Skyfallsmodellering för Stockholms stad

Transkript

1 Rapport 15SV737 Diarienummer Projektnummer 15SV Skyfallsmodellering för Stockholms stad - Simulering av ett 100-årsregn i ett framtida klimat (år 2100) Joakim Pramsten

2 Skyfallsmodelleringen utgör en del av stadens pågående klimatanpassningsarbete. Den har tagits fram i samverkan mellan Stockholm Vatten och Miljöförvaltningen samt med modelleringsstöd från WSP. Stockholm Vatten AB 2015 Författare: Joakim Pramsten, joakim.pramsten@stockholmvatten.se Rapporten citeras: Pramsten, J (2015). Skyfallsmodellering för Stockholms stad. Stockholm Vatten AB. Internt Dnr: 15SV737 Kontaktuppgifter: Stockholm Vatten AB, Stockholm Telefon: Webb:

3 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 1 (12) Sammanfattning Stora och intensiva skyfall kan utgöra en potentiell översvämningsrisk i tätorter eftersom kommunala avloppsystem dimensioneras för regn upp till en viss storlek. Vid regn som är större än så finns det risk för att avloppsystemets kapacitet inte räcker till. Vatten kommer då att ansamlas på markytan och söka sig nedåt i terrängen, mot lokala lågpunkter, där översvämningar riskerar att uppstå. I syfte att få en övergripande bild av sårbarheten vid extrema skyfall har Stockholms stad beslutat att göra en översiktlig skyfallsmodellering. Målsättningen med modelleringen är att den ska ge en bild av var i staden som översvämningsrisker kan finnas och var fördjupade, detaljerade utredningar kan behövas. Modellen har medvetet hållits på en övergripande nivå för att med en rimlig arbetsinsats och inom en rimlig tidsram få fram ett underlag till stadens fortsatta klimatanpassningsarbete. Modellen kommer att uppdateras och förfinas i takt med att ny kunskap erhålls. Skyfallsmodelleringen tar sikte på att ge en indikation på möjliga konsekvenser av ett skyfall med en återkomsttid på 100 år 1. För att i modelleringen ta höjd för framtida klimatförändringar har den gjorts för det klimat som kan förväntas råda år Översvämningar som indikeras av modellen beror inte på dimensioneringsbrister i avloppsystemet, utan på att regnet överskrider dimensioneringsnormen för systemet. Likartade översvämningar kan uppträda redan i dagens klimat, även om de då kan förväntas bli mindre till sin omfattning. För regn med mer än 100 års återkomsttid kan översvämningarnas omfattning bli större. Skyfallsmodelleringen redovisar bara marköversvämningar, det vill säga översvämningar som uppträder på markytan. Vid ett skyfall av den storlek som modelleringen avser att visa är det sannolikt att stora delar avloppssystemet kommer att överbelastas och ge upphov till översvämningar i källare och liknande utrymmen. Sådana översvämningar fångas ej av modellen. Modellen bygger på generaliserade underlagsdata som i vissa delar är osäkra. All tolkning av resultaten bör därför göras mot bakgrund av de förenklingar och antaganden som beskrivs i rapporten. Alltför långtgående slutsatser bör inte dras på grundval av modelleringen. Materialet är endast avsett att användas som ett planeringsunderlag. Resultaten kan ej användas för att förutsäga huruvida specifika fastigheter riskerar att drabbas av översvämning eller ej. Vid bedömning av översvämningsrisker längs Bällstaån och dess biflöden bör Bällstaåmodellen 2 användas i stället skyfallsmodellen. Tre grundläggande principer föreslås för framtida fysisk planering: 1. Avrinningsstråk på markytan bör hållas öppna för att erbjuda säkra avrinningsvägar. 2. Lågpunkter som kan riskera att översvämmas bör inte bebyggas. 3. Befintlig bebyggelse bör inte utsättas för ökad risk att översvämmas i framtiden. Vidare föreslås att befintliga bebyggelseområden som kan vara utsatt för risk bör utredas vidare i syfte att så långt som möjligt eliminera eller reducera potentiella risker. 1 Ett regn med 100 års återkomsttid är ett regn som har en procents sannolikhet att inträffa under ett enskilt år. Regn är slumpmässiga fenomen och ett 100-årsregn kan därför komma när som helst, kanske detta år eller kanske först om flera hundra år. Sett som ett genomsnitt över en mycket lång tidsperiod kan 100-årsregn dock förväntas inträffa en gång vart hundrade år. 2 För mer information se:

4 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 2 (12) INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. Bakgrund Effekter av ett förändrat klimat Syftet med skyfallsmodelleringen Metodik Studerade scenarier Förenklingar och generaliseringar Resultat Tolkning av resultaten Förslag och rekommendationer Rekommendationer för fysisk planering Rekommendationer för åtgärdsplanering Förslag på fortsatt arbete...9 Ord- och begreppsförklaringar 10 Bilagor 11

5 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 3 (12) 1. Bakgrund Stora och intensiva skyfall kan utgöra en potentiell översvämningsrisk i tätorter eftersom kommunala avloppsystem dimensioneras för regn med upp till 10 års återkomsttid. Vid regn med längre återkomsttid än 10 år finns det risk för att avloppsystemets kapacitet inte räcker till. Vatten kommer då att ansamlas på markytan och söka sig nedåt i terrängen, mot lokala lågpunkter, där översvämningar riskerar att uppstå Effekter av ett förändrat klimat Enligt SMHI förväntas kommande klimatförändringar medföra ökade regnintensiteter mot slutet av seklet. Stockholm Vatten bedriver därför ett kontinuerligt arbete med att succesivt höja kapaciteten i avloppssystemet, så att systemet i slutet av seklet ska klara av att hantera de regnintensiteter som då kan förväntas uppträda med en återkomsttid på 10 år. Den potentiella översvämningsrisken från regn med längre återkomsttider än 10 år kommer dock att kvarstå även efter denna uppdimensionering Syftet med skyfallsmodelleringen Skyfallsmodelleringen tar sikte på att ge en indikation på möjliga konsekvenser av ett skyfall med en återkomsttid på 100 år. För att i modelleringen ta höjd för framtida klimatförändringar har den gjorts med nederbördsdata för det klimat som enligt SMHI kan förväntas råda år 2100 (se bilaga H). I modelleringen förutsätts det också att kommunens avloppsledningsnät har dimensionerats för att hantera regn med 10 års återkomsttid i detta framtida klimat. Översvämningar som indikeras av modellen beror därför inte på dimensioneringsbrister i avloppsystemet, utan på att regnet överskrider dimensioneringsnormen för systemet. Likartade översvämningar kan uppträda redan i dagens klimat, även om de då kan förväntas bli mindre till sin omfattning. För regn med mer än 100 års återkomsttid kan översvämningarnas omfattning bli större. Hur många millimeter nederbörd som kan förväntas falla med en given återkomsttid beror inte bara på den valda återkomsttiden utan även på hur länge regnet varar. Exempel på detta ges i tabell 1. Tabell 1 Exempel på regn av den storlek som skyfallsmodelleringen avser att täcka (100-årsregn år 2100). Varaktighet Regndjup 15 minuter 44 mm 30 minuter 56 mm 1 timme 68 mm 2 timmar 82 mm 4 timmar 96 mm 8 timmar 113 mm

6 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 4 (12) 2. Metodik Modelleringen har genomförts med hjälp av en hydraulisk ytavrinningsmodell. Ytavrinningsmodellen utgår från en höjdsatt yta över vilken vatten kan placera ut i önskad mängd. Modellen simulerar sedan vattnets väg ner mot ytans lågpunkter, se bilaga A. Modellen har medvetet hållits på en övergripande nivå för att med en rimlig arbetsinsats och inom en rimlig tidsram få fram ett underlag till stadens fortsatta klimatanpassningsarbete. För att resultatet från en modell ska kunna betraktas som tillförlitligt är det viktigt att både modellansats och ingångsparametrar återspeglar verkligheten så väl som möjligt. I skyfallsmodellen har en rad förenklingar gjorts i modellansatsen samtidigt som många ingångsparametrar är osäkra och generaliserade. Sammantaget ger det en osäkerhet i fråga om modellresultatens tillförlitlighet. Osäkerheter i en modell kan vanligen reduceras genom att modellresultaten jämförs med observerade händelser, varefter indata anpassas så att resultaten matchar observationerna. En sådan kalibrering av modellen har dock inte varit möjlig att göra i detta fall eftersom skyfall med återkomstider på 100 år är sällsynta och tillförlitliga observationer saknas. För att hantera osäkerheterna i modellen har istället flera scenarier med olika ingångsparametrar simulerats. Resultaten från dessa scenarier ger sammantaget en bild av modellens osäkerhet och känslighet för olika ingångsparametrar Studerade scenarier Totalt har fyra scenarier simulerats. De har alla belastats med ett 100-årsregn anpassat till det klimat som kan tänkas råda år 2100, det vill säga för de regnvolymer som redovisas i tabell 1. Tre av scenariona utgår från nuvarande markanvändning och syftar till att ge en samlad bild av möjliga översvämningsrisker genom att synliggöra modellens känslighet för olika parameterval: Scenario A Scenariots parametrar har valts för att inom rimliga gränser vara så gynnsamma som möjligt. Översvämningar som trots detta indikeras i scenariot bör därför ha en relativt hög sannolikhet. Exempel på antaganden som gjorts i detta scenario är att andelen hårdgjorda ytor är relativt liten, att avloppsystemet och anslutningarna till detta har relativt god kapacitet i förhållande till dimensioneringsnormen samt att grönytor kan infiltrera i stort sett all nederbörd som faller på dem. Scenario B Scenariots parametrar har valts för att vara så väl avvägda som möjligt med hänsyn till tillgänglig kunskap. Exempel på antaganden som gjorts i detta scenario är att andelen hårdgjorda ytor är normalstor, att avloppsystemet har normal kapacitet i förhållande till dimensioneringsnormen samt att infiltrationskapaciteten för grönytor är något begränsad i tätbebyggda områden men relativt god i övriga områden. Scenario C Scenariots parametrar har valts för att inom rimliga gränser vara så ogynnsamma som möjligt. Exempel på antaganden som gjorts i detta scenario är att andelen hårdgjorda ytor är relativt stor, att avloppsystemet har relativt låg kapacitet i förhållande till dimensioneringsnormen samt att infiltrationskapaciteten för grönytor är mycket begränsad i tätbyggda områden och något begränsad i glesare bebyggelse samt i grönområden.

7 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 5 (12) Det fjärde scenariot utgår från att all mark i kommunen betraktas som bebyggd: Scenario D Syftar till att simulera konsekvenser skulle kunna uppkomma om all mark bebyggdes. Scenariot är alltså i detta avseende ett fiktivt scenario som inte återspeglar nuläget. Scenariots parametrar har i övrigt valts för att vara så väl avvägda som möjligt med hänsyn till tillgänglig kunskap. Scenariot är därför identiskt med scenario B i allt utom hårdgöringsgrad. Parameterval för de olika scenarierna redovisas i bilaga H. Ytterligare information kring metodik och framtagande av indata till modellen finns i bilaga A-H Förenklingar och generaliseringar En rad förenklingar och generaliseringar har gjorts i modellen. Det är viktigt att ta hänsyn till dessa när modellresultaten tolkas. De viktigaste förenklingarna och generaliseringarna beskrivs i korthet nedan: Andelen ytor som antas vara hårdgjorda baseras på generaliseringar och antaganden. Markanvändningen har tolkats från stadskartan som redovisar övergripande markanvändningskategorier. Den tolkade markanvändningen har legat till grund för bedömning av markens hårdgöringsgrad. Bedömningen baseras på antaganden och schabloner. Den verkliga hårdgöringsgraden kan därför avvika från hårdgöringsgraden i modellen. Markens infiltrationskapacitet beskrivs inte med hänsyn till lokala förutsättningar. Schablonmässiga infiltrationskapaciteter har istället antagits generellt med utgångspunkt från ett relativt magert faktaunderlag. Nederbörden som fördelas över grönytorna i modellen har reducerats med utgångspunkt från dessa schabloner. Infiltrationskapaciteten utgör därför en betydande osäkerhetsfaktor, särskilt i ytterstadsområden med stor andel grönytor. Avloppssystemets kapacitet beskrivs inte med utgångspunkt från nätets verkliga utformning och kapacitet. En schablonmässig avledningskapacitet har istället antagits generellt i respektive scenario med utgångspunkt från att avloppssystemet och anslutningarna till detta klarar av att avleda regn med en viss återkomsttid. Nederbörden som fördelas över de hårdgjorda ytorna i modellen har reducerats med utgångspunkt från dessa antaganden. I verkligheten kan avloppssystemets kapacitet avvika både uppåt och nedåt samt variera från område till område. Modellen tar bara hänsyn till effekten av infiltration och ledningssystem i den punkt där regnet faller. Vatten som inte kan omhändertas direkt på den plats där det faller rinner i modellen vidare längs markytan ända tills det når en lågpunkt i landskapet. Modellen tar inte hänsyn till om det i verkligheten skulle finnas möjlighet för vattnet att infiltrera på grönytor eller avledas via ledningar längre ned längs dess väg genom terrängen. Modellen tar heller inte hänsyn till att vatten i vissa fall skulle kunna föras från ett delområde till ett annat via avloppsledningar, och därigenom ge upphov till översvämningar i andra punkter än de som ligger direkt nedströms i lanskapet. Underjordiska anläggningar finns inte med i modellen. Väg- och tågtunnlar saknas i modellen liksom andra underjordiska utrymmen såsom tunnelbanestationer, gallerior, parkeringsgarage och källare. Vatten som i verkligheten skulle ha sökt sig ned i sådana utrymmen kommer därför i modellen att rinna vidare på ytan och indikera översvämningsrisker på fel ställen.

8 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 6 (12) Terrängen i modellen representeras av en enda sammanhängande yta. Detta innebär att marknivån i en given punkt endast kan ha ett värde. Följden blir att korsande passager i landskapet, t.ex. vägbroar och gångtunnlar, antingen måste representeras med sin övre nivå (vägbroar blir då som murar i landskapet) eller med sin undre nivå (gångtunnlar blir då som raviner i landskapet). I simuleringarna har korsande passager i allmänhet representerats av sin undre nivå då det har bedömts ge de mest korrekta resultaten. Modellens rumsliga upplösning är begränsad. Marknivåer och markanvändning representeras i modellen av rasterrutor med en storlek på 4 4 meter. Upplösningen är därför för grov för att fånga mindre detaljer såsom mindre svackor, ränndalar, höjdryggar, murar, trånga passager och andra småskaliga objekt som på ett eller annat sätt kan tänkas påverka avrinningen.

9 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 7 (12) 3. Resultat Resultaten från simuleringarna redovisas i GIS-skikt som kan användas för vidare analyser av olika slag. För vart och ett av de fyra scenarierna har följande GIS-skikt tagits fram: Vattendjup vid simuleringsslut Maximala vattendjup under simuleringsförloppet. Tidpunkter under simuleringsförloppet då maximala vattendjup uppträder. Maximala vattenhastigheter under simuleringsförloppet. Maximala flöden under simuleringsförloppet. Ett GIS-skikt för översiktlig riskbedömning har också tagits fram genom att kombinera resultaten från de tre scenarier som baseras på nuvarande markanvändning (scenario A, B och C). Detta underlag redovisar den uppskattade risken för översvämning fördelat på tre grader av sannolikhet. Riskbedömningskartan kan ge en uppfattning om osäkerheten i resultaten samtidigt som den kan användas för att identifiera särskilt utsatta områden Tolkning av resultaten Alltför långtgående slutsatser bör inte dras på grundval av modelleringen. Materialet är endast avsett att användas som ett planeringsunderlag. Resultaten kan ej användas för att förutsäga huruvida specifika fastigheter riskerar att drabbas av översvämning eller ej. All tolkning av resultaten bör göras mot bakgrund av de förenklingar och generaliseringar som beskrivs i avsnitt 2.2. Resultaten från simuleringarna har i några kända lågpunkter jämförts med verkligheten och i dessa punkter verkar simuleringarna ge en rimlig bild av var kritiska lågpunkter kan finnas. Huruvida utbredningarna på de simulerade översvämningarna också är rimliga är svårare att bedöma, de kan tänkas bli både större och mindre än vad som indikeras. Generellt sett borde indikerade översvämningsutbredningar i tätbebyggda miljöer kunna betraktas som säkrare än indikerade översvämningsutbredningar i områden med mycket grönytor. Anledningen till detta är att osäkerheter avseende infiltrationskapaciteten minskar i betydelse i takt med minskad andel grönytor. Å andra sidan är förekomsten av tunnlar och andra underjordiska utrymmen större i tätbebyggda miljöer, vilket ökar risken för att översvämningar indikeras på fel ställe i sådana miljöer. Det är viktigt att poängtera att skyfallsmodellen bara redovisar marköversvämningar, det vill säga översvämningar som uppträder på markytan. Vid ett skyfall av den storlek som modellen avser att visa är det sannolikt att stora delar avloppssystemet kommer att överbelastas och ge upphov till översvämningar i källare och liknande utrymmen. Sådana översvämningar fångas ej av modellen. Det är också viktigt att notera att skyfallsmodellen inte beskriver översvämningsrisker i anslutning till vattendrag och större naturmarksområden på ett korrekt sätt. Modellen är framtagen för att beskriva risker relaterade till korta och intensiva skyfall. För att analysera långtidspåverkan av nederbörd krävs en mer omfattande modellansats. Vid bedömning av översvämningsrisker längs Bällstaån och dess biflöden bör därför Bällstaåmodellen 3 användas i stället för skyfallsmodellen. 3 För mer information se:

10 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 8 (12) 4. Förslag och rekommendationer Nedan följer några förslag och rekommendationer på hur resultatet från skyfallsmodelleringen kan användas och utvecklas vidare Rekommendationer för fysisk planering Den fysiska planeringen är ett viktigt verktyg i arbetet med att förebygga och begränsa de skadliga effekterna av extrema skyfall. Det handlar både om att inte bygga in problem i nya områden och om att inte förvärra redan existerande problem i befintliga områden. Tre grundläggande principer bör tillämpas vid fysisk planering: 1. Säkra ytliga avledningsstråk Avrinningsstråk på markytan, dit vatten naturligt kommer att söka sig vid stora skyfall, bör hållas öppna för att erbjuda säkra avrinningsvägar. Ny bebyggelse bör därför inte tillåtas i sådana stråk. Skyfallsmodelleringen ger i sin nuvarande form inte tillräckligt tydlig information om var sådana avrinningsstråk finns men genom vidare bearbetning av materialet torde de kunna identifieras. 2. Säkra lokala lågpunkter Lågpunkter som kan riskera att översvämmas bör inte bebyggas. Det är i detta samanhang viktigt att ta höjd även för framtida, ännu okända, exploateringar och förtätningar i lågpunkternas tillrinningsområden. Grundregeln bör därför vara att inte tillåta ny bebyggelse på mark som riskerar att översvämmas i det scenario där all mark betraktas som hårdgjord (scenario D). En viss säkerhetsmarginal bör dessutom tas med i bedömningen. Detta ger frihet att i framtiden exploatera mark uppströms dessa lågpunkter utan risk för skadliga översvämningar i själva lågpunkterna. 3. Förvärra inte läget för bebyggelse som redan är utsatt för risk Befintlig bebyggelse bör inte utsättas för ökad risk att översvämmas i framtiden. I avrinningsområden där bebyggelse riskerar att översvämmas redan med dagens exploateringsnivå bör ytterligare hårdgöring av mark inte tillåtas, såvida inte en fördjupad utredning visar hur översvämningsrisken ska hanteras Rekommendationer för åtgärdsplanering Bebyggelse som kan vara utsatt för risk redan med dagens exploateringsnivåer bör identifieras och utredas vidare för att få risken verifierad och värderad. Vid konstaterad risk bör möjliga åtgärder för att eliminera eller reducera risken utredas och kostnadsberäknas. Exempel på åtgärder kan vara: Justering av marknivåer högre upp i avrinningsområdet för att styra vattnet mot platser där det gör mindre skada. Anordnande av ytor där kontrollerade översvämningar kan tillåtas att ske. Ökning av andelen grönyta i avrinningsområdet för öka infiltrationen. Nyförläggning av ledningar för att höja ledningskapaciteten över den dimensionerande normen. En avvägning mellan kostnad och nytta måste göras för olika åtgärdsförslag. Om en åtgärd kan samordnas med andra projekt eller ge mervärden på andra områden, till exempel skapa ytor för rekreation eller öka den biologiska mångfalden, bör även detta vägas in vid beslutsfattandet.

11 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 9 (12) 4.3. Förslag på fortsatt arbete Det material som hittills har tagits fram inom ramen för skyfallsmodelleringen syftar framför allt till att identifiera möjliga översvämningsrisker. Av materialet är det dock svårt att direkt utläsa hur vattnet rinner och varifrån det vatten som samlas i olika lågpunkter kommer. En bearbetning av materialet skulle därför behöva göras i syfte att få fram GIS-skikt som redovisar: Avrinningsstråk och avrinningsvägar Avrinningsområdesgränser för känsliga lågpunkter Vidare kan det vara svårt för en enskild handläggare att tolka det kartmaterial som nu finns framtaget samt att dra korrekta slutsatser från det. För att underlätta planerings- och åtgärdsarbetet borde det därför tas fram GIS-skikt som redovisar: Avrinningsstråk som bör hållas fria från bebyggelse och andra hinder. Översvämningszoner i vilka ny bebyggelse ej bör tillåtas. Avrinningsområden i vilka ytterligare hårdgöring ej bör tillåtas utan föregående utredning. Ytterligare exempel på GIS-skikt som borde tas fram är redovisning av följdrisker som kan uppstå utöver den rena översvämningsrisken: Risk för personskador orsakade av höga vattenhastigheter i kombination med höga vattennivåer. Risk för erosionsskador orsakade av höga vattenhastigheter. Risk för föroreningstransport orsakad av erosion i områden med förorenad mark. För att få en uppfattning om vilka konsekvenser ett regn med längre återkomsttid än 100 år skulle kunna medföra skulle det också vara önskvärt att simulera regn med upp till 1000 års återkomsttid. Detta skulle framför allt vara av värde för stadens risk- och sårbarhetsarbete, men det skulle även kunna ge en ökad insikt i vilka områden som är extra sårbara och därför viktiga att prioritera i planerings- och åtgärdsarbetet. Slutligen finns det en rad åtgärder som skulle kunna vidtas i syfte att förbättra modellansatsen och de antaganden som gjorts i simuleringarna och därigenom få mer tillförlitliga resultat: Den kanske viktigaste åtgärden skulle vara att genomföra infiltrationsförsök i fält för att få bättre kunskap om hur mycket vatten som faktiskt kan infiltrera på olika typer av grönytor. Detta är angeläget eftersom infiltrationskapaciteten hos grönytor utgör en av de största osäkerhetsfaktorerna i modellen. En annan åtgärd skulle kunna vara att beskriva infiltrationen mer dynamiskt genom att ta hänsyn till outnyttjad infiltrationskapacitet längs vattnets väg genom terrängen. I nuvarande modellansats görs inte detta utan vatten antas bara kunna infiltrera i den punkt där regnet faller. Detta är en medveten förenkling som har gjorts mot bakgrund av den stora osäkerhet som finns avseende infiltrationskapacitet. Ytterligare en åtgärd skulle kunna vara att koppla ihop markavrinningsmodellen med en ledningsnätsmodell som kan simulera ledningsnätets verkliga kapacitet, istället för att som nu, utgå från att nätets kapacitet motsvaras av dimensioneringsnormen att kunna hantera regn med 10 års återkomsttid. Detta är framför allt angeläget i områden som redan i dag kan vara utsatta för risk. Olika typer av ingångsdata skulle också kunna förfinas och utvecklas, till exempel de rasterkartor som beskriver hårdgöringsgraden och marknivån i den hydrauliska modellen.

12 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 10 (12) Ord- och begreppsförklaringar Avledningskapacitet Avloppsledningsnätets förmåga att avleda vatten. Avrinning Regnvatten som avrinner på markytan. Avrinningsområde Ett område inom vilket all avrinning sker mot en gemensam punkt. Avrinningsstråk En avrinningsväg som samlar vatten från ett större område. Avrinningsväg Den väg som vattnet kommer att följa när det avrinner på markytan. Dimensioneringsnorm Den avledningskapacitet som avloppsledningsnätet dimensioneras för. Erosion Vattnets nötande effekt på fast material, t.ex. jord. Exploatering Nytillkommande bebyggelse. Fysisk planering Planläggning av den bebyggda miljön. Föroreningstransport Transport av föroreningar som frigjorts, t.ex. via erosion. Förtätning Tillkommande bebyggelse i redan bebyggd miljö. GIS-skikt Geografiska kartdata som kan läsas och bearbetas av datorprogram. Hårdgöringsgrad Hur stor andel av marken som är hårdgjord. Höjdsatt yta En yta med marknivåer. Infiltration Vattnets nedträngning genom markytan på icke hårdjorda ytor. Infiltrationskapacitet Markens förmåga att infiltrera vatten. Ingångsparametrar De data som ligger till grund för en simulering. Klimatanpassning Anpassning av bebyggda miljöer till förväntade klimatförändringar. Ledningsnätsmodell En datorbaserad beräkningsmodell som simulerar avledning via ledningar. Lokal lågpunkt En lågpunkt i terrängen som saknar ytliga avrinningsvägar. Markanvändning Vilken typ av bebyggelse eller verksamhet som finns i ett område. Marköversvämning En översvämning på markytan. Modellansats Ett försök att efterlikna verkligheten med hjälp av matematiska samband. Modellresultat Resultatet av en simulering. Raster Ett rutnät som beskriver terräng- eller markförhållanden inom ett område. Scenario En uppsättning ingångsparametrar med tillhörande simuleringsresultat. Simulering En körning av en matematisk modell. Tillrinningsområde Ett område inom vilket all avrinning sker mot en given punkt. Varaktighet Längden på det regn som studeras. Ytavrinningsmodell En datorbaserad beräkningsmodell som simulerar avrinning på markytan. Återkomsttid Ett mått på hur ofta en händelse kan förväntas inträffa i genomsnitt.

13 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering för Stockholms stad 11 (12) Bilagor Bilaga A: Bilaga B: Bilaga C: Bilaga D: Bilaga E: Bilaga F: Bilaga G: Bilaga H: Beskrivning av hydraulisk markavrinningsmodell Framtagande av höjdmodell för markytan Framtagande av markanvändningskarta Framtagande av råhetstal för olika markanvändningar Metodik för beräkning av nettovolymen som ansamlas på markytan vid stora regn Inventering och analys av kunskapsunderlag avseende infiltration på grönytor Beskrivning av några enkla infiltrationsförsök utförda i Norra Ängby 2015 Framtagande av nettonederbörd till hydraulisk markavrinningsmodell

14 Stockholm Vatten är ett kommunalt bolag som producerar och levererar dricksvatten av hög kvalitet till över en miljon människor i Stockholmsområdet. Vi tar också hand om och renar det använda vattnet på bästa sätt för att skydda miljön. Vi sköter avfallshanteringen i Stockholm och ansvarar för att restprodukter från våra verksamheter återvinns i ett effektivt kretslopp. Stockholm Vatten AB Tel stockholmvatten@stockholmvatten.se En del av Stockholms stad

15 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga A - Beskrivning av hydraulisk markavrinningsmodell_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (4) Bilaga till rapport 15SV737 Skyfallsmodellering för Stockholms stad Bilaga A - Beskrivning av hydraulisk markavrinningsmodell En hydraulisk modell över markavrinningen har satts upp för hela Stockholms stad och de avrinningsområden som rinner in i staden från angränsande kommuner. För beräkningarna användes programmet MIKE 21 som är ett tvådimensionellt beräkningsprogram framtaget av DHI (Danish Hydraulic Institute). Programmet beräknar vattennivåoch flödesförhållanden, i detta fall till följd av nederbörd som faller på marken. Beräkningarna baseras på numerisk lösning av Navier Stoke s ekvationer. För uppbyggnad av modellen användes följande underlag (allt tillhandahållet av Stockholms stad). Höjddata från laserskanning för Stockholms stad NH-data (lasformat av Nationell höjdmodell) utanför gränsen för Stockholms stad Ortofoton över Stockholms stad Stadskartan för Stockholms stad Koordinatsystem som använts i beräkningarna och vid framtagande av terrängmodell är SWERF och höjdsystem RH Modellen byggdes upp med hjälp av filer som beskriver följande indata: Batymetri 1 /topografi Beskrivs av en terrängmodell/markmodell (redogörs närmare för i Bilaga B) Nederbördsmängd Markens råhet beskrivs med Mannings tal M (se vidare Bilaga D) 1 Batymetri är benämningen på terrängmodellen eller topografin i MIKE 21.

16 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga A - Beskrivning av hydraulisk markavrinningsmodell_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (4) Figur 1 Illustration av den hydrauliska markavrinningsmodellens funktion. Nederbörd belastar batymetrin/topografin och den resulterande markavrinningen beräknas. Både avrinningskoefficienten, avdraget för ledningsnätet samt markens råhet styrs av markanvändningen/marktypen. För att beskriva denna togs en markanvändningskarta fram vilken beskrivs närmare i Bilaga C. I detta fall beskrevs markanvändningen i ett sammansatt raster. Nederbördsmängden som belastar varje beräkningscell i modellen (4*4 m) räknades fram utifrån följande: Dimensionerande regntillfälle Avrinningskoefficienten för olika marktyper, som styrs av infiltrationskapacitet Avdrag för ledningsnätets kapacitet Sammantaget beräknades utifrån ovanstående en nettovolym som kan ansamlas och avrinna på markytan. Hur denna nettovolym beräknats beskrivs i Bilaga E. Simuleringar gjorde sedan med ett visst tidssteg under en bestämd tid, där regnet pågick under del av den totala simuleringstiden. Därefter pågick simuleringen ytterligare en tid då avrinning på ytan fick ske utan att ny nederbörd tillfördes. I den modell som användes gjordes förenklingen att infiltration och ledningsnätskapacitet endast dras bort från den initiala nederbördsmängd som faller. För att göra beräkningarna möjliga delades hela Stockholms stad upp i fyra beräkningsområden (se Figur 2 nedan). Uppdelningen byggde dels på SMHI:s avrinningsområden (SMHI:s databas SVAR, Svenskt Vattenarkiv) samt kontroll och justeringar med hjälp av flödesvägar på markytan som togs fram utifrån terrängmodellen med hjälp av funktioner i ArcMap. Områdena delades in så att de delvis överlappade varandra. Resultaten av beräkningarna, beräknade vattennivåer och vattenhastigheter från de olika beräkningsområdena, sattes sedan ihop till sammanhängande resultatfiler för hela området, där eventuella felaktiga randeffekter klipptes bort.

17 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga A - Beskrivning av hydraulisk markavrinningsmodell_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (4) Figur 2 Stockholms stad (röd linje) delades in i fyra beräkningsområden (svarta linjer). Beräkningsområdena går utanför kommungränsen för att få med hela avrinningsområdet. Simuleringar gjordes för fyra scenarier. Dessa beskrivs närmare i huvudrapporten samt i Bilaga H. Resultat Resultaten av beräkningarna presenteras som rasterformat läsbart i ArcGIS. För de olika beräkningsscenarierna redovisas följande: Maximala vattendjup - Maximalt vattendjup för varje beräkningscell över hela beräkningen/simuleringstiden, det finns alltså ingen tid kopplad till maximalt vattendjup. Maximala vattenhastigheter - Den maximala vattenhastigheten som uppkommer i varje beräkningscell under simuleringstiden. Maximala flöden - Det maximala flödet i varje beräkningscell under simuleringstiden. Tidpunkter under simuleringsförloppet då maximala vattendjup uppträder. Vattendjup vid simuleringsslut Det vattendjup som finns i varje beräkningscell vid simuleringens slut.

18 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga A - Beskrivning av hydraulisk markavrinningsmodell_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (4) Det är viktigt att notera att maximalt vattendjup inte behöver sammanfalla med tiden för maximal vattenhastighet. För att bedöma risker med höga vattenhastigheter kan det vara relevant att studera hur dessa sammanfaller. GIS-skikt för tidpunkter för maximala vattendjup har tagits fram enligt ovan. Det är också möjligt att ta fram tiden för maximala vattenhastigheten för varje beräkningscell. Anna Risberg

19 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga B - Framtagande av höjdmodell för markytan_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (3) Bilaga till rapport 15SV737 Skyfallsmodellering för Stockholms stad Bilaga B - Framtagande av höjdmodell för markytan Som underlag till de hydrauliska beräkningarna har en höjdmodell/terrängmodell med gridstorleken 4 4 m byggts upp. Terrängmodellen har byggts upp utifrån 1 1 m gridfiler från en laserskanning för Stockholms stad med olika lager för mark, byggnader, vatten och anläggningar. Laserskanningen för Stockholms stad utfördes 7 januari Det är aktuella marknivåer vid skanningstillfället som ligger till grund för terrängmodellen. Enligt Stockholms stad har det inte gjorts några uppdateringar av griddatat. Noggrannheten i höjd är bättre än 9 cm på hårdgjorda ytor och bättre än 15 cm på övriga ytor. Noggrannheten i plan är bättre än 30 cm. Enligt Stockholms stad håller minst 95 % av data denna kvalitet. På grund av resampling till gridstorlek 4 4 m har dock föreliggande terrängmodell sämre noggrannhet än grunddatat. I anläggningslagret ingår broar. Dessa är borttagna ur terrängmodellen förutom över Mälaren, Östersjön samt Hammarby sjö. Vattenlagret är med i terrängmodellen med de marknivåer som angivits i griddata. Utanför Stockholms stad fanns ingen griddata tillgänglig. För dessa områden har NHdata använts (Nationell höjddatabas från Lantmäteriet). De olika delarna av terrängmodellen har sedan slagits ihop till ett sammanhängande raster. För NH anger Lantmäteriet att det generella medelfelet i höjd i all terräng ligger på cm (lokalt kan större fel förekomma). Medelfel i plan i punktmolnet är ca 0,25 m (i SWEREF 99 TM) och medelfel i höjd är ca 0,05 m (i RH 2000) på öppna plana hårdgjorda ytor. Byggnader har tagits med i terrängmodellen genom att byggnader i byggnadslagret i stadskartan höjts upp med två meter från terrängmodellens nivå i varje beräkningscell. Byggnadslagret från laserskanningen har således inte använts. Justeringar i terrängmodellen Generellt har inga justeringar gjorts i terrängmodellen, förutom på några ställen där terrängmodellen öppnats upp för att inte felaktigt hindra vattnet. Följande justeringar har gjorts i terrängmodellen: Bällstaån, Nälstadiket och Kräppladiket I terrängmodellen är inte kulvertar/vägtrummor beskrivna. För Bällstaån, Nälstadiket och Kräppladiket har terrängmodellen öppnats upp där det finns kortare kulvertar/vägtrummor, så att inte vattnet felaktigt ansamlas uppströms kulverten. Se även avsnitt Kommentarer nedan. Färgargårdstorget Södermalm I terrängmodellen fanns ingen öppning mellan husen där det egentligen är en gångväg, se Figur 1. Terrängmodellen har öppnats upp med en gridcell.

20 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga B - Framtagande av höjdmodell för markytan_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (3) Gullmarsplan Bussterminalen vid Gullmarsplan var i anläggningslagret klassad som en bro och var därför borttagen ur terrängmodellen från början. Detta bedömdes felaktigt varför höjdnivåerna från anläggningslagret användes istället. Kommentarer Under beräkningarnas gång har en del begränsningar uppmärksammats, vilket främst beror på terrängmodellens noggrannhet. Nedan listas exempel på områden där resultat kan ha blivit felaktiga till följd av terrängmodellen. Skanningen utfördes 7 januari Marknivåerna från detta datum ligger till grund för terrängmodellen och i sin tur beräkningarna, vilket gör att det t ex kan ha ansamlats vatten i byggområden som idag inte längre finns kvar. Terrängmodellen är 4 4 m grid, - Gridstorleken kan göra att verkliga vattenvägar felaktigt stängs av. Figur nedan visar en plats där det är så trångt mellan byggnaderna att det bildas ett instängt område i terrängmodellen, där det i verkligheten kan rinna ut vatten. Nedanstående exempel har justerats, men det kan finnas andra fall där samma fenomen förekommer, vilket bör beaktas när resultaten analyseras. Figur 1 Instängt område pga gridstorleken i terrängmodellen, i detta fall vid Färgargårdstorget på Södermalm. Tunnlar Modellen kan endast räkna på en höjdnivå (inte på flera nivåer i plan). Marken ovanför tunnlar har valts att ha med i terrängmodellen och inte golvnivån i tunnlarna. Vattnet kan således inte rinna in i tunnlar, utan kommer att ansamlas i öppningen, se exempel Figur 2 nedan. Om modelleringen visar en ansamling av vatten utanför en tunnel ska det ses som en indikation på att det kan uppstå problem med översvämningar i tunneln. I en mer detaljerad modell kan tunnlar läggas in som kulvertar för att få en mer korrekt beskrivning av dessa.

21 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga B - Framtagande av höjdmodell för markytan_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (3) Figur 2 Ansamling av vatten vid öppningen till en tunnel, i detta fall Essingeleden vid Fredhäll. Broar Generellt har broar tagits bort i terrängmodellen för att öppna upp vattenvägarna och inte felaktigt stänga in något vatten i låga områden. Där broarna har tagits bort blir avrinningen på brobanan därmed inte helt korrekt eftersom regnet som skulle rinna av längs med bron istället faller direkt på marken under. Det har utifrån syftet med modelleringen bedömts mindre fel att ta bort broarna än att ha kvar dem. Broar över Mälaren, Hammarby sjö samt Östersjön Dessa broar är relativt stora och har därför tagits med i terrängmodellen för att möjliggöra vattnet att rinna på broarna mellan stadsdelar. Vattennivåerna i vattnet kan bli något felaktiga på grund av uppdämning vid broarna, men det påverkar i dessa fall inte markavrinning och vattennivåer på land. Även de mindre broarna är med, exempelvis mellan Långholmen och Södermalm. Där ansamlas vattnet mellan broarna men det är inget som bedömts påverka markavrinning och vattennivåer på land. Vägtrummor/kulvertar I terrängmodellen är inte vägtrummor/kulvertar beskrivna. För tre större vattendrag har dock terrängmodellen öppnats upp där det finns kortare kulvertar, så att vattnet inte felaktigt ansamlas uppströms kulverten (se avsnitt Justeringar i terrängmodellen). Urvalet av dessa har gjorts i samråd med Stockholm Vatten. Att detta inte gjorts för alla vattendrag beror på att metoden också kan överskatta genomströmningen då det som minst går att öppna upp terrängmodellen i en gridcell (4 4 m). Vid längre kulvertar har det bedömts mer felaktigt att öppna upp terrängmodellen eftersom avrinningen på markytan bör finnas med i modellen. Anna Risberg

22 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga C - Framtagande av markanvändningskarta_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (3) Bilaga till rapport 15SV737 Skyfallsmodellering för Stockholms stad Bilaga C - Framtagande av markanvändningskarta Till den hydrauliska markavrinningsmodellen behövs indata som nederbördsmängd och markens råhet. Nederbördsmängden som belastar varje beräkningscell i den hydrauliska markavrinningsmodellen räknas i sin tur fram utifrån följande: Dimensionerande regntillfälle Avrinningskoefficienten för olika marktyper, som styrs av infiltrationskapacitet Avdrag för ledningsnätets kapacitet Både avrinningskoefficienten, avdraget för ledningsnätet samt markens råhet styrs av markanvändningen/marktypen. För att beskriva denna har en markanvändningskarta tagits fram vilken beskrivs närmare nedan. I detta fall beskrivs markanvändningen i ett sammansatt raster. Markanvändningskartan har byggts upp med hjälp av befintlig klassning av markanvändning från Stockholms stads stadskarta samt analyser av ortofoton. Flygfotograferingen för ortofoton utfördes 5 april 2014 för de sydligaste delarna och 20 april för merparten av staden. För stora områden som i stadskartan klassats som ospecificerad markanvändning har justeringar till andra marktyper gjorts utifrån analyser av ortofoton. Liknande justeringar har även gjorts för några områden där den klassning som givits av stadskartan har varit uppenbart felaktig. Stadskartan har funnits för ett område utanför staden, men inte för hela beräkningsområdet. Där markanvändning saknats har generellt ospecificerad markanvändning använts. Kontroll av de viktigaste avrinningsområdena har gjorts och generellt bedöms områdena utanför markanvändningskartan inte påverka resultaten inne i staden eftersom rinnvägarna rinner ner i vattendrag eller sjöar eller bort från gränsen för Stockholms stad. Tabell 1 visar indelningen i marktyper.

23 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga C - Framtagande av markanvändningskarta_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (3) Tabell 1 Marktyper/klasser i markanvändningskartan Yta Värde i raster Vatten 1 Tak/byggnader 2 Vägar 3 Torg 4 Hamnar och bryggor 5 Järnvägar 6 Kvartersmark ytterstadsbebyggelse 7 Kvartersmark villabebyggelse 8 Idrottsplatser 9 Grönområde 10 Skogsområde 11 Koloniområde 12 Sankmark 13 Ospecificerad markanvändning 14 Bostadsområden ospecificerade 15 Kvartersmark verksamhetsområden 16 Kvartersmark innerstadsbebyggelse 17 Ospecificerat utanför ordinarie raster 18 Klassen Kvartersmark bebyggelse har delats upp i innerstads- respektive ytterstadsbebyggelse på grund av att andelen hårdgjord yta skiljer sig mycket inom denna marktyp beroende på geografiskt läge. Figur 1 nedan visar indelningen i marktyper/klasser enligt kategorier ovan.

24 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga C - Framtagande av markanvändningskarta_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: (3) Figur 1 Indelning av marktyper i markanvändningsraster. Röd linje visar gränsen för Stockholms stad. Markanvändningskartan har legat till grund för beräkning av nettobelastning enligt Bilaga H samt beskrivningen av markens råhet i den hydrauliska markavrinningsmodellen enligt Bilaga D. Anna Risberg

25 L:\5916\2015\ Skyfallskartering Stockholm\3_Dokument\36_PM_Rapport\Bilaga D - Framtagande av råhetstal för olika markanvändningar_slutversion_ docx Mall: Memo.dot ver 1.0 Uppdragsnr: Bilaga till rapport 15SV737 Skyfallsmodellering för Stockholms stad Bilaga D - Framtagande av råhetstal för olika markanvändningar Råheten på en yta styr hur snabbt vattnet kan rinna över den. Råhetstalet för olika markanvändning i den hydrauliska markavrinningsmodellen har specificerats utifrån markanvändningskartan (Bilaga C). Respektive yta har getts ett värde för Mannings tal, se Tabell. Mannings tal uttrycker den råhet som påverkar friktionsförlusterna vid beräkning med Mannings formel. Tabell 1 Mannings tal som beskriver en ytas råhet för olika marktyper, riktvärden hämtade från bland annat VVMB 310 (Vägverket publikation 2008:61). Yta Mannings tal, M Vatten 40 Tak/byggnader 70 Vägar 70 Torg 70 Hamnar och bryggor 70 Järnvägar 50 Kvartersmark ytterstadsbebyggelse 40 Kvartersmark villabebyggelse 30 Idrottsplatser 50 Grönområde 20 Skogsområde 5 Koloniområde 20 Sankmark 20 Ospecificerad markanvändning 50 Bostadsområden ospecificerade 50 Kvartersmark verksamhetsområden 60 Kvartersmark innerstadsbebyggelse 50 Anna Risberg

26 Bilaga till rapport 15SV737 Skyfallsmodellering för Stockholms stad Diarienummer Projektnummer 15SV Bilaga E - Metodik för beräkning av nettovolymen som ansamlas på markytan vid stora regn Joakim Pramsten

27 Stockholm Vatten AB 2015 Författare: Joakim Pramsten, Rapporten citeras: Pramsten, J (2015). Skyfallsmodellering för Stockholms stad. Stockholm Vatten AB. Internt Dnr: 15SV737 Kontaktuppgifter: Stockholm Vatten AB, Stockholm Telefon: Webb:

28 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 1 (16) Sammanfattning Eftersom den hydrauliska avrinningsmodellen som ligger till grund för skyfallsmodelleringen inte inkluderar effekter av vare sig ledningsnät eller infiltrationsprocesser måste hänsyn till dessa tas utanför den hydrauliska modellen. Detta har gjorts genom att schablonmässigt reducera den totala nederbördsvolymen med de volymer som antas kunna tas omhand via ledningsnät eller via infiltration på grönytor. Den återstående regnvolymen, här kallad nettovolymen, är den regnvolym som ansamlas på markytan och som riskerar att rinna vidare mot ytans lågpunkter. Det är denna nettovolym som har använts som indata i den hydrauliska modellen. I denna bilaga beskrivs den metodik som har använts för att beräkna nettovolymen. Metodiken utgår från regnenveloppmetoden som är en standardmetod för överslagsmässig beräkning av utjämningsvolymer.

29 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 2 (16) INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. Kvantifiering av nederbörd 3 2. Avledning av nederbörd i dagvattenledningar 6 3. Infiltration av nederbörd på grönytor 9 4. Områdesvis samverkan av infiltration och avledning Återkomsttidens betydelse Referenser 15

30 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 3 (16) 1. Kvantifiering av nederbörd Det går inte att med en enkel siffra kvantifiera regn på ett entydigt och uttömmande sätt eftersom regn till sin natur är dynamiska i tiden. Det kan regna mer eller mindre intensivt under kortare eller längre perioder och kvantifieringen kan göras på olika tidsskalor både under pågående regn samt för olika sannolikheter sett över längre tidsperioder. Traditionellt har man löst detta genom att studera så kallade blockregn. Blockregn konstrueras genom att man för en vald varaktighet beräknar medelintensiteten hos den mest intensiva delen av ett regn, se figur 1. Figur 1 Regndata för ett specifikt regn där ett blockregn för en vald varaktighet har markerats. Två saker kan vara värda att poängtera beträffande blockregn: Varaktigheten hos ett blockregn motsvaras inte av varaktigheten på det uppmätta regnet, utan av den tidsperiod under vilken man valt att studera regnet. Den studerade varaktigheten kan därför vara både kortare och längre än det uppmätta regnets varaktighet. Medelintensiteten för ett blockregn minskar om den studerade varaktigheten ökas. Detta är en logisk konsekvens av att blockregn konstrueras med utgångspunkt från den mest intensiva del av regnet som kan inrymmas inom den valda varaktigheten. Genom att skapa blockregn för olika varaktigheter från en lång serie uppmätta regntillfällen kan så kallade intensitets- och varaktighetskurvor för olika statistiska återkomsttider tas fram. Dessa kurvor redovisar maximala blockregnsintensiteter för olika återkomsttider, samt hur dessa intensiteter beror av studerad varaktighet, se exempel i figur 2.

31 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 4 (16) Figur 2 Intensitets- och varaktighetsdiagram för regn med återkomsttider från 0,5 år till 100 år. Med utgångspunkt från intensitets- och varaktighetskurvan för en given återkomsttid kan nederbördsvolymen för en vald varaktighet beräknas genom att multiplicera regnintensiteten med den studerade varaktigheten. Volymen kan illustreras grafiskt som en rektangel inskriven under intensitets- och varaktighetskurvan, se figur 3. Genom att beräkna regnvolymen för olika varaktigheter och avsätta dessa som en funktion av varaktigheten kan en så kallad regnenvelopp konstrueras, se figur 4. Av figuren kan utläsas att ökad varaktighet ger ökad regnvolym, vilket är naturligt eftersom mer regn inkluderas i blockregnet ju längre varaktighet som studeras (jämför figur 1). Så länge inget vatten försvinner ur kalkylen kommer regnvolymen hela tiden att fortsätta öka med ökad längd på den studerade varaktigheten.

32 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 5 (16) Figur 3 Intensitets- och varaktighetskurva för ett 100-årsregn. Den regnvolym som faller vid en studerad varaktighet på 90 minuters varaktighet har markerats med en blå rektangel. Figur 4 Regnenvelopp för ett 100-årsregn.

33 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 6 (16) 2. Avledning av nederbörd i dagvattenledningar Vatten från hårdgjorda ytor avleds normalt via dagvattenledningar. Allmänna dagvattenledningar ska enligt branschpraxis dimensioneras för att kunna avleda regn med upp till 10 års återkomsttid utan dämning på markytan (Svenskt Vatten 2004). Vid dimensioneringen används blockregn med varaktigheter från 10 minuter upp till någon timme eller två. Vilken varaktighet som används beror på vilken del av ledningssystemet som för tillfället studeras. Högst upp i systemet dimensioneras ledningarna för att kunna ta hand om flödet från ett blockregn med 10 minuters varaktighet, vilket motsvarar ungefär 230 l/s ha. Längre ned i systemet dimensionera ledningarna för att kunna ta omhand flödet från ett blockregn med en varaktighet som motsvaras av rinntiden fram till den aktuella punkten. Motivet till detta är ett antagande om att intensitetsvariationer med kortare varaktighet än rinntiden fram till beräkningspunkten inte kommer samverka och öka flödet i punkten jämfört med det flöde som erhålls närs samtliga ytor samverkar, det vill säga när varaktigheten väljs lika lång som rinntiden. Om rinntiden genom ett ledningsystem är 60 minuter bör de delar av systemet som ligger längst ned alltså dimensioneras för ett blockregn med 60 minuters varaktighet, vilket motsvarar ungefär 70 l/s ha. Ett ledningssystem som dimensionerats enligt ovan kan därför liknas vid en tratt: under en kortare tid går det att hälla mer vatten i tratten än vad den släpper igenom i botten. Det som händer är att de övre delarna av tratten fylls och bildar ett magasin. Under en längre period går det dock inte att hälla mer vatten i tratten än vad som rinner ut genom dess botten. För en given tidsperiod går det att hälla så mycket vatten i tratten som det under samma tidsperiod hinner rinna ut genom botten plus den volym som kan lagras upp i tratten, se figur 5. Figur 5 Kapacitet hos ett ledningsnät dimensionerat för 10-årsregn. Dimensionerande avrinningskoefficient antas vara 0,85 och rinntiden genom nätet är 60 minuter. Den volym som kan omhändertas under 90 minuter har markerats som en blå yta.

34 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 7 (16) Genom att för en given varaktighet beräkna tillförd regnvolym och från denna subtrahera den volym som ledningsnätet kan omhänderta under samma tidsperiod kan den på markytan uppdämda volymen vid tidsperiodens slut beräknas. Beräkningar för olika varaktigheter kan göras och den varaktighet som ger den största differensen mellan tillförd och omhändertagen volym blir dimensionerande. Metodiken illustreras med ett exempel i figur 6 där en varaktighet kring 17 minuter blir dimensionerande vilket ger en maximalt uppdämd regnvolym kring 18 millimeter. Outnyttjad ledningskapacitet Uppdämning på markytan Maximal uppdämning Omhändertaget av ledningsnät Omhändertaget av ledningsnät Figur 6 Regnenvelopp för 100-årsregn samt kapacitetsenvelopp för ledningsnät dimensionerat för 10-årsregn. Beräkningsgången som beskrivits ovan är en standardmetod för överslagsmässig dimensionering av utjämningsmagasin och benämns vanligen regnenveloppmetoden, se t.ex. P90 avsnitt (Svenskt Vatten 2004). Ett annat sätt att illustrera resultatet i figur 6 återges i figur 7. I denna figur representeras den tillförda regnvolymen av ett antal staplar, en för varje studerad varaktighet. Den negativa delen av stapeln representerar den del av regnvolymen som har omhändertagits av ledningsnätet medan den positiva delen representerar den volym som däms upp på markytan.

35 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 8 (16) Figur 7 Uppämning på markytan vid 100-årsregn för hårdgjorda ytor med ledningsnät dimensionerat för 10-årsregn.

36 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 9 (16) 3. Infiltration av nederbörd på grönytor Regn som faller över grönytor infiltrerar vanligen men vid stora regn kan det hända att regnintensiteten överskrider infiltrationskapaciteten, varvid även vatten från dessa ytor kan bidra till marköversvämning. I början av ett infiltrationsförsök är infiltrationskapaciteten vanligen högre än i slutet av försöket. Detta beror på att vatten under försökets inledande fas tränger ner och fyller upp markens ytligare skikt, vilka är mer porösa och lättgenomsläppliga än de djupare skikten. Med tiden mättas emellertid de övre jordlagren och den fortsatta infiltrationen begränsas då av de djupare jordlagrens genomsläpplighet. Liksom vid avledning av dagvatten via ledningar kan man likna infiltration av vatten vid att hälla vatten i en tratt, se figur 8. Egentligen är det inte tiden sedan infiltrationen inleddes som avgör infiltrationskapaciteten utan den mängd vatten som under närtid har infiltrerat. Tillförs mindre vatten än vad som kan infiltrera under en given tidsperiod kvarstår den outnyttjade infiltrationskapaciteten och den kan då nyttjas vid senare tidpunkter i infiltrationsförloppet, se bilaga F. Figur 8 Infiltrationskurva med initial infiltrationskapacitet på 100 mm/h som succesivt faller mot 10 mm/h. Den volym som kan omhändertas under 90 minuter har markerats som en grön yta.

37 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 10 (16) Outnyttjad infiltrationskapacitet Uppdämning på markytan Omhändertaget via infiltration Omhändertaget via infiltration Figur 9 Regnenvelopp för 100-årsregn samt kapacitetsenvelopp för infiltration med initial infiltrationskapacitet på 100 mm/h. Regnenveloppmetoden kan även i detta fall användas för att bedöma maximal uppdämning på markytan, se figur 9. Ett annat sätt att illustrera resultatet i figur 9 återges i figur 10. I denna figur representeras den tillförda regnvolymen av ett antal staplar, en för varje studerad varaktighet. Den negativa delen av stapeln representerar den del av regnvolymen som har infiltrerat medan den positiva delen representerar den volym som däms upp på markytan. En varaktighet kring 10 minuter blir dimensionerande vilket ger en maximalt uppdämd regnvolym kring 14 millimeter. Det är värt att notera att maximal uppdämning på markytan i figur 10 erhålls vid en varaktighet kring 10 minuter medan maximal uppdämning på markytan i figur 7 erhålls vid en varaktighet kring 17 minuter. Den varaktighet som ger maximal uppdämning på grönytor är således inte densamma som den varaktighet som ger maximal uppdämning på hårdgjorda ytor. Detta beror på att infiltrationskapaciteten och ledningsnätets kapacitet inte är identiska.

38 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 11 (16) Figur 10 Uppämning på markytan vid 100-årsregn för grönytor med initial infiltrationskapacitet på 100 mm/h som succesivt faller mot 10 mm/h.

39 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 12 (16) 4. Områdesvis samverkan av infiltration och avledning För att finna den varaktighet som ger maximal uppdämning i ett område bestående av både hårdgjorda och gröna ytor måste uppdämningen på markytan för respektive typ av yta beräknas och sedan fördelas över den totala ytan. I figur 11 har en beräkning gjorts för ett område där 60 procent av områdets ytor antas vara hårdgjorda och 40 procent av ytorna antas utgöras av grönytor. I övrigt antas samma förhållanden som för beräkningarna i figur 7 och i figur 10. En varaktighet kring 13 minuter blir dimensionerande för området som helhet och den totalt uppdämda regnvolymen räknad över hela området blir kring 17 millimeter, det vill säga något lägre än för ett helt hårdgjort område men högre än för ett helt grönt område. Figur 11 Uppämning på markytan vid 100-årsregn för ett område med 60 % hårdgjorda ytor med ledningsnät dimensionerat för 10-årsregn samt 40 % grönytor med initial infiltrationskapacitet på 100 mm/h som succesivt faller mot 10 mm/h.

40 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 13 (16) 5. Återkomsttidens betydelse I figur 12 redovisas den beräknade uppdämningen för ett regn med 1000 års återkomsttid för ett område med samma egenskaper som det område vars dämning vid ett 100-årsregn redovisas i figur 11. Dimensionerande varaktighet hamnar vid 1000-årsregnet kring 100 minuter och den maximala dämningen blir 73 millimeter. Dämningen på markytan ökar i detta exempel med en faktor på drygt 4 vid ett 1000-årsregn jämfört med ett 100-årsregn, trots att regnet i sig bara ökat med en faktor på drygt 2. Anledningen till detta är att i princip allt tillkommande vatten i 1000-årsregnet (jämfört med 100-årsregnet) däms upp på markytan medan endast en mindre del av 100-årsregnet däms upp på ytan (huvuddelen omhändertas av infiltration och ledningar). Hur stor dämningen som kan förväntas på markytan vid olika återkomsttider för det aktuella exemplet redovisas i figur 13. Regnets återkomsttid har alltså stor betydelse för hur mycket vatten som däms upp på markytan. Det är därför viktigt att vara på det klara med vilken risknivå man vill studera och välja återkomsttid i förhållande till denna. För generell bebyggelse kan det kanske vara rimligt med en risknivå motsvarande 100 års återkomsttid medan samhällsviktiga funktioner kanske bör klara regn med längre återkomsttid än så. Figur 12 Uppämning på markytan vid 1000-årsregn för ett område med 60 % hårdgjorda ytor med ledningsnät dimensionerat för 10-årsregn samt 40 % grönytor med initial infiltrationskapacitet på 100 mm/h som succesivt faller mot 10 mm/h.

41 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 14 (16) Figur 13 Uppämning på markytan för regn med olika återkomsttider. Avser ett område med 60 % hårdgjorda ytor med ledningsnät dimensionerat för 10-årsregn samt 40 % grönytor med initial infiltrationskapacitet på 100 mm/h som succesivt faller mot 10 mm/h.

42 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga E 15 (16) 6. Referenser Svenskt Vatten 2004, Dimensionering av allmänna avloppsledningar, Publikation P90.

43 Stockholm Vatten AB Tel En del av Stockholms stad

44 Bilaga till rapport 15SV737 Skyfallsmodellering för Stockholms stad Diarienummer Projektnummer 15SV Bilaga F - Inventering och analys av kunskapsunderlag avseende infiltration på grönytor Joakim Pramsten

45 Stockholm Vatten AB 2015 Författare: Joakim Pramsten, Rapporten citeras: Pramsten, J (2015). Skyfallsmodellering för Stockholms stad. Stockholm Vatten AB. Internt Dnr: 15SV737 Kontaktuppgifter: Stockholm Vatten AB, Stockholm Telefon: Webb:

46 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 1 (14) Sammanfattning Infiltrationskapaciteten är den viktigaste parametern för att kunna bedöma hur mycket vatten som kan tänkas avrinna från grönytor i samband med intensiva regn. Den typ av regn som främst associeras med marköversvämningar i urbana miljöer är relativt korta men mycket intensiva sommarregn, så kallade konvektionsregn. Denna typ av regn uppträder i samband med längre perioder av varmt väder. De infiltrationskapaciteter som redovisas i litteraturen avser vanligen det så kallade slutvärdet av en infiltrationsmätning. I början av ett infiltrationsförsök är infiltrationskapaciteten ofta högre än slutvärdet eftersom vatten under en inledande fas kan tränga ner i och fylla upp markens ytligare skikt. För intensiva skyfall under sommaren torde det vara viktigt att ta hänsyn till den infiltrations- och magasineringskapacitet som finns att tillgå i de ytliga jordlagren. I denna bilaga inventeras och analyseras de kunskapsunderlag som har kunnat uppbringas i ämnet.

47 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 2 (14) INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. Hortonsk ytavrinning från grönytor 3 2. Mättad avrinning från grönytor 3 3. Infiltrationskapacitet hos grönytor vid intensiva sommarregn 4 4. Infiltrationskapacitet på åker- och ängsmark (Engdahl 1975) 5 5. Infiltrationskapacitet på kompakterade, urbana grönytor (Pit 1999) 9 6. Sammanfattning av resultat från infiltrationsundersökningar Referenser 13

48 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 3 (14) 1. Hortonsk ytavrinning från grönytor Infiltrationskapaciteten hos en infiltrationsyta avtar ju längre infiltrationsförloppet pågår tills infiltrationskapaciteten når ett konstant värde, det så kallade slutvärdet. Detta värde kan vara avsevärt lägre än startvärdet vid infiltrationsförloppets början. Infiltrationskapaciteten vid tiden t kan beskrivas med Hortons ekvation: f t = f c + (f 0 f c )e kt där f t är infiltrationskapaciteten vid tiden t f 0 f c k t e är infiltrationens startvärde är infiltrationens slutvärde är en reduktionskoefficient är tiden sedan infiltrationen inleddes är basen för den naturliga logaritmen Den ackumulerade infiltrationen vid tiden t kan med samma beteckningar skrivas: F t = f c t + (f 0 f c ) (1 e kt ) k Egentligen är det inte tiden sedan infiltrationen inleddes som avgör infiltrationskapaciteten utan den mängd vatten som under närtid har infiltrerat. I Hortons ekvation förutsätts att tillräckliga mängder vatten hela tiden finns tillgängligt för att motsvara infiltrationskapaciteten. Tillförs mindre vatten än vad som kan infiltrera under en given tidsperiod kvarstår den outnyttjade infiltrationskapaciteten och den kan då nyttjas vid senare tidpunkter i infiltrationsförloppet. Om det vid någon tidpunkt under infiltrationsförloppet tillförs mer vatten än marken för tillfället kan ta emot avrinner detta på ytan. Denna typ av avrinning kallas Hortonsk avrinning. Det är ovanligt att Hortonsk avrinning uppkommer på naturliga, bevuxna ytor men vid mycket intensiva regn kan det ske. Kompakterade ytor har oftast lägre infiltrationskapacitet än okompakterade och risken för Hortonsk avrinning är således större för sådana ytor. Kompakterade ytor förekommer t.ex. i områden där arbetsmaskiner eller människor regelbundet rör sig. Får ytorna vila en längre tid luckras de upp av frostsprängning, torrsprickor, rötter och maskar med mera, vilket leder till att infiltrationskapaciteten ökar. 2. Mättad avrinning från grönytor En annan typ av avrinning från grönytor är mättad avrinning som kan uppstå i samband med långvariga och volymrika regn. Vid mättad avrinning stiger grundvattenytan ända upp till markytan i vissa lägen, oftast lågpunkter, vilket omöjliggör infiltration i dessa lägen. Den mättade avrinningen orsakas vanligen av betydligt långsammare processer än enstaka timmar av intensiv nederbörd.

49 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 4 (14) 3. Infiltrationskapacitet hos grönytor vid intensiva sommarregn Den typ av regn som främst associeras med marköversvämningar i urbana miljöer är relativt korta men mycket intensiva sommarregn, så kallade konvektionsregn. Denna typ av regn uppträder i samband med längre perioder av varmt väder genom att markytan värmer upp luften ovanför som då hastigt stiger, varvid fukt faller ut som regn. Konvektionsregn varar vanligen bara någon eller några timmar men de kan ändå resultera i omfattande översvämningar på grund av att de under denna korta tidsperiod släpper ifrån sig betydligt mer regn än vad stadens avloppssystem är dimensionerat för att avleda, vilket leder till vattenansamlingar och flöden på markytan. En helt annan typ av regn är frontregn. De kan vara både längre och mer volymrika än sommarens konvektionsregn men de är i allmänhet mindre intensiva och kan därför oftast tas omhand av stadens dagvattensystem utan att orsaka marköversvämningar. I större avrinningsområden med mycket naturmark kan även frontregn ge upphov till översvämningar. Den typiska översvämningssituationen vid sådana tillfällen utgörs av vattendrag som stiger över sina bräddar. De infiltrationskapaciteter som redovisas i litteraturen avser vanligen det så kallade slutvärdet av en infiltrationsmätning. Slutvärdet erhålls normalt efter 2-5 timmars infiltration då infiltrationshastigheten har hunnit stabilisera sig och blivit konstant med avseende på tiden. I början av ett infiltrationsförsök är infiltrationskapaciteten vanligen högre än slutvärdet eftersom vatten under en inledande fas kan tränga ner i, och fylla upp, markens ytligare skikt. För intensiva skyfall under sommaren torde det vara viktigt att ta hänsyn till den infiltrations- och magasineringskapacitet som finns att tillgå i de ytliga jordlagren. Eftersom konvektionsregn främst uppkommer under varma perioder sommartid kan marken förutsättas vara relativt torr och ha god lagringskapacitet vid regnets början. Det är därför viktigt att ha tillgång till data om hela infiltrationsförloppet vid dessa regntillfällen och inte bara om infiltrationens slutvärde. Tyvärr har det visat sig vara svårt att hitta tillförlitliga data från infiltrationsförsök som redovisar infiltrationsförloppet från början till dess att konstant infiltration uppnås. Det har även varit svårt att hitta dokumenterade infiltrationsförsök där infiltrationen har fått ske genom de ytliga jordlagren, det vill säga där vatten påförts direkt på den opåverkade markytan. Ofta rensas de övre jordlagren bort innan försöken påbörjas i syfte att underlätta provtagningen och snabbare nå infiltrationens slutvärde. Sådana mätningar är av förklarliga skäl oanvändbara för att uppskatta infiltrationskapaciteten om syftet är att också beakta den inverkan på infiltrationsförloppet som de ytliga jordlagren kan ha. Den enda dokumentation som har kunnat uppbringas avseende svenska infiltrationsförsök utförda direkt på markytan, där infiltrationsförloppet har dokumenterats vid olika tidpunkter från start- till slutvärde, finns i en sammanställning från 1981 gjord av Geohydrologiska Forskningsgruppen på Chalmers tekniska högskola (Lindblad 1981). I sammanställningen refereras data från infiltrationsundersökningar på åker- och ängsmark i Angered (Engdahl 1975). Dessa data har här använts för att uppskatta infiltrationskapaciteten hos naturliga grönytor samt hos anlagda grönytor med okompakterade jordar. I USA har det utförs infiltrationsförsök på urbana och påverkade jordar där detaljerade resultat från hela infiltrationsförloppet redovisas (Pit 1999). Dessa data har använts för att uppskatta infiltrationskapaciteten hos anlagda grönytor med kompakterade jordar i urban miljö.

50 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 5 (14) 4. Infiltrationskapacitet på åker- och ängsmark (Engdahl 1975) Infiltrationsundersökningarna utfördes i Angered under försommaren Det undersökta området bestod av åker- och ängsmark som skulle bebyggas med bostäder. Jorden bestod av lera ovanpå friktionsjord. Det översta lerskiktet bestod av torrskorpelera med ett djup som varierade mellan 0 och 2 meter. Jorddjupet totalt varierar mellan 10 och 15 meter. Vid höjdpartierna var jorddjupet ringa och friktionsmaterial, bland annat svallsediment, överväger. Infiltrationskapaciteten mättes med dubbelringsinfiltrometrar i 10 punkter. Två försök gjordes på varje plats, ett på den vegetationsklädda markytan och ett 30 centimeter ner i marken. Infiltrationskapaciteten var högre på ytan för samtliga mätpunkter utom två. I dessa två mätpunkter uppges markytan ha varit hård och torr i det ena fallet och fuktig av regn i det andra. I tabell 1 redovisas resultaten av de försök som utfördes på den vegetationsklädda markytan sorterade efter fallande initial infiltrationskapacitet. Tabell 1 Uppmätt infiltrationskapacitet för ängs- och åkermark (Engdahl 1975). Uppmätt momentan infiltrationskapacitet [mm/h] Mätpunkt Jordtyp 0 timmar 2 timmar 4 timmar 6 timmar 10a Friktion a Friktion a Friktion a Friktion a Lera a Lera a Lera a Lera a Lera ,5-1a Lera Datat i tabell 1 har använts för att grovt bedöma infiltrationskapaciteten för tre olika markförhållanden: I det första fallet antas att 60 % av marken inom ett avrinningsområde kan förväntas utgöras av lera samt att mätpunkterna i Angered utgör ett representativt underlag för hur infiltrationskapaciteten kan variera inom ett sådant område. I det andra fallet antas att 75 % av marken inom ett avrinningsområde kan förväntas utgöras av lera samt att mätpunkterna i Angered utgör ett representativt underlag för hur infiltrationskapaciteten kan variera inom ett sådant område med undantag för de två mest genomsläppliga friktionsjordarna som i detta fall har uteslutits ur bedömningen. I det tredje fallet antas att 100 % av marken inom ett avrinningsområde kan förväntas utgöras av lera samt att mätpunkterna i Angereds lerjordar utgör ett representativt underlag för hur infiltrationskapaciteten kan variera inom ett sådant område. De fyra mätpunkterna i friktionsjord har i detta fall uteslutits helt.

51 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 6 (14) Genom passning av ingångsparametrarna i Hortons ekvation har ett resultat erhållits som genererar resultat mellan mätresultaten från punkterna i Angered, se tabell 2. Tabell 2 Val av parametrar i Hortons ekvation för passning till infiltrationskapacitet för ängsoch åkermark (baserat på data från Engdahl 1975). Passning f 0 f C k mellan Jordtyp [mm/h] [mm/h] [h -1 ] 8a och 4a 60 % lera ,6 4a och 6a 75 % lera a och 7a 100 % lera ,3 I figur 1 till 3 redovisas passningen av Hortons ekvation för vart och ett av de tre studerade fallen tillsammans med omgivande mätvärden. Figur 1 Passning av Hortons ekvation till mätdata för 60 % lera (d.v.s. passning mellan uppmätta värden för 8a och 4a från Engdahl 1975).

52 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 7 (14) Figur 2 Passning av Hortons ekvation till mätdata för 75 % lera (d.v.s. passning mellan uppmätta värden för 4a och 6a från Engdahl 1975). Figur 3 Passning av Hortons ekvation till mätdata för 100 % lera (d.v.s. passning mellan uppmätta värden för 6a och 7a från Engdahl 1975).

53 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 8 (14) I syfte att bedöma rimligheten i antagandena ovan genomfördes några enkla infiltrationsförsök i villaförorten Norra Ängby (se bilaga G). Fem försök genomfördes totalt. Tre försök utfördes på en villagräsmatta i mycket svag lutning vilken underlagrades av lera och två försök utfördes i en naturmarksslänt med en lutning något brantare än 1:2 som underlagrades av morän. I figur 4 jämförs den ackumulerade infiltrationshastighet som uppmättes i Norra Ängby med den ackumulerade infiltrationskapaciteten för de tre typfallen som härletts från Engdahls undersökningar med hjälp av Hortons ekvation. Jämförelsen indikerar att de tre typfall som härletts från Engdahls undersökningar riskerar att underskatta infiltrationskapaciteten snarare än att överskatta den. Med hänvisning till att Engdahls undersökningar omfattar ett större antal punkter samt att de har genomförts under mer kontrollerade former får dessa ändå tjäna som utgångspunkt för antaganden om infiltrationskapacitet hos naturmark och anlagda gräsmattor i områden där gräsytorna endast i begränsad omfattning utsätts för kompaktering. Figur 4 Jämförelse av resultat från passning av Hortons ekvation till mätdata från Engdahl 1975 med mätdata från Norra Ängby 2015.

54 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 9 (14) 5. Infiltrationskapacitet på kompakterade, urbana grönytor (Pit 1999) Infiltrationsundersökningarna utfördes i Alabama, USA. Undersökningar utfördes på 51 olika urbana eller anlagda grönytor med skiftande förutsättningar. På varje yta genomfördes tre parallella försök med dubbelringsinfiltrometer. Totalt genomfördes alltså 153 infiltrationsförsök. Av dessa 153 försök utfördes 36 försök i kompakterad och torr jord. Resultaten av dessa 36 försök redovisas i tabell 3. Tabell 3 Uppmätt infiltrationskapacitet för kompakterade, torra, urbana grönytor (Pit 1999). Uppmätt ackumulerad infiltrationskapacitet [mm] vid olika tidpunkter under infiltrationsförloppet Minuter OSDC-5C OSDC-4C OSDC-4B OSDC-4A NSDC-2A NSDC-2C OSDC-1C OSDC-5B OCDC-1B NSDC-2B OSDC-2B NCDC-1C OSDC-3B OSDC-3C NCDC-2C OSDC-3A OSDC-2A NSDC-1B NSDC-1A OSDC-2C OSDC-1B NCDC-2B OSDC-5A OCDC-1A NCDC-1B NCDC-1A OCDC-1C OCDC-2C OSDC-1A OCDC-2A NCDC-2A OCDC-2B NSDC-1C OCDC-3B OCDC-3C OCDC-3A

55 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 10 (14) Ovanstående data har använts för att grovt ansätta en genomsnittlig infiltrationskapacitet för anlagda grönytor med kompakterade jordar i urban miljö: I det första fallet antas att 70-percentilen av ovanstående värden är en rimlig övre gräns för den genomsnittliga infiltrationskapaciteten. I det andra fallet antas att 50-percentilen av ovanstående värden är ett rimlig mellanvärde för den genomsnittliga infiltrationskapaciteten. I det tredje fallet antas att 30-percentilen av ovanstående värden är en rimlig undre gräns för den genomsnittliga infiltrationskapaciteten. Genom passning av ingångsparametrarna i Hortons ekvation har ett resultat erhållits som genererar resultat enligt tabell 4. Tabell 4 Val av parametrar i Hortons ekvation för passning till infiltrationskapacitet för kompakterade, urbana grönytor (baserat på data från Pit 1999). f 0 f C k Passning till Jordtyp [mm/h] [mm/h] [h -1 ] 70-percentil Kompakterad ,7 50-percentil Kompakterad ,3 30-percentil Kompakterad ,5 Figur 5 Passning av Hortons ekvation till mätdata för kompakterade, urbana grönytor.

56 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 11 (14) I figur 5 redovisas passningen av Hortons ekvation för vart och ett av de tre studerade fallen tillsammans med motsvarande mätdata. I brist på inhemsk data får dessa tre typfall tjäna som utgångspunkt för antaganden om infiltrationskapacitet hos grönytor som utsatts för kompaktering. 6. Sammanfattning av resultat från infiltrationsundersökningar Infiltrationskurvorna för samtliga sex typfall av markförhållanden som studerats i avsnitt 4 och 5 redovisas i figur 6. Figur 6 Infiltrationskurvor för de sex typfallen av jordar. I figur 7 redovisas den ackumulerade infiltrationskapaciteten för samtliga typfall tillsammans med regnenvelopper för återkomsttiderna 10, 100 och 1000 år (förklaring av regnenveloppmetoden ges i bilaga E). Av figuren framgår att Hortonsk avrinning, d.v.s. avrinning på grund av bristande infiltrationskapacitet, främst verkar vara ett problem för kompakterade jordar samt för regn med återkomsttider på mer än 100 år. Detta stämmer väl överens med erfarenheter från infiltration av dagvatten på gräsytor. En tumregel säger att man vid infiltration av takvatten på en gräsyta bör räkna med att gräsytan behöver vara en till två gånger så stor som den anslutna takytan (Stahre 2004). Eftersom ett regn med 100 års återkomsttid är ungefär dubbelt så stort som ett regn med 10 års återkomsttid medför ovanstående tumregel att en sådan gräsyta, vid ett dimensionerande 10-årsregn, kommer att motta ett flöde motsvarande procent av regnintensiteten hos ett 100-årsregn. För återkomsttider som är betydligt längre än 100 år torde Hortonsk avrinning kunna ge upphov till betydande flöden även för okompakterade jordar.

57 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 12 (14) Figur 7 Infiltrationskurvor för sex typfall av jordar samt regnenvelopper för återkomsttiderna 10, 100 och 1000 år.

58 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga F 13 (14) 7. Referenser Lindblad 1981, Infiltrationsmätningar utförda vid geologiska institutionen CTH/GU, Meddelande nr 60, Geohydrologiska forskningsgruppen, Chalmers Tekniska Högskola. Engdahl 1975, Bestämning av infiltrationskapacitet i främst lerjordar inom Angered. Publikation B49, Chalmers Tekniska Högskola / Göteborgs Universitet Geologiska institutionen. Pit 1999, Infiltration through Disturbed Urban Soils and Compost Amended Soil Effects on Runoff Quality and Quantity. EPA/600/R-00/016, United States Environmental Protection Agency. Stahre 2004, En långsiktigt hållbar dagvattenhantering, Svenskt Vatten

59 Stockholm Vatten AB Tel En del av Stockholms stad

60 Bilaga till rapport 15SV737 Skyfallsmodellering för Stockholms stad Diarienummer Projektnummer 15SV Bilaga G - Beskrivning av några enkla infiltrationsförsök utförda i Norra Ängby 2015 Joakim Pramsten

61 Stockholm Vatten AB 2015 Författare: Joakim Pramsten, Rapporten citeras: Pramsten, J (2015). Skyfallsmodellering för Stockholms stad. Stockholm Vatten AB. Internt Dnr: 15SV737 Kontaktuppgifter: Stockholm Vatten AB, Stockholm Telefon: Webb:

62 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga G 1 (8) Sammanfattning I denna bilaga redovisas resultaten av fem enkla infiltrationsförsök som utfördes i syfte att grovt uppskatta infiltrationskapaciteten hos grönytor som under en kortare tid tillförs stora mängder vatten.

63 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga G 2 (8) INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. Bakgrund 3 2. Hydrologiska förutsättningar 3 3. Infiltrationsförsök på gräsmatta 3 4. Infiltrationsförsök i naturmarksslänt 5 5. Sammanfattning 6

64 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga G 3 (8) 1. Bakgrund Fem enkla infiltrationsförsök har utförts i Norra Ängby i syfte att grovt uppskatta infiltrationskapaciteten hos grönytor som under en kortare tid tillförs stora mängder vatten. Målsättningen med försöken var att bedöma i vilken mån ytavrinning kan tänkas uppkomma på grönytor vid ett regn med 100 års återkomsttid och hur stor denna ytavrinning i så fall kan tänkas vara. 2. Hydrologiska förutsättningar Infiltrationsförsöken utfördes den 3 april Grundvattenytan låg troligen relativt högt under försöken eftersom SMHI rapporterade maxflöden för vårfloden i de mindre vattendragen i regionen tre dagar före försöken. Mellan den 20 och den 31 mars föll det dessutom 45 millimeter regn enligt Stockholm Vattens nederbördmätare vid Åkeshov. Merparten av detta regn, 35 millimeter, föll mellan den 26 och den 31 mars. Ett par dygn av torrväder föregick infiltrationsförsöken men markytan var fortfarande fuktig efter de senaste veckornas regn och det är troligt att åtminstone en del av porvolymen i de djupare jordlagren var vattenfylld vid infiltrationsförsökens början. 3. Infiltrationsförsök på gräsmatta Infiltrationsförsöken på villagräsmattan genomfördes i tre punkter, dels i två punkter med en mycket svag lutning ned mot ett lågstråk och dels i en punkt i själva lågstråket. Punkten i lågstråket är den av de tre punkterna som är mest kompakterad då lågstråket används som gångstråk till ett trädgårdsförråd. De övriga två punkterna beträds bara sporadiskt då folk rör sig över gräsmattan. Gräsmattan är anlagd direkt på underliggande lera och infiltrationsegenskaperna hos de djupare jordlagren torde därför vara begränsande vid långvarig, oavbruten infiltration. Under kortare tidsperioder är det dock främst de ytliga jordlagrens infiltrations- och magasineringskapacitet som avgör hur mycket som kan infiltreras. Försöken genomfördes genom att en pallkrage med innermåtten 0,56 0,76 meter placerades med längdriktningen i marklutningens riktning. Pallkragen trycktes ned mot markytan men lokalt fanns det fortfarande möjlighet för vatten att rinna under pallkragen via lokala lågpunkter i markytan. En till två decimeter nedströms pallkragen grävdes en slits i jorden vinkelrätt mot markvattnets förmodade flödesriktning i syfte att kunna observera eventuella markflöden och på så sätt bedöma omfattningen av sidoflöden utanför pallkragen. Vatten påfördes markytan innanför pallkragen via en vattenkanna med stril i sådan omfattning att viss dämning tidvis uppstod på markytan, men inte snabbare än att dämningen kunde infiltrera utan att vatten rann vidare under kanten på pallkragen. Det mesta av vattnet påfördes i pallkragens uppströmsände och fick rinna tills de närmade sig nedströmsänden. Någon gång smet en mindre mängd vatten under pallkragen men aldrig mer än att det stannade inom fem centimeter från plinten. Totalt påfördes 60 liter vatten vid vart och ett av de tre försöken och tiden registrerades för var tionde liter som påfördes. Efter att försöket avslutats undersöktes marken innanför och utanför pallkragen genom att slitsar togs upp i jorden varefter dess fuktighet undersöktes genom att känna på jorden med händerna för på så sätt bedöma hur fuktpåverkad den var och få en uppfattning om hur långt utanför plinten vatten kan ha läckt via marken. Infiltrationshastigheten korrigerades genom att hela den fuktpåverkade ytan antogs bidra till infiltrationen, inte bara ytan innanför pallkragen.

65 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga G 4 (8) Tabell 1 Sammanställning av resultaten från infiltrationsförsöken på gräsmattan. Gräsyta 1 Gräsyta 2 Gräsyta 3 Topografi Svagt lutande Svagt lutande Lokalt lågstråk Påverkan utanför pallkrage c:a 5 cm c:a 10 cm c:a 20 cm Maximalt aktiv yta 0,66 0,86=0,57 m² 0,76 0,96=0,73 m² 0,96 1,16=1,1 m² Totalvolym över aktiv yta c:a 105 mm c:a 82 mm c:a 54 mm Infiltrationstid 8,22 minuter 16,28 minuter 21,36 minuter Infiltrationshastighet c:a 13 mm/minut c:a 5 mm/minut c:a 2,5 mm/minut Genomsnittligt infiltrationsflöde c:a 2100 l/s ha c:a 830 l/s ha c:a 420 l/s ha Tabell 2 Infiltrationstiden för var tionde liter vatten som påfördes gräsmattan i de olika försöken. Gräsyta 1 Gräsyta 2 Gräsyta 3 Infiltrationstid 0-10 liter 0,44 minuter 0,58 minuter 1,30 minuter Infiltrationstid liter 1,11 minuter 2,57 minuter 3,01 minuter Infiltrationstid liter 1,31 minuter 2,36 minuter 3,30 minuter Infiltrationstid liter 1,34 minuter 3,58 minuter 4,02 minuter Infiltrationstid liter 1,42 minuter 2,59 minuter 4,06 minuter Infiltrationstid liter 1,40 minuter 3,00 minuter 5,27 minuter Infiltrationstid 0-60 liter 8,22 minuter 16,28 minuter 21,36 minuter Den totala volym som infiltrerades på Grönyta 3 under de drygt 20 minuter som provet pågick är jämförbar med volymen av ett 100-årsregn med en timmes varaktighet. Ett 100-årsregn med två timmars varaktighet hade resulterat i ytterligare 10 millimeter regn men för den tillkommande volymen hade nästan 100 minuters extra infiltrationstid stått till förfogande. På motsvarande sätt hade ett 100-årsregn med fyra timmars varaktighet resulterat i 22 millimeter regn utöver den volym som infiltrerades vid försöket, men för den tillkommande volymen hade 220 minuters extra infiltrationstid stått till förfogande. För att klara regn av denna storleksordning måste marken kunna infiltrera 6 mm/h utöver vad som infiltrerades under själva försöket vilket inte verkar orimligt. Resultatet från infiltrationsförsöket tyder på att det inte är orimligt att tänka sig att ett regn med 100 års återkomsttid kan infiltreras i sin helhet om det faller över gräsytor som är någorlunda plana, även om dessa är anlagda på lera.

66 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga G 5 (8) 4. Infiltrationsförsök i naturmarksslänt Infiltrationsförsöken i naturmarksslänten genomfördes på två olika platser, båda med en marklutning kring 1:2,3. Försöken utfördes genom att 30 liter vatten påfördes i mitten av en cirkel av ursprunglig mark med en diameter på 0,5 meter. Runt cirkeln sopades löv och skräp bort så att den underliggande jorden blottlades. Två decimeter nedströms cirkeln grävdes en tvärgående slits i jorden för att ge en indikation på om ytliga flöden uppstod i jorden nedströms mätplatsen. Vattnet påfördes i omgångar med en vattenkanna försedd med sil. Vattnet portionerades ut över en mindre yta i cirkelns mitt med cirka 0,3 meter diameter i sådana mängder att vattenflöden ej uppstod på den rensopade ytan nedströms provplatsen. En liten rännil rann vid ett tillfälle ut från provplatsen och ned till den grävda slitsen men rännilen var så liten att den ej bedöms ha någon betydelse för resultatet. I övrigt noterades inget vatten utanför provplatsen, vare sig på markytan eller i den grävda slitsen. Infiltrationshastigheten korrigerades genom att hela den lövtäckta cirkelytan med 0,5 meters diameter antogs bidra till infiltrationen. Tabell 3 Sammanställning av resultaten från infiltrationsförsöken i naturmarksslänten. Naturmarksslänt 1 Naturmarksslänt 2 Topografi Lutning 1:2,3 Lutning 1:2,3 Påverkan utanför provplats Ingen synbar Ingen synbar Maximalt aktiv yta 0,38 m² 0,38 m² Totalvolym över aktiv yta c:a 79 mm c:a 79 mm Infiltrationstid 9,42 minuter 9,57 minuter Infiltrationshastighet c:a 8,1 mm/minut c:a 7,9 mm/minut Genomsnittligt infiltrationsflöde c:a 1350 l/s ha c:a 1300 l/s ha Tabell 4 Infiltrationstiden för var tionde liter vatten som påfördes naturmarksslänten i de olika försöken. Naturmarksslänt 1 Naturmarksslänt 2 Infiltrationstid 0-10 liter 2,09 minuter 2,17 minuter Infiltrationstid liter 3,31 minuter 3,13 minuter Infiltrationstid liter 4,02 minuter 4,27 minuter Infiltrationstid 0-30 liter 9,42 minuter 9,57 minuter

67 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga G 6 (8) Den totala volym som infiltrerades under de drygt 9 minuter som respektive prov pågick är jämförbar med volymen av ett 100-årsregn med 4 timmars varaktighet. Resultatet från infiltrationsförsöket tyder på att det inte är orimligt att tänka sig att ett regn med 100 års återkomsttid kan infiltreras där det faller, även om det faller över kraftigt kuperade naturmarksytor. 5. Sammanfattning Resultaten från de genomförda infiltrationsförsöken har sammanställts i figur 1. Figur 1 Resultat från genomförda infiltrationsmätningar. Resultatet från infiltrationsförsöken på gräsmattan tyder på att det inte är orimligt att tänka sig att ett regn med 100 års återkomsttid kan infiltreras i sin helhet om det faller över gräsytor som är någorlunda plana, även om dessa är anlagda på lera. Resultatet från infiltrationsförsöket i naturmarksslänten tyder på att det inte är orimligt att tänka sig att ett regn med 100 års återkomsttid kan infiltreras där det faller, även om det faller över kraftigt kuperade naturmarksytor. Försöken genomfördes med mycket enkel utrustning och resultaten måste därför tolkas och användas med försiktighet.

68 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga G 7 (8)

69 Stockholm Vatten AB Tel En del av Stockholms stad

70 Bilaga till rapport 15SV737 Skyfallsmodellering för Stockholms stad Diarienummer Projektnummer 15SV Bilaga H - Framtagande av nettonederbörd till hydraulisk markavrinningsmodell Joakim Pramsten

71 Stockholm Vatten AB 2015 Författare: Joakim Pramsten, Rapporten citeras: Pramsten, J (2015). Skyfallsmodellering för Stockholms stad. Stockholm Vatten AB. Internt Dnr: 15SV737 Kontaktuppgifter: Stockholm Vatten AB, Stockholm Telefon: Webb:

72 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 1 (26) Sammanfattning I denna bilaga redovisas de parameterval som ligger till grund för den nettonederbörd som använts som indata i den hydrauliska markavrinningsmodellen. I syfte att visa på hur osäkerheter i modellansats och parameterval kan tänkas slå har ingångsparametrar tagits fram för fyra scenarier. Tre av scenariona utgår från nuvarande markanvändning. Det fjärde scenariot utgår från att all mark i kommunen betraktas som hårdgjord.

73 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 2 (26) INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. Val av ingångsparametrar för hårdgjorda ytor Återkomsttid Avrinningskoefficient Koncentrationstid Val av ingångsparametrar för grönytor Infiltrationsparametrar Andel kompakterade grönytor Val av hårdgöringsgrad för olika områdestyper 7 4. Beräkning av nettonederbörd för olika områdestyper 8 5. Val av hårdgöringsgrad för kvartersmark Indata till hydraulisk markavrinningsmodell Referenser 25

74 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 3 (26) 1. Val av ingångsparametrar för hårdgjorda ytor För att uppskatta hur stor avrinning som kan förväntas från hårdgjorda ytor vid ett regn med 100 års återkomsttid måste avloppsnätets kapacitet beräknas. Skillnaden mellan den volym som tillförs av regnet och den volym som kan avledas av avloppsnätet kommer att rinna av på markytan. I skyfallsmodelleringen antas att alla hårdgjorda ytor är anslutna till avloppssystem som är dimensionerade enligt Svenskt Vattens publikation Dimensionering av allmänna avloppsledningar (Svenskt Vatten 2004). För att uppskatta vilket flöde som avloppssystemet under dessa förutsättningar bör kunna avleda är tre parametrar viktiga att känna till: återkomsttiden för det dimensionerande regnet, avrinningskoefficienter för olika markanvändningar samt koncentrationstiden för systemet. Nedan redogörs kortfattat för dessa parametrar och hur de har valts i de olika scenariorna Återkomsttid Allmänna avloppssystem ska dimensioneras så att skadliga översvämningar inte uppkommer oftare än vart tionde år, räknat som ett statistiskt medelvärde över en längre tidsperiod. Detta har varit utgångspunkten för beräkningen av avloppsystemets kapacitet och det är denna kapacitet som använts i scenario B. Eftersom rör kommer i fasta dimensioner måste ofta en större dimension väljas på röret än den dimension som teoretiskt sett skulle fordras för att avleda ett 10-årsregn. Det kan därför tänkas att ledningssystemet lokalt kan ha en högre kapacitet än den dimensionerande 10-årsnivån. En överslagsmässig tumregel är att en ökning av rördimensionen till nästa större dimension fördubblar kapaciteten i ledningen. I medeltal borde därför enskilda rördelar, tagna var för sig, ha en kapacitet som är cirka 50 procent högre än den dimensionerande kapaciteten. I ett ledningssystem kan utjämningseffekter i systemet medföra att överkapaciteten som helhet kan hållas på en lägre nivå än för en enskild rördel, eftersom överdimensionering av vissa delar i kan väga upp en underdimensionering av andra delar. Ett rimligt antagande kan vara att delar av systemet kan klara att avleda ett flöde som är 25 procent högre än det dimensionerande. Eftersom ett regn med 20 års återkomsttid är ungefär 25 procent större än ett regn med 10 års återkomsttid skulle ett rimligt överdimensionerat system kunna ha kapacitet att avleda ett regn med 20 års återkomsttid. Denna kapacitet har använts i scenario A. Även om det allmänna avloppssystemet har dimensionerats för att kunna hantera ett 10-årsregn är det inte säkert att flöden av den storleksordningen faktiskt kan tas omhand i alla lägen. För det första är det inte säkert att vattnet kan ta sig ned till de allmänna ledningarna i den omfattning som krävs. Kapacitetsbegränsningar kan finnas i såväl ledningar på fastighetsmark som i väghållarens rännstensbrunnar. Mot bakgrund av detta har en avledningskapacitet motsvarande ett regn med 5 års återkomsttid använts i scenario C. Det motsvarar en reduktion av avledningskapaciteten på ungefär 20 procent jämfört med ett 10-årsregn. De återkomsttider som har använts i respektive scenario sammanfattas tillsammans med andra data i tabell 1.

75 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 4 (26) Tabell 1 Ingångsparametrar för beräkning av ledningsnätets kapacitet. Scenario A Scenario B Scenario C Återkomsttid som antas motsvara ledningsnätets verkliga kapacitet 20 år p.g.a. att ledningar väljs som närmast större dimension 10 år dimensionerande kapacitet för allmänna ledningar 5 år p.g.a. begränsningar på fastighetsmark samt igensättning av brunnar m.m. Avrinningskoefficient som antas ha använts vid dimensioneringen av ledningsnätet (A h är andelen hårdgjord yta) 0,8 A h+0,10 generöst dimensionerat ledningsnät 0,8 A h+0,05 normalt dimensionerat ledningsnät 0,8 A h mindre generöst dimensionerat ledningsnät Koncentrationstid som antas motsvara ledningsnätets kapacitet 30 minuter kort rinntid genom systemet 60 minuter medellång rinntid genom systemet 120 minuter lång rinntid genom systemet 1.2. Avrinningskoefficient Avrinningskoefficienten är ett mått på hur stor andel av nederbörden som kan antas avrinna som dagvatten. Den används vid dimensionering av avloppsystem och ansätts med utgångspunkt från markanvändningen. I en rapport publicerade av Svenskt Vatten Utveckling (Tegelberg & Svensson 2013) har ett antal olika områden karterats i detalj. För varje område redovisas både hårdgöringsgrad och beräknad avrinningskoefficienter. I figur 1 har dessa data sammanställts. Av figuren framgår att avrinningskoefficienten i princip uppvisar en linjär korrelation med hårdgöringsgraden. Eftersom uppskattningar av avrinningskoefficienter alltid inrymmer ett vist mått av osäkerhet har tre linjära funktioner tagits fram. Funktionerna har använts för att uppskatta de avrinningskoefficienter som kan antas ha använts vid ledningsdimensionering i de olika scenarierna. Den första funktionen överskattar troligen avrinningskoefficienten något och resulterar därför i ett generöst dimensionerat ledningsnät, den andra funktionen kan antas resultera i ett normalt dimensionerat ledningsnät medan den tredje funtionen troligen underskattar avrinningskoefficienten och därför kan antas ge en mindre generös dimensionering. Funktionernas passning till karterade data framgår av figur 1. Vilken funktion som har använts för att beräkna avrinningskoefficienter i respektive scenario framgår av tabell 1.

76 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 5 (26) Figur 1 Avrinningskoefficienter för olika områden redovisade av Tegelberg och Svensson 2013 samt grafer till tre linjära funktioner för beräkning av avrinningskoefficienter med utgångspunkt från ett områdes hårdgöringsgrad Koncentrationstid Den sista parametern som inverkar vid dimensionering av dagvattenledningar är rinntiden genom ledningssystemet. Denna parameter kallas för koncentrationstid, eftersom den anger hur lång tid det tar för alla delar av systemet att samverka och ge upphov till ett koncentrerat, gemensamt flöde längst ner i systemetet. Den dimensionerande koncentrationstiden har antagits ligga mellan 30 minuter och 2 timmar i de olika scenarierna. Den koncentrationstid som har använts i respektive scenario redovisas i tabell 1.

77 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 6 (26) 2. Val av ingångsparametrar för grönytor För att uppskatta hur stor avrinning som kan förväntas från grönytor vid ett regn med 100 års återkomsttid måste infiltrationskapaciteten beräknas. Skillnaden mellan den volym som tillförs av regnet och den volym som kan infiltrera kommer att rinna av på markytan Infiltrationsparametrar Infiltrationsberäkningarna har gjorts med Hortons ekvation. Infiltration på grönytor behandlas mer utförligt i bilaga F och i denna bilaga ges också en bakgrund till valet av infiltrationsparametrar. Infiltrationskapaciteten är beroende av jordens kompakteringsgrad och i tabell 2 redovisas de infiltrationsparametrar som valts för icke-kompakterade grönytor i de olika scenariorna. På motsvarande sätt redovisas i tabell 3 de parametrar som valts för kompakterade grönytor. Tabell 2 Ingångsparametrar för infiltrationskapacitet på icke-kompakterade grönytor baserade på Engdahl Scenario A (60 % lera) Scenario B (75 % lera) Scenario C (100 % lera) Initial infiltrationskapacitet (f 0) 340 mm/h 270 mm/h 170 mm/h Slutvärde för infiltration (f c) 80 mm/h 70 mm/h 18 mm/h Reduktionsfaktor (k) 0,6 h -1 1,0 h -1 1,3 h -1 Tabell 3 Ingångsparametrar för infiltrationskapacitet på kompakterade grönytor baserade på Pit Scenario A (30-percentil) Scenario B (50-percentil) Scenario C (70-percentil) Initial infiltrationskapacitet (f 0) 160 mm/h 125 mm/h 65 mm/h Slutvärde för infiltration (f c) 20 mm/h 15 mm/h 10 mm/h Reduktionsfaktor (k) 2,7 h -1 3,3 h -1 1,5 h -1

78 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 7 (26) 2.2. Andel kompakterade grönytor I tabell 4 redovisas de antaganden som har gjorts kring hur stor andel av grönytorna inom respektive bebyggelsetyp som ska räknas som kompakterade i de olika scenariona. Dessa antaganden baseras på rena gissningar och är därför osäkra. Tabell 4 Andel av grönytorna inom respektive bebyggelsetyp som antas vara kompakterade. Andel av grönytorna som antas vara kompakterade Scenario A Scenario B Scenario C Verksamhetsområde 0,10 0,40 1,00 Innerstadsbebyggelse 0,20 0,60 1,00 Ytterstadsbyggelse 0,10 0,30 0,50 Villabebyggelse 0,05 0,10 0,20 3. Val av hårdgöringsgrad för olika områdestyper I Rapport Nr från Svenskt Vatten Utveckling (Tegelberg & Svensson 2013) har, som tidigare nämnts, en kartering av hårdgöringsgrader gjorts för olika områden. Resultaten från denna kartering har använts för att uppskatta andelen hårdgjorda ytor som kan förväntas inom fyra vanligt förekommande områdestyper. I tabell 5 redovisas andelen hårdgjorda ytor som uppmättes av Tegelberg & Svensson redovisat som 30-percentilen, 50-percentilen samt 70-percentilen för respektive områdestyp. Dessa hårdgöringsgrader har använts för vidare beräkningar i de olika scenariorna. Tabell 5 Andel hårdgjord yta som kan antas finnas inom respektive områdestyp baserat på detaljerade karteringar utförda av Tegelberg och Svensson Scenario A (30-percentil) Scenario B (50-percentil) Scenario C (70-percentil) Verksamhetsområde 0,82 0,84 0,86 Innerstadsbebyggelse 0,79 0,81 0,91 Ytterstadsbyggelse 0,47 0,50 0,60 Villabebyggelse 0,37 0,40 0,44

79 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 8 (26) 4. Beräkning av nettonederbörd för olika områdestyper I bilaga E beskrivs en metodik för beräkning av den nettovolym av nederbörden som blir kvar på markytan i ett område efter att avdrag för infiltration och avledning via ledningar har gjorts. Denna metodik har här använts för att beräkna nettonederbörd för olika områdestyper i de olika scenarierna. Beräkningarna utgår från det klimat som kan förväntas råda år Uppgifter från SMHI gör gällande att intensiteten för korttidsnederbörd kan förväntas öka med 25 procent jämfört med nuläget (SMHI 2013). I beräkningar har det därför förutsatts att nederbördsintensiteten för en given återkomsttid kommer att vara 25 procent större år 2100 jämfört med i dag. Vidare har det förutsatts att kravet på ledningsnätet år 2100 är att det ska vara dimensionerat för de 10-årsregn som kan förväntas uppträda då. Ett visst spann har dock antagits för ledningskapaciteten i enlighet med de resonemang som förs i avsnitt 1.1. Hårdgöringsgrader för verksamhetsområden, innerstadsbebyggelse, ytterstadsbebyggelse och villabebyggelse har hämtats från tabell 1. Ingångsparametrar för beräkning av ledningsnätets kapacitet har också hämtats från tabell 1. Ingångsparametrar för beräkning av infiltration på grönytor har hämtats från tabellerna 5, 6 och 7. Resultaten från beräkningarna återges i form av grafer i figurerna 2-19.

80 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 9 (26) Figur 2 Scenario A helt hårdgjord yta Figur 3 Scenario A verksamhetsområde

81 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 10 (26) Figur 4 Scenario A innerstadsbebyggelse Figur 5 Scenario A ytterstadsbebyggelse

82 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 11 (26) Figur 6 Scenario A villabebyggelse Figur 7 Scenario A grönområde med okompakterad yta

83 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 12 (26) Figur 8 Scenario B helt hårdgjord yta Figur 9 Scenario B verksamhetsområde

84 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 13 (26) Figur 10 Scenario B innerstadsbebyggelse Figur 11 Scenario B ytterstadsbebyggelse

85 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 14 (26) Figur 12 Scenario B villabyggelse Figur 13 Scenario B grönområde med okompakterad yta

86 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 15 (26) Figur 14 Scenario C helt hårdgjord yta Figur 15 Scenario C verksamhetsområde

87 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 16 (26) Figur 16 Scenario C innerstadsbebyggelse Figur 17 Scenario C ytterstadsbebyggelse

88 Stockholm Vatten Skyfallsmodellering, Bilaga H 17 (26) Figur 18 Scenario C villabebyggelse Figur 19 Scenario C grönområde med okompakterad yta