MODELLERING AV DAGVATTENFLÖDEN I NACKA KOMMUN

Handledare Hans Berg (KTH) & Marilou Hamilton (Nacka kommun) MODELLERING AV DAGVATTENFLÖDEN I NACKA KOMMUN Arne Karlsson Mars 2009 TRITA-LWR Degree Project ISSN 1651-064X LWR-EX-09-05

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project ii

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun ABSTRACT In December 2000 a new EU-directive framework for water was adopted. An important change, since the new directive, is that Sweden s work with water issues from now on will be divided after watersheds. An important part of detailed planning for new development areas is the management of storm water. The natural path for water should as far as possible be followed when a new sewer is being built, to avoid influence of waters natural balance. Knowledge about watersheds is very important for regional and detailed planning. How a sewer net is designed and how storm water flows is being calculated has been investigated by a study of related literature. The management of storm water is described both in general and more specified how Nacka municipality has solved their handling of storm water. The watershed for storm water in Nacka municipality is defined and presented in a local GIS-system. The sewer net in a new developed area in Nacka has being simulated with SWMM, an American modelling program. The capacity of the system has being simulated by varying the precipitation and resulting flows of storm water has been calculated. Results from the simulation are indicating that the sewer net is not correctly dimensioned. Flooding appears already at a one year rain, a rain that statistically appears once a year. Keyword: Modelling, Storm water, watershed, Nacka municipality, SWMM iii

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project iv

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun SAMMANFATTNING Ett samlande EG-direktiv för vatten antogs i december 2000. En viktig förändring sedan vattendirektivet antogs är att Sveriges arbete med vattenfrågor nu läggs upp efter avrinningsområden. Även det kommunala planeringsarbetet underlättas om kommunen är uppdelad i avrinningsområden. Hanteringen av dagvatten för nya exploateringsområden är en viktig del vid upprättande av detaljplaner. När nya dagvattenledningar ska dimensioneras bör vattnets naturliga väg följas i så stor utsträckning som möjligt, för att inte påverka naturliga vattenförhållanden allt för mycket. Kunskap om avrinningsområden är alltså av väsentlig vikt för såväl regional som kommunal planering. En litteraturstudie över avloppsnätets utformning och hur dagvattenflöden beräknas har genomförts. Hur dagvatten renas och omhändertas finns beskrivet, med ett eget avsnitt om hur Nacka kommun har löst sin dagvattenhantering. Nacka kommuns avrinningsområden för dagvatten har kartlagts och presenterats i ett lokalt GIS-system. Byggande av bostäder, bortsprängning av berg och avledning av dagvatten i ledningar är alla faktorer som kan förändra gränserna för naturliga avrinningsområden. På senare år har datorprogram börjat användas vid dimensionering av avloppsledningar. Med hjälp av ett modelleringsprogram (SWMM) har utformningen av ett dagvattensystem för ett nyexploaterat område i Nacka kommun undersökts. För att studera ledningarnas kapacitet har flera olika nederbördsmängder använts och resulterande dagvattenflöden har beräknats. Resultaten från simuleringarna indikerar att dagvattenledningarna i det studerade området är felaktigt dimensionerade. Översvämningar sker redan vid ett års regn, d.v.s. ett regn som statistiskt sett återkommer varje år. Men, det går inte att fastslå att ledningarna är felaktigt dimensionerade, eftersom modellen innehåller flera osäkra indata. Modellering är alltid en förenkling av verkligheten och bör utföras som ett komplement till tradionellt fältarbete och vice versa. Nyckelord: Modellering, avrinningsområden, Nacka kommun, dagvattenflöden, SWMM v

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project vi

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun ERKÄNNANDEN Föreliggande rapport är ett examensarbete, omfattande 30 högskolepoäng. Det är det avslutande momentet inom utbildningen Samhällsbyggnad 270 hp vid kungliga tekniska högskolan i Stockholm. Examensarbetet genomfördes under hösten 2008 på Nacka kommun med handledning av Marilou Hamilton. Handledare på KTH har varit Hans Bergh, universitetslektor i vattenbyggnad på instutionen för mark- och vattenteknik. Jag vill tacka mina handledare Marilou Hamilton och Hans Bergh för all hjälp under arbetets gång och VA-enheten på Nacka kommun för trevligt sällskap och svar på många frågor. Nacka, December 2008 Arne Karlsson vii

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project viii

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun INNEHÅLLSFÖRTECKNING Abstract...iii Sammanfattning...v Erkännanden... vii Innehållsförteckning... ix 1 Inledning... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte... 1 1.3 Genomförande... 1 2 Avloppssystem... 1 2.1 Avloppsvatten... 1 2.2 Avledning av dagvatten... 2 2.3 Ledningssystem... 3 2.3.1 Kombinerat system... 3 2.3.2 Separat system... 5 2.3.3 Duplikatssystem... 5 3 Dagvattenhantering... 5 3.1 Allmänt... 5 3.2 Vad menas med LOD?... 5 3.3 Dagvattenanläggningar... 6 3.3.1 LOD... 6 3.3.2 Dammar... 8 3.4 Våtmarker... 9 3.3.4 Övriga reningsanläggningar...10 3.4 Dagvattenhantering i Nacka kommun... 11 3.4.1 Ansvarfördelning...11 3.4.2 Nacka kommuns dagvattenstrategi...13 3.5 Dagvattenanläggningar i Nacka kommun... 13 3.5.1 Långsjön...13 3.5.2 Myrsjön...14 3.5.3 Kocktorpssjön...15 4 Teoretisk bakgrund... 15 4.1 Beräkning av dagvattenflöden... 15 4.1.1 Rationella metoden...15 4.1.2 Tid-area metoden...17 4.2 SWMM... 18 4.2.1 Allmänt...18 4.2.2 Infiltrationsmodeller...19 4.2.3 Flöden...20 4.3.1 Dimensionerande regnintensitet...22 5 Avrinningsområden i Nacka kommun... 24 5.1 Allmänt... 24 5.2 Bakgrund... 25 5.2.1 Vattendirektivet...25 5.2.2 Regionala miljömål...25 5.3 Naturliga avrinningsområden i Nacka kommun... 25 5.3.1 Insamling av data...25 5.3.2 Digitalisering av data...26 5.4 Påverkade områden... 27 ix

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project 5.5 Avrinningsområden för dagvatten i Nacka kommun... 28 6 Modellering av dagvattenflöden med SWMM... 32 6.1 Beskrivning av området... 32 6.2 Syfte... 33 6.3 Indata... 33 6.4.1 Avrinningsområden...34 6.4.2 Ledningar...35 6.4.3 Noder och utflöden...35 6.4.4 Nederbörd...35 6.4.5 Infiltration...36 7 Resultat... 37 7.1 Allmänt... 37 7.2 Återkomsttid 1 år... 37 7.3 Återkomsttid 2 år... 37 7.4 Återkomsttid 10 år... 37 7.5 Återkomsttid 100 år... 38 7.6 Känslighetsanalys av infiltrations- och flödesmetoder... 38 7.6.1 Olika infiltrationsmetoder...38 7.6.2 Olika flödesmetoder...38 7.6.3 Slutsats av känslighetsanalys...39 7.7 Sammanfattning av resultat... 39 8 Diskussion... 44 9 Referenser... 47 Bilaga 1: Ord- och begreppsförklaring Bilaga 2: Avrinningsområden över kommunblocket Nacka-Saltsjöbaden-Boo Bilaga 3: Flödesriktningar i kommunblocket Nacka-Saltsjöbaden-Boo Bilaga 4: Resultat för 1-års regn Bilaga 5: Resultat för 2-års regn Bilaga 6: Resultat för 10-års regn Bilaga 7: Resultat för 100-års regn Bilaga 8: Resultat för 10-års regn med Hortons infiltrationsmodell Bilaga 9: Resultat för 10-års regn med flödesmetoden kinematisk våg x

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun 1 INLEDNING 1.1 Bakgrund Ett samlande EG-direktiv för vatten antogs i december 2000. En viktig förändring sedan vattendirektivet antogs är att Sveriges arbete med vattenfrågor nu läggs upp efter avrinningsområden. Sverige är därför, sedan 2004, indelat i fem vattendistrikt, som utgör den geografiska och hydrologiska grunden för förvaltning av vatten. Nackas avrinningsområde ligger inom Norra Östersjöns vattendistrikt som har sin vattenmyndighet i Västerås. Under avsnittet Vatten och Avlopp, i Stockholms regionala miljöhandlingsprogram (Regionplane och trafikkontorets hemsida, 2008), lyder en av åtgärdspunkterna: 1.2 Syfte Kartlägg naturliga och tekniska avrinningsområden med dess markanvändning. Syftet med examensarbetet är att definiera och kartlägga Nacka kommuns naturliga och tekniska avrinningsområden. Studien omfattar även en utredning om hur naturliga avrinningsområden påverkas av exploatering samt en modellering av dagvattenflöden i ett nybyggt villaområde. Genom arbetet vill Nacka kommun få, en samlad bild av hur dagvattenavrinningen inom kommunen ser ut, och ett underlag till diskussion beträffande nya exploateringsområden och framtida dagvattenlösningar. 1.3 Genomförande Examensarbetet har bedrivits genom litteratur- och kartstudier, datormodellering och personkontakter på Nacka kommun och KTH. Litteraturstudien behandlar avloppssystemens uppbyggnad och dagvattnets avledning. Vidare beskrivs dagvattenhantering i allmänhet och Nacka kommuns dagvattenstrategi i synnerhet. Genom studier av äldre kartor över nederbördsområden och aktuella kartor över kommunens dagvattennät har naturliga och tekniska avrinningsområden definierats och presenterats i kommunens eget GISsystem. I ett nyexploaterat område i Nacka har dimensionerande dagvattenflöden, för olika nederbördsmängder, beräknats med det amerikanska modelleringsprogrammet SWMM. Som avslutning har en diskussion förts om hur naturliga avrinningsområden påverkas av nyexploatering och utbyggnad av dagvattenledningar. Vidare förs ett resonemang kring resultaten från simuleringen av dagvattenflöden. 2 AVLOPPSSYSTEM 2.1 Avloppsvatten Avloppsvatten består normalt av följande: Spillvatten, från bl.a. hushåll hotell och restauranger offentliga byggnader sjukhus kontor och affärer 1

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project industrier Dagvatten, från bl.a. vägar, gator, gårdar och tak parker, torg och öppna platser naturmark Dränvatten, från bl.a. byggnadsgrunder begravningsplatser övriga markområden (VAV, 1976) Spillvatten Vatten från hushåll (bad, toalett, disk m.m.) och verksamheter (processvatten, tvättvatten) som leds till reningsverk. Spillvatten kommer uteslutande från aktiviteter inomhus. (VAS-rådet, 2008) Spillvatten är med andra ord vatten som har använts av hushåll eller industrier och som oftast återförs till reningsverket via ledningar. Dagvatten Med dagvatten menas: ytligt avrinnande regnvatten och smältvatten (Svenskt Vatten, 2004). En annan definition är: ytavrinnande vatten från all typ av mark inom bebyggt område (VAS-rådet, 2008). Definitionen på dagvatten är lite snäv och bör förtydligas. Med dagvatten menas inte bara vatten från regn och snösmältning, även vatten från spolning och bevattning ryms inom begreppet. Vatten som har använts i samband med släckning av bränder kallas släckvatten och kan också betraktas som dagvatten. Däremot räknas inte rena utsläpp av exempelvis olja som dagvatten. Dränvatten Med dränvatten menas: vatten som avleds genom dränering (Svenskt Vatten, 2004). En äldre definition är: vatten som passerat marklager och som avleds genom dränering (VAV, 1976). Dränvatten är således vatten som har infiltrerat ned genom marken och avleds bort från byggnader, eller markområden, för att undvika vattenskador. Även grundvatten som läcker in i ledningssystemet benämns som dränvatten. 2.2 Avledning av dagvatten Ursprungligen avleddes dagvatten i diken och bäckar. På 1960-talet började dagvatten att avledas i slutna ledningar. Idag har hanteringen av dagvatten återgått till ett mer naturligt sätt genom att utnyttja LOD Lokalt omhändertagande av dagvatten. (Svenskt Vatten, 2004). Se 3.2 för en mer utförlig beskrivning av LOD. Följande funktionskrav gäller för dagvattensystem (Svenskt Vatten, 2004): Avvattning av hårdgjorda ytor och andra ytor skall ske så att risken för besvärande dämning minimeras Dagvatten från hårt smutsade hårdgjorda ytor såsom trafikleder, starkt trafikerade centrumområden och industriområden kan behöva genomgå rening före utsläpp till känsliga recipienter. Det viktigaste för ett dagvattensystem är alltså att minska risken för översvämningar och att rena där det behövs. 2

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun 2.3 Ledningssystem I 2.1 beskrivs tre olika typer av avloppsvatten: spillvatten, dagvatten och dränvatten. Detta avleds i ett kombinerat eller ett separat system. Det finns även ett duplikatssystem som är en utveckling av det separerade systemet. I tabell 1 visas exempel på olika avloppssystem. Tabell 1: Exempel på olika avloppssystem (LTU, 1994). 2.3.1 Kombinerat system I ett kombinerat system avleds allt avloppsvatten (Spill-, drän- och dagvatten) i en gemensam ledning. Detta system var vanligast i Sverige fram till 1960-talet (LTU,1994). I områden med äldre avloppssystem, framförallt i städernas centrala delar, finns det kombinerade systemet kvar. I hela landet utgörs ca 35 % av ledningsnätet av kombinerade system (LTU,1994). I figur 1 visas en principskiss som beskriver ett kombinerat system. 3

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project Figur 1: Principskiss som beskriver ett kombinerat system (VAS-rådet, 2008). Avloppsvattnet från stadsdelar eller bostadsområden leds i huvudledningar som mynnar i en s.k. avskärande ledning, som leder vattnet till reningsverket. Huvudledningarna dimensioneras så att intensiva regn inte ska orsaka översvämningar i källare. Om den avskärande ledningen dimensioneras efter huvudledningarnas kapacitet skulle denna bli orimligt stor. För att undvika överbelastning av den avskärande ledningen placeras vid varje avskärningspunkt ett bräddavlopp. Bräddavlopp är det vanligaste medlet för flödesreglering i kombinerade avloppssystem (Hogland m fl., 1986). I samband med häftiga regn eller intensiv snösmältning bräddar avloppsvatten från systemet utan rening till närmaste recipient. Figur 2 visar en schematisk beskrivning av ett kombinerat system, här finns även bräddavlopp med. Figur 2: Schematisk beskrivning av ett kombinerat avloppssystem (Hogland m fl, 1986). 4

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun 2.3.2 Separat system I ett separat system leds spillvatten och dränvatten bort i en gemensam ledning. All avledning av dagvatten sker i öppna diken med vilka stuprör, rännstenar m.m. står i förbindelse. Systemet är vanligast i mindre tätorter och vid enskilda gårdar. (LTU, 1994) 2.3.3 Duplikatssystem Duplikatssystemet är en utveckling av det separerade systemet. Precis som i det separerade systemet leds här spillvatten och dränvatten bort i en gemensam ledning. Det som skiljer systemen åt är att även dagvatten leds bort i en ledning i det duplikata systemet. Detta är idag det mest använda avloppssystemet i Sverige (LTU, 1994). Avledning av dränvatten sker antingen tillsammans med spillvatten, alt. A figur 3, eller både med spillvatten och dagvatten, alt. B figur 3. Spillvattenledningen bör placeras lägst i rörgraven, figur 3, för att undvika att föroreningar läcker in till dag- och dränvattenledningen (LTU, 1994). Figur 3: Ledningarnas placering i rörgrav (LTU, 1994). 3 DAGVATTENHANTERING 3.1 Allmänt Dagvattenhanteringens historia går mycket långt tillbaka i tiden. I Egypten finns rester av dammanläggningar och kanaler som daterats till nära 6000 år tillbaka i tiden. Den moderna hanteringen i Sverige började på 1930- och 1940 talen då dagvatten anslöts till det redan utbyggda avloppsnätet. Under 1950-talet började miljöskador på recipienterna bli allvarliga och i och med detta började utbyggnaden av reningsverken. På 1960-talet började duplikata system anläggas och dagvatten leddes ut till närmaste recipient. Under 1970-talet började återigen miljöskadorna på recipienten, den här gången orsakad av dagvatten, att aktualiseras. På senare tid har därför en återgång till ett mer naturligt sätt att hantera dagvatten tagits i och med LOD Lokalt Omhändertagande av Dagvatten. (Jansson m.fl., 1993) 3.2 Vad menas med LOD? Lokalt omhändertagande av dagvatten, LOD, används som samlande benämning på olika åtgärder för att minska eller fördröja dagvattenavrinningen från privat mark innan vattnet tillförs det allmänna dagvattensystemet. (Stahre, 2004) LOD kan även definieras som: varje åtgärd syftande till att förhindra eller minska mängden dagvatten och däri lösta miljöstörande ämnen till ledningsnät, reningsverk eller recipienter. (Larm, 1994) LOD är alltså ett samlingsnamn för olika metoder att omhänderta och minska mängden dagvatten så nära källan som möjligt. Ett sätt att lösa hanteringen av dagvatten lokalt, dvs. nära den yta som nederbörden faller på (VAV, 1983). 5

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project Alla LOD-anläggningar kan i princip sägas bestå av en eller flera av följande byggstenar (VAV, 1983): 1. Infiltrationsyta 2. Perkolationsanläggning 3. Dräneringsledning 4. Klent dimensionerad dagvattenledning 5. Fördröjningsmagasin 3.3 Dagvattenanläggningar Det finns en mängd olika tekniska lösningar för dagvattenhantering. Inom ramen för detta arbete ryms endast ett fåtal. Förhoppningen med valda dagvattenlösningar är att dessa ska exemplifiera de vanligaste typerna av dagvattenrening. I detta arbete har olika dagvattenlösningar delats upp i: 3.3.1 LOD LOD -Infiltrationsanläggningar -Perkolationsanläggningar Dammar -Våta dammar -Torra dammar Våtmarker Övriga reningsanläggningar Begreppet LOD brukar ibland användas enbart för anläggningar som utnyttjar infiltration eller perkolation av dagvatten. Skillnaden mellan infiltration och perkolation är att vid infiltration stannar vattnet kvar i de övre marklagren och vid perkolation infiltrerar vattnet ned till grundvattnet. Den enklaste typen av infiltration är att dagvatten leds ut på en grönyta där det får infiltrera. Oftast måste infiltrationen kombineras med något av följande: perkolationsanläggning, dränering eller dagvattenavledning. (VAV, 1983) 6

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun Figur 4: Detalj av stuprörsutkastare (Stahre, 2004) Ett exempel på infiltration är när takvatten leds till en gräsyta, figur 4. Detta sker genom s.k. stuprörsutkastare som leder vattnet via en grund ränndal till omgivande gräsytor där det får infiltrera. (Stahre, 2004) I en perkolationsanläggning leds vatten direkt ned i marken eller i speciellt anlagda stenfyllningar, s.k. perkolationsmagasin, figur 5. Här sker den fortsatta vattentransporten genom perkolation till grundvattnet. (VAV, 1983) 7

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project Figur 5: Perkolationsanläggning (VAV, 1983) Stenfyllningsmagasin är ett praktiskt exempel på en perkolationsanläggning. Ett stenfyllningsmagasin är ett magasin i marken som är fyllt med singel, makadam eller något annat grovt material. Vattnet leds till magasinet via inloppsbrunnar och perkolerar sedan till grundvattnet. (Stahre, 2004) 3.3.2 Dammar Med dammar menar Larm (1994) en anläggningstyp med avskiljande funktion. Vidare menar han att sedimenteringsbassänger, avsättningsmagasin, utjämningsmagasin och infiltrationsdammar alla tillhör denna kategori. Inom begreppet damm ryms således en mängd olika anläggningar. Enligt Stahre (2004) kan dammar karakteriseras som LOD, fördröjning nära källan eller samlad fördröjning. I detta arbete beskrivs två olika typer av dammar: våta och torra dammar. Skillnaden mellan våta och torra dammar är att den förra har en permanent vattenyta vilket den senare inte har (Larm, 1994). Våta dammar Våta dammar, figur 6, omfattas bl,a, av dammar som sedimenteringsbassänger och avsättningsdammar som har en permanent vattenyta. De har bred tillämpning och kan t.ex. användas i närheten av bostadsområden eller för behandling av vägdagvatten. Avrinningsområdet bör inte vara för litet och ett tillräckligt basflöde bör existera. Dammbotten utgörs oftast av lera för att minska infiltrationen och därmed bibehålla en vattenyta även under torr väder. (Larm, 1994) Rening av ämnen sker genom sedimentering, växtupptag eller bakteriell nedbrytning. Avskiljning genom sedimentering ligger inom intervallet 50-90 %. För fosfor är reningseffekten mellan 30-90% och för lösta näringsämnen mellan 40-80%. (Larm, 1994) 8

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun Figur 6: Principskiss av en våt damm (Westlin, 2004) Torra dammar Torra dammar, figur 7, omfattas bl,a, av dammar, infiltrationsdammar, sedimenteringsbassänger och avsättningsdammar som inte har en permanent vattenyta. De har bred tillämpning och kan användas i kombination med våtmarker och våta dammar. Torra dammar bör inte lokaliseras för nära bostadsområden p.g.a. estetiska skäl och eventuella luktproblem. Om avrinningsområdet är för litet är de inte praktiska och permeabel mark är en förutsättning. (Larm, 1994) Torra dammar har något mindre kapacitet att reducera föroreningar än våta dammar. Reningen sker i huvudsak genom sedimentering. Avskiljningsgraden varierar mellan 10-90% beroende på förorening och anläggningens utformning. (Larm, 1994) Figur 7: Principskiss av en torr damm (Westlin, 2004) 3.4 Våtmarker Det finns både naturliga och artificiella våtmarker som används till att rena såväl avloppsvatten som dagvatten (Larm, 1994). En våtmark är enligt Stahre (2004) ett vattenområde där vattenytan ligger i markytan eller strax ovanför eller under denna. Vidare säger han att våtmarken till stor del är täckt av vattenväxter. Larm (1994) anser att våtmarken är en form av fördröjningsmagasin men att den också har en viktig funktion att reducera föroreningsinnehåll. Förutom att tjäna som en reningsanläggning för förorenat dag- och avloppsvatten fyller också våtmarker en viktig funktion som natur- eller rekreationsområde. Vid Alhagen, norr om Nynäshamn, har en naturlig våtmark anlagts som tjänar som ett komplement till det kommunala reningsverks kemiska och mekaniska rening, figur 8. Syftet med anläggningen är inte enbart att fungera som en reningsanläggning utan är även ett populärt rekreationsområde för kommunens invånare. (www.nynashamn.se) 9

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project Figur8: Våtmarke Alhagen (www.nyna shamn.se) I en våtmark sker avskiljningen av föroreningar genom sedimentering, växtupptag, adsorption, kemisk utfällning, fysikalisk filtrering, mikrobielnedbrytning och avdunstning. Vid dagvattenrening är mikrobiell aktivitet den viktigaste reningsprocessen. Artificiella dammar kan användas i kombination med dammar för att höja den totala reningseffekten. Naturliga våtmarker har oftast något lägre avskiljningsgrad av föroreningar än artificiella våtmarker. 3.3.4 Övriga reningsanläggningar Lamelloljeavskiljare, oljeavskiljare och rotzonsanläggningar är exempel på övriga reningsanläggningar. Nedan följer en beskrivning av oljeavskiljare. Oljeavskiljare, figur 9, utgörs av bassänger för avskiljning av olja, varmed ämnen med lägre densitet samlas på ytan och ämnen med högre densitet avsätts på botten (Larm, 1994) 10

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun Figur 9: Principskiss av oljeavskiljare (Larm, 1994) Oljeavskiljare anläggs främst på impermeabla områden såsom parkeringsytor, bensinstationer och affärer. Anläggningen används främst som förbehandling och ansluts alltid till dagvattennätet. Med en oljeavskiljare renas främst olja och fetter, dessa flyter upp till ytan där de binds till sediment och sjunker sedan till botten. 3.4 Dagvattenhantering i Nacka kommun I Nacka kommun, strax öster om Stockholm, bor cirka 83.000 människor. Bebyggelsen är varierad - från sekelskiftesvillor med snickarglädje till nybyggda och konstnärligt smyckade flerfamiljshus. Alla de fyra kommundelarna - Boo, Fisksätra/Saltsjöbaden, Sicklaön och Älta - har nära till stora och orörda naturområden. (Nacka kommuns hemsida, 2008) Nacka kommun omfattar både land och vatten, en areal av drygt 100 km². Huvuddelen är fastland och det finns cirka 20 öar samt 38 insjöar i området. Kommunen ligger på en urbergsplatå som är sönderskuren av sprickdalar till ett starkt kuperat landskap. De högsta punkterna är 60 70 m ö h. I dalsänkorna finns odlingsbar mark och lövskog, medan barrskog dominerar berg- och moränområdena. (Nacka kommuns hemsida, 2008) I kommunen finns det (Nacka kommuns hemsida, 2008): 83 mil vatten- och avloppsledningar 12 tryckökningsstationer 56 avloppspumpstationer 6 vattentorn 56 villapumpstationer 3 dagvattenreningsanläggningar 3.4.1 Ansvarfördelning I följande avsnitt har samtliga referenser hämtats från Nacka kommun (2008). Kommunen har det övergripande ansvaret för planering och utsläpp av dagvatten. Inom kommunen fördelas ansvaret mellan ett antal enheter. Planenheten Kommunen har planmonopol och det är kommunens planenhet som utarbetar förslag till detaljplaner och områdesbestämmelser som kan 11

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project reglera dagvattenhanteringen i ett område. Inom enheten upprättas både översiktliga planer och detaljplaner. I översiktsplaner redovisas den övergripande strukturen för avrinningsområden, var reningsanläggningar för dagvatten kan behöva anläggas, var översvämningsrisk föreligger och särskilt känsliga recipienter. Detaljplanen ska ange hur dagvattenfrågan ska lösas och vem som har ansvaret för att genomföra detta. Dagvattenutredningar ska tas fram, liksom hur dagvattnet kan tas omhand lokalt. Exploateringsenheten I förnyelseprojekt handlar exploateringsenheten upp dagvattenutredningar. Exploatören ska uppmärksammas på dagvattenstrategins riktlinjer och krav på dagvattenhantering bör skrivas in i exploateringsavtalet. Miljöenheten Miljö- och stadsbyggnadsnämnden är tillsynsmyndighet och kan via miljöenheten ställa de krav som behövs för att miljöbalkens bestämmelser efterlevs. När det gäller dagvatten kan krav ställas på att det håller en viss vattenkvalitet innan avledning får ske till yt- eller grundvatten. Miljöenheten kontrollerar att dagvattenhanteringen bedrivs i överensstämmelse med miljöbalken och den kommunala dagvattenstrategin. Bygglovenheten Om det i detaljplan upprättas krav på att dagvatten ska omhändertas lokalt så ska den som ansöker om bygglov redovisa hur detta ska lösas för att få bygglov. Det är bygglovsenheten som beviljar bygglov och även sköter uppföljningen av att kraven på omhändertagandet av dagvatten sköts i bygglovsskedet. Det är byggherren som ansvarar för att dagvatten hanteras på det sätt som lagen kräver. VA-enheten VA-enheten förvaltar den allmänna VA-anläggningen och svarar för rening av det dagvatten som uteslutande kommer från fastigheter om föroreningen är diffus, det vill säga föroreningen härrör från flera små källor. I planarbetet ska VA-enheten bistå med sin kunskap om bl.a. befintliga dagvattenförhållanden och möjliga åtgärder. Trafik-, Natur- och Fritidsenheten Trafik-, Natur- och Fritidsenheten är huvudman för dagvatten från Nacka kommuns huvudleder, gator, vägar, parkeringar, gång- och cykelvägar, hållplatser och terminaler där kommunen är väghållare samt för allmänna grönytor, naturreservat och skogsfastigheter. Bygg- Vägenheten Bygg- och Vägenheten ansvarar för avledning och omhändertagande av dagvatten från ytor där kommunen är väghållare samt skötsel av dagvatteninstallationer hänförda till dessa ytor. Övrigt Ansvar Verksamhetsutövare, fastighetsägare, vägverket och vägföreningar är exempel på andra aktörer som ansvarar för dagvattenhantering inom kommunen. För utförligare beskrivning av dessa hänvisas till Nacka kommun (2008). 12

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun 3.4.2 Nacka kommuns dagvattenstrategi Även i detta avsnitt har samtliga referenser hämtats från Nacka kommun (2008). Under 2005 beslöt Tekniska nämnden att en dagvattenpolicy för Nacka kommun skulle utarbetas. Bakgrunden var att det inom kommunen hade uppstått ett antal problem med att ta hand om dagvatten. Sedan 1980- talet har principen om lokalt omhändertagande av dagvatten tillämpats. Detta har fungerat bra men det finns flera undantag där ansvariga fastighetsägare inte har lyckats med detta. Andra problem har uppstått i äldre områden där gamla dagvattenledningar inte har klarat uppgiften att ta hand om en ökad vattenmängd, med återkommande översvämningar som följd av detta. Därför beslöt nämnden att utarbeta en dagvattenpolicy med avsikten att underlätta utredning, planering samt framtida drift och underhåll inom kommunen. Arbetsgruppen som utarbetade dagvattenstrategin enades om att: målet med arbetet ska vara att dagvattnet ska avledas på ett säkert, miljöanpassat och kostnadseffektivt sätt så att säkerhet, hälsa och ekonomiska intressen inte hotas. Recipienter för Nackas dagvatten är: kustvatten, havsvikar, insjöar, marken och grundvattnet via infiltration. I rapporten (Nacka kommun, 2008) fastslås att den bästa och mest hållbara åtgärden är att begränsa föroreningarna redan vid källorna, innan de når sjöar och vattendrag. Kommunen ska först och främst verka för att minska användningen och utsläpp av ämnen som skadar ekosystemen. Detta kan ske i detaljplanehandlingar, bygglov, exploateringsavtal, men också genom information till olika målgrupper. Arbetsgruppen slår fast att dagvatten i största möjliga utsträckning ska, om det är lämpligt och möjligt, omhändertas lokalt. I detaljplaneskedet ska en dagvattenutredning som redovisar lämpligheten/möjligheten att använda lokalt omhändertagande av dagvatten tas fram. Vidare står det i rapporten (Nacka kommun, 2008) att det inte generellt går att ange var och hur dagvatten ska renas utan det måste avgöras från fall till fall utifrån berörd recipient samt de tekniska och ekonomiska förutsättningarna i det enskilda fallet. Utgångspunkten ska dock alltid vara miljöbalkens allmänna hänsynsregler. 3.5 Dagvattenanläggningar i Nacka kommun I Nacka kommun finns tre anläggningar som renar dagvatten: sedimenteringsbassäng vid Långsjön, våtmark vid Myrsjön samt en oljeavskiljningsbassäng vid Kocktorpssjön. 3.5.1 Långsjön Långsjön är belägen i ett exploaterat område i Nacka. Större motorvägar går genom avrinningsområdet. Sjön tillförs därmed mycket näringsrikt och förorenat dagvatten. För att samla upp en del av näringsämnena har kommunen byggt en sedimenteringsbassäng i sjöns västra del. Anläggningen består av två delar, en i sjön och en på land. Den del som är förlagd till sjön förbättrar förutsättningarna för partiklar m.m. att sedimentera i viken. Genom en bryggkonstruktion som har försetts med presenningar som hänger ner till botten tvingar man dagvattnet att röra sig en längre sträcka. Det gör att mer föroreningar hinner falla ner till botten. Från en rörlig flotte som är ansluten till bryggan pumpas sedan sedimenten iland. Där avvattnas sedimenten, och det renade vattnet återförs till sjön. Slammet körs till Kovik (en deponi i Nacka), där det används som täckmaterial. 13

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project (Nacka kommuns hemsida, 2008) 3.5.2 Myrsjön Informationen i detta avsnitt är hämtad ifrån Nacka kommuns hemsida (2008). Myrsjön är en grund sjö som ligger i norra delen av Nacka, i ett område som delvis är exploaterat av industrier, flerbostadshus samt villaområden. Dagvatten från industriområdet har medfört förhöjda halter av bl.a. tungmetaller vid utsläppet i sjöns norra del. Med anledning av detta byggdes under 2006 en våtmark med syftet att rena dagvattnet från industriområdet innan det rinner ut i sjön. I våtmarken ska dagvatten renas i fyra olika steg (Figur 10): 1. Sedimentationsdamm 2. Dike 3. Reglerbrunn 4. Polerdamm Figur 10: Schematisk skiss av Myrsjöns våtmark (Nacka kommuns hemsida, 2008) Sedimentationsdamm och dike Sedimentationsdammen och diket ska klara fyra uppgifter: Att utjämna vattennivån inför nästa steg Sedimentation d.v.s. att se till att partiklar i vattnet samlas vid bottnen Avskiljning av oljerester Nedbrytning av föroreningar genom oxidering av organiskt material som avsätts på växtligheten Reglerbrunn och polerdamm Reglerbrunnen ska fungera som en oljeavskiljare, i 4.3.4 finns en utförligare beskrivning av oljeavskiljare. I polerdammen kan partiklar i vattnet fortsätta att bilda sediment på bottnen. Växter i vattnet ska ta upp kväve och syresätta vattnet. 14

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun 3.5.3 Kocktorpssjön Kockstorpssjön ligger inom ett exploaterat område nära motorvägen som går genom Nacka kommun. Sjön belastas med dagvatten bl.a. från en trafikplats på motorvägen. (Nacka kommuns hemsida, 2008) I slutet av 1970-talet byggdes en oljeavskiljningsbassäng vid sjön med syftet att rena dagvatten innan det släpps ut i Kocktorpssjön. I oljeavskiljaren sedimenterar sten, grus och liknande, även olja reduceras i viss utsträckning. Någon nämnvärd reducering av tungmetaller samt närsalterna fosfor och kväve sker inte. (Nacka kommun, 2008) 4 TEORETISK BAKGRUND 4.1 Beräkning av dagvattenflöden Dagvattenflöden kan beräknas både för hand och med avancerade modelleringsprogram. I följande avsnitt tas de två vanligaste handberäkningsmetoderna upp: rationella metoden och tid-area metoden samt en fördjupad beskrivning av modelleringsprogrammet SWMM. Rationella metoden är en bra metod för överslagsberäkningar av flöden från små avrinningsområden medan tid-area metoden lämpar sig bättre för mer noggranna flödesberäkningar. SWMM kan, förutom flödesberäkningar, även utföra simuleringar av dagvattnets föroreningsbelastning. 4.1.1 Rationella metoden Följande villkor på det beräknade avrinningsområdet bör vara uppfyllda för att rationella metoden ska ge rätt värde på avrinningen (Svenskt vatten, 2004): Området bör vara i det närmaste rektangulärt. Avrinningskoefficienter med samma värde bör vara jämnt utspridda över området. Rinntiderna inom olika delområden får inte variera för mycket. Vid beräkning av dagvattenavrinning med rationella metoden används följande ekvation (LTU, 1994): q d dim = A i ϕ [1] där q d dim = dimensionerande flöde [l/s] A = avrinningsytans storlek [ha] i = medelregnintensitet vid vald återkomsttid och varaktighet [l/s,ha] ϕ = avrinningskoefficient [-] Vid beräkning av flöden med rationella metoden antas att hela området medverkar, vilket innebär att maximal avrinning erhålls vid en regnvaraktighet som är lika med den tid det tar för en vattenpartikel, inom det betraktade området, att nå beräkningspunkten, den s.k.koncentrationstiden. Sedan används den regnintensitet som har en varaktighet = ovanstående transporttid. (LTU, 1994) 15

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project Figur 11: Samband mellan regnintensitet, avrinningskoefficent och markbeskaffenhet. (LTU, 1994) Regnavrinningen beror bl.a. av markytans beskaffenhet och lutning samt avdunstningen. Dessa faktorer brukar vägas in i avrinningskoefficenter, som är ett mått på den maximala andel av ett avrinningsområde som kan bidra till avrinningen (Svenskt Vatten, 2004). Avrinningskoefficienten varierar med markytans beskaffenhet och lutning, regnintensiteten, nederbördsområdets storlek och årstiden, figur 11 (LTU, 1994). Vid projektering av dagvattenledningar är det inte rationellt att ta hänsyn till alla faktorer som påverkar ytavrinningen. För att underlätta praktiskt dimensioneringsarbete har Svenskt Vatten i publikation P90 sammanställt de vanligaste avrinningskoefficienterna, tabellerna 2 och 3. 16

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun Tabell 2: Avrinningskoefficienter för olika typer av ytor. (Svenskt Vatten, 2004) Typ av yta Avrinningskoefficient Tak 0,9 Betong- och asfaltyta, berg i 0,8 dagen i stark lutning Stensatt yta med grusfogar 0,7 Grusväg, starkt lutande bergigt 0,4 parkområde utan nämnvärd vegetation Berg i dagen i inte alltför stark 0,3 lutning Grusplan och grusad gång, 0,2 obebyggd kvartersmark Park med rik vegetation samt 0,1 kuperad bergig skogsmark Odlad mark, gräsyta, ängsmark 0-0,1 m.m. Flack tätbevuxen skogsmark 0-0,1 Tabell 3: Sammanvägda avrinningskoefficienter för olika slag av bebyggelse. (Svenskt Vatten, 2004) Bebyggelsetyp Slutet byggnadssätt, ingen vegetation Slutet byggnadssätt med planterade gårdar, industri- och skolområden Öppet byggnadssätt (flerfamiljhus) Vid område som är sammansatt av delområden med olika avrinningskoefficienter beräknas sammanvägd avrinningskoefficient ur formeln (VAV, 1976): ϕ = Avrinningskoefficient Flackt Kuperat 0,70 0,90 0,50 0,70 0,40 0,60 Radhus, kedjehus 0,40 0,60 Villor, tomter < 1000 m 2 0,25 0,35 Villor, tomter > 1000 m 2 0,15 0,25 A ϕ + A 2 ϕ 1 2 A + A + 1 2 + A An +... 1 n ϕ n... + Där A i och ϕ i anger areal respektive avrinningskoefficient för delområde. 4.1.2 Tid-area metoden Om villkoren i 4.1.1 inte är uppfyllda bör en annan beräkningsmetod väljas t.ex. tid-area metoden. I denna metod tas hänsyn till att olika [2] 17

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project 4.2 SWMM delytor i området medverkar vid olika tidpunkter efter regnstart. Det aktuella avrinningsområdet delas in i delområden där avrinningen approximeras med rationella metoden. Som exempel kan en maximal transporttid av 5 min väljas för varje delyta. Bidragen från varje delyta når den punkt där hela avrinningen samlas efter 5, 10, 15 etc. min. Sedan undersöks vilken delyta som ger störst avrinning i utloppet från området för varje regn-varaktighet och tillhörande intensitet. (LTU, 1994) 4.2.1 Allmänt Amerikanska naturvårdsverkets, Environmental Protection Agency, Storm Water Management Model (SWMM) är ett modelleringsprogram som används till att beräkna och studera dagvatten och dess kvalité och kvantitet. I SWMM delas det studerade området (t.ex. ett radhusområde) in i mindre avrinningsområden som tar emot nederbörd och genererar avrinning och eventuella föroreningar. Avrinningen transporteras genom ett system av ledningar, kanaler, fördröjningsmagasin, pumpstationer osv., figur 12. Under simuleringen beräknar programmet flöde, vattendjup, föroreningshalter m.m. i valda punkter. (Rossman, 2008) Figur 12: Exempel på utformning av dagvattenssystem i SWMM (Rossman, 2008) SWMM utvecklades 1971, men har genomgått flera stora förändringar och uppgraderingar sedan dess. Det används över hela världen till planering, analys och design av olika typer av avloppssystem i både stadsområden och landsbygd. (Rossman, 2008) Vanliga användningsområden för SWMM är (Rossman, 2008): 18

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun Design och dimensionering av avloppssystem med syfte att förhindra översvämning. Dimensionering av fördröjningsmagasin. Enkel kartering av översvämningsrisker för naturliga kanaler. Upprättande av strategier för att förhindra översvämning av kombinerade avloppssystem. Utvärdering av översvämningar från spillvattenledningar med avseende på infiltration och inflöde. Ett exempel på en modell i SWMM, där avrinningen från ett delavrinningsområde beräknas, visas i figur 13. Varje delavrinningsområde betraktas som en linjär reservoar, vilket innebär att magasineringen S är proportionell mot avrinningen Q, ekvation 3.(Rossman, 2008) S = K * Q [3] S är avrinningen [m 3 ], K är magasineringskonstanten [s], Q är avrinningen [m 3 /s]. (KTH, 2006) Inflödet kommer från nederbörd och uppströms belägna delavrinningsområden. Det finns flera olika utflöden som t.ex. infiltration, evaporation och avrinning. (Rossman, 2008) Figur 13: Exempel på en avrinningsmodell i SWMM (Rossman, 2008) 4.2.2 Infiltrationsmodeller Det finns tre olika metoder att välja på i modellen avseende infiltration: Hortons ekvation, Green-Ampt metoden och NRCS-kurvmetod. Hortons ekvation Under 1930-talet utvecklade Horton en av de första ekvationerna för beräkning av infiltration. Han observerade att infiltration startar vid ett visst värde f 0 och avtar sedan exponentiellt till ett konstant värde f c, ekvation 4. f(t) = f c + (f 0 - f c)e -kt [4] 19

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project 4.2.3 Flöden f(t) är infiltrationskapaciteten vid vald tidpunkt [mm/h], f c är initiala infiltrationskapaciteten [mm/h], f 0 är infiltrations kapaciteten vid jämvikt [mm/h]och k är en konstant med dimensionen [T -1 ]. (Chow m.fl. 1988) Green-Ampt metoden Metoden bygger på antagandet att det i en jordkolumn finns en fuktfront som separerar jord med en initial fuktighet från det övre vattenmättade jordlagret (Rossman, 2008). Infiltrationen beräknas med ekvation 5 (Chow m.fl. 1988): ψ θ f = K ( + 1) [5] F f är infiltrationskapaciteten [cm/h], K är hydraruliska konduktiviteten [cm/h], ψ bindningstryck (wetting front soil suction head) [cm], θ skillnad i vattenhalt [-] och F är kumulativ infiltration = f(t) dt [cm]. NRCS-kurvmetod Infiltrationen beräknas här med hjälp av NRCS (Soil Conservation Service) kurvmetod för uppskattning av avrinning. I den antas att den totala infiltrationskapaciteten kan hittas från jordens tabellerade kurvnummer. Under ett regn är infiltrationskapaciteten en funktion av den växande nederbörden och dess kvarvarande kapacitet. De indata som krävs är: kurvnummer, jordens hydrauliska konduktivitet och tiden det tar för en vattenmättad jord att bli torr. (Rossman, 2008) För att uppskatta avrinningen från ett 24 h regn används (Chow m.fl. 1988): ( P I I Q = ( P a ) S a + ) 2 Q är avrinningen [in], P är nederbörden [in], S är maximal retention efter att avrinningen startat [in] och I a är de initiala förlusterna [in]. De initiala förlusterna består av vatten som fångats upp av vegetationen, avdunstat eller infiltrerats och därmed inte bidrar till ytavrinningen. (Chow m.fl. 1988) De initiala förlusterna har efter empiriska studier uppskattats till (Chow m.fl. 1988): I a = 0,2S [7] Den potentiella maximala retentionen, S, baseras på jordart, landanvändning/vegetationstyp och ges av ekvationen (Chow m.fl. 1988): 1000 S = 10 [8] CN CN är kurvnummret som fås ur tabell i bl.a. Chow m.fl. (1988). I SWMM finns tre olika metoder som simulerar flöden: Stationärt likformigt flöde, kinematisk våg och dynamisk våg. Samtliga metoder använder Mannings ekvation, ekvation 9, för att relatera flödet till djup och lutning. (Rossman, 2008) Mannings ekvation (Chow m.fl. 1988): [6] 1 2 / 3 1/ 2 Q = A R S [9] f n 20

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun Q är flödet [m 3 /s], A är arean [m 2 ], R är hydrauliska radien [m] och S f är bottenlutningen [-]. Mannings n fås ur (Chow m.fl. 1988): f 1/ 6 n = 8g R [10] Mannings n [s/m 1/3 ], f är Darcy-Weisbach friktions faktor [-] och g är tyngdaccelerationen [m 2 /s]. Stationärt likformigt flöde Stationärt likformigt flöde är den enklaste metoden, här antas att flödet är likformigt och att ingen förändring sker över tid (stationärt). I metoden är hydrografen likadan uppströms i ledningen som nedströms. Mannings flödesekvation används för att relatera flödet till djupet. Metoden används mest för preliminära analyser vid kontinuerliga simuleringar, och den går bara att använda när varje nod endast har en påkopplad ledning för utflöde. (Rossman, 2008) Kinematisk våg Metoden löser kontinuitetsekvationen [11] tillsammans med en förenklad form av rörelsemängdsekvationen [12] i varje ledning (Rossman, 2008). Kontinuitetsekvationen (Chow m.fl. 1988): Q A + = 0 x t [11] Q är flödet [m 3 /s], A är arean [m 2 ]. Rörelsemängdsekvationen (Chow m.fl. 1988): S 0 = S f [12] S 0 är ledningslutningen [-] och S f är energilinjens lutning [-]. Innebörden av rörelsemängdsekvationen är att vattenytan har samma lutning som ledningen. Vid användning av kinematisk våg kan flöde och area variera i en ledning, vilket kan generera verklighetstrogna fördröjningar i systemet. Däremot kan metoden inte beskriva flödesförloppet vid trycksatt flöde och uppdämd vattenyta, och det krävs att villkoren för rörelsemängdsekvationen är uppfyllda, se ekvation 10.(Rossman, 2008) Dynamisk våg Det här är den mest komplexa metoden, som baseras på Saint-Venants flödesekvationer, ekvation 11 och 13, och ger de mest tillförlitliga teoretiska resultaten (Rossman, 2008). Saint-Venants rörelsemängdsekvation vid instationärt flöde (Chow m.fl. 1988): 2 1 Q 1 y + + g g( ) = 0 0 S S f A t A x A x [13] g är tyngdaccelerationen [m 2 /s], övriga parametrar beskrivs i [9] och [10]. Dynamisk våg kan användas för fler situationer än de övriga metoderna, men kräver kortare tidssteg och simuleringarna tar längre tid att genomföra (Rossman, 2008). 4.3 Regnavrinning Q 21

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project Vid dimensionering av dagvattenledning är regn- och smältvattenavrinningens storlek av avgörande betydelse. I allmänhet är det regnvattenavrinningen som är dimensionerande för dagvattenledningar (LTU, 1994). I fall då större dikessystem ansluts till dagvattenledning kan smältvattenavrinningen vara dimensionerande (VAV, 1976). För dessa fall beräknas avrinningen med ledning av observationer på plats. Eftersom en generell beräkningsmetod saknas för smältvattenavrinning kommer endast beräkning av regnvattenavrinning att tas upp i detta avsnitt. Regnavrinningens storlek bestäms av (LTU, 1994): Nederbördens intensitet och varaktighet Markytans beskaffenhet och lutning Avrinningsområdets storlek och form Avdunstningen 4.3.1 Dimensionerande regnintensitet Vid dimensionering av dagvattenförande ledningar erfordras värden på regnens intensitet, varaktighet och återkomsttid (VAV, 1976). Vid bestämning av dessa faktorer bör lokal statistik från långa nederbörds serier användas. Dimensionerande regnintensitet har utvärderats för större städer och andra orter, men ett heltäckande nät för hela landet saknas. I de fall då dimensionerande regnintensiteter har utvärderats kan diagram som visas i figur 14 användas för att bestämma regnintensiteten för en viss varaktighet och återkomsttid. Figur 14: Samband mellan regnvaraktighet och intensitet för Stockholm. (Medeltal 1907-1946). (LTU, 1994) 22

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun Referenserna i avsnittet nedan har hämtats från Svenskt Vatten (2004) och avser publikation P90. I de delar av landet där liknande statistik saknas används en mer generell beräkningsmetod. Genom att undersöka observationer över dygnsnederbörd har ett samband mellan dygnsnederbörd och korttidsnederbörd bestämts. Det visade sig att det fanns ett samband mellan den maximala dygnsnederbörden och nederbördsintensiteter med varaktigheter kortare än ett dygn. Sambandet har följande principiella utseende: i(t r) = k t r m [14] där i(t r) = regnintensitet [l/s ha] t r = regnets varaktighet [h] k, m = funktion av återkomsttid, regnvaraktighet m.m. En anpassning av den generella formeln har gjorts för att passa hela landet. Här har en regional parameter Z införts. Figur 15 visar Z värden över södra Sverige, kartan är avskuren från en karta över hela Sverige. Sambandet kan då skrivas som: i(t r, Z) = 2,78 (a + Z b) [1 + 0,1 (t r 0,167) / (t r 0,157)] t r -0,72 Formeln kan förenklas till: i(t r, Z) = 2,78 (a + Z b) c [15] där i(t r, Z) = regnintensitet för valfri ort i Sverige [l/s ha] Z = regional parameter, se figur 15 t r = regnets varaktighet [h] a, b, c = parametrar för vanliga typfall, se tabell 4 och 5. a = 1,7 T 0,47 T -1 b = 0,32 0,72 (T+3) -1 c = [1 + 0,1 (t r 0,167) / (t r 0,157)] t r -0,72 T = återkomstid i månader Tabell 4: Parametrarna a och b för olika återkomstider. (Svenskt Vatten, 2004) 23

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project Tabell 5: Parametern c för olika regnvaraktigheter. (Svenskt Vatten, 2004) Figur 15: Karta över södra Sverige med Z-värden. (Svenskt Vatten, 2004) 5 AVRINNINGSOMRÅDEN I NACKA KOMMUN 5.1 Allmänt Uppströms varje punkt i ett vattendrag kan ett avrinningsområde definieras. Avrinningsområdet består av hela det område som kan bidra till flödet i punkten. Olika avrinningsområden avgränsas mot varandra genom vattendelare (höjder i landskapet). Nederbörd som faller inom ett avrinningsområde bidrar till vattenflödet till den aktuella punkten. Nederbörd utanför vattendelaren bidrar till flödet i ett annat vattendrag eller längre nedströms. Alla delar av landskapet utgör en del av ett 24

Modellering av dagvattenflöden i Nacka kommun 5.2 Bakgrund avrinningsområde och flera mindre avrinningsområden utgör ett större. (KTH, 2003) 5.2.1 Vattendirektivet Ett samlande EG-direktiv för vatten antogs i december 2000. En viktig förändring sedan vattendirektivet antogs är att Sveriges arbete med vattenfrågor nu läggs upp efter avrinningsområden. Sverige är därför, sedan 2004, indelat i fem vattendistrikt, som utgör den geografiska och hydrologiska grunden för förvaltning av vatten. Nackas avrinningsområden ligger inom Norra Östersjöns vattendistrikt som har sin vattenmyndighet i Västerås. (Nacka kommun, 2008) 5.2.2 Regionala miljömål Det Regionala miljöhandlingsprogrammet för Stockholms län har tillkommit på initiativ av de tre regionala parterna: Länsstyrelsen i Stockholms län, Regionplane- och trafikkontoret vid Stockholms läns landsting samt kommunförbundet Stockholms län. Det regionala miljöhandlingsprogrammet ska ligga till grund för åtgärder som kan medverka till att driva utvecklingen i länet i riktning mot en bättre miljö och att öka samarbetet mellan länets aktörer. (Nacka kommun, 2008) Programmet har två fokusområden, varav det ena är Vatten och Avlopp. Under avsnittet Vatten och Avlopp finns det 33 åtgärdspunkter varav en av dem lyder: Kartlägg naturliga och tekniska avrinningsområden med dess markanvändning. (Nacka kommun, 2008) Det finns alltså en skillnad mellan naturliga och tekniska avrinningsområden. De naturliga avrinningsområdena kan förändras vid exploatering och utbyggnad av dagvattennät. 5.3 Naturliga avrinningsområden i Nacka kommun 5.3.1 Insamling av data Med hjälp av Ulla-Britt Petersson på Nacka kommuns VA-enhet hittades tre gamla kartor i nämndhusets kartarkiv. Kartorna var daterade från 1956 och 1973 och visade kommunens avrinningsområden (benämns som nederbördsområden på kartorna), figur 16. 25

Arne Karlsson TRITA LWR Degree Project Figur 16: Karta över Boo kommuns avrinningsområden (Nacka kommun, 1956) Kartan från 1973 var i skala 1:50 000 och visade avrinningsområden över hela Nacka kommun, Bilaga 2. Kartorna från 1956 var i skala 1: 10 000 och visade dels Boo kommun, se Figur 16, samt större delen av centrala Nacka, se Bilaga 3. Kartorna var upprättade av Nacka kommuns gatukontor och var tillförlitliga (Gösta Olsson, muntligt). Nacka kommun började bebyggas långt innan 1956, men en hel del exploatering och VA-utbyggnad har skett sedan dess, se 6.4. Därför fick ovan nämnda kartor utgöra grunden för det vidare arbetet med att definiera naturliga avrinningsområden. 5.3.2 Digitalisering av data De äldre kartorna skannades och georefererades i Mapinfo (GISprogram). Georeferering innebär att rasterkartan placeras rätt i verkligheten (ges koordinater). I praktiken väljs minst tre olika punkter på den skannade kartan och samma punkter väljs på en koordinatsatt karta, i det här fallet översiktskartan för Nacka kommun. Efter utförd georeferering fanns kartorna som ett lager i kommunens GIS-system Solen. Vattendelarna digitaliserades och tre olika lager av avrinningsområden skapades. En visuell analys av lagren visade att avrinningsområdena i princip var identiska, på de ställen där kartorna överlappade varandra. Utifrån kartorna skapades en ny karta, där kommunens naturliga avrinningsområden var definierade, figur 17. 26