Hørsholm kommune. Juni 2012 HYDRAULISK VURDERING AF FLAKVAD RENDE

Transkript

1 Hørsholm kommune Juni 2012 HYDRAULISK VURDERING AF FLAKVAD RENDE

2 PROJEKT Hydraulisk vurdering af Projekt nr Dokument nr Version 2 Projekt nr Udarbejdet af JBG Kontrolleret af ERI Godkendt af TSV NIRAS A/S CVR-nr T: D: Sortemosevej 19 Tilsluttet FRI F: E: [email protected] 3450 Allerød E: [email protected]

3 INDHOLD 1 baggrund Vandløbssystemet Topografi Afløbssystemet Hændelsen Afstrømning Hvad skete der? Hydraulisk analyse af Flakvad rende Vurdering af den hydrauliske betydning af rørunderføringen under strandvejen Forslag til fysiske tiltag til sikring mod oversvømmelse fra Flakvad rende Dige Dobbeltprofil Sikring af Flakvad rendes vandføringsevne Diskussion og konklusion :

4 1 BAGGRUND har bedt Niras om at udarbejde en Hydraulisk analyse for Flakvad rende. Området omkring Flakvad rende var den 14 august 2010 udsat for oversvømmelse med store skader på villaerne. I denne rapport redegøres for årsagerne til oversvømmelsen og der gives forslag til fysiske ændringer, som vil forøge områdets sikkerhed mod fremtidige oversvømmelser. 2 VANDLØBSSYSTEMET Vandløbssystemet er vist på figur 1 nedenfor. Systemet består af Flakvad rende, som leder vandet til Øresund og Ulvemose rende og Sømandshvile grøft der er biløb til Flakvad renden. Det samlede oplandsareal er estimeret til 5.8 km 2. Oplandsarealerne fordeler sig med 0.8 km2 til Flakvad rende og 3.6 km 2 og 1.4 km 2 til henholdsvis Ulvemose rende og Sømandshvile grøft. 1

5 Figur 1 Flakvad rende vandløbssystem, med estimerede oplandsgrænser 3 FLAKVAD RENDE Flakvad rendes geometri er beskrevet i vandløbsregulativet for Flakvad rende og i en opmåling af bundkoter, for de øverste 295 meter, foretaget i marts 2010 (tabel 1). 2

6 Figur 2. Stationering for Flakvad rende Tabel 1. Flakvad rendes geometriske skikkelse. Frem til station 292 er den seneste opmåling af bundkoter angivet, medens de resterede bundkoter svarer til koterne i regulativet. Brinkkoter er estimeret delvist ud fra en digital højdemodel og delvist ud fra målte brinkhøjder. Maksimal dybde svarer til forskellen mellem bundkote og brinkkote. 3

7 Figur 3. Bundkoter og brinkkoter for Flakvad rende (lodret snit / længdeprofil) På figur 3 ovenfor er bundkoter og brinkkoter for Flakvad rende vist. Strækningen fra bebyggelsens start ved station 195 frem til station 375 (umiddelbart efter indløb fra Sømandshvile grøft), må antages at være mest kritisk i forhold til oversvømmelse fra Flakvad rende, idet vandløbet på denne strækning har den mindste hældning og den mindste forskel mellem bundkote og brinkkote. Der er ved besigtigelsen af Flakvad rende blevet konstateret, at bundbredderne i dele af vandløbet muligvis er mindre end en meter som angivet i regulativet. Yderligere findes der flere steder indsnævringer og barrierer mellem de enkelte matrikler, som kan hindre frit gennemløb ved store vandføringer. I beregninger og analyser foretaget i nærværende projekt er der imidlertid anvendt den regulativmæssige bundbredde på en meter. 4 TOPOGRAFI Ved hjælp af analyser udført med GIS værktøjer og digital højdemodel, samt besigtigelse i området er det konstateret at Flakvad rende ligger forskudt mod syd i forhold til det forløb vandløbet ville have hvis det skulle følge området topografi. 4

8 Figur 4. Topografi ved På figur 4 ovenfor, kan man se at området nord for Flakvad rende danner en hulning, hvor både ulvemose rende og Flakvad rende har højere brinkkoter i forhold til koterne i hulningen. Dette er også illustreret på figur 5, som viser lodrette snit af landskabets forløb langs de stiplede røde linjer på figur 4. Figur 5. Topografiske tværsnit svarende til det røde stiplede linjer på figur 4 5 AFLØBSSYSTEMET Områdets bymæssige afløbssystem er vist på figur 6 nedenfor. Som beskrevet i forrige afsnit udgør området nord for Flakvad rende (Hannelundsvej og Løvvænget) en hulning, som ikke har noget naturligt afløb. Dette område er derfor af- 5

9 hængig af tilstrækkelig kapacitet i afløbssystemet under kraftige regnhændelser. Afløbsledningen, som dræner området, starter ved Helleholm (område B5 på figur 6) og har regnvandsoverløb til Øresund (U62A). Der er regnvandsudløb (U65), som har udløb til Ulvemose rende. U65 har et forholdsvist lille opland på en hektar. Yderligere er der et overløb, som har udløb til Flakvad rende (U63). Der er ikke angivet oplandsareal for U63, men det formodes at være forholdsvist lille. Figur 6. Afløbssystem for området omkring Flakvad rende HÆNDELSEN I det følgende har vi forsøgt at redegøre for hvad der skete under oversvømmelsen i August 2010 og årsagen til dette. 6.1 Afstrømning Der findes ingen hydrometriske målestationer, som kontinuert måler vandstande eller vandføring i Flakvad rende. Derfor kan vi ikke vide nøjagtigt hvor stor en vandføring der var den 14 august For alligevel at få en ide om størrelsesordnen for vandføringen er der indhentet data for de to nærmeste hydrometriske stationer, nemlig DMU st. nr Nivå ved Jellebro med et opland på 62,4 km 2 og DMU st. nr Kighanerende ved Caroline Mathildesvej med et opland: 5,15 km 2. Placeringen af disse stationer er vist på figur 7 nedenfor. 6

10 Figur 7. Placering af nærmeste hydrometriske stationer med kontinuerte målinger af vandstand og eller vandføring. Den observerede vandføring for de nærmeste hydrometriske stationer er vist på figur 8 nedenfor. Vandføringerne er omsat til specifik afstrømning, altså afstrømning pr. areal med enheden l/s/km 2. På den måde kan vandføringerne direkte sammenlignes selvom disse er observeret for hydrometriske stationer med forskellige oplandsarealer. 7

11 Figur 8. Observeret specifik afstrømning for DMU st. nr Nivå ved Jellebro med et opland på 62,4 km 2 og DMU st. nr Kighanerende ved Caroline Mathildesvej med et opland: 5,15 km 2. Begge stationer viser en høj specifik afstrømning den 14 august, men der er meget stor forskel på den maksimale afstrømningsrate (78 l/s/km 2 og 41l/s/km 2 ) for de to stationer. Flakvad rende ligger geografisk mellem de to stationer, så det kunne være nærliggende at anvende et gennemsnit mellem de maksimale værdier. Det forholder sig imidlertid således, at afstrømningsområde vil reagere forskelligt på den samme nedbørshændelse afhængigt af hvor store områder der er bebygget, hældningsforhold, jordtyper, vegetation, og den arealmæssige størrelse. Så, de specifikke afstrømning for Flakvad rende kan udmærket godt have været større en den for DMU st Kikhanerende observerede værdi. For alligevel at have en værdi at arbejde med er der nedenfor beregnet vandføring for Flakvad renden baseret på den maksimale værdi for st Kighanerende. Tabel 2. Maksimal afstrømning baseret på maksimal afstrømning den 14 august 2010 for DMU st Hvad skete der? For at kunne sikre sig mod en oversvømmelse som den der ramte området ved Flakvad rende den 14 august 2010 er der vigtig at forstå hvad der egentlig skete 8

12 og herunder hvilke faktorer, som var årsag til oversvømmelsen. En vigtig del af denne analyse har været de observationer som beboerne i området har gjort under hændelsen. Derfor har vi talt med en del af beboerne og sammenstillet deres oplevelser med data om afstrømning, topografi, vandløbets geometri og information om afløbssystemet. På figuren nedenfor ses skitse lavet af beboerne over udbredelsen af oversvømmelsen. Figur 9. Beboernes egne optegnelser af udbredelsen af oversvømmelsen den 14 august 2010 Optegnelsen på figur 9 stemmer fint overens med en analyse lavet ved hjælp af et GIS system baseret på en digital højdemodel for området som vist på figur 10 nedenfor. 9

13 Figur 10. Estimeret udbredelse og vanddybder under oversvømmelsen den 14 august Kortet er lavet for en maksimal vandstand svarende til kote 4.1 m. Vanddybder er angivet med gult i enheden meter. Forløbet af hændelsen er forsøgt gengivet i det følgende. På det tidspunkt hvor den kraftige regn startede var oplandet til Flakvad rende allerede vandmættet, idet der allerede forinden havde været nedbør. Dette betød at kapaciteten til at opmagasinere vand i rodzonen var delvist opbrugt og en stor andel af nedbøren derfor strømmede af som overfladevand. Sandsynligvis var det første der skete at Flakvad rende løb over side bredder umiddelbart opstrøms risteværket, som ligger ved st Dette risteværk giver anledning til en opstrøms vandstandsstigning på omkring 30 cm selv ved normal vandføring, når risten ikke er tilstrækkelig rengjort for blade. Vandet fandt sin naturlige vej i nordlig retning mod det lave område (se blå pil på figur 11 nedenfor). Det er muligt at både Flakvad rende opstrøms st. 240 og Ulvemose rende efterfølgende også er gået over side bredder, idet begge vandløb har forholdsvis lave brinker. Vandet har herefter fulgt topografien og løbet mod laveste punkt som vist på figur 11 med hvide pile. Samtidig er der meget det tyder på at afløbsledningen, som afvander området (vist på figur 6 med udløb i U62A) er blevet overbelastet og har sendt yderligere vand ind i det oversvømmede område. Dette understøttes af, at beboerne beskrev, at vandet lugtede af kloakvand. Det er også højst tænkeligt at overløbsbygværkerne U65 (Ulvemose rende) og U63 Flakvad rende har været aktive (se figur 6). 10

14 Figur 11. Formodet strømningsbillede i starten af 2010 hændelsen. På et tidspunkt var vandstandet nået et højt niveau samtidig med at vandstanden i Flakvad rende var begyndt at falde igen, hvilket gav anledning til direkte overflade afstrømning fra området til Flakvad rende som vist med pile på figur 12 nedenfor. Figur 12. Overfladisk afstrømning mod Flakvad rende under den sidste del af oversvømmelen i august HYDRAULISK ANALYSE AF FLAKVAD RENDE Med det formål at analysere Flakvad rendes hydrauliske kapacitet, estimere vandføringen under 2010 hændelsen, vurdere betydningen af rørunderføringen 11

15 under Strandvejen, samt at undersøge konsekvenser af forskellige tiltag, er den hydrodynamiske computerbaserede matematiske model Mike11 anvendt. Flakvad rendes geometriske skikkelse er i modellen defineret ved en række tværsnit. Disse er dannet på grundlag af data fra vandløbsregulativet for Flakvad rende, målte bundkoter for den øvre del (st. 0 til st. 295), samt brinkkoter udtaget af en digital højdemodel for området. Den hydrauliske modstand er defineret ved et Manningtal på 12 m 1/3 /s, hvilket svarer til normal sommertilstand i forhold til vegetation i vandløbet. Som udgangspunkt er der anvendt en vandføring svarende 78 l/s/km 2, hvilket er den maksimale specifikke afstrømning, som er observeret i Kighanerenden under 2010 hændelsen (se afsnit 6.1). Som nævnt tidligere er der stor usikkerhed hvorvidt denne afstrømning også repræsenterer den afstrømning, der var i Flakvad rende under 2010 hændelsen. Derfor er der yderlige kørt scenarier med specifikke afstrømninger på 70 l/s/km 2 90 l/s/km l/s/km 2 og 120 l/s/km 2, for på denne måde at finde frem til den vandføring, som giver anledning til vandstande som ligger over brinkkoten. De specifikke afstrømninger er fordelt på bidrag fra Flakvad rende, Ulvemose rende og Sømandshvile grøft i forhold til de respektive oplandsarealer (se tabel 2). På figur 13 er de beregnede vandstande for de 4 vandføringer vist som et vertikalt længdeprofil. På figuren er bundkoter og brinkkoter ligeledes vist. 12

16 Figur 13. Simulerede vandstande i Flakvad rende for 4 forskellige specifikke afstrømningsrater Resultaterne på figur 13 viser, at der er to kritiske punkter, nemlig station 341, som ligger umiddelbart nedstrøms indløbet fra Sømandshvile grøft og st. 180 som ligger opstrøms i forhold til det bebyggede område. Den hydrauliske årsag til at st. 341 er kritisk er, at der på vandløbsstrækningen ved dette punkt er en kombination af lille fald (lille bundhældning) og lave brinker. I de følgende beregninger vælges en vandføring svarende til en specifik afstrømning på 100 l/s/km 2. 8 VURDERING AF DEN HYDRAULISKE BETYDNING AF RØRUNDERFØRINGEN UNDER STRANDVEJEN. Det er nærliggende at tænke sig at rørunderføringen under strandvejen kan udgøre en flaskehals i forhold til Flakvad rendes hydrauliske kapacitet. Røret under Strandvejen har på de første 2 meter en indvendig diameter på 80 cm og på de 13

17 følgende 38 meter en indvendig diameter på 60 cm. For at undersøge betydningen af rørunderføringens dimension er der udført beregninger for situationer hvor røret i hele sin længde har en indvendige diametre på henholdsvis 80 cm og 100 cm. For disse beregninger er der anvendt en vandføring som svarer til en specifik afstrømning på 100 l/s/km 2. Figur 14. Beregning af vandstande i Flakvad rende for en afstrømning svarende til en specifik afstrømningsrate på 100 l/s/km2, for situationer med indvendige rørdiametre på 60 cm, 80 cm og 100 cm på rørunderføringen under Strandvejen. Resultaterne på figur 14 viser, at anvendelse af større rørdimensioner for underløbet under Strandvejen kun har betydning for vandspejlskoterne på strækningen fra indløb rør til station 475. På denne strækning er der i forvejen forholdsvis høje brinkkoter, så en forøgelse af rørdimensionen vil ikke forbedre situationen i forhold til risiko for oversvømmelse. 9 FORSLAG TIL FYSISKE TILTAG TIL SIKRING MOD OVERSVØMMELSE FRA FLAKVAD RENDE. Det forslås at etablere et dige vest for bebyggelsen, udvide Flakvad rende fra st. 290 st. 375, og gennemgå Flakvad renden med henblik på at sikre at vandløbet opfylder kravet til vandafledning, der er fastlagt i vandløbsregulativet. Disse tre tiltag tilsammen vil give en god sikkerhed mod oversvømmelser fra Flakvad rende. 14

18 9.1 Dige Som det fremgår af redegørelsen for 2010 hændelsen i afsnit 6.2, skal hovedårsagen til oversvømmelsen findes i områdets topografi. Bebyggelsen nord for Flakvad rende ligger i en lavning og vandløbets naturlige forløb er gennem bebyggelsen. Derfor forslås det, at der etableres et dige umiddelbart vest for bebyggelsen, som vil lede vandet til Flakvad rende fremfor gennem bebyggelsen. Digets principielle linjeføring er vist på figur 15 nedenfor. Figur 15. Principiel linjeføring for nordlig og sydlig dige. Som det kan ses af figur 15, er der tale om to diger, som begge leder overfladevandet til Flakvad rende. Det er muligt at det ikke er nødvendigt at etablere det sydlige dige, idet terrænkoterne her muligvis er tilstrækkelig høje. For at tage endelige stilling til dette skal der foretages et nivellement af digets linjeføring i felten. Diget opbygges med en lerkerne, som skal sikre mod gennemstrømning af diget. Lerkernen dækkes af en geotekstil og 20 cm muld, som tilsås med græs (se figur 16 nedenfor). 15

19 Figur 16. Digets principielle udformning. Muldlaget på toppen af diget regnes ikke som tæt og stabilt i forhold til vandtryk. Koten for toppen af lerkernen skal svare til brinkkoten der hvor diget rammer Flakvad rende. Der må imidlertid påregnes, at der kan forekomme sætninger af diget på maksimalt 10 cm. Derfor er digets højde fastsat således at toppen af lerkernen er 10 cm højere end brinkkoten. På den vestlige side af det nordlige dige etableres en drænkanal på en ca. 20 meter strækning nærmest Flakvad rende ved det nordlige dige (se figur 16). Denne kanal skal sikre fri strømning frem til Flakvad rende. Kanalen etableres med en bundbredde på 1,5 meter og et side anlæg på 1:1,5. Bundkoten i kanalen reguleres således at det er et fald på minimum 10 promille frem mod Flakvad rende. På figurerne 17 og 18 er digernes kronekoter vist på vertikale profiler. 16

20 Figur 17. Længdeprofil for det nordlige dige Figur 18. Længdeprofile for det sydlige dige. 17

21 Kronekoterne som er angivet på figurerne 17 og 18 er fastsat ud fra data fra den digitale højdemodel. Der bør udføres et nivellement i felten for at fastsætte den endelige kote. Digets linjeføring som vist på figur 15 er ikke nødvendigvist den endelige linjeføring. Linjeføringen kan ændres, evt. i samråd med lodsejerne, når blot diget hydrauliske funktion opretholdes. 9.2 Dobbeltprofil De hydrauliske beregninger viser at det er strækningen mellem st. 290 og 375 som er kritiske, idet der på denne strækning er lille fald og lave brinker. Det forslås derfor, at vandløbet på denne strækning udvides, ved at etablere et dobbeltprofil som vist på figur 19 nedenfor. Figur 19. Geometri for dobbeltprofil Dobbeltprofilet sikrer god hydraulisk kapacitet ved høj vandstand, medens der ved lave vandstande stadig vil være god vandhastighed. På figur 20 nedenfor er vist den hydrauliske konsekvens af at etablere dobbeltprofil på strækningen mellem st. 290 og st. 375, ved en vandføring svarende til en specifik afstrømning på 100 l/s/km 2. 18

22 Figur 20. Konsekvensanalyse af etablering af dobbeltprofil mellem st. 290 og st. 275 på Flakvad rende. Som det kan ses af figur 20, vil etablering af dobbeltprofil give et vandspejlsfald på omkring 10 cm ved det kritiske punkt Sikring af Flakvad rendes vandføringsevne Under besigtigelse i forbindelse med nærværende projekt er det konstateret, at Flakvad rende muligvis ikke over alt overholder den definition af vandløbets geometriske skikkelse, som er givet i vandløbsregulativet. Ovenstående beregninger og analyser er udført under den forudsætning, at vandløbet overholder regulativet. Det ser ud som om vandløbet på visse strækninger har indsnævringer således at vandløbets bundbredde er mindre end en meter som foreskrevet i regulativet. På nogle strækninger er anlægget på vandløbssiderne større end beskrevet i regulativet og endelig er der en del steder ved skæl mellem matriklerne opsat hegn og gitre, som vil virke bremsende på vandet ved store vandføringer. 19

23 Det anbefales, at det sikres, at der ikke er fysiske forhold, som reducerer vandløbets hydrauliske kapacitet. 10 DISKUSSION OG KONKLUSION Der er i nærværende projekt lavet en analyse af hvad der skete under 2010 oversvømmelsen og de mulige årsager til oversvømmelsen. Navnlig er det områdets topografi, som bringer bebyggelsen nord for Flakvad rende i fare for oversvømmelse. Bebyggelsen ligger i en lavning og Flakvad rendes naturlige forløb i forhold til topografien er gennem bebyggelsen. Flakvad rendes hydrauliske kapacitet er analyseret. Analysen viser, at særligt området fra starten af bebyggelsen til umiddelbart nedstrøms indløbet fra Sømandshvile grøften er kritisk, idet der på denne strækning er lave vandløbsbrinker og lille fald. Det er undersøgt om rørunderføringen under Strandvejen danner en flaskehals i forhold til Flakvad rendes hydrauliske kapacitet. Beregningerne viser, at en forøgelse af rør dimensionen fra den nuværende indvendige diameter på 60 cm til en indvendig diameter på 100 cm kun vil have lille effekt i forhold til oversvømmelsesrisiko. Dette skyldes, at der på strækningen inden indløb til røret er et godt fald og høje brinkkoter. Det forslås, at der etableres et dige på vest siden af bebyggelsen, som kan sikre, at vand som løber over vandløbsbrinkerne opstrøms bebyggelsen ledes tilbage til Flakvad rende og dermed ikke løber gennem bebyggelsen. Yderligere forslås det, at Flakvad rende udvides på strækningen fra begyndelsen af bebyggelsen til umiddelbart nedstrøms indløb af Sømandshvile grøft, for dermed at øge den hydrauliske kapacitet på denne kritiske strækning. Endelig forslås det, at man sikrer, at hegn over- og indsnævringer i Flakvad rende ikke giver anledning til an reduceret vandledningsevne. Flakvad rende har i forhold til normale kraftige nedbørshændelser tilstrækkelig kapacitet til at aflede vandet uden at dette giver anledning til oversvømmelser. Hændelsen i 2010, som gav anledning til oversvømmelsen, må antaget at være en ekstrem hændelse. Samme regnhændelse gav anledning til store oversvømmelser for Usserød Å. I forhold til Usserød Å blev hændelsen karakteriseret som en hændelsen med en gennemsnit gentagelsesperiode på 150 år. Der er dog ikke teoretisk belæg for dermed at sige, at hændelsen i forhold til Flakvad rende var en 150 års hændelse, idet regnmængder, den tidslige fordeling af regnen, samt hydrologiske og hydrauliske karakteristika er forskellige for de to vandløbssystemer. Der findes ikke tilstrækkelig data til at lave en egentlig teoretisk beregning af gentagelsesperioden specifikt for Flakvad rende. 20