Dimensionering fördröjningsdammar Arlandastad stadsdel 4-6

Transkript

1 PM Dimensionering fördröjningsdammar Arlandastad stadsdel 4-6 Inledning Stadsdelarna 4, 5 och 6 inom Arlandastad ska exploateras, men dagvattnet från exploaterade områden får inte försvåra möjligheterna att nå miljökvalitetsnormerna i Märstaån och Fysingen/Verkaån, eller medföra att status för någon kvalitetsfaktor i dessa vattenförekomster försämras. Avrinningen från exploateringsområdena får heller inte öka jämfört med idag. WRS AB har upprättat en dagvattenutredning för området, inklusive exploateringsområden öster om Arlandabanan där det föreslås krav på flödesutjämning motsvarande avrinningen från 20 mm nederbörd från varje bebyggd eller hårdgjord yta (Dagvattenutredning Arlandastad stadsdel 4, 5 och 6 samt omgivande framtida exploateringsområden, WRS AB, ). Som ett komplement till denna flödesutjämning har kommunen efterfrågat dimensionering av tre kompletterande flödesutjämnande dagvattendammar, vilket Arlandastad Holding sedan beställt av WRS. Denna utredning omfattar beräkning av erforderlig magasinsvolym och ytbehov samt förslag till placering i plan (i syfte att kunna reservera plats i kommande detaljplaner) för tre dammar enligt nedan (se även figur 1): En damm i Stadsdel 4 för flödesutjämning av dagvattenflöden från Stadsdel 4 En damm i Stadsdel 5 för dagvatten som avleds söderut från Stadsdel 5 En damm i Stadsdel 6 som är gemensam för dagvatten från norra delen av Stadsdel 5 och för hela Stadsdel 6. Förutsättningar Utformning Syftet med dagvattendammarna är att få extra säkerhetsmarginaler vid extremregn så som 100 års-regn, samt extra polering av dagvattnet (finputsning av redan renat vatten). Varje damm ska ha en utloppsbrunn med flödesreglering. Bräddmöjlighet från varje damm ska finnas. Vid större regn ska kontrollerad översvämning kunna ske vid de lågt placerade dammarna. Utlopp ska även utrustas med manuell avstängningsventil som gör det möjligt att strypa utflödet helt vid eventuell olycka där oönskade ämnen kan spridas med dagvattnet. 1 (18)

2 Beräkningsförutsättningar Dammarna ska dimensioneras efter 10 års regn (inklusive klimatfaktor). Det maximala tappflödet från dammarna ska vara detsamma som det dimensionerande 10-årsflödet vid befintlig situation (före exploatering). Figur 1: Översiktsbild över hela det tidigare utredningsområdet med Stadsdel 4-6 markerade. Topografi och avrinning En naturlig vattendelare återfinns centralt i området vilket gör att avrinningen sker både mot norr och söder. Recipient för avrinning norrut är Märstaån och för avrinning söderut Fysingen och Verkaån, se Figur 2. Figur 2: Vattendelare, avrinningsriktningar och diken inom utredningsområdet. 2 (18)

3 Metod och antaganden Då dimensionerande flöden från området inte får öka utifrån nuläget är det sökta maximala avtappningsflödet från dagvattendammarna detsamma som nuvarande dimensionerande flöde vid dimensionerande återkomsttid 10 år. Nuvarande dimensionerande flöde har beräknats med tid-areametoden utifrån befintliga huvuddikens "utsläppspunkt" från respektive område. Dimensionerande varaktighet har sökts i 10 minuters-steg från start av nederbördshändelse. Flödeshastigheter är hämtade från Svenskt Vattens publikation P104. Typ av avledning Hastighet, m/s Ledning i allmänhet 1,5 Dike 0,5 Mark 0,1 För magasinsdimensionering har diagram i figur 6.15, sid 78 i P104, Dahlström 2010 använts, se Bilaga 1. Utifrån känd specifik avtappning avläses den erforderliga specifika magasinsvolymen. För att beräkningsmässigt kompensera för klimateffekter har den reducerade framtida ytan ökats med 20 %. Antaganden som gjorts för beräkningarna: Avledning av dagvatten förväntas ske i samma riktning som avrinningen sker idag, d.v.s. inget dagvatten leds över de naturliga lokala vattendelarna. Dagens avrinning har antagits ske enbart i mark till huvuddiken och sedan via huvuddikena. Förekomst av mindre diken eller eventuella täckdikningar har ej tagits i beaktande. Ej heller en potentiellt betydande grundvattenbildning. Avrinning från områden utanför utredningsområdet beaktas ej. Hela arean inom utredningsområdena har beräknats att avvattnas mot dammarna efter exploatering även då det av praktiska skäl kanske inte är möjligt. Areor är hämtade ur Dagvattenutredning, WRS : Utredningsområde Area Red efter exploatering [m 2 ] Stadsdel 4 (exkl. E4:an) Stadsdel 5 söder Stadsdel 5 norr (exkl. motorbana) Stadsdel (18)

4 Vid beräkning av rinntider efter exploatering har avledning från lokala magasinsvolymer antagits ske uteslutande i ledningsnät. Ett trögare system med diken skulle ge mindre dimensionerande flöde till dammarna och minskad magasinsvolym. Till följd av det lokala magasinskravet på 20 mm tar det minst 25 minuter vid ett dimensionerande regn innan magasinsvolymer bräddar (Dahlström 2010) och dimensionerande flöde uppstår från exploaterad kvartersmark och gator, se Dagvattenutredning, WRS Oexploaterade delar av stadsdelarna förändras inte beräknas inte och därmed sker inget ökat flöde. Eftersom södra delen av stadsdel 5 avrinner via stadsdel 4 redovisas dessa beräkningar först och därefter beräkningarna för Stadsdel 4. Beräkningarna för Stadsdel 6 redovisas sist. 4 (18)

5 Dagvattendamm stadsdel 5, söder Före exploatering sker avrinningen från södra delen av Stadsdel 5 mot huvuddike som fortsätter genom Stadsdel 4 och senare vidare mot recipienterna Fysingen/Verkaån. Figur 3: Markanvändning och kvartersindelning i hela Stadsdel 5. Dimensionerande befintligt flöde (= framtida avtappningsflöde damm) Före exploatering består stadsdelen av skogs- och ängsmark, med avrinningskoefficient 0,05. Dimensionerande flöde = 100 l/s uppstår efter 40 min (bestämt med tidareametoden, se grafisk redovisning av successivt deltagande areal i figur 4). = Sökt avtappningsflöde Tabell 1: Flöden vid olika varaktigheter och deltagande arealer, befintlig situation. STADSDEL 5, SÖDER Tid (min) Regnintensietet (l/s,ha) Area (m 2 ) Φ (-) AreaRed (m 2 ) AreaRed (ha) Flöde (l/s) , , , , , , , , , , , , (18)

6 Figur 4: Deltagande areal i Stadsdel 5 vid olika varaktigheter, i 10 minuterssteg. Rinntid efter exploatering [min] Fyllnadstid magasin inom kvarter 20 mm = 25 min. Antar ledningsstråk i huvudgata, längsta rinnsträcka ca 900 m. Rinntid efter exploatering: 25 min m 1,5 m/s = 25 min sek = 25 min + 10 min = 35 min (för att ej underdimensionera dammvolym sker avläsning av specifik magasinsvolym i diagram för 30 min, Bilaga 1) Specifik avtappning damm [l/s, ha] med klimatkompensation Area red efter exploatering m 2 = 13,1 ha Red Klimatanpassning 20 % ger Area red = 15,72 ha Red (13,1 ha Red 1,2 = 15,7 ha Red ) Specifik avtappning l s, ha Red = 100 l/s = 6,4 l s, ha 15,7 ha Red Red (en minskad specifik avtappning ger en ökad specifik magasinsvolym) 6 (18)

7 Dammvolym [m 3 ] Ur P104, sid 78, Figur 6.15 Dahlström 2010, rinntid 30 min avläses (se även Bilaga 1): Specifik magasinsvolym = 270 m 3 /ha Red m Magasinsvolym = ,1 ha ha Red = 3540 m 3 Red Erforderlig magasinsvolym för Stadsdel 5 beräknas alltså till ca 3600 m 3. Observera att vi i sista ledet valt att inte multiplicera med den klimatkompenserade reducerade ytan utan med den "okompenserade ytan" för att inte kompensera två gånger med faktorn 1,2! Ytbehov och placering av damm Utifrån kartunderlag och platsbesök har ett område i den södra delen av Stadsdel 5, på gränsen till stadsdel 4, identifierats som lämpligt för placering av en fördröjningsdamm. Markerat område i figur 5 är låglänt och flackt utan större nivåskillnader. Figur 5: Föreslagen placering av damm inom Stadsdel 5. Dammyta med reglerdjup 0,5 meter samt dammyta med reglerdjup 0,3 meter. Erforderligt ytbehov för att en damm med reglerdjup 0,5 meter ska uppfylla magasinsbehovet är 7200 m 2. Eftersom de nivåmässiga förutsättningarna vad gäller grundvattennivå och högsta tillåtna dämningsnivå (före bräddning) är okända i nuläget, reserveras förslagsvis en väsentligt större yta i planen för dagvattendammen så att det finns marginaler. I figuren illustreras också en yta på knappt 1,2 ha, vilket motsvarar arean av en damm med reglerdjup 0,3 m. 7 (18)

8 Figur 6: Föreslagen plats för dagvattendamm i Stadsdel 5. Vy i ostlig riktning, norr om gräns till Stadsdel 4. Området är låglänt och flackt med små nivåskillnader. 8 (18)

9 Dagvattendamm stadsdel 4, söder Stadsdel 4 är placerat längst söder ut i utredningsområdet, nedströms Stadsdel 5. En dagvattendamm för den södergående avrinningen ska placeras inom stadsdelen. Dammen kommer i framtiden att ta emot avtappningsflödet från dammen i södra delen av Stadsdel 5. Det är samma flöde som den dimensionerande avrinningen från Stadsdel 5 vid befintlig situation före exploatering. Figur 6: Planerad utformning efter exploatering Stadsdel 4. Före exploatering sker avrinningen mot ett huvuddike som leder till recipienterna Fysingen/Verkaån. E4:an har eget system för omhändertagande av dagvatten och har ej tagits i beaktande vid beräkning av erforderlig dammvolym. Dimensionerande befintligt flöde (= framtida avtappningsflöde damm) Före exploatering består stadsdelen av skogs- och ängsmark, med avrinningskoefficient 0,05. Dimensionerande flöde = 160 l/s uppstår efter 60 min (tid-areametoden; tabell 2 och Figur 7). = Sökt avtappningsflöde 9 (18)

10 Tabell 2: Dimensionerande flöde för damm i Stadsdel 4, beräknat av maxflöde vid befintlig situation. STADSDEL 4, SÖDER Tid (min) Regnintensitet (l/s,ha) Area (m 2 ) Φ (-) AreaRed (m 2 ) AreaRed (ha) Flöde (l/s) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Figur 7: Deltagande areal i Stadsdel 4 (och 5) vid olika varaktigheter, i 10 minuters-steg. 10 (18)

11 Rinntid efter exploatering [min] Fyllnadstid magasin inom kvarter 20 mm, tar 25 min. Antar ledningsstråk i huvudgata, längsta rinnsträcka ca 700m Rinntid efter exploatering: 25 min m = 25 min sek = 1,5 m/s 25 min + 8 min = 33 min 30 min Specifik avtappning damm [l/s, ha] med klimatkompensation Area red efter exploatering m 2 =17,2 ha Red Klimatanpassning 20% ger en Area red=20,6 ha Red (17,2 ha Red 1,2 = 20,6 ha Red ) Specifik avtappning l s, ha Red = 160 l/s = 7,8 l s, ha 20,6 ha Red Red (en minskad specifik avtappning ger en ökad specifik magasinsvolym) Dammvolym [m 3 ] Ur P104, sid 78, Figur 6.15 Dahlström 2010, rinntid 30 min avläses (se även Bilaga 1): Specifik magasinsvolym = 250 m 3 /ha Red m Magasinsvolym = ,2 ha ha Red = 4300 m 3 Red Erforderlig magasinsvolym för Stadsdel 4 beräknas alltså till m3. Observera att vi i sista ledet valt att inte multiplicera med den klimatkompenserade reducerade ytan utan med den "okompenserade ytan" för att inte kompensera två gånger med faktorn 1,2! Ytbehov och placering av damm Utifrån kartunderlag och platsbesök har ett område i den sydvästra delen av Stadsdel 4 identifierats som lämpligt för placering av en fördröjningsdamm. Markerat område i figur 8 är låglänt och flackt utan större nivåskillnader. Markerat område är förlagt i gräs-/parkområde enligt illustrationsplan antagen (18)

12 Figur 8: Föreslagen placering av damm inom Stadsdel 5. Dammyta med reglerdjup 0,5 meter samt dammyta med reglerdjup 0,2 meter. Erforderligt ytbehov för att en damm med reglerdjup 0,5 meter ska uppfylla magasinsbehovet är 8600 m 2. Eftersom de nivåmässiga förutsättningarna vad gäller grundvattennivå och högsta tillåtna dämningsnivå (före bräddning) är okända i nuläget, reserveras förslagsvis en väsentligt större yta i planen för dagvattendammen så att det finns marginaler. I figuren illustreras också en yta på knappt 2,2 ha, vilket motsvarar arean av en damm med reglerdjup 0,2 m. Figur 9:Föreslagen plats för dagvattendamm i Stadsdel 4. Vy i nordlig riktning från där befintligt dike skär över stadsdelsgränsen. Området är låglänt och flackt med små nivåskillnader. 12 (18)

13 Dagvattendamm stadsdel 5 och 6, norr Avrinningen norrut inom utredningsområdet kommer från Stadsdel 6 samt del av Stadsdel 5. En dagvattendamm för norrgående avrinningen ska placeras i den norra delen av Stadsdel 6. Figur 10: Markanvändning och kvarters indelning Stadsdel 6. Före exploatering sker avrinningen i mark mot huvuddike som leder till recipient Märstaån. Motorbanan i Stadsdel 5 har ett separat system för fördröjning och omhändertagande av dagvatten, dock kommer dimensionerande utflöde från motorbanan ledas genom planerad dagvattendamm i Stadsdel 6. Dimensionerande befintligt flöde (= framtida avtappningsflöde damm) Avtappningsflöde damm Före exploatering består Stadsdel 6 och norra delen av Stadsdel 5 av skogsmark, åkermark, hygge, grusväg och litendel bebyggelse. Området har en sammanvägd avrinningskoefficient på 0,1. Dimensionerande flöde = 222 l/s uppstår efter 110 min (bestämt med tid-areametoden, se grafisk redovisning av successivt deltagande areal i figur 11). = Sökt avtappningsflöde 13 (18)

14 Tabell 3: Dimensionerande flöde för damm i Stadsdel 5 och 6, beräknat av maxflöde vid befintlig situation. STADSDEL 5 OCH 6 NORR Tid (min) Regnintensietet (l/s,ha) Area (m 2 ) Φ (-) AreaRed (m 2 ) AreaRed (ha) Flöde (l/s) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , (18)

15 Figur 11: Deltagande areal i Stadsdel 5 och 6 vid olika varaktigheter, i 10 minuters-steg. Rinntid efter exploatering [min] Fyllnadstid magasin inom kvarter 20 mm = 25 min. Antar ledningsstråk i huvudgata, längsta rinnsträcka ca 1000 m. Rinntid efter exploatering: 25 min m 1,5 m/s = 25 min sek = 25 min + 11 min = 36 min 35 min (för att ej underdimensionera dammvolym sker avläsning av specifik magasinsvolym i diagram för 30 min, Bilaga 1) Specifik avtappning damm [l/s, ha] med klimatkompensation Area red efter exploatering = 24,1 ha Red m 2 (Stadsdel 5 norr) m 2 (Stadsdel 6) = m 2 (I denna beräkning har arean för hela Stadsdel 6 öster om Väg273 som total area Stadsdel 6.) Klimatanpassning 20 % ger Area red = 28,9 ha Red (24,1 ha Red 1,2 = 28,9 ha Red ) Utöver flödet från Stadsdel 5 och 6 tillkommer även ett utgående flöde från motorbanan Test Track 1 inom Stadsdel 5. I nuvarande situation släpper motorbanan ett maximalt utgående flöde på 221 l/s i det befintliga huvuddiket inom Stadsdel 5. Detta flöde ska därmed inkluderas i beräkningarna. Dagvattenhanteringen inom motorbanansområde består till stor del av makadamdiken. Det kommer därmed ta minst 10 minuter från starten av en nederbördshändelse innan utflöde sker i diket. Antar att utflödet från motorbanan kopplas på ledningsnät från den norra delen av Stadsdel 5 till dammen i Stadsdel 6. Rinnsträcka i ledning enligt ovan (1 000 m) vilket ger en rinntid på 11 min. Efter ca 20 min (uppfyllnadstid inom separatsystem + rinntid) tillkommer ett tappflöde från motorbanan på maximalt 221 l/s. Det ökade flödet kan räknas om till att representera ett ökat flöde i form av en högre avrinningskoefficient (= högre A Red) inom avrinningsområdet. Q[l s] = A Red [ha] i[l s, ha] Q[l/s] A Red [ha] = i 20min [l/s, ha] = = 1,46 ha Red Specifik avtappning l s, ha Red = 222 l/s = 8,7 l s, ha 25,56 ha Red Red 222 l/s = 24,1 ha Red +1,46 ha Red (en minskad specifik avtappning ger en ökad specifik magasinsvolym) 15 (18)

16 Dammvolym [m 3 ] Ur P104, sid 78, Figur 6.15 Dahlström 2010, rinntid 30 min avläses (se även Bilaga 1): Specifik magasinsvolym = 245 m 3 /ha Red m Magasinsvolym = ,56 ha ha Red = 6262 m 3 Red Erforderlig magasinsvolym för Stadsdel 6 och norra delen av Stadsdel 5 beräknas alltså till m 3. Observera att vi i sista ledet valt att inte multiplicera med den klimatkompenserade reducerade ytan utan med den "okompenserade ytan" för att inte kompensera två gånger med faktorn 1,2! Ytbehov och placering av damm Utifrån kartunderlag och platsbesök har ett område i den norra delen av Stadsdel 6 identifierats som lämpligt för placering av en fördröjningsdamm. Markerat område i figur 12 är låglänt och flackt utan större nivåskillnader. Figur 12: Föreslagen placering av damm inom Stadsdel 6. Dammyta med reglerdjup 0,5 meter samt dammyta med reglerdjup 0,23 meter. Erforderligt ytbehov för att en damm med reglerdjup 0,5 meter ska uppfylla magasinsbehovet är m 2. Eftersom de nivåmässiga förutsättningarna vad gäller grundvattennivå och högsta tillåtna dämningsnivå (före bräddning) är okända i nuläget, reserveras förslagsvis en väsentligt större yta i planen för dagvattendammen så att det finns marginaler. I figuren illustreras också en yta på knappt 2,7 ha, vilket motsvarar arean av en damm med reglerdjup 0,23 m. Det område som reserveras för dagvattenfördröjning inom planen kan med fördel utformas med god marginal, då man i framtiden eventuellt vill öppna för att ansluta ytterligare flöde från befintligt dike i öster. 16 (18)

17 Figur 13: Föreslagen plats för dagvattendamm i Stadsdel 6. Vy i syddlig riktning från grening befintliga diken. Området är låglänt och flackt med små nivåskillnader. 17 (18)

18 Slutsats Beräkningar och bilder ovan redovisar erforderlig magasinsvolym, ytbehov samt förslag till placering i plan för tre stycken dagvattendammar inom Stadsdel 4-6. Tabell 4: Sammanställning avtappningsflöde, erfoderligvolym och areautbredning för de tre beräknade dammarna. Placering Södra delen Stadsdel 5 Södra delen Stadsdel 4 Norradelen Stadsdel 6 Avtappningsflöde [l/s] Erforderlig volym [m 3 ] Ytbehov vid 0,5 m reglerdjup [m 2 ] Anna Thorsell och Daniel Stråe, WRS AB 18 (18)

19 Bilaga 1 19 (18)