Hydrauliska modeller för Riksten Spill- och dagvatten, DP 4 5

Transkript

1 RAPPORT Hydrauliska modeller för Riksten Spill- och dagvatten, DP 4 5 KONCEPT

2

3 Uppdrag: , HYDRAULISKA MODELLER FÖR RIKSTEN Titel på rapport: Hydrauliska modeller för Riksten spill- och dagvatten, DP 4 5 Status: Datum: Medverkande Beställare: Kontaktperson: Botkyrka kommun Konsult: Uppdragsansvarig: Handläggare: Kvalitetsgranskare: Tyréns AB Hans Hammarlund Emelie Näsman Melander Hans Hammarlund Författare: Emelie Näsman Melander Datum: Handlingen granskad av: Hans Hammarlund Datum: Tyréns AB Stockholm Besök: Peter Myndes Backe 16 Tel: Säte: Stockholm Org.Nr: (21)

4 Innehållsförteckning 1 Bakgrund och syfte Genomförande Dagvatten Förutsättningar Dimensionering för klimatanpassat 10-årsregn Avrinningsområden Resultat Dagvatten Dagvattenlösning för DP Dagvattenlösning för DP Dämningsnivåer DP Genomförande Spillvatten Dimensionerande flöde Modellbeskrivning av ledningsnät Resultat Spillvatten (21)

5 1 Bakgrund och syfte Tyréns har tidigare på uppdrag av Botkyrka kommun och Rikstens Friluftsstad AB (RFAB) tagit fram en hydraulisk modell för dagvattennätet i detaljplan 1 3 i Riksten Friluftsstad. I detta tilläggsuppdrag har denna modell kompletterats med föreslagen dagvattenlösning inom DP 4 samt förändringar avseende tidigare föreslagen dagvattenlösning inom DP 5. Syftet med detta uppdrag har varit att ge förslag på dimensionering av ledningar och fördröjningsdamm inom dels DP 4 och dels DP 5. Ytterligare ett syfte har varit att undersöka om det befintliga spillvattennätet, framför allt ledningarna i DP 2, har tillräcklig kapacitet för att avleda spillvattenflödet från DP 4 och DP 5. Av figur 1 framgår detaljplaneindelningen inom Rikstens Friluftsstad. Underlaget för indelningen har erhållits av RFAB den Figur 1. Detaljplaneindelning enligt underlag erhållet från RFAB. Kvartersmark i DP 1 3 har erhållits i tabellformat och framgår därför inte av figuren. 2 Genomförande Dagvatten 2.1 Förutsättningar Den hydrauliska modellen är framtagen i referenssystem ST74 i plan respektive RH2000 i höjd. Enligt Svenskt Vatten P90 ska dagvattenledningar dimensioneras så att återkomsttiden för trycklinje i marknivå är minst 10 år. Vidare rekommenderar Svenskt Vatten P104 att en 5(21)

6 klimatfaktor på 1,05 1,3 tillämpas vid dimensionering av anläggningar som förväntas ha en livslängd fram till slutet av detta århundrade eller längre (Svenskt Vatten P104, s 57). Dagvattensystemets hydrauliska funktion har utvärderats vid belastning med regn av typen CDS (Chicago Design Storm) med återkomsttiden 20 år. Regnen är beräknade med Dahlströms formel (2010), Svenskt Vatten P104, och har en varaktighet på 6 timmar med ett centralt block på 10 min. Regnintensiteten hos ett 20-årsregn är ca 25 % högre än regnintensiteten hos ett 10- årsregn och anses därför motsvara ett klimatanpassat 10-årsregn. 2.2 Dimensionering för klimatanpassat 10-årsregn Dagvattenledningarnas lägen inom DP 4 baseras på handlingar framtagna av COWI på uppdrag av Riksten Friluftsstad AB. Tyréns har i samarbete med Norconsult dimensionerat ledningssystemet och den dagvattendamm som är planerad inom DP 4. Tyréns har även föreslagit lämpligt läge för ytterligare fördröjningsmöjligheter där detta behövs för att inte befintligt ledningsnät ska bli överbelastat av den tillkommande dagvattenavrinningen. Dagvattenledningarnas lägen inom DP 5 baseras på en systemhandling för dagvatten som tagits fram av COWI på uppdrag av Rikstens Friluftsstad AB. Tyréns har i detta uppdrag föreslagit lämpliga ledningsdimensioner så att ledningssystemet klarar av att avleda dimensionerande regn utan marköversvämning. 2.3 Avrinningsområden Avrinningsområden för dagvattensystemet fanns sedan tidigare framtagna. För att beräkna ansluten hårdgjord yta inom varje avrinningsområde har de ytor som framgår av figur 2använts. Uppgifter om kvartermark har erhållits från COWIs systemhandling. Uppgifter om vägyta inom DP 4 har erhållits från Riksten Friluftsstad AB i samband med tidigare utredning. Vägyta inom DP 5 baseras på COWIs systemhandling samt antagande om en genomsnittlig vägbredd på 11 meter. Detta antagande har gjorts baserat på uppgifter i Förslag till detaljplan för Rikstens Friluftsstad Del 4, Samrådshandling, April Avrinningsparametrar i DP 4 5 har valts på följande sätt: - Allmänna gator och kvartersgator enligt figur 2 har antagits vara fullt ut anslutna till dagvattennätet med avrinningskoefficient 0,8. - Tak och vägar inom kvartersmark har utifrån ortofoto över befintlig bebyggelse bedömts utgöra en hårdgjordhetsgrad på 60 %. Av detta antas hälften av avrinningen hanteras med LOD. Baserat på detta har en avrinningskoefficient 0,3 använts för att beräkna reducerad area inom kvartersmark. - För övriga mark (i huvudsak gräsytor och grönområden) har avrinningskoefficienten valts till 0,0 för flacka områden och 0,1 för kuperade områden. För ett antal områden som är delvis kuperade har avrinningskoefficienten valts till 0,05. För val av avrinningsparametrar i DP 1 3 hänvisas till rapport: Hydrauliska modeller för Riksten, MikeFlood DP 1 3, Tyréns AB, I figur 3 redovisas beräknad reducerad area inom varje avrinningsområde. Pilarna i figuren visar var på ledningsnätet, i modellen, som ytan anslutits. 6(21)

7 Figur 2. Ytor för beräkning av reducerad area. 7(21)

8 Figur 3. Reducerad area uttryckt i procent. Pilarna visar var på ledningsnätet som ytorna är anslutna i modellen. 8(21)

9 3 Resultat Dagvatten Resultatet av utredningen redovisas dels som föreslagen dagvattenlösning för DP 4 5, se avsnitt 3.1. och dels i form av hydraulisk funktion för dagvattennätet, se avsnitt 3.2. Föreslagna ledningsdimensioner inom DP 4 5 framgår av figur Dagvattenlösning för DP 4 Vid dimensioneringen har en ledningslutning på minst fem promille samt en täckning på minst 1,2 meter över hjässan eftersträvats. Marknivåerna är i vissa fall lika med befintlig marknivå, se figur 5. Det gäller framförallt kuperade områden där ledningarna utifrån detta får stor lutning. Här går det i allmänhet att sänka marken om det skulle vara önskvärt. Ledningarna får då troligtvis lägre lutning och dimensionerna kan därmed behöva ses över. I övrigt är grundregeln att det inte är några problem att höja en föreslagen marknivå under förutsättning att ledningen ligger kvar på föreslagen nivå. Den planerade dammen i DP 4 har lagts in i modellen enligt underlag framtaget av Norconsult. Dammen är beskriven med följande förutsättningar: Nivå på vattengången in och ut samt dammbotten är + 51,24 samt släntlutning 1:2. Norconsults utgångspunkt har varit att vattnet tillåts stiga till + 52,50 vilket ger en tillgänglig volym på 1072,5 m 3. Norconsults tanke var att det skulle finnas ett nödutlopp på + 52,50. Då ledningsnätet nedströms inte har kapacitet att ta emot större flöden har det dock ansetts bättre att, vid fall av regn som är större än dimensionerande regn, låta området runt dammen översvämmas än bebyggelsen nedströms. Därmed är förslaget att dammen utformas utan nödutlopp. En extra säkerhet mot översvämningar kan erhållas om parken på andra sidan gatan anläggs på en lägre nivå än omgivande bebyggelse. Då kan, vid fall av katastrofregn, vattnet i första hand ledas ut i parken. För att dagvattensystemet ska klara att avleda ett klimatanpassat regn med återkomsttid 10 år utan marköversvämning har de dimensioneringsberäkningar som gjorts med modellen visat att vattennivån i dammen behöver dämma till +53,12 m. Den volym som utnyttjas är därmed större än den som Norconsult räknat på, nämligen 1676 m 3. Dimensioneringsberäkningarna har visat att det, förutom den planerade dammen i DP 4, även finns behov av att fördörja avrinningen i den södra delen av DP 4 (enligt RFABs förslag till detaljplaneindelning). Ett förslag på lämplig placering av en damm framgår av figur 4 och figur 5. Dammen är belägen mellan brunnarna D_DP4_13376 och D_DP4_13377, vilket framgår av figur 4 och figur 5. Dammen är i modellen utformad på följande sätt: Längd = 14 m Bredd = 20 m Djup = 1,5 m Släntlutning 1:2 Detta ger en tillgänglig utjämningsvolym på 357 m 3. 9(21)

10 Figur 4. Föreslagen dimensionering av dagvattenledningar i DP4 och DP5. Läget för ledningarna i DP5 och sydöstra delen av DP4 bygger på systemhandling framtagen av Cowi. 10(21)

11 Figur 5. I figuren har brunnarna markerats efter vilken uppgift som använts för locknivån. 3.2 Dagvattenlösning för DP 5 I modellen har ledningarnas lägen beskrivits enligt systemhandling framtagen av COWI på uppdrag av RFAB. Föreslagna dimensioner framgår av figur 4. För att hela dagvattensystemet ska klara att avleda ett regn med återkomsttid 20 år utan marköversvämning måste flödet från DP 5 fördröjas innan det rinner till DP 4. Erforderlig utjämningsvolym har beräknats till ca 1300 m 3. Ett förslag till placering av en dagvattendamm framgår av figur 6. Fördörjningsåtgärden kan antingen utformas som en damm eller som ett magasin. En kombination av dessa två är också en möjlig lösning. 11(21)

12 Figur 6. I figuren har brunnarna markerats efter var uppgift om locknivå hämtats. 3.3 Dämningsnivåer DP 4 5 I detta avsnitt redovisas de dämningsnivåer som uppstår i dagvattensystemet med föreslagen dimensionering vid beräkning med CDS-regn med återkomsttid 2, 5, 10 och 20 år. För de ledningssträckor som framgår av figur 7 redovisas profiler med beräknade trycklinjer vid belastning av respektive regn. Av profilerna framgår även föreslagna nivåer och dimensioner. 12(21)

13 Figur 7. För markerade ledningssträckor redovisas profiler med trycklinjer. 13(21)

14 Strypt utlopp Figur 8. Profil 1. Ledningsdimensioner som rekommenderas. Blå linje visar trycknivån som uppstår i ledningen vid ett 2-årsregn, svart linje visar trycknivån vid ett 20-årsregn. Den tunna blå linjen markerar marknivån. Inom DP 4 och 5 ligger trycklinjen vid 20-årsregnet under marknivå, vilket är dimensioneringskriteriet för ledningarna i DP (21)

15 Befintliga ledningar Figur 9. Profil 2. Ledningsdimensioner som rekommenderas. Blå linje visar trycknivån som uppstår i ledningen vid ett 2-årsregn, svart linje visar trycknivån vid ett 20-årsregn. Den tunna blå linjen markerar marknivån. Inom DP 4 ligger trycklinjen vid 20-årsregnet under marknivå, vilket är dimensioneringskriteriet för ledningarna i DP (21)

16 Befintliga ledningar Strypt utlopp Figur 10. Profil 3. Ledningsdimensioner som rekommenderas. Blå linje visar trycknivån som uppstår i ledningen vid ett 2-årsregn, svart linje visar trycknivån vid ett 20-årsregn. Den tunna blå linjen markerar marknivån. Inom DP 4 ligger trycklinjen vid 20-årsregnet under marknivå, vilket är dimensioneringskriteriet för ledningarna i DP (21)

17 Figur 11. Profil 4. Ledningsdimensioner som rekommenderas. Blå linje visar trycknivån som uppstår i ledningen vid ett 2-årsregn, svart linje visar trycknivån vid ett 20-årsregn. Den tunna blå linjen markerar marknivån. Inom DP 4 ligger trycklinjen vid 20-årsregnet under marknivå, vilket är dimensioneringskriteriet för ledningarna i DP (21)

18 4 Genomförande Spillvatten 4.1 Dimensionerande flöde Uppgifter om antalet bostäder och invånare inom DP 1 5 har erhållits från RFAB ( ), se tabell 1. För att beräkna dimensionerande spillvattenflöde har antagande om specifik spillvattenavrinning gjorts baserat på de uppgifter som ges i Svenskt Vatten publikation P90 tabell 4.1 och 4.2 på sida 14. I dessa tabeller anges genomsnittliga värden för specifik vattenförbrukning för hushåll i flerbostadshus respektive småhus samt schablonvärden för specifik spillvattenavrinning från allmän verksamhet i olika typer av områden. Dessa uppgifter har använts och ett snittvärde har beräknats, se nedan. Specifik spillvattenavrinning Flerfam.hus 220 l/pers, dygn + allmän verksamhet 60 l/pers, dygn Specifik spillvattenavrinning Småhus 160 l/pers, dygn + allmän verksamhet 20 l/pers, dygn Snittvärde för specifik spillvattenavrinning bostad: ( )/2 = 230 l/pers, dygn RFABs föreslagna värde för specifik spillvattenavrinning för boende i studentbostad har använts: 130 l/pers, dygn För beräkning av dimensionerade spillvattenflöde har maxdygnsfaktor valts till 2,5 baserat på anvisningarna i Svenskt Vattens publikation P90. Maxtimfaktor är beroende av den i modellen inlagda dygnsvariationen för vattenförbrukning och uppgår till 1,83 för hushåll. Tabell 1. Antal bostäder, invånare och dimensionerande flöde i detaljplan 1 5. Dygnsförbrukning (liter/dygn) Förbrukning studentbostäder (liter/dygn) Summa Förbrukning (liter/sek) DP inflyttat Antal bostäder invånare (ca) DP ,48 25,1 DP ,92 8,77 DP ,92 8,77 DP ,20 5,48 Dim. flöde (liter/sek) 4.2 Modellbeskrivning av ledningsnät För att avleda dimensionerande spillvatten i DP 4 och DP 5 har minsta acceptabla innerdimension på ledningarna beräknats med hjälp av Colebrook s formel till minst 160 mm om minimilutningen är 5 promille och med en ledningsråhet motsvarande k=1 mm, vilket kan förväntas av en plastledning som varit i drift en längre tid. Enligt uppgifter från Norconsult som projekterar ledningsnätet gäller 5 promille som minimilutning. Av denna anledning har det inte ansetts nödvändigt att lägga in dessa spillvattenledningar i den hydrauliska modellen. Det som däremot är viktigt att undersöka är om de befintliga ledningarna i DP 2 klarar av den tillkommande belastningen. I modellen har spillvattenbelastningen från DP 4 och DP 5 anslutits direkt till ledningsnätet i DP 2, i figur 12 markeras anslutningspunkten (21)

19 Anslutningspunkt spillvatten DP 4 5 Pumpstation spillvatten Figur 12. Spillvatten från DP 1 5 avleds till en befintlig pumpstation som i figuren är markerad med S_Pumpsump_2. Spillvattnet från DP 1 5 avrinner till en befintlig pumpstation med en pumpkapacitet på ca 28 l/s, se figur 12. Medelspillvattenflödet till pumpstationen är vid fullt utbyggt DP 1 5 ca 10,5 l/s. I modellen är pumpstationen beskriven med två pumpar med start- och stoppnivå enligt tabell 2. Tabell 2. Pumparnas start- och stoppnivåer. Start Stopp P1 + 41, ,22 P2 + 41, ,22 5 Resultat Spillvatten Beräkningar har genomförts med belastning för spillvattenflöde under ett medeldygn och för ett maxdygn. Resultatet visar att ledningsnätet nedströms DP 4 klarar belastningen från DP 4 5. Detta gäller dock med undantag för pumpstationen vars kapacitet inte är tillräcklig vid maxdygns-maxtimflöde, se figur 13. Av figuren framgår att det dämmer från pumpstationen pga för låg kapacitet. 19(21)

20 Figur 13. Dämningsnivån i ledningen uppströms pumpstationen vid maxdygnsmaxtimflöde och befintlig pumpkapacitet, 28 l/s. Den röda prickade linjen markerar högsta dämningsnivån. Som kan ses överstiger denna nivå startnivån för P2 med 1,8 m vilket visar att pumpkapaciteten är otillräcklig. Dimensionerande spillvattenflödet från DP 1 5 under maxdygn-maxtimme har beräknats 48 l/s. Beräkningar genomfördes med denna pumpkapacitet inlagd i modellen, se figur 14. Då blir den maximala dämningsnivån vid maxdygn-maxtimsflöde på +41,24; vilket är 2 cm över P2:s startnivå. Det får anses vara en acceptabel uppdämning. Den pumpkapacitet som lagts in i modellen (48 l/s) motsvarar högsta flöde vid maxdygns-maxtimflöde. Det ska inte betraktas som en fullständig dimensionering av pumpstationen utan endast en vägledning. 20(21)

21 Figur 14. Dämningsnivån i ledningen uppströms pumpstationen vid maxdygnsmaxtimflöde och en pumpkapacitet på 48 l/s. Den röda prickade linjen markerar högsta dämningsnivå. Dämningsnivå överstiger startnivån för P2 med ca 2 cm vilket visar att pumpkapaciteten nu är tillräcklig. 21(21)