Logo: to the web site of Uppsala University

I detta examensarbete har en numerisk Javamodell utvecklats för beräkning av utspädning alternativt temperaturvariation i en avloppsvattenplym. Modellen är en vidareutveckling ur en befintlig Matlabmodell framtagen av Mikael Malmaeus på ÅF. I grundutförandet utgår modellen från ett kontinuerligt utsläppsflöde där utspädningen beräknas med avståndet från utsläppspunkten under det att avloppsvattnet transporteras bort och späds ut av omgivande strömmar. Avloppsvattenplymen delas in i cirkelsegment och modellen bygger på massbalans där ett rumsmedelvärde beräknas för varje segment under antagandet att avloppsvattnet håller sig inom simuleringsområdets ramar.

Utvecklingen av modellen inom ramen för examensarbetet har bl.a. resulterat i:

- Funktionellt användargränssnitt för enkel hantering av indata. Simuleringsresultat presenteras i Excel-filer och även med hjälp av enkel grafik

- Metoder för hanterandet av rörelsemängd och ’crossflow’

- Metoder för hanterandet av temperaturvariation i kylvattenutsläpp

- Möjlighet att använda gränsvärden för plymens transversella spridning

- Alternativ diskretisering för simuleringar av utsläpp i vattendrag (endimensionellt istället för tvådimensionellt flöde)

Grundidén vid utformandet av modellen var framförallt att åstadkomma ett verktyg som skall kunna användas i situationer där relativt få indata existerar eller för att göra grova miljöbedömningar vid relativt enkla frågeställningar. För att validera modellens tillförlitlighet jämfördes simuleringsresultat både med mätvärden och analytiska beräkningar. Dessa jämförelser visar på god överensstämmelse mellan uppmätta och simulerade värden. Dock behöver fler tester genomföras innan modellen kan anses fullt validerad.

I diskussionsavsnittet ges ett antal föreslag till fortsatt utveckling av modellen som exempelvis att låta ett utökat rörelsemängdsvillkor styra plymens spridningsvinkel genom hela simuleringsområdet. I modellen finns även stöd för simuleringar där indata varierar över tid. Sådana tidsberoende simuleringar samt förbättrad grafisk presentation av simuleringsresultat utgör också intressanta utvecklingsområden för modellen. 

In this thesis work, a numerical model was developed for the analysis of formation and dilution of wastefields resulting from discharge into a steady ambient current. The model is written in Java and is the result of a further development from a Matlab-model, invented by PhD Mikael Malmaeus. In the basic configuration of the model, the wastefield is analyzed using a polar discretization and a spatial mean-value for dilution is computed in each segment in a steady-state solution.

The following additions to the model were completed during this thesis work:

• User friendly interface. Simulation results are presented in Excel-files and also in simple graphics.

• Numerical methods for the analysis of momentum and cross-flow.

• Numerical methods for the analysis of temperature variation in wastefields from thermal discharge.

• Capability to handle spatial limits for wastefield spread.

• Alternative discretization for cases involving channels.

An important goal for the development of the model was to build a tool that could be used in cases where few data exists or to make crude environmental analyzes of relatively simple cases. In order to validate the accuracy of the model comparisons were made between computed results and measured data. Those comparisons indicate high accuracy in model predicted results. Yet, more tests have to be carried out before the model is fully validated.

A few suggestions for further enhancement of the model are presented in the discussion. The main idea is an algorithm for momentum derived spread-angle control. Better graphical presentation of results and enhanced capability for non steady-state simulations are also interesting areas.