Bällstaån. Uppbyggnad av hydrologisk modell samt beräkningar av kapacitet, översvämningsrisk och vattenkvalitet. Projektnummer

Transkript

1 Bällstaån Uppbyggnad av hydrologisk modell samt beräkningar av kapacitet, översvämningsrisk och vattenkvalitet Projektnummer DHI Sverige AB GÖTEBORG STOCKHOLM VÄXJÖ LUND Org. Nr Lilla Bommen 1 Svartmangatan 18 Honnörsgatan 16 Kyrkogatan 3 Box Göteborg Stockholm Växjö Lund Tel: Tel: Tel: Tel: Fax: Fax: Fax: Fax:

2 Beställare Stockholm Vatten AB Beställarens kontaktperson Åsa Snith Projekt Bällstaån - hydrologisk beräkningsmodell Projekt nr 6019 Uppdragsledare Lars-Göran Gustafsson Författare Datum Stefan Ahlman, Lars-Göran Gustafsson, Dick Karlsson, Lars Nikell och Paul Widenberg Granskad av Uppdragsroll Datum Gilbert Svensson Kvalitetsansvarig i

3 FÖRORD Stockholm Vatten AB har som en del i Miljömiljarden, en miljösatsning finansierad av Stockholms stad, erhållit medel för att studera två vattendrag i Stockholmsregionen med avseende på nuvarande förhållanden och åtgärder för att förbättra de hydrologiska och kvalitetsmässiga förutsättningarna. De två vattendrag som har studerats är Bällstaån och Igelbäcken. Projekten påbörjades sommaren 2005 och avslutas i och med denna rapportering. Föreliggande rapport avser Bällstaån och är en del av redovisningen av detta arbete. Förutom denna skriftliga redovisning har bearbetad indata och väsentliga beräkningsresultat lagrats i en ArcGIS Geodatabas. Slutligen utgör de etablerade modellerna, med tillhörande indatafiler och resultatfiler, en samlad dokumentation och länken till fortsatt arbete inom området. Modell och analysarbete har bedrivits av en projektgrupp på DHI främst bestående av Stefan Ahlman, Dick Karlsson, Lars Nikell och Gunnar Svensson. Fältmätningar, och bearbetning av mätdata, har utförts av Lars Gillsjö (ansvarig), Alf Olsson, Jessie Schroeck och Paul Widenberg. Lars-Göran Gustafsson har varit DHI s uppdragsledare och koordinator av projektet och Gilbert Svensson har varit DHI s kvalitetsansvarige för projektet. Åsa Snith har varit Stockholm Vattens projektledare. Tommy Giertz, DHI, hade inledningsvis denna funktion på Stockholm Vatten och har under den senare hälften av projektet biträtt Åsa Snith i denna funktion. En referensgrupp, bestående av Christer Lännergren och Bo Westergren, båda från Stockholm Vatten, har följt arbetet under projektets gång, och bistått med värdefull information och kommentarer. Dessutom har informationsmöten genomförts med den s.k. Bällstaågruppen, bestående av representanter från Länsstyrelsen och de kommuner som berörs av vattendraget. ii

4 Innehållsförteckning FÖRORD ii 1 PROBLEMBESKRIVNING Tillrinningsområdets karaktär Föroreningsbelastning och vattenkvalitet Ekologisk status SYFTE OCH AVGRÄNSNING 4 3 METODIK Modellverktyg Hydraulisk modellering Översvämningsmodellering Föroreningsmodellering Datahantering i ArcGIS Resultatens trovärdighet DATAINSAMLING OCH UNDERLAG Inmätning av vattendragets geometri Flödesmätningar Mätutrustning Kända avvikelser Vattenprovtagning Övrigt underlag BESKRIVNING AV MODELLER Hydraulisk modell Översvämningsmodell Dagvattenkvalitet Hårdgjorda ytor inom Stockholmsområdet Markanvändning inom Järfälla Föroreningskoncentrationer i dagvatten beroende på markanvändning Beräkning av föroreningsbelastning Kalibreringsresultat RESULTAT AV BERÄKNADE SCENARIER Kapacitet och översvämningsrisk Beräknade scenarier Åtgärdsförslag Dagvattenföroreningar Föroreningsbelastning Scenarier för föroreningsreduktion Vattenkvalitet i Bällstaån DISKUSSION OCH SLUTSATSER Kapacitet och översvämningsrisk Föroreningsbelastning och vattenkvalitet iii

5 8 FRAMTIDA ANVÄNDNING AV MODELLERNA 53 9 REFERENSER 54 iv

6 1 PROBLEMBESKRIVNING Detta kapitel bygger i huvudsak på information från Vattenprogram för Stockholm 2000 (ref. 1). Bällstaån börjar i Järfälla kommun och rinner sedan genom kommunerna Stockholm, Sundbyberg och Solna. Ån mynnar i Bällstaviken som är den innersta delen av Ulvsundasjön. Längden är ungefär 10,5 km, fallhöjden är bara 10 m och strömsträckor saknas. Mycket av vattnet i ån kommer från bebyggelse, industriområden, gator och vägar. Vattenkvaliteten är dålig med höga näringshalter, relativt höga metallhalter och ibland höga bakterietal. Sedimenten är förorenade av olja i större delen av ån. Den omkringliggande marken är ganska låglänt nedströms Spånga. Bällstaåns hydrauliska funktion är viktig för att hindra att vattennivån blir alltför hög i bebyggda områden, och Stockholms del av ån betraktas som en del av dagvattennätet. Bällstaågruppen, ett samarbete över kommungränserna, finns sedan Syftet med samarbetet är att utveckla och samordna undersökningar och åtgärder för att få tillstånd förbättringar i och kring Bällstaån. De berörda kommunerna och Länsstyrelsen deltar i gruppen. Se vidare Bällstaångruppens hemsida på Internet ( 1.1 Tillrinningsområdets karaktär Bällstaån börjar som ett dike i Järfälla. Drygt 2 km nedströms är ån kulverterad på en kortare sträcka vid Barkarby flygfält. Efter kulverteringen ansluter Veddesta dike från sydost. Vattnet i Veddesta dike kommer från områdena kring Backlura, Viksjö golfbana samt industri-, flerfamiljs- och villaområden i Veddesta och Barkarby-Skälby. Ån leds i en 1,4 km lång tunnel under Spånga centrum. Tunneln byggdes i början av 1960-talet, tidigare gick ån i en öppen fåra söder om Spånga. Ån kommer ut ur tunneln i början av Bromstens industriområde. Tre stora dagvattenledningarna mynnar i anslutning till tunneln en ledning från Lunda industriområde och Skälby i början av tunneln, en ledning från Tensta och Rinkeby i slutet av tunneln och en ledning från Solhem strax nedströms tunneln. De tre ledningarna tar emot vatten från ungefär 6 km 2 huvudsakligen bebyggd mark. Efter industriområdet passerar ån under Bromstensvägen, förbi villabebyggelsen i Bällsta och travplanen uppströms Solvalla. Mitt emot travplanen mynnar Nälsta dike som avvattnar stora områden med villor och flerfamiljshus i Nälsta, Flysta och Solhem. Strax före sammanflödet med Bällstaån har två dammar anlagts i Bällsta Å-park. Bällstaån fortsätter genom Solvalla travbana. Utflödet från travbanan däms i samband med tävlingar och vattnet används i dammar och fontäner. Efter Solvalla blir ån bred och långsamflytande vid högt vattenstånd i Mälaren är vattnet i princip stillastående. Dagvatten från Rissne, Duvbo och delar av Sundbybergs centrum leds ut i ån innan den rinner ut i Bällstaviken vid Löfströmsbron. Tillrinningsområdets hela yta är ungefär 36 km 2. Av denna yta finns 42 % inom Stockholm stad. Ungefär 60 % av Stockholms del upptas av vägar och bebyggelse, främst villaområden. I Stockholm finns flera områden med blandad industriell verksamhet, främst i 1

7 Stockholm Vatten - Bällstaån Vinsta, Vällingby, Lunda och Bromsten. Spår för pendel- och regionaltåg löper genom området och det finns ca 5 km tungt trafikerade vägar. Bällstaån börjar här Bällstaån slutar här Figur 1-1 Översiktkarta över Bällstaåns tillrinningsområde 1.2 Föroreningsbelastning och vattenkvalitet Vattenkvaliteten i Bällstaån är dålig och ån klassas som ett av Stockholms mest förorenade vattendrag. Vid flera tillfällen har föroreningshalter och bakterietal visat en tydlig ökning nedströms Spånga centrum jämfört med uppströms. Det är troligt att föroreningarna kommer från någon av de tre stora dagvattenledningarna i anslutning till tunneln, men hittills har källan inte kunnat lokaliseras. Undersökningar med passiva provtagare, s.k. Ecoscope, har påvisat en tydlig ökning av koppar, vid en av undersökningarna även kadmium, zink och organiska föreningar (metylerade naftalener) på sträckan genom Bromstens industriområde nedströms Spånga centrum. Tillförseln av näringsämnen är av störst betydelse för det vattenområde där ån mynnar, dvs. Bällstaviken-Ulvsundasjön, där bidragen från Bällstaån är den största källan. Huvuddelen av fosforn kommer från villa- och industriområden och kvävet från villa-, industriområden och öppen mark. Även metaller, olja och andra skadliga organiska föroreningar påverkar dessa vattenområden negativt, men försämrar också miljön i Bällstaån 2

8 särskilt utsläppen av olja som medfört stora skador på fågellivet i ån och gjort att bottnen på långa sträckor är kraftigt förorenad. 1.3 Ekologisk status Ingen vattenväxtinventering har gjorts men vid Spångaåns stränder i Lunda har tidigare nässelsnärja (Cuscuta europaea), lokalt/regionalt skyddsvärd enligt ArtArken, observerats. Vid en bottenfaunaundersökning utförd 1999 påträffades inga rödlistade arter. Antalet arter ökade nedströms i ån. Efter kulverteringen i Spånga var diversiteten låg men individantalet högt. Här fanns stora mängder fåborstmaskar och fjädermyggor; karaktärsdjur för organiskt belastade bottnar. Bland iglarna påträffades Erpobdella octoculata och bland kräftdjuren Asellus aquaticus och Gammarus pulex. Vid Bällsta har man funnit stor kamgälsnäcka (Valvata piscinalis) som är klassad som lokalt/regionalt skyddsvärd enligt ArtArken. 3

9 2 SYFTE OCH AVGRÄNSNING Projektets syfte är främst att beskriva kapacitet, översvämningsrisk och föroreningsbelastningen för Bällstaån idag. Det övergripande syftet är alltså att öka kunskapen kring områdets hydrologiska funktion, genom etablering av olika modellverktyg. Dessa skall utgöra en dokumentation av dagens kunskapsnivå, och skall kunna användas för framtida scenarioberäkningar. Syftet med projektet är inte att lösa de olika problem som identifierats inom området, utan snarare att exemplifiera hur modellverktygen kan användas för framtida analyser av utbyggnadsförslag och åtgärdsalternativ. 4

10 3 METODIK För att analysera och förstå de hydrologiska och hydrauliska sambanden behöver man kunna hantera och överblicka stora mängder information. En datormodell är därför ett viktigt hjälpmedel, som möjliggör undersökningar av hur ett område, hydrologiskt sett, reagerar på extrema situationer eller på olika ingrepp. Dessa prognoser och scenarier som skapas, blir i sin tur värdefulla och ledsagande verktyg i samhällsplaneringen. De hydrologiska förhållandena inom Bällstaåns avrinningsområde har därför studerats med stöd av olika typer av modellverktyg. Datormodeller ger många gånger sken av trovärdighet och exakthet. Visserligen kan modeller ge principiella resultat och hjälpa användaren att förstå sammanhangen, även med begränsad information, men trovärdighet och exakthet i resultaten påverkas av en mängd faktorer som inte alltid är självklara. En förutsättning för att resultaten vid datormodellering skall bli användbara i praktiken är: att valda modellverktyg är anpassade för de frågor och förändringar som skall studeras, att fysisk och geografisk indata är av tillräckligt hög noggrannhet och att uppmätta tidsserier finns att tillgå för verifiering av grundläggande variabler. 3.1 Modellverktyg Den första förutsättningen innebär att modellverktygen skall kunna beskriva yt- och ledningsavrinningen vid olika nederbördssituationer, samt flödes och nivåfluktuationerna i Bällstaån. Modellsystemet MOUSE har använts för denna hydrauliska modellering. Vidare skall modellverktygen också kunna beskriva hur en eventuell översvämning från ledningssystemet sprider sig på markytan. Modellsystemet MOUSE SHE har använts för detta ändamål. Slutligen skall modellerna kunna användas för att beskriva föroreningsbelastningen från olika markområden och olika föroreningars transport i olika delar av ytvatten- och ledningssystem. Modellsystemet MIKE URBAN med modulerna MOUSE HD och AD samt SWQ (StormWater Quality) har använts för denna typ av beräkningar. Nedan ges en kort introduktion av de olika modellverktygen. En mer detaljerad beskrivning finns på Hydraulisk modellering Modulen MOUSE RDI+TA har använts för beräkning av ytavrinningen till ledningsnätet. Denna modul är en relativt enkel konceptuell hydrologisk modell för beräkning av nederbördsrelaterad markavrinning från genomsläppliga ytor (RDI=Rainfall dependent infiltration). Den hydrologiska modellen tar bland annat hänsyn till snötäcke, ytavrinning, infiltration, avdunstning och basflöde. Avrinning från hårdgjorda ytor beskrivs med metoden tid-area (TA). 5

11 MOUSE HD, som är en 1- dimensionell hydrodynamisk modell baserad på St Venants differentialekvationer, har använts för beräkning av flöden, hastigheter och nivåer i ledningsnätets och åns olika delar. MOUSE HD utgör grunden för all genomförd modellering i denna studie. Andra modellkomponenter har sedan lagts till som påbyggnad för att beskriva andra förlopp och processer av intresse Översvämningsmodellering MIKE SHE är ett modellsystem för simulering av geohydrologiska processer både ovan och i mark, men sätts kanske främst i samband med grundvattenfrågor. Med modellsystemet kan hela markdelen av vattnets kretslopp beskrivas på ett fysikaliskt och distribuerat sätt. Med MIKE SHE beskrivs grundvattentransport, grundvattentryck, infiltration och perkolation, olika avdunstningskomponenter, samt ytavrinning. Vattendragsmodellen i MOUSE har använts integrerat med ytvattendelen i MIKE SHE för att erhålla en fullständig koppling mellan vattendrag och ytavrinning. Man får genom användandet av dessa modeller tillsammans även med kommunikationen mellan ledningssystemet och marken. Vid denna studie har fokus legat på att beskriva effekten av vatten som stiger i ledningssystemet, eller vattendraget, och transporteras ut på markytan och därmed bidrar till översvämningarna. Även transporten av vatten i den andra riktningen, från markytan till ledningssystemet, finns med i beskrivningen. Dry MIKE SHE Flooding from MIKE SHE Avrinningen från hårdgjorda ytor har beskrivits i MOUSE och markavrinningen från naturmark (mjuka ytor) har beskrivits i MOUSE RDI. I vissa beräkningar har dessutom ytavrinning från mjuka ytor vid extrema regn beskrivits i MIKE SHE grundat på information om markanvändning, jordart, topografi mm. 6

12 3.1.3 Föroreningsmodellering Verktyget SWQ (StormWater Quality), som är en tilläggsmodul till ArcGIS, har använts för att beskriva föroreningsbelastningen från olika delområden baserat på typ av markanvändning. Föroreningsmodelleringen har skett i modellsystemet MIKE URBAN med modulerna MOUSE HD och AD. AD-modulen är en påbyggnad till den hydrauliska modellen som beskriver transport (advektion) och utspädning (dispersion) av föroreningarna i dagvattenledningsnätet och i Bällstaån. 3.2 Datahantering i ArcGIS Den andra förutsättningen innebär ofta en ganska omfattande indatainsamling och många gånger behov av kompletterande inmätningar i fält. Huvuddelen av de fysiska indata som behövs för den typ av modellering som beskrivits ovan fanns tillgänglig, dock i vissa fall först efter omfattande datasökning. En översikt av insamlad data ges i kapitel 4.4. Information om bottenprofil och tvärsektioner för själva vattendraget och dess biflöden saknades, så en relativt omfattande inmätning av vattendraget genomfördes i fält. Se vidare under kapitel 4.1. All bearbetad fysisk och geografisk indata, samt de mest intressanta beräkningsresultaten från modellerna, har lagrats i en Geodatabas i ArcGIS-miljö. 3.3 Resultatens trovärdighet Den tredje förutsättningen handlar om att ha underlag för att kunna bekräfta trovärdigheten i beräknade resultat. Det är en stor fördel om den typ av storheter som skall beräknas också finns uppmätta med relevant upplösning i både tid och rum. I detta fall handlar det om flöden och nivåer i vattendraget samt koncentrationer av intressanta föroreningar. Eftersom högupplöst flödes- och nivådata i vattendraget saknades för denna studie så genomfördes därför ett relativt omfattande flödesmätningsprogram under hösten 2005 till sommaren Se vidare under kapitel 4.2. Mätresultaten användes för att verifiera avrinningsberäkningarna och de hydrauliska förlusterna längs vattendraget. Vidare genomfördes provtagning på dagvatten i några utvalda punkter, se kapitel 4.3. Mätresultaten användes för att verifiera ansatta föroreningskoncentrationer på dagvattnet. Månadsvis vattenprovtagning har genomförts under ett antal år i Bällstaån, med analyser av partiklar, kväve- och fosforfraktioner samt ett antal metaller. Dessa analyserade koncentrationer användes för avstämning av beräkningar av vattenkvaliteten i Bällstaån. Vid jämförelse av beräknade och uppmätta värden ligger det nära till hands att förkasta beräkningen, utan vidare eftertanke, om god överensstämmelse inte uppnåtts. Detta är i många fall slöseri med värdefull information. Det är ofta just genom värdering av skillnaderna mellan beräknade och uppmätta värden som förståelse kan uppnås. Detta gäller i allra högsta grad föroreningsmodellering. De beräknade föroreningskoncentrationerna 7

13 och massflödena representerar en förenklad bild av verkligheten med ett visst val av komplexitet i processerna, medan de uppmätta koncentrationerna representerar den fullständiga verkliga komplexiteten. Skillnaden beskriver just steget från den förenklade bilden till den fullständiga. Den kan man ofta lära sig av. All tidsberoende indata, samt de mest intressanta beräkningsresultaten från modellerna, har lagrats i Geodatabasen (ArcGIS), via Temporal Analyst, en specialutvecklad extension till ArcGIS, se skärmdump i Figur 3-1. Figur 3-1 Skärmdump från Temporal Analyst, extension till ArcGIS. 8

14 4 DATAINSAMLING OCH UNDERLAG 4.1 Inmätning av vattendragets geometri Under vintern 2005/2006 mättes ett antal tvärsektioner in längs med Bällstaån, Veddesta dike och Nälsta dike. Totalt har 122 olika sektioner mätts upp. Utöver tvärsektionerna mättes även kompletterande bottennivåer in så att en korrekt höjdprofil längs vattendraget kunnat skapas. Detta innebär att det är som mest cirka 100 meter mellan angivna nivåer, och ännu tätare där förändringar i geometrin så kräver. Slutligen har alla kulvertar och brofundament mätts in. Tvärsektionerna har infogats i den hydrauliska modellen. Figur 4-1 visar en översikt av modellen med alla inmätta tvärsektioner markerade i rött. Bällstaån Veddesta dike Kälvesta-Lunda tunnlarna Tunnel under Tensta Spånga tunneln centrum Tunnel Vinsta från Vinsta tunneln Tunnel Nälsta från Nälsta tunneln Bällstaån Nälsta dike Figur 4-1 Översikt över modellen med uppmätta tvärsektioner angivna. På några ställen leds dagvattnet genom bergtunnlar. Den största av dessa är tunneln som går under Spånga centrum. Förutom denna finns även Kälvesta-Lunda tunnlarna, tunneln från Vinsta samt tunneln från Nälsta. Geometrin för dessa tunnlar har tagits från ritningar från Stockholm Vatten. Alla sektioner i Bällstaån finns redovisade i Geodatabasen (ArcGIS) för Bällstaån. 9

15 4.2 Flödesmätningar Flödes- och nivåmätning genomfördes i åtta punkter och enbart nivåmätning i ytterligare en punkt (vid Solvalla). Mätpunkternas läge, inkl aktuella regnmätare, visas i Figur 4-2. Mätningen pågick från början av september 2005 till mitten av juni Beskrivning RM Järfälla Gymnasium!. Järfällavägen!. Bällstaåns avrinningsområde Mätpunkter MP_TYPE!. Flödesmätare (ADS)!. Flödesmätare (Nivus)!. Nivå (ADS)!. Nivå (HawkEye)!. Regnmätare E18!.!. Veddesta dike RM Tensta!. Lunda Industriomr!.! Meters Tensta och Rinkeby SolhemRM Borghöjdsvägen!.!.!. Spånga Station!. Nälsta dike!. RM Solvalla Solvalla!.!. Figur 4-2 Geografiskt läge för flödes- och nivåmätare samt regnmätare Mätutrustning ADS flödesmätare ADS är en batteridriven flödesmätare där hastighetsmätningen sker med hjälp av en dopplergivare och nivåmätningen sker både med en tryckgivare och med en ultraljudsgivare. Nivus PCM-Pro flödesmätare Nivus PCM-Pro är en ny, modern area/hastighetsmätare. Nivån mäts med både en tryckgivare som är avluftad genom givarkabeln och en uppåtseende ultraljudsgivare. Hastighetsberäkningen bygger på en digital pulsdoppler där hastigheten mäts över 16 olika nivåer för att bestämma en medelhastighet. Korskorrelation med en digital mönsteravläsning används för att bestämma en komplett hastighetsprofil. Denna hastighetsberäkning medför att ingen kalibrering behövs. 10

16 I samband med installation, demontering samt vid höga flöden kalibrerades flödesmätarna mot i ledningen verklig hastighet. Som jämförande mätare användes en portabel elektromagnetisk hastighetsmätare av fabrikat Marsh-McBirney. Tömning av data har utförts på plats med hjälp av en portabel PC. Efter utförd tömning har data analyserats och bearbetats avseende kvalitetskontroll. Regnmätare För registrering av nederbörd har använts vippskålsgivare av fabrikat MJK med dataloggern HOBO Event. Upplösningen på regngivarna är ca 0,2 mm. Tabell 4-1 Mätpunkter för Bällstaån, samt regnmätare. Bällstaån Regnmätare MÄTPERIOD MÄTPUNKT MÄTARTYP START SLUT Järfällavägen Flödesmätare (ADS) E18 Flödesmätare (Nivus) Veddesta dike Flödesmätare (Nivus) Lunda Industriomr Flödesmätare (ADS) Tensta och Rinkeby Flödesmätare (ADS) Solhem Flödesmätare (ADS) Spånga Station Flödesmätare (Nivus) Nälsta dike Flödesmätare (ADS) Solvalla Nivå (ADS) RM Borghöjdsv (Spånga) Regnmätare RM Tensta Regnmätare RM Järfälla Gymnasium Regnmätare RM Enköpingsv (Säbysjön) Regnmätare RM Överjärva gärd Regnmätare Kända avvikelser Mätpunkt Järfällavägen I samband med installationsarbete noterades att vattnet var oljigt vilket kan påverka hastighetsgivaren, framförallt vid låga hastigheter. Vid datatömning på plats skrubbades och rengjordes hastighetsgivaren. Som underlag för flödesberäkningen har hastighet och nivå använts. I de fall hastighetsgivaren varit påverkad av oljepåbyggnad har torrvädersflödet beräknats med hjälp av det statistiska förhållandet mellan nivå och flöde. Vid regnvädersflöde är bedömningen att hastighetsgivaren har fungerat tillfredsställande. 4.3 Vattenprovtagning Flödesproportionerlig provtagning av dagvatten utfördes under perioden oktober till december 2005 för tre av flödesmätningspunkterna enligt Tabell 4-1: Lunda, Tensta och Solhem. I Figur 4-3 visas provtagningspunkternas läge. 11

17 Teckenförklaring Lunda Industriomr!.!. Provtagningspunkt Bällstaåns sträckning Huvuddagvattenledningar Tensta och Rinkeby!.! Meters Solhem!. Figur 4-3 Geografiskt läge för vattenprovtagning. Dagvattenprovtagningen och de kemiska analyserna ombesörjdes av Stockholm Vatten. Samtliga dagvattenprover analyserades för koppar, bly, zink, fosfat-fosfor, total-fosfor, ammonium-kväve, total-kväve, totalt organiskt kol (TOC), suspenderad substans som glödförlust (VSS) och total suspenderad substans (TSS). Sammanlagt togs samlingsprover på dagvatten vid åtta tillfällen. Av dessa har sex tillfällen valts ut där det fanns tillgänglig flödesdata, se Tabell 4-2. Kalibreringen av föroreningskoncentrationer har utförts för TSS, zink och koppar, se vidare kapitel 5.3. Tabell 4-2 Föroreningskoncentrationer i dagvatten för tillflöden till Bällstaån. Datum Journalnr. Lunda Tensta Solhem TSS Zn Cu TSS Zn Cu TSS Zn Cu [mg/l] [µg/l] [µg/l] [mg/l] [µg/l] [µg/l] [mg/l] [µg/l] [µg/l] R R R R R R Övrigt underlag Månadsvis vattenprovtagning har genomförts av Institutionen för Miljöanalys (SLU) under ett antal år i Bällstaån, med analyser av partiklar, kväve- och fosforfraktioner samt ett antal metaller. Provtagningen sker inom den nationella miljöövervakningen av sjöar och vattendrag, se Internet: Ett urval av SLU:s analysdata har använts för avstämning av beräkningen av vattenkvalitet i Bällstaån, se Tabell

18 Tabell 4-3 Analysresultat av vattenkvalitet i Bällstaån (SLU). Datum Djup Tot-N Tot-P TSS Cu Zn Cd [m] [µg/l] [µg/l] [mg/l] [µg/l] [µg/l] [µg/l] , ,0 8,2 40 0, , ,3 8,2 45 0, , ,2 4,7 25 0, , ,2 6,4 32 0, , ,9 18,0 96 0, , ,1 7,3 26 0,058 Övrigt underlag i form av tidsvarierande och rumslig data redovisas i Tabell 4-4 och Tabell 4-5 nedan. Tabell 4-4 Övrigt underlag av tidsvarierande data. Tidsvarierande data Period Kommentar Ursprung Hänvisning Regnserie Korrigerad för Stockholm Vatten Torsgatan snösmältning Temperatur Korrigerad för SMHI Observatorielunden snösmältning Avdunstning SMHI Observatorielunden Tabell 4-5 Övrigt underlag av rumslig data. Rumslig data Kommentar Ursprung Ledningsdatabas Samtliga Dag- och spillvattenledningar Stockholm Vatten GIS Solvalla dämningsluckor Geometrin och driftsätt Solvalla Driftsledning Tunnelareor Typsektioner för tunneltvärsnitt Stockholm Vatten Utbyggnadsplaner Nya ledningssträckor NCC, Tyréns, mfl Markanvändning Stockholm Vatten Terrängmodell Helikopterscanning Stadsbyggnadskontoret Jordartskarta Stockholm Vatten 13

19 5 BESKRIVNING AV MODELLER Det övergripande syftet med detta projekt är att öka kunskapen kring den hydrologiska funktionen av Bällstaåns avrinningsområde. Detta syfte uppfylls genom att etablera olika modellverktyg som skall utgöra en dokumentation av dagens kunskapsnivå, och som skall kunna användas för framtida scenarioberäkningar. I detta kapitel beskrivs modellerna som etablerats för att beskriva kapacitet, översvämningsrisk och föroreningsbelastningen för Bällstaån. 5.1 Hydraulisk modell Modellen över Bällstaån med tillhörande huvudledningsnät består av hela Bällstaån, Veddesta Dike samt Nälsta Dike. Slutpunkten i modellen är Bällstaåns utlopp i Mälaren. Förutom själva vattendragen har även huvudledningsnätet för dagvatten tagits med, se Tabell 5-1. Det totala ledningsnätet omfattar ca 110 km inom området. Av dessa ledningar har alla större eller lika med 400 mm medtagits. Dessutom ingår ett fåtal mindre ledningar som behövs för att få geometrin korrekt. Modellen omfattar således cirka 700 ledningar med en sammanlagd längd på ca 36 km. De naturliga vattendragen (inklusive tunneln under Spånga centrum och kulverteringar) omfattar ca 18 km, varav ca 16 km är öppet vattendrag. Tabell 5-1 Ledningssträckor i MOUSE. Modelldel Längd Mannings tal (M) Material [km] [m 1/3 /s] Ledningsnät 35,9 75 Betong 0,5 70/80 Järn/plast Tunnel - Tensta 1,3 30 Tunnel - Spånga järnväg 0,3 70/75 Betong/stål Öppna vattendrag ,2 23 1,0 28 1,0 40 Totalt 54,2 Avrinningsområdet är uppdelat i 9 huvudsakliga delområden svarande mot de olika mätpunkterna. Dessa områden är sedan uppdelade i sammanlagt 176 mindre områden. De kalibrerade avrinningsytorna i MOUSE-modellen redovisas i Tabell 5-2. Den totala avrinningsytan i modellen är 4089 ha varav 665 ha utgörs av normal hårdgjord yta. De indirekta ytorna utgör 3043 ha. Förutom detta finns även 381 ha snabb indirekt yta som beskrivits som hårdgjord yta med speciell avrinningskurva. I Figur 5-1 visas en översikt av modellen. Tabell 5-2 Kalibrerade avrinningsytor i MOUSE. Modelldel Yta Koncentrationstid (Tc) [ha] [min] Normal hårdgjord yta 305 < >90 Hårdgjord yta (snabb indirekt) Indirekt yta Totalt

20 Stockholm Vatten - Bällstaån Figur 5-1 Översikt av den hydrauliska modellen för Bällstaåns avrinningsområde. För de ingående ca 36 km ledningssträckorna är samtliga knutpunkter och ledningar medtagna. Vattengångar har till stor del hämtats manuellt från ritningsmaterialet och är i stort sett helt korrekt beskrivna. I de fall uppgifter har saknats har en jämn lutning mellan kända punkter antagits. Speciell hänsyn har tagits till att få dämningsnivåer i det naturliga vattendraget att stämma. På Solvallas område finns en reglering genom bottenutskov till en kulvert under banan. Detta bottenutskov har beskrivits detaljerat, som de tre verkliga luckor som utgör regleringen. I normalfallet är två luckor alltid stängda och en alltid öppen. Vid tävlingsdagar brukar den öppna luckan strypas för att på så sätt höja vattennivån i dammarna inne på travbanan. I Geodatabasen (ArcGIS) för Bällstaån finns en mer konkret beskrivning av systemet både vad avser ledningsnät och anslutna ytor. Där redovisas även profiler för olika delsträckor. Kalibreringen av modellen har företagits i flera steg. Först har hårdgjorda ytor (sk FRCytor 1 ) karterats och kalibrerats mot uppmätta flöden i de olika mätpunkterna. Därefter har de indirekta ytorna uppströms Spånga (sk SRC-ytor 2 ) kalibrerats som en enhet mot Spånga-mätaren utan hänsyn till hydrauliken i ledningsnätet (bara avrinningskalibrering), se Tabell 5-3. De översta sju parametrarna i tabellen (Umax Tif) är parametrar som styr processerna i yt- och rotzonen och de efterföljande två (Tg CKbf) styr hur vatten avges till grundvattenmagasinet. I modellen beräknas också snösmältning enligt graddagarsmetoden. Dessa kalibreringsdata har sedan distribuerats till respektive mindre delområde och en komplett flödeskalibrering har genomförts. När flödet varit inställt har en nivåkalibre- 1 FRC-Fast Runoff Component (avrinning från hårdgjorda ytor) 2 SRC- Slow Runoff Component (avrinnings från indirekta (genomsläppliga) ytor) 15

21 ring utförts för att fördela rätt friktionsförlust till rätt sträcka i vattendraget. Exempel på kalibreringsresultat visas i Figur 5-2 till Figur 5-8. Tabell 5-3 Kalibrerade RDI-parametrar. Parameter Värde Enhet Area [ha] 3043 ha Umax [mm] 10 mm Lmax [mm] 100 mm CQof [-] 0,4 - CK 20 h CKif 1500 h Tof 0,95 - Tif 0 - Tg 0,8 - CKbf 4000 h Snösmältning 1,8 mm/ C/dygn 16

22 [m3/s] 4.0 Kalibreringsresultat Spånga Hösten Spånga 2005 Hösten Flöde 2005 Flöde Spånga Flöde Hösten Plusgrader hela perioden Blå = uppmätt Röd = beräknad Figur 5-2 Exempel på kalibreringsresultat, Spånga Flöde. Kalibreringsresultat Spånga Spånga Hösten 2005 Hösten Nivå2005 Nivå [m] Spånga Nivå Hösten Plusgrader hela perioden Diagram från botten av ledning upp till 2 meters höjd Blå = uppmätt Röd = beräknad Figur 5-3 Exempel på kalibreringsresultat, Spånga Nivå. 17

23 Kalibreringsresultat E18 Flöde [m3/s] E18 Flöde Plusgrader hela perioden Blå = uppmätt Röd = beräknad Figur 5-4 Exempel på kalibreringsresultat, E18 Flöde, Oktoberregn. Kalibreringsresultat Solvalla Nivå Solvalla Nivå [m] 1.2 Solvalla Nivå Diagram från botten av ledning upp till 2 meters höjd Blå = uppmätt Röd = beräknad Plusgrader hela perioden Figur 5-5 Exempel på kalibreringsresultat, Solvalla, Oktoberregn. 18

24 Kalibreringsresultat Nästa dike Flöde [m3/s] 0.50 Nälsta Dike Flöde Blå = uppmätt Röd = beräknad Plusgrader hela perioden Figur 5-6 Exempel på kalibreringsresultat, Nälsta Dike, Oktoberregn. Kalibreringsresultat Nästa dike Nivå [m] 2.6 Nälsta Dike Nivå Diagram från botten av ledning upp till 2 meters höjd Blå = uppmätt Röd = beräknad Plusgrader hela perioden Uppdämning på Solvalla i samband med tävling Figur 5-7 Exempel på kalibreringsresultat, Nälsta dike, Oktoberregn. 19

25 [m] Järfälla - Veddesta Dike :00:00 Kal8_r.PRF Cyan = Min nivå Röd = Max nivå Uppm nivå: Avser max nivå 10.5 Järfällavägen Uppm E18 Uppm Veddesta Uppm [m] [m] Link Water Level :00:00 Kal8_r.PRF Tensta Uppm Spånga Uppm 2.5 Nälsta Uppm [m] Figur 5-8 Kalibreringsresultat för nivåer visat som profil över Stockholms nollplan. Kalibreringsresultaten visar på en mycket god överensstämmelse mellan uppmätta och beräknade värden. Vad gäller den indirekta påverkan (sk SRC-komponent) skall man dock vara medveten om att det normalt krävs längre tidsserier för att kunna ställa in modellen helt korrekt för alla olika grundvattenförhållanden. Då det i denna översvämnings- 20

26 studie är den snabba avrinningen som helt dominerar förloppet bör detta inte innebära en begränsning. Om modellen däremot skall nyttjas för exempelvis att beräkna årliga volymer som tillförs Mälaren skall en viss försiktighet användas. Ett annat fall som bör beaktas är hur uppmätningen av nederbörd går till när den faller i form av snö. Det finns en uppenbar risk att denna nederbörd underskattas beroende på mätmetodernas begränsningar. Ett tydligt exempel på detta är skillnaden mellan uppmätt och beräknad avrinning från den kraftiga snösmältningsperiod som inträffade i april I Figur 5-9 visas ett exempel på kalibreringsresultat för denna tidpunkt. Vid denna mycket kraftiga snösmältningsperiod kan modellen inte fullt ut representera all volym, dvs. det uppmätta regnet som fallit som snö. Denna avrinning går inte att återskapa utan att anta att det faktiskt fallit mer snö än vad som uppmätts i Observatorielunden. Spånga Snösmältning April Flöde [m3/s] Spånga Flöde Snösmältning Blå = uppmätt Röd = beräknad Minusgrader fram till snösmältningen Figur 5-9 Exempel på kalibreringsresultat, Spånga, Snösmältning. Samtliga kalibreringsdata finns presenterad i Geodatabasen (ArcGIS) för Bällstaån. 5.2 Översvämningsmodell MIKE SHE är ett modellsystem för simulering av geohydrologiska processer både ovan och i mark, men sätts kanske främst i samband med grundvattenfrågor. Med modellsystemet kan hela markdelen av vattnets kretslopp beskrivas på ett fysikaliskt och distribuerat sätt. Med MIKE SHE beskrivs grundvattentransport, grundvattentryck, infiltration och perkolation, olika avdunstningskomponenter, samt ytavrinning. Vattendragsmodellen i MOUSE har använts integrerat med ytvattendelen i MIKE SHE för att erhålla en fullständig koppling mellan vattendrag och ytavrinning. Man får genom användandet av dessa modeller tillsammans även med kommunikationen mellan ledningssystemet och marken. Vid denna studie har fokus legat på att beskriva effekten av 21

27 vatten som stiger i ledningssystemet, eller vattendraget, och transporteras ut på markytan och därmed bidrar till översvämningarna. Även transporten av vatten i den andra riktningen, från markytan till ledningsnät och vattendrag, finns med i beskrivningen, se Figur 5-10, dock i begränsad omfattning vad gäller ledningsnät, då endast huvudledningssystemet är medtaget i modellen. Det klenare ledningsnätet och beskrivning av rännstensbrunnar har ej inkluderats. Detta innebär att lokala översvämningar till följd av bristande avledningskapacitet i rännstensbrunnar och det klenare ledningsnätet ej beaktas av modellen. Torr MIKE SHE Översvämning från MIKE SHE Figur 5-10 Kommunikation av vatten mellan ledningssystemet som beskrivs i MOUSE och på ytan som beskrivs i MIKE SHE. Utbredningen för översvämningsmodellen över Bällstaån omfattar ca 693 ha och illustreras med röd linje i Figur Detta område har valts ut med tanke på vilka delar av avrinningsområdet och ledningsnätet som bedöms påverkas av höga vattennivåer i Bällstaån. Uppströms liggande delar av avrinningsområdet finns också med i modellen, dock bara i MOUSE. De delar av vattendraget och ledningsnätet som ligger utanför det angivna området modelleras här på traditionellt vis i MOUSE. Avrinningen från hårdgjorda ytor har beskrivits i MOUSE och markavrinningen från naturmark (mjuka ytor) har beskrivits i MOUSE RDI. I vissa beräkningar har dessutom ytavrinning från mjuka ytor vid extrema regn beskrivits i MIKE SHE grundat på information om markanvändning, jordart, topografi mm. I dessa beräkningar tas därmed endast hänsyn till ytavrinning från mjuka ytor inom det begränsade området för översvämningsmodellen, se Figur Topografin spelar en central roll ur översvämningssynpunkt då den styr dels hur vattnet rinner på ytan och dels när vattnet når markytan från ledningsnätet. Markytans topografi inom området ligger mellan ca +0,2 till ca +44 m över Stockholms nollplan, se Figur Markanvändningen definieras för att beakta de parametrar som påverkar modellens hydrologi på markytan och i de ytliga jordlagren. Här innefattas bl. a. ytans råhet (Mannings tal) och vegetationsparametrar (bl. a. lövareaindex och rotdjup) som påverkar avdunstningen. I Figur 5-12 illustreras markanvändningen i modellområdet. Hydrologin i den omättade zonen beskrivs utifrån jordartskartan där man för varje jordart anger fysikaliska parametrar som t.ex. fältkapacitet och infiltrationshastighet. Dessa parametrar styr infiltrationsförmågan och växternas transpiration. I Figur 5-13 illustreras vilka jordarter som finns i modellområdet. 22

28 Figur 5-11 Topografin i modellområdet. Figur 5-12 Markanvändning i modellområdet. 23

29 Figur 5-13 Jordartsbeskrivning i modellområdet. 5.3 Dagvattenkvalitet Modellen för beräkningar av dagvattenkvalitet i MIKE URBAN bygger vidare på den ursprungliga hydrauliska modellen i MOUSE enligt kapitel 5.1. I MIKE URBAN, som erbjuder full GIS-funktionalitet, är MOUSE en integrerad del. Den ursprungliga MOUSE modellen har därför importerats till MIKE URBAN. I verktyget SWQ (StormWater Quality), som är en tilläggsmodul till ArcGIS 3, har föroreningskoncentrationer beräknats för ett antal delavrinningsområden inom Bällstaåns avrinningsområde. Dessa koncentrationer används som indata till föroreningsmodellen. I SWQ beräknas en viktad medelkoncentration av en förorening för varje delavrinningsområde baserad på markanvändning. De föroreningar som inkluderats i studien av dagvattenkvalitet är suspenderade partiklar (TSS), koppar, zink, kadmium, total-kväve, fosfat-fosfor och biologiskt syreförbrukande substans (BOD). Då denna studie fokuserar på Stockholmsdelen av Bällstaån beskrivs denna del med högre detaljeringsgrad. Således är Stockholmsdelen indelad i 21 st delavrinningsområden (se Figur 5-14). Järfälladelen finns också med i modellen, men beskrivs bara översiktligt med 3 st delavrinningsområden. Samtlig bearbetad indata finns presenterad i Geodatabasen (ArcGIS) för Bällstaån. 3 I kommande release av DHI Software kommer SWQ att vara integrerad i modellen MIKE URBAN 24

30 Figur 5-14 Indelning i delavrinningsområden Hårdgjorda ytor inom Stockholmsområdet Markanvändningen för de hårdgjorda ytorna i Stockholmsdelen av Bällstaån beskrivs utifrån en modifierad version av GIS-skiktet Markanvändning (från Stockholm Vatten). Med utgångspunkt från fältet Förklaring har en Shape-fil skapats för varje markanvändningstyp. Miljöfarlig verksamhet inkluderar här även industriområden. Samtliga vägar har dock tagits bort och ersatts av ett modifierat GIS-skikt som ursprungligen visar vägmitt (polylines). Detta skikt har sedan buffrats till polygoner så att samtliga vägar och gator fått bredden 9 meter. Större parkeringsytor inom industriområden, centrumområden och hyreshusområden/bostadsrättsområden har digitaliserats av DHI. Parkeringsytor för enfamiljshus har ej digitaliserats. Underlag till digitaliseringen av parkeringsytor har varit flygfoton från Stockholm Vatten. Digital data saknas över cykel- och gångvägar. Ingen digitalisering har utförts av dessa ytor. De framtagna hårdgjorda ytorna och deras markanvändning för projektet visas i Figur

31 Markanvändning Miljöfarlig verksamhet Byggnader hyreshus Byggnader småhus Trafik >30000 Trafik Trafik <8000 Lokalgata hyreshus Lokalgata småhus Parkering hyreshus Parkering övriga Övrig hårdgjord yta Figur 5-15 Markanvändning för hårdgjorda ytor inom Stockholmsdelen Markanvändning inom Järfälla Markanvändningen i Järfällas del av Bällstaåns avrinningsområde beskrivs med ett GISskikt, se Figur De hårdgjorda ytorna har hanterats med ett förenklat angreppssätt. För markanvändning bebyggelse antas att anslutningsgraden av hårdgjorda ytor är 30 %, för industriområden respektive centrumområden antas 70 %. För vägytor, parkeringar och definierade hårdgjorda ytor antas en anslutningsgrad på 100 %. Figur 5-16 Markanvändning inom Järfälla. Markanvändning Bebyggelse Centrum Djurhållning E18 Förorenad mark Hårdgjord yta Industri Järnväg Kyrkogård Miljöfarlig verksamhet Odlad mark Parkering Recipient Skog Spårväg Väg Vägar<20000 fordon/åmd Vägar>20000 fordon/åmd Öppen mark 26

32 5.3.3 Föroreningskoncentrationer i dagvatten beroende på markanvändning Utgående från Dagvattenstrategi för Stockholms Stad har markanvändningen klassificerats (ref. 2). Riktvärden enligt Tabell 5-4 används för att ansätta de föroreningskoncentrationer som kopplas till markanvändningen och som utgör indata till SWQ-modellen. Tabell 5-4 Riktvärden för föroreningshalter i dagvatten baserat på markanvändning (ref. 2). I Tabell 5-5 visas de markanvändningstyper som bidrar med föroreningar från FRC-ytor. Klassningen av markanvändning är gjord enligt Figur 5-15 och föroreningshalterna är valda utifrån Tabell 5-4. Tabell 5-5 Föroreningshalter för markanvändning av hårdgjorda ytor inom Stockholm. Markanvändning klass Miljöfarlig verksamhet (inkl industriområden) Byggnader småhus Byggnader hyreshus Gator trafik > fordon/dygn Gator trafik fordon/dygn Gator trafik fordon/dygn Gator hyreshus Gator lokalgator Parkering innerstad Parkering Övriga ytor (t ex annan hårdgjord yta) Föroreningshalter (kommentar) Höga (detaljanalys av verksamheter har ej utförts) Låga Måttliga Höga Höga Måttliga Måttliga Låga Måttliga Låga Låga 27

33 Tabell 5-6 visar de marktyper som bidrar med föroreningar från SRC-ytor. Föroreningshalterna är valda utifrån Tabell 5-4. Tabell 5-6 Föroreningshalter för markanvändning av genomsläppliga ytor. Markanvändning klass Grönområden Järnvägsområde Föroreningshalter (kommentar) Låga Höga Klassning av låga, måttliga och höga halter har gjorts enligt Dagvattenklassificering, Stockholm Vatten (ref. 3), se Tabell 5-7. Tabell 5-7 Klassning av föroreningskoncentrationer i dagvatten (ref. 3). Ämne Enhet Låga halter Måttliga halter Höga halter (Totalhalt) SS mg/l < >175 Tot-N mg/l <1,25 1,25-5,0 >5,0 Tot-P mg/l <0,1 0,1-0,2 >0,2 Pb µg/l < >15 Cd µg/l <0,3 0,3-1,5 >1,5 Hg µg/l <0,04 0,04-0,2 >0,2 Cu µg/l < >45 Zn µg/l < >300 Ni µg/l < >225 Cr µg/l < >75 Olja mg/l <0,5 0,5-1 >1 PAH µg/l <1 1-2 >2 Valda halter av föroreningar inom respektive områden framgår av Tabell 5-8 nedan. Om inte SRC (avrinning från genomsläppliga ytor) anges avser ytorna avrinning från hårdgjorda ytor (FRC). Tabell 5-8 Föroreningskoncentrationer för Stockholmsdelen, enhet [mg/l]. Markanvändning klass Halt Kadmium Koppar Zink TSS Tot-N Tot-P BOD* Miljöfarlig verksamhet Hög 0,0015 0,045 0, ,2 13,1 (inkl industriområden) Byggnader småhus Låg 0,0003 0,009 0, ,25 0,1 3,8 Byggnader hyreshus Måttlig 0,0009 0,027 0,18 112,5 3,10 0,15 8,4 Gator trafik > Hög 0,0015 0,045 0, ,2 13,1 fordon/dygn Gator trafik Hög 0,0015 0,045 0, ,2 13, fordon/dygn Gator trafik Måttlig 0,0009 0,027 0,18 112,5 3,10 0,15 8,4 fordon/dygn Gator hyreshus Måttliga 0,0009 0,027 0,18 112,5 3,10 0,15 8,4 Gator lokalgator Låg 0,0003 0,009 0, ,25 0,1 3,8 Parkering hyreshus Måttlig 0,0009 0,027 0,18 112,5 3,10 0,15 8,4 Parkering Låg 0,0003 0,009 0, ,25 0,1 3,8 Övriga ytor (t ex annan Låg 0,0003 0,009 0, ,25 0,1 3,8 hårdgjord yta) Grönyta (SRC) Låg 0,0003 0,009 0, ,25 0,1 3,8 Järnvägsområde (SRC) Hög 0,0015 0,045 0, ,2 13,1 *BOD=0,075*TSS (ref. 4) 28

34 5.3.4 Beräkning av föroreningsbelastning Beräkningen av föroreningsbelastningen från dagvatten till Bällstaån utförs i ett antal steg. 1. I SWQ beräknas för varje delavrinningsområde en viktad medelkoncentration av föroreningen baserad på markanvändning. 2. I MIKE URBAN (MOUSE RUNOFF) görs en avrinningsberäkning. Resultatet av avrinningsberäkningen ger, förutom volymflödet av dagvatten, ett massflöde av föroreningen från varje delavrinningsområde. 3. I MIKE URBAN (MOUSE HD+AD) görs en ledningsnätsberäkning med den ovan beskrivna avrinningsberäkningen som indata. På detta sätt förs föroreningarna ner i ledningsnätet och transporteras med dagvattnet. Resultatet av beräkningen ger, förutom volymflöden och vattennivåer, ett massflöde av föroreningen längs ledningsnätsprofilen. Utifrån massflöde och volymsflöde kan modellen även ge föroreningskoncentrationen i en beräkningsnod (exempelvis en nedstigningsbrunn). 4. Därefter sker en kalibrering av ansatta föroreningskoncentrationer med hjälp av analysresultaten från dagvattenprovtagningen. 5. Slutligen körs MIKE URBAN-modellen för att beskriva dagens situation och valda scenarier Kalibreringsresultat Kalibreringen av föroreningskoncentrationer har utförts med den redan kalibrerade hydrauliska modellen (Kapitel 5.1), uppmätta flöden (Kapitel 4.2) och analysresultaten från vattenprovtagningen (Kapitel 4.3). Uppmätta och beräknade föroreningsmängder av TSS, zink och koppar har jämförts. Kalibreringsresultaten för var och en av mätpunkterna Lunda, Tensta och Solhem är sammanställda i Figur Figuren visar beräknade föroreningsmängder (y-axeln) jämfört med uppmätta föroreningsmängder (x-axeln) för varje provtaget regntillfälle TSS 0.6 Koppar 2.0 Zink Lunda Tensta Solhem Lunda Tensta Solhem Lunda Tensta Solhem Beräknat (kg) Beräknat (kg) 0.3 Beräknat (kg) Uppmätt (kg) Uppmätt (kg) Uppmätt (kg) Figur 5-17 Uppmätta och beräknade föroreningsmängder för mätpunkterna Lunda, Tensta och Solhem (efter kalibrering av föroreningskoncentrationer). 29

35 I kalibreringen för Tensta har samtliga hyreshusområden och parkeringar inom hyreshusområden ökats från måttlig till hög koncentration (jmf Tabell 5-8). För Solhem så har centrumområdet ökats till hög koncentration. För Lunda har inga ändringar av de ansatta föroreningskoncentrationerna gjorts. Efter justeringen så visar Figur 5-17 på en generellt god överensstämmelse mellan uppmätta och beräknade föroreningsmängder. Särskilt god överensstämmelse gäller för zink. Däremot överskattas TSS något och koppar underskattas av föroreningsmodellen. Dessa mindre avvikelser har dock inte föranlett någon ytterligare justering av modellens indata gällande föroreningskoncentrationer. 30

36 6 RESULTAT AV BERÄKNADE SCENARIER I detta kapitel exemplifieras hur modellverktygen kan användas för analyser av utbyggnadsförslag och åtgärdsalternativ, dels för den hydrauliska kapaciteten med koppling mot översvämningsrisk, dels vad gäller vattenkvalitet i Bällstaån. 6.1 Kapacitet och översvämningsrisk Beräknade scenarier Risken för översvämningar beror främst på kapaciteten i lednings- och åsystemet, storlek på nederbörden och nivån i Mälaren. För att undersöka betydelsen av nederbörden och nivån i Mälaren har de scenarier som nämns i Tabell 6-1 studerats för befintligt system. Därefter har några system med förändrad kapacitet studerats, se vidare kapitel Nederbörden som använts är ett typregn med principiell utformning enligt Figur 6-1. I Tabell 6-2 redovisas intensitet och volym för nederbörd med olika återkomsttid. Tabell 6-1 Återkomsttid och Mälarens nivå för studerade scenarier. Scenario Återkomsttid (år) Mälarens nivå (m) Kommentar , års, inkl vindpåverkan , års, inkl vindpåverkan ,32 Medelvattenyta (MVY) ,32 Medelvattenyta (MVY) ,32 Medelvattenyta (MVY) ,70 Medelhögvattenyta (MHVY) ,70 Medelhögvattenyta (MHVY) Figur 6-1 Intensitet (µm/s) för typregn med 10 års varaktighet. 31

37 Tabell 6-2 Intensitet och volym för nederbörd med olika återkomsttid. Varaktighet 5 min 2 tim 1 dygn Återkomsttid (år) l/s,ha 16 mm 34 mm l/s,ha 32 mm 62 mm l/s,ha 65 mm 111 mm I Figur 6-2 illustreras flödet från hårdgjorda ytor längst nedströms i Bällstaån för nederbörd med olika återkomsttid och varierande nivå i Mälaren. Man kan se att maxflödet vid en 100-årshändelse är ca 15 m 3 /s och för en 1-årshändelse ca 7 m 3 /s. Betydelsen av att beakta flödet med ursprung i nederbörd som fallit på grönområden illustreras i Figur 6-3. Man kan se att maxflödet ökar med ca %. 100 års 10 års 2 års 1 års Figur 6-2 Beräknat flöde från hårdgjorda ytor längst ned i Bällstaån för regn med olika återkomsttid och med olika nivå i Mälaren, se legend i figuren. 32

38 100 års inklusive avrinning från grönytor 10 års Figur 6-3 Beräknat flöde från hårdgjorda ytor resp grönområden längst ned i Bällstaån för regn med olika återkomsttid, se legend i figuren. Scenarier 3-5 (nederbördspåverkan) För att få en uppfattning om hur nederbördens återkomsttid påverkar nivåutvecklingen i Bällstaån har nederbörd med 1 års, 10 års och 100 års återkomsttid jämförts, scenarierna 3 till 5, med medelvattenyta +0,32 m i Mälaren. I Figur 6-4 kan man se trycknivån vid 10 års återkomsttid. Vid 100 års återkomsttid blir trycknivån i olika delar av systemet mellan 30 till 50 cm högre medan det för 1-årshändelsen blir ca 30 till 50 cm lägre. En ytterligare observation från profilen är att tunneln under Spånga centrum nästintill går full vid 10- årsregnet. I Figur 6-5 illustreras beräknade nivåer för de olika fallen vid ett antal utvalda punkter. Maximal översvämningsutbredning vid de olika fallen illustreras för olika delar av systemet i Figur 6-6 till Figur 6-8. I alla figurer med översvämningsutbredning visas även Bällstaåns stäckning samt alla huvuddagvattenledningar, dvs. de hydrauliska delar som finns inlagt i MOUSE-modellen. 33

39 100-årsregn cm högre 10-årsregn 1-årsregn cm lägre +2,30 +1,26 +0,32 Figur 6-4 Beräknad maxnivå för profil för vattendraget från längst uppströms till längst nedströms i modellområdet (profil över Stockholms nollplan). I profilen visas situationen för nederbörd med 10 års återkomsttid och Mälarnivå +0,32 m (röd streckad linje). Texten i bilden illustrerar situationen för nederbörd med 1 respektive 100 års återkomsttid. 1Y; Y; Y; Figur 6-5 Beräknad maxnivå för ett urval punkter längs vattendraget för nederbörd med olika återkomsttid. 34

40 Figur 6-6 Beräknad maximal översvämningsutbredning vid medelvattenyta i Mälaren och regn med 1 års återkomsttid (grön), 10 års återkomsttid (grön+gul) och 100 års återkomsttid (grön+gul+mörkgrå). Figur 6-7 Beräknad maximal översvämningsutbredning vid medelvattenyta i Mälaren och regn med 1 års återkomsttid (grön), 10 års återkomsttid (grön+gul) och 100 års återkomsttid (grön+gul+mörkgrå). 35

41 Figur 6-8 Beräknad maximal översvämningsutbredning vid medelvattenyta i Mälaren och regn med 1 års återkomsttid (grön), 10 års återkomsttid (grön+gul) och 100 års återkomsttid (grön+gul+mörkgrå). Scenarier 1-3 (påverkan av Mälarens nivå) Mälarens nivå har betydelse för översvämningsutbredningen i nedströms delen av Bällstaån. Detta redovisas i Figur 6-9 och Figur 6-10 med beräknade resultat från scenarierna 1 till 3. I Figur 6-9 kan man se att årsnivån i Mälaren (+2,3) får betydelse för nivån i Bällstaån vid punkt 4 vid en 1-årshändelse. 100-årsnivån (+1,26) får betydelse för nivån i punkt 5 och medelvattennivån (+0,32) får betydelse för nivån i punkt 6. I Figur 6-10 illustreras översvämningsutbredningen för de olika fallen. 36

42 1Y; y; Y; Y;+0,7 10Y; +0, Figur 6-9 Beräknad maxnivå för ett urval punkter längs vattendraget för olika nivåer i Mälaren och nederbörd med olika återkomsttid. Figur 6-10 Beräknad maximal översvämningsutbredning vid regn med 1 års återkomsttid och medelvattennivå (grön), 100-årsnivå (grön+rosa) och årsnivå (grön+rosa+blå) i Mälaren. 37

43 Scenarier 6-7 (Återkomsttid för nederbörd och Mälarens nivå vid dimensionering) Ytterligare två scenarier har beräknats för att visa på översvämningsutbredning vid dimensionerande förhållanden. Scenario 6 beskriver tidigare gällande dimensioneringskrav för marköversvämning av dagvatten som en Mälarnivå på +0,70 meter över nollplanet och en hydraulisk uppdämning vid 2-årsregn. Scenario 7 beskriver nu gällande dimensioneringskrav för marköversvämning av dagvatten som en Mälarnivå på +0,70 meter över nollplanet och en hydraulisk uppdämning vid 10-årsregn. Maximal översvämningsutbredning vid de olika fallen illustreras för olika delar av systemet i Figur 6-11 till Figur Figur 6-11 Beräknad maximal översvämningsutbredning vid medelhögvattenyta i Mälaren (+0,70) samt regn med 2 års återkomsttid (cyan) och 10 års återkomsttid (rosa). 38

44 Figur 6-12 Beräknad maximal översvämningsutbredning vid medelhögvattenyta i Mälaren (+0,70) samt regn med 2 års återkomsttid (cyan) och 10 års återkomsttid (rosa). Figur 6-13 Beräknad maximal översvämningsutbredning vid medelhögvattenyta i Mälaren (+0,70) samt regn med 2 års återkomsttid (cyan) och 10 års återkomsttid (rosa). 39

45 6.1.2 Åtgärdsförslag Olika typer av åtgärder kan användas för att minska utbredningen av översvämningarna. Åtgärderna består främst av kapacitetshöjande åtgärder, t ex rensning av å-fåran, ökad kulvertstorlek och fördjupad botten samt utjämning av flöden genom t.ex. reglering och magasin. I Figur 6-14 illustreras hur beräknad översvämningsutbredning påverkas av en strypning och därmed magasinering/utjämning av toppflödena i uppströms delarna av modellområdet. Man kan se hur översvämningytorna flyttar sig från nedströms strypningen till uppströms strypningen. Om man dessutom inför ett antal utjämningsmagasin får man reducering av beräknad översvämningsyta enligt Figur 6-15 där magasinens ungefärliga storlekar även anges. Som komplement till strypning och utjämningsmagasinen har effekten av att göra vissa kapacitetshöjande åtgärder undersökt. Dessa består av att öka storlek på åfåra/kulvertar och att sänka bottennivån. Resultatet av dessa åtgärder illustreras i Figur Effekten av åtgärderna illustreras i tabellform för ett antal utvalda punkter i Figur S Figur 6-14 Beräknad maximal översvämningsutbredning före (blå) och efter (grön) att strypning/dämning införts vid cirkeln markerad med S. Systemet är belastat med nederbörd med 10 års återkomsttid och medelvattennivå i Mälaren. 40

46 20000 m m m m 2 Figur 6-15 Beräknad maximal översvämningsutbredning när strypning/dämning enligt Figur 6-14 skett (rosa+grön) och när även magasin införts vid cirklarna markerade med M (bara grön). Siffrorna anger magasinens storlek. Systemet är belastat med nederbörd med 10 års återkomsttid och medelvattennivå i Mälaren. K K K K Figur 6-16 Beräknad maximal översvämningsutbredning för dagens situation (blå+rosa+grön), när strypning/dämning enligt Figur 6-14 skett (rosa+grön), när magasin enligt Figur 6-15 införts och när kapacitetshöjande åtgärder (flaskhalsar borttagna och bottnen fördjupad) skett vid cirklarna markerade med K (bara grön). Systemet är belastat med nederbörd med 10 års återkomsttid och medelvattennivå +0,32 i Mälaren. 41