KLAR Forsyning. Skensved Å. Hydraulisk robusthedsanalyse for Skensved Å

Transkript

1 Hydraulisk robusthedsanalyse for April 2017

2 Hydraulisk robusthedsanalyse for Udarbejdet af: Anders Skovgård Olsen Kontrolleret af: Alex Torpenholt Jørgensen & Jens Jørgen Linde Udgave: [0] Ordrenummer: [xxxx] Krüger A/S Veolia Water Technologies, Danmark SØBORG Gladsaxevej 363 DK-2860 Søborg T kruger@kruger.dk AALBORG Indkildevej 6C DK-9210 Aalborg SØ T kruger@kruger.dk AARHUS Haslegårdsvænget 18 DK-8210 Aarhus V T kruger@kruger.dk GLOSTRUP SERVICE Fabriksparken 35 DK-2600 Glostrup T kruger@kruger.dk AQUACARE Fabriksparken 50 DK-2600 Glostrup T aquacare@kruger.dk ISO 9001 CERTIFIED CVR

3 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 1 Indholdsfortegnelse 1. Indledning Forudsætninger Model Regndata og sikkerhedsfaktor Vandstand i lagunen Dimensioneringskriterier Rural afstrømning og Manningtal Fremtidig afvanding af Køge Nord Område der skal afvandes Metode til fastlæggelse af fremtidig maksimal tilledning fra Køge Nord til Kritiske områder Hydrauliske beregninger Status Punktvis udledning Oversvømmelsesberegning Status vinterafstrømning Sommerafstrømning med og uden Køge Nord Bassin til neddrosling Sammenfatning Kilder... 21

4 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 2 1. Indledning I forbindelse med den kommende bebyggelse af området omkring Køge Nord Station skal det nye område afvandes under regn. De overordnede linjer for dette er besluttet, herunder et afløbstal på 0,75 l/s/red. ha fra bassinerne i området. Området skal således afvandes mod hhv. og Snogebækken. I den forbindelse har KLAR Forsyning bedt Krüger A/S om at lave en hydraulisk robusthedsanalyse af og Snogebækken. Nærværende notat er udarbejdet på baggrund af beregninger udført i efteråret 2016 og foråret 2017 og beskriver den hydrauliske robusthedsanalyse for og konsekvenserne ved det givne afløbstal fra bassinerne. Der er desuden lavet beregninger af, hvor meget forsinkelsesvolumen og areal, der er nødvendigt for at neddrosle afløbet fra det nye område ved Køge Nord.

5 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 3 2. Forudsætninger 2.1 Model Beregningerne er udført med en model, som er beskrevet i notatet Opbygning af hydraulisk model for, april Modellen beskriver ikke den nuværende situation, men i stedet systemet som det forventes at se ud efter år 2017, når igangværende projekter udført af Vejdirektoratet og Køge Nord er gennemført. 2.2 Regndata og sikkerhedsfaktor Ved opstuvningsberegninger i systemet anvendes der regndata fra SVK-regnmåler 5810, Mosede Renseanlæg fra perioden 1/ / Inden for denne periode har regnmåleren en korrigeret observationstid på 35,6 år, når nedbrudsperioderne er fratrukket. Til beregningen af udledninger i udledningspunkterne er der anvendt en CDS-regn, vha. Spildevandskomiteens regneark, designet til T = 5 år for koordinaterne til Ølsemagle (700000, ). Her er der anvendt en faktor på 1, Vandstand i lagunen løber ud i lagunen. Der er anvendt en vandstand i udløbet i kote 0,30 m i status-beregningerne. 2.4 Dimensioneringskriterier Bassinvolumenet er bestemt ud fra et dimensioneringskriterium, der tillader overløb fra bassinet ved T = 5 år. I beregningen af bassinvolumenet er der anvendt klimafaktor på 1,0 og 1,3. Volumen af bassinerne er beregnet ud fra den lokale regnserie. 2.5 Rural afstrømning og Manningtal Der er benyttet en hændelsesbaseret rural afstrømning i beregningerne, da den giver den bedste overensstemmelse med målingerne. Den rurale afstrømning, svarende til en 5 års hændelse, er bestemt ud fra flowmålinger fra til at være på 82 l/s/km 2. Denne afstrømning skal ses i sammenhæng med den erfaringsmæssige vintermedianmaks fra vandløbsregulativet for vandløb i Køge (75 l/s/km 2 ), som svarer til en to-årshændelse. I sommermånederne vil denne afstrømning dog være væsentlig lavere. Manning-tallet er i beregningerne sat til 10, svarende til en sommersituation og dermed et konservativt bud på vandføringen i. For en uddybning af dette henvises til notatet Opbygning af hydraulisk model for, 2017.

6 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 4 3. Fremtidig afvanding af Køge Nord Nærværende afsnit indeholder en beskrivelse af området omkring Køge Nord og de fremtidige afvandingsforhold. 3.1 Område der skal afvandes Området Køge Nord er stadig i planlægningsfasen. I skrivende stund er arbejdet med Køge Nord Station og den nye Ringstedbane i fuld gang. Der er lavet lokalplanforslag og forslag til tillæg nr. 7 til Spildevandsplan er under udarbejdelse. Figur 1 viser delområderne som de er tænkt ifølge Masterplan for Køge Nord, 16. februar Figur 1 Delområder jfr. Masterplan Køge Nord Ifølge Masterplanen skal områderne 2A og 2B (hhv. 26 og 44 ha) afvande til via ét udløb, mens Delområde 2 C (19 ha) skal afvande til gennem et andet udløb. Figur 2 viser afvandingsplanen fra Masterplanen.

7 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 5 Figur 2 Afvandingsplan fra Masterplan. Ifølge Masterplanen og notatet Vurdering af størrelse af renseelementer i regnvandshåndteringen, april 2016 skal tagvandet i delområderne nedsives lokalt. Med det i regning er de gennemsnitlige befæstelsesgrader beregnet som det areal, der skal ledes til. Arealerne kan ses i Tabel 1.

8 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 6 Tabel 1 Oplandsarealer og befæstelsesgrader for de nye områder ved Køge Nord giver et samlet befæstet areal på 54 ha. Område Geometrisk areal [ha] Befæstelsesgrad Reduceret areal [ha] [%] Delområde 2A 26,1 60* 15,7 Delområde 2B 44,7 60* 26,8 Delområde 2C 19,1 60* 11,5 *Befæstelsesgraderne på 60 % er fra lokalplan 1046 Køge Nord, og er de højest tilladelige. Ifølge Figur 2 og Tabel 1 skal der afvandes 54 reducerede ha til via to udløbspunkter. Dette reducerede areal er beregnet ud fra 60 % befæstelsesgrader. Denne befæstelsesgrad er med henvisning til Lokalplan 1046 s afsnit 7.2, som anviser den højest tilladelige befæstelsesgrad. Den endelige befæstelsesgrad for det totale opland må forventes at blive noget mindre, da hele området næppe bebygges maksimalt og hvis det sker, bliver det først om mange år. 3.2 Metode til fastlæggelse af fremtidig maksimal tilledning fra Køge Nord til Der er udført en statusberegning for de urbane oplande og en række oversvømmelsesberegninger med en koblet terrænmodel for at se effekten af den fremtidige udledning fra Køge Nord, hvor afløbet fra bassinerne sættes til 0,75 l/s/red. ha. Beskrivelsen af afstrømningen i den hydrauliske model er baseret på flowmålinger i. 3.3 Kritiske områder er i dag hydraulisk belastet over en strækning fra omkring st og indtil underføringen ved Køgevej (st. 8900). Denne strækning er kendetegnet ved et meget fladt terræn og lave brinkkoter. Dette gør at der er en lav kapacitet på denne strækning og området vil derfor ofte blive oversvømmet selv med de nuværende afstrømningsforhold. Figur 3 viser områder, der påvirkes af og dermed udsatte når vandløbet går over sine breder.

9 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 7 Figur 3 Arealer langs, eller forbundet via kanaler, som er udsatte i forhold til oversvømmelser fra vandløbet. De markerede arealer i Figur 3 er primært udgjort af eng- og vådområder hvor der ofte vil stå vand grundet den meget lave kapacitet i og terrænforholdene. Det er værd at bemærke at med en terrænmodel med høj opløsning (0,4 m. x 0,4 m.) viser en analyse af de hydrologiske strømningsveje at vandet bevæger sig udenom og gennem engområdet (Figur 4).

10 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 8 Figur 4 Strømningsveje beregnet ud fra terrænmodellen Denmark/2015/Rain, som har en opløsning på 0,4 * 0,4 m (SCALGO Live). Forløbet af gennem området er markeret med rødt. Figur 4 indikerer at der her er tale om et meget fladt område, hvor strømningsvejene faktisk ikke følger gennem området. Strømningsvejene i Figur 4 er udelukkende baseret på terrænforholdene, hvor terrænmodellen er hydrologisk tilrettet med underføringer.

11 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 9 4. Hydrauliske beregninger 4.1 Status Der er udført en statusberegning for opstuvning til terræn i ved forskellige faste rurale afstrømninger henholdsvis 25, 50, 75 og 93,75 l/s/km 2 (Figur 5). Sidstnævnte svarer til vintermedianmaks gange en faktor 1,25. Dette er i analysen af Snogebækken anvendt til beskrivelse af 5 års hændelsen. Figur 5 Opstuvning til terræn i for 4 faste rurale afstrømninger, henholdsvis 25, 50, 75 og 93,75 l/s/km 2. Figur 5 viser at allerede er hydraulisk belastet ved en fast afstrømning på 25 l/s/km 2 i de kritiske områder ved et Manningtal på 10. En Manningtal på 20 ville betyde dobbelt så stor vandføringsevne ved det samme vandspejlsniveau. 4.2 Punktvis udledning De urbane områder opstrøms S-banen udgør i alt 27 red. ha, svarende til 0,27 km 2. Dette skal ses i forhold til det hydrologiske opland til på samme punkt, som er på ca. 37 km 2. Belastningen fra de urbane oplande til er domineret af en kortvarig, kraftig afstrømning under regnhændelsen. Det er beregnet, hvor meget der udledes i hvert udløbspunkt for T = 5 år i Status (sikkerhedsfaktor 1,0). Til denne beregning er der anvendt en CDS-regn. Figur 6, Figur 7 og Figur 8 viser den maksimale tilløbsvandføring for T = 5 år.

12 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 10 Figur 6 Maksimale udledninger fra Kirke Skensved for T = 5 år, med sikkerhedsfaktor 1,0. Figur 7 Maksimale udledninger i Lille Skensved for T = 5 år, med sikkerhedsfaktor 1,0.

13 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 11 Figur 8 Maksimale udledninger i Solrød og Ølsemagle for T = 5 år, med sikkerhedsfaktor 1,0. Det er værd at bemærke at de punktvise udledninger fra de urbane oplande langs er kortvarige, men kraftige, ligesom effekten af disse punktvise udledninger udjævnes meget i, jo længere nedstrøms effekten betragtes. Dette er illustreret ved en modelberegning uden rural afstrømning og med en CDS-regn, hvor gentagelsesperioden er T = 5 år (Figur 9). Figur 9 Udjævning af afstrømning fra Lille Skensved for CDS T = 5 år. Sort: nedstrøms Lille Skensved. Blå: Før indløb under S-bane.

14 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 12 Som det fremgår af Figur 9 udjævnes den punktvise udledning fra Lille Skensved, hvor det maksimale flow er omkring 1,45 m 3 /s, til indløbet ved S-banen, hvor det maksimale flow er på ca. 0,5 m 3 /s altså ca. 1/3. Dette er over en strækning på ca. 4 km. 4.3 Oversvømmelsesberegning Til at dokumentere de fremtidlige forhold, med udledning fra Køge Nord, er der opstillet en koblet (1D-2D) hydraulisk model, hvor udbredelsen af vand på terræn også fremgår. En sådan model medfører væsentlig længere beregningstider, særligt da oplandet til er næsten 40 km 2. Det er derfor valgt kun at beskrive terrænet langs og i området vest for Københavnsvej (Køge landevej), som i dag ser ud til at være særlig udsat (Figur 10). Figur 10 Den hydrauliske model og terrænmodel er vist sammen med oplandsgrænsen for det hydrologiske opland til. Den hydrauliske afløbsmodel (1D) og terrænmodellen (2D) er koblet via en række knuder, som er markeret i Figur 11.

15 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 13 Figur 11 1D afløbsmodel og 2D terrænmodel. De markerede knuder i afløbsmodellen er dem, som er koblet til terrænet. Omfanget af terrrænmodellen er valgt således, at beregningstiden for modellen kan holdes nede og samtidigt så de områder, som er påvirket af, er med i modellen. Omfanget af terrænmodellen vurderes at være fuld tilstrækkeligt til de planlagte beregninger. Der er regnet på tre scenarier: 1) Status vinterafstrømning (rural afstrømning svarende til T = 5 år) 2) Status sommerafstrømning uden Køge Nord 3) Sommerafstrømning med Køge Nord Som det fremgår af ovenstående er der ikke regnet på en vinterafstrømning med Køge Nord. Dette skyldes at afstrømningen fra Køge Nord er sat til 0,75 l/s/km 2, hvilket er mindre end den naturlige afstrømning om vinteren for T = 5 år. Et tilløb fra Køge Nord vil derfor i værste fald betyde status qou, og i bedste fald betyde lidt lavere afstrømning til Status vinterafstrømning Til beskrivelse af vinterafstrømningen er der udvalgt en hændelse baseret på målingerne, som svarer til T = 5 år, se Opbygning af hydraulisk model for, 2017 for dette. Denne hændelse strækker sig over en periode fra d. 24/10-98 til d. 4/ Afstrømningen, som er målt ved Lille Skensved, er vægtet i forhold til oplandsarealet. Selve hændelsen kan ses i (Figur 12).

16 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 14 Figur 12 Målt afstrømning, vægtet i forhold til oplandsarealet for måleren ved Åvad svarende til T = 5 år. Med den målte afstrømning i Figur 12 bliver udbredelsen af vand på terræn som vist i Figur 13. Figur 13 Udbredelse af vand på terræn for vinterhændelse d. 24/10-98 til d. 4/ Som det fremgår af Figur 13 var der ved hændelsen d. 24/10-98 en række arealer langs, som var ramt af oversvømmelser. Særligt området omkring motorvejen (ca.

17 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 15 st til st. 8900). Dette område er også tidligere identificeret som det kritiske langs i forhold til robustheden af vandløbet jvf. afsnit Sommerafstrømning med og uden Køge Nord Det er alment kendt, hvilket også bekræftes af målingerne fra, at vandføringen i vandløbet er væsentligt større om vinteren end om sommeren. Et års måledata fra Lille Skensved illustrer dette (Figur 14). Figur 14 Flowmåling fra Lille Skensved og lokal nedbørsmåling. Som det fremgår af Figur 14 er der i vintermånederne en væsentlig højere vandføring og sommerperioderne er domineret af, med undtagelse af korte hændelser pga. kraftig regn, et meget lavt flow, der sjældent er over 500 l/s ved dette målested. Der er derfor udført tilsvarende oversvømmelsesberegninger, med og uden tilledningen fra Køge Nord, hvor vandføringen i vandløbet repræsenterer en sommersituation på 37 l/s/km 2 jvf. notatet Opbygning af hydraulisk model for, 2017 og Figur 15. Til dette er hændelsen fra d. 10/ til d. 18/ anvendt. Figur 15 Målt afstrømning, vægtet i forhold til oplandsarealet for måleren ved Åvad.

18 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 16 Tilledningen fra Køge Nord bassinet er modelleret som en konstant tilledning til Skensved Å på 0,75 l/s/red. ha, svarende til 40,5 l/s. Dette er mindre end den observerede rurale afstrømning for T = 5 år. I sommerperioden vil det betyde en netto forøgelse på 20,5 l/s fra dette område, da den observerede sommerafstrømning for T = 5 år er 37 l/s/km 2. For en uddybning af dette se Opbygning af hydraulisk model for, marts Da effekten af den øgede tilledning vil være nedstrøms fra det nye Køge Nord er der fokuseret på dette område (Figur 16). Figur 16 Udbredelse af oversvømmelse med og uden tilledning af Køge Nord for en sommerhændelse. Forskellen i de to beregningsresultater, effekten af tilledningen fra Køge Nord, er markeret som de røde områder i Figur 16. Som det fremgår af figuren er udbredelsen i oversvømmelserne, grundet Køge Nord, meget begrænset, og klart indenfor beregningsusikkerhederne. Sammenlignes Figur 16 med Figur 13 ses også at forskellen på de oversvømmede arealer er begrænset, selvom der er antaget ca. dobbelt så stor tilledning på Figur 13. Et interessant resultat fra den koblede 1D-2D model skal findes i vandføringen i langs de oversvømmede arealer i Figur 16. Kobles terrænet ikke til den hydrauliske model vil vandføringen i være betydeligt højere, da vandet kun kan løbe i selve profilet. Men når terrænmodellen kobles til vil vandet fra

19 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 17 løbe ud på terrænet når kapaciteten af er opbrugt. Dette er illustreret i Figur 17 for hændelsen brugt til beskrivelse af sommervandføringen. Forskellen i arealet under kurverne svarer til volumen af oversvømmelsen i Figur 16 og er beregnet til ca m 3. Figur 17 Vandføring for ved st (engområdet) uden koblet terrænmodel (blå), med koblet terrænmodel (grøn stiplet) og den målte rurale afstrømning. En del af denne lavning vil tømmes igen når vandstanden i falder og der igen bliver ledig kapacitet. En del af lavningen er dog ikke i direkte forbindelse med vandløbet og vil skulle tømmes via enten dræn eller naturlig nedsivning og fordampning. Ud fra Figur 17 ses det også at kapaciteten af på dette stræk ser ud til at være omkring 270 l/s (Manningtal = 10). 270 l/s svarer ca. til 9 l/s/km 2, hvilket er en meget lav værdi, som vil blive overskredet meget hyppigt. Dette understreger at der er tale om et stræk på med meget lav kapacitet som det også er omtalt i afsnit 3.3. Hvad der ellers løber til, vil løbe ud af vandløbet og ind på omkringliggende arealer.

20 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: Bassin til neddrosling Til beregning af den nødvendige bassinvolumen, med det anviste afløbstal på 0,75 l/s/red. ha, er der opstillet en simpel hydraulisk model for området ved Køge Nord. Det er gjort da det vurderes nødvendigt for at kunne tage højde for koblede hændelser, da bassinet vil have en lang tømningstid. Omfanget af denne model kan ses i Figur 18. Figur 18 Omfang af hydraulisk model til dimensionering af bassinvolumen. Bemærk at hele området, beregningsmæssigt løber til ét samlet bassin. Som det fremgår af Figur 18 er hele områdets afløb beregningsmæssigt samlet i ét bassin. Ifølge Køge Nord Masterplan s strategi for regnvandshåndtering, vil der dog blive tale om to bassiner grundet terrænforholdene i området. I forhold til dimensionering den samlede af bassinvolumen betyder dette dog ikke noget da arealet også skal deles mellem bassinerne. Der er foretaget en beregning af det nødvendige bassinvolumen med og uden en sikkerhedsfaktor på 1,3 når det antages at bassinerne dimensioneres til T = 5 år, ud fra den benyttede lokale regnserie. Resultaterne for den nødvendige bassinvolumen kan ses i Tabel 2. Tabel 2 Bassinvolumen for T = 5 år. Scenarie Afløbstal [l/s/ red. ha] Bassinvolumen [m 3 ] Uden sikkerhedsfaktor 0, Med sikkerhedsfaktor 1,3 0,

21 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 19 Ovenstående volumener forudsætter at alt vandet fra 60 % af oplandsarealet ledes til bassinerne, mens vandet fra tagflader og de grønne arealer i området nedsives, som det er beskrevet i Masterplanen. Hvis afvandingen af området laves som åbne kanaler, kan det nemt ske, at en del af den afstrømning, der skulle nedsive ender i disse kanaler, og dermed også i de forsinkelsesvolumener som skal neddrosle vandføringen til Skensved Å. Dette kan føre til, at det effektive afløbstal fra bassinet bliver mindre, og dermed at bassinerne skal være større, hvis man vil overholde kravet om aflastning sjældnere end T = 5 år. På den anden side er antagelsen om 60 % befæstelse nok på den sikre side. Med en vanddybde på 0,4 meter til opstuvningsvolumen, vil de nødvendige arealbehov, alene til opstuvningsvolumenet, samlet set være 14 eller 19,4 hektar, afhængigt af om bassinerne dimensioneres med eller uden en sikkerhedsfaktor på 1,3. Oveni dette kommer der arealer til skråningsanlæg og udenomsarealer. Køge kommune og KLAR har overvejet at anlægge bassiner med nedsivning i stedet for et traditionelt afløb. Vælges denne løsning er det yderst vigtigt at nedsivningsevnen svarer til det fastsatte afløbstal og at denne ikke forringes over tid. Med et samlet afløb fra bassinet på 40,5 l/s, og med de beregnede bassinvolumener, vil tømningstiden for bassinet være på mellem 10 og 14 dage afhængig af om der regnes med sikkerhedsfaktoren eller ej. De store volumener, som er beregnet skyldes de lave afløbstal, som medfører meget lange tømningstider. Tømningstiderne gør bassinerne særligt sårbare overfor koblede regnhændelser. Dette er indregnet ved dimensioneringen.

22 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: Sammenfatning Der er ikke ledig kapacitet i under de nuværende forhold. Kapaciteten af er i dag opbrugt hyppigere end for T = 5 år, hvilket er dimensioneringsgrundlaget for bassinerne ved Køge Nord. Engområdet langs fra st til st bliver allerede i dag oversvømmet ved den rurale afstrømning. Det bør bemærkes at de største arealer, som oversvømmes i dag ligger i Solrød kommune. Dette understreger behovet for samarbejde på tværs af kommunegrænsen. Et afløbstal på 0,75 l/s/red. ha fra bassinet vil ikke forværre situationen i forhold til status. Om sommeren vil der dog være hændelser, som vil give anledning til højere vandføringer i bassinets tømningstid. De store volumener, som er beregnet, skyldes de lave afløbstal og tømningstiderne, som gør bassinerne særligt sårbare overfor koblede regnhændelser. Køge kommune og KLAR har overvejet at anlægge bassiner med nedsivning i stedet for et traditionelt afløb. Vælges denne løsning er det vigtigt at nedsivningsevnen svarer til forudsætningerne og at denne ikke forringes over tid.

23 Hydraulisk robusthedsanalyse for Side: 21 Kilder Krüger marts 2017, Opbygning af hydraulisk model for. Køge Nord Masterplan: