Förutsättningar för hantering av vattenanknuten
[Delprodukt] Skapad av: Björn Carlqvist, Sebastian Irminger, Sweco Fackansvarig: VA. Interngranskad av Anders Densfelt och Olof Persson Dokumentdatum: 2012-12-07 Diarienr/Ärendenr: TRV 2012/ Version: 02.00 Uppdragsnr: 102531
Sammanfattning Järnvägssträckan Flackarp-Arlöv ska byggas ut, från dubbelspår till fyra spår. Vid utbyggnaden sänks spåren till som mest 6 m under kringliggande mark. De nya spåren ska i princip byggas i samma läge som befintligt dubbelspår, vilket medför att tillfälliga järnvägsanläggningar måste nyttjas för att upprätthålla trafik under hela utbyggnadstiden. Den i form av dagvatten, spillvatten och dricksvatten som idag korsar eller finns i omedelbar närhet av spåren kommer att påverkas. En inventering av befintliga ledningar har gjorts längs sträckan, SHSL-52-025-003. Dimensionerande nederbörd erhålls enligt den metodik beskriven i P104. Dimensionerande 100-årflöde erhålls med hjälp av Trafikverkets publikation VVMB 310 Hydraulisk dimensionering. Dräneringssystemet längs de nedsänkta spåren ska kunna hantera 100 % av ett 10-årsregn utan att tågtrafik måste sänka hastigheten. Anläggningen ska även kunna vara i drift vid ett 100-årsregn, men med nedsatt hastighet. Utjämningsdammar för anläggningsvattnet förutsätts kunna släppa upp till 5 liter vatten per sekund och avvattnad hektar. Då det nedsänka området är cirka 19 hektar stort innebär det ett maximalt tillskott på knappt 100 l/s. Vatten som faller på den västra sidan spåren ska i möjligaste mån hanteras på västra sidan. Detta minskar belastningen på Alnarpsån då den rinner genom Åkarp. Nulägessituation och dimensionerande vattennivåer i Alnarpsån erhålls med hjälp av den hydrauliska datormodellen MIKE 11.
Innehåll 1. Inledning... 6 1.1. Bakgrund... 6 1.2. Avgränsningar... 7 2. Nulägesbeskrivning... 8 2.1. Alnarpsån... 8 2.2. Markavrinning till Alnarpsån... 10 2.3. Befintligt VA-nät... 10 3. Modellering av vattennivåer i Alnarpsån... 12 3.1. Modellens tillförlitlighet nedströms Testvägen... 12 4. Dimensioneringsförutsättningar... 13 4.1. Dimensionerande nederbörd... 13 4.1.1. Dimensioneringsförutsättningar: återkomsttid och varaktighet 13 4.1.2. Ackumulerad sannolikhet för nederbörd... 13 4.1.3. Nederbördsanalys... 14 4.1.4. Dimensionerande regn... 16 4.2. Markavrinning från område norr om Åkarp... 17 4.3. Dagvatten... 17 4.4. Anläggningsvatten... 17 4.5. Utjämningsdammar för anläggningsvatten... 18 4.6. Utflöde från utjämningsdammar... 19 4.7. Flöden i Alnarpsån... 20 5. Hög nivå i havet... 22 6. Sammanfattning av projektförutsättningar... 23
1. Inledning 1.1. Bakgrund Södra stambanan ska mellan Flackarp och Arlöv byggas om och breddas från två till fyra spår. Samtidigt ska spåren sänkas fyra till sex meter längs nuvarande sträckning genom samhällena Hjärup och Åkarp. Under byggskedet kommer även två tillfälliga spår anläggas öster om den befintliga järnvägen. Den som idag korsar eller finns i omedelbar närhet till befintliga spår i form av dagvatten, spillvatten och dricksvatten kommer att påverkas när järnvägen sänks. Dessutom kommer en sträcka av Alnarpsån att behöva flyttas i sidled för att möjliggöra breddningen av spårområdet. I Figur 1.1 och Figur 1.2 visas de preliminära spårens markanspråk för Hjärup och Åkarp, samt Alnarpsåns nuvarande läge. Figur 1.1 Preliminärt markanspråk för det breddade spåret genom Hjärup. 6 (24)
Figur 1.2 Preliminärt markanspråk för det breddade spåret genom Åkarp. Av bilden framgår även att en sträcka av Alnarpsån måste flyttas i sidled. 1.2. Avgränsningar Följande PM beskriver dagsläget samt de effekter anläggandet av järnvägen får på dagens vattenanknutna. Någon hänsyn har inte tagits till i området planerad nyexploatering. Förutsättningar för dricksvatten beskrivs inte eftersom dricksvatten pumpas, och alternativa lösningar därför kan finnas relativt lätt. VA Syd arbetar med en ny plan för distribution av dricksvatten i Åkarp som onödiggör dagens tryckstegringsstation söder om Åkarp. Planen skall vara klar i september 2012. 7 (24)
2. Nulägesbeskrivning 2.1. Alnarpsån Alnarpsåns avrinningsområde är cirka 25 km 2 stort, varav 5 km 2 är tätorter. Förutom markavrinning från åkermark belastas ån även med dagvatten från Hjärup, Åkarp och Arlöv. I Figur 2.1 visas åns avrinningsområde. Figur 2.2 visar en närbild av Åkarp med referenspunkter utmarkerade. Figur 2.1 Alnarpsåns avrinningsområde. Figur 2.2 Närbild av Alnarpsån då den rinner genom Åkarp. 8 (24)
En profil av Alnarpsåns botten, från källa till mynning, kan ses i Figur 2.3. Av den framgår att ån uppströms Åkarp har betydligt större fall än vad den har i Åkarp, vilket medför att vatten snabbt rinner till Åkarp men har svårare att rinna därifrån. En breddning av åfåran hade kunnat kompensera för den minskade hastigheten, men befintlig bebyggelse förhindrar sådan breddning. Åkarps topografiska läge gör samhället översvämningskänsligt. Figur 2.3 visar hur åbotten sänkts nedströms järnvägsundergången vid Testvägen, sannolikt ett resultat av rensning efter ett kraftigt regn i augusti 2010. Figur 2.3 Profil av Alnarpsåns botten. Höjder är angivna i RH70. Kapaciteten i Alnarpsån är i dagsläget inte tillräcklig för att förhindra översvämningar vid kraftiga regn, som exempelvis det i augusti 2010. För Åkarps del är översvämningsrisken i dagsläget störst norr om Åkarpsdammen, där bron över Stationsvägen är smal och dämmer flödet. Beslut har fattats av Burlövs kommun att denna bro ska breddas, vilket kommer att minska översvämningsrisken. Nedströms bron vid Stationsvägen rinner ån ut i Åkarpsdammen. Vattennivån i dammen vidmakthålls genom ett överfall vid dammens utlopp. Efter Åkarp är järnvägsbron vid Testvägen en trång passage vid höga flöden. Bron kommer att ersättas i samband med att den nya järnvägsanläggningen byggs. Några flödesmätningar från Alnarpsån finns inte att tillgå, men enligt obekräftad muntlig uppgift så uppskattas lågvattenflödet i ån till cirka 0,25 m 3 /s. I 1983 års förslag till förrättning uppskattades högsta flöden vara mellan 5-6 m 3 /s vid Åkarpsdammen och dryga 7 m 3 /s vid åns mynning vid ett 2-årsregn. Flödena är sannolikt framräknade med förenklade metoder, och en flödesökning på bara drygt 1 m 3 /s mellan Åkarpsdammen och mynningen är inte tillräcklig för att täcka alla de dagvattenutlopp som idag finns nedströms Åkarpsdammen. 9 (24)
2.2. Markavrinning till Alnarpsån En stor del av flödet till Alnarpsån genereras av markavrinning från kringliggande åkermark. I Figur 2.4 har avrinningsområdet delats in i de områden som antas bidra till flödet som markavrinning (gula områden) och de som antas bidra till flödet genom utlopp från VA-nät (blå områden). Hela Hjärup, såväl som områden 1, 2a, 2b och 4 bidrar i dagsläget till flödet genom Åkarp. Dessutom mynnar det mesta av dagvattnet från västra Åkarp uppströms Åkarpsdammen. Figur 2.4 Avrinningsområdets indelning i områden som bidrar till flödet i ån genom markavrinning (gula) och genom utflöde från VA-nät (blå). 2.3. Befintligt VA-nät De dagvattenutlopp som i dagsläget belastar Alnarpsån från Åkarp och Arlöv kan ses i Figur 2.5 och Figur 2.6. Det framgår att en stor del av dagvattnet från västra Åkarp mynnar i Alnarpsån precis uppströms Stationsvägen, och därmed bidrar till belastning i den mest utsatta delen av Åkarp. Om västra Åkarps dagvatten istället avleds väster om järnvägsanläggningen med utlopp till Alnarpsån nedströms Åkarp minskas belastningen på östra Åkarps VA-system. 10 (24)
Figur 2.5 Dagvattenutlopp i Åkarps som mynnar i dagsläget mynnar i ån. Figur 2.6 Dagvattenutlopp i Arlöv/Tågarp som i dagsläget mynnas i ån. Förutom de utlopp som visas ovan mynnar även två utlopp med dagvatten från Hjärup i ån norr om Åkarp. På grund av bristande underlag om flödesmönster från dessa utlopp betraktats hela Hjärup som markavrinning. 11 (24)
3. Modellering av vattennivåer i Alnarpsån Modelleringen av vattennivåerna i Alnarpsån har gjorts med MIKE 11. MIKE 11 är en endimensionell datormodell som med hjälp av flödesinformation beräknar resulterande vattennivåer i åfåran. Informationen om vattnets stighöjd överförs sedan till en digital höjdmodell för att visualisera översvämningsresultaten i plan (2-D). I den genomförda modelleringen av Alnarpsån görs kalibrering med hjälp av vädersituationen i augusti 2010, den enda period då såväl nederbördsmätningar som vattenståndsmätningar finns att tillgå. Översvämningssituationen i augusti 2010 används också för att beskriva åns nulägessituation, alltså innan anläggandet av breddad järnväg. Den hydrologiska modellen MIKE NAM används för att beräkna den markavrinning som regnet i augusti 2010 gav upphov till. De ytor som i modelleringen bidrar med markavrinning är gulmarkerade i Figur 2.4. Grönmarkerade ytor visar områden som bidrar via VA-nätet. VA-nätet förutsätts vid högflöden gå fullt, och punktflödena från VA-utlopp förutsätts därför motsvara ledningens maxkapacitet. Då flödestoppar från VA-nät och kringliggande mark (trots ett litet avrinningsområde och en hög åkerdräneringsgrad) sannolikt inte inträffar samtidigt kommer antagandet leda till en överskattning av det momentana maxflödet i ån. Även det faktum att flödesmotståndet ut från VA-nätet ökar i takt med att vattennivån i ån stiger gör det sannolikt att maxflödet i ån överskattas. Bristande kunskap om verkligt förhållande mellan dagvattennät och markavrinning gör det dock mycket svårt att korrekt bedöma hur flödestopparna förhåller sig till varandra, och felaktiga antaganden riskerar att underskatta det maximala flödestillskottet till ån. Därför behålls antagandet om fulla VA-ledningar. Maxkapaciteten i varje utloppspunkt uppskattas med hjälp av Mannings formel och ledningarnas dimension och lutning. Mannings n antas vara 0,012. Om ledningarna lutning inte är känd antas den vara 2. 3.1. Modellens tillförlitlighet nedströms Testvägen Efter översvämningarna i augusti 2010 har muddring/upprensning av Alnarpsån nedströms Testvägen skett. Eftersom dagens geometri nedströms Testvägen därmed är väsentligt annorlunda än den som rådde vid regntillfället kan modellen (som baseras på dagen geometri) längs denna sträcka inte förväntas ge korrekta nivåer för situationen år 2010. Längs Arlöv mynnar även fler och större dagvattenledningar än i Åkarp, och den ovan beskrivna risken för överskattning av VA-nätets bidrag är därför mer betydande i Arlöv än i Åkarp. 12 (24)
4. Dimensioneringsförutsättningar I följande kapitel beskrivs de förutsättningar för beräkning som antas gälla vid dimensionering av järnvägsanläggningens vattenhanteringssystem. 4.1. Dimensionerande nederbörd Den dimensionerande nederbörden påverkar hur järnvägsanläggningens dräneringssystem utformas. 4.1.1. Dimensioneringsförutsättningar: återkomsttid och varaktighet Vid dimensionering av ett system för hantering av regnvatten är återkomsttid en dimensioneringsförutsättning, och beskriver hur ofta ett regn kan förväntas inträffa. Ett 10-årsregn motsvarar således den regnintensitet som i genomsnitt uppnås eller överskrids en gång vart 10:e år, ett 20-årsregn det regn som uppnås eller överskrids en gång vart 20:e år, och så vidare. Genom att dimensionera anläggningen för långa återkomsttider kan antalet driftstopp till följd av regn minskas sett över anläggningens livstid, men samtidigt ökar investerings-, drifts- och underhållskostnader. Ett regns återkomsttid är inte ensamt tillräckligt för att dimensionera anläggningen, även regnets varaktighet är nödvändig. Korta regn är intensivare än långa regn, men långa regn ger normalt en större total fallen vattenvolym än korta regn. Ett 10-årsregn med varaktighet 10 minuter är mycket olikt ett 10-årsregn med varaktighet 24 timmar, trots att båda är 10- årsregn. Korta regn är normalt sett dimensionerande för system som transporterar regnvattnet (ledningar och pumpar), medan långa regn är dimensionerande för system som uppehåller regnvattnet (magasin och dammar). Den varaktighet som används vid dimensionering av dräneringssystemet i tråget är 25 minuter, och motsvarar den tid som det uppskattas ta för hela området det regnar över att bidra till flödet in till den pump som kommer lyfta regnvattnet ut ur tråget. För dimensionering av dammar används den varaktighet som ger störst volymsbehov. 4.1.2. Ackumulerad sannolikhet för nederbörd Sannolikheten att ett regn med återkomsttid T år ska falla är varje enskilt år 1/T, alltså 1/10 för ett 10-årsregn, 1/20 för ett 20-årsregn och så vidare. Denna sannolikhet gäller endast när varje enskilt år betraktas för sig. På grund av järnvägsanläggningens samhällsviktiga funktion kan driftstopp till följd av regn inte tolereras varje år, och den årliga sannolikheten för givna regn är därför inte intressant. Istället måste den ackumulerade 13 (24)
sannolikheten under längre perioder visas, vilket görs i Tabell 4.1. Tabellen läses enligt följande: Välj undersökt period, n så att perioden överensstämmer med en acceptabel återkomsttid för driftstopp till följd av regn. Exempelvis innebär då n=20 att driftstopp endast kan accepteras en gång var 20:e år. Välj återkomsttid, T för det regn som anläggningen ska dimensioneras för. Exempelvis innebär T=100 att dimensionering görs för ett 100- årsregn. Observera att olika varaktighet kommer gälla för olika delar av systemet som ska hantera regnvatten, men att återkomsttiden alltid ska vara T år. Läs av sannolikheten att anläggningens drift störs minst en gång under den valda perioden och med det valda regnet. Om exempelvis T=20 år och n=20 år är sannolikheten att anläggningens kapacitet överskrids minst en gång under 20 år när dimensionering har gjorts för ett 20- årsregn 64 %. Det är alltså mer sannolikt att anläggningens kapacitet överskrids än att kapaciteten inte överskrids. Om anläggningen istället dimensioneras för att hantera ett 100-årsregn minskar sannolikheten att kapaciteten i systemet överskrids under en 20-årsperiod till 18 %. Tabell 4.1 Ackumulerad sannolikhet att ett T-årsregn uppnås eller överskrids under en n år lång period Undersökt period, n Återkomsttid, T 10 år 20 år 30 år 40 år 50 år 100 år 10 år 65 % 88 % 96 % 99 % 99 % 100 % 20 år 40 % 64 % 79 % 87 % 92 % 99 % 100 år 10 % 18 % 26 % 33 % 39 % 63 % 250 år 4 % 8 % 11 % 15 % 18 % 33 % 500 år 2 % 4 % 6 % 8 % 10 % 18 % 1000 år 1 % 2 % 3 % 4 % 5 % 10 % Hur ofta anläggningen kan tillåtas begränsas, samt vilken säkerhet som önskas, är en avvägning mellan kostnaden av driftsstopp och anläggnings-, drifts- och underhållskostnader. Vid utförd dimensionering har det förutsatts att driftstörning kan accepteras en gång var 20:e år, samt att dimensionering med 100-års återkomsttid ger en tillräcklig säkerhet för att uppnå detta mål. 4.1.3. Nederbördsanalys Nederbördsstationer med relevanta dataserier nära Åkarp finns i Alnarp, Lund, Landskrona, Björnstorp och Malmö. Dataseriernas längd varierar mellan 27 och 51 år. Frekvensanalys har utförts på stationerna, och resultaten visas i Figur 4.1. 14 (24)
Blockregnvolym [mm/24h] SYSTEMHANDLING För att komplettera mätserierna har även beräkningar av förväntad nederbörd i området gjorts enligt Svenskt vattens publikation P90 och P104. I P90 presenteras en metod där en regional z-faktor används för att uppskatta regnhändelser (Dahlströms formel). Metoden är mycket etablerad i Sverige. Denna metod har nyligen kompletterats/ersatts av en formel som istället utgår ifrån molnfysik (Svenskt vatten, P104). P104 använder en och samma formel för hela landet. Resultaten för metodik enligt P90 (z=14) och P104 visas i Figur 4.1, tillsammans med resultaten från frekvensanalyser av mätserier. 300 250 200 150 100 50 0 0 100 200 300 400 500 Återkomsttid [år] P90 P104 Malmö Landskrona Lund Björnstorp Figur 4.1 Återkomsttider för nederbörd när olika beräkningsmetoder används. Figur 4.1 visar att spridningen i resultat är stor beroende på vilken metod som används. Resultaten som baseras på faktiska mätningar har en fördel då de är kopplade till hur nederbörden i området har varit under de senaste årtiondena. Samtidigt begränsas de av att vara lokala, och beskriver bara nederbördssituationen i just den punkt där mätaren står och under den period som mätningar har pågått. Metoderna från P90 och P104 har tagits fram med ett större underlag av mätningar från hela Sverige, men är metoder som utarbetats för att i första hand beskriva korta återkomsttider, och dess extrapolering till ett 100-årsperspektiv är därför inte självklar. Den metod som dock bedöms som mest lämplig att använda är P104, då den bygger på den senaste kunskapen om molnfysik och nederbördsmönster i Sverige. Som tillägg till ovanstående text kan sägas att det under de senaste 60 åren har fallit minst två regn över Skånes ostkust med en blockregnsvolym över 200 mm/24h. Med metodiken i P90 motsvarar detta cirka ett 250-årsregn, medan det med P104 skulle motsvara ett 500-årsregn. Denna typ av regn är mycket lokala, och sannolikheten att de drabbar järnvägsanläggningen därför liten. Det är dessutom troligt att samhället i övrigt står stilla vid så 15 (24)
extrema regn, så en dimensionering för denna typ av händelse leder till en orimlig överdimensionering av systemet. Förutom att fördyra anläggningen försvårar överdimensionering även god funktion vid normala förhållanden. 4.1.4. Dimensionerande regn Dimensionerande regn beräknade enligt P104 ger följande regnmängder vid korta regn. Resultaten används vid dimensionering av ledningssystem och pumpstationer. Tabell 4.2 Regnintensitet beräknad enligt P104 (Svenskt Vatten, P104) Regnintensitet ( l/s, ha) Varaktighet/ 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min Återkomsttid 10 år 228.0 180.6 151.0 130.7 115.7 50 år 388.4 307.4 256.9 222.1 196.5 100 år 488.8 386.8 323.1 279.2 247.0 Tabell 4.3 Regnmängd beräknad enligt P104 (Svenskt Vatten, P104) Regnmängder (mm) Varaktighet/ 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min Återkomsttid 10 år 14 16 18 20 21 50 år 23 28 31 33 35 100 år 29 35 39 42 44 Regnintensiteten för 10-årsregn med längre varaktighet visas nedan, och används vid dimensionering av dammar. Det ska påpekas att formeln enligt P104 har störst tillförlitlighet för varaktighet upp till 24 timmar. Vid varaktigheter längre än 48 timmar bedöms formeln över huvud taget inte vara gångbar som dimensioneringsunderlag. Tabell 4.4 Regnintensitet vid långa 10-årsregn. Varaktighet [tim] 10-årsregn (l/s,ha) 1 71,4 6 19,2 12 11,8 24 7,5 36 5,9 48 5,0 16 (24)
4.2. Markavrinning från område norr om Åkarp Det försänkta spårområdet innebär att markavrinningen från åkern nordväst om Åkarp (område 2a i Figur 2.4) inte kan rinna med självfall som idag. Det kommer att ses som en dimensioneringsförutsättning att detta vatten samlas i en utjämnande damm och sedan leds på västra sidan spåren för att mynna vid Testvägen. Anledningarna till att vatten som faller på västra sidan spåret bör hållas på västra sidan spåret är: Minskad belastning på Alnarpsån genom Åkarp medför en minskad risk för gatu- och källaröversvämningar. Att leda vatten under/över spårområdet kräver pumpning samt underhåll och beredskap för mekaniska fel och/eller energibortfall. Det finns större ytor för utjämningsmagasin på västra sidan. Detta betyder att flödestoppar lättare kan kapas, och att flödestoppen i ån blir lägre även efter utlopp vid Testvägen. 4.3. Dagvatten Det sänkta spårområdet innebär att dagvattenhanteringen från västra Åkarp måste lösas på annat sätt än idag. Liksom för markavrinningsvattnet (kapitel 4.2) så förordas att dagvatten från västra Åkarp leds på västra sidan genom en utjämningsdamm och vidare längs till utlopp vid Testvägen. Även dagvatten från västra Hjärup (Jakriborg) måste hanteras på ett annat sätt än dagens. Det vore positivt för Alnarpsån om även detta vatten behölls på västra sidan spåren. 4.4. Anläggningsvatten När anläggningen är färdigbyggd kommer det sänkta spårområdet i princip utgöra ett långt dike. Det vatten som faller över området kan inte med självfall rinna bort, utan måste samlas upp och pumpas upp till markytan. Från pumpstationerna leds anläggningsvattnet till utjämningsdammar innan det släpps till recipient. Vid dimensionering för anläggningsvattnet gäller följande förutsättningar: Grundvatteninträngningen in till anläggningen är i princip noll i Åkarpsområdet. Ett visst inflöde (10-12 l/s) förekommer i Hjärup, men det är försumbart i jämförelse med flödena som uppstår vid kraftiga regn, och inkluderas inte. Den täta kringliggande marken gör att infiltration i princip inte förekommer, och antas därför vara noll. Evaporationen antas vid regntillfällen vara noll. Ovanstående antaganden ger att 100 % av regnet som faller över tråget skall tas om hand i ett dräneringssystem. Avrinningskoefficienten är därför 1,0. En del av vattnet kommer visserligen fastna i anläggningen och inte behöva tas om hand, men att bedöma hur mycket är förknippat 17 (24)
med viss osäkerhet. Anläggningens samhällsviktiga funktion gör att säkerhetsmarginalen i beräkningar och antagande skall vara hög, och därför används avrinningskoefficienten 1,0. Anläggningen ska klara av att hantera 100 % av ett 10-årsregn utan tågtrafik behöver sänka hastigheten. Bankroppens porvolym kan användas för magasinering. Anläggningen ska kunna trafikeras vid ett 100-årsregn. Järnvägsanläggningen förutsätts kunna brukas med reducerad hastighet när vatten står mellan 0,4-1,0 m under RUK. Om vattnet stiger högre än 0,4 m under RUK stängs trafiken av. 4.5. Utjämningsdammar för anläggningsvatten Det förutsätts att det anläggningsvatten som pumpas upp från nedsänkt spårområde passerar genom en damm eller ett magasin innan det släpps ut till recipient. Det görs av två skäl: Genom utjämning av flödet minskas belastningen på recipient. Det är önskvärt att kunna isolera förorenat vatten från exempelvis släckningsarbeten. Dammarna skall därför vara försedda med en avstängning för utgående vatten och ha en tät botten av exempelvis lera som förhindrar infiltration till grundvattnet. Dammarna dimensioneras för att klara av ett 10-årsregn. Då konsekvenserna för samhället av en översvämmad damm är mindre än de av en översvämmad spåranläggning, bör andra säkerhetskrav gälla för dammar än för järnvägsanläggningen. Det bedöms inte som nödvändigt att dimensionera utjämningsdammar för ett inflöde motsvarande 100 % av nederbörden då kunskapen finns att en del av vattnet fastnar i bankroppens ojämnheter, hålrum och kring makadam/underballast. En bedömning av hur mycket vatten som når dräneringssystemets pumpar och lyfts vidare till utjämningsdammar görs med hjälp av avrinningskoefficienter från Svenskt Vattens publikation P90 (Tabell 4.5). Tabell 4.5 Avrinningskoefficienter enligt P90 för olika typer av ytor. Typ av yta Avrinningskoefficient Tak ψ =0,9 Betong- och asfaltsyta ψ =0,8 Stensatt yta med grusfogar ψ =0,7 Grusväg ψ =0,4 Av ovanstående ytor kan bankroppen närmast liknas vid en grusväg, men utan grusvägens möjlighet till infiltration. ψ=0,4 är därför en för låg avrinningskoefficient. Bankroppen har dock betydligt fler ojämnheter och 18 (24)
Blockregnvolym [mm/24h] SYSTEMHANDLING hålrum där vatten kan fastna än en betong- eller asfaltsyta, så ψ=0,8 är sannolikt något högt. Ändå väljs denna koefficient för att erhålla säkerhet i beräkningarna. Med ett inflöde enligt ovan avgörs dammarnas storlek av hur stort utflöde som tillåts. För Alnarpsån begränsas utsläpp till recipient enligt 1983 års förslag till förrättning till 1,5 l/s,ha avvattnat område, men enligt resonemang i nästkommande kapitel förutsätts ett utflöde från utjämningsdammarna på upp till 5 l/s,ha vara försvarbart. Den försänkta järnvägsanläggningen är knappt 19 hektar och det totala tillskott till flödet i Alnarpsån är därmed knappt 100 l/s, ett försumbart flöde vid högflödessituationer (5-6 m 3 /s). 4.6. Utflöde från utjämningsdammar I 1983 års förslag till förrättning begränsas utflöden till recipient från exploaterade områden till 1,5 l/s,ha exploaterad mark. Inom ett exploaterat område kan en del av nederbörden ofta infiltreras, men då denna möjlighet saknas för tråget är det svårt att hantera så låga utsläppskrav. Svårigheten förstärks ytterligare av att dimensionerande nederbörd beskrivs enligt metodiken i P104 istället för P90. P104 ger kraftigare regn för korta och medellånga återkomsttider, vilket illustreras av Figur 4.2 (underskattandet av regn med korta återkomsttider är en anledning till varför Dahlströms formel från P90 har reviderats). För ett 10-årsregn med varaktighet 24 timmar är blockregnsvolymen 17,4 % högre när P104 används jämfört med P90 (z=14). 80 70 60 50 40 30 P104 P90 20 Figur 4.2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Återkomsttid [år] Regnets återkomsttider vid metodik enligt P 90 (z=14) och P104. Ett 10-årsregn blir nästan 20 % högre när P104 används. Att begränsa utflödet från dammen till 1,5 l/s,ha innebär med givna förutsättningar (P104 och ψ=0,8) att dimensionerande regn har en 19 (24)
varaktighet >400 timmar (16 dagar). Detta ligger långt utanför det intervall inom vilket metoden enligt P104 kan anses tillförlitlig, och en begränsning till 1,5 l/s,ha gör det därför omöjligt att korrekt dimensionera en tillräckligt stor damm. Dimensionerande utflöde från damm antas kunna vara upp till 5 l/s,ha, förutsatt att den totala belastningen på ån inte försämras då effekten av övriga åtgärder vägs in. 4.7. Flöden i Alnarpsån Flödena i Alnarpsån modelleras genom att markavrinning från åkermark fördelas jämnt i åns längdriktning. Tillskottets enhet är kubikmeter per meter och sekund. Till detta läggs sedan dagvattenutloppens tillskott som punktflöden, vilka har enheten m 3 /s. Markavrinningens tillskott till åns flöde i augusti 2010 beräknas med hjälp av uppmätt nederbörd och den hydrologiska modellen MIKE NAM. Tillskottet visas i Tabell 4.6. Markavrinningens tillskott till ån vid 100-årsflödet (Q100) beräknas med hjälp av Trafikverkets metod för areell avrinning vid dimensionering av trummor (VVMB 310, publikation 2008:61). Metoden baseras på avrinningsområdets storlek och dess sjöprocent, och inkluderar även klimatjusteringsfaktor som ökar flödet med 50 %. Tillskottet visas i Tabell 4.6. Markavrinningens tillskott till ån vid 500-årsflödet (Q500) har bestämts genom en statistisk analys av data från nio flödesstationer i sex skånska vattendrag. Genom frekvensanalys bestämdes Q100 och Q500 för stationerna, varefter förhållandet Q500/Q100 bestämdes. Förhållandet spände mellan 1,07 och 1,26, med ett medelvärde 1,20. Två värden var avsevärt lägre än övriga, och om dessa exkluderas blev medelvärdet för förhållandet 1,24. Avrundat så är 1,25 ett representativt värde för förhållandet Q500/Q100, vilket innebär att 500-årsflödet i genomsnitt är 25% större än ett 100-årsflödet. Det antas gälla även för Alnarpsån. Tillskottet visas i Tabell 4.6. Tabell 4.6 Flödestillskott till ån som genereras av markavrinning. Flödessituation Markavrinning vid Åkarpsdammen [m 3 /s] Markavrinning vid mynningen [m 3 /s] Aug 2010(Q2010) 5,9 7,3 100-årsflöde (Q100) 10,4 17,2 500-årsflöde (Q500) 13 21,5 20 (24)
Alnarpsån ska dimensioneras på sådant sätt att anläggandet av järnvägen inte ökar översvämningsrisken i ån. Regn liknande det som föll i augusti 2010 ska därför inte leda till kraftigare översvämningar än de som verkligen uppmättes. Åns lilla avrinningsområde, en hög grad av åkerdränering, många dagvattenutlopp och en rak, smal, djup och relativt flack åfåra genom Åkarp bidrar till att Åkarp även efter järnvägens färdigställande kommer att vara känsligt för översvämningar. För att förhindra att vatten vid sådana översvämningar rinner ner i spårområdet förutsätts att en vall anläggs mellan Alnarpsån och järnvägstråget. Dimensionerande för denna vall kommer vattennivån i ån vid ett 500-årsflöde vara. Till den vattennivå som erhålls vid ett 500-årsflöde bör en säkerhetsmarginal om 0,3-0,5 m läggas. 21 (24)
5. Hög nivå i havet I 1983 års underlag till förrättning har ingen hänsyn tagits till om höga vattenstånd i havet påverkar vattennivån i Alnarpsån. Vid den modellering av Alnarpsån som ska genomföras ska effekterna av höga vattenstånd inkluderas. Om höga havsvattenstånd visar sig hota driften av järnvägen ska skyddsåtgärder endast vidtas i sådan omfattning att vatten förhindras från att strömma ner i järnvägsanläggningen. Ansvaret för att skydda övrig bebyggelse bedöms inte ligga på Trafikverket, förutsatt att den generella belastningen på ån inte ökat till följd av järnvägsanläggningen. Som dimensionerande högvattenstånd i Öresund används nivån +2,0 m (RH70). Flödet som undersöks är ett 500-årsflöde. 22 (24)
6. Sammanfattning av projektförutsättningar Nederbörd som faller på västra sidan det sänkta spårområdet ska omhändertas på västra sidan. Vid dimensionering av avvattning för sänkt spårområde används avrinningskoefficient 1,0. Driftstopp till följd av regn kan accepteras en gång per 20-årsperiod. Den ackumulerade sannolikheten att ett 100-årsregn inträffar en gång under en 20-årsperiod är knappt 20 %, en acceptabel risknivå. Avvattningssytemet för sänkt spårområde dimensioneras därför efter ett 100- årsregn med varaktighet 25 min enligt P104. Vid dimensionering av dammar för anläggningsvatten används avrinningskoeffiecient 0,8. Dammar för anläggningsvatten dimensioneras för 10-årsregn enligt P104. Utflöde från samtliga dammar för anläggningsvatten antas vara 5 l/s,ha. Flödestillskott i Alnarpsån från VA-nätet antas vara ledningarnas maximala kapacitet. Om lutningen på ledningen inte är känd antas lutningen vara 2. Skrovlingskoefficienten sätts till n=0,012. 100-årsflödet i Alnarpsån beräknas med hjälp av Trafikverkets publikation VVMB 310, 2008:61. En klimatfaktor 1,5 inkluderas i beräkningen. 500-årsflödet i Alnarpsån är 25 % högre än 100-årsflödet. Vatten kan tillåtas bli stående i bankroppen förutsatt att det inte stiger högre än 0,4 m under RUK. För att inte begränsa hastigheten på trafiken är det eftersträvansvärt att vatten endast i undantagsfall stiger högre än 1,0 m under RUK. 23 (24)
Trafikverket, 291 25 Kristianstad, Besöksadress: Björkhemsvägen 17 Telefon: 0771-921 921, Texttelefon: 0243-795 90 www.trafikverket.se/flackarp-arlov