April 2012 NEDSIVNINGSFORHOLD I OMRÅDET OMKRING SKOVBAKKEVEJ, FREDERIKSVÆRK
PROJEKT Nedsivningsforhold i området omkring Skovbakkevej, Frederiksværk Projekt nr. 207713 Udarbejdet af jku Kontrolleret af ljh Godkendt af ljh 1 Indledning... 1 Contents 2 Hydrogeologiske forhold... 2 2.1 Nedsivningstest... 2 1 Indledning... 1 3 Faskine... 3 2 Hydrogeologiske forhold... 2 42.1 Modelberegninger Nedsivningstest... 24 4.1 WORST case scenarie... 5 4.2 3 Resultater... Faskine... 63 4.2.1 Basisscenarie:... 6 4 4.2.2 Modelberegninger Scenarie 1... 74 4.1 4.2.3 WORST case Scenarie scenarie 2... 85 4.2 4.2.4 Resultater Scenarie... 3 Fejl! Bogmærke er ikke defineret. 6 4.2.1 Basisscenarie:... 6 5 Konklusion 4.2.2 Scenarie... 1 10 7 4.2.3 Scenarie 2... 8 5 Konklusion... 10 NIRAS A/S Sortemosevej 19 3450 Allerød CVR-nr. 37295728 Tilsluttet FRI T: +45 4810 4200 F: 4810 4300 E: niras@niras.dk
1 INDLEDNING Dette notat beskriver dels nedsivningsforhold i området dels risikoen for gener i form af opblødning og kildevæld fra området omkring Skovbakkevej, Frederiksværk. Udgangspunkt for vurderingen er et worst case scenarie. Forudsætning at samtlige matrikler inkl. vej nedsiver regn via faskiner som dimensioneres efter kapacitet på 5/10 års regn. Afløbskoefficient regnes som værende; FV13=41%, FV14=33%, FV26=29%, FV25=29% (den lille sydvestlige del uden nummer) samt FV60=15%. Jf. Spildevandsplan. Spildevandsområde Areal (m 2 ) Befæstet areal (m 2 ) FV13 42800 17548 FV14 97000 32010 FV26 93210 27031 FV25 3591 1041 FV60 5371 3222 Tabel 1 Områdets geologi og hydrologiske forhold er beskrevet med udgangspunkt i: JUPITER databasen Jordartskort Der er udført 4 nedsivningstests i området på privat grund.. Der er lavet en vurdering af udbredelsen af nedsivningen og foretaget en vurdering af afstand i til den meget markante skrænt på vest siden af området. 1
2 HYDROGEOLOGISKE FORHOLD Jordlagenes sammensætning er vurderet ud fra oplysninger i PC_JUPITER og jordartskort. Jordartskortet viser, at den øverste del af lagsøjlen består af smeltevandssand i området omkring Skovbakkevej. En boring tæt på Skovbakkevej (DGUNR 186.359) indikerer at dette sandlag har en tykkelse på min 35 meter. I en boring umiddelbart vest for området (DGUNR 186.356) er der truffet ler i kote -8.5 meter hvilket indikerer at det terrænnære sandlag har en tykkelse på 35-40 meter i de højereliggende områder (over kote 25-30 m DNN). Tykkelsen af det terrænnære sandlag falder mod vest i takt med at terrænet falder. Vandspejlet i boring 186.356 er blevet målt forbindelse med boringens udførsel i 1963. Dette blev målt til 8.94 m/dvr90. Selvom pejlingen er af ældre dato indiker den at den umættede zone har en tykkelse på ca. 20 meter centralt i området omkring Skovbakkevej. Tykkelsen af den umættede zone falder markant mod vest på grund af faldene terræn. 2.1 Nedsivningstest Der er udført 4 nedsivningstest i området. Nedsivningstestene er udført på adresserne, jævnfør tabel 1: Adresse V (cm/s) V (m/s) Sediment Anemonsti 2 0.033 0.00033 Sand Anemonesti12 0.035 0.00035 Sand Valmuesti 2 0.04 0.0004 Sand Valmuesti 16 0.033 0.00033 Sand Tabel 1 Nedsivningstest Nedsivningshastighederne er ret ens på alle fire adresser. Nedsivningshastighederne ligger i den høje ende og indikerer at jordlagene har en relativ høj permeabilitet, i hvert fald i den øvre del af jordsøjlen. Testene indikerer, at der er gode muligheder for nedsivning via faskiner på parcellerne på grund af jordlagenes relativt høje permeabilitet. 2
3 FASKINE Med baggrund i den målte hydrauliske ledningsevne er der på baggrund af LAR regneark /ref 1/ beregnet følgende dimensionering af faskiner: Faskine Bredde 1 m Højde 1.5 m Hulrums andel i faskine [Plast: 0,95, sten: 0,25] 0.95 0-1 Udsivning i faskinebund: 0=Nej,1=ja 0 Længde faskine Dræn kapacitet, gns-snit Tabel 2 1.9 m 1.29E+00 l/s Udgangspunktet for dimensioneringen er en 10 års nedbørshændelse, en årsmiddelnedbør på 600 mm samt den målte hydrauliske ledningsevne på 0.0003 m/s i området. Derudover er det en forudsætning at der på hver matrikel placeres en faskine. På hver matrikel er der forudsat et befæstet areal på 200 m 2. 3
4 MODELBEREGNINGER For at kunne analysere effekten af store nedbørshændelser på kildevæld og opblødning af jord i området, er der opstillet en simplificeret konceptuel grundvandsmodel for området. Grundvandsmodellen er opstillet i Visual Modflow. Indledningsvist er modellen kørt stationært med følgende grundvandsdannelse: Befæstede arealer: 170 mm Ikke befæstede arealer: 225 mm Grundvandsdannelsen er vurderet på baggrund af en middelnedbør på 600 mm/år og en fordampning på 375 mm/år. På de befæstede arealer er grundvandsdannelsen korrigeret for befæstelsesgraden vist i tabel 1, idet det antages at der ikke infiltrerer vand til grundvandszonen på disse arealer. Modellen er opstillet således at den overordnet beskriver de hydrogeologiske forhold i området, og resultaterne udgør derfor kun screeninger. Modellen indeholder ikke den umættede zone og det er derfor forudsat at infiltrationen tilføres grundvandet direkte, hvilket er en kraftig simplificering. Derudover kan modellen ikke tage højde for eventuelle forhold i den umættede zone der kan påvirke strømningsforholdene f.eks. tilstedeværelsen af lavpermeable indslag der lokalt kan danne falske grundvandsspejl. Endelig bør modellen forfines med den nyeste højdemodel, hvilket vil opkvalificere resultaterne. Indledningsvis blev den hydrauliske ledningsevne fra infiltrationstestene implementeret i den umættede zone. Ved brug af denne hydrauliske ledningsevne lå det simulerede vandspejl 5-6 meter under det observerede vandspejl i boring 186.356. Selvom pejlingen er gammel og usikker vurderes det simulerede vandspejl at være for lav. Derfor vurderes den hydrauliske ledningsevne i den mættede zone at være lavere end højere oppe i den umættede zone. Ved implementering af en hydraulisk ledningsevne på 0.00001 m/s i stedet for 0.0003 m/s i den mættede zone simuleres et potentiale der kun ligger godt 3 meter under det målte i 1963. Dette vurderes at være tilfredsstillende, da området er beliggende i et randmorænestrøg med stor geologiske variabilitet. Den stationære model udgør udgangspunktet når der efterfølgende vises beregnede sænkninger. På figur 1 er vist den beregnede tykkelse af den umættede zone. Den umættede zone er stor i bakkeområderne omkring Skovbakkevej. Her er tykkelsen af den umættede zone over 20 meter. Tykkelsen af den umættede zone er tilsvarende lille i det lavereliggende område mod vest og ned mod Arresø. 4
Figur 1 Tykkelsen af den umættede zone 4.1 WORST case scenarie Som worst case scenarie er kørt en 100 års regn efterfulgt af 1 måneds konstant regn afsluttende med en 20 og herefter en 25 årsregn. Modellen er gennemkørt for et år. Modellen er kørt med følgende nedbørsperioder 1-30 dage Normal nedbør 30-60 dage 100 års nedbørshændelse efterfulgt af 1 måneds nedbør 60-63 dage 20 års nedbørshændelse 63-66 dage 25 års nedbørshændelse 66-365 dage Normal nedbør Tabel 3 Nedbørshændelser På arealerne uden faskiner er det vurderet at infiltrationen i forbindelse med de kraftige regnskyl vil overstige jordens infiltrationskapacitet efter et stykke tid. På 5
baggrund af nedbørsintensiteten og den hydrauliske ledningsevne er denne tid (ponding time tid før der dannes pytter ) estimeret til ca. 15 minutter. I området med faskiner er det forudsat, at den del af infiltrationen (fra de befæstede arealer) der infiltrerer via faskiner uhindret kan infiltrere til grundvandet. 4.2 Resultater Generelt for alle scenarierne er, at effekten af nedbørshændelserne på grundvandet stort set er forsvundet eller kraftig minimeret ved enden af simuleringsperioden på et år. Der vil dog være en generel tidsforskydning af beregningerne, da strømningen gennem den umættede zone ikke er inkluderet i beregningerne. De viste beregninger er alle fra 64 dage efter simuleringsperiodens start. På dette tidspunkt peaker påvirkningerne i modellen. 4.2.1 Basisscenarie: Som basis er kørt et scenarie uden infiltration via faskiner. Figur 2 viser resultatet at beregningerne. Nedbørshændelserne generelt har hævet grundvandstanden med over en meter i området i en periode. På figur 2 er også vist den simulerede tykkelse af den umættede zone. Områder, hvor vandspejlet er simuleret til at stige tit til terrænniveau er vist som hvide områder. Det fremgår, at der er simuleret nogle hvide områder (hvor den simulerede umættede zone er mindre en 0.2 meter) nedenfor skrænten der markerer den vestlige afgrænsning af Skovbakkeområdet. Vurderingerne om, hvorvidt der forekommer vand på terræn er dog påvirket af, at den nyeste højdemodel ikke er implementeret i modellen, hvilket især kan påvirke resultaterne omkring skrænter. Derfor skal beregningerne tages med et forbehold (generelt for alle resultater). Simuleringerne viser dog også, at effekten er væsentlig aftaget 4-6 måneder efter nedbørshændelserne. Tidsforskydningen og varigheden skal dog tages med største forbehold da den umættede zone som tidligere nævnt ikke er implementeret i modellen. 6
Figur 2. Tykkelse af den umættede zone (farveskala) og grundvandsstigningen (konturlinier). I de ufarvede (hvide) områder ligger grundvandsspejlet i eller lige under terræn (mindre end 0.2 meter under terræn). 4.2.2 Scenarie 1 I dette scenarie er modellen kørt med brug af faskiner i hele bakkeområdet omkring Skovbakkevej inklusiv de vestlige skråninger. Grundvandet stiger med over 5 meter i bakkeområdet som følge af faskinerne. Dette har dog i sig selv ikke den store konsekvens i bakkeområderne på grund af den store dybde til grundvandsspejlet. Grundvandsstigningen som følge af faskinerne, simuleres dog at strække sig ud i det lavereliggende område mod vest. I forhold til basisscenariet simuleres en udvidelse af de områder hvor vandspejlet et tæt på terræn nedenfor skrænten. Derudover er generet et nyt hvidt område ved skræntfoden i den vest-nordvestlige del af Skovbakkeområdet. På grund af de indbyggede usikkerheder i modellen kan der ikke foretages en detailafgrænsning af risikoområder, men der vurderes at være en forøget risiko for midlertidig generering af grundvand på terræn (kildevæld!!) og opblødning af jord omkring disse områder. 7
Figur 3. Tykkelse af den umættede zone (farveskala) og grundvandsstigningen (konturlinier). 4.2.3 Scenarie 2 I dette scenarie er området med nedsivning via faskiner trukket tilbage op ad skråningen således at matrikler der ligger under kote ca. +20 m DNN ikke er dækket af faskiner. Resultatet fremgår af figur 4. Figur 4. Tykkelse af den umættede zone (farveskala) og grundvandsstigningen (konturlinier) 8
Det fremgår af figuren, at der er meget begrænsede ændringer i områderne med vandspejl tæt på terræn i forhold til basisscenariet. Det er dog under forudsætning af, at strømningen i den umættede zone er vertikal og i et randmoræneområde som er tilfældet her, kan der forekomme skråtstillede lerlag der virker som en barriere og derfor kan forårsage midlertidige vandspejl i den umættede zone (og ændre det vertikale strømningsmønster). 9
5 KONKLUSION Området omkring Skovbakkevej er præget af gunstige muligheder for LAR lokal nedsivning via faskiner i forbindelse med kraftige nedbørshændelser. Lokale nedsivningstest viser høje hydrauliske ledningsevner i den øverste del af den umættede zone. Det tyder dog på, at den hydrauliske ledningsevne er lavere dybere nede i den mættede del af sandet. Scenarieberegningerne viser, at faskiner på matrikler beliggende tæt på den vestlige skråning eller ned af skråningen kan forårsage generering af midlertidige kildevæld og opblødning af jord på grund af opstigende vandspejl i de lavereliggende områder nedenfor skråningen i worst case situationen. Det skal dog understreges at beregningerne er worst case svarende til nedbørshændelserne vist i tabel 3. Der er lavet et scenarie, hvor områderne med faskiner er trukket tilbage til omkring kote 20 m DNN. Ifølge simuleringerne, genereres der ikke en forøgelse af risikoområder (områder hvor der genereres grundvand tæt på terræn), ved brug af faskiner på matrikler der ligger over kote 20 i worst case situationen. Modellen kan evt. implementeres med den nyeste højdemodel for en mere præcis fastlæggelse af afstandskrav. Referencer: /1/ Regneark til dimensionering af faskiner ved kraftige nedbørshændelser, Spildevandskomiteen, november 2011. 10