MJÖLBY SVARTÅ STRAND. Analys av översvämningsrisker inför detaljplanering WSP Samhällsbyggnad docx

Transkript

1 MJÖLBY SVARTÅ STRAND Analys av översvämningsrisker inför detaljplanering WSP Samhällsbyggnad

2 Uppdragsnr: (17) Innehåll 1 Bakgrund och orientering Allmänt om översvämningskartering och återkomsttider Beräkningsförutsättningar Flöden Klimatförändring Referenssystem och höjdsystem Terräng- och bottendata Broar och dammar Analys av översvämningsrisker Hydrauliska beräkningar Antaganden och förutsättningar Kalibrering Beräkningar Resultat Huvudresultat Känslighetsanalyser Slutsatser/Diskussion Referenser Bilagor: Bilaga 1 Översvämningsutbredning Q 100 och BHF - område för FÖP med kvartersindelning Bilaga 2 Översvämningsutbredning Q 100 och BHF - område från Sörstad till Järnvägsgatan. Bilaga 3 Beräknade vattenstånd i tabell samt vattenståndsprofiler Bilaga 4 Översvämningsutbredning - känslighetsanalys Mannings tal Q 100

3 Uppdragsnr: (17) 1 Bakgrund och orientering Svartå strand är ett stadsförnyelseprojekt i Mjölby, beläget mellan Svartån och Mjölby bangård. Det är ca m brett och 1000 m långt. Områdets förutsättningar och kommunens vilja till förändring utreds genom en fördjupad översiktsplan (FÖP). Svartå strand som tidigare varit ett industriområde är tänkt att i framtiden användas för bostadsbebyggelse och verksamheter utan betydande miljöpåverkan. Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB), tidigare Räddningsverket, har tidigare låtit utföra en översiktlig översvämningskartering längs Svartån (Räddningsverket, 2002). Denna bedöms dock inte ge tillräckligt underlag för kommunens fysiska planering på grund av att den byggde på ett höjddataunderlag med för grov noggrannhet. För att ta fram ett säkrare underlag har WSP fått i uppdrag av Mjölby kommun att göra en fördjupad analys av översvämningsriskerför sträckan från Sörstad till kraftverksdammen i centrala Mjölby. Eftersom det under 2010 gjordes en flygskanning av det aktuella området finns nu ett mycket bättre höjddataunderlag i jämförelse med tidigare översiktlig översvämningskartering. Inom uppdraget har även en ekolodning av vattendragets bottenprofil genomförts vilket även detta förbättrar precisionen i resultaten. Översvämningskartor har tagits fram för två olika flöden: årsflöde - Beräknat Högsta Flöde (BHF), vilket även ofta kallas årsflöde Resultaten från översvämningskarteringen presenteras som översvämningskartor i form av bilagor i rapporten, samt som GIS-skikt i shape-format. 2 Allmänt om översvämningskartering och återkomsttider Med hjälp av en hydraulisk modell kan vattennivåer längs ett vattendrag beräknas utifrån indata i form av tvärsektioner, som beskriver vattendragets topografi, och flöden med olika återkomsttider. Vattennivåerna kombineras sedan med en digital terrängmodell för att få fram översvämningens utbredning och resultatet blir då en översvämningskarta. Med en händelses återkomsttid menas att händelsen i genomsnitt inträffar eller överträffas en gång under denna tid. Det innebär att sannolikheten för ex ett 100-årsflöde är 1 på 100 för varje enskilt år. Eftersom man exponerar sig för risken under flera år blir den ackumulerade sannolikheten större 1. Tabell 1 nedan visar sambandet mellan återkomsttid, exponerad tid och sannolikheten. 1 Svensk Energi m fl, Riktlinjer för bestämning av dimensionerande flöden för dammanläggningar, 2007 WSP Samhällsbyggnad Norrköping Besök: Södra Grytsgatan 7 Tel: Fax: WSP Sverige AB Org nr: Styrelsens säte: Stockholm

4 Uppdragsnr: (17) Tabell 1 Samband mellan återkomsttid, exponerad tid och sannolikhet Återkomsttid (år) Sannolikhet under 50 år (%) Sannolikhet under 100 år (%) , (BHF) 0,5 1 3 Beräkningsförutsättningar 3.1 Flöden De flödesscenarier som studerats i uppdraget är 100-årsflöde (Q 100 ) samt högsta beräknade flöde (BHF eller klass I-flöde). Vid kalibreringen har dessutom ett uppskattat 50- årsflöde (Q 50 ) använts. För 50- och 100-årsflödena har stationära förhållanden antagits, dvs beräkningarna har körts med konstant flöde under en längre tid så att vattennivåerna stabiliserar sig. För BHF har några olika hydrografer testats, eftersom hydrografens utseende är svår att uppskatta utan att genomföra hydrologisk modellering med t.ex. HBV-modellen 2. Det visade sig att hydrografens utseende hade liten betydelse och att det är maxflödet som är dimensionerande för denna del av Svartån. Detta beror på att det inte finns något magasin som kan dämpa flödena, utan de flöden som förekommer styr i princip direkt vattennivåerna längs ån. De flöden som använts i beräkningarna kan studeras i Tabell 2 nedan. 100-årsflödet har hämtats från punkten nedan Åsboåns tillflöde i MSB:s översiktliga översvämningskartering för Svartån 3. Inget värde anges för klass I-flödet i denna punkt, utan endast för punkten Ledberg/Svartåfors. Flödet nedströms Åsboåns tillflöde har därför beräknats genom att använda kvoten mellan Q 100 i de två punkterna (nedan Åsboåns tillflöde och Ledberg/Svartåfors) och sedan multiplicera denna med BHF för Ledberg/Svartåfors. Tabell 2 Flöden i Svartån på den studerade sträckan. Flöden har hämtats från den översiktliga översvämningskartering som gjordes för Svartån Återkomsttid (år) 50 (Q 50 ) (Q 100 ) 110 Flöde (m 3 /s) (BHF, Q klass I ) Ca Klimatförändring Enligt Klimat- och sårbarhetsutredningen, SOU 2007:60 4, tillhör avrinningsområdet för Motala ström (där Svartån ingår) en region där det enligt klimatscenarierna inte ser ut 2 Sten Bergström, SMHI, The HBV Model it s structure and applications. Rapport Hydrologi No 4, Räddningsverket, Översiktlig översvämningskartering längs Svartån, biflöde till Motala ström sträckan från Öringe till utloppet i Roxen, Rapport 32, SOU 2007:60, (Sverige inför klimatförändringarna hot och möjligheter, Bilagedel B)

5 Uppdragsnr: (17) att bli ökande extremflöden i framtiden, utan snarare minskande. Enligt en nyligen utkommen rapport från Svenska Kraftnät mfl (Dammsäkerhet och klimatförändringar) 5, så kan Q 100 istället komma att öka 5-15 %. Avseende BHF är framtidsscenarierna mer osäkra och det är svårt att generellt fastställa några trender för ett större område eftersom lokala förutsättningar har stor betydelse. På grund av osäkerheterna i klimatscenarierna och att dessa ständigt förändras och uppdateras bör man planera med en säkerhetsmarginal eftersom exploateringen både ska klara dagens och framtidens flödessituation. 3.3 Referenssystem och höjdsystem Samtliga indata och resultat anges och redovisas i referenssystemet SWEREF och höjdsystemet RH Terräng- och bottendata Som underlag till den hydrauliska modellen behövs bottendata och terrängdata. WSP har genomfört ekolodning i Svartån samt kompletterande inmätningar av vissa delar av ån där det var svårt att komma åt med båt. En triangelmodell skapades sedan av bottendata. Denna sammanfogades med laserskannade data över området (klassade markpunkter som tillhandahölls av Mjölby kommun) med hjälp av strandlinjen. Den heltäckande terrängmodellen (1 m grid) användes sedan som underlag för att beskriva tvärsektioner i den hydrauliska modellen samt för att göra översvämningskarteringen. 3.5 Broar och dammar Ett antal broar begränsar flödet i Svartån; Burensköldsbron (se Figur 1 nedan), järnvägsbron samt bron/broarna vid Kungsvägen. Dessa har beskrivits i den hydrauliska modellen med hjälp av ritningar från Mjölby kommun. Inga ritningar fanns för järnvägsbron, utan brostödens bredd har uppskattats utifrån ortofoto. GC-bron strax uppströms Burensköldsbron bedömdes inte vara begränsande varför den inte tagits med i den hydrauliska modellen. 5 Dammsäkerhet och klimatförändringar. Slutrapport från Kommittén för dimensionerande flöden för dammanläggningar i ett klimatförändringsperspektiv, Dec 2011

6 Uppdragsnr: (17) Figur 1 Burensköldsbron Randvillkor nedströms i den hydrauliska modellen är Mjölby Svartådalen Energis (MSE) kraftverk nedströms Kungsvägen (se foto i Figur 2 nedan). Kraftverket har totalt fem utskov med olika tröskelnivåer, varav ett 56 m långt överfall samt två små luckor (räknas som ett utskov) i den västra åfåran nedströms Kungsgatan (ser foto i Figur 2 nedan). Den totala avbördningskapaciteten är ca 76 m 3 /s vid dämningsgränsen (DG) som ligger på +105,92. Då inräknas ca 5 m 3 /s som går genom de små luckorna mellan husen. Drivvattenföringen, dvs flödet som kan gå genom turbinerna, är ca 32 m 3 /s. Figur 2 Utskoven vid Mjölby Svartådalen Energis kraftstation i Mjölby

7 Uppdragsnr: (17) Figur 3 Luckor mellan husen i västra åfåran nedströms Kungsgatan. Avbördningen vid kraftverket då samtliga luckor är öppna beskrivs i diagrammet i Figur 4 nedan. 100-årsflödet kan avbördas med en överdämning (nivå över DG) på ca 0,3 m. Klass I-flödet kan avbördas vid nivån ca +107,15 vilket motsvarar ca 1,2 m över DG och ca 0,25 m under överkant brobana. Figur 4 Avbördning vid kraftverket med alla luckor öppna, exklusive flöde genom turbinerna. Avbördningen är beräknad utifrån vattenståndet vid punkten som bestämmer avbördningen, vid högre flöden kan denna skilja sig betydligt från nivån vid pegeln.

8 Uppdragsnr: (17) 4 Analys av översvämningsrisker 4.1 Hydrauliska beräkningar En hydraulisk modell konstruerades för sträckan mellan Sörstad och kraftverket i Mjölby. Modellens utbredning och tvärsektioner kan studeras i Figur 5. Sörstad Figur 5 Tvärsektioner, sektioner och sträckning av den hydrauliska modellen.

9 Uppdragsnr: (17) Figur 6 visar en profil av den hydrauliska modellen längs den modellerade sträckan. Bottennivåerna varierar kraftigt längs sträckan och visar på vikten av att göra noggranna inmätningar eller ekolodning vid hydraulisk modellering. [meter] :00: Water Level Järnvägsbro Burensköldsbron GC-bro Kungsg h [m] Figur 6 Profil av den hydrauliska modellen med några av broarna utmärkta Antaganden och förutsättningar Vid beräkningarna har antagits att kraftverksdammen och alla broar står kvar vid höga flöden. Flödet som kan gå genom turbinerna utgör en relativt stor andel av kapaciteten i kraftverket (särskilt vid Q 100 ) och kan därför bidra till att sänka vattennivåerna i Svartån om de fungerar vid höga flöden. Vid höga flöden är det dock sannolikt att problem med frånslag i turbinerna inträffar i kraftverk. Med anledning av detta har beräkningar gjorts med och utan flödet genom turbinerna för att uppskatta effekten av ett frånslag. För 100-årsflödet har stationära förhållanden antagits, dvs beräkningarna har körts med konstant flöde under en längre tid så att vattennivåerna stabiliserar sig. Klass I-flödets hydrograf har inte kunnat fastställas inom ramen för detta uppdrag. Tre olika hydrografer har därför testats (se även beskrivning i avsnitt 3.1 Flöden). Mannings tal (beskriver bottenfriktionen) har kalibrerats fram för hela sträckan, se avsnitt kalibrering nedan. Gång- och cykelbron strax uppströms Burensköldsbron har inte tagits med i den hydrauliska modellen eftersom dess brostöd/fundament inte utgör en begränsande sektion. Vid klass I-flödet kan dock en viss dämningseffekt uppstå på grund av att vattennivån når brobanan. Eftersom Mannings tal satts relativt lågt bedöms dämningseffekter såsom denna samt de flödesbegränsningar som tillkommer på grund av träd och buskar ändock kunna ingå i de beräknade vattennivåerna. Ett lågt Mannings tal = hög friktion Kalibrering Uppskattade vattennivåer från högflödet i juli 2007 tillhandahölls av Mjölby kommun. Flödet 2007 har uppskattats till max ca 95 m 3 /s, vilket motsvarar ungefär ett 50-

10 Uppdragsnr: (17) årsflöde. Enligt uppgift från MSE gick turbinerna i kraftverket för fullt och samtliga luckor var fullt öppna. Dessutom fanns vattennivåer för dagarna 11 och 12 januari 2012, då flödet enligt uppgift från MSE, uppgick till maximalt ca 26 m 3 /s. Resultat av kalibreringen med 95 m 3 /s kan studeras i Figur 7 nedan. [meter] Maximum Q95 Mdiff Q95 Mdiff Burensk_ung uk valv GC_bro uk bro pegel [m] Figur 7 Bild av övre delen av åfåran från kalibrering med 50-årsflödet. Siffrorna 2 anger uppmätta vattennivåer vid högflödet 2007 (1 motsvarar lägre vattenstånd i januari 2012) och den röda linjen motsvarar beräknade vattennivåer med justerat Mannings tal. Pegelns nivå bedöms pålitlig. För att kalibrera modellen justerades Mannings tal (M) i modellen. Mannings tal bedömdes vid kalibreringen av 50-årsflödet vara så lågt som 15 längs större delar av sträckan. Det beror sannolikt på att vattnet stiger så pass mycket att träd och buskar hamnar under vatten och begränsar flödet. Inne i centrum, där ån snarare är en stensatt kanal, sattes Mannings tal till 30. Skillnaden mellan de beräknade nivåerna och de uppmätta är efter kalibrering mellan 1-14 cm för de tre mätpunkterna som bedöms mest pålitliga (ligger över den blå linjen i figur 7). Den mest pålitliga nivån är vid pegeln och där är skillnaden mellan beräknad och uppmätt vattennivå ca 1 cm. En testkalibrering gjordes också vid flödet 26 m 3 /s (uppskattat högsta flöde jan 2012). Vid denna typ av flödessituation bedöms Mannings tal kunna vara högre, ca för hela sträckan. Normalflödet i denna del av Svartån är m 3 /s Beräkningar Ett antal beräkningar har genomförts: Med Mannings tal från kalibreringen: Q 100 avbördning ca 108 m 3 /s vid DG (samtliga luckor öppna i kraftverket, inklusive 32 m 3 /s i turbinerna) BHF simuleringar med tre olika hydrografer, avbördning ca 108 m 3 /s vid DG (samtliga luckor öppna, inklusive 32 m 3 /s i turbinerna) Känslighetsanalys: Q 100 med Mannings tal 30 längs hela sträckan, avbördning ca 108 m 3 /s vid DG (samtliga luckor öppna i kraftverket, inklusive 32 m 3 /s i turbinerna). Denna si-

11 Uppdragsnr: (17) mulering gjordes eftersom det fanns viss osäkerhet i de uppmätta vattennivåerna som användes vid kalibreringen. Q 100 avbördning 76 m 3 /s vid DG i kraftverket (samtliga luckor öppna, antar att turbiner är ur funktion) BHF hydrograf 1, avbördning 76 m 3 /s vid DG i kraftverket (samtliga luckor öppna, antar att turbiner är ur funktion) 5 Resultat 5.1 Huvudresultat Resultaten av översvämningskarteringen från simuleringarna med Q 100 och BHF kan studeras i Figur 8 samt Bilaga 1 (detalj över centrala Mjölby och Svartå strand) och Figur 9 samt Bilaga 2 (söder om Svartå strand till Sörstad). Översvämningsutbredningen sträcker sig inom gränserna för FÖP-området som mest mellan m från ån för både Q 100 och BHF (Figur 8). De beräknade vattennivåerna i FÖP-området är mellan +109 (norra änden av området) och +109,7 (södra änden av området) vid BHF respektive +106,9 till + 107,2 vid Q 100. Området kring O-ringen i Sörby riskerar att drabbas av omfattande översvämningar redan vid ett 100-årsflöde. Däremot verkar flertalet befintliga hus klara sig även vid BHF (Figur 9). Det visade sig att klass I-hydrografens utseende inte hade någon betydelse för vattennivåerna och därmed översvämningsutbredningen utan att det endast är maxflödet som är dimensionerande för den studerade delen av Svartån. Detta beror på att det inte finns något magasin som kan dämpa flödena utan de flöden som förekommer styr i princip direkt vattennivåerna längs ån.

12 Uppdragsnr: (17) Område med översvämningsrisk inom kvarter där bostäder/ verksamheter planeras Figur 8 Detalj av översvämningsutbredning vid Q 100 respektive BHF för Mjölby centrum och området för den fördjupade översiktsplanen, alla utskov öppna, turbiner fungerar fullt. Områden inringade med orange visar de kvarter där bostäder eller verksamheter planeras inom område med översvämningsrisk.

13 Uppdragsnr: (17) Figur 9 Detalj av översvämningsutbredning vid Q100 respektive BHF söder om Mjölby, sträckan mellan Sörstad och Järnvägsgatan, alla utskov öppna, turbiner fungerar fullt. De beräknade vattennivåerna längs Svartån kan studeras i tabell 3 nedan samt i Bilaga 3. I Bilaga 3 finns också maximala vattenståndsprofiler för BHF, Q 100, 26 m 3 /s samt flödet 2007 (95 m 3 /s).

14 Uppdragsnr: (17) Tabell 3 Beräknade vattennivåer i numrerade sektioner för olika flöden. Markerade rader visar nivåer inom FÖP-området. Tabellen ska studeras tillsammans med sektioner i Figur 10. Beräknad vattennivå Q 26 Gren Chainage BHF Q100 m3/s Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Svartån Kungsv vänster Kungsv vänster Kungsv vänster Kungsv vänster Kraftverket

15 Uppdragsnr: (17) Figur 10 Numrering av sektioner inom område för fördjupad översiktsplan. 5.2 Känslighetsanalyser Beräkningarna med turbinerna ur funktion visar att dessa har liten påverkan för översvämningsutbredningen. Endast i resultaten av beräkningarna med Q 100 syns en mycket

16 Uppdragsnr: (17) liten skillnad mellan scenarierna med och utan fungerande turbiner inne i centrala Mjölby. Beräkningarna med olika Mannings tal ger mycket små skillnader i översvämningsutbredning i centrala Mjölby samt inom området för den Fördjupade översiktsplanen vid Svartå strand. Vissa skillnader finns i området strax söder om gränsen för FÖPområdet. Resultaten kan studeras i Bilaga 4. 6 Slutsatser/Diskussion Översvämningsutbredningen sträcker sig inom gränserna för FÖP-området som mest mellan m från Svartån för både Q 100 och BHF. För Q 100 är översvämningsområdet inom FÖP-området betydligt större än vad den översiktliga översvämningskarteringen från 2002 visar. Det finns ett antal delområden/kvarter där bostäder eller verksamheter planeras inom översvämmat område. Där bör hänsyn tas till översvämningsutbredningen samt beräknade vattenstånd vid planering av tomter och grundläggningsnivåer. Vid planeringen bör grundläggningsnivåer anges med marginaler till högsta vattenstånd eftersom det finns osäkerheter i beräkningarna, särskilt hur flöden i framtiden kan påverkas av klimatförändringarna. Hänsyn bör också tas till de geotekniska förutsättningarna i respektive område. Området kring O-ringen, Sörby, riskerar att drabbas av omfattande översvämningar redan vid ett 100-årsflöde. Däremot verkar flertalet befintliga hus klara sig även vid BHF. Stockholm och Norrköping WSP Samhällsbyggnad Anna Risberg Hans Björn

17 Uppdragsnr: (17) Referenser Riktlinjer för bestämning av dimensionerande flöden för dammanläggningar. Svensk Energi m fl., The HBV Model it s structure and applications. Sten Bergström SMHI, RH No 4, Översiktlig översvämningskartering längs Svartån, biflöde till Motala ström, sträckan från Öringe till utloppet i Roxen. Rapport 32, Räddningsverket Klimat- och sårbarhetsutredningen, SOU 2007:60, (Sverige inför klimatförändringarna hot och möjligheter, Bilagedel B). Dammsäkerhet och klimatförändringar. Slutrapport från Kommittén för dimensionerande flöden för dammanläggningar i ett klimatförändringsperspektiv. Svenska Kraftnät m fl., Högflödesberäkningar för Svartån och Stångån. Motala ströms samfällighetsförening, Svartå strand Fördjupning av översiktsplanen för del av Mjölby centrum. Mjölby kommun, 2009.