Hydrologisk och hydraulisk utredning

Transkript

1 Bilaga B Ansökan om tillstånd för kapacitetsförbättrande åtgärder för Mölndalsån från Rådasjön till Kvarnbyfallen Hydrologisk och hydraulisk utredning Göteborg SWECO Environment AB C-G Göransson Uppdragsnummer Mats Andréasson 1 (56)

2 Innehållsförteckning 1 Sammanfattning 4 2 Bakgrund och förutsättningar Höjdsystem, koordinatsystem och fixpunkter Orientering Bakgrund och syfte 6 3 Befintliga förhållanden Uppströms Stensjöns utlopp Nedströms Stensjön Grevedämmet med grenflöden fram till Kvarnbyfallen 13 4 Hydrologiska förhållanden Avrinningsområde Karakteristiska flöden vid Stensjö dämme Högflödestillrinning statistik och erfarenhet 20 5 Reglering och behov av kapacitetsförbättringar Nuvarande reglering Behov av kapacitetsutbyggnad 25 6 Hydrauliska beräkningar Fördelning av flödet i Grevedämmet Hydraulisk beräkning Rådasjön - Kvarnbyfallen 27 7 Framtida reglering Reglering för undvikande av översvämning längs nedre Mölndalsån, allmänt Högflödet årsflöde Tidigare översvämningar, år Tidigare översvämningar, 5 10-årsflöden Extrema flöden större än årsflöden Höga vattenstånd i havet Kraftiga regn över Mölndal och Göteborg Minimitappning Effekter av kapacitetsutbyggnaden 49 8 Metod för reglering av Stensjöns utlopp Allmänt Nedsjöarna och till del även övriga mindre sjöar långt upp i systemet Landvettersjön Gårda dämme Stensjön Regleringssystemets hjärta 52 9 Val av alternativ Förslag till vattenhushållningsbestämmelser 55 2 (56)

3 Bilagor Bilaga 1 Bilaga 2 Bilaga 3 Bilaga 4 PM - Mölndalsån Fördelning av flödet i Grevedämmet nedströms Stensjön dagens förhållanden och förslag till framtida flödesfördelning PM Mölndalsån - Hydraulisk utredning för sträckan Rådasjön Stensjön Grevedämmet - Kvarnbyfallen Utdrag ur Styrstrategier för Mölndalsån Mölndalsån Kritiska vattenstånd från Mölndals centrum till gränsen mot Göteborg. 3 (56)

4 1 Sammanfattning Det pågår arbete i samarbete mellan de kommuner genom vilka Mölndalsån rinner med att utforma ett prognosstyrt, samordnat styroch reglersystem för hela Mölndalsåns vattensystem. För att ett reglersystem ska vara effektivt för att motverka översvämningar krävs att de nedre sjöarna Landvettersjön och Rådasjön Stensjön ges en avsevärt förbättrad kapacitet att förtappa vatten vid en prognos om höga flöden. Härigenom kommer dessa sjöars förmåga att magasinera vatten och att utjämna höga flöden att avsevärt förbättras. Förutom förbättrad flödesutjämningsförmåga i de nedre sjöarna krävs att ån erhåller en förbättrad hydraulisk kapacitet längs vissa åsträckor som från Mölndals centrum till Gårda dämme i Göteborg, samt genom Mölnlycke och Landvetter samhälle. Av ovan angivna krav på förbättringar har åtgärderna för att förbättra Landvettersjöns avtappningsförmåga, liksom kapaciteten i nedre Mölndalsån från Mölndals centrum till Gårda dämme, redan genomförts. Ju större kapaciteten till tappning av vatten från Rådsjön Stensjön är vid lågt vattenstånd i sjöarna, desto större är möjligheten att magasinera vatten vid extremflöden. Idag har utloppet ur Stensjön en kapacitet av enbart ca 4 m 3 /s vid sänkningsgränsen (SG) och ca 11 m 3 /s vid dämningsgränsen (DG). Utloppets kapacitet bör för framtiden ökas till vid sänkningsgränsen ca 15 m 3 /s och vid dämningsgränsen eller något däröver till ca 25 m 3 /s. Av störst betydelse för regleringen av åsystemet är därvid kapaciteten vid låga vattenstånd i Stensjön Rådasjön för att kunna förtappa sjösystemet effektivt under högflödesperioder. Rådasjön är fyra gånger så stor som Stensjön, dvs. 80 % av magasinet Rådasjön Stensjön finns i Rådasjön, vilket förutsätter att fallförlusterna mellan sjöarna hålls låga. Dimensionerande 100-årsflöde, dygnsmedelflöde, är enligt SMHI för en oreglerad Mölndalså 33 m 3 /s vid Stensjöns utlopp och 36 m 3 /s i Mölndals centrum. I Mölndals centrum är motsvarande momentanflöde ca 40 m 3 /s. Efter nu utförda rensningsåtgärder i nedre 4 (56)

5 Mölndalsån har denna fått en ökad kapacitet. Numera går gränsen för en begynnande översvämning längs ån inom Mölndals centrum vid ett flöde av ca 27 m 3 /s och kan kanske förväntas sjunka till 25 m 3 /s innan en ny rensning utförs. Mölndalsåns utlopp ur Stensjön och nedströms delar ner till sammanflödet med Kålleredsbäcken (inkl. Balltorpsbäcken) kan därför lämpligen dimensioneras för 25 m 3 /s, som kan släppas vid normalflöde i Kålleredsbäcken. Under pågående högvattenflöde i den oreglerade Kålleredsbäcken måste dock tappningen från Stensjön begränsas ända ner till i storleksordningen 15 m 3 /s, beroende på flödets storlek, för att inte riskera översvämning i åns nedre, tättbebyggda delar. Förtappning ur de nedre sjöarna inför prognoser om höga flöden och begränsning av flödet ut ur sjöarna under högflödesperioden utgör grundbulten i styr- och reglersystemet. Utförda beräkningar av vilka effekter magasineringen i sjöarna får vid olika utbyggnadsalternativ har visat att det är kapaciteten att tappa ur vatten vid lågt vattenstånd i Rådasjön Stensjön som är avgörande för vilken nivå som respektive sjö kulminerar på. Detta framgår främst vid högflöden som 2006, statistiskt ett 50-årsflöde, då regnvolymen var mycket stor, 44 mm under första dygnet följt av ca 40 mm under påföljande 3 dygn. De alternativ till förbättringar av Stensjöns utlopp som föreligger är en breddning och delvis fördjupning av nuvarande utloppskanal med ett större dämme, alternativt att befintlig utloppskanal kompletteras med plastledning av PE-material, D=2,0 m, från befintligt dämme till Grevedämmet, där utloppskanalen mynnar. En större kanal som av kapacitetsskäl behöver få en mycket jämnare botten än nuvarande ger dels betydligt lägre kapacitet vid lågt vattenstånd i Stensjön, dels ett stort ingrepp i den nuvarande vattenmiljön, som anpassats för fågel- och fiskliv. Med en ledning och ett antal ytterligare förbättringsåtgärder finns det möjlighet att uppnå en kapacitet av ca 15 m 3 /s vid sänkningsgränsen i Stensjön och ca 24 m 3 /s vid dämningsgränsen. Av ovan anförda skäl väljs alternativet med en ledning. Med en ledning som kompletterar befintlig utloppskanal från Stensjön kommer de samlade magasinen Landvettersjön och Rådasjön Stensjön att kunna klara ett flöde av i storleksordningen 200 års återkomsttid utan att det sker översvämningar i Mölndal och Göteborg. Vattenståndsnivåerna i Landvettersjön och Rådasjön Stensjön kommer då att stiga till ungefär samma nivå som Mölnlycke fabriker skyddas dock från översvämning genom gjorda förbättringar och påverkan på samhällena Landvetter och Mölnlycke blir mindre genom de kapacitetsförbättringar i ån som nu genomförs respektive planeras. 5 (56)

6 2 Bakgrund och förutsättningar 2.1 Höjdsystem, koordinatsystem och fixpunkter I denna rapport hänför sig förekommande höjdangivelser till RH2000. Byte till detta höjdsystem har skett nu i januari 2013 i både Göteborg och Mölndal och kommer under februari även att införas i Härryda kommun. Omräkningen från det tidigare använda, Göteborgs lokala höjdsystem (GH 88), sker enligt RH2000 = GH88 9,95 m. Koordinater i plan hänför sig till rikets system SWEREF Orientering Rådasjön Stensjön Ståloppet Kvarnbyfal len Grevedäm metkanali Stensjö dämme Copyright Lantmäteriet Från Figur 1, Översikt över området mellan Mölndal och Rådasjöns västra del. Rådasjön gränsar i sin östra del till Mölnlycke samhälle. Sjön avbördas till Stensjön genom Ståloppet med under normalflöde mycket små fallförluster. I Mölndalsån ca 120 m nedströms utloppet ur Stensjön sker regleringen av det gemensamma magasinet Stensjön Rådasjön genom en reglerdamm med tre luckor, Stensjö dämme. Mölndalsån rinner därefter genom en ca 230 m lång kanal ner till Grevedämmet. I denna fördelas flödet genom utskov på en nordlig gren förbi och genom industribyggnader som tidigare utnyttjat vattenkraften och en sydlig gren, utmed Pixbovägen, för ursprungligen överskottsvatten. Slutligen sker ett sammanflöde av de båda grenarna strax uppströms början till de egentliga Kvarnbyfallen. 2.3 Bakgrund och syfte Det pågår arbete i samarbete mellan de kommuner genom vilka Mölndalsån rinner med att utforma ett prognosstyrt, samordnat styroch reglersystem för hela Mölndalsåns vattensystem. För att ett 6 (56)

7 reglersystem ska vara effektivt för att motverka översvämningar krävs att de nedre sjöarna Landvettersjön och Rådasjön Stensjön ges en avsevärt förbättrad kapacitet att förtappa vatten vid en prognos om höga flöden. Härigenom kan dessa sjöars förmåga att magasinera vatten och utjämna höga flöden avsevärt förbättras. Förutom förbättrad flödesutjämningsförmåga krävs förbättrad hydraulisk kapacitet längs vissa åsträckor som från Mölndals centrum till Gårda dämme i Göteborg, samt genom Mölnlycke och Landvetter samhälle. Förbättring av Landvettersjöns avtappningsförmåga har genomförts, liksom förbättrad kapacitet från Mölndals centrum till Gårda dämme. Med styr- och reglersystemet som hjälpmedel och utförda och planerade utbyggnader av magasineringsförmågan i sjöar och kapacitetsförbättringar på valda åsträckor är avsikten att såväl med rimlig säkerhet undvika framtida översvämningar som att säkerställa tillräckligt med vatten till råvattenförsörjning samt att så långt möjligt eftersträva gynnsamma naturförhållanden. I denna utredning redovisas förslag till förbättringar i hydraulisk kapacitet från Rådasjön till Kvarnbyfallen. I detta område är den primära uppgiften att öka tappningskapaciteten avsevärt från Rådasjön Stensjön inom hela regleringsintervallet för att på så sätt kunna förtappa dessa båda sjöar optimalt under högflödesperioder och när prognossystemet varnar för stor nederbörd och risk för extremflöden. Sjöarnas vattenstånd och tappningen från Stensjön har stor inverkan på vattennivåerna både uppströms i Mölnlycke och nedströms i Mölndal och Göteborg. Vid översvämningarna i december 2006 noterades vattenståndet +96 cm över dämningsgränsen i Stensjön och tappningsflödet var då ca 23 m 3 /s. Inom hela nedre delen av Mölndalsån, från uppströms Mölndals centrum till åns mynning inom Göteborg var stora bebyggda områden, gator, järnvägstunnel m.m. översvämmade under flera dagar med stora samhällskonsekvenser på kommunikationer m.m. som följd. Mölnlycke fabriker drabbades av en mycket kraftig översvämning med vatten som rann genom kontors-, lager- och fabrikslokaler med stora skador som följd. I Landvetter och Mölnlycke samhällen drabbades ett stort antal fastigheter av inträngande vatten. Ju större kapaciteten till tappning av vatten från Rådasjön Stensjön är vid lågt vattenstånd i sjöarna, desto större är möjligheten att magasinera vatten vid extremflöden. Idag har utloppet ur Stensjön en kapacitet av enbart ca 4 m 3 /s vid sänkningsgränsen (SG) och ca 11 m 3 /s vid dämningsgränsen (DG). Önskvärd framtida tappningskapacitet vid Stensjön är vid sänkningsgränsen min 10, helst 15 m 3 /s och vid dämningsgränsen min 20 helst 25 m 3 /s. Dimensionerande 100-årsflöde för en oreglerad Mölndalså vid Rådasjöns utlopp är 32 m 3 /s enligt SMHI. Översvämning i nedströms liggande Mölndals centrum uppkommer efter utförda 7 (56)

8 rensningsåtgärder vid ett flöde av ca 27 m 3 /s och kan kanske förväntas sjunka till 25 m 3 /s innan en ny rensning utförs. Mölndalsåns utlopp ur Stensjön och nedströms delar ner till sammanflödet med Kålleredsbäcken (inkl. Balltorpsbäcken) kan därför lämpligen dimensioneras för 25 m 3 /s, som kan släppas vid normalflöde i Kålleredsbäcken. Under pågående högvattenflöde i den oreglerade Kålleredsbäcken måste dock tappningen från Stensjön begränsas ända ner till ca 15 m 3 /s. 3 Befintliga förhållanden Förhållandena före kapacitetshöjande åtgärder redovisas under detta kapitel. 3.1 Uppströms Stensjöns utlopp Rådasjön har en vattenyta av ca 2,0 km 2 och Stensjön 0,5 km 2. De förbinds via en kanalliknande del med varandra, Ståloppet. Eftersom ca 80 % av totala sjöytan ligger i Rådasjön krävs det att, om det gemensamma magasinet Rådasjön Stensjön ska fungera tillfredsställande, fallförlusterna i Ståloppet blir relativt små vid dimensionerande tappning från Stensjön. Stensjön har i vattendom fastställda regleringsgränser, dämningsgräns (DG) +59,73 m och sänkningsgränsen (SG) +59,15 m. För Rådasjön anges sänkningsgränsen till +59,13 m. Nivåerna är angivna i förhållande till en referenssten, Kungsstenen med ett inhugget märke, XIV, vilket anges ha nivån +59,99 m i GH88. Senare kontrollmätningar visar att referensstenen ligger 0,06 m lägre i detta höjdsystem än vad som angivits i dom. Den pegel som regleringen sker efter har alltid höjdsatts utgående från Kungsstenens nivå. Dess nuvarande nivå, oavsett om det tidigare skett felaktiga avvägningar eller om stenen har satt sig, förutsätts utgöra grunden för omräkningen av regleringsgränserna till det nya höjdsystemet, RH2000. Kungsstenen bör därefter inte längre användas som referenssten utan officiella bergdubbar bör för framtiden användas. Regleringsgränserna uttryckta i RH2000 blir DG +49,72 m och SG +49,14 m i Stensjön samt SG +49,16 m i Rådasjön. Stensjön och Rådasjön har en gemensam, total regleringsvolym motsvarande ca 1,4 Mm 3 inom de tillståndsgivna regleringsgränserna. Till följd av den begränsade tappningskapaciteten vid fullt öppet dämme blir sjöarna dock tidvis kraftigt överdämda vid högflöden. Till följd av dessa överdämningar som inträffat har den praktiskt utnyttjade magasinsvolymen med ca 10 års intervall varit dubbelt så stor och vid översvämningen 2006 nästan tre gånger så stor. 8 (56)

9 Ståloppet är ett bitvis sjöliknande vattenområde som är ca 0,02 km 2 (20 ha) stort med en minsta bredd av ca 8 m vid inloppet, där en gångbro är belägen, och ca 25 m vid utloppet under bron på Pixbovägen. Sträckan mellan in- och utloppet är ca 520 m. Figur 2 Ståloppet, förbindelsen mellan Rådasjön och Stensjön Nuvarande fallförluster genom Ståloppet har analyserats med mätdata från ett tillfälle. Vid ett flöde av 8,5 m 3 /s genom Ståloppet och vattenytan 0,04 m under DG i Stensjön var fallförlusten 0,08 m mellan Rådasjön och Stensjön. Vid den stora översvämningen 2006 uppskattades fallförlusterna till ca 10 cm vid ett flöde på ca 23 m 3 /s, men Stensjön var då överdämd med 0,9 0,96 m, vilket medförde att det blev mycket stora tvärsektioner genom sundet. 9 (56)

10 Figur 3. Kanalen i Ståloppet. 3.2 Nedströms Stensjön Utloppet ur Stensjön utgörs av en delvis grävd kanal med en bredd i vattenytan av ca 20 m. Mellan utloppet och dämmet finns en bro med bredden ca 16 m. Flödet genom brons vänstra spann hindras dock idag till stor del av ett uppströms liggande grundområde med riklig vassväxt. Direkt uppströms dämmet smalnar bredden av i en trattformad utformning. Figur 4 Nedströms Stensjöns utlopp 10 (56)

11 Regleringen av Stensjön och Rådasjön sker via en regleringsdamm, Stensjö dämme, som ligger i Mölndalsån ca 120 m nedströms Stensjöns utlopp. In- och utlopp är uppbyggt av stensatta kanalsidor, medan tröskelsektionen, luckinfästningar och utströmningsplan är av betong. Utskovets fria bredd är 6,42 m med luckbredderna 1,77 m, 2,91 m samt 1,74 m räknat från vänster. Avståndet mellan tröskeln och DG är 1,14 m. Luckornas höjd är 1,11 m vilket innebär att om utskovet är stängt ligger luckornas överkant 0,03 m under DG. Med nuvarande lucksystem finns det således inga möjligheter att helt stoppa eller kraftigt begränsa flöden ut från Stensjön, när sjön nått dämningsgränsen eller är överdämd, eftersom stängda eller delvis stängda luckor medför att vattnet strömmar över luckorna. Figur 5. Regleringsdammen vid Stensjö dämme från uppströmssidan. Sjön regleras efter en avbördningstabell, där luckorna öppnas till helt öppet läge i tur och ordning. Dämmet med sitt tillopp har genom mätningar kalibrerats för kapaciteten vid fullt öppna luckor. Kurvan visas nedan. Den brytpunkt i kurvan som finns ca 0,3 m över DG, beror på att luckorna inte kan höjas längre än att de börjar bromsa vattnet vid denna nivå i Stensjön och dämmets funktion övergår till ett system som motsvarar bottenutskovsluckor. 11 (56)

12 Figur 6. Avbördningskapaciteten i Stensjön som en funktion av vattenståndet vid fullt öppna luckor. Nedströms dammen finns en stensatt kanal. Sektionsbredden är normalt ca 10 m men bitvis något större. Kanalbotten utgörs av sten av varierande storlek. Den genomsnittliga bottenlutningen är drygt 4. Så länge luckorna inte doppar i vattnet sker ingen bakdämning av utflödet förbi dämmet från vattenståndet i nedströms kanal. I den stensatta kanalen har en serie av tvärgående rader av förhållandevis stora stenar lagts för att skapa lokala fallsträckor till glädje för fågellivet, bl.a. strömstarar och för den lokala öringstammen. Dessa stenrader medför dock stort strömningsmotstånd och begränsar kanalens hydrauliska kapacitet. Enligt den kalibrering som gjorts med en hydraulisk modell är motståndstalet M = 14 (ju lägre värde desto lägre kapacitet), vilket är mycket lågt för en kanal med väl stensatta kanalsidor. Figur 7. Den stensatta utloppskanalen med revel för fågel- Figur 8. Revel för fågel- och fiskliv i utloppskanalen 12 (56)

13 och fiskliv. uppströms järnvägsbron. 3.3 Grevedämmet med grenflöden fram till Kvarnbyfallen Mölndalsån mynnar ca 230 m nedströms Stensjö dämme i en damm som utgör ett litet lokalt magasin, samt fördelar flödet mellan två olika grenar. I den norra delen av Grevedämmet finns ett antal utskov, varav de två vänstra tidigare har använts för att leda vatten till turbiner och andra vattenbehov i de industribyggnader som sedan lång tid tillbaka har etablerats med vattenkraften som förutsättning. De två högra utskoven är avsedda för överskottsvatten som får strömma i ett djupt nedsänkt kanalliknande lopp förbi fabriksbyggnaderna. Efter passagen av den östra sidan av fabriksbyggnaderna gör en del av den naturliga fåran en 90-graderssväng och strömmar västerut utmed fabriksbyggnaderna, medan en annan går i en vid båge innan den återförenas med rännan utmed fabrikerna strax uppströms en järnvägsbro. Den senare åsträckan är kraftigt igensatt och bidrar endast med flöde vid hög vattenföring. Figur 9 Detalj av de båda grenarna ut från Grevedämmet 13 (56)

14 Figur 10 Järnvägsbron vid Grevedämmet. Figur 11. Det högra utskovet vid Grevedämmets norra utlopp. Figur 12. Nedströmsvy från det högra utskovet vid Grevedämmets norra utlopp. Figur 13. Uppströmsvy över den norra utloppsfåran. Figur 14. Delningspunkten i den naturliga fåran på den östra sidan av fabriken. Figur 15. Inloppet till den igensatta ågrenen. I den södra delen av Grevedämmet finns ett utlopp som tidigare reglerats med två luckor. Avsikten har varit att hjälpa till att vid högflöde leda vattnet vidare från Grevedämmet utan att överbelasta 14 (56)

15 den norra grenen. Reglerluckorna har, som framgår av foto, inte använts för sitt syfte under flera 10-tals år. Flödet ut ur Grevedämmet har istället fått fördela sig fritt utgående från kapaciteten i de båda grenutloppen. Södra grenens avbördningskapacitet bestäms av en bergtröskel vid själva utloppet och av utloppets bredd, ca 3,3 m, på samma sätt som för ett normalt utskov. Hela denna gren är konstgjord. Den utgörs i sin övre del, ca 100 m längd, av närmast vertikala kanalsidor som är delvis stensatta och delvis betonggjutna. Därefter övergår den till att strömma längs mer naturlig mark på vänstra sidan, men med stensatt högersida ner till en mindre gångbro mitt för den gamla skolan. Denna bro stryper kanalens bredd från i detta läge ca 8,0 m abrupt till 4,6 m, vilket försämrar kanalens kapacitet väsentligt i denna del av kanalen och orsakade en lokal marköversvämning vid högflödet Väster om bron är kanalen återigen stensatt på båda sidor och sektionsbredden ökar gradvis fram till sammanflödet mellan de båda grenarna från Grevedämmet nära järnvägsbron. Efter sammanflödet rinner ån under en bro för Stensjögatan/Pixbovägen. En kort sträcka ytterligare nedströms börjar den första grunddammen i Kvarnbyfallen (det egentliga Grevedämmet). Figur 16. Grevedämmets södra utlopp. Figur 17. Avloppskanalen vid Pixbovägen. 15 (56)

16 Figur 18. Gångbro som har en strypande effekt i södra utloppskanalen för Grevedämme. Figur 19. Utloppskanalen längs Pixbovägen. Figur 20. Sammanflödespunkt för ågrenarna från Grevedämmet. Figur 21. Uppströmsvy mot den första grunddammen för Kvarnbyfallen. 4 Hydrologiska förhållanden 4.1 Avrinningsområde Mölndalsån rinner upp i Nedsjöarna öster om Hindås och rinner i västlig riktning genom samhällena Härryda, Landvetter, Mölnlycke och fram till Mölndal samt vidare norrut genom centrala Göteborg, där den förgrenar sig i två utlopp till Göta älv, se Figur 22. Åsystemet innehåller ett stort antal sjöar som samtliga är reglerade för ursprungligen vattenkrafts- och fabrikationsvattenändamål, men även råvattenförsörjning för Mölndals Stad. Under senare tid har även reservvattenförsörjning för Göteborgs Stad tillkommit. Samtliga sjöar regleras efter gällande vattendomar. Idag finns i åsystemet endast två mindre vattenkraftverk i bruk som drivs som strömkraftverk. 16 (56)

17 Figur 22 Avrinningsområde för Mölndalsån. Oreglerade, egna avrinningsområden har uppströms ifrån markerats för Landvettersjön, Stensjön, Kålleredsbäcken och nedre Mölndalsån. De stora vattenmagasinen finns högt upp i åsystemet, Nedsjöarna samt S. Härsjön inkl. mindre sjöar. Nedsjöarna har en area på 11,0 km 2 och regleringshöjden 2,85 m och de mindre sjöarna en total area av ca 6,2 km 2 och en regleringshöjd på 2,2 3,0 m. Sjöarealen uppgår till närmare 20 %, vilket medför goda förutsättningar att magasinera vatten under högflödesperioder och att tappa ur vatten under torrperioder då den naturliga avrinningen inte räcker för erforderliga vattenuttag och för ur natursynpunkt önskvärd vattenföring. I praktiken används idag främst Nedsjöarna för denna flödesutjämnande reglering. De nedre sjöarna, Landvettersjön (Gröen) och Rådasjön Stensjön har små regleringsintervall, 0,41 m respektive 0,58 m och liten sjöyta, vardera 2,5 km 2, i förhållande till sina oreglerade avrinningsområden på 90 km 2 respektive 27 km 2. De används därför främst till att utjämna flödestoppar under högflödesperioder, även om denna förmåga idag begränsas kraftigt av bristande avbördningskapacitet inom det lovgivna regleringsintervallet för Stensjön Rådasjön. Under torrvädersperioder svarar dessa sjöar för en erforderlig buffert av vatten vid plötsligt behov av reservråvatten till Göteborg Vatten. Mölndalsån har vid mynningen i Göta älv ett avrinningsområde på 275 km 2 och en medelvattenföring på ca 5,2 m 3 /s. 17 (56)

18 Avrinningsområdet vid Rådasjöns utlopp är enligt SMHI 199 km 2 och vid Stensjöns utlopp 203 km 2. Sjöarna förbinds av en kanal och fungerar som ett gemensamt magasin om än under dagens förhållanden med en otillräcklig kapacitet vid främst låga vattenstånd. 4.2 Karakteristiska flöden vid Stensjö dämme Landvettersjön och Rådasjön Stensjön kan ur regleringssynpunkt betraktas som ett gemensamt magasin för den nedre delen av avrinningsområdet. Den stora magasineringskapaciteten i Nedsjöarna och St. Härsjön m.fl. sjöar ger ett flöde till nedströms sjöar som i praktiken utgör två olika delflöden, dels det reglerade flödet med oftast minimiflöde i samband med större flödestoppar och i övrigt ett kraftigt utjämnat högflöde samt påfyllning av vatten under torrvädersperioder, dels den naturligt varierande tillrinningen från den oreglerade delen av avrinningsområdet. Mölndals Kvarnby har nyligen erhållit en villkorsändring i befintligt tillstånd till reglering av Nedsjöarna. Härigenom kan Nedsjöarna regleras på ett ur översvämningssynpunkt väsentligt säkrare sätt än tidigare genom att flödet nu snabbt kan reduceras till minimitappning (redan tidigare tillåtet enligt gällande domar) och därefter på kort tid ökas igen för avtappning (nu erhållen villkorsändring) upp mot önskad bör-nivå, när översvämningar eller risk för översvämningar i nedströms liggande tätorter inte längre föreligger. Styrningen av Nedsjöarnas vattenstånd och tappning, liksom för hela Mölndalsån ner till mynningen i Göta älv kommer att ske med ett styr- och reglersystem som baseras på mätdata on-line för vattenstånd i reglerade sjöar, utflöde från dessa samt mätning av flöde i nedre Mölndalsån. Styrning vid högflöde kommer att ske med stöd av en prognosmodell för nederbörd och flöden. Principerna redovisas närmare i Bilaga 3. Med de förbättrade förutsättningarna för reglering av Nedsjöarna under högflödesperioder som angetts ovan är det rimligt att förutsätta, åtminstone upp till 100-årsflöden, att flödet från uppströms reglerade sjöar vid kritiskt höga flöden kan begränsas till 1 m 3 /s eller lägre. Minimivattenföringen bestäms av tappningar från de reglerade sjöarna, med en minimitappning på 0,4 m 3 /s från Nedsjöarna. För de mindre sjöarna finns inga bestämmelser om en specifik minimitappning, men den stora magasineringskapaciteten gör att flödet mycket sällan underskrider 0,2 m 3 /s från St. Härsjön som erhåller tillrinning från flera mindre sjöar, Hornasjön, Vällsjön och L. Härsjön. Landvettersjön har enligt en nyligen erhållen miljödom en minimitappning på 0,4 m 3 /s. 18 (56)

19 Landvettersjön, som har störst oreglerat nederbördsområde, får den största oreglerade tillrinningen av de nedre sjöarna. Avsikten är dock att föra en stor del av dess tillflöde snabbt vidare till Rådasjön Stensjön och sedan ut ur åsystemet. Med de förutsättningarna kommer, liksom idag, den största delen av tillrinningen till Rådasjön Stensjön från den tappning som sker ur Landvettersjön. Nedan redovisas fördelningen på tillflöde från uppströms reglerade sjöar respektive tillrinning från eget oreglerat nederbördsområde för både Landvettersjön och Rådasjön Stensjön. Med dessa givna förutsättningar har karakteristiska tillflöden beräknats till följande dygnsmedelflöden: Landvettersjön Stensjöns utlopp MQ, hela området ca 3,4 m 3 /s ca 3,9 m 3 /s MHQ = 16 m 3 /s 12,5 + 4,5 = 17 m 3 /s HHQ 50år = 31 m 3 /s = 29 m 3 /s SMHI har beräknat karakteristiska flöden under förutsättning att det inte sker någon reglering av sjöarna i hela avrinningsområdet. Vid utloppet ur Stensjön, dvs. med naturlig utjämning i Rådasjön - Stensjön har beräkningarna gett följande flöden, m 3 /s HHQ-100 år 33 HHQ-50 år 30 MHQ 15 MQ 3,7 MLQ 0,6 MMQ 0,1 Tillflödet till Rådasjön Stensjön utgörs till största delen av tappningen från Landvettersjön, där en kraftig utjämning sker. Momentanfaktorn för flöden kan därför uppskattas till ca 1,1 ggr ovan redovisade dygnsmedelflöden. Skillnaden mellan naturlig tillrinning och den reglerade är liten, främst beroende på att Landvettersjön tidigare har blivit kraftigt överdämd och utjämnat tillrinningen till Rådasjön-Stensjön. Landvettersjöns avbördningskapacitet har nu förbättrats, vilket medför att tilrinningen snabbare förs vidare till Rådasjön-Stensjön. Erfarenheter från ett examensarbete med analys enligt enhetshydrograf pekar på ett tillflöde under perioder med stor nederbörd av 5 m 3 /s per 10 mm dygnsnederbörd för Landvettersjön och därmed ca 1,5 m 3 /s per 10 mm dygnsnederbörd för Rådasjön Stensjön. Därtill kommer basflödet från perioden strax före nederbördstillfället och tillrinning från reglerade sjöar. Överdämningen i dessa sjöar har under extrema förhållanden varit ända upp till 19 (56)

20 ca 1 m över DG, vilket motsvarar en magasinering av 30 m 3 /s räknat på 1 dygn per sjö. Beräkningar och erfarenhet av översvämningar visar att det är synnerligen viktigt att tappningen från de reglerade sjöarna i åns övre del har dragits ner till minimitappning inför väntade översvämningsregn. 4.3 Högflödestillrinning statistik och erfarenhet SMHI har med sin standardmodell för beräkning av flöden, HBV, beräknat tillrinningen till Nedsjöarna för en 50-årsperiod. Beräkningarna är kalibrerade mot tillrinningen till Tvärsjön, där det finns en pegelstation. Tvärsjöns avrinningsområde gränsar till Västra Nedsjöns avrinningsområde i dess nordvästra del och gränsar även till Lilla och Stora Sturven. Sweco har använt dessa data för beräkning av återkomsttiden för olika stora tillflöden. De regn som åstadkommer stora översvämningar i Mölndalsån har normalt en stor ariell utbredning med en total nederbördsmängd som fördelar sig relativt jämnt över åns hela avrinningsområde för åtminstone den del som ligger uppströms om Stensjön. Vid ett eventuellt mer lokalt regn blir effekten på flödena betydligt mindre och därmed inte dimensionerande. Beräkningarna för Nedsjöarna redovisas i Figur 23 nedan. Data finns för en 50-årsperiod. Underlaget ger en linje som i ett lin-log-diagram ger en rät linje med rimligt liten spridning av mätvärdena runt linjen. Med den gynnsamt goda databasen som grund är det rimligt att extrapolera resultatet åtminstone till en återkomsttid av 200 år. Figur 23 Återkomsttid för tillrinning till Nedsjöarna (naturmarksavrinning) 20 (56)

21 De största flödena och deras återkomsttid framgår av tabell nedan, samt kulminerande vattenstånd i Stensjön redovisas i Tabell 1 nedan. Tabell 1 Återkomsttider för flöden (till Nedsjöarna) och samhörande effekter på vattenståndet i Stensjön. Rang Flöde,m 3 /s Vattenstånd, Återkomst- Tid Stensjön tid, år 1 13, , , , , , , , Av tabellen ovan framgår att det inte finns ett entydigt samband mellan tillrinningen från oreglerad naturmark i Möndalsåns avrinningsområde och den effekt det fått på vattenståndet i den långt ner i systemet belägna Stensjön och Rådasjön. Det är inte enbart det högflöde som uppkommit till följd av ett kraftigt regn och efter en period med mycket regn som blött upp markerna och mindre lokala magasin i våtmarker. Därtill är överdämningarna beroende av hur stor nederbörd det varit under ett antal föregående dygn, vilka gett så stor tillrinning att sjöarna är mer eller mindre uppfyllda innan det stora regn som gett ovan redovisade högflöden. Det finns dock även flöden där avvikelsen är så stor att det är uppenbart att modellen ger flödesdata som inte är representativt för Mölndalsån nedströms om Nedsjöarna, exempelvis december 1999, som redovisas i kap.7.3. Av Tabell 1 framgår att högflödet i december 2006 utmärker sig på så sätt att vattenståndet i Stensjön, (och Rådasjön samt Landvettersjön) var mycket högre än under senaste 50-årsperioden. Avvikande värden på kulminerande vattenstånd, jämfört med tillrinningen erhölls även på sommaren 1987 och i oktober Nederbörden har här uppenbart varit relativt stor och jämn under ett antal dagar som har fyllt upp sjöarna, varigenom vattenståndshöjningen vid den största tillrinningen under den perioden startat från ett jämförelsevis högt vattenstånd i sjöarna, inklusive Stensjön. Erfarenheten av detta är att det är angeläget med en god hydraulisk kapacitet ut från de nedre sjöarna Stensjön Rådasjön och Landvettersjön för att magasinskapaciteten i dessa sjöar ska vara utnyttjad i så liten utsträckning som möjligt när högflödet börjar. 21 (56)

22 Översvämningen i december 2006 är en bra utgångspunkt för att analysera effekterna av förbättrad hydraulisk kapacitet i hela åsystemet. Mölndalsåns hela avrinningsområde drabbades då av ett mycket kraftigt regn på toppen av en redan tidigare mycket nederbördsrik period. Den faktiska tillrinningen till Nedsjöarna har för detta tillfälle beräknats utgående från tappningen från sjön och vattenståndsökningen. Det beräknade flödet redovisas i återkomstdiagrammet och visar att flödet från det oreglerade avrinningsområdet praktiskt taget sammanfaller med ett statistiskt beräknat 50-årsflöde. Ett 100-årsflöde är enligt den statistiska analysen ca 10 % och ett 200-årsflöde ca 20 % högre än ett 50- årsflöde. Landvettersjön, som har ett väsentligt större eget avrinningsområde, 90 km 2, jämfört med Rådasjön Stensjön, 27 km 2, får under en högflödesperiod följt av ett mycket kraftigt dygnsregn en mycket snabb vattenståndshöjning. Detta har gett sjön dess gamla namn, Gröen (sjön gror), se exempel från översvämningen i december 2006 nedan (Figur 24). Figur 24, Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december Figur 25, Dygnsmedelflödet, december (56)

23 Figur 26 Flödesfördelningen mellan Kålleredsbäcken och Stensjön under översvämningen Observera fasförskjutningen mellan de båda flödena under regndygnet Tillflöde och utflöde från Landvettersjön har beräknats baserat på uppfyllningar/avsänkningar i Stensjön Rådasjön och Landvettersjön samt beräknade utflöden från Nedsjöarna, St. Härsjön och Stensjön, se Figur 25. SMHI har gjort en separat uppskattning av flödena i Mölndalsån i december 2006 och bedömt att dessa motsvarar en 50 årshändelse, vilket stämmer relativt väl med ovan beräknade och statistiskt beräknade flöden. Av Figurerna 24 och 25 framgår att den långvariga högflödesperioden medfört att sjöarna var överdämda när regnet började. Nedsjöarna låg nära sin dämningsgräns och flödet, ca 4 m 3 /s, kunde inte strypas till minimitappning. Genom villkorsändringen i gällande vattendom för Nedsjöarna är risken för att detta problem ska återkomma mycket liten. Stensjön har idag en lägre tappningskapacitet än Landvettersjön, vilket är huvudproblemet i regleringen av de nedre sjöarna. Vattenståndet var sålunda redan DG + 60 cm när det kraftiga dygnsregnet började och förmågan till ytterligare utjämning av flödet därmed liten. Landvettersjön magasinerade i medeltal ca 10 m 3 /s under det första dygnet och tappningen, som gav kraftiga översvämningar i bl.a. Mölnlycke fabriker, uppgick till ca 20 m 3 /s. Stensjön nådde sin kulmen efter ca 4 dagar. Under hela denna period låg stora transportvägar och en järnvägstunnel under vatten utmed ån i Mölndal och delar av Göteborg. Genom det osedvanligt höga vattenståndet i Stensjön innan det kraftiga regnet startade var flödet i nedre Mölndalsån redan högt innan högflödet från Kålleredsbäcken startade översvämningen, se Figur 26. De i figuren angivna flödena avser beräknade dygnsflöden (mätning utfördes inte). I verkligheten kulminerade flödet från Kålleredsbäcken snabbare och med ett högre momentant flöde än 23 (56)

24 vad som redovisas i Figur 26. Figuren belyser dock tydligt behovet av att kunna reducera flödet från Stensjön medan högflödet från Kålleredsbäcken rinner förbi och ut ur nedre Mölndalsån. 5 Reglering och behov av kapacitetsförbättringar 5.1 Nuvarande reglering Regleringen av Rådasjön Stensjön sker i enlighet med gällande vattendomar. Totala regleringsintervallet mellan DG och SG uppgår till 0,58 m. Utloppet ur sjön har en mycket bristfällig kapacitet med endast 11,0 m 3 /s vid DG, se avbördningskurva i Figur 27 som upprättats på basis av kalibreringsmätningar samt, för större flöden, teoretiska beräkningar. Under höst och vinter med lite större flöden öppnas luckorna oftast vid nivåer runt DG - 0,3 m, även om gällande vattendom medger fri reglering mellan SG och DG. Därefter kan luckorna under blöta perioder stå fullt öppna under månader i sträck. Om vattenståndet stiger till DG + 0,3 m börjar underkanten på luckorna att bromsa vattnet och utloppet övergår till att bli en underströmningsöppning, därav avbördningskurvans brytpunkter och växlande form. Figur 26. Uppmätt avbördningskapacitet [m³/s] vid Stensjöns utlopp som en funktion av vattennivån relativt dämningsgränsen. Som jämförelse redovisas avbördningskapaciteten i Landvettersjön, efter ombyggnad, för ordinarie vattenvägar och tillsammans med förbiledning på en väg förbi fabriken. I praktiken innebär den bristande kapaciteten att det idag inte finns någon möjlighet att reglera Rådasjön Stensjön och därmed utflödet ur sjön under högflödesperioder. Den enda möjlighet som finns att tappa ur de nedre sjöarna för att dessa ska vara beredda att ta emot ett möjligt nytt högflöde är att genom en hög tappning från 24 (56)

25 Nivå i Landvettersjön relativt DG (cm) Landvettersjön höja vattenståndet i Rådasjön Stensjön för att på så sätt öka dess kapacitet. I Figur 27 visas det underlag för reglering av de nedre sjöarna som är avsett att användas innan nu sökta åtgärder har genomförts. Reglering: Larmnivå 1 Nedsjön DG SG SG -2,85 m Landvetter sjön DG SG -0,41 m SG Stensjön DG Nivå i Stensjön relativt DG (cm) Sjunkande nivå Stigande nivå SG -0,58 m Figur 27. Princip för samverkande reglering mellan Landvettersjön och Rådasjön Stensjön innan nu sökta åtgärder genomförts 5 Principen är att tömma ur Landvettersjön så kraftigt som möjligt när en högflödesperiod börjar för att öka Stensjöns avtappningskapacitet. Denna princip får gälla även när Stensjön passerat DG. Vid ännu större flöde tas utjämningen huvudsakligen i Landvettersjön, och därefter, vid ännu större tillrinning, fördelat mellan sjöarna efter deras känslighet för översvämningar och med hänsyn taget till att den snabbaste tillrinningsökningen sker till Landvettersjön. Problemen med den bristande avtappningskapaciteten ur Rådasjön Stensjön är inte i någon högre grad översvämningar runt dessa sjöar utan istället bakdämningen upp i Mölnlycke samhälle och i än högre grad Mölnlycke fabriker. Ett ännu större problem är att det oreglerade flödet från Stensjön sammanrinner med de helt oreglerade Kållereds- och Balltorpsbäckarna i nedre delen av ån där denna rinner med mycket flack lutning genom stadsbebyggelse i Mölndals centrum och Göteborg. Översvämningar här, som 2006, medför allvarliga problem för viktiga samhällsfunktioner och har stora ekonomiska konsekvenser. 5.2 Behov av kapacitetsutbyggnad Nedre Mölndalsån, genom Mölndals stad och Göteborg, har rensats i enlighet med gällande förrättning. Den beräknas därigenom ha höjt sin kapacitet, innan översvämning sker, från m 3 /s till 25 (56)

26 ca 27 m 3 /s. Det förutsätts att åns kapacitet även i framtiden hålls på i stort sett denna nivå genom återkommande skötselåtgärder. Trots detta kvarstår översvämningsrisken, om än med ökad återkomsttid, för att ett högt flöde från Stensjön tillsammans med de oreglerade tillflödena nedströms ger översvämningar längs nedre Mölndalsån. Åtgärden för framtiden är därför att öka tappningskapaciteten och därmed även magasineringskapaciteten i hela åsträckningen från Rådasjöns utlopp till början av Kvarnbyfallen ca 1 km nedströms Stensjön. Efter de nyligen utförda förbättringarna i utloppet från Landvettersjön är relationerna mellan tappningskapaciteterna för Landvettersjön och Stensjön i enlighet med Figur 26 ovan. Kapaciteten i åsystemet från Rådasjön till Kvarnbyfallen bör ökas i proportion till nederbördsområdets storlek och tappningskapaciteten i Landvettersjöns utlopp, samt anpassas till kapaciteten i nedre Mölndalsån. Det dimensionerande flödet bör därför vara 25 m 3 /s, även om det som visas i regleringsberäkningar nedan kommer att bli mycket ovanligt att denna kapacitet behöver utnyttjas fullt ut. Antingen byggs Stensjöns tappningskapacitet ut så att den vid dämningsgränsen har denna kapacitet eller också enligt ett alternativ där denna kapacitet nås vid en viss överdämning. Två principiellt olika åtgärdsförslag har tagits fram, dels enbart kapacitetsförbättringar i nuvarande åsträckning, dels en kompletterande ledning parallellt med utloppskanalen på sträckan från strax uppströms Stensjö dämme till Grevedämmet. Därtill måste Ståloppet muddras till en större dimension. Regleringsberäkningarna har mycket tydligt visat att en ännu viktigare faktor för att kunna förbereda sjösystemet i Mölndalsån för höga flöden är att kunna sänka av sjöarna till sänkningsgränsen, Landvettersjön, eller nära sänkningsgränsen, Stensjön Rådasjön, under perioder då marken har blötts upp av en period med stor samlad nederbörd, vanligen under vinterhalvåret. Kapaciteten för utloppet ur Stensjön bör då helst vara ca 15 m 3 /s och förlusterna i Ståloppet inte mer än ca 10 cm, eftersom det stora magasinet ligger i Rådasjön. 6 Hydrauliska beräkningar 6.1 Fördelning av flödet i Grevedämmet Nedströms Grevedämmet delas flödet i Mölndalsån upp i två grenar, Södra respektive Norra grenen. En utredning har utförts som syftar till att flödet i framtiden ska fördelas jämnas möjligt mellan de båda grenarna, se PM - Mölndalsån Fördelning av flödet i Grevedämmet nedströms Stensjön dagens förhållanden och förslag till framtida flödesfördelning, Bilaga 1. Utredningen bygger på förutsättningen att 26 (56)

27 ett flöde ända upp till 25 m 3 /s ska kunna släppas ut från Grevedämmet i ett extremt tillfälle. Normalt, ända upp till i storleksordningen 50 års återkomsttid, kan dock flödestopparna begränsas till 20 m 3 /s eller lägre. I Grevedämmet ökas bredden på inloppet till den Södra grenen till 5 m och utförs som en tratt för att ge små förluster. Tröskelnivån sänks samtidigt till +46,00 m. I det Norra utloppet sänks trösklarna i de två högra utskoven till +46,00 m, medan tröskelnivån i det tredje utskovet lämnas oförändrad på +46,30 m. Öppningen förses dock med två gotar med falsar för luckor. Den vänstra luckan, inlopp till ett kraftverk som inte är i drift, stängs och används inte i flödesfördelningen mellan Södra och Norra grenarna. Med dessa åtgärder erhålls en flödesfördelning mellan de båda grenarna ut från Grevedämmet enligt Figur 28 nedan. Figur 28 Vattenföring genom olika grenar med föreslagen utformning 6.2 Hydraulisk beräkning Rådasjön - Kvarnbyfallen En hydraulisk modell har etablerats i datamodelleringsverktyget HEC RAS för beräkning av effekter av sektionsförbättringar i öppna vattendrag hela sträckan från Rådasjön ner till Kvarnbyfallens övre del. För Norra grenen nedströms Grevedämmet har kompletteringar utförts med MIKE 11. Handberäkningar har använts för ledningsalternativen. Resultaten från simuleringar presenteras kortfattat nedan och i detalj i PM Mölndalsån - Hydraulisk utredning för sträckan Rådasjön Stensjön Grevedämmet - Kvarnbyfallen, se Bilaga (56)

28 Kapaciteten för de olika alternativa lösningar som studerats redovisas i diagram i Figur 30. Av figuren framgår att den tappningskapacitet som idag finns vid DG kommer att i framtiden finnas ända ner mot SG. De åtgärder som erfordras är urgrävning av Ståloppet mellan Rådasjön och Stensjön och förbättringar från Stensjöns utlopp till strax uppströms Kvarnbyfallen. I framtiden kommer det att krävas vissa förbättringar även inom dessa, främst inom det gamla Papyrusområdet. Figur 30 Alternativa lösningar till kapacitetsförbättringar i Stensjöns utlopp. Med den urgrävning av nedre Mölndalsån som utförts bör dimensioneringen baseras på att dess kapacitet är ca 27 m 3 /s. Dock bör en marginal mot att kapaciteten kan minska något, till säg 25 m 3 /s finnas. Under perioder med högre flöde, då det finns skäl att förtappa Rådasjön - Stensjön, eller i slutet av en kraftig flödestopp, då det kan finnas behov av att snabbt tappa ur sjösystemet om det finns en prognos om ytterligare stor nederbörd, är det rimligt att anta ett flöde på i storleksordningen 2 m 3 /s från Kålleredsbäcken (inkl. Balltorpsbäcken). Detta ger ett utrymme för upp till ca 25 m 3 /s från Stensjöns utlopp. En förbättring enligt ovan redovisade kurvor ger framför allt med ledningsalternativ en balans i kapaciteterna i Landvettersjön och Stensjön i relation till respektive nederbördsområden nedströms de övre sjöarna, se Figur 29. Större flöden än 25 m 3 /s bör inte släppas från någon av de nedre sjöarna utan magasineras. 28 (56)

29 Figur 29 Beräknad avbördningskapacitet i Stensjön med en plastledning, D 2,0 m, samt avbördningskapaciteten för Landvettersjön enligt befintligt tillstånd. Idag finns plastledningar av PE-material som genom korrugering i ett skikt mellan inner- och ytterväggar, ger stor styrka med liten materialåtgång. En plastledning med slät insida ger gynnsamt små friktionsförluster. En breddning av nuvarande utloppskanal från Stensjö dämme bedöms inte rimligen kunna göras med mer än ca 4 m, dvs. från dagens 10 m till ca 14 m. En större bredd ger ett stort intrång i landskapsbilden. Därtill måste botten göras så slät som möjligt, vilket innebär att nuvarande revlar, som lagts ut för att få hoppande vatten, måste tas bort. En utvidgad kanal ger dessutom en väsentligt lägre kapacitet vid låga vattenstånd i Stensjön jämfört med en ledning. Alternativet har av ovan angivna skäl förkastats. I det följande behandlas effekten på framtida reglering mot översvämning baserat på alternativet med en PE-ledning med diametern 2,0 m. För att utnyttja den förhållandevis låga fallhöjden mellan Stensjön och Grevedämmet bäst möjligt kommer inloppet att utföras trattformat och utloppet att förses med en diffusor/utloppstratt som sänker utströmningshastigheten till ca halva hastigheten i ledningen. Härigenom reduceras in- och utloppsförluster väsentligt. Av det totala magasinet Rådasjön Stensjön ligger ca 80 % i Rådasjön. För att en utbyggnad av Stensjöns utlopp ska vara effektiv krävs det därför att Ståloppet, som förbinder Rådasjön med Stensjön, ges en betydligt större kapacitet jämfört med dagens. En urgrävning bör ske som ger i storleksordningen 0,1 m fallförlust inom hela regleringsintervallet mellan SG och DG vid fullt öppna luckor i Stensjö dämme. Två alternativ har utretts som medför relativt stora skillnader i grävvolymer, se Tabell (56)

30 Tabell 2. Tabell för fallförluster över Ståloppet vid olika flöden med vattenytan vid DG och SG i Stensjön. Vattennivå DG i Stensjön SG i Stensjön Q [m 3 /s] Alternativ 1 [cm] Alternativ 2 [cm] I det alternativ som förordas, dvs. en plastledning med dimensionen 2,0 m, får utloppet ur Stensjön en kapacitet av nästan 25 m 3 /s vid DG och 15 m 3 /s vid SG. För att begränsa förlusterna i Ståloppet och därmed göra magasineringen mer effektiv föreslås därför att alternativ 2 väljs. I det följande redovisas därför effekterna av regleringen med utgångspunkt från att Ståloppet grävs ur enligt alternativ 2. 7 Framtida reglering 7.1 Reglering för undvikande av översvämning längs nedre Mölndalsån, allmänt Oaktat den föreslagna kraftiga utbyggnaden av tappningskapaciteten från Rådasjön Stensjön kommer det även i framtiden att erfordras att dessa sjöar, på samma sätt som för Landvettersjön, får överdämmas vid mycket stora flöden, som december Nedan redovisas effekterna på erforderliga överdämningar i dessa sjöar om olika alternativa åtgärder genomförs. Beräkningarna är utförda baserat på de vattenstånds- och flödesmätningar som utförts under de aktuella högflödesperioderna. Korrigering har utförts för vattenståndet i Landvettersjön till följd av fallförluster från sjön till pegelns placering vid dammen, samt för tappat flöde ur Nedsjöarna och Stensjön baserat på i efterhand utförd kalibrering av avbördningskapaciteten. Den samlade tillrinningen från de oreglerade avrinningsområdena för Landvettersjön och Rådasjön- Stensjön har beräknats dygnsvis som skillnaden mellan utflödet ur Stensjön och Nedsjöarna samt magasineringen i ovan nämnda sjöar baserat på vattenståndsförändringarna. Tillrinningen har därefter proportionerats efter respektive avrinningområdes storlek. Flödet i Kålleredsbäcken har beräknats på motsvarande sätt. Förutsättningen för att beräkningssätten ska ge rättvisande resultat är att nederbörden över hela avrinningsområdet för Mölndalsån, förutom de övre sjöarna, var jämnt fördelat, vilket är tämligen vanligt vid kraftigare nederbörd under vinterhalvåret. 30 (56)

31 Beräkningen av vattenstånden har primärt utförts så att flödet i nedre Mölndalsån har hållits på konstant 27 m 3 /s under hela översvämningsperioden, dvs. nedre Mölndalsån har pressats så hårt som möjligt utan att det blir översvämningar längs densamma. Eftersom det inte är säkert att kapaciteten 27 m 3 /s alltid kan upprätthållas i nedre Mölndalsån har beräkningar även utförts när dess kapacitet sänkts till 25 m 3 /s innan översvämning sker. Det flöde som kan tappas ur Stensjön är beroende av tillrinningen från Kålleredsbäcken. Under första dygnet i samband med den kraftiga översvämningen 2006 var dess dygnsmedelflöde ca 10 m 3 /s och maxflödet betydligt högre från de nedre oreglerade tillflödena inom det urbaniserad området utmed nedre Möndalsån. Stensjöns tappning måste under sådana förhållanden styras helt mot aktuellt vattenstånd/flöde i nedre Mölndalsån. I praktiken innebär detta att tappningen från Stensjön styrs av en registrerande pegel i Mölndals centrum som ligger on-line. Tappningen från Landvettersjön anpassas efter tillrinning och rimlig balans mellan vattenstånden i de nedre sjöarna. Principerna bakom denna reglering redovisas i Bilaga 3, Utdrag ur Styrstrategier för Mölndalsån och förutsättningen för att styra mot en nivå i Mölndals centrum i Bilaga 4, Mölndalsån Kritiska vattenstånd från Mölndals centrum till gränsen mot Göteborg. Det rekommenderas att vattenvägarna nedströms Stensjöns utlopp dimensioneras för att klara ett flöde av 25 m 3 /s utan några skador av betydelse, även om en viss marköversvämning inne på området för gamla skolan kan få accepteras. Flödet nedströms Stensjön måste enligt ovan begränsas under tiden som det största flödet från Kålleredsbäcken rinner förbi. Ett lägre flöde än maxflödet från Stensjön som kan släppas fram utan någon som helst risk för störningar/erosionsskador i vattenvägarna är även av intresse att studera. Alternativa regleringsberäkningar har därför även utförts där flödet ut ur Stensjön har begränsats till m 3 /s. 7.2 Högflödet årsflöde I det följande redovisas uppdämningarna i Landvettersjön och Rådasjön - Stensjön för olika alternativa förutsättningar och PEledning resp. breddad utloppskanal för ett flöde motsvarande 2006 års flöde. Regleringen har anpassats inbördes mellan de olika sjöarna. För alla alternativen gäller att beräkningen har genomförts med en optimal reglering, dvs. sjöarnas nivåer har reglerats ner så lågt som respektive sjös avbördningskapacitet medger. Kurvorna anger vattenståndet i Stensjön, såväl för de uppmätta förhållandena som simulerade. Överdämningen i Ståloppet mellan Rådasjön och Stensjön ger mindre fallförluster än de dimensionerande vid DG, varför nivåskillnaderna mellan sjöarna blir mindre än 10 cm. 31 (56)

32 Figur 30 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 2006 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet breddad kanal och maxflöde 27 m 3 /s i nedre Mölndalsån. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. Figur 31 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 2006 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning D 2,0 m och maxflöde 27 m 3 /s i nedre Mölndalsån. Flödet från Nedsjöarna är 5 m 3 /s. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. 32 (56)

33 Figur 32 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 2006 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning D 2,0 m och maxflöde 25 m3/s i nedre Mölndalsån. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. Figur 33 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 2006 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning D 2,0 m och maxflöde 27 m3/s i nedre Mölndalsån. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. 33 (56)

34 Figur 34 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 2006 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning D 2,0 m och maxflöde 20 m 3 /s ur Stensjön. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. Figur 35 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 2006 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning D 2,0 m och maxflöde 18 m 3 /s ur Stensjön. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. 34 (56)

35 Av Figurerna framgår att överdämningarna i de nedre sjöarna kan sänkas med 0,4-0,7 m beroende på alternativ. Det bör påpekas att detta förutsätter att de övre sjöarnas tappning har dragits ner till minimitappning. Om dessa stängs ett par dygn tidigare på en prognos som anger kraftigt regn kan startnivåerna i de nedre sjöarna sänkas något ytterligare. För att åskådliggöra betydelsen av att utflödet från Nedsjöarna begränsas till minflöde senast när det kraftiga regnet börjar, har ett exempel beräknats där utflödet från Nedsjöarna har satts till konstant 5 m 3 /s under hela högflödesperioden, se Figur 33. I Figur 35 redovisas motsvarande effekt på vattenståndet i de nedre sjöarna om utflödet istället dras ner till minflöde, vilket gäller för övriga beräkningsexempel. Effekterna av den högre tappningen från Nedsjön blir en höjning av vattenståndet med ca 0,2 m i Landvettersjön och ca 0,3 m i Stensjön. Av figurerna framgår vidare att en skillnad i kapacitet i nedre Mölndalsån från 27 till 25 m 3 /s medför ett ökat vattenstånd på mindre än 0,1 m i Landvettersjön och Rådasjön Stensjön. Med en PEledning från Stensjö dämme till Grevedämmet kan vattenståndet i sjöarna hållas ca 0,2 m lägre än för en breddad kanal. Orsaken till skillnaden är den betydligt större totala tappningskapaciteten för en ledning jämfört med breddad kanal vid låga vattenstånd i Stensjön. En begränsning i utflödet från Stensjön till 20 m 3 /s eller ända ner till 18 m 3 /s får en begränsad effekt på det kulminerande vattenståndet, en höjning med ca 5 cm, som följd av att utflödet under den mest intensiva tillrinningsperioden har måst begränsas för att inte få översvämningar nere i Mölndal och Göteborg. Den tid det tar för vattenstånden i sjöarna att sjunka ner till under respektive sjös DG ökar dock med ca 1 och 2 dygn för begränsning till 20 respektive 18 m 3 /s. Om väder- och flödesprognoser från SMHI inte visar på risk för återigen mycket stora flöden, finns det goda skäl att begränsa avtappningen till m 3 /s. 7.3 Tidigare översvämningar, år Högvattenstånd har inträffat i de nedre sjöarna under ett antal högflödesperioder under den senaste 50-årsperioden. Av dessa finns uppgifter för de senaste 30 åren lätt tillgängliga. Ur materialet för den statistiska beräkningen som utförts för tillflöden i oreglerade delar av systemet (tillrinning till Nedsjöarna) har ett par exempel valts för att illustrera effekterna av flöden med lång återkomsttid. De valda exemplen är dels 1999, då området runt Vänern drabbades hårt och dels I det förra fallet var den teoretiska återkomsttiden 40 år och vattenståndet i Stensjön kulminerade på DG+40 cm. I det senare fallet var återkomsttiden 13 år och vattenståndet kulminerade på högre nivå, DG+50 cm. 35 (56)

36 Nedan redovisas beräkningar baserade på användandet av en plastledning, D 2,0 m, kapacitet 27 m 3 /s i nedre Mölndalsån men med en begränsning i maximalt utflöde från Stensjön till 20 m 3 /s. Beräkningarna har startat två (2000) respektive tre (1999) dygn innan högflödet börjar, men från samma nivå som faktiskt uppmättes i sjöarna vid de aktuella tillfällena. Det senare för att illustrera att det finns en möjlighet att korrigera effekterna av om regleringen inte har fungerat på avsett sätt, dvs. med att hålla nere sjöarnas nivåer under regnrika perioder, om detta uppmärksammas vid en tidig prognos om ett kommande högflöde. Figur 36 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 1999 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning D 2,0 m och maxflöde 20 m 3 /s ur Stensjön. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. Av Figur 38 framgår att det på tre dagar går att sänka av sjöarna så mycket att starten av högflödet kan ske med sjöarna på lämpligt låg startnivå. Vidare framgår att uppfyllnaden i sjöarna blir mycket liten, långt under dämningsgränserna. En kontroll av den faktiska tillrinningen visar att denna endast var 0,16 m 3 /s,km 2, vilket jämfört med SMHIs serie för ett 40-årsregn endast utgör 72 %, eller motsvarande ett 5-årsflöde. Beräkningarna har därför gjorts om med ett tillflöde med 40 års återkomsttid för den period då högflödet varade. Resultatet av regleringsberäkningen redovisas i Figur 39, varvid förutsatts att vattenstånden i sjöarna även i detta alternativ har hunnit sänkas av innan högflödet börjar. Trots den väsentligt större tillrinningen under dygnet då flödet kulminerar blir skillnaden mot 2006 års flöde, 50 årsflöde enligt faktisk tillrinning, markant. Skillnaden beror på att totala regnmängden under ett antal på varandra följande dygn var 36 (56)

37 väsentligt större 2006 än 1999, vilket medförde att basflödet innan det kraftiga regnet inträffade var väsentligt större Figur 37 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 1999 samt motsvarande förhållanden om ett simulerat flöde enligt SMHIs statistiska material för Nedsjöarna med 40 år återkomsttid uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning D 2,0 m och maxflöde 20 m 3 /s ur Stensjön. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. Figur 40 Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 2000 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning D 2,0 m och maxflöde 20 m 3 /s ur Stensjön. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. 37 (56)

38 Högflödet i december 2000 hade samma beräknad faktisk tillrinning som det med SMHIs simulering beräknade. Återkomsttiden var något mer än 10 år. Av Figur 40 framgår att kapaciteten i det utbyggda åsystemet inte skulle vara utnyttjat i högre grad än att det vore möjligt att vid en prognos om stort flöde under två dagar sänka vattenstånden i sjöarna till önskade startnivåer innan högflödet börjar. År 2000 var flödet ut från Stensjön vid simuleringstillfällets början knappt 9 m 3 /s, varför det skulle funnits utrymme för en extra förtappning med ca 10 m 3 /s, vilket använts i simuleringen. År 1999 var utflödet något större och sjöarna låg vid ungefär DG, varför det i det fallet krävdes tre dygn för att få ner vattenstånden i sjöarna till önskade startnivåer inför högflödet. Under icke-högflödesperiod är flödet i Kålleredsbäcken inte så stort att det begränsar storleken på en förtappning från Stensjön. Vid flöden med en återkomsttid av år är tillrinningen normalt inte större än att praktiskt taget hela tillrinningen kan ledas vidare ner längs ån med små magasineringar i sjöarna. 7.4 Tidigare översvämningar, 5 10-årsflöden För dessa har beräkningar utförts på samma sätt som för 2006 års flöde, dock med en betongledning istället för PE-ledning, vilket medför större friktionsförluster och därmed lägre kapacitet. Beräkningarna har därtill baserats på ett maxflöde i nedre Mölndalsån på 25 m 3 /s, se Figurerna Figur 41. Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns i juni 1987 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet betongledning och maxflöde 25 m 3 /s i nedre Mölndalsån. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. 38 (56)

39 Figur 42. Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns i oktober 1998 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet betongledning och maxflöde 25 m 3 /s i nedre Mölndalsån. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. Figur 43. Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns i januari 2005 samt motsvarande förhållanden om motsvarande flöde uppträder efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet betongledning och maxflöde 25 m 3 /s i nedre Mölndalsån. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. 39 (56)

40 I de aktuella flödestillfällena hade nederbörden under föregående period, 1 2 månader, varit mindre än 2006 och högflödena föregicks inte heller av kraftiga regn endast några få dagar före högflödet. Karakteristiskt för dessa högflödesperioder är att det basflöde som föregick högflödet inte var större än att sjöarna låg nära sina dämningsgränser, och inte betydligt över som Med en förbättrad flödeskapacitet för sjösystemet och en ändamålsenlig reglering skulle vattenstånden i de nedre sjöarna inte ha stigit högre än till nära eller strax under dämningsgränsen, dvs. gynnsamt lågt vattenstånd och inga besvärande effekter av denna typ av högflöden. Det finns inte någon anledning att under dessa förhållanden tappa mer än m 3 /s från Stensjön. 7.5 Extrema flöden större än årsflöden Det flöde 2006 som av SMHI klassats som ett 50-årsflöde utmärker sig jämfört med övriga studerade högflödesperioder genom den stora avrinningsvolymen. För ett så långvarigt flöde är dels kapaciteten i nedre Mölndalsån, dels kapaciteten att tappa ur de nedre sjöarna vid låga vattenstånd, av avgörande betydelse för vilka överdämningsnivåer som de nedre sjöarna kommer att erhålla. Under högflödesperioder sker normalt en förhöjd tappning ur Nedsjöarna som en försiktighetsåtgärd för att dessa sjöar ska ha tillräcklig utjämningsvolym för att kunna dras ner till minimitappning vid ett nytt kraftigt regn. Med hjälp av en effektiv prognosmodell kan förvarning ske för stora nederbördsmängder. Möjlighet finns då att dra ner flödet från Nedsjöarna till minimiflöde redan ett par dagar före den kraftiga nederbörden. 1,2 1 Högflödestillfälle 1.3 x Möjlig alternativ reglering av Landvettersjön och Rådasjön/Stensjön vid föreslagen kapacitetsförbättring av Ståloppet och Stensjönsutlopp - D 2m Plast, Qmax = 27 0,8 0,6 0,4 0,2 Landvettersjön DG Stensjön 0 08-dec 10-dec 12-dec 14-dec 16-dec 18-dec 20-dec 22-dec 24-dec 26-decLandvettersjön - Alternativ Reglering -0,2 Stensjön - Alternativ Reglering -0,4-0,6 Figur 44. Vattenståndet i sjöarna relaterat till respektive sjös dämningsgräns, december 2006 samt motsvarande förhållanden för ett 30 % högre flöde efter att kapacitetsförbättringar har utförts enligt alternativet PE-ledning och maxflöde 27 m 3 /s i nedre Mölndalsån. Förbättringarna i Landvettersjön är utförda. 40 (56)

41 Vattenståndsdiagrammet i Figur 44 har beräknats utgående från förutsättningen att tillflödena till Mölndalsån är 30 % högre än 2006 såväl innan som under extremflödesperioden. Resultatet motsvarar en helt optimal reglering. I detta fall innebär det att nedre Mölndalsån, dvs. Mölndal och Göteborg kan skyddas från översvämning, liksom Mölnlycke fabriker som kan tappa vatten på vägen förbi fabriken. Skador kan förväntas i Landvetter och Mölnlycke samhälle, men mindre än under 2006 års översvämning, eftersom den hydrauliska kapaciteten i ån har och kommer att förbättras och fallförlusterna genom samhällena på det sättet minskar. Detta medför lägre vattenståndsnivåer i ån uppströms om respektive sjö, dvs. en totalt sett väsentligt förbättrad situation jämfört med 2006, trots det betydligt högre flödet. I praktiken bör det vara mer realistiskt att räkna med att med detta utbyggnadsalternativ, PE-ledning och urgrävningar utmed övriga åsträckor, kan ett flöde 20 % högre än 2006 hanteras i sjösystemet med ett effektivt styr- och reglersystem, kombinerat med nederbördsprognoser, utan översvämningar av någon större betydelse. Under dessa förhållanden förutsätts dock kapaciteten i Stensjöns utlopp och fram till Kvarnbyfallen, liksom nedströms i nedre Mölndalsån utnyttjas maximalt, dvs. någon begränsning av utflödet från Stensjön till m 3 /s är inte möjlig. 7.6 Höga vattenstånd i havet Vid mycket höga vattenstånd i havet i samband med västlig storm medför strömningsförluster i Göta älv och i ågrenarna upp till Gårda dämme att vattenståndet där stiger över dess dämningsgräns. Därvid blir det översvämningar inom Lisebergsområdet och närliggande delar. Det aktuella flödet i Mölndalsån bestämmer hur stor översvämningen blir, ju större flöde, desto större översvämning. Högvattenstånden till följd av storm är vanligen kortvariga, normalt 3 5 timmar, men i enstaka fall även längre. En metod som har utretts är därför att skydda området uppströms Gårda Dämme och Slussen genom att stänga dessa på en storm/vattenståndshöjningsprognos från SMHI. Prognoserna är rimligt tillförlitliga några timmar innan högvattenståndet börjar och ger en tidsupplösning av väsentligt mindre än 1 h. De högsta registrerade högvattenstånden i Göteborgs hamn sedan 1960-talet redovisas i Figur (56)

42 Figur 45. Uppmätta högvattenstånd i Göteborgs hamn (Torshamnen) En studie har utförts, se utdrag ur Styrstrategier för Mölndalsån, Bilaga 3. Av denna framgår att det är ett mycket effektivt sätt att undvika eller åtminstone betydligt minska översvämningsrisken uppströms Gårda om ån förtappas ett par timmar innan havsnivåhöjningen börjar påverka vid dämmet och att dämmet sedan hålls stängt tills vattenståndet på nedströmssidan åter faller under nivån på uppströmssidan. Metoden är mycket effektiv om flödet i Kålleredsbäcken är mindre än fyra gånger medelvattenföringen och fortfarande rimligt effektivt upp till årligt högvattenflöde. Grundförutsättningen för att denna reglering ska vara effektiv är att tappningen från Stensjö dämme dras ner till mintappning när ån ska börja förtappas, dvs. samtidigt med att luckorna öppnas för fullt i Gårda dämme och i Slussen, för grenflödet genom Fattighusån, för att så långt möjligt tappa ur vatten ur den nedre, flacka delen av Mölndalsån. I Figur 46 visas i schematisk form effekterna av att stänga Gårda dämme och Slussen. I exemplet minskar vattenståndet i ån uppströms Gårda dämme från en normal regleringsnivå på +1,40 m till + 0,95 m, dvs. med 0,45 m. Vattenståndet ökar därefter succesivt, först snabbare i början när ån svänger/anpassar sig till en närmast horisontell vattenyta och därefter långsamt i takt med att den bassäng som ån utgör gradvis fylls av vatten från Kålleredsbäcken och minflöde från Stensjön. I exemplet ökar vattenståndet i Mölndalsån med 0,45 m, dvs. återgår till sin ordinarie regleringsnivå innan dämmet kan öppnas igen. Med ett flöde i Kålleredsbäcken och med eventuellt tillskott genom Göteborg på totalt 2 m 3 /s, skulle tidsskalan i figuren motsvara en stängning av dämmet under ca 9 h, 42 (56)