Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Dagvatten som rinner längs hårdgjorda ytor i stadsmiljöer kan föra med sig tungmetaller och andra föroreningar från ytorna. Vanligtvis transporteras det förorenade dagvattnet via led- ningsnäten till en recipient där det riskerar att förorena sjöar och vattendrag. För att minska risken för påverkan på recipienten kan dagvattnet ledas till dammar, där vissa föroreningar sedimenterar. Flödesproportionell vattenprovtagning är en vanlig metod vid mätning av för- oreningskoncentrationer i det inkommande vattnet. Metoden ger mätvärden som har en hög kvalitet, men är både dyr och tidskrävande. Som ett alternativ har metoder som beräknar årsmedelhalter i dagvatten lyfts upp.

Syftet med den här studien var att undersöka hur väl två teoretiska metoder kan beräkna tungmetallhalter i inkommande dagvatten genom att jämföra beräkningsresultaten med flö- desproportionellt uppmätta halter. De teoretiska metoder som undersöktes var omräkning av sedimenthalt till medelhalt i inkommande vatten med Germans formel, samt schablonberäk- nad medelhalt i inkommande vatten utifrån markanvändning med programmet StormTac.

I studien har beräknade årsmedelhalter för bly, koppar, krom, nickel och zink jämförts med uppmätta halter i fyra dagvattendammar. Resultaten visade att Germans formel beräk- nade medelhalter med högre precision än StormTac och hade lägre tendens till markant av- stickande beräkningsresultat. Beräkningsresultaten varierade för bägge metoderna mellan hög precision och låg precision. För att avgöra hur bra prediktionsförmågan är hos respektive metod har Nash-Sutcliffe effektivitetskoefficient (NSE) beräknats för respektive studerad tungmetall och metod. Analysen indikerar att ingen av metoderna har en bra prediktionsför- måga för samtliga metaller. NSE-värdena bedöms dock ha en stor osäkerhet och därav kan inte en slutsats enbart baseras på denna analys. Den slutliga bedömningen landar i att båda metoderna är användbara, men att lämpliga situationer att använda dessa i, i hög grad är beroende av hur noggranna medelhalter som efterfrågas.

Sedimentens medelkoncentration av bly, koppar och kadmium har jämförts med miljö- kvalitetsnormer i de fyra dammarna. Koppar överskred gränsvärdena i tre av dammarna, vilket visar att det finns en risk att obehandlat dagvatten från dessa tillrinningsområden kan förorena recipienten med koppar. Bly och kadmium överskred inte miljökvalitetsnormerna i någon damm. För en av dammarna har även fluoranten, antracen och TBT jämförts med miljökvalitetsnormer. Resultatet visade att TBT överskred gränsvärdet.

Stormwater runoff in urban areas can collect heavy metals and other pollutants from impervious surfaces. The polluted water is usually transported through the storm drainage system to the recipient, where it has the potential to pollute lakes and watercourses. In some cases, the stormwater is transported to stormwater ponds, which cleans the water through sedimentation of some of the pollutants. Flow-weighted sampling is a common method to quantify the load of pollutants in stormwater. The method measures with high accuracy, but is expensive and time-consuming. As an alternative, the use of theoretical methods has been discussed such as Germans formula and StormTac, which are based on calculations for mean concentration of the pollutants.

The purpose of this study is to investigate the correlation between incoming stormwater, heavy metal concentration in the sediments and modeled concentrations from the drainage basin through analysis of existing sampling data and sediment sampling and modeling. The objective is to answer how well two theoretical methods can calculate a measured mean concentration. The methods that are studied are Germans formula and StormTac. The study also compares the concentration of pollutants in the sediments with environmental quality standards, to investigate the risk of pollution in the recipient if the stormwater from the drainage basin is untreated.

In this study, calculated mean concentrations for lead, copper, chromium, nickel and zinc has been compared with measured concentrations in four stormwater ponds. The results showed that Germans formula calculated mean concentrations with better precision than StormTac, and had a lower tendency for calculating extreme values. The results for both methods varied between high precision and low precision. To determine the prediction ability for each method, Nash-Sutcliffe coefficient of efficiency (NSE), has been calculated for each metal and method. This analysis indicates that neither of the methods has an ability to predict all values accurately enough. However, the NSE-values are grounded on limited material, and a conclusion can therefore not be based on this analysis alone. The final conclusion of this study is that both methods are useful, but their usability is highly dependent on how accurate the mean concentrations needs to be.

The concentration of lead, copper and cadmium in the sediment has been compared with environmental quality standards in four of the stormwater ponds. Copper exceeded the standards in three ponds, which shows that there is a risk that untreated stormwater from those drainage basins can pollute the recipient with copper. Lead and cadmium did not exceed the standards in any of the ponds. The concentration of fluoranthene, anthracene and TBT in the sediments of one of the ponds was also compared with environmental quality standards. The comparison showed that TBT did exceed the standards.