Analyse av kapasitet i avløpsnettet i forbindelse med utbygging/fortetting

Transkript

1 Vedlegg A5 Hamar kommune Analyse av kapasitet i avløpsnettet i forbindelse med Bydel Hamar Nord, Sentrum, Ingeberg og Trehørningen Oppdragsgiver: Hamar komune Formell oppdragstittel: Oppdragsnummer: Rapportdato: xx.xx.02 Versjonsnr.: Prosjektansvarlig hos o.giver: Prosjektansvarlig hos Interconsult: Saksbehandler hos Interconsult: Kontrollør hos Interconsult: Jan Emil Coward Nøkkelord (søkeord): MOUSE, Hamar, ledningskapasitet, nettanalyse, oversvømmelse Signaturer: (Saksbehandler) (Utført kontroll) (Prosjektansvarlig Interconsult) IT-arkiv: K:\SA\ADM\Ingse\nyheter\A-D\avløp- kapasitet Nettberegning.doc

2 Analyse av kapasitet i avløpsnettet i forbindelse med Bydel Hamar Nord, Sentrum, Ingeberg og Trehørningen Innhold Side 2 Innledning Generelt Grunnlagsmateriale Beskrivelse av modellen Generelt Modellens inngangsdata Kalibrering av modellene Modellering av fortetting / utbygging Resultater Scenarioer Resultater - Overvann Resultater - Spillvann Konklusjoner og anbefalinger Tabeller Side Tabell 1: Økning i areal tette flater som resultat av fortetting/utbygging...5 Tabell 2: Økning i pe-ekvivalenter som følge av fortetting/utbygging...6 Tabell 3: Økning i antall pe fordelt på berørte pumpestasjoner...8 Tabell 4: Netto økning i tilrenning til overvannsnettet fra utbyggingsområder...8 Tabell 5: Sammenstilling av dagens og fremtidige spillvannsmengder (Qspv) og pumpekapasitet...10 Side 2 av 11

3 2 Innledning 2.1 Generelt I forbindelse med planlegging av utbygging- og fortettingsområder i Hamar kommune ønsker kommunen en vurdering av kapasiteten til vann- og avløpssystemene. Denne rapporten fokuserer på avløpssystemet. Utbygging/fortettingen vil medføre en tilleggsbelastning på det eksisterende systemet og det må vurderes om det eksisterende har tilstrekkelig kapasitet. Det dreier seg i grove trekk om følgende områder: Utbygging av 1200 boliger i Bydel Hamar Nord i fordelt på områdene Voll, Hamar flyplass og Søndre Lund; Fortetting av sentrum og sentrumsnære områder med boliger og ca m 2 industri-/næringsareal; Utbygging av 500 boliger på Ingeberg; og Utbygging av industriareal på Trehørningen med m 2. Tallene oppgitt ovenfor er grove anslag hentet fra Fylkesdelplan for SMAT og fra kommunens egne vurderinger. Dagens avløpssystem er hovedsakelig separert. Spillvann samles i et nettverk av pumpestasjoner som pumper videre til HIAS sine pumpestasjoner. Overvann føres kun med gravitasjon og fra sentrumsnæreområder slippes ut i Mjøsa spredt langs hele kysten mens i de utenforsentrumsliggende områder slippes ut i lokale vassdrag. Det finnes små områder med fellessystem i de sentrumsnære områdene. Det er forutsatt i denne analysen at det som gjenstår av fellessystem skal etter hvert separeres og derfor er hele nettet modellert som fullstendig separert. Kapasitetsvurderingen vil være mest interessant for overvannssystemet. I et rent separatsystem vil kapasitetsberegninger på spillvannsnettet være uinteressante siden spillvannsmengder er normalt ubetydelige i forhold til ledningens kapasitet. Når det gjelder spillvannssytemet har vi satt fokus på pumpestasjonene og deres kapasitet i forhold til dagens og fremtidige mengder. På overvannsnettet har vi gjort en kapasitetsvurdering av hovedledningsnettet også med tanke på dagens og fremtidige mengder. Det er benyttet modelleringsprogrammet MOUSE for å gjøre kapasitetsberegningene. MOUSE er et anerkjent program innenfor urban hydrologisk modellering og har mange brukere over hele verden. I denne studien er det etablert egne modeller for overvanns- og spillvannssystemene. Hovedmålsettingene med analysen blir med utgangspunkt i kommunens utbyggings-/fortettingsplaner: Å evaluere kapasiteten av overvannsledningsnettet og beregne netto økning i overvannsmengder; og Å evaluere kapasiteten av spillvannssystemet med fokus på pumpestasjoner. Side 3 av 11

4 2.2 Grunnlagsmateriale I arbeidet med prosjektet er følgende grunnlagsmateriale benyttet; Nedbørsdata fra Det norske meteorologiske institutt (DNMI); Koordinater, høyder og dimensjoner for avløpsanlegg fra kommunens Gemini-VA database; Supplerende opplysninger om ledningsanlegg fra kommunen og fra feltarbeid; Befolkningsdata fra Statistisk Sentralbyrå; Veg- og bygningsgrenser fra kommunens digital kartdatabase; og Fylkesdelplan for SMAT, Hedmark Fylkeskommune, januar Beskrivelse av modellen 3.1 Generelt Det er laget adskilte modeller for overvanns- og spillvannssystemene. Som nevnt tidligere er det benyttet modelleringsprogrammet MOUSE i kapasitets-beregningene. Det er brukt versjon MOUSE Modellene er bygd opp ved hjelp av GISprogrammene ArcView (v. 3.2) og MOUSE GIS (v. 2001). De etablerte modellene omfatter hovedsakelig deler av avløpsnettet som er interessant med tanke på utbyggingen og fortettingen. Ledninger som er inkludert i modellen kommer frem av oversiktskart i Vedlegg X. Modellene består av hovedavløpssystemet og er dermed forenklet med hensyn til det virkelige avløpsnettet. Premissene for forenklingen var å fokusere på det som er interessant for analysen og å lage en mindre kompleks og mer lettvint modell men samtidig å opprettholde et riktig representasjon av systemene. 3.2 Modellens inngangsdata Nedbørsfeltet er delt opp i delfelter for å fordele tilrenning over ledningsnettet. For hvert delfelt basert på høydekoter og vegsystemet er det beregnet arealet av nedslagsfeltet (A tot ). Areal av tette flater som bidrar med tilrenning til overvannsnettet er beregnet utfra bygning- og vegarealer basert på digitale bygning- og veggrenser fra kommunen. For å beregne avrenningskoeffisienten (φ) er det brukt følgende formel: φ = 0,8 A veg + 0,9 A hus + A 0,2 tot ( A A A ) tot veg hus Konstantene i formelen for φ er hentet fra litteraturen. Side 4 av 11

5 Antall pe-ekvivalenter er basert på befolkningstall fra Statistisk Sentralbyrå og opplysninger fra kommunen om vannforbruk fra industri, institusjoner og forretninger. Økning i antall pe som resultat av utbygging er beregnet utfra følgende nøkkel: 3 pe / bolig 2 pe / 100 m 2 industri- og næringsareal 3.3 Kalibrering av modellene Fordi det ikke har vært tilgjengelig driftsdata fra pumpestasjoner eller målinger fra ledningsnettet er det ikke foretatt en kalibrering av modellene. Overvannsmodellen er grovt kontrollert mot nedbørsepisoden den juli 2002 hvor kommunen registrerte tilfeller av oversvømmelse. Resultater fra simuleringen av ovennevnt nedbørsepisode er vist på et kart, se Vedlegg X. 3.4 Modellering av fortetting / utbygging For å se på innvirkning på avløpsnettet av planlagt fortetting og utbygging er disse områder modellert som en økning av andel tette flater og antall pe-ekvivalenter. Det er gjort en del antagelser for å kunne omregne grunnlagsdata til tett flateareal og peekvivalenter. Grunnlagsdataene er hentet fra kommunen og fra Fylkesdelplan for SMAT Overvannssystemet Økningen i areal tette flater som resultat av fortetting/utbygging er vist i Tabell 1. Tabell 1: Økning i areal tette flater som resultat av fortetting/utbygging. Område Stedsangivelse Planlagt boligareal (ha) Planlagt industri/ næringsareal (ha) Φ b * Φ i,n * A tett ** (ha) HA002 Hamar stadion 0 5,0-0,7 3,5 HA007 og HA008 HA203 og HA204 Martodden 7,0 0 0,5-3,5 Klukhagan 3,0 0 0,5-1,5 FS301C Søndre Lund 11,5 0 0,5-5,75 HA305 Voll gård 9,0 0 0,5-4,5 HA310 Hamar flyplass 9,5 0 0,5-4,75 IN301B Ingeberg 9,0 0 0,4-3,6 * Φ b er antatt avrenningskoeffisient for planlagt boligareal. Φ i,n er antatt avrenningskoeffisient for planlagt industri-/næringsareal. ** A tett er tett flateareal som vil bidra med overflateavrenning til overvannsledningsnettet. Side 5 av 11

6 For diverse grunner er noen av områdene som kommunen ønsker analysert ikke inkludert i Tabell 1. Disse er følgende: HA001 Strandsonen: Utbygging av ca. 800 boliger og m 2 næringsareal Det forutsettes at overvann fra dette området håndteres lokalt og ikke slippes på det eksisterende overvannssystemet. HA004 Bryggeriet/Nestle/Vestre Torg, HA102 Hamar stadion, HA103 Hamar sentrum og diverse eneboligområder fordelt over byen: Utbygging av til sammen ca. 800 boliger og m 2 næringsareal Det forutsettes en generell økning i areal av tette flater i sentrum på 10% som tilsvarer ca. 2 ha. HA009 Maxi og HA104 Utstillingsplassen/sørøstre bydeler: Utbygging av til sammen ca. 250 boliger og m 2 næringsareal Disse områder faller utenfor studieområdet. HA503 Trehørningen og IN302AB Ingeberg: Utbygging av henholdsvis ca m 2 industri-/næringsareal og 400 boliger Det forutsettes at overvann fra disse områdene håndteres lokalt og ikke vil ha konsekvenser for det eksisterende overvannssystemet Spillvannssystemet Økningen i antall pe-ekvivalenter som følge av fortetting/utbygging er vist i Tabell 2. Tabell 2: Økning i pe-ekvivalenter som følge av fortetting/utbygging. Område Stedsangivelse Antall boliger Pe* fra boliger Industri-/næri ngsareal Pe** fra ind./nær. Total pe HA001 Strandsonen HA002 Hamar stadion HA004 HA007 og HA008 Bryggeriet, Nestle, Vestre torg Martodden HA102 Sørøstre bydeler HA203 og HA204 Klukhagan FS301C Søndre Lund HA305 Voll gård HA310 Hamar flyplass HA503 Trehørningen IN302AB og IN301B Ingeberg * Det forutsettes 3 pe / bolig. ** Det forutsettes 2 pe / 100 m 2 industri-/næringsareal. Side 6 av 11

7 For diverse grunner er noen av områdene som kommunen ønsker analysert ikke inkludert i Tabell 2. Det gjelder områder HA009, HA104 og HA103. For de to første henvises det til forklaringene i avsnitt For HA103 som er sentrumsområde er det forutsatt at det blir ingen nettovekst av antall pe. 4 Resultater 4.1 Scenarioer Overvannssystemet For å gjøre en vurdering av utnyttelse av kapasiteten i systemet er det kjørt beregninger med et kort, intens nedbørsepisode. Det er valgt å benytte et 25-årsregn basert på retningslinjene i EU-direktivet for dimensjonering av overvannsledninger i urbane strøk. Med utgangspunkt i intensitet-varighet-frekvens (IVF) kurver for værstasjon Hamar er det konstruert et symmetrisk 25-årsregn. Det er benyttet en nedsbørvarighet på en time. Regnet og IVF-kurvene er vist grafisk i Vedlegg X. Det er kjørt beregninger for følgende scenarioer: Dagens Scenarioet representerer det eksisterende overvannssystemet. NB! Det er antatt at alle eksisterende fellesledninger har blitt separert. Scenario A1 Med utgangspunkt i det eksisterende systemet er det lagt til utbygging av områdene HA305 Voll gård, FS301C Søndre Lund, HA310 Hamar flyplass og HA203/HA204 Klukhagan. Scenario B1 Med utgangspunkt i det eksisterende systemet er det lagt til fortetting og utbygging av sentrum (10% økning) og sentrumsnæreområdene HA002 Hamar stadion og HA007/HA008 Martodden. Scenario C1 Kombinasjonen av scenario A1 og B1. Scenario D1 Med utgangspunkt i det eksisterende systemet er det lagt til utbygging av område IN301B Ingeberg Spillvannssystemet For spillvannssystemet er det gjort en analyse av spillvannsmengder til berørte pumpestasjoner. Det er beregnet midlere og maksimal spillvannsmengde for både dagens og fremtidig situasjon. Det er kun fokusert på Hamar kommune sine pumpestasjoner og det er ikke tatt standpunkt til kapasiteten til HIAS sine pumpestasjoner på Hamar. I Tabell 3 vises fremtidig økning i antall pe fordelt på pumpestasjonene. Midlere spillvannsmengde er lik antall pe ganget med spesifikk spillvannsforbruk som er i denne analysen antatt til å være 200 l/pe.d. Maksimal spillvannsmengde er lik midlere spillvannsmengde ganget med time- og døgnfaktor. Benyttede time- og døgnfaktorer er veiledende verdier hentet fra litteraturen for dimensjonering av spillvannsledninger og er som følger: P3, P4, P7, P8, P9: døgnfaktor = 1,5 og timefaktor = 1,5 Side 7 av 11

8 P18: døgnfaktor = 2,0 og timefaktor = 2,0 P19: døgnfaktor = 2,5 og timefaktor = 2,5 I ett av scenarioene er det tatt høyde for innlekking av fremmedvann i spillvannsnettet. Selv i et fullstendig separert system vil man oppleve innlekking så dette vil gi et mer realistisk bilde av hva tilrenning til pumpestasjonene kan bli. Det er antatt at innlekking vil ligge på 50% av middel spillvannsmengde som er sannsynligvis et konservativt tall. Tabell 3: Økning i antall pe fordelt på berørte pumpestasjoner. Pumpestasjoner Antall pe - Dagens Beregnet HPA* Økning i antall pe - Fremtidig Antall boliger Bolig Næringindustri (m2) Næringindustri Total økning Antall pe - Fremtidig Beregnet P3 KA Rasmussen P4 Jernbanemuseet P7 Koigen P8 Basarene P9 Hamjern/Esperen P18 Hveberg P19 Krokstua * HPA = Hovedplan Avløp Hamar kommune datert des Resultater - Overvann I Vedlegg X vises kart med resultater fra scenario Dagens, A1, B1, C1 og D1. Kartene viser hvilke ledninger som har for liten kapasitet og hvor man vil man få mye oppstuvning i kummer og terrengoversvømmelser under et 25-årsregn. Underkapasitet i ledninger er målt som forholdet mellom beregnet maksimal vannføring i ledningen og ledningens kapasitet ved fullt rør basert på Mannings formel. Kartene viser også hvor overvann fra de nye områdene påføres systemet. Netto økning i tilrenning til overvannsnettet fra hvert utbyggingsområde for et 25- årsregn er vist i Tabell 4. Generelt kan man si følgende om det eksisterende overvannssystemet: De fleste store samleledninger har strekninger med kapasitetsproblemer; Mange av disse strekningene har en flaskehals-effekt og forårsaker oversvømmelser både lokalt og oppstrøms; og Ledningsnettet består av et stort antall fordelingskummer som fordeler vannføring på de største hovedledningene. Dårlig utformelse av mange av disse kummer gjør systemet komplisert og uoversiktlig. Tabell 4: Netto økning i tilrenning til overvannsnettet fra utbyggingsområder. Side 8 av 11

9 Område HA002 HA007 HA008 HA203, HA204 Netto økning i tilrenning (l/s) FS301C HA305 HA310 IN301B Nedenfor omtales de ulike utbyggingsscenarioene. For alle scenarioer er det forutsatt at vannstanden i Mjøsa er normal. Scenario A1 Det er mest naturlig å føre overvann fra områdene Søndre Lund og Voll Gård sørover. Det er flere tilknytningspunkter i dette området men utfra kapasitetsberegningene for det eksisterende systemet er det valgt å føre vannet til hovedledningen i Aluvegen. Hovedledningen i Hagavegen/Fridtjof Nansensgt er allerede ekstremt overbelastet. Begrenset kapasitet lengre nedstrøms i Aluvegen gjør at vannet blir tvunget til å renne vestover mot Furubergvegen. Dette skaper flaskehalser lengre nedstrøms og vil føre til oversvømmelser på Bekkesvea og vil forverre situasjonen på Bondesvea. I modellen er det valgt å føre overvann fra utbyggingsområder HA203 og HA204 på Klukhagan sydvest mot Ankerskogen. Alternativt kunne deler av område blitt ført østover mot Smeby. I begge alternativer vil det føres mer vann til et allerede overbelastet ledningsnett. Områdene vil medføre bare veldig små endringer til dagens tilstand men vil påvirke oppstuvningsnivå i et område oversvømmelsesfaren er stor. Overvannet fra område HA310 Hamar flyplass renner naturlig østover mot E6 og Flakstadselva. Det er usikkert hvordan overvann håndteres i dag på flyplassen men det antas at det føres til terrenget. Skal overvann fra dette området tilknyttes det eksisterende overvannsnett bør det føres forbi tettstedet Smeby. I modellen er det tiltenkt en ny overføringsledning/grøft som tilkobles det eksisterende ledningsnettet i krysset Furnesvegen/Benterudbakken. Deler av ledningsnettet nedstrøms dette punktet er overbelastet pr. i dag men uten at modellen indikerer at det er problemer med oversvømmelser i dette området. Men økningen i belastning fra flyplassen medfører en heving av oppstuvningsnivå slik at det vil oppleves oversvømmelser flere steder i Furnesvegen. Her bør det også undersøkes om det eksisterende bekk-/grøftesystem kan benyttes til bortledning av overvann fra dette området. Scenario B1 Det eksisterende overvannssystemet i sentrumsområde er i dag overbelastet. Økning av tette arealer og dermed overvannstilførsel til overvannsnettet vil selvsagt ha en negativ effekt på kapasiteten. Beregningene viser ingen dramatiske endringer i tilstanden i dette område som følge av fortettingen men siden dette er et område som er blitt tidligere utsatt for oversvømmelser bør systemet utbedres før eventuell fortetting skjer. Mesteparten av området HA008 på Martodden vil renne naturlig mot øst og samleledningen i Fjordgløttvegen. Ledningsnettet i dette området har god kapasitet og område HA008 vil ikke medføre at det blir underkapasitet i systemet. I dag er deler av overvannsnettet ved Jernbanemuseet overbelastet. Fortetting i området HA007 på Martodden vil føre til en forverring av tilstanden. Side 9 av 11

10 Scenario C1 Den samlede effekten av beskrevet i scenarioene A1 og B1 blir bare summen av effektene fra de enkelte scenarioene. Dette er fordi den påvirkede delen av ledningsnettet i scenario A1 er stort sett uavhengig av den i B1 og derfor vil det ikke bli noen kombinerte effekter av disse scenarioene. Scenario D1 Beregninger indikerer at flere strekninger av hovedledningsnettet på Ingeberg i område sør for Gåsbuvegen har for lite kapasitet. Utbyggingen medfører bare små endringer i vannføring i ledningene men vil selvsagt forverre tilstanden. 4.3 Resultater - Spillvann I Tabell 5 sammenstilles pumpekapasitet for berørte pumpestasjoner og beregnede dagens og fremtidige spillvannsmengder. I grove trekk kan man si at de største pumpestasjonene har rikelig kapasitet og vil ikke oppleve problemer mens de to minste pumpestasjoner, P9 og P19, vil kunne oppleve til tiders tilrenning som er langt i overkant av pumpekapasitet og det er før man tar hensyn til innlekking. De tilhørende områdene til P9 og P19, henholdsvis Tjuvholmen og Ingeberg, opplever en dramatisk vekst i forhold til dagens situasjon. Utbyggingene gjør at pumpestasjonene bør oppdimensjoneres eller at man må finne alternative løsninger. Tabell 5: Sammenstilling av dagens og fremtidige spillvannsmengder (Q spv ) og pumpekapasitet. Pumpestasjon P3 P4 P7 P8 P9 P18 P19 Maks. pumpekapasitet (l/s) Min. pumpekapasitet (l/s) Middel Q spv Dagens (l/s) Maks. Q spv Dagens (l/s) Middel Q spv Fremtidig (l/s) Maks. Q spv Fremtidig (l/s) Maks. Q spv Frem. + innlekking* (l/s) * Det er antatt en innlekking av fremmedvann som ligger på 50% av middel spillvannsmengde. Det er gjort en grov vurdering av ledningskapasitet i spillvannsnettet basert på maksimale fremtidige spillvannsmengder inkludert innlekking og det er ikke oppdaget problemer med underkapasitet. 5 Konklusjoner og anbefalinger Overvannssystemet: Side 10 av 11

11 Utbygging/fortetting av Bydel Hamar Nord, Ingeberg, sentrum og sentrumsnære områder med unntak av HA008 Martodden vil medføre en merbelastning på deler av overvannsnettet som har i dag for lite kapasitet. Berørte deler av nettet bør utbedres før utbyggingen igangsettes. Forslag til tiltak bør simuleres i den etablerte modellen av overvannssystemet for å vurdere effekten og for å unngå at man bare flytter problemet til et annet sted. Spillvannssystemet: Utbygging/fortetting øker belastningen i varierende grad på berørte pumpestasjoner. De fleste pumpestasjonene har rikelig kapasitet men P9 Espern og P19 Krokstua vil oppleve en såpass dramatisk økning i tilrenning at de ikke vil ha tilstrekkelig kapasitet til fremtidige mengder. Det bør vurderes oppdimensjonering av disse pumpestasjonene, evt. omlegging av spillvannet. Hovedledningsnettet for spillvann har tilstrekkelig kapasitet for medført økning i spillvannsmengder. Side 11 av 11