Silkeborg Kommune Resendalvej - Skitseprojekt Grundvandsmodel for infiltrationsområde ved Resendalvej COWI A/S Parallelvej 2 2800 Kongens Lyngby Telefon 45 97 22 11 Telefax 45 97 22 12 wwwcowidk Indholdsfortegnelse 1 Formål 1 2 Opstilling af grundvandsmodel 2 21 Modelområde, geologi og randbetingelser 2 22 Hydrauliske parametre 4 3 Resultater 5 4 Konklusion 9 1 Formål Silkeborg Kommune ønsker at udvide Resendalvej I den forbindelse er der planlægning om at etablere et "nedsivningsområde" nord for krydset mellem Resendalvej og Porskærvej Det bemærkes, at der ikke vil være tale om et klassisk udgravet bassin med i stedet om en kontrolleret oversvømmelse af en græsmark I februar 2011 blev der opstillet en grundvandsmodel for at beregne konsekvenserne af at etablere infiltrationsbassinet mht grundvandspotentialet i området Her var fokus specielt på, om var risiko for stigende vandspejl under ejendommen Resendalvej 15 I september 2012 er grundvandsmodellen blevet opdateret, og der er udført nye beregninger af konsekvenserne på grundvandspotentialet i området Opdateringerne omfatter bla et nyt design af nedsivningsområdet samt ændrede tilstrømningsvolumener Formålet med dette notat er kort at beskrive den grundvandsmodel, der er opstillet, samt de opdaterede beregninger, der er udført, for nedsivningsbassinet ved Resendalvej Projektnr 73321 Dokumentnr 73321-A-1-001 Version 20 Udgivelsesdato 24092012 Udarbejdet Kontrolleret Godkendt JDAM ANRE JEVI
2 / 9 2 Opstilling af grundvandsmodel 21 Modelområde, geologi og randbetingelser Til at udføre beregningerne er der er opstillet en konceptuel 3D grundvandsmodel Modelområdet er vist i figur 1 Figur 1 Modelområde samt beregnet grundvandspotentiale Modelområdet måler 650 x 700 m Der er tale om en kombination af en stationær og en dynamisk grundvandsmodel Modellen er stationær på den måde, at vandspejlet i Gudenåen er antaget ikke at variere over året Selve udstrømningen fra bassinet ses dog som en dynamisk proces Grundvandet i området strømmer fra nordvest mod sydøst ned til Gudenåen Vandspejlet i Gudenåen er i modellen fastholdt i kote +19 m Denne vandstand er vurderet på baggrund af en målestation placeret ved Resen Bro
Vandstand [m] Grundvandsmodel for infiltrationsbassin ved Resendalvej 3 / 9 194 192 190 188 186 184 182 180 jan-04 jan-06 jan-08 jan-10 Figur 2 Vandstand i Gudenåen ved målestation 21109 ved Resen Bro Det bemærkes, at den fastholdte vandstand på kote +19 m svarer til en periode med høj vandstand i Gudenåen Der er derfor tale om en konservativ vurdering, da dette alt andet lige resulterer i høj grundvandsstand i undersøgelsesområdet Der kan i perioder om vinteren forekomme lidt højere vandspejl i Gudenåen, men disse perioder forventes dog at være så korte, at det ikke kan få indflydelse på konklusionerne omkring infiltrationsbassinets effektivitet Langs den nordvestlige rand af modellen er vandspejlet fastholdt i kote +22 m Dette vandspejl er vurderet ud fra pejlinger i de geotekniske boringer
4 / 9 Figur 3 Profiltsnit fra nordvest mod sydøst Rød = sand, brun = ler, blå linje = beregnet vandspejl 5 m spring på y-aksen Figur 3 viser et profilsnit gennem modellen Geologien er konceptualiseret til at bestå af sand fra terræn til kote +10 m Herunder findes et lag med ler til kote +5 m Geologien er tolket ud fra de geotekniske boringer samt eksisterende DGU boringer Der er kun en enkelt DGU boring i området, der når helt ned til lerlaget Denne boring, DGU nr 871270, er placeret på den modsatte side af Gudenåen, hvorfor den eksakte dybde til lerlaget er usikker Dette vurderes dog kun at have meget begrænset betydning for beregningerne Det planlagte bassin vil blive placeret, hvor det beregnede vandspejl i figur 3 står over terræn Modellen er valideret mod pejlinger fra de geotekniske boringer, og der er opnået et eksakt match med pejlinger fra B1440 og B1510, mens modellen simulerer ca en halv meter for højt ved B1330 og B1375 Forklaringen på dette vurderes at være, at der findes markdræn i området, som vi imidlertid ingen oplysninger har om Markdrænene bevirker, at grundvandsspejlet i området holdes nede, hvilket alt andet lige betyder, at grundvandsmodellen i dette område simulerer for høje vandspejl Til at vurdere konsekvenser af at anlægge infiltrationsbassinet er derfor set på forskellen mellem modellens beregning af nuværende situation og den fremtidige situation Denne metode giver erfaringsmæssigt gode resultater, selv om modellen ikke beskriver eksisterende forhold helt optimalt 22 Hydrauliske parametre Tabel 1 viser de anvendte parametre i modellen
5 / 9 Tabel 1 Anvendte beregningsparametre Parameter Sand Ler "Dæmning" K h [m(s] 1*10-4 1*10-7 1*10-7 K h / K v [-] 5 10 1 S y [-] 0,25 0,1 0,1 S s 1*10-4 1*10-4 1*10-4 Den horisontale hydrauliske ledningsevne, K h, er for sand baseret på de foretagne sigteanalyser i de geotekniske boringer B1330 og B1375 Anvendes den simple Freeze and Cherry formel: K = 0,01*d 10 2 findes K til hhv 6,45*10-4 og 4,41*10-4 m/s I modellen er anvendt en værdi på 1*10-4 m/s, altså igen en konservativ betragtning, da en lavere K-værdi alt andet lige giver anledning til et højere grundvandsspejl, når infiltrationen i et område øges K h for ler og dæmningsmateriale er i modellen baseret på erfaringsværdier Den vertikale anisotropi, K h / K v, dvs forholdet mellem vandret og lodret hydraulisk ledningsevne er sat til 5 og 10 for hhv sand og ler Begge værdier er i modellen baseret på erfaringsværdier Data for specifik ydelse, S y, og specifik kapacitet, S s, er ligeledes baseret på erfaringsværdier 3 Resultater Terrænoverfladen i området falder mod sydøst ned mod Gudenåen Resendalvej og Porskærvej er begge anlagt på forhøjede "dæmninger" i forhold til terrænet, og der dannes derfor en lavning nord for sammenløbet af de to veje Lavningen er således mod sydvest og sydøst afgrænset af "dæmningerne" med hhv Resendalvej og Porskærvej, mens udstrækningen mod nord afgrænses af stigende terræn Det denne "naturlige" lavning, der påtænkes anvendt som infiltrationsbassin Det pointeres, at der således ikke vil være tale om et klassisk udgravet bassin men i stedet om en åben mark, hvor der sker en kontrolleret oversvømmelse Der er i grundvandsmodelberegningerne regnet på et oversvømmet område med et areal på 3000 m 2 Placeringen er vist i figur 4
6 / 9 Figur 4 Placering af 3000 m 2 område markeret med sort trekant og drænledninger markeret med rødt Såfremt det vedtages at etablere bassinet, skal det sikres, at det ikke udgør en risiko for stabiliteten af de to veje eller en sikkerhedsmæssig risiko i forhold til mennesker Stabiliteten af de to veje skal sikres ved, at gennemsivning af vand minimeres Dette kan enten ske ved at etablere en membran af ler eller kunstmateriale mellem vejene og bassinet På de side af vejene, der vender bort fra bassinet, skal der desuden etableres et drænsystem Dette er i modellen antaget placeret 30 cm under terræn Modelberegninger viser, i disse dræn i "almindelige" situationer, dvs situationer uden højt vandspejl i Gudenåen og uden vand i bassinet kun vil dræne minimale vandmængder (<0,5 l/s) Der forventes maksimalt at komme til at stå knap 0,4 m vand i bassinet Den maksimale opstuvning i bassinet sikres ved, at der etableres et nødoverløb For at undgå en risiko for personer, der færdes omkring bassinet og som evt falder i bassinet, bør det dog anlægges med en hældning på maksimalt 1:5 Skulle personer ved uheld falde i bassinet kan de dermed let komme op igen De sider af de to vejdæmninger, der vender bort fra bassinet, kan anlægges med en hældning på 1:3 men bør med beplantning sikres mod erosion Bassinet dimensioneres efter Silkeborg Kommunes ønsker til at kunne håndtere nedbørsmængder op til en 1-års regn Beregninger viser, at dette svarer til en indstrømning af 1133 m 3 vand Med et areal på 3000 m 2 medfører dette en opstuvning på 0,38 m Terrænoverfladen i "bassinet" er beliggende i kote +20 m Bassinet indrettes derfor med et overløb placeret i ca kote +20,4 m Det er i grundvandsmodelberegningerne antaget, at bassinet momentant fyldes med 0,38 m vand over det normale vandspejl Dette er igen en konservativ antagelse, da en del af indstrømningen vil blive lidt forsinket i grøfterne undervejs mod bassinet, ligesom der vil ske en infiltration under opfyldning, hvorved vanddybden alt andet lige bliver mindre end 0,38 m Herefter er modellen kørt i
Vandspejl [m] Grundvandsmodel for infiltrationsbassin ved Resendalvej 7 / 9 100 timer, og det er registreret, hvor hurtigt vandspejlet falder og hvor stor infiltrationen ud af bunden af bassinet er Figur 5 viser den beregnede vandstand i bassinet og figur 6 viser et tværsnit, når bassinet er fyldt 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 0 20 40 60 80 100 Timer Beregnet vandspejl Figur 5 Beregnet vandstand i bassin Til tiden t=0 stiger vandstanden fra kote +20 m til kote +20,38 m Herefter falder den gradvist igen til kote + 20,15 m Bassinet er således stort set tømt igen efter 100 timer svarende til godt 4 dage Figur 6 Snit fra nordvest mod sydøst gennem det fyldte bassin Vandet står i gennemsnit ca 0,38 m over terræn De sorte celler repræsenterer "dæmningen" som dannes med Porskærvej, mens den grønne prik angiver dræning på bagsiden af vejen
8 / 9 Beregningerne viser, at der infiltrerer ca 6 l/s ud gennem bunden af bassinet Infiltrationen aftager lidt over tiden, efterhånden som vandspejlet i bassinet falder Figur 7 viser, hvor meget vandspejlet i området kan forventes at stige pga infiltrationen fra bassinet Figuren er beregnet som forskellen mellem vandspejlet til tiden t = 45 timer og vandspejlet i en situation uden bassin Tiden t = 45 timer er udvalgt, fordi det er på dette tidspunkt, at vandspejlet er hævet til det højeste niveau på ejendommen sydøst for bassinet Figur 7 Simuleret stigning i grundvandsspejlet omkring bassinet Der er 1 cm forskel i vandspejlet mellem kurverne Dræn langs med vejene er vist med røde linjer Beregningerne indikerer, at en opstuvning af 0,38 m vand i bassinet kan medføre, at grundvandsspejlet på ejendommen på modsatte side af Porskærvej stiger med 1-6 cm Det ses, at stigningen effektivt begrænses af drænene langs med vejene Vandføringen i drænene er dog meget begrænset og beregnes til mindre end 1 l/s I betragtning af de naturlige variationer, der må forventes at optræde pga variationer i vandstanden i Gudenåen og varierende grundvandsdannelse, vurderes den beregnede vandspejlsstigningen i området pga opstuvning i bassinet at være meget begrænset Såfremt der arbejdes videre med projektet, bør det overvejes at udføre 2 (hånd)boringer på og omkring ejendommen og placere dataloggere i disse Den ene boring placeres på selve ejendommen og kan dermed måle vandspejlet før og efter etablering af bassinet Den anden boring placeres ca 300 m fra bassinet, og anvendes dermed til at fastlægge de naturlige vandspejlsvariationer i et område uden påvirkning fra bassinet Hermed bestemmes dels de naturlige vandspejlsvariationer, og der opnås et godt referenceniveau Ved at sammen-
9 / 9 holde data fra de to boringerne vil det desuden være muligt at afgøre, om et højt fremtidigt grundvandsspejl på ejendommen skyldes bassinet eller er naturligt Skulle det vise sig, at bassinet på trods af beregningerne, giver anledning til stigende vandspejl under ejendommen, så vil dette enkelt kunne afhjælpes ved at lægge 1-2 dræn gennem grunden De største fremtidige problemer mht højt vandspejl på ejendommen vurderes dog i langt højere grad at være relateret til en stigende vandstand i Gudenåen og eventuelle ændringer i grundvandsdannelse grundet klimaforandringer 4 Konklusion Beregningerne viser, at der under de givne forudsætninger og antagelser omkring hydrauliske parametre kan infiltreres ca 6 l/s fra et 3000 m 2 bassin med en vanddybde på 0,38 m svarende til 1133 m 3 vand Der vil ikke være tale om et udgravet bassin, men i stedet om en mark hvor der sker en kontrolleret oversvømmelse Beregningerne er baseret på konservative forudsætninger omkring K-værdi og vandstand i Gudenåen Der skal dog kun mindre lag af mere lavpermeable aflejringer (fint sand eller silt) til at reducere infiltrationskapaciteten i bassinet Desuden kan der være risiko for, at der sedimenterer lavpermeable aflejringer (mudder og ler) på bunden af bassinet, hvilket nedsætter infiltrationskapaciteten Det bemærkes, at det naturlige grundvandsspejl står meget tæt på terræn i området for den projekterede dam Dette betyder, at når/hvis der graves i jorden, skal det sikres, at eventuelle eksisterende markdræn håndteres Problemet med et vandspejl tæt på terræn vil være størst i perioder, hvor der gennem længere tid er høj vandstand i Gudenåen Etableringen af infiltrationsbassinet forventes kun i meget begrænset omfang at påvirke grundvandsspejlet på den nærliggende ejendom Det bør overvejes at etablere 2 boringer og indsamle vandspejlsdata for at have et referenceniveau for vandspejlet Såfremt bassinet mod forventning giver anledning til stigende vandspejl, kan dette modvirkes ved at etablere 1-2 drænstrenge på ejendommen