1 (6)
WSP Samhällsbyggnad Norra Skeppargatan 11 803 20 Gävle
Besök: Norra Skeppargatan 11 Tel: +46 10 7225000 WSP Sverige AB Org nr: 556057-4880 Styrelsens säte: Stockholm http://www.wspgroup.se
PM
ÖVERSVÄMNINGSKARTERING I HELENELUND
1 Inledning
WSP har fått i uppdrag av Trafikförvaltningen vid Stockholms läns landsting och Sollen- tuna kommun att göra en översvämningskartering för Helenelundsområdet i Sollentuna för framtida markförhållanden (Figur 1). Inom området ligger slutsträckan för Tvärbanan Kistagrenen och detaljplaneområdet del av kvarteret Hoppet och Tvärbanan norr, Kista- grenen, Sollentuna kommun. I söder ligger Södra Kilen som ska planläggas framöver. I den övergripande dagvattenutredningen (Tvärbanan, Kistagrenen, Helenelund & Kvar- teret Hoppet, 2017-12-19) har lågpunkter under E4:an och järnvägen identifierats som riskerar att översvämmas vid skyfall. Vid lågpunkten under E4:an ska en större pump- station byggas som ska leda bort dagvattnet. Dagvattenflödet till lågpunkten väntas bli stort och det finns ett stort behov av flödesutjämningsåtgärder i hela området. På allmän platsmark i torgytan mellan kvarteret Hoppet och tvärbanans station planeras för ett större rörmagasin. Syftet med denna utredning är att ta fram kartor som visar hur stor översvämningen kan väntas bli vid extrema regn. Tre fall har studerats och tagits fram i GIS och MIKE FLOOD.
- Maximal teoretiskt möjlig översvämning, flödesvägar och avrinningsområden (Flödes- vägs- och lågpunktsanalys i GIS)
-Översvämning vid 100-årsregn (Modell i MIKE FLOOD) -Översvämning vid 200-årsregn (Modell i MIKE FLOOD)
Figur 1. Område som ska byggas om.
2 Förutsättningar och metod
En GIS-modell och en MIKE FLOOD modell har byggts upp för framtida mark- och av- vattningsförhållanden. Indata till GIS-modellen är en terrängmodell som beskriver fram- tida mark. Indata till MIKE FLOOD modellen är framtida dagvattenledningsnät, terräng- modell och markanvändning samt avrinningsområden och olika regnintensiteter bero- ende på studerad återkomstid. Modellen bygger på följande underlag;
Utdrag ur baskartan (dwg)
Befintligt ledningsnät (dwg)
Projekterad VA, daterad 161122 (dwg)
Terrängmodell tvärbanan, aktuell 2017-01-23
Terrängmodell, befintlig mark från Sollentuna kommun, 1 m grid.
Projekterade gator och byggnader, aktuell 2017-02-16 (dwg).
Projekterad kvartersmark, illustrationsplan, aktuell 2017-01-25
I följande avsnitt beskrivs indata och vilka antaganden som gjorts i modellerna.
2.1 Terrängmodellen
Terrängmodellen byggdes upp med flera underlag. Utanför utredningsområdet användes en terrängmodell från Sollentuna kommun som beskriver befintlig mark (1 m grid). Inom området användes aktuellt förslag på höjdsättning av de nya gatorna, torget och tvärba- nans spår. Broarna är borttagna i terrängmodellen så de inte utgör hinder för dagvattnet.
Alla byggnader har lagts in i modellen med en konstant höjd på två meter ovan markytan.
Terrängmodellens utbredning togs fram genom att utföra en GIS-analys som visade vatt- nets flödesvägar. Analysen användes för att säkerställa att hela utredningsområdets yt- liga tillrinningsområde inkluderades i modellen. För att inte skapa dämning har även om- råden nedströms tillrinningsområdet inkluderats (Figur 2).
Figur 2. Terrängmodellens utbredning.
3 (6)
2.2 Ledningsnätet
Befintligt och projekterat ledningsnät har lagts in i modellen (Figur 3). Underlaget på pro- jekterat ledningsnät var inte höjdsatt eller dimensionerat. En grov höjdsättning och di- mensionering utfördes därför till modellen. Förutom det nya ledningsnätet vid gator och torg har dagvattenledningsnätet vid skolan kopplats om, från att vara kopplat till en led- ning som korsar E4:an, till att ledas ner längs gatan sydväst om kvarteret Hoppet (Figur 3). Detta innebär att även flödet från skolområdet kommer belasta pumpstationen vid vägporten vid E4:an. Dagvatten från vägporten under Järnvägen kommer också avledas mot pumpstationen.
Ett rörmagasin (D1600) har föreslagits i torgytan. Magasinet har lagts in i modellen och höjdsatts med 1 promilles lutning och förutsätts ligga ca 800 mm under den lägst belägna anslutande rännstensbrunnen. Övriga fördröjningsåtgärder som skelettjordar och flö- desutjämning inom kvartersmark har inte modellerats. Anledningen till att de inte inklu- derats är att dess flödesutjämnande effekt vid extremregn är svårbedömd och på grund av att de är svåra att modellera. Hur bra de fördröjer dagvattnet bygger också på hur bra de sköts av fastighetsägarna och att de inte byggas bort eller sätter igen med tiden.
Resultaten i denna utredning visar alltså ett fall där skelettjordarna antas vara igensatta och magasinet på kvartersmarken tagits ur bruk eller inte fungerar som det ska.
Uppbyggt dagvattenledningsnät visas i Figur 3 och profiler för de nya ledningssträckorna presenteras i Bilaga 1. Kvartersmarken vid Södra Kilen och gatan i Södra Kilens östra del antas för upp till 30-årsregn avvattnas söderut utan att belasta lågpunkten under E4:an. Gatan på Södra Kilens västra sida lutar dock ner mot lågpunkten och har inklu- derats i beräkningen. Dimensioneringen av de nya dagvattenledningarna är gjord för regn med återkomsttid 10 år vid fylld ledning. Hela det nya dagvattensystemet inklusive pumpstationen är dimensionerad så att inte uppdämning ska ske i marknivå enligt Svenskt Vatten P110s rekommendationer för centrumområden för återkomsttider kortare än 30 år. Ledningarna dimensionerades med både rationella metoden och genom att göra simuleringar i MIKE FLOOD. Magasinets strypning togs fram i modellen med villko- ret att översvämning inte får ske på markytan på torget för återkomsttider mindre än 30 år. Magasinets strypning blev då en D450-ledning. Magasinets strypledning sitter i ma- gasinets botten vilket gör att magasinet tappas av till dagvattenledningsnätet efter ett större regn (se Bilaga 1).
Maximalt dagvattenflöde till pumpstationen vid ett 30-årsregn beräknades med tid-area- metoden i MIKE FLOOD till 1470 l/s. I översvämningskarteringen antas detta flöde vara pumpens maximala kapacitet för att säkerställa att marköversvämning inte sker för åter- komsttider kortare än 30 år. Utan strypning nedströms rörmagasinet erhålls maxflödet ca 1770 l/s vid pumpstationen vid 30-årsregn. Om magasinet stryps mer visar simule- ringarna i modellen att det blir marköversvämning vid torget.
Figur 3. Ledningsnätet i modellen (ljusgröna linjer). Mörkgrön sträcka visar magasinet och lila område visar dagvattenledningar vid skolan som kopplats om mot nytt ledningsnät som avvattnas mot pumpstationen. Den gamla ledningen som skolan avvattnas till idag som rivs visas med svart streckad linje.
2.3 Markanvändning, avrinningsområden och nederbördsintensitet
Markanvändningen karterades med hjälp av baskartan, ortofoto och framtida markan- vändning enligt illustrationer och projekteringsmaterial. Markanvändningen användes för att ansätta olika avrinningskoefficienter och friktionstal (Manningstal) för olika marktyper.
Använda avrinningskoefficienter och Manningstal visas i Tabell 1.
Tabell 1. Marktyper, avrinningskoefficienter (φ) och Manningstal (M).
Marktyp φ M
Asfalt (t.ex. vägar och torg) 0,8 70
Tak 0,9 70
Järnvägsspår 0,5 50
Kvartersmark inom kv. Hoppet och Södra Kilen
0,4 40
Villaområde 0,35 30
Grönyta 0,1 20
Skog 0,05 5
Utlopp från modellen (vidare an- slutning mot ledningsnät norrut)
Ledningar som kopp- lats om vid skolan
lan
Tidigare anslutning för ledningsnätet under E4:an
Pumpstation
5 (6)
Nederbördsintensiteten beräknades med Dahlströms formel enligt Svenskt Vatten P110 och presenteras i Tabell 2 för olika återkomsttider. Vid beräkningarna användes klimat- faktor 1,25.
Tabell 2. Nederbördsintensitet vid olika återkomsttider och varaktighet 20 minuter inklusive klimatfaktor 1,25.
Återkomsttid (år) Nederbördsintensitet, varaktighet 20 minuter (l/s, ha)
Nederbördvolym vid varak- tighet 20 minuter (mm)
30 271 32,5
100 404 48,5
200 509 61,1
3 Simuleringar och resultat
3.1 GIS-analys
GIS-analysen illustrerar den teoretiska översvämningsrisken vid ett extremt skyfall. Ana- lysen visar instängda långpunktsområdena och det maximala översvämningsdjupet om ett tillräckligt stort regntillfälle skulle inträffa, men är inte kopplad till en viss återkomsttid.
De instängda områdena, d.v.s. den maximala översvämningsnivån visas i Bilaga 2 och 3. I bilagorna illustreras även flödesvägar och avrinningsområden.
3.2 MIKE FLOOD modell
I MIKE FLOOD simulerades regn med två återkomsttider 100 år och 200 år. En kort och en längre varaktighet, 20 respektive 40 minuter, simulerades. Resultaten visade att det kortare mer intensiva regnet med varaktighet 20 minuter var dimensionerande. Pump- stationen bedöms klara att leda bort dagvattnet vid längre varaktigheter eftersom de reg- nen är mer lågintensiva.
I MIKE FLOOD kan regnet belasta antingen bara markytan eller både markytan och led- ningsnätet. När nederbörden bara belastar markytan bygger det på att det finns goda kopplingar mellan ledningarna och terrängmodellen. Dessa kan vara svåra att beskriva.
Då kan man istället belasta ledningsnätet med regn upp till dimensionerande återkomst- tid, i detta fall 30-årsregnet och lägga resterande del av nederbörden som ytlig avrinning.
Både metoderna har använts i detta fall för både 100-årsregn och 200-årsregn med var- aktighet 20 minuter. Den sanna översvämningen uppskattas ligga någonstans mellan dessa resultat. Översvämningskartor för fall 1 (dagvatten belastar både ledningsnät och markytan) presenteras i Bilaga 4 och 6 för regn med återkomsttid 100 respektive 200 år.
Översvämningskartor för fall 2 (regnet belastar endast ytan men kan rinna ner i lednings- nätet) presenteras i bilaga 5 och 7 för regn med återkomsttid 100 respektive 200 år.
4 Slutsats
Det finns flera platser som kommer att översvämmas vid skyfall i Helenelund (Figur 4).
De största och djupaste översvämningsområdena finns i lågpunkterna vid vägportarna under E4:an och järnvägen. Översvämningen vid E4:an breder ut sig över delar av torget och tvärbanans spår. Förutom vid vägportarna finns ett översvämningsområde vid be- fintligt villaområde norr om kvarteret Hoppet. Inom planområdenas kvartersmark finns områden som riskerar att bli instängda om inte kvarteren höjdsätts så vattnet kan leta sig
ut ytligt från kvarteren. Om marken höjdsätts så instängda områden undviks helt inom kvartersmarken kan det medföra en något större översvämning vid lågpunkten vid väg- porten. Påverkan bedöms dock inte bli så stor så att det skulle påverka resultaten nämn- värt.
Simuleringsresultaten visar störst översvämning för fall 2 där regnet belastar ytan för respektive återkomsttid. Fall 1 och Fall 2 ska ses som två möjliga scenarion vid ett 100- årsregn och 200-årsregn med varaktighet 20 minuter. Översvämningen vid ett 200-års- regn blir som väntat större jämfört med översvämningen vid ett 100-årsregn.
Lågpunktskarteringen visar endast lågpunktsområden och är inte kopplad till något regn.
Bilaga 2 visar att det är teoretiskt möjligt att flera av byggnadernas entréer kan komma att översvämmas om ett tillräckligt stort skyfall inträffar. Översvämningskarteringsresul- taten visar en mindre utbredning av översvämningsområdet jämfört med lågpunktskar- teringen. Entréerna vid kvarteret Hoppet ligger då ovanför översvämningsytan vid både ett 100-årsregn och ett 200-årsregn. Vid Södra Kilen når översvämningsytan in mot den nordvästra byggnaden. Där bör höjdsättningen ses över särskilt noga vid projekteringen.
I Bilaga 4-7 finns de vattennivåer angivna att utgå ifrån. Entréerna på byggnaderna bör minst ligga över nivåerna angivna i kartorna som visar 100-årsregnet. Konsekvensen blir annars att dagvatten rinner in i byggnaderna vid ett 100-årsregn. Där översvämningen berör spåret kan tåget komma att stå i vatten med de vattendjup som visas i kartorna i Bilaga 4-7. Vattennivån på översvämningsområdet vid lågpunkten i vägporten ligger på ca +30,5-30,9 m vid ett 100-årsregn. Tåget kan åka vidare först efter lågpunkten tömts på vatten via pumpstationen.
Ett scenario som skulle kunna ge en större översvämning än resultaten i Bilaga 4-7 är om pumpstationen skulle sluta fungera samtidigt som det kommer ett stort skyfall. Det är viktigt att det finns en beredskap och en plan för hur ett sådant extremt scenario ska hanteras.
Figur 4. Områden som kommer att översvämmas vid skyfall (Fall 2 för regn med återkomsttid 100 år och var- aktighet 20 minuter).
1 (5)
WSP Samhällsbyggnad Norra Skeppargatan 11 803 20 Gävle
Besök: Norra Skeppargatan 11 Tel: +46 10 7225000 WSP Sverige AB Org nr: 556057-4880 Styrelsens säte: Stockholm http://www.wspgroup.se
BILAGA 1 – DAGVATTENLEDNINGSNÄTETS UPPBYGGNAD OCH DIMENSIONER
I denna bilaga visas antagna profiler och dimensioner på det nya ledningsnätet i Helenelund. Vissa profiler har både gamla och nya ledningar. I profilerna visar ljusblå linje marknivån och röd linje maximal trycknivå vid ett 30-årsregn inklusive klimatfaktor 1,25.
Figur 1. Modellens ledningsnät.
Figur 2. Profil längs Eriksbergsvägen. Mellan nod 20 och 22 visas befintliga ledningar där en delsträcka ligger i bakfall.
Figur 3. Profil längs ny gata sydväst om kvarteret Hoppet.
3 (5) Figur 4. Profil från skolan och längs nu gata sydväst om Kvarteret Hoppet.
Figur 5. Ledning i ny gata söder om Södra kilen.
Figur 6. Profil längs torget. På denna sträcka ligger rörmagasinet (D1600).
Figur 7. Profil för ledningen i vägporten under E4.
5 (5) Figur 8. Profil för anslutning från kvarteret Hoppet mot torget.
I
Lågpunktsområde minst -0,1 m High : -0,1
Low : -9,2
Maximal möjlig
översvämningsyta ca +32,30 Maximal möjlig
översvämningsyta ca +33,70
Entree nivåer +31,30-31,50 Entreénivåer, +31,30-31,50
Entreénivåer, ca +31,80-32,12
Entreénivåer, ca +32,40
Maximal möjlig
översvämningsyta vid porten
och torget, ca +32,30
23,34 Ha
8,5 Ha
5,09 Ha
2,72 Ha 2,33 Ha 2,39 Ha
0,42 Ha
0 50 100 200 Meter
I
Flödesackumulation Ha
>100 Ha 50-100 ha 20-50 Ha 10-20 Ha 4-10 Ha 2-4 Ha 1-2 Ha 0,5-1 Ha 0,25-0,5 Ha
0,025-0,25 Ha
Lågpunktsområde minst -0,1 m High : -0,1
Low : -9,2
Avrinningsområde 1
2 3 4 5 6 7
0 40 80 160 Meter
I
Maximal vattennivå (m)
<0.05 0.05 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 0.8 - 1 1 - 1.2 1.2 - 1.4
-Modellfall 1: Regn belastar både ytan och ledningsnätet.
-Pumpkapaciteten är begränsad till 1470 l/s vilket motsvarar ett 30-årsflöde från ledningsnätet.
-Nytt ledningsnät har dimensioneras för regn med återkomsttid 10 år till rörhjässa och med återkomstid 30 år m.a.p trycklinje i marknivå.
-Södra kilen antas för upp
till 30-årsregn avvattnas söderut utan att belasta lågpunkten under E4:an.
20 minuter (Fall1)
Antaganden i modellen:
2017-12-19
Vattennivå i lågpunkt vid vägport under E4:an ca +30,5 m
Vattennivå i lågpunkt under
järnvägen ca +31,7 m
Source: Esri, DigitalGlobe, GeoEye, Earthstar Geographics, CNES/Airbus DS, USDA, USGS, AEX, Getmapping, Aerogrid, IGN, IGP, swisstopo, and the GIS User Community
0 40 80 160 Meter
I
Maximal vattenivå (m)
<0.05 0.05 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 0.8 - 1 1 - 1.2 1.2 - 1.4
-Modellfall 2: Regnet belastar markytan.
-Pumpkapaciteten är begränsad till 1470 l/s vilket motsvarar ett 30-årsflöde från ledningsnätet.
-Nytt ledningsnät har dimensioneras för regn med återkomsttid 10 år till rörhjässa och med återkomstid 30 år m.a.p trycklinje i marknivå.
-Södra kilen antas för upp
till 30-årsregn avvattnas söderut utan att belasta lågpunkten under E4:an.
20 minuter (Fall 2)
Antaganden i modellen:
2017-12-19
Vattennivå i lågpunkt vid vägport under E4:an ca +30,9 m
Vattennivå i lågpunkt under
järnvägen ca +32,1 m
0 40 80 160 Meter
I
Maximal vattennivå (m)
<0.05 0.05 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 0.8 - 1 1 - 1.2 1.2 - 1.4
-Modellfall 1: Regn belastar både ytan och ledningsnätet.
-Pumpkapaciteten är begränsad till 1470 l/s vilket motsvarar ett 30-årsflöde från ledningsnätet.
-Nytt ledningsnät har dimensioneras för regn med återkomsttid 10 år till rörhjässa och med återkomstid 30 år m.a.p trycklinje i marknivå.
-Södra kilen antas för upp
till 30-årsregn avvattnas söderut utan att belasta lågpunkten under E4:an.
20 minuter (Fall1)
Antaganden i modellen:
2017-12-19
Vattennivå i lågpunkt under järnvägen ca +32,0 m
Vattennivå i lågpunkt vid vägport
under E4:an ca +30,8 m
Source: Esri, DigitalGlobe, GeoEye, Earthstar Geographics, CNES/Airbus DS, USDA, USGS, AEX, Getmapping, Aerogrid, IGN, IGP, swisstopo, and the GIS User Community
0 40 80 160 Meter
I
Maximal vattennivå (m)
<0.05 0.05 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 0.8 - 1 1 - 1.2 1.2 - 1.4
