PM Hydraulisk bedömning för Kärna 4:1 och Lefstad 3: Preliminärhandling

Transkript

1 PM Hydraulisk bedömning för Kärna 4:1 och Lefstad 3:27 Preliminärhandling

2 Beställare: Kungälvs kommun Kungälv Konsult: Uppdragsledare: Norconsult AB Box Göteborg Jaan Kiviloog Uppdragsnr: Filnamn och sökväg: Kvalitetsgranskad av: Tryck: n:\102\25\ \0-mapp\09 beskr-utredn-pm-kalkyl\pm hydraulisk Åsa Malmäng Pohl Norconsult AB

3 3 (18) Innehåll 1 Bakgrund Bäcken Trummor och ledningar Fördröjning i sjöar mm Vattenföring i bäcken Klimatpåverkan Hydraulik Bedömning av övriga hydrauliska förhållanden Erosionsförhållanden Slutsats Bilaga: Bilaga 1. Redovisning av avrinningsområde och utbredningen av högflöde mm.

4 4 (18)

5 5 (18) 1 Bakgrund Inom detaljplaneprogrammet som omfattar fastigheterna Kärna 4:1 och Lefstad 3:27 m.fl ska möjligheterna att exploatera området med bostäder utredas. Området är beläget väster om Lv 604, ca 700 m nordost om Kärna samhälle i Kungälvs kommun, se figur 1. Den föreslagna exploateringen omfattar ett ca 3,2 ha stort område som utgörs av odlings-, betes- och skogsmark. Dessutom finns viss befintlig villabebyggelse inom området. Lv 604 mot Ytterby Figur 1. Området markerat med röd streckning visar lokaliseringen av planområdet strax nordväst om Kärna Genom området rinner en mindre bäck som utgör tillflöde till Glose å. Marken i området är skredkänslig och i den bäckravin som den meandrande bäcken skapat finns tydliga tecken på mindre jordskred. I föreliggande PM redovisas resultatet av en övergripande bedömning av utbredningen av höga flöden motsvarande 50 och 100 års återkomsttid samt erosionsförhållanden i den bäck som korsar området. Effekter av framtida klimatförändringar har beaktats. Som underlag till bedömningen har befintliga grova inmätningar i två sektioner (se geoteknisk utredning, Norconsult AB, uppdragsnr ) samt kommunens

6 6 (18) primärkarta (höjdnivåer med 0,5 m ekvidistans) använts i tillämpliga fall. För de områden som inte täcks av primärkartan har lantmäteriets fastighetskarta använts. Nivåangivelser i denna karta har en ekvidistans på 2,5 m vilka är interpolerade från 5 m nivåkurvor. För att erhålla en bättre bild av området har ett platsbesök utförts, , där aktuell sträcka av bäcken inventerades med avseende på bestämmande och trånga sektioner samt andra flödespåverkande faktorer.

7 7 (18) 2 Bäcken Den aktuella bäcken avvattnar en markyta om ca 43 ha som i de uppströms och ytterst belägna delarna utgörs av bergsområden med växelvis berg i dagen och tunna jordtäcken med barrskog. Avrinningsområdet mm för bäcken redovisas i bilaga 1. Nivåskillnaden mellan de högst belägna områdena inom avrinningsområdet och den lägst belägna punkten på nedströmssidan av planområdet är ca 70 meter. I dalgången mellan bergsområdena återfinns ett ökande inslag av lövskog och en större sammanhållen ängsmark. Det är även i detta område som redovisningen av bäckens sträckning börjar i erhållet kartunderlag. Flödet i bäcken ökar successivt via ett flertal tillflöden innan detta leds in i planområdet. Längst uppströms inom planområdet finns ett område med en äldre granplantering. Nedströms denna övergår landskapet till ett mer öppet, som domineras av ängsmark. Bäcken övergår även från relativt rak till meandrande i det låglänta odlingslandskapet. Dessutom övergår bottensubstratet i bäcken från att vara stenigt/grusigt till finare sediment, med endast sektionsvis inslag av sand, vilket tyder på en flackare lutning och lägre strömhastigheter. Inom bäckravinen i det låglänta området återfinns buskar, sly och lövträd. Nivåskillnaden längs bäckens huvudfåra inom planområdet är ca 11 meter mellan högsta och lägsta punkt. Medellutningen längs samma sträcka är ca 2 %. Lutningen är uppskattningsvis kraftigare längs den skogsdominerade sträckan uppströms den öppna ängsmarken samt de sista metrarna längst nedströms innan vattnet leds förbi Lv 604. Längs sträckan finns några fördämningar. De större av dessa är sannolikt orsakade av äldre gränsmarkerande stengärsgårdar som delvis rasat ihop ner i bäcken. Den största av dessa bedöms utgöra en bestämmande sektion upp till relativt höga flöden. 2.1 Trummor och ledningar Trumman (ca Ø 800 mm) som leder vattnet under Lv 604 är utformad med ett fall på ca 20 cm vid mynningen. Detta fall bedöms utgöra bestämd sektion, även vid höga flöden. Detta då avståndet till Glose å efter trummar är relativt kort samtidigt som fallet är ca 5 m. Uppdämningen nedströms trumman kommer sannolikt inte bli så stor att subkritiska strömningsförhållanden uppstår. Inloppet till trumman kan dessutom ha en dämmande inverkan vid höga flöden.

8 8 (18) Vid korsningen av tillfartsvägen till de befintliga fastigheterna som är belägna intill bäcken finns ytterligare en trumma (ca Ø 500 mm). Denna kan utgöra en trång sektion. Vatten som avleds mot den gång-/skogsväg som utgör förlängningen av ovan nämnd tillfartsväg till fastigheter inom området fångas upp i ett dike anslutet till ett ledningssystem. Tillflöde till ledningssystemet bedöms ske via infiltration varvid en viss fördröjning av flödet sker. Ledningen har bedömts ha en diameter om 200 mm. Längre uppströms finns ytterligare vägtrummor som kan fungera som trånga sektioner vid kraftiga flöden. Mynningen hos minst en av dessa bedöms även kunna vara en bestämmande sektion så länge ingen kraftig uppdämning sker. Uppdämning kan exempelvis ske till följd av mycket hög tillrinning i övriga biflöden, av tillfälliga föremål eller skred. 2.2 Fördröjning i sjöar mm Inga sjöar eller dammar har kunnat påvisas inom avrinningsområdet. Eventuellt finns en relativt högt belägen våtmark som kan ha en viss fördröjande effekt på en mindre del av flödet.

9 9 (18) 3 Vattenföring i bäcken Vattenföringen i bäcken har uppskattas för befintliga och klimatpåverkade förhållanden utifrån Vägverkets (nuvarande Trafikverket) publikation 2008:61 (VVMB 310). Enligt riktlinjerna i denna ska fastställandet av dimensionerande flöden utföras på olika sätt beroende på bl.a. avrinningsområdets storlek. För avrinningsområden mindre än 1 km 2, likt det aktuella område, skall beräkning av flöde enligt VVMB 310 baseras på tid-area metoden. Då rinntiden för flera stora delområden med stor del berg i dagen sammanfaller inom ett mycket kort tidsfönster erhålls dimensionerande regn med kort varaktighet och höga resulterande flöden, se tabell 1 metod 1. Resultaten från den grova tid-areaberäkningen bedöms ge orimligt höga flöden varvid beräkningar även utförts på ytterligare två olika sätt som jämförelse. Dessa är beräkning enligt VVMB 310 för avrinningsområden större än 1 km 2 (metod 2) samt beräkning med tid-area metoden men med utnyttjande av värde för specifik naturmarksavrinning (metod 3) ur figur 4.6 i Svenskt Vattens publikation 90 (P90). Naturmarksavrinningen i P90 är angiven för regn med 5-10 års återkomsttid. Vid användande av ett generellt värde för specifik naturmarksavrinning väljs inte avrinningskoefficienter för varje delområde. Avrinningen antas då vara lika stor per ytenhet för hela området och endast rinntiderna beaktas separat. I tabell 1 redovisas resultaten för respektive beräkning och återkomsttid. Enligt VVMB 310 kan förhållandet mellan höga vattenföringar med 10 och 50 års återkomsttid sättas till 1:1,4. Vidare kan ur figur 2,5 i VVMB 310 förhållandet för höga vattenföringar med 50 och 100 års återkomsttid sättas till 1:1,3 för vattendrag med låg sjöprocent. Resultaten för 50 och 100 års återkomsttid i tabell 1 för tidareaberäkning med naturmarksavrinning (metod 3) baseras på ovan redovisade flödesförhållanden ur VVMB 310. Flödesförhållandena ovan kan jämföras med regnintensiteter med olika återkomsttid beräknade enligt Svenskt Vatten P90. Förhållandet mellan regnintensiteterna med återkomsttiden 10 och 50 år är här ca 1:1,76 och för 50 och 100 års återkomsttider ca 1:1,31 i aktuellt område. Resultaten för 50 och 100 års återkomsttid i tabell 1 för tid-areaberäkning (metod 1) baseras på regnintensiteter angivna i P90.

10 10 (18) Tabell 1. Beräknade dimensionerande vattenföringar utan hänsyn till klimatpåverkan, l/s, för tre olika beräkningsmetoder. Metod nr. MHQ HHQ 5-10 år HHQ 50 år HHQ 100 år 1. Tid-Area Avr. omr > 1 km 2 3. Tid-Area naturmark Resultaten för metod 3 i tabell 1 har bedömts vara mest tillförlitlig varvid dessa har använts i de hydrauliska beräkningarna. Då området sannolikt har mer berg i dagen och kraftigare marklutning än de områden som det generella värdet för naturmarksavrinning baserats på, kan det dock antas att högre flöden är möjliga än de som redovisas för metod Klimatpåverkan Utifrån klimatmodeller och en hydrologiskmodell har SMHI 1 beräknat fyra olika framtidsscenarier för inkommande flöde till Säveån från Aspen. Poängteras ska att detta endast är scenarier, beräkningarna innehåller därmed en stor dos osäkerhet. De fyra olika framtidsscenarier, år , har beräknats utifrån en tyskrespektive engelsk klimatmodell. Referensperiod är I regionen sydvästra Sverige ger scenarierna baserade på den tyska klimatmodellen (RCAO-E) en ökning av medelårsavrinningen. Scenarierna baserade på den engelska globala klimatmodellen (RCAO-H) ger däremot en minskning eller ingen förändring av medelårsavrinningen. För de extrema flödestopparna är bilden mer entydig. Frekvensanalys av de olika modellkörningarnas resultat ger att dygnsflödet med återkomsttid 100 år mot slutet av detta sekel kommer att stiga i alla de fyra scenarierna. Ökningen varierar mellan 20 och 70 %. För aktuellt område kan ändring av medelårsavrinningen förmodas bli den samma. De extrema flödestopparna kan dock bli större än 20 till 70 % då det saknas sjöar, dammar etc som jämnar ut flödestopparna. 1 Flödesberäkningar för Säveån vid Jonsered, SMHI, 2008.

11 11 (18) I VVMB 310 antas den klimatpåverkan resultera i en ökad medelhögvattenföring om 50 % i aktuell del av Sverige. I tabell 2 redovisas klimatanpassade flöden baserade på beräkningsmetod 3 enligt tabell 1. Här har en flödesökning enligt VVMB 310, om 50 % antagits. Detta värde ligger även inom det förväntade intervall som rapporteras av SMHI. Tabell 2. Beräknade dimensionerande vattenföringar med hänsyn till klimatpåverkan, l/s. 3. Tid-Area naturmark HHQ 5-10 år HHQ 50 år HHQ 100 år

12 12 (18)

13 13 (18) 4 Hydraulik Strömningsförhållandena vid höga flöden har bedömts för bäcksträckan mellan de två befintliga inmätta sektionerna. Den uppströms belägna av dessa benämns sektion 1 och den nedströms belägna sektion 2. Inmätningarna av dessa redovisas i geoteknisk utredning, Norconsult AB, uppdragsnr Lokaliseringen av de inmätta sektionerna redovisas även i bilaga1. Bedömningen av strömningen mellan de kända sektionerna har baserats på kanalströmningsberäkningar i programvaran HEC-RAS. I denna har en liten beräkningsmodell av bäcken skapats. Friktionsförluster och andra tilläggsförluster har uppskattats ur litteraturen. Någon kalibrering av modellen har inte ingått i denna översiktliga bedömning av flödet. Längs sträckan menadrar bäcken kraftigt. I övrigt är strömningsförhållandena relativt likartade med liknande bottenlutning och bottensubstrat. Bäckfårans medellutning mellan sektionerna är ca 1,3 %. Flödet längs sträckan bedöms vara subkritiskt, dvs strömningen styrs av randvillkoren nedströms. Ungefär 35 m nedströms sträckan finns en fördämning över vilket ett fall bildas, se även kapitel 1.1. Fallet antas utgöra en bestämmande sektion så länge ingen kraftig dämning uppstår uppströms trumman under Lv 604. I modellen har denna sektion använts som randvillkor nedströms där kritiskt vattendjup antagits. Sektionen som bedömts bestämmande är inte inmätt men geometrin har grovt uppskattats med hjälp av kartunderlag och geometrin för den närmast belägna inmätta sektionen. Kapaciteten för trumman under Lv 604 har mycket grov uppskattats till mellan l/s för fylld ledning och med trycknivån i ovankant av trummans inlopp.

14 14 (18) I tabell 3 redovisas resultaten av den hydrauliska bedömningen. I bilaga 1 redovisas även översiktligt utbredningen av vattenytan för bedömt klimatpåverkat flöde med 100 års återkomsttid. Det bör poängteras att dessa värden är mycket grova bedömningar och innehåller stora osäkerheter. Tabell 3. Redovisning av bedömda flödeshastigheter och vattenstånd Vattenföring Medelhastighet över bäckfåra [m/s] Medelhastighet över strandbank [m/s] Vattenytans nivå [m] Sektion nr HHQ HHQ klimatanpassat HHQ HHQ 50 klimatanpassat Bedömning av övriga hydrauliska förhållanden Uppströms modellerat område bedöms lutningen vara kraftigare och flödet ske i en bäckfåra som är rakare. Hastigheterna bedöms därmed bli högre och vattennivåerna lägre än de som beräknats för sektion 1 och 2. Passage av trumman (ca Ø 500 mm) under vägen till befintliga bostadshus kan utgöra trång sektion varvid en uppdämning av flödet kan ske. Trummans kapacitet bör utredas i ett senare skede. I nedströms beräknade sektioner bedöms bäckens bottenlutning öka igen. Hastigheterna bedöms därmed bli högre och vattennivåerna lägre än de som beräknats för sektion 1 och 2. Kapaciteten för trumman under Lv 604 bör utredas i ett senare skede för att bedöma om denna kan verka dämmande.

15 15 (18) 5 Erosionsförhållanden Bedömda hastigheter i bäckfåran, i sektion 1 och 2, ger upphov till erosion av partiklar med en diameter om ca 0, mm, dvs från fraktionerna ler till grus, se figur 2. Hastigheterna över strandkanterna begränsas av vegetation mm. Bedömda hastigheter kan dock leda till erosion av partiklar i spannet ca 0,03-2 mm, dvs fraktionerna mo till sand. I de områden där bäcken menadrar eller där flödet sker tvärs osymetriska tvärsnitt kan hastighetsfördelningen bli ojämn varvid högre hastigheter kan fås i vissa delar av tvärsnittet. Då studerad bäck är kraftigt meandrande och osymmetriska tvärsnitt existerar kan det därmed antas att erosionen blir mer omfattande än vad bedömda medelhastigheter antyder. I områdena uppströms och nedströms modellerat område bedöms bottenlutningen vara högre varvid flödeshastigheterna blir högre och en mer omfattande erosion kan uppstå. Figur 2. Hjulströmdiagram som visar gränser för medelhastigheter då bl.a. erosion sker vid olika diameter på jordpartiklar

16 16 (18)

17 17 (18) 6 Slutsats För uppskattade höga flöden bedöms utbredningen av vattenytan i bäcken inte påverka planerad bebyggelse i närtid. Detta förutsätter att ingen större dämning sker vid vattnets passage genom befintliga vägtrummor. Kapaciteten hos dessa bör utredas i senare skede. Även en detaljerad tid-area beräkning bör utföras för att kontrollera uppskattade flöden. Då vattenhastigheterna bedöms överstiga de som ger upphov till erosions, både i fastmarksområdet i den västra delen av området samt i lermarksområdet i östra delen, kommer erosionsprocessen att fortsätta. Vid ökade flöden till följd av klimatpåverkan kan denna även förväntas accelerera. Med tiden kan därmed planerad bebyggelse, främst i lermarksområdet, påverkas av erosionsprocessen främst genom att risken för skred kan öka. Planerad bebyggelse bör lokaliseras med tillräcklig skyddszon mot en framtida utbredning av bäckravinen. Alternativt bör bäcken kulverteras eller utrustas med erosionsskydd i särskilt utsatta sektioner. Norconsult AB Mark och Vatten Jaan Kiviloog jaan.kiviloog@norconsult.com

18 Norconsult AB Theres Svensson gata 11 Box 8774, Göteborg , fax