängen igen. I praktiken ska man reservera ett område som är 2-3 gånger större än bassängens yta för grävmassorna. Massorna placeras sedan där och planas ut på ett sätt som gör att de smälter in i omgivningen. Slänterna ska göras så svagt sluttande att ett djur som fallit i bassängen kan ta sig upp. 

Sedimentationsbassängernas effekt ur vattenvårdssynpunkt kan ytterligare förbättras genom att kombinera dem med ett översilningsområde eller en skyddszon. Man ska gärna lämna en tröskel vid sedimentationsbassängens utlopp eller åtminstone se till att avloppsdiket grävs djupare än inloppsdiket. Effekten av en sedimentationsbassäng kan också förbättras genom att komplettera den med en flödesreglerande konstruktion. En flödesreglerande konstruktion gör det möjligt att tillfälligt höja vattennivån i bassängen under höga flöden vilket leder till att bassängens effektiva yta blir större då belastningen är som störst. Om man väljer en rördamm som flödesreglerande konstruktion blir också framkomligheten bättre samtidigt som tömningen av bassängen underlättas. 

Rördammar används också som separata vattenvårdskonstruktioner vars uppgift är att hålla kvar vattnet på ett dikningsområde. Man kan också effektivera funktionen hos andra vattenvårdskonstruktioner med hjälp av rördammar. 

Funktionsprincipen för en rördamm baserar sig på att bromsa upp vattnet vid höga flöden genom att lagra det tillfälligt ovanför dammen. Syftet är att minska erosionen ovanför och nedanför dammen genom att minska vattnets strömningshastighet.

Den största effekten uppstår ovanför dammen, i den del av dikessystemet som påverkas av dammen. Vattnets strömningshastighet minskar tack vare dammkonstruktionen. Metoden gör att erosionen och mängden fasta partiklar som dras med av vattnet minskar och de partiklar som förekommer i vattnet ges en möjlighet att sedimentera. Samtidigt sker en viss biologisk och kemisk reningsprocess av vattnet. 

En bra planering ger en väl fungerande damm. Det bästa resultatet uppnås om dammen anläggs då marken inte är frusen. Om detta inte är möjligt kan anläggningen också göras på frusen mark, men arbetet bör då göras extra omsorgsfullt. Rördammen placeras på ett sådant ställe där det ovanför dammen finns så mycket lagringskapacitet för vattnet som möjligt med beaktande av avrinningsområdets storlek, med andra ord den vattenmängd som når dammen. 

I samband med planeringen är det viktigt att säkerställa att anläggningen av rördammen inte förorsakar olägenheter som minskad tillväxt hos träden eller andra problem, inte ens om det skulle uppstå störningar i rördammens funktion. En störning kan uppstå till exempel om rören blir igentäppta. Genom att installera ett överströmningsrör kan man undvika allvarligare konsekvenser av att basflödesröret blivit igentäppt. Överströmningsröret ska placeras på en sådan nivå att dikessystemets dräneringseffekt bibehålls på en tillräcklig nivå med tanke på virkesproduktionen. Man ska också sträva till att placera rördammen på en sådan plats där svämvattnet från dikningsområdet kan rinna vidare som ytavrinning eller via gamla diken. 

Med tanke på inspektion och underhåll av rördammen är det praktiskt att placera den så att det är lätt att besöka den, även om det är själva vattenvården som alltid ska ligga som grund för användningen och placeringen av rördammar.

Vid dimensionering av dammen bör man beakta avrinningsområdets egenskaper med tanke på flödestoppar och lutningsförhållandena i dikessystemet uppströms från dammen. Dimensioneringen ska göras så att grundvattennivån under vegetationsperioden hålls på en tillräckligt låg nivå med tanke på trädens tillväxt. 

I båda ändar av röret grävs fördjupningar som fungerar som små sedimentationsbassänger. Först grävs den fördjupning som kommer på nedre sidan av dammvallen. Sedan grävs en bädd för röret på dikesbottnen samtidigt som man kontrollerar att det inte hamnar t.ex. stenar under röret. Nästa steg är att placera röret på dikesbottnen så att dess båda ändar hamnar i respektive fördjupning på vardera sidan av dammvallen. 

Man strävar i regel till att bygga dammen av jord som finns på platsen. Den här typen av dammar är främst avsedda att anläggas på torvmark, vilket betyder att det sällan är brist på lämpligt byggmaterial. På uppfrysningsjord och erosionsbenägna områden kan man också använda markbyggnadsduk och stenbeläggning. Man bör undvika att använda erosionsbenägna mineraljordarter som material för själva dammen. 

Röret täcks sedan och jorden packas tätt runt röret. Överströmningsröret placeras på en nivå som ligger ungefär 30-40 cm under marknivån hos det kringliggande dikningsområdet. Det är viktigt att placera överströmningsröret så att det vatten som flödar igenom det inte skadar dammkonstruktionen. Vid behov kan man placera röret i dammvallen så att rörets ena ända når nästan ända ned till dikets botten på övre sidan av dammvallen.

Till slut fylls dammvallen på till sin slutliga höjd, och packas så att den blir tät. Vallens krön ska ligga klart högre än den kringliggande marken. Om arbetet görs på vintern är det viktigt att bygga vallen tillräckligt hög eftersom den sjunker ihop på våren.  

En sedimentationsbassäng fungerar ofta effektivare om man anlägger en rördamm vid utloppet. Det här är motiverat särskilt på sådana objekt där man är tvungen att gräva tröskeln lägre än vanligt för att kunna garantera en tillräcklig dränering. Med hjälp av rördammen blir hela vattenvolymen i bassängen utnyttjad och dammen fungerar som planerat. 

Skillnaden mellan en rördamm som anläggs i ett dike jämfört med i anslutning till en sedimentationsbassäng ligger i att röret inte placeras ända nere vid botten av bassängen. Nivån på röret sätts så att dräneringsbehovet i dikessystemet uppströms beaktas. Också dimensioneringsanvisningarna ska beaktas då röret installeras. 

Vid planeringen av sedimentationsbassänger strävar man till att leda vattnet förbi bassängen under toppflöden, till exempel till ett översilningsområde eller en skyddszon vid ett vattendrag. 

Ett plankdämme har en ram av metall i vilken man placerar plankor tvärs över vattenfåran. På det sättet kan man reglera vattenflödet och vattennivån. Ett plankdämme kan kombineras med ett V-format bräddavlopp. V-formade bräddavlopp jämnar ut flöden effektivt. 

Plankdämmen används bland annat då man vill reglera vattenytans höjd eller om man vill följa med hur bassängen fungerar efter att den har anlagts. Dämmet gör att fasta partiklar lättare hålls kvar i bassängen och hindrar att de spolas bort under höga flöden. 

Det finns flera tillverkare som producerar färdiga dämmen, också sådana som kan kopplas till trummor. Plankdämmen är speciellt lämpliga om man ändå behöver en trumma till avloppsdiket, tilläggskostnaden blir då låg. Om objektet är sådant att det möjliggör fiskvandring uppströms ska man inte använda plankdämmen.

En munk är en nivåbrunn som grävts in i dammvallen. Vattnet kommer in i brunnen via ett rör. Utloppet består också av ett rör i nivå med diket. Rörets diameter dimensioneras från fall till fall utgående från det maximala vattenflödet under flödestoppar. Vattennivån i munken regleras mekaniskt med hjälp av en skiva. Med tanke på flödestoppar är det klokt att också placera överströmningsrör i dammvallen. Man kan själv göra en munk av brunnsringar eller plaströr, men man kan också köpa dem färdiga. Munkar fungerar i allmänhet året om, det är sällan de fryser under vintern. 

Ett V-format bräddavlopp består av en skiva av t.ex. vattenfanér i vilken det finns en v-formad utskärning. Skivan grävs ned i marken så att den täcks av jord både undertill och på sidorna och stöds med stenar, då klarar den av också höga flöden. V-formade bräddavlopp lämpar sig för små objekt. Man kan sätta en mätskala vid öppningen om man vill följa med variationerna i vattenflödet.  

Bottendammar är enkla och snabba att anlägga till exempel i samband med att man reglerar vattenhushållningen på en förnyelseyta. De kan också anläggas i efterskott på redan dikade områden.

Man kan också placera flera bottendammar efter varandra så att de bildar en vattentrappa. Med hjälp av en vattentrappa kan man bromsa upp vattenflödet i diket mellan bottendammarna så att erosion kan undvikas. Bottendammarnas höjd ska gärna fastställas genom avvägning. Den största tillåtna strömningshastigheten fastställs utgående från dikesbottnens jordart och lutningen beräknas utifrån detta.  

Vid dikning används bottendammar närmast på objekt där man tidigare har kunnat konstatera att det förekommer en stor risk för erosion.  Gräv- och rensningsavbrott används rutinmässigt vid dikning för att minska lutningen på diket. Vid grävning av tegdiken kan man använda sig av tillfälliga risdammar för att hindra att erosion uppstår i samband med grävningen. Vid behov kan de här dammarna avlägsnas då den erosionsrisk som själva grävningen orsakade har upphört. 

Bottendammar kan utnyttjas för att effektivera sedimentationsbassängernas funktion genom att använda dem som trösklar vid bassängens utlopp. Bottendammar är att rekommendera särskilt i situationer då det är svårt att öka bassängens vattenvolym genom grävning. Samtidigt bromsas flödet upp under flödestoppar. Vid anläggning av våtmarker kan man använda bottendammar för att reglera vattenflödet så att vattnet breder ut sig över ett större område. 

Den bästa tidpunkten för att bygga en bottendamm är medlet av sommaren när det är som torrast. Materialet ska vara tillräckligt grov sprängsten eller liknande, diameter 0-200 mm eller 0-400 mm. Grovleken på stenmaterialet anpassas till strömningshastigheten så materialet inte förs iväg med vattnet. Det lönar sig i allmänhet att transportera materialet till platsen så länge marken är frusen. 

På objekt med litet vattenflöde fungerar markduk och stenläggning som byggnadsmaterial. Objekt med stora flöden kräver dessutom en stödvägg som kan byggas av t.ex. spontade plankor eller en fanérförstärkt plankvägg.

Vattenfåran släntas med grävmaskin. Stödväggen grävs tvärs över diket, mitt i bottendammen så att den når ned till mineraljorden och tillräckligt långt på båda sidor av vattenfåran så att det inte uppstår risk för erosion. Då grundarbetet är utfört breds markduken ut med våderna tvärs över diket så att den täcker dikets botten, slänter och stödkonstruktioner. Våderna ska överlappa varandra så att en högre liggande våd alltid täcker kanten av en nedre liggande. Ca 50 cm av den övre delen av den översta våden grävs rakt ned i dikets botten så att vattnet inte kommer åt att gräva sig in under dammvallen. Därefter placeras stenmaterialet ovanpå markduken. Stenbeläggningen ska sträcka sig tillräckligt långt nedströms.