1
PM Stormtac 2016- Beräkning av föroreningsbelastning och dimensionering av dagvattendamm i Södra Väsjön
Figur 1 Studerat avrinningsområde (inom blå linje) för dammen och dess ungefärliga placering och storlek. Dagvattnet från nordvästra delen av området (områdena 4B och 4AN inom röd linje) leds norrut (inte till dammen). Dagvattnet från område 4AN leds ytligt via kanalstråk norrut och dagvattnet från område 4AS leds ytligt via kanalstråk söderut till dammen.
Bakgrund
Planeringen av Väsjöområdet har pågått sedan början av 2000- talet. Inledningsvis behandlades hela Väsjöområdet som ett planområde men delades sedan in i flera planetapper. Inför att kommunen lämnade in tillståndsansökan för sjörestaureringsåtgärder i Väsjön togs en övergripande dagvattenutredning fram som behandlade
dagvattenflöden och föroreningsbelastning från hela Väsjöområdet (Novamark, 2013).
För att lättare kunna planera för vilka åtgärder som krävs inom respektive planområden har dagvattenutredningen för hela Väsjöområdet brutits ned på planområdesnivå i PM ”Översiktlig beräkning av föroreningsbelastning från Väsjöns planområden”(StormTac, 2014). Det PMet syftar till att fungera som en vägledning för kommande planetapper och till att kunna följa upp att föroreningsbelastning och dagvattenflöden från respektive planområde relaterar till de beräkningar som gjorts i tillståndsansökan.
Syfte
Inom Södra Väsjöområdet och Edsbergs Sportfält planeras en dagvattenhantering som i hög grad bygger på lokala fördröjnings- och reningsåtgärder samt rening och flödesutjämning i en öppen dagvattendamm på Sportfältet.
Dessa åtgärder är i enlighet med vad som räknats med i tillståndsansökan.
Syftet med aktuell utredning är beräkna dagvattenflöden och föroreningsbelastning från Södra Väsjöområdet och Edsbergs Sportfält i syfte att kunna dimensionera dagvattendammen och det öppna dagvattenstråket. Vidare syftar utredningen till att följa upp att de reningsåtgärder som föreslås inom planområdet Södra Väsjöområdet och Edsbergs Sportfält förhåller sig till de värden som redovisats i StormTac (2014) och som tillsammans med värdena från övriga områden ger samma (eller lägre) belastning på Väsjön som redovisats i tillståndsansökan för
sjörestaureringsåtgärder i Väsjön (Novamark, 2013).
De planområden som omfattas i denna utredning benämndes i tidigare utredning med följande områdesnotationer: V4, V5, V6 (del av), V7, V8 och V0 (del av). Dessa planområden omfattas eftersom dagvatten från dessa rinner ner mot planerad damm.
Delområde 4AS har behandlas separat för att dagvatten från det området leds in i det öppna dagvattenstråket vars dimension beräknats här, och likaså delområde 4AN och 4B eftersom dagvattnet därifrån inte kan ledas söderut till dammen p.g.a. höjdskillnader utan leds direkt norrut mot Väsjön Mellersta innan vattnet leds vidare till Väsjön.
Metod
Digital bearbetning av erhållen plankarta (se Indata) har utförts. Data i form av areor per markanvändning och rinnsträckor har sammanställts och exporterats till dagvatten- och recipientmodellen StormTac, v. 2014-01, som använts för beräkningarna, se www.stormtac.com.
Transportsystemet (ledningar, öppna kanaler och diken) och anläggningar för utjämning (fördröjning) av toppflöden i området dimensioneras generellt för ett 10-årsregn med klimatfaktor 1,2. Detta bedöms vara en ”normal”
dimensioneringsgrund i Sverige, normalt använd senaste tiden enligt de senaste rönen från Svenskt vatten och SMHI med tanke på prognosticerade klimateffekter. Relativt vanligt på sista tiden är även att beräkna flöden och
utjämningsvolymer samt nivåer vid ett 100-årsregn. Vid en sådan lång återkomsttid kan man antingen använda en klimatfaktor eller inte göra det, det senare eftersom det skulle ge så extrema värden. I enlighet med bedömningar i flertalet andra projekt har här utförts kompletterande beräkningar av flöden, utjämningsvolymer och vattennivåer vid ett 100-årsregn utan klimatfaktor.
Indata
Underlag är uppdaterad plankarta med planområden (Detaljplaneindelning för Väsjöområdet, oktober 2013), se Figur 1.
Beräkningsförutsättningar
Kvartersytorna och gatorna har räknats som separata markanvändningar, utom vid Ribbings väg och för husen längs med den slingrande vägen i områdets nordöstra del mot kanten av Väsjöbacken. De två senare områdena har räknats som flerfamiljshusområde och för dessa har vägytan räknats in i bostadsområdena. Detta eftersom mer tillförlitliga data och därmed säkrare schablonvärden finns från ett sådant bostadsområde. För kvarteren vill man se effekten av om LOD kan utföras eller inte inom kvartersmarken, varför dessa har räknats separat och bara innehåller tak och gårdsmark (inte gator).
För både kvarter (exkl. gata) och flerfamiljshusområde (inkl. gata) har räknats med två olika beräkningsfall; med och utan LOD. För kvartersmark respektive för gata har specifika schablonvärden tagits fram genom ett
kalibreringsförfarande, som visats ge rimliga resultat. Inom kvarteret och flerfamiljshusområdet har antagits samma procentuella reduktion av dessa LOD-åtgärder, vilka bygger på data från områden med infiltrationsytor i vilka
dagvattnet inte är direkt kopplat till ledning utan leds ut över grönyta. Det ges möjlighet att infiltrera genom denna. I flerfamiljshusområdet räknas i fallet med LOD även med rening i vägdike eller skelettjord.
I bägge fallen med eller utan LOD har räknats med åtgärder på allmän platsmark i form av skelettjord som renar vägdagvattnet från Edsbergs allé och i gatan österut (Väsjöpromenaden) mellan kvarteren räknas med ett kanalstråk där gatudagvattnet passerar infiltrationsytor. Dit led även dagvattnet från kvartersmarken i fallet med LOD, men i fallet utan LOD i kvartersmark räknas med att dagvattnet från kvartersmarken leds direkt ner i ledning.
Allt dagvatten från området, undantaget från de norra delarna, leds vidare till planerad damm.
Resultat
Tabell 1 visar areor efter exploatering för hela det studerade avrinningsområdet i Figur 1, för delområdena 4AS, 4AN och 4B (se Figur 1) samt uppmätta takytor. Med ”hela området” avses hela avrinningsområdet (inom blå linje, Fig. 1) inkl. 4AN och 4B som inte leds till dammen. Sedan visas området som leds till dammen (hela området minus 4AN och 4B). Område 4AS är med som eget område bara för att det utgör grund för dimensionering av ytlig transport via kanal eller dylikt till damm, men det inkluderas annars i området som går till dammen. Fallet ”4AN+4B” avser det totala norra området varifrån dagvattnet inte leds till dammen. Man kan i detta fall inte summera områdena för att få vad som inkluderas i områdena ”Hela” eller ”Till damm”. Utvalda områden och takytor har redovisats för att visa underlaget till dimensionering av gröna tak och kanal till damm m.m.
Tabell 1 Area (ha) per markanvändning inom studerat avrinningsområde enligt planförslaget för Södra Väsjöområdet och Edsbergs Sportfält, 2014 (Figur 1).
Markanv Hela Till
damm
4AS 4AN 4AN
+4B
4B Hela, tak
4AS, tak
4AN, tak
4B, tak
ha ha ha ha ha ha ha ha ha ha
Kvartersmark 2,28 1,06
Edsbergs allé 1,00 0,17
Gata utanför kvartersmark 1,11 0,30
Flerfamiljshusområde inkl.
gator
9,45 3,46 1,70 0,77 0,83
Idrottsplats 0,40 0,40
Dammyta 0,20 0,20
Skogsmark, övrig naturmark 15,3 13,9 0,33 1,47 1,07
Ängs-och parkmark 4,75 4,75
Takyta 2,24 0,80 0,40 0,35
Tot 30,1 27,1 1,7 1,1 3,0 1,9 2,24 0,80 0,40 0,35
Tabell 2 visar beräknade dimensionerande flöden från hela området och från delområde 4AS, 4AN och 4B med eller utan gröna tak. Det högre värdet inom intervallet innebär att man räknar med hela den reducerande effekten av gröna tak jämfört med traditionella tak och det lägre värdet innebär att man reducerar detta värde med hänsyn till att LOD-åtgärder nedströms redan räknats med varmed den fulla reducerande effekten kan man sannolikt inte
räkna med (därmed anges intervall). Det är möjligt att värdena kan bli sämre än beräknat (att flödena blir större efter gröna tak) eftersom det gröna taket kan bli dämt med vatten under intensiva ihållande regn, men detta var resultaten modellen visade. Modellen är under utveckling avseende effekten av gröna tak på flödesutjämningen vid olika regn och andra förhållanden.
Tabell 2 Dimensionerande flöden, 10-årsregn med klimatfaktor 1,2
Fall Enhet Hela 4AS 4AN 4B
Utan gröna tak l/s 920 100 55 50
Gröna tak på 50% av takytan l/s 810-860 70-80 40-45 35-40 Gröna tak på 100% av takytan l/s 730-810 50-70 30-35 25-30
En kanal i delområde 4AS som leder dagvattnet mot dammen kan anläggas för ett dimensionerande 10-årsflöde på ca 100 l/s, se Tabell 2, men om inte LOD på varken kvartersmark eller allmän platsmark räknas med blir
motsvarande flöde ca 225 l/s för område 4AS (tvärsnitttsyta ca 0,115 m2 vid 1% längslutning) och ca 115 l/s för område 4AN (tvärsnitttsyta ca 0,070 m2 vid 1% längslutning).
Kanalen skulle alternativt kunna dimensioneras efter ett dimensionerande 100-årsregn, även om en så lång återkomsttid är ovanlig att dimensionera transportsystem efter. Det är vanligare att man beräknar nivån som omgivande mark skulle översvämmas till vid ett sådant extremt regn och att vid behov höjdsätta marken med beaktande av detta, alternativt att anlägga en vall eller liknande för att hindra översvämning av omgivande bebyggelse. Flödet vid 100-årsregnet blir 180 l/s från delområde 4AS om man räknar med LOD, om inte blir det ca 400 l/s (tvärsnitttsyta ca 0,180 m2 vid 1% längslutning).
Dimensionerande flöde till angränsande område Väsjön Mellersta beror på valt maxutflöde 240 l/s, se Tabell 3.
Utöver flödet från dammen kommer 55 l/s från område 4AN, se Tabell 2. Vi räknar dock med viss flödesutjämning av detta flöde och att maximalt 40 l/s leds vidare norrut. Om inte LOD kan åstadkommas fullt ut så tillkommer ett flöde från område 4AS direkt till samma ledning som leder dagvattnet från dammen norrut mot Väsjön Mellersta. Om 50%
av flödet antas kunna ledas till kanalen (för att inte räkna för lågt dimensionerande flöde till Väsjön Mellersta) vidare till dammen så skulle 50 l/s tillkomma, men samtidigt skulle flödet till dammen minska vilket efter flödesutjämning skulle resultera i en nettoökning på endast 20 l/s, förutsatt strypning av utflödet och oförändrad reglervolym. Totalt ger detta ett beräknat maxflöde på ca 300 l/s till Väsjön Mellersta (240+40+20 l/s). Detta kan beräknas mer
detaljerat i senare skede när man vet mer om förutsättningarna.
Angivet maxflöde på 300 l/s till Väsjön Mellersta planeras avledas via ledning D500 längsmed Slalomvägen, i södra kanten av Väsjön Mellersta, direkt ut till Väsjön.
Utöver ovan nämnda maxflöde på ca 300 l/s till Väsjön Mellersta från området tillkommer ett flöde från norra delen av Edsbergs Allé, område 4B (Figur 1). Detta dimensionerande flöde vid ett 10-årsregn med klimatfaktor 1,2
beräknas bli ca 50 l/s (Tabell 2), men om man inte räknar med att LOD (på kvartersmark och allmän platsmark) fördröjer det dimensionerande flödet från område 4B så beräknas det uppgå till ca 100 l/s.
Tabell 3 visar data för dimensionerad damm. Den visade sig få ungefär samma dimensioner som den damm som tidigare uppritats på flygfotot i Figur 1.
Dammen är dimensionerad så att den ger tillräcklig rening för att inte öka belastningen från avrinningsområdet jämfört med tidigare beräknad belastning från motsvarande område. Dammen är också dimensionerad så att den har så pass bra utjämningseffekt att den ger ett strypt utflöde och inte alltför stor och kostsam utloppsledning norrut (i detta fall har räknats med en 500 mm betongledning). En mindre dammyta skulle även ge högre
reglerhöjd. Reglerhöjden 0,44-0,50 meter har räknats med i detta fall, d.v.s. permanent vattenyta kan hamna 0,44- 0,50 meter under markytan förutsatt att vattennivån max får stiga upp till marknivå vid ett 10-årsregn med
klimatfaktor 1,2.
Tabell 3 Data för utredd damm och utloppsledning från dammen. Ingen effekt av gröna tak har medräknats, men fall med respektive utan LOD i bostadsområdet.
Datatyp Notation Enhet Damm
(LOD)
Damm (ej LOD)
Permanent vattenyta Ap m2 1800 2300
Total vattenyta (regleryta) Atot m2 2000 2700
Vattendjup, permanent del hp m 1,2 1,2
Reglerdjup hr m 0,44 0,50
Permanent vattenvolym Vp m3 1400 2000
Reglervolym Vd m3 840 1250
Total vattenvolym Vtot m3 2300 3200
Utflöde, max Qout l/s 240 240
Utloppsledning, betong, 5 promille D mm 500 500
I Tabell 3 föreslås att i första hand räkna med LOD-åtgärder (på kvartersmark och allmän platsmark) och ett klenare utlopp via en D500-ledning, men dammens ökade dimensioner om effekten av LOD exkluderas, vid samma utlopp och vattendjup, redovisas också. Det senare resulterar i betydligt större dimensioner.
Utöver detta har effekten av ett 100-årsregn utan klimatfaktor beräknats. Ett sådant regn beräknas ge en översvämningsvolym över dammens dimensionerande reglervolym (Tabell 3) på ca 600 resp. 1 100 m3 i fallet räknad med LOD resp. utan LOD. Denna volym ger en viss översvämningsyta, hur stor beror på höjdsättningen av området runt dammen och om en vall anläggs eller inte för att innesluta volymen. Omgivande mark kan t.ex. lutas in mot dammen, se Figur 2. Detta behöver utredas vidare.
Figur 2 visar en typsektion på föreslagen damm (Larm T., 2014).
Figur 2 Typsektion på föreslagen damm (ej skalenlig).
Ett permanent vattendjup på minst 1,0, helst 1,2 meter föreslås eftersom lägre vattendjup ger minskad
reningseffekt (ökad risk för uppvirvling av sediment vid höga flöden) och med hänsyn till att djupet minskar varje år med ackumulerat sediment.
Kompletterande dimensionering av dammen för ett 100-årsregn påverkar inte permanent vattenyta och permanent vattenvolym, men reglervolymen skulle öka från ca 840 till ca 1900 m3, d.v.s. en ökning på drygt 1000 m3. Om inte LOD skulle medräknas skulle reglervolymen bli 2700 m3 vid 100-årsregnet om max utflöde är 240 l/s (D500). Vi föreslår dock att inte anlägga en damm som skulle innehålla en så stor reglervolym eftersom det antingen betydligt skulle öka erforderlig total vattenyta eller betydligt öka nivån mellan mark och permanent vattennivå. Alternativet skulle vara att öka utflödet, resulterande i en större utloppsledning. Dessa alternativ skulle innebära betydligt ökade kostnader. Vi föreslår istället att ge omgivande mark en sådan lutning in mot dammen att översvämningsytan vid ett 100-årsregn inte blir större än att den når omgivande bebyggelse. Vald översvämningsyta kan markeras i plan så att denna inte bebyggs i framtiden. Detta kan utredas i mer detalj i senare skede.
Effekten av gröna tak på dammens utjämningsvolym
Beräkningar av effekten av gröna tak visar att dessa har störst effekt vid korta varaktigheter och lokalt kan påverka dimensionen på transportsystemet nedströms taken, men effekten bedöms vara marginell när det gäller längre regnvaraktigheter som blir dimensionerande för dammens utjämningsvolym. Detta beror på att taken beräknas blir
Skibord
Reglernivå vid dim. 10-årsregn Nivå vid extremt dim. regn, t.ex. 100-årsregn
Dämt utlopp
Klenare utloppsledning t.ex. D500
Permanent vattennivå Omgivande mark
lutar in mot dammen
mättade vid längre intensiva 10-årsregn, med klimatfaktor. Men det finns data (en alternativ beräkningsmetod baserad på annan data) som indikerar en viss effekt även på utjämningsvolymen, dessa är dock osäkra och
rekommenderas inte användas för dimensionering av dammens reglervolym. Det kan dock vara intressant att utreda hur stor påverkan skulle kunna bli. I den damm som redovisas data för i Tabell 2 så skulle reglerdjupet minska från 0,50 till 0,31 m om gröna tak anläggs i hela området, och till 0,43 m om gröna tak anläggs på hälften av takytan. Om man istället skulle dimensionera ner dammens dimensioner som effekt av gröna tak så skulle dess dimensioner kunna minskas till Ap=1300 m2 och Atot=1600 m2 om alla tak anläggs som gröna tak vid reglerdjupet 0,50 m,
motsvarande dimensioner skulle bli Ap=1600 m2 och Atot=1800 m2 om hälften av ytan anläggs med gröna tak. Dessa effekter på minskad reglerhöjd eller dammdimension p.g.a. gröna tak har dock ej räknats med eftersom taken beräknats bli mättade vid långa regnvaraktigheter.
Föroreningsbelastning på Väsjön i förhållande till övergripande beräkning för Väsjöområdet
Föroreningsbelastningen från studerat område (Figur 1) efter rening i dimensionerad damm och föregående lokal dagvattenhantering samt öppen avledning via kanal eller dylikt med infiltration på några ställen har beräknats och jämförts med tidigare beräkning av samma område , redovisad i PM ”Översiktlig beräkning av föroreningsbelastning från Väsjöns planområden” (StormTac, 2014). Detta resulterade i minskad belastning av de flesta studerade ämnen på Väsjön jämfört med vad som räknats med för motsvarande område enligt tidigare utredning, se Tabell 4. Detta kan förklaras både av ändrad area per markanvändning och större damm än vad som tidigare räknats med samt av att rening nu räknats med även i de norra delarna av området. En större damm behövs även för effektiv
flödesutjämning eftersom det är önskvärt med mindre utloppsdimension och reglerhöjd. I redovisad belastning i Tabell 4 är de norra delarna som inte avleds mot dammen inkluderad.
Fosfor har bedömts som det viktigaste ämnet avseende belastning att reducera på sjön, och fosforbelastningen beräknades till 2,4 kg/år efter LOD, åtgärder på allmän platsmark och planerad damm på 1800 m2. Denna belastning är betydligt mindre än de 3,4 kg/år som beräknats accepteras enligt tidigare utredning. Några ämnen beräknas dock blir högre än vad som beräknats förut; kväve, koppar, kvicksilver och suspenderad substans (partiklar). Av dessa bedöms suspenderad substans och koppar vara viktigast att reducera då kväve inte bedöms ge lika negativa effekter eftersom fosfor bedömts vara tillväxtbegränsande för algblomning i sjön. Kvicksilver bedöms generellt vara en osäker parameter. Kväve är också svårare att reducera än de andra ämnena.
Olika ökade dammdimensioner simulerades för att se vilka dimensioner som behövs för att minska belastningen av suspenderad substans respektive koppar till acceptabla nivåer i linje med tidigare utredning. Resultatet visas i Tabell 4. Det framkom och bedömdes att den större dammen på 3200 m2 för att uppnå målet avseende suspenderad substans kan vara rimlig, men att klara såväl koppar, kväve och kvicksilver så skulle en orimligt stor damm behövas (alternativt andra kompletterande åtgärder som inte utreds här). Dammstorleken föreslås utredas vidare; en större damm ger även lägre reglerhöjd vid dimensionerande regn, d.v.s. dammen översvämmas mer sällan. Effekten av minskad belastning vid större dammdimensioner bör optimeras med jämförelse av effekten av åtgärder i övriga områden och vilken belastningsreduktion som totalt kan uppnås till sjön.
Om inte LOD skulle genomföras i områdena, d.v.s. om dagvattnet skulle avledas utan lokal infiltration (på kvartersmark) och inte via rännor och infiltrationsytor i kanalstråken (på allmän platsmark), så beräknas
föroreningsbelastningen öka för ett antal ämnen även om detta alternativ skulle medföra en större damm (utökad från 1800 till 2300 m2 permanent vattenyta enligt Tabell 3), se Tabell 4. För att få en rättvis jämförelse har resultatet från denna jämförelse jämförts med resultatet från tidigare utredning minus beräknad belastning från norra delen av Väsjöbacken, eftersom den delen ingick i tidigare utredning men inte i denna.
Tabell 4 Beräknad föroreningsbelastning (kg/år) efter rening enligt denna utredning med respektive utan LOD jämfört med motsvarande belastning beräknad enligt tidigare utredning ”Översiktlig beräkning av föroreningsbelastning från Väsjöns planområden” (StormTac, 2014), som bygger på de beräkningar som togs fram till tillståndsansökan, Nova Mark 2013. Gråmarkerade celler innebär att belastningen är högre än enligt tidigare utredning. Fetmarkerade värden är de som gäller för planlagd storlek av dammen.
Ämne Tidigare utredning inkl.
Väsjöbacken norra
Tidigare utredning minus
Väsjöbacken norra
Denna utredning
(ej LOD+
Damm 2300 m2)
Denna Utredning
(LOD+
Damm 1800 m2)
Denna utredning (LOD+större
damm 3200 m2)
Denna utredning (LOD+större
damm 5950 m2)
kg/år kg/år kg/år kg/år kg/år kg/år
P 3.8 3.4 4.2 2.4 2.2 1.9
N 48 39 50 49 48 46
Pb 0.11 0.073 0.14 0.052 0.046 0.04
Cu 0.28 0.22 0.42 0.26 0.24 0.22
Zn 0.84 0.69 0.92 0.36 0.30 0.22
Cd 0.0062 0.0050 0.0085 0.0036 0.0032 0.0027
Cr 0.089 0.084 0.080 0.053 0.044 0.036
Ni 0.13 0.12 0.095 0.058 0.049 0.040
Hg 0.00047 0.00042 0.00061 0.00057 0.00055 0.00053
SS 517 331 640 353 319 282
olja 4.3 3.3 4.7 1.8 1.8 1.8
PAH 0.0031 0.0031 0.0040 0.00084 0.00076 0.0008
BaP 0.00035 0.00035 0.00034 6.0E-05 5.6E-05 0.00006
Detta innebär att det inte är tillräckligt med föreslagen damm utan att denna behöver kompletteras med lokalt omhändertagande av dagvatten på kvartersmark och allmän platsmark. Alternativ till LOD skulle vara en större damm med kompletterande reningssteg såsom filter, makadamvall, underjordiskt magasin med filter eller ökade växtytor. Dessa eventuella kompletterande reningssteg skulle i så fall behöva anpassas för effektiv rening av de ämnen som inte beräknas klara riktlinjerna för rening, d.v.s. N, Cu, Hg och SS (se Tabell 4). Effekten av att enbart göra dammen större, i kombination med LOD uppströms, visas i Tabell 4.
Referenser
StormTac (2014), Översiktlig beräkning av föroreningsbelastning från Väsjöns planområden, PM, april 2014, Novamark (2013), Dagvattenutredning inför utbyggnad av Väsjöområdet, Rapport, augusti 2013,
StormTac AB, Saltsjö-Boo, 2016-03-09 Tyréns AB Sollentuna kommun
Thomas Larm Johan Ekvall Emma Tönnerfors
Kvalitetsgranskning Kvalitetsgranskning
4
