C.G. JENSEN A/S Sluseholmen Kanalby Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet ADRESSE COWI A/S Parallelvej 2 2800 Kongens Lyngby TLF +45 56 40 00 00 FAX +45 56 40 99 99 WWW cowi.dk TEKNISK NOTAT INDHOLD 1 Indledning og formål 1 2 Hydraulisk model 3 2.1 Modelbeskrivelse 3 2.2 Bathymetri 4 2.3 Verifikation af modellen 5 3 Vandskiftemodellering 6 3.1 Beregningsmetode 7 3.2 Beregning af opholdstid 9 3.3 Resultater 11 4 Marinbiologisk vurdering 12 4.1 Natura 2000 14 5 Referencer 15 BILAG Bilag A Teknisk dokumentation 16 1 Indledning og formål Formålet med projektet er at skabe mulighed for at etablere en kanalby på Sluse- PROJEKTNR. A047985-001 DOKUMENTNR. 47985-hydmodel-01 VERSION 2.0 UDGIVELSESDATO 17. februar 2014 UDARBEJDET CRJ, ABRD, PNAN KONTROLLERET UVA GODKENDT TRW
2/17 Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet holmen Syd, ved at udgrave kanaler i et tidligere industriområde. Projektet med etablering af kanaler og boligøer på Sluseholmen er omfattet af Tillæg nr. 3 til lokalplan nr. 310. Lokalplanen skal udgøre det planmæssige grundlag for, at "Sluseholmen Syd" kan udbygges til ca. 400 boliger med publikumsorienterede erhverv i stueetagerne. Projektet er i overensstemmelse hermed. Lokalplanen er bekendtgjort den 4. marts 2009. Ifølge lokalplanen er det nødvendigt med en undersøgelse af vandgennemstrømningen i de kommende kanaler for at verificere, at der ikke opstår vandområder med ringe vandudskiftning og dermed forringet vandkvalitet. Denne modellering er beskrevet i dette notat. Kanalerne etableres ved er der først nedbringes en spuns langs afgrænsningen mod landarealet, hvorefter jorden bortgraves. Kanalerne etableres med den fremtidig vanddybde på 2 m. Det fremgår af lokalplanen, at afgrænsningen mod vandet i kanalerne skal udføres som kajer med bolværker af træ. Den efterfølgende vurdering af de mulige påvirkninger på det marine økosystem er baseret på de ændringer af opholdstider, der fremgår af den hydrauliske modellering. Påvirkninger fra sedimentspredning under anlægsarbejdet er ikke medtaget, da der forventes at være et minimalt sedimentspild ved den type af anlægsarbejde, hvor der anvendes spunsvægge. En overordnet illustration af projektet er vist på Figur 1-1 og Figur 1-2. Figur 1-1 Overordnet illustration af projektet på Sluseholmen. Formålet er at undersøge, om gravning af kanaler har en negativ indvirkning på miljøet. Gennemstrømningsforholdene og vandudskiftningen er derfor undersøgt ved denne hydrauliske modellering.
Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 3/17 Figur 1-2 Google Earth billede af de eksisterende forhold for Sluseholmen. Den lyseblå markering viser, hvor der skal graves nye kanaler. 2 Hydraulisk model Modelbeskrivelsen omfatter en kort beskrivelse af modelværktøjet, af bathymetrien (dybdeforholdene) i modelområdet, og af de anvendte tidsserier, som styrer modellen. 2.1 Modelbeskrivelse Til modellering af de hydrauliske forhold anvendes modelsystemet MIKE21 FM, som er et kommercielt program, der udvikles af DHI Water & Environment i Hørsholm (www.dhi.dk). MIKE21 er et omfattende modelleringssystem for 2 dimensionale strømninger med fri overflade. At modellen er 2-dimensional betyder, at den integrerer alle tilstandsvariable over vanddybden. Det medfører, at den gennemsnitlige tilstand angives for hvert sted og hvert tidspunkt, mens variationer over dybden, som f.eks. lagdeling, ikke beskrives. Modellen kræver en modeltopografi (bathymetri) og er styret af tidsserier for vind, vandstand og /eller vandføring. Modellens output er tidsserier for udvalgte parametre, som igen kan behandles, så de gengives som kort over f.eks. iso-linjer, hastighedsvektorer, overskridelsesrisiko o.a. Modellen er struktureret med et fleksibelt maskenet (Flexible Mesh = FM), som tilpasses til de lokale forhold, således at snævre passager opløses med et meget fint net, mens maskevidden er større i større områder med mere ensartede strømning. Den anvendte MIKE21 modellering omfatter følgende moduler:
4/17 Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet Hydrodynamik (HD): Dette modul beskriver vandstand og vandføring i hvert punkt til enhver tid. Advektion og Dispersion (AD): Dette modul beskriver transport og fortynding af opløst stof (tracer). Transporten foregår advektivt med strømmen og dispersivt på grund af den turbulente blanding. Stoffet behandles konservativt, dvs. det skifter ikke identitet f.eks. ved henfald, kemiske eller biologiske processer. 2.2 Bathymetri Bathymetrien eller bundforholdene er vist for Københavns Havn og Sluseløbet, Figur 2-1 for forholdene efter etablering af byggeprojektet på Sluseholmen. Figur 2-1 Modelbathymetri af Københavns Havn omkring Sluseholmen udbygning af projektet. Randdata Modelleringen skal beskrive de hydrauliske forhold, der gælder for den kommende permanente situation under forhold, der er realistiske men ugunstige for miljøet. Dermed er modelleringen "på den sikre side" af de mulige udfald, og analysen betegnes også som "konservativ". Til modelleringen vælges en periode på ca. 1 måneds varighed, i en relativ rolig sæson (sommer) for dermed at give betingelser, som favoriserer dårlige miljøtilstande. På den måde modelleres forhold, som er værre end i gennemsnittet. Ud over vandstande er det ofte relevant at se på vindens påvirkning af vandoverfladen. I Københavns Havn antages vindens effekt på de hydrauliske forhold, at være ubetydelig sammenlignet med vandstandsforskellene.
Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 5/17 2.3 Verifikation af modellen Modellen anvendes med standardværdier for modstand og dispersion. For at verificere modstanden, vises sammenligning mellem målte, tidligere modelerede og de aktuelt modellerede vandstande, se Figur 2-4. Beliggenhed af verifikationspunkterne og tidsserierne for vandstandene er vist på- Figur 2-3 og 2-4 Modellens resultater er sammenlignet med resultaterne fra overregional model (DHI, Farvandsmodellen). Dermed vises, at den nuværende model er i overensstemmelse med en tidligere modelberegning for hele regionen. Figur 2-2 Modelområde med angivelse af modelnettet.
6/17 Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet Figur 2-3 Beliggenhed for punktet til verifikation af vandstandsmodelleringen. Figur 2-4 Tidsserie for vandstandsmålinger i verifikationspunktet vist i figur 2-3. Ovenstående viser, at modelleringen er i overensstemmelse med de tidligere gennemførte regionale modelleringer. 3 Vandskiftemodellering Vandskiftemodelleringen beskrives i følgende tre afsnit: Beregningsmetode Modelleringen af konsekvensen af udbygning af Sluseholmen baseres på fortynding af et ikke henfaldende stof, som antages at være til stede i modelområdet med en initial koncentration, i dette tilfælde på 100 %. Fortyndingen modelleres derefter i den hydrauliske model.
Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 7/17 Beregning af opholdstid De resulterende tidsserier for koncentration behandles derefter for at beregne opholdstiden på forskellige steder i modelområdet. Resultat De beregnede opholdstider præsenteres derefter i en resultattabel. 3.1 Beregningsmetode I en tænkt situation hvor hele vandområdet i Sluseholmen får påtrykt en imaginær koncentration af en tænkt tracer (sporstof) på 100 %, kan det modelleres, hvordan vandstandsvariationerne ved modelrandene vil give anledning til strømninger, der sammen med dispersionen af sporstoffet efterhånden vil fortynde udgangskoncentrationen. Restkoncentrationen vil asymptotisk nærme sig nul efter meget lang tid (Figur 3-1). Opholdstiderne for forskellige dele af modelområdet er beregnede, som den periode det tager, indtil 63 % af vandet i det pågældende område er erstattet af vand fra Øresund og Køge Bugt. Denne tidsskala benævnes T 63 (se forklaring i fakta boks). Denne tidsskala er valgt, fordi den svarer til en "betydelig reduktion, (i dette tilfælde med 63 %) der typisk vil kunne detekteres ved målinger. Fakta boks Et generelt koncentrationsforløb kan beskrives ved en eksponentiel henfaldsfunktion baseret på teorien om det lineære reservoir. For koncentration c der har en udgangskoncentration på c o til tidspunktet t=0 gælder: c(t)/c o = exp(-t/t), hvor t er tiden og T tidsskalaen. Til tiden t=0 vil koncentrationen c(0)/c o være exp(0)=1. Til tidspunktet t=t vil koncentrationen c være lig med exp(-1)=0,37. Koncentrationen er altså faldet fra 1,00 til 0,37, svarende til en reduktion med 63 %. Figur 3-1 Illustration af et eksponentielt koncentrationsforløb med tiden t (blå kurve) samt af illustration af tidsskala T 63 med tilhørende restkoncentration på 37 %.
8/17 Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet En simulering af vandskiftet er illustreret i det følgende. Ved start fyldes hele kanalområdet i Sluseholmen med en tænkt koncentration på 100 kg/m 3 =100 g/l af et imaginært stof (tracer), se Figur 3-2 (også kaldet 100 %). Efter 30 dages simulering ses følgende koncentrationsfordeling for udbygningen, se Figur 3-3. Figur 3-2 Illustration af koncentrationsforløb ved start af vandskiftemodellering for hele Sluseholm området. Figur 3-3 Illustration af koncentrationsforløb efter 30 dages simulering med etablering af Sluseholmen. Udgangskoncentration var 100 % jf. Figur 3-2.
Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 9/17 Ovenstående illustrerer, at koncentrationen i havneløbet og i Sluseholmens fremtidige kanalsystem er stort set ens. 3.2 Beregning af opholdstid Resultaterne kan alle henføres til det ovennævnte lineære magasins teori, hvor fortyndingen af koncentration C kan beskrives som et simpelt eksponentielt henfald. Opholdstiden er beregnet for forskellige positioner i kanalsystemet, se Figur 3-, og Tabel 3-1. Figur 3-5 Positioner på de lokaliteter hvor opholdstiden er beregnet. Lokalitet 1: Havneløbet, Lokalitet 2: Åben del af nyt kanalsystem, Lokalitet 3: Indre del af nyt kanalsystem. Figur 3-6 Modelleret koncentrationsforløb på de tre lokaliteter vist i for situationen efter udbygning af Sluseholmen.
10/17 Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet Det ses af Figur 3-6 at koncentrationsforløbet er præget af, at frisk vand strømmer forbi lokaliteterne med pludselige og store koncentrationsfald til følge, og at skyen af tracer strømmer tilbage efter et par dage. Denne vekslende påvirkning mellem upåvirket vand fra Øresund / Køge Bugt og tracer-påvirket vand fra havneområdet vil efterhånden udviskes, og dette middelhenfald kendetegner de generelle blandings- og udvaskningsforhold i Københavns Havn og i kanalerne ved Sluseholmen. Derfor tilnærmes koncentrationsforløbet efter initialfasen med en eksponentialfunktion, som vist i nedenstående figurer. Figur 3-7 Koncentration på lokalitet 1(havneløbet) i situationen med lille kanaludbygning (blå) og i situationen med udbygning af ekstra kanal (rød). Tidserien er vist sammen med den eksponentielle tilnærmelse. Formlen for de eksponentielle kurver er næsten éns og derfor er kun den ene angivet. Y-aksen viser koncentrationen af sporstoffet i %, X-aksen antallet af dage. Figur 3-8 Koncentration på lokalitet 2 (åbent kanalafsnit) i situationen med lille kanaludbygning (blå) og i situationen med udbygning af ekstra kanal (rød). Tidserien er vist sammen med den eksponentielle tilnærmelse. Formlen for de eksponentielle kurver er næsten éns og derfor er kun den ene angivet. Y-aksen viser koncentrationen af sporstoffet i %, X-aksen antallet af dage.
Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 11/17 Figur 3-9 Koncentration på lokalitet 3 (lukket kanalafsnit) i situationen med lille kanaludbygning (blå) og i situationen med udbygning af ekstra kanal (rød). Tidserien er vist sammen med den eksponentielle tilnærmelse. Formlen for de eksponentielle kurver er forskellige og derfor begge angivet. Y-aksen viser koncentrationen af sporstoffet i %, X-aksen antallet af dage. 3.3 Resultater Beregningerne viser, at opholdstiden i de nye kanaler (lokalitet 2 og 3) vil være ca. 10-18 dage. Tabel 3-1 Opholdstider i forskellige steder i kanalsystemet i Sluseholmen. Lokalitet Nr. Opholdstid (dage) 1 8,3 2 10,0 3 17,6 Lok 1 (Havneløbet) Opholdstiden på 8,3 dage i Havneløbet (lokalitet 1) vil ikke påvirkes nævneværdigt af projektet, idet havneløbet ikke indsnævres eller udvides. Lok 2 (Ny kanal) I de åbne dele af det planlagte kanalsystem, vil opholdstiden kun være ca. 2 dage længere end i selve havneløbet. Lok 3 (Ny kanal) Vandudskiftningen på lokaliteten i den mere lukkede del af det nye kanalsystem vil være påvirket af strømningen på randen af den lukkede kanalstrækning. Sammenfattende er det fundet at opholdstiden i den inderste vestlige del af de planlagte kanaler forventes at være ca. dobbelt så store, ca. 18 dage i kanalernes bund mod ca. 8 dage i havneløbet.
12/17 Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 4 Marinbiologisk vurdering Vurderingen af projektets påvirkninger på det marine økosystem fokuserer på effekterne af de opholdstider for vandet i havneløbet og de nye kanaler, som projektet vil medføre. Det fremgår af modelleringen, at opholdstiden i vandområderne ved Sluseholmen vil variere mellem ca. 8 dage i selve havneløbet (Lokalitet 1), 10-18 dage i de nye kanaler (Lokalitet 2-3) som beskrevet i Tabel 3-1. Resultatet af modelleringen viser, at udgravning af de nye kanaler i Sluseholmen ikke vil medføre væsentlige ændringer af vandets gennemstrømning og opholdstid i selve havneløbet. En væsentlig parameter for vandkvalitet er tilstedeværelsen af undervandsplanten ålegræs (Zostera marina). Plantens udbredelsesgrad og dybdegrænser indgår derfor i vurderinger af marine områders kvalitetstilstand udtrykt i vandplanudkastene (Naturstyrelsen, 2013). Ålegræsbevoksninger er en sårbar og værdifuld biotoptype. Ålegræssamfund er levested for en artsrig fauna og fungerer som vigtige habitater for en lang række fisk, enten som permanent levested, som gydeplads eller som opvækstområde for fiskeyngel. Ålegræs binder sediment og nedsætter dermed erosion, og planterne producerer ilt der frigives til vandet. Ifølge vegetationsundersøgelser fra 2012 foretaget for Københavns Kommune er der spredte bevoksninger af ålegræs i selve havneløbet i området ud for Sluseholmen (Københavns Kommune, 2013). Ved Sluseholmen havde ålegræs i 2008 dækningsgrader på op til 100 % af bundarealet i enkelte af de undersøgte prøvefelter, mens der i enkelte andre var dækningsgrader på 30-60 % i 2008. Ved undersøgelsen i 2012 var der kun et enkelt felt midt i havneløbet, hvor dækningsgraden af ålegræsset var 100 %. I flertallet af felterne varierede ålegræssets dækningsgrad fra 10-30 % se Figur 4-1. Ålegræsbevoksningerne midt i havneløbet vil ikke blive berørt af projektet. Det vurderes, at ålegræs har mulighed for at etablere sig i de nye kanaler (dvs. lokalitet 2 og 3) efter anlægsfasen. Det baseres på den rimelige vandkvalitet som er betinget af opholdstiden i kanalerne, tilstedeværelsen af velegnet sediment for vækst af ålegræs og ikke mindst, at der eksisterer ålegræssamfund ud for Sluseholmen, hvorfra nye planter kan komme.
Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 13/17 Figur 4-1 Kort over ålegræssets dækningsgrad omkring Sluseholmen fra Københavns Kommune (2013). Når anlæggene er etableret, vurderes det, at de modellerede ændrede opholdstider som følge af nye kanaler ikke vil ændre vækstforholdene for ålegræs i området. Fiskefaunaen i Sydhavnen er domineret af trepigget hundestejle og sort kutling. Desuden er aborre, toplettet kutling og havkarudse forholdsvis almindelige. Alle disse fiskearter lever typisk i vegetationen, og det vurderes, at deres habitater ikke vil være truet af kanalprojektet. Hvis de nye kanaler etableres med f.eks. stenkastninger til vandsiden, der er velegnede for undervandsvegetation, kan de repræsentere potentielt nye habitatområder, hvor vegetationen og den tilhørende fauna kan etablere sig. Sedimentet i Sydhavnen er primært sand iblandet mere finkornet materiale med et relativt højt indhold af organisk stof. Bundfaunaen er relativt arts- og individrig med en artssammensætning, der er karakteristisk for det såkaldte Macomasamfund, som er udbredt på lavt vand i Øresund. Dyndsnegl er den antalsmæssigt helt dominerende art efterfulgt af hjertemusling. Det vurderes, at bundfaunaen ikke påvirkes af de marginale ændringer af vandets opholdstider. På basis af de modellerede opholdstider for vandet i de nye kanaler (lokalitet 2 og 3) vurderes lugtgener som følge af stillestående vand og forrådnelse af undervandsvegetation ikke at blive et egentligt problem. Vandets opholdstid i de nye kanaler ved (Lokalitet 2 og 3) vil være ca. 10-18 dage, hvilket er af sammenligneligt med de nuværende forhold i de eksisterende kanaler på Sluseholmen. I ekstreme situationer med vedvarende høje temperaturer og svage vinde kan det ikke udelukkes, at mindre mængder løsrevet vegetation fanges i hjørner og kroge i kanalerne
14/17 Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 4.1 Natura 2000 Natura 2000-område N143 "Vestamager og havet syd for" (habitatområde H127 og fuglebeskyttelsesområde F111) har sin nordgrænse ved Sjællandsbroen ca. 200 m syd for det planlagte anlæg. Projektet vil ikke berøre Natura 2000-området, der ligger på den anden side af slusen ved Sjællandsbroen, se Figur 4-2. Flokke af troldænder, blishøns, lille lappedykker, stor skallesluger og lille skallesluger anvender områder i Københavns Sydhavn i nærheden af Sluseholmen som rasteplads om vinteren. Disse fugle indgår i udpegningsgrundlaget for fuglebeskyttelsesområde F111, der, som nævnt har sin nordgrænse ved Sjællandsbroen ca. 200 m syd for det planlagte anlæg. Vandfuglene vil primært være påvirket af de vandmasser, der strømmer ud og ind af selve havneløbet, hvor de modellerede opholdstider er på ca. en uge (Havneløbet, lokalitet 1). Denne ændring vurderes at være så marginal, at den ikke vil påvirke fuglene. Påvirkningen af Natura 2000-området i anlægsfasen undgås, ved at de afsluttende gravearbejder (åbning af kanaludgravningerne til havneløbet) udføres, når slusen ved Sjællandsbroen er lukket. Disse afsluttende gravearbejder kan gennemføres på mellem 8-12 timer.. Projektet vil derfor ikke give anledning til påvirkninger af Natura 2000-området, i form af ændret vandgennemstrømning, eller indskrænkning af fourageringsområder for de fuglearter, der indgår i udpegningsgrundlaget.. Da det således på det foreliggende grundlag helt kan afvises, at der vil være påvirkning af Natura 2000-område nr. 143, vil der ifølge Habitatbekendtgørelsen (BEK nr. 408 af 1. maj 2007) og den tilhørende vejledning Naturstyrelsen 2011) ikke være pligt til at udarbejde en nærmere konsekvensvurdering for projektet.
Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 15/17 Figur 4-2 Afgrænsningen af den nordlige del af Natura 2000-område nr. 143 fra Miljøportalen.dk. Det fremgår, at Natura 2000-området ligger syd for slusen, og at den eneste passage for vand fra Københavns Havn til det beskyttede område foregår via slusekammeret.. 5 Referencer Dansk ornitologisk Forenings database, DOF-basen: http://www.dofbasen.dk/ DHI, Farvandsmodellen: www.dhigroup.com\farvandsmodellen. (Hjemmesiden er ikke længerer aktiv). Københavns Kommune, Teknik- og Miljøforvaltningen 2013. Vegetationsundersøgelse Københavns Havn 2012. Orbicon. Københavns Kommune, Teknik- og Miljøforvaltningen (2013). Vegetationsundersøgelse Københavns Havn 2012. Orbicon. Københavns Kommune (2010) Fiskebestanden i Københavns Havn 2009. Rapport til Center for Park og Natur udarbejdet af Fiskeøkologisk laboratorium. Københavns Kommune (2005). Tillæg nr. 3 til lokalplan nr. 310 "Teglværkshavnen" med tilhørende tillæg til Kommuneplan 2005. Københavns Kommune (2003). Undersøgelse af bundfauna i Københavns Havn i 2003. Rapport til Miljøkontrollen udarbejdet af DHI Naturstyrelsen 2013. Udkast til Vandplan 2010-2015. Øresund. Hovedvandopland 2.3 Vanddistrikt Sjælland.
16/17 Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet Bilag A Teknisk dokumentation Den overordnede bathymetri er baseret på udtræk fra digitale søkort og vist i Figur 5-1. Figur 5-1 Modelområdet som er modelleret i foreliggende analyse Ovenstående figur af modelområdet viser at en kunstig rand er indført i den østlige side fra Saltholm og op gennem midten af Øresund. Dette er gjort for at opnå større beregningshastighed. Inspektion af modelresultater for hele Øresund indikerer at strømningen nord for Amager forløber i nordlig eller sydlig retning uden betydende øst-vestlige udvekslinger. Derfor er det muligt at indføre en lodret væg i modellen på dette sted og dermed at spare at modellere den østlige del af Øresund som ikke ville påvirke resultaterne for Københavns Havn. Input parametrene til modellen omfatter randbetingelser (vandstande på de åbne rande), bundfriktionen, hvirvel viskositeten og initialbetingelserne. De anvendte værdier er angivet nedenfor. DHIs regionale model (DHI, Farvandsmodel) har været anvendt til at generere randværdierne for den lokale model som dækker området for Københavns Havn. Vandstande er blevet beregnet med en 90 m grid model for den nordlige og de to sydlige rande. Bundfriktion og hvirvel viskositet: En konstant bundfriktion på 32 m 1/3 /s (Manning) er anvendt. I et mindre område omkring Sluseholmen er friktionen sat til 7.5 m 1/3 /s (Manning) for at simulere de komplicerede strømninger gennem slusesystemet. Tallet er fremkommet ved kalibrering af modstanden mod samhørende målinger af vandstande på begge sider af slusen.
Sluseholmen, Modellering af vandskifte og vurdering af vandkvalitet 17/17 Til beskrivelse af hvirvelviskositeten er der anvendt en konstant standard faktor på 0,28 (Smargorinsky koefficienten). Figur 5-2 Fordelingen af bundfriktionen (Manning tallet) 1