TEKNISKT PM. Skyfallskartering Hagastaden STOCKHOLM STAD UPPDRAGSNUMMER VERSION 2.1 SARA KARLSSON JOANNA THELAND (GRANSKARE)

Transkript

1 STOCKHOLM STAD Skyfallskartering Hagastaden UPPDRAGSNUMMER VERSION 2.1 SARA KARLSSON JOANNA THELAND (GRANSKARE)

2 Sammanfattning Hagastaden är ett centralt exploateringsområde i Stockholm. Korrekt höjdsättning av gator och andra ytor är av stor vikt för att undvika marköversvämning som drabbar fastigheter och infrastruktur vid skyfall. Denna utredning syftar till att utreda översvämningsrisken vid skyfall i ett exploaterat Hagastaden med hjälp av hydraulisk modellering och på så sätt utvärdera föreslagen höjdsättning och placering av byggnader. Resultaten indikerar att det inom ett par områden finns en relativt stor risk för översvämning och att höjdsättningen i dessa områden bör ses över. Sweco Gjörwellsgatan 22 Box SE Stockholm, Sverige Telefon Fax Sweco Environment AB Org.nr Styrelsens säte: Stockholm Sara Karlsson Telefon direkt +46 (0) Mobil +46 (0) sara.m.karlsson@sweco.se

3 Innehållsförteckning 1 Inledning och bakgrund 2 2 Underlag 3 3 Modelluppbyggnad och simulering Metod Ledningsnätsmodell Höjdmodell Ytråhet Regn Övriga randvillkor Scenarion årsregn med belastning via ledningsnätet årsregn med belastning via ytan (extremscenario) Begränsningar och osäkerheter 7 4 Resultat skyfallskartering årsregn med belastning via ledningsnätet årsregn med belastning via ytan Risk för liv samband mellan flödeshastighet och vattendjup 16 5 Tolkning av resultat slutsats och rekommendationer 17 Bilagor: Bilaga 1 Skyfallskartering med barriär mellan Solna och Eugeniavägen 1(20)

4 1 Inledning och bakgrund Stockholm genomför i skrivande stund exploatering av stadsdelen Hagastaden. För att säkerställa att områdets höjdsättning och planering av fastigheter inte medför risk för översvämning vid större regn har Sweco fått i uppdrag att utföra en skyfallskartering för området. Hagastaden med planerad exploatering visas i Figur 1. Figur 1. Etappkarta över Hagastaden. Studieområdet utgörs av de avrinningsområden som rinner till eller angränsar till Hagastaden. Större delen av området avvattnas till Brunnsviken i nordost, medan de södra delarna rinner åt sydväst. I modellen är både vatten som rinner på ytan och i dagvattenledningsnätet inkluderat. Modellsimuleringarna är utförda med programvaran MIKE URBAN Flood som möjliggör att vattnet kan rinna från ledningarna till markytan och vice versa. 2(20)

5 2 Underlag Följande underlag har använts vid framtagande av modellen: - Ledningsnätsmodell i Mike Urban (framtidsscenario) med filnamnet Framtidsmodell_RH2000_HagastadenFulltUtbyggt_ , framtagen av Sweco - Ortofoto - Höjddata i las-format, erhållen (i samband med tidigare utfört projekt) - Projekterade och befintliga byggnader erhållna av Stockholm stad: 3d_byggnadsverk Flerfamiljshus_sweref99 P4-DP1-Byggrätter_Norra Station_skiss P4-DP1-Byggrätter_Solna_skiss P4-DP2-Planerade byggnader_skiss_ P4-Norra Hagastaden-Planerade byggnader_skiss_ Takyta_Alt1A - Vägar och övriga ytor, erhållna av Stockholm stad: L1-310-W L1-310-W L1-310-W P4-DP1-Planerade gator_skiss P4-DP2-Tolkade höjder färdig mark_uppdaterad P4-DP2-Tolkade parkytor_sweref991800_rh2000 P4-DP3-DTM_Norra stationsg_gator_sweref991800_rh2000 P4-DP3-Haga dp3 planerade byggnader_marknivåer-sweref991800_rh2000 P4-Markmodell från inmätningar T05_V00000_001 T05_V00000_001_footprint_Area 3(20)

6 3 Modelluppbyggnad och simulering 3.1 Metod För simulering har programverktyget MIKE URBAN Flood använts. I modellen kombineras en ledningsnätsmodell för dagvatten och en modell som beskriver markytan. 3.2 Ledningsnätsmodell Ledningsnätsmodellen som används är uppbyggd i MIKE URBAN inom ramen för ett separat projekt för Stockholm Vatten. Figur 2 visar ledningsnätets utbredning. I modellen har arean per brunn ansatts till 10 m 2 och maximal genomflödeskapacitet 1 m 3 /s. Den stora arean representerar det faktum att endast nedstigningsbrunnar och inte rännstensbrunnar finns beskrivna i modellen. I samband med en känslighetsanalys testades dessa två parametrar för att utvärdera effekten på resultatet. Resultatet visade att genomflödeskapacitet och area har liten betydelse i denna modell. Figur 2. Dagvattenätet i ledningsnätsmodellen, uppbyggd i MIKE URBAN. 3.3 Höjdmodell 4(20) Höjdmodellen är uppbyggd av laserscannad höjddata från området där Hagastaden skall byggas. Höjddata konverterades sedan till ett höjdraster och kompletterades med planerad höjdsättning av vägar och andra ytor. Modellen har även kompletterats med planerade och befintliga byggnader i området, detta för att simulera att vattnet flödar runt, och ibland

7 stoppas av, byggnaderna. Byggnadernas höjd har satts schablonmässigt till tio meter över marknivå och avser inte verklig byggnadshöjd. För simuleringens syfte är detta dock tillräckligt. Markmodellen har en cellstorlek på 2 x 2 m och höjder är angivna i RH2000. Figur 3 visar höjdmodellen i 3D. Vyn är från väster blickande österut och höga marknivåer är röda eller vita, medelhöga är gröna och gula och låga är turkosa. Figur 3. Höjdmodellen över Hagastaden i 3D. Vyn är från väster blickande österut. 5(20)

8 3.4 Ytråhet 6(20) Som modellparameter har flödesmotstånd på markytan tagits i beaktning. I teknisk term benämns denna parameter Mannings tal och beskriver hur trögt vatten avrinner en yta. I modellen har ett konstant värde för Mannings tal (M=32) antagits. Effekten av att anpassa Mannings tal till markanvändning har undersökts i en känslighetsanalys inom ramen för uppdraget och visade sig ge marginell effekt på resultaten. 3.5 Regn Modellen har belastats med regn av typ CDS (Chicago Design Storm). Regnet börjar med en låg intensitet för att nå en topp och sedan avklinga. Regn med återkomsttid 100 år och varaktighet 3 h har använts. Begreppet återkomsttid baseras på statistik och beskriver hur sannolikt det är att en viss händelse, i detta fall ett kraftigt regn, ska inträffa. Sannolikheten att ett 100-årsregn faller är exempelvis 1 % ett givet år, 10% under en period på 10 år och 63% under en period på 100 år. 3.6 Övriga randvillkor Vattennivån i Brunnsviken har satts till + 1,13 m och nivån i Mälaren + 0,35 m (RH2000). Dessa värden är satta i enlighet med Stockholm Vattens projekteringsanvisningar. 3.7 Scenarion Vid skyfallssimulering med MIKE URBAN Flood kan två olika metoder för regnbelastning tillämpas. Båda har för- och nackdelar och för att inte förbise något område i risk för översvämning har båda metoderna tillämpats i denna utredning. De olika metoderna, belastning via ledningsnätet, samt belastning via ytan beskrivs nedan årsregn med belastning via ledningsnätet Denna metod innebär att regnet belastar ledningsnätets noder (brunnar) genom definierade avrinningsområden. Först när ledningsnätet går fullt rinner vattnet upp på markytan och söker sig till lågpunkter i terrängen. Nackdelen med denna metod är att lågpunkter som inte är i närheten av ledningsnätet inte kommer framställas som översvämmade, trots att de i verkligheten skulle kunna bli det. Ytterligare en nackdel är att avrinningskoefficienten i modellen är konstant. Vid intensiva regn tenderar avrinningskoefficienten att öka, eftersom markytan successivt blir mättad, och resultatet kan således ge en underskattning av faktiskt vattenvolym årsregn med belastning via ytan (extremscenario) Denna metod innebär att regnet faller direkt på ytan och via terrängen letar sig till dagvattenbrunnar och ner i ledningsnätet. En nackdel med denna metod är att allt flöde inte når fram till ledningsnätet. Exempelvis finns vissa kopplingar mellan ytan och ledningsnät inte representerade i modellen, såsom rännstensbrunnar, och vatten kan då

9 bli stående i lågpunkter trots att de i verkligheten avvattnas. Å andra sidan är det inte omöjligt att rännstensbrunnar och liknande sätter igen vid skyfall. Ytterligare en nackdel med denna metod är att hänsyn till avrinningskoefficient inte tas. 100% av den nederbörd som faller kommer således avrinna på ytan. Som nämns i ökar dock avrinningskoefficienten vid skyfall, och troligen ligger den förväntade vattenvolymen någonstans mellan resultatet av dessa två metoder. Metoden kan anses motsvara en extremsituation där marken är mättad innan regnet faller på grund av en långvarig blötperiod. 3.8 Begränsningar och osäkerheter En modell är en förenklad bild av verkligheten. När resultaten betraktas bör det tas i beaktning att flera osäkerheter och begräsningar påverkar resultaten samt hur dessa bör tolkas. Nedan listas de osäkerheter som identifierats för föreliggande analys. - Höjdmodellen har tagits fram genom att komplettera laserscanning över området med projekterade marknivåer på väg och andra ytor samt byggnader. Underlaget varierade i detaljeringsgrad och på vissa platser har interpoleringar och antaganden gjorts. Höjdmodellens utformning står för den största inverkan på resultatet och avgör var vatten kommer ansamlas. Detta innebär att om förändringar i höjdsättning görs kommer resultatet från denna utredning sannolikt inte gälla längre. - Interpolering mellan befintlig höjdmodell och projekterad höjdsättning skapar osäkerheter i kopplingen mellan Karolinska-området i Solna och Hagastaden i Eugeniavägen. Eugeniavägens projekterade höjdsättning innebär att en barriär skapas mot den lägre befintliga marken i Karolinska-området. Ett instängt område bildas och vattnet ställer sig mot vägen vid skyfall. För att inte underskatta vattenvolymen till Hagastadens östra delar vid skyfall har det antagits att Karolinska-området i framtiden höjdmässigt kommer ansluta till Eugeniavägen och de befintliga marknivåerna har korrigerats därefter, se Figur 4. Om denna ändring av marknivå inte görs i Karolinska-området kommer vatten ställa sig mot norra sidan av Eugeniavägen, se Bilaga 1. 7(20)

10 Figur 4. Befintliga höjder i Karolinska-området i Solna har korrigerats så att vattnet skall kunna rinna till Hagastaden enligt rosa pilar. Anledningen till korrigeringen är att inte underskatta vattenvolymen nedströms. - Höjdmodellens upplösning på 2 x 2 m medför att vissa topografiska strukturer såsom mindre diken och rännor, mindre barriärer, kantstenar och liknande inte kan urskiljas i höjdmodellen. För den stora bilden spelar dessa mindre strukturer en marginell roll. - Regnet faller samtidigt över ett stort område i simuleringen. Detta kan ge överdrivna vattenvolymer. Modellområdet är dock relativt litet varför detta inte torde ha en avgörande inverkan på resultatet. - Hänsyn har ej tagits till grundvattenströmningar och andra geologiska förutsättningar. - För ytans råhet har ett konstant värde på Mannings tal antagits, vilket leder till generaliserade resultat. Erfarenhet och även en känslighetsanalys som genomförts visar att Mannings tal inte är avgörande för resultaten varför detta antagande gjorts (Kartläggning av skyfalls påverkan på samhällsviktig verksamhet, MSB, 2014). 4 Resultat skyfallskartering Figurerna (Figur 5 till Figur 10) nedan visar maximalt vattendjup vid belastning av 100- årsregnet. Resultaten visar det beräknade maximala vattendjup som uppstår i respektive beräkningscell någon gång under simuleringsförloppet. Det är därför ingen momentanbild och det är möjligt att det maximala vattendjupet uppstår på olika ställen vid olika tidpunkter under simuleringsförloppet. 8(20)

11 Om hastigheten på det avrinnande flödet är hög, finns en risk för personolyckor även om vattendjupet är lågt. På exempelvis vägar med stor lutning kan flödet bilda en fors. Av denna anledning visas även resultat för maximal hastighet i relation till maximalt vattendjup uttryckt som risk för liv vid ett 100-årsregn. Sambandet mellan hastighet och vattendjup avseende risk för liv baseras på riktlinjer från Downstream hazard classification guidelines, United States Department of the interior, 1988, och visar områden där risk för liv för små barn respektive vuxna kan föreligga. Det bör noteras att då maxhastighet och maxdjup använts i analysen är resultaten konservativa, då dessa i verkligheten inte nödvändigtvis behöver inträffa samtidigt. Analysen av risk för liv har gjorts med resultatet från extremscenariot (avsnitt 3.7.2) som indata. 9(20)

12 årsregn med belastning via ledningsnätet Figur 5 till Figur 7 visar resultatet av skyfallskarteringen med belastning från ledningsnätet till ytan för 100-årsregn. Figur 5. Resultat skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med 3 h varaktighet. Regnet når först ledningsnätet för att sedan rinna på ytan från brunnarna när det går fullt. 10(20)

13 Figur 6. Resultat skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med 3 h varaktighet. Regnet når först ledningsnätet för att sedan rinna på ytan från brunnarna när det går fullt. Inzooming DP 1 och DP2. 11(20)

14 Figur 7. Resultat skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med 3 h varaktighet. Regnet når först ledningsnätet för att sedan rinna på ytan från brunnarna när det går fullt. Inzoomning DP 1 och DP 3. 12(20)

15 årsregn med belastning via ytan Figur 8 till Figur 10 visar resultatet av skyfallskarteringen med belastning från ytan till ledningsnätet för 100-årsregn. Figur 8. Resultat skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med 3 h varaktighet (extremscenario). Regnet når först markytan för att sedan rinna till ledningsnätet. 13(20)

16 Figur 9. Resultat skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med 3 h varaktighet (extremscenario). Regnet når först markytan för att sedan rinna till ledningsnätet. Inzoomning DP 1 och DP 2. 14(20)

17 Figur 10. Resultat skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med 3 h varaktighet (extremscenario). Regnet når först markytan för att sedan rinna till ledningsnätet. Inzoomning DP 1 och DP 3. 15(20)

18 4.3 Risk för liv samband mellan flödeshastighet och vattendjup Figuren nedan visar risk för liv vid 100-årsregn (extremscenariot). Figur 11. Risk för liv vid belastning av ett regn med 100 års återkomsttid, belastning från ytan till ledningsnätet (extremscenario). Risken baseras på flödeshastighet och vattendjup. Gröna fält markerar områden där sambandet mellan hastighet och djup innebär att fara för liv kan gälla för små barn. Röda fält markerar områden där även fara för liv kan råda för vuxna. 16(20)

19 5 Tolkning av resultat slutsats och rekommendationer Simuleringsresultaten visar att det i vissa områden i Hagastaden föreligger en risk för översvämning som skadar bebyggelse vid ett 100-årsregn. Resultatet visar att de översvämningar som kan förväntas vid 100-årsregnet med belastning via ledningsnätet även kan förväntas vid extremscenariot, men då med större översvämningsdjup. I simuleringen av extremscenariot kunde även ett par ytterligare områden inom risk för översvämning identifieras. Sannolikt kommer vatten hamna där i verkligheten då områdena är lokala lågpunkter. Anledningen till att områdena inte visas som översvämmade i analysen där regnet går via ledningsnätet ut på ytan är att det inte finns några brunnar i närheten av området, och vattnet kan således inte nå dit i modellen. Gällande risk för liv och personskador indikerar resultaten att det främst är omkring korsningen Uppsalavägen/Eugeniavägen som risk föreligger. Anledningen till detta är kombinationen av relativt höga flödeshastigheter på mer än 1 m/s och höga vattennivåer. Då det endast åligger VA-huvudmannen att avleda ett 10-årsregn är det inte rimligt eller ekonomiskt försvarbart att med hjälp av större ledningar avleda ett 100-årsregn utan flöden från extremregn måste omhändertas genom korrekt höjdsättning. Figur 12 visar de områden i Hagastaden där särskild hänsyn bör tas till översvämningsrisken och höjdsättningen bör justeras. Områdena är numrerade och beskrivs översiktligt nedan. Figur 12. Resultat av skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med utpekade riskområden markerad med gul streckad linje (extremscenario). 17(20)

20 1. Vatten ansamlas mot fastighet söder om korsningen Annerovägen/Eugeniavägen En större del av Hagastaden samt en del av området som avvattnas via Norrtullsgatan söderifrån rinner till Brunnsviken via det översvämningsdrabbade området. Simuleringsresultaten indikerar att vatten blir stående mot en av de planerade byggnaderna (gul ring i Figur 13 visar vattenansamlingen vid byggnaden). För att säkerställa att fastigheten inte drabbas vid skyfall rekommenderas följande: Skapa en mer definierad rinnväg genom området (korrigering av höjdsättning av ytan söder om byggnaden så att vattnet i stället rinner till vägen och vidare till Brunnsviken). Den orange linjen med pilar i Figur 13 visar önskad rinnväg. Den planerade grönytan (röd streckad rektangel) norr om tullhusen skålas företrädelsevis för att fungera som fördröjningsmagasin. När skålen fylls bräddar vattnet vidare ut via Annerovägen till Brunnsviken. För att säkerställa att flödet från Uppsalavägen avrinner korrekt skevas vägen mot skålen (kantsten eller andra barriärer får inte förekomma på västra sidan av skålen. Figur 13. Resultat från skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med 3 h varaktighet (extremscenario), söder om korsningen Annerovägen/Eugeniavägen. Simuleringsresultaten visar att vatten ställer sig mot fastigheten eftersom marknivån är låg. Att i stället låta marken luta från fastigheten och skapa en tydligare rinnväg mot gatan är en tänkbar lösning på problemet. Den orange linjen med pilar visar den önskade rinnvägen. Röd, streckad rektangel visar var en skålning av parkytan skulle kunna skapa ett fördröjningsmagasin. 18(20)

21 2. Vatten stående mot fastigheter på södersidan av Norra stationsgatan Resultaten visar att vatten blir stående mot fastigheterna på södra sidan av Norra Stationsgatan. Översvämningarna beror inte på underkapacitet i ledningsnätet utan är ett resultat av låg lutning och stora flöden som tillrinner norrifrån. Ett sätt att åtgärda problemet är att skeva gatan mot mitten och/eller arbeta med kantsten, så att fastigheter inte drabbas när vatten blir stående på gatan. 3. Lokal lågpunkt Höjdsättningen av vägen medför att vatten från Norra Stationsgatan och framför allt Karlbergsvägen ansamlas i en instängd lågpunkt som riskerar att bidra till översvämning av fastigheter. Inom ramen för denna utredning har det inte varit möjligt att identifiera en lämplig åtgärd som inte innebär att vattnet leds ner på Klarastrandsleden eller järnvägen. Därför är det kritiskt att de nya byggnaderna anpassas och att exempelvis inte garagenedfarter som kan översvämmas anläggs. Fortsatta utredningar krävs för att identifiera en lämplig rinnväg för vattnet. Gatan bör också höjdsättas så att det vatten som ansamlas inte ställer sig direkt mot fastigheterna, utan mot mitten av gatan/korsningen. I annat fall kan översvämning förväntas även vid mindre regn. Utöver de tre ovan nämnda riskområdena verkar höjdsättningen i Hagastaden fungera för att avleda skyfall. För samtliga områden gäller att tillämpa kantsten och lutning ifrån fastigheter så att skador inte inträffar vid större regn då vägarna fungerar som skyfallsgator. 19(20)

22 BILAGA 1 Resultat från skyfallskartering vid belastning av 100-årsregn med 3 h varaktighet (extremscenario), där barriären mellan Karolinska-området och Eugeniavägen är kvar. Anledningen till barriären är att befintliga marknivåer i Karolinska-området är lägre än projekterade höjder på Eugeniavägen. I bilderna som visas i resterande PM:et är nivån i Karolinska-området korrigerad för att inte skapa ett instängt område. Om marknivåerna inte korrigeras kommer vatten ställa sig på norra sidan av Eugeniavägen enligt figuren nedan. 20(20)