Lars Bergdahl, Vattenbyggnad
Ämnet vattenbyggnad omfattar traditionellt såväl anläggningar i vatten; tex hamnar, vågbrytare, fyrar och sjöledningar som anläggningar för vatten; tex vattenkraftverk, dammar, kanaler och tunnlar samt ledningssystem för vattenförsörjning och vattenavledning. Tillsammans utgör de en stor och värdefull andel av landets infrastruktur, som successivt behöver, underhållas, förnyas, effektiviseras och utbyggas. 1994 var till exempel vattenkraftens försäljningsvärde grovt räknat 25 miljarder kronor och vatten- och avloppsverkens omsättning cirka 12 miljarder. Ett annat exempel på områdets vikt är att 95 % av allt gods som exporteras eller importeras går via våra hamnar. Forskningen i ämnet ägnas åt att studera strömningsmekaniska problem i dessa betydelsefulla anläggningar.
Inom vattenavledningstekniken studeras flödesvariationer i tid och rum, sedimenttransport och flödesreglering med hjälp av endimensionella numeriska modeller. Speciellt intressant är att kunna reglera och därigenom begränsa bräddning av avloppsvatten i kombinerade system samt att förebygga översvämningar vid häftiga regn. Om man kan begränsa bräddningen och i stället temporärt lagra avlopps- och regnvattnet i ledningssystemen eller i speciellt byggda utjämningsmagasin och våtmarker minskar påverkan på sjöar, floder och kustområden. Översvämningar utgör en stor kostnad för samhället och försäkringsbolag och drabbar enskilda.
Många strömningsproblem av tredimensionell karaktär har man tidigare enbart förmått lösa genom att genomföra serier av kostsamma modellförsök. Moderna datorbaserade simuleringspaket för lösning av Navier-Stokes ekvationer eller Reynolds ekvationer gör det möjligt att istället utföra numeriska beräkningar och då snabbt undersöka många tänkbara utformningar och sedan välja ut den beräkningsmässigt bästa lösningen. För nya typer av problem modellerar man sedan denna utvalda lösning fysiskt för att validera beräkningarna. Vid institutionen genomförs för närvarande en simulering av strömningen och förlusterna i en ledningsbrunn. De beräknade förlusterna stämmer väl med tidigare uppmätta förluster vid modellförsök i institutionens laboratorium.
Andra tillämpningar av den nya simuleringstekniken kan göras på sedimenterinsbassänger i vatten och avloppsverk, oljeavskiljare i avloppsnäten, reningsförmågan i utjämningsmagasin och våtmarker, konvektionsflöden i sjöar och mark orsakade av värmeuttag, samt strömning i vattendrag och kustområden vid prediktering av föroreningsutsläpp.
Inom havstekniken studeras vågkrafter på fasta konstruktioner och våginducerade rörelser hos flytande förankrade konstruktioner, samt vågrörelse i hamnar. Ett exempel på fasta konstruktioner är den av Skanska projekterade vågbrytaren för Monaco för vilken vågbelastningen och transmissionen studerats teoretiskt och i samarbete med SSPA i modell. Exempel på flytande konstruktioner är stora betongplattformar under utbogseringsfasen; flytande förankrade vågbrytare, som studeras teoretiskt och experimentellt vad beträffar rörelser, krafter mellan vågbrytarna, förankringskrafter och transmission; samt vågkraftverk bestående av en boj med mothåll i form av en underhängande platta, där energiuttaget kan optimeras.
Gemensamt för dessa problem är att man måste bestämma vågrörelsen kring konstruktionerna. Denna är sammansatt av de infallande, reflekterade, transmitterade och radierade vågorna i det tvådimensionella fallet och infallande, spridda och radierade vågor i det tredimensionella fallet. Problemen kan väl beskrivas med hjälp av potentialteori men innehåller utmaningar i form av tex den fria vattenytans olinjäritet och viskösa effekter som ibland inte kan försummas i realiteten.
Lösningsmetoder som används i forskningsgruppen är randelementmetoder (BEM), där källor och sänkor distribueras över kropparna; Fouriermetoder där lösningen ges av serier av ortogonala funktioner i olika delrymder kring kropparna; samt en hybridmetod (HEM) där finita element närmast kropparna kopplas till ortogonala serier en bit ifrån kropparna och utåt. Fouriermetoderna är effektiva och noggranna men fungerar bara för enkla former såsom rektangulära balkar, grupper av vertikala avskurna cylindrar etc. Randelementmetoderna kan precis som finita elementmetoder lösa problem med godtycklig form och har den fördelen gentemot FEM att endast kropparnas ytor behöver elementindelas.
(Texten publicerades 1995 i skriften Ny kunskap.)