Översvämningskartering för Stenungsund centrum

Transkript

1 Stenungsund kommun Översvämningskartering för Stenungsund centrum Slutrapport Malmö Ramböll Sverige AB Skeppsgatan Malmö Telefon Organisationsnummer

2 Översvämningskartering för Stenungsund centrum Datum Uppdragsnummer Utgåva/Status Beställare Slutrapport Stenungsunds kommun Patrik Gliveson Beatrice Nordlöf Axel Sahlin Uppdragsledare Handläggare Granskare Ramböll Sverige AB Skeppsgatan Malmö Telefon Organisationsnummer

3 Innehållsförteckning 1. Inledning Bakgrund Syfte och uppdrag Förutsättningar och underlag Koordinat - och höjdsystem Underlag och källor Befintliga förhållanden Områdets avgränsning och topografi Geoteknik och geohydrologi Översvämningsmodell Modelluppbyggnad Markavrinningsmodell Infiltrationsmodul Scenarion Skyfall Höga havsnivåer Resultat Översvämning Flödesstråk och översvämningsnivåer Diskussion Modellosäkerheter Fortsatt arbete Bilagor Bilaga 1 Karta som visar översvämning vid ett 100-årsregn Bilaga 2 Karta som visar översvämning vid ett 100-årsregn med havsnivå +0,71 Bilaga 3 Karta som visar översvämningen vid ett 500-årsregn 1 av 1

4 Översvämningsmodellering för Stenungsund centrum (/Rapport) 1. Inledning 1.1 Bakgrund Stenungsunds kommun planerar förtäta de centrala delarna av Stenungsund runt Stenungstorg. Detta kommer innebära att ett flertal planområden kommer arbetas om. För att skapa sig en bild över byggbarheten och hur den planerade bebyggelsen kan komma att påverkas av översvämningar behöver en övergripande översvämningsutredning utföras. 1.2 Syfte och uppdrag Vid kraftiga regn och skyfall är regnets intensitet så pass hög att ledningsnätets kapacitet och de övre jordlagrens infiltrationsförmåga inte räcker till för att omhänderta de stora mängder vatten som uppstår. Vatten kommer då att rinna på ytan. Enligt Svenskt Vattens publikation P110 ska nya ledningsnät i citybebyggelse dimensioneras så att trycknivån ej når marknivå för regn mindre än ett 30-årsregn. Ledningsnätet i centrala Stenungsund antas ha kapacitet att omhänderta ett 2-årsregn, vid större regn kommer avrinning ske på ytan. Detta måste tas i beaktning vid planläggning och byggande. För att skapa en bild av den ytliga avrinning och översvämningsproblematik som uppstår vid kraftiga regn har Ramböll Sverige fått i uppdrag av Stenungsunds kommun att utföra en översvämningsutredning. Uppdraget omfattar en översvämningsmodellering vid Stenungsunds Centrum med syfte att klargöra hur skyfall, havsnivåhöjning samt en kombination av dessa påverkar utredningsområdet. Utredningen behandlar ej höga vattenstånd, utan endast framtida normalvattenstånd. Utredningen är begränsad till avrinningsområdet uppströms centrala Stenungsund, och fokuserar på hur utredningsområdet ser ut idag angående bebyggelse, järnvägar, vägar, dagvattentrummor etc. Utredningen kan sedan ligga till grund för fortsatt detaljplanearbete. 2. Förutsättningar och underlag 2.1 Koordinat - och höjdsystem Uppdraget är utfört i koordinatsystemet SWEREF99TM. Alla höjder är angivna i det nationella höjdsystemet RH Underlag och källor Erhållet underlag Primärkarta (.dwg)(erhållen ) Dagvattenledningar (.dwg) (erhållen ) Höjddata (.las) (erhållet ) 1 av 16

5 Geotaggat Ortofoto (erhållet ) Markteknisk undersökningsrapport (ÅF ) Geoteknik (ÅF ) Översvämningskartering från havet med översvämningszoner (SWECO ) 3. Befintliga förhållanden Områdets avgränsning och topografi Området som studerats är ca 1 x 2 km stort och sträcker sig från hamnområdet och Stenungstorg i väster till Koppersvägen i öster. Figur 1 visar omfattningen av modellområdet samt avrinningsområdet för centrala Stenungsund. Figur 1 Stenungsunds tätort, avgränsning för modellområdet är markerat i blått, avrinningsområdet är markerat i rött. Källa bakgrundskarta: Open Street Map. Området sluttar i västlig riktning från ca +50 i de östliga delarna av avrinningsområdet, ner till havsnivå vid hamnen. En översiktlig höjdanalys genomfördes för att avgränsa avrinningsområdet och identifiera instängda området. Denna visade att parkeringen vid Stenungstorg och området öster om Göteborgsvägen och järnvägen är instängda områden från vilka vatten ej kan rinna vidare ytligt ned mot havet. 2 av 16

6 3.1.2 Geoteknik och geohydrologi Utifrån SGU:s jordartskarta har jordarterna inom området klassificerats. Jordartskartan visas i Figur 2. De övre jordlagren inom området består av lera, morän och finsand, med många inslag av berg i dagen. Vid Stenungstorg består det övre jordlagret av fyllnadsmaterial. Under fyllnadsmaterialet finns lager av gyttja och lera. Figur 2 Jordartskarta. Källa: Sveriges Geologiska Undersökning. Teckenförklaring: Röd: Berg i dagen, Gul: Postglacial och glacial lera, Ljusblå: Morän, Orange: Finsand. Enligt tidigare utförda geotekniska undersökningar av området består fyllnadsmaterialet av lerig gyttja, lera, silt, sand, grus, vegetationsjord, ris, stubbar och träd. Fyllnadsmaterialet har en mäktighet på 1-3 meter. I det område som undersökts i de hydrogeologiska utredningarna ligger grundvattenytan mellan 0 och 2 meter under markytan. Leran och gyttjan väster om Göteborgvägen är mycket sättningskänslig. Enligt tidigare utförda geotekniska undersökningar uppskattas att parkeringen vid Stenungstorg satt sig mellan cm sedan mitten på 60-talet då utfyllnaden med fyllnadsmassor började. 3 av 16

7 4. Översvämningsmodell 4.1 Modelluppbyggnad Översvämningsmodellen har satts upp i det tvådimensionella hydrauliska modelleringsprogrammet MIKE21 från DHI. Programmet bygger på numerisk lösning av hydrodynamiska ekvationer, och beräknar vattendjup och hastigheter. Modellen simulerar den ytavrinning som uppstår till följd av ett kraftigt skyfall. Ytavrinning uppstår då regnets intensitet överskrider ledningsnätets kapacitet, och vatten istället avleds på markytan. Modellen täcker ett område av ca 200 ha, och inkluderar hela avrinningsområdet uppströms Stenungstorg, se Figur Markavrinningsmodell Markavrinningsmodellen består av en terrängmodell som har byggts upp från erhållen laserskannad höjddata. Terrängmodellen har en upplösning på 2x2 meter, och har modifierats för att inkludera byggnadskroppar, gång- och cykeltunnlar och kulvertar. Beroende på markanvändningen inom området kommer marken ha olika råhet. Markens råhet är ett mått på friktionen som uppstår mellan marken och vattnet. I modellen för Stenungsund beskrivs markens råhet med friktionsparametern Mannings tal. Mannings tal har enhet m 1/3 /s och beskriver hur mycket friktionsmotstånd en yta ger. Ett lågt Mannings tal innebär att ytan är mer skrovlig och ger mer motstånd mot flödet, ett högre Mannings tal innebär att ytan är slätare och ger mindre friktionsförluster Infiltrationsmodul För att simulera effekten av infiltration från markytan till de underliggande jordlagren har modellen körts med en infiltrationsmodul. Infiltrationsmodulen beskriver infiltration från markytan till ett tänkt infiltrationslager med en specificerad kapacitet. Infiltrationslagrets kapacitet bestäms utifrån lagrets mäktighet, dess porositet och den initiala fyllnadsgraden. Vatten infiltrerar från markytan till infiltrationslagret med en konstant hastighet tills dess att infiltrationslagret är fullt och den maximala infiltrationskapaciteten är uppnådd. Denna hastighet benämns infiltrationshastigheten. Vatten lämnar infiltrationslagret med en konstant hastighet, motsvarande hastigheten med vilken vatten transportes från den omättade zonen till grundvattnet. Denna hastighet benämns läckagehastigheten. När den maximala infiltrationskapaciteten uppnåtts kommer vatten att lämna markytan med en hastighet motsvarande läckagehastigheten. Figur 3 visar principen för infiltrationsmodulen. 4 av 16

8 Figur 3. Princip för infiltrationsmodulen. Det översta jordlagret antas bestå av matjord utblandad med den underliggande jordarten. Det översta jordlagret antas ha en mäktighet på 0,3 meter över hela modellområdet. Porostiten kan antas variera över modellområdet beroende på jordart och eventuell uppblandning mellan matjord och ursprunglig jordart. I modellen antas porositeten vara i genomsnitt 40 % för hela området. Porositeten och infiltrationslagrets mäktighet avgör tillsammans med den initiala fyllnadsgraden hur mycket vatten som kan rymmas i infiltrationslagret. Porositeten och mäktigheten antas vara homogen över hela modellområdet. I verkligheten består dock området av flertalet olika jordarter med varierande infiltrationskapacitet. Detta kompenseras för genom att justera den initiala fyllnadsgraden. Antaganden om jordlagrets porositet, mäktighet och fyllnadsgrad påverkar hur mycket vatten som kan rymmas i infiltrationslagret Initial fyllnadsgrad De simulerade skyfallen antas föregås av en period av torrt väder. Simuleringsperioden täcker den mest intensiva delen av de studerade regnen, men den intensiva delen föregås även av ett förregn. För att kompensera för den volym vatten som förregnet motsvarar har markens initiala fyllnadsgrad justerats. Förregnen till 100- och 500-årsregnen består av 15 mm respektive 18 mm vatten. Detta motsvarar drygt 13 % respektive 15 % av markens totala infiltrationskapacitet. 5 av 16

9 Tabell 1. Ansatt initial fyllnadsgrad (%) för de olika jordarterna inom området för de studerade scenarierna. Torrväder Inkl. 10- års förregn Inkl års förregn Sand Morän Lera Inkl års förregn Infiltrations- och läckagehastigheter Infiltrationshastigheter har bestämts utifrån SGU:s jordartskarta. Hur mycket som kan infiltreras beror på jordens genomsläpplighet. En jordarts hydrauliska konduktivitet är ett mått på hur genomsläpplig den är. Det finns uppmätta värden på genomsläppligheten för olika jordarter, men dessa värden kan variera med flera tiopotenser för en jordart. För att få ett mer exakt mått på jordens infiltrationsförmåga kan mätningar behöva göras. Då jorden antas vara uppblandad med matjord i den översta delen av jordlagret, ansätts en infiltrationshastighet som ligger i det övre spannet av de värden som uppmätts, då matjord generellt är mycket genomsläpplig. Läckagehastigheten beskriver hastigheten med vilken vattnet förflyttas från den omättade till den mättade zonen. Då läckage sker längre ner i jordlagret antas detta värde vara mindre påverkat av att det översta jordlagret uppblandats med matjord. Därför har läckagehastigheterna satts till värden i det lägre spannet av de värden som finns uppmätta. Tabell 2. Ansatta infiltrations- och läckagehastigheter (m/s) för olika jordarter inom området. Jordart Infiltrationshastighet Läckagehastighet Finlera 1e-7 1e-9 Sandig morän 1e-5 1e-7 Finsand 5e-5 1e Scenarion Modellen har körts för ett antal scenarion som speglar extrema väder i ett framtida klimat. I och med klimatförändringarna väntas nederbörden öka i framtiden. Det innebär att ett regn som statistiskt sett sker en gång vart hundrade år (100-årsregn) i dagens klimat kan komma att inträffa oftare i ett framtida klimat. För att kompensera för effekten av klimatförändringar används en klimatfaktor på 1,25. Detta innebär att regnen blir 25 % större. Tre olika scenarion har satts upp: årsregn med en klimatfaktor på 1, årsregn med en klimatfaktor på 1,25 samt en havsnivåhöjning till +0, årsregn med en klimatfaktor på 1,25 6 av 16

10 4.2.1 Skyfall Som randvillkor för skyfallssimuleringarna används CDS-regn (Chicago Design Storm) med en varaktighet på 6 timmar. Ett CDS-regn är ett designregn som är uppbyggt av ett antal blockregn med olika varaktigheter. En klimatfaktor på 1,25 har använts för att ta hänsyn till framtida klimatförändringar. Två designregn har använts, ett med återkomsttid på 100 år och ett med återkomsttid på 500 år. Alla hårdgjorda ytor inom området antas vara kopplade till ledningsnätet. Ledningsnätet antas kunna hantera ett 2-årsregn med 30 minuters varaktighet i dagens klimat, vilket motsvarar en regnintensitet på 68,5 l/s ha. Denna intensitet har därför dragits av från de använda regntidsserierna för de hårdgjorda ytorna inom området. Grönytor antas inte vara direkt kopplade till ledningsnätet, dessa har därför belastats med hela regnet utan avdrag för ledningsnätet Höga havsnivåer SMHI:s mätstation 2110 mäter havsvattenstånd strax norr om Stenungsund (lat: 58,09 long: 11,83) sedan år Figur 4 visar mätstationens position. Figur 4. SMHI:s mätstation Stationens position är markerad i grönt. Medelvattennivån har utifrån denna mätserie uppskattats till +0,03 i RH2000. Enligt Länsstyrelsen i Västra Götalands Läns publikation Faktablad kusten version 2.0 väntas en nettohavshöjning i Stenungsund med 68 cm till år Detta gör att en framtida medelvattennivå år 2100 kan uppskattas till ca +0,71 i RH av 16

11 5. Resultat Översvämning Resultaten från modellberäkningarna kan ses i bilaga 1-3. Samtliga resultatbilder visar det maximala vattendjupet i varje beräkningscell. Översvämningskartorna är alltså inte kopplade till ett specifikt tidssteg, utan visar det maximala djup som uppstått i varje beräkningscell under simuleringen Översvämning vid ett 100-årsregn Figur 5 visar det maximala vattendjupet som uppstår i centrala Stenungsund vid ett 100-årsregn med normalvattenstånd i havet. Det uppstår stora översvämningar på parkeringsplatsen och vid bostadsområdet öster om Göteborgsvägen. Även delar av Göteborgsvägen kommer att stå under vatten. Längre upp i området är det vissa relativt lågt belägna bostadsområden som blir drabbade. Vid ett 100-årsregn kan vattennivåerna på parkeringsplatsen uppgå till mellan cm. Öster om Göteborgsvägen kan upp till 150 cm vatten bli stående. Figur 5. Resultat från översvämningsmodell. Maximalt vattendjup i centrala Stenungsund vid ett 100-årsregn. 8 av 16

12 Figur 6 visar maximalt vattendjup vid ett 100-årsregn med en framtida vattennivå på +0,71. En framtida höjning av havsnivån har liten påverkan på översvämningsutbredningen vid ett 100-årsregn. Detta beror på att de områden som är hårt drabbade ligger på nivåer runt +1 till +1,5. Vid Kulturhusparken söder om köpcentrumet blir dock vattennivåerna något högre. Figur 6. Resultat från översvämningsmodell. Maximalt vattendjup i centrala Stenungsund vid ett 100-årsregn med en havsnivå på +0,71. 9 av 16

13 Översvämning vid ett 500-årsregn Figur 7 visar översvämningsutbredningen vid ett 500-årsregn. Även vid ett 500- årsregn är det främst parkeringsplatsen och området öster om Göteborgsvägen som drabbas hårt. Vid ett 500-årsregn står stora delar av Göteborgsvägen under vatten. På parkeringsplatsen kan vattendjupet bli upp till 120 cm. Figur 7. Resultat från översvämningsmodell. Maximalt vattendjup i centrala Stenungssund vid ett 500-årsregn. 10 av 16

14 5.1.2 Flödesstråk och översvämningsnivåer Modellberäkningarna visar att mycket vatten leds från de östra delarna av området mot Stenungstorg och området öster om Göteborgsvägen via Doterödsvägen. Även Blomstervägen, Uppegårdsvägen och Söbackevägen är viktiga flödesstråk. Området kring parkeringen och bostadsområdet öster om Göteborgsvägen är instängda lågpunkter från vilka vattnet ej kan rinna vidare. Figur 8 visar flödesriktningar i området. Det framgår att mycket vatten leds in mot parkeringen och mot området öster om järnvägen, men att vatten ej leds vidare från dessa områden mot havet. Figur 8. Flödesvägar vid skyfall. Röda pilar visar flödesriktningar. 11 av 16

15 Figur 9 visar flödesriktningar kring området vid centrala Stenungsund ca 90 minuter efter den mest intensiva delen av skyfallet då flödena är höga. Figuren visar att vatten från området öster om järnvägen leds genom kulvertarna under järnvägen mot Göteborgsvägen och sedan vidare längs med Göteborgsvägen mot parkeringen. Från figuren framgår även att vatten främst leds till parkeringen via Nordanvindsgatan som går norr om parkeringsplatsen, mycket lite vatten leds in till parkeringen söderifrån. Figur 9. Flödesriktningar i Stenungsund centrum ca 90 minuter efter den mest intensiva delen av skyfallet. 12 av 16

16 I Tabell 3 redovisas maximala vattennivåer och ungefärliga vattendjup vid olika delar av parkeringen vid Stenungstorg samt vid området öster om Göteborgsvägen. De punkter som avses visas i Figur 10. Det maximala inflödet till parkeringen vid Stenungstorg uppskattas till knappt 2 m 3 /s, vid ett 100-årsregn Figur 10. Punkter för djup- och nivåangivelser. Illustrationen visar 100-årssituationen. Tabell 3. Nivåer och djup vid 100- respektive 500-årsregn. Nivå (RH2000) 100-årsregn Djup (m) Nivå (RH2000) 500-årsregn Djup (m) 1. +1,75 0,69 +2,12 0, ,67 0,70 +2,12 1, ,67 0,79 +2,12 1, ,79 1,15 +3,06 1,37 13 av 16

17 6. Diskussion Parkeringen vid Stenungstorg är en instängd lågpunkt där vatten ansamlas vid större regn. Då området exploateras är det viktigt att säkerställa att höjdsättningen tillåter att vatten rinner vidare från området ut mot havet. Det är viktigt att den förväntade havsnivåhöjningen tas i beaktning. Området påverkas inte nämnvärt av havsnivåhöjningen i nuläget, men då området ska höjdsättas för att leda vatten vidare mot havet måste detta göras på ett sätt så att vatten kan avledas även vid högre havsnivåer. Skyfall inträffar oftast under sommartid, medan extrema högvatten oftare inträffar under vinterhalvåret. Det är därför mycket osannolikt att ett skyfall skulle inträffa samtidigt som ett extremt högvatten. I framtiden väntas dock även medelhavsvattenytan att stiga, därför är det viktigt att planera för att kunna avleda skyfallsvatten även vid högre havsnivåer än de vi har idag. Figur 11. Maxdjup vid ett 100-årsregn, förslag på avledningsvägar för skyfallsvatten markeras med turkosa pilar. Figur 11 visar förslag till avledningsvägar för skyfallsvatten. Det är de enda närliggande platserna att avleda skyfallsvatten och ses därför som prioriterade stråk där skyfallsvägen måste finnas med i planeringen av planområdena. Vatten från parkeringen kan avledas norr och söder om köpcentrumet, vilket kräver någon form av kanalsystem över torget som med fördel kan tillgänglighetsanpassas. 14 av 16

18 Kulturhusparken söder om köpcentrumet är en viktig plats för avledning av skyfallsvatten, men det är även ett område där vatten kan ledas in vid höga havsnivåer. För att säkra avrinning mot parken kan parkeringen lutas i nord-sydlig riktning mot Kulturhusparken. Detta innebär att den norra delen av parkeringen måste höjas kraftigt för att skapa fall söderut. Det viktigaste vid planering av området är att se till att marken sluttar ut mot havet. Oavsett var en regndroppe släpps på området ska den kunna rinna till recipienten som i detta fall är havet. Då två möjliga avledningsstråk har lokaliserats, dels parken söder om köpcentrumet och dels det norr om, föreslås en höjdsättning där hälften av befintlig parkering lutar norrut och hälften söderut. Då tillflödet till parkeringen är knappt 2 m 3 /s vid ett 100-årsregn bör avledning genom torgytorna norr och söder om centrumbyggnaden kunna hantera ca 1 m 3 /s vardera. För att avbörda detta flöde krävs t.ex. en rektangulär kanal med tvärsnittsarea 2 m 2. Färdigt golv på byggnader bör överstiga översvämningsnivåer samtidigt som man bör beakta att om man anlägger byggnader utan att se till att få bort instängt vatten kommer översvämningsnivån öka i och med att arealer för översvämning då tas bort. Efter att byggnadsstrukturer och höjdförslag tagits fram för detaljplanerna kan ny modellering med anpassning av befintlig höjdmodell till framtida förhållanden göras. Detta kan då minimera eventuella frågetecken angående instängda områden m.m. Vid ett 100-årsregn ligger vattenytan på parkeringen på ca +167 cm i den södra delen och +175 cm i den norra delen. Öster om järnvägen ligger vattenytan på ca +279 cm. För att minska risken för översvämning på östra sidan av järnvägen bör ytterligare trummor under banvallen beaktas. Viktigt är dock då att planera för ett ännu större tillskott av vatten till parkeringen på västra sidan. En eventuell gång- och cykelport under järnvägen kan också minska översvämningen på östra sidan av järnvägen. En gång- och cykelport kan leda vidare skyfallsvatten samtidigt som nedsänkningen som gång- och cykelporten skapar också fungerar som ett magasin. Det är dock viktigt att tänka på säkerheten om en gång- och cykelport ska användas för magasinering av skyfallsvatten, då detta innebär att mycket vatten blir stående på en plats där många människor rör sig. 6.1 Modellosäkerheter Modellen har en spatial upplösning på 2x2 meter, vilket gör att småskaliga topografiska element som kan ha påverkan på avrinningen inte representeras i modellen. De två kulvertar som går under järnvägen är i modellen representerade som skåror i höjdmodellen. Då upplösningen är grov blir denna skåra 2 meter bred, vilket gör att kulvertarnas kapacitet troligtvis överskattas något. 15 av 16

19 Järnvägen är underbyggd med grus och är troligtvis genomsläpplig. Modellen är dock begränsad på så sätt att vatten som lämnar markytan inte kan komma tillbaka, vilket gör att vatten i modellen inte kan strömma genom järnvägen. För att kunna simulera flöde genom järnvägen skulle det vara nödvändigt att använda en tredimensionell modell som kan räkna på såväl markavrinning som flöden under marken. Modellen visar stora översvämningar öster om järnvägen, något som inte har noterats tidigare. Som en känslighetsanalys har en simulering av ett 10-årsregn gjorts. Denna visar att vid regn av den storleken förekommer inte översvämningar öster om järnvägen. Vid regn med återkomstider på 10 år eller mindre är alltså området öster om järnvägen inte ett problemområde. Problemen uppstår först vid mycket kraftiga regn då markens infiltrationsförmåga är mättad och regnet har en mycket hög intensitet. 7. Fortsatt arbete Dagvattenutredning för respektive detaljplaneområde. För att ytterligare studera skyfalls- och dagvattenhanteringen för respektive detaljplaneområde behövs en dagvattenutredning där effekten av planerad höjdsättning och bebyggelse studeras mer i detalj. Ledningsnätsmodell/flood modell Om osäkerheter om vad ledningsnätet egentligen klarar av kan en ledningsnätsmodellbyggas upp och kalibreras för att sedan kopplas till befintlig ytmodell. Då kan ett samspel mellan ledningar och vatten på markytan studeras vilket kan ge en bättre bild av hur eventuella högvattenskydd påverkar översvämningen i området. Då kan man också få en bild av i vilken storleksordning utflödet till havet är. 16 av 16