CFD beregninger som input til MU Jakob Badsberg Larsen, NIRAS I forbindelse med designet af den kommende Kalvebod Brygge Skybrudstunnel er der foretaget CFD-beregninger på udvalgte bygværker. CFD-beregningerne har bl.a. været benyttet til at teste indretningen af de skakte, der fører vandet ned til skybrudstunnelen og dermed forbinder den til overfladen. Et resultat af CFD-beregningerne har været detaljerede enkelttabsberegninger, der er blevet overført til Mike Urban beregninger, hvor skybrudstunnelens påvirkning på det samlede hydrauliske system er beregnet. Indlægget vil komme ind på hvilken forskel CFD-beregningerne har gjort for designet af bygværkerne, men også betydningen for netværksberegningerne at benytte de mere detaljere enkelttab.

1. CFD beregninger
som input til Mike
Urban
CFD til design af bygværker samt detaljering
af Mike Urban model for Kalvebod Brygge
Skybrudstunnel

2. Area description
Rain induced Flooding
2
• d

3. Københavns Kommunes Skybrydsplan
Skybrudssikring
3
• Skybrudsplanen blev
vedtaget i 2012
• Mål: At håndtere en 100 års
hændelse
• Siden 2012, er der brugt
mange ressourcer på at gøre
nogle af 350 projekter klar
til konstruktion
• Denne præsentation
omhandler en af de største
projekter:
En skybrudstunnel centralt i
København på Vesterbro.

4. Område karakteristisk
Terræn
4
• Terrænet har generelt fald mod
havnen.
• Terræn ned til koter omkring +1,60
på Vesterbro
• De lave terrænkoter medfører lav
hydraulisk gradient
Ground elevation [m]
Sea
0 - 1
1.0 - 1.5
1.5 - 2
2.0 - 2.5
2.5 - 3
3.0 - 3.5
3.5 - 4
4.0 -5.0
> 5.0
Vesterbro

5. Udfordringer
Oversvømmelse i forbindelse med regn
5
• Oversvømmelse for en 100 års
hændelse i 2100.
• To hovedområder er
oversvømmet med dybder op
til 0,5-1,0m
• Oversvømmelsesvolumen på
op til 150.000m³
Flooding depth [m]
< 0.1
0.1 - 0.2
0.2 - 0.3
0.3 - 0.5
> 0.5
Vesterbro

6. Design strategi
Opstilling af hydraulisk model
6
• Opstillet Mike Urban model på
baggrund af Københavns Kommunes
Skybrudsplan.
• Skybrudsplanen opdelt i kategorier:
• Skybrudsveje, forsinkelsesveje,
skybrudsledninger og
skybrudsbassiner samt tunneler

7. Design strategi
Opstilling af hydraulisk model
7
• Stort arbejde i at få lagt de mange
projekter ind i modellen.
• Skybrudsveje, forsinkelsesveje,
skybrudsledninger og
skybrudsbassiner samt tunneler
indsat.
• Modellen er opsat som 1D-1D
model af hensyn til beregningstid
og til dels også tid til opsætning af
modellen.
• Forbindelse til terræn indsat via
weirs. Mange koblingspunkter.

8. Design strategi
Begrænset plads til forsinkelse af skybrudsvand Vandet skal ledes ud af oplandet
8

9. Design strategi
Linjeføring
9
• Forslået linjeføring tæt på de
oversvømmede områder.
• Beregninger viste et designflow på
20m³/s.
• På grund af eksisterende infrastruktur
blev en dybtliggende tunnel valgt som
konstruktionsmetode.
• To lokaliteter blev identificeret til
skaktplacering og forbindelse til
eksisterende kloak blev inkluderet i
designet.

10. Design strategi
Terræn og gradient
10
• Terræn barrierer:
- Gl. Kongevej
- Kødbyen
- Jernbanegraven
• Stigende vandstand

11. Tunnel dimensions
11
• Ø2000 tunnel fra Gl. Kongevej til Kødbyen, Ø3000 tunnel fra Kødbyen til Kalvebod
Brygge.
• Tunnelen er lige præcis i stand til at krydse over metroen og stadig blive i gode
geologiske forhold til tunnelering (kalk).
• Øget diameter vil medføre tunnelen skal under metroen Betydelige forøgelse af
anlægspris.

12. Indtag af skybrudsvand
Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø – Overordnet design
12
Flap Chamber
Existing local sewer
Connection from flap
chamber to drop
Flushing storage volume
Baffle drop
2m ID Tunnel
Connecting portal
• Indledende design:
- To niveaustyrede klapper
- 2x2m forbindelsesledning
- Designflow 6m³/s
• Indledende beregninger på
fyldning – Undgå luft

13. Indtag af skybrudsvand
Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø - Fyldning
13
• Indledende CFD beregninger viste at hylderne ikke blev udnyttet optimalt – For
høje hastigheder Øger risiko for at trække luft med.
-Åbning i bunden af ”hylderne” for lille

14. Indtag af skybrudsvand
Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø - Fyldning
14
• Revideret design – Ekstra ”hylde” indsat. 5 i alt med 2m afstand. Åbning øget til
1,5x2,0m.
- Giver nu tilfredsstillende hastigheder under fyldning.

15. Indtag af skybrudsvand
Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø – Enkelttab ved designsituation
15
• Ved fyldt system, testes systemet for enkelttab til designflow på 6m³/s.
• Beregningerne viste et samlet enkelttab på 104 cm, heraf 65 cm ved
klapbygværket. Uacceptabelt stort tab her.

16. Flap Chamber
Existing local sewer
Connection from flap
chamber to shaft
Flushing storage volume
Baffle drop
2m ID Tunnel
Connecting portal
Indtag af skybrudsvand
Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø – Revideret design
16
• Revideret design. Klapbygværk
går direkte på skakten.
• Fjernet forbindelsesledning –
Formål at reducere tabet her.

17. Indtag af skybrudsvand
Ved Gl. Kongevej/Skt. Jørgens Sø – Enkelttab ved revideret design
17
• Systemet genberegnes med det nye design.
• Tab reduceret med næsten 36 cm. Nu samlet 68 cm, 28 cm fra klap til skakt. Nu
på acceptabelt niveau.

18. Indtag af skybrudsvand
Ved Kødbyen/Sønder Boulevard – Revideret design 1
18
• Overordnet design:
- Ø2m tunnel ind, Ø3m tunnel ud.
- 4 niveaustyrede skybrudsklapper
- 2 stk 2x2m forbindelsesledninger
- Skybrudsledning fra gasværksvej
direkte til skakt
• Designflow 13m³/s + 1,5m³/s samt
6 m³/s fra ø2m tunnel.

19. Indtag af skybrudsvand
Ved Kødbyen/Sønder Boulevard – Fyldning revideret design 1
19
• Den indledende beregning for
fyldning viste for høje
hastigheder med øget risiko
for at trække luft med ned.
• Designet revideres derfor

20. Indtag af skybrudsvand
Ved Kødbyen/Sønder Boulevard – Fyldning revideret design 2
20
• Der blev indsat en ekstra
hylde og en halv hylde ved
indløbet fra klapbygværket til
at lede vandet over på første
hylde.
• Nedbringer hastighederne til
acceptabelt niveau.

21. Indtag af skybrudsvand
Ved Kødbyen/Sønder Boulevard – Fyldning revision af design
21
• Ved fyldt system, testes systemet for enkelttab til designflow på 20m³/s.
• Tab gennem skakt på 76 cm – Tab fra klapbygværk til udløb på 128 cm – OK.

22. Pumpestation ved udløb
4 stk propellerpumper á 5m³/s
22
• Tunnelen slutter i en
pumpestation med 6 pumper
á 5m³/s, der kører
alternerende drift 4 ad
gangen.
• Samlet flow 20m³/s ned til
kote -2,0m.

23. Hydraulisk model opdateret med enkelttab
Justeret via enkelttabskoefficienten i MU til overensstemmelse med CFD beregningerne
Vandstande under kritisk niveau – Tunneldiameteren skal ikke forøges.
23

24. Hydraulisk model opdateret med enkelttab
Testet på Flood model – Kun tunnelen indsat som plan-element.
24
• Indsæt figur med ny osv-beregning
Depth [m]

25. Konklusioner
CFD som værktøj til design og
25
• CFD har været et helt centralt værktøj under designet af skakte og bygværker
• Det har bidraget med viden og forståelse for bygværker og skaktes funktion
• CFD har været med til at give en sikkerhed for de udførte beregninger –
Enkelttab havde ellers været meget svære at vurdere ud fra håndberegninger på
de komplekse strømforhold.
• Det kræver koordinering mellem hydraulikkere – Både MU og CFD folk samt
anlægsfolk med viden om design og indretning af skakte.

26. Cloudburst tunnel design
Turning Necessity into Benefits
26
Lang tidsbrug af tunnelen
I fremtiden skal regn og spildevand i stigende grad
separeres i København.
Under skybrud skal tunnelen fortsat bruges til at
forhindre oversvømmelser ved overløb fra
fælleskloaken.
Til hverdagsbrug vil tunnelen blive brugt til at
transportere separat regnvand fra byen.
Billedet viser et af de projekter, der er under
planlægning på Nørrebro, den type projekter som
skybrudstunnelerne også skal understøtte.