Jessheim Sør Utvikling AS. Vurdering av Flomfare Jessheim Sør, GBnr 131/8 og 2

Transkript

1 Vurdering av Flomfare Jessheim Sør, GBnr 131/8 og 2 Utgave: 2 Dato:

2 1 DOKUMENTINFORMASJON Oppdragsgiver: Rapporttittel: Vurdering av Flomfare Jessheim Sør, GBnr 131/8 og 2 Utgave/dato: 2/ Filnavn: Vurdering av Flomfare Jessheim Sør, GBnr 131/8 og 2.docx Arkiv ID Oppdrag: Vurdering av Flomfare Jessheim Sør, GBnr 131/8 og 2 Oppdragsleder: Petter Snilsberg Avdeling: Vann og miljø Fag Reguleringsplan Skrevet av: Haregewoin Haile Chernet Kvalitetskontroll: Petter Snilsberg

3 2 FORORD Asplan Viak har vært engasjert av for vurdering av flomfare for Jessheim Sør, GBnr 131/8 og 2, Ullensaker kommune, Akershus. Denne rapporten oppsummerer flomvurderinger utført for Dølibekken forbi det aktuelle reguleringsområdet, og dokumenterer beregninger utført for flommengder og vannlinje for bekken. Berit Marie Sivertsen har vært kontaktperson for denne delen av oppdraget. Haregewoin Haile Chernet har foretatt beregningene og skrevet rapporten. Petter Snilsberg har vært oppdragsleder for Asplan Viak. Ås, Petter Snilsberg Oppdragsleder Petter Snilsberg Kvalitetssikrer

4 3 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 innledning Bakgrunn Flomberegning Nedbørfelt Flomformler Klimatillegg Rasjonelle formel Evaluering av vannføringsberegninger Vannlinjeberegning Geometri og elvemodell Manningstall (hydrauliske ruhetsverdier) Grensebetingelser Kalibrering av modell Vannlinje for 200-årsflom Sikkert nivå for sideareal Flomsonekart Diskusjon og anbefalinger Flomsone og flomnivå Lavpunkter Tiltak...17 Referanser...18 Vedlegg:...19 Vedlegg 1. Nedbørfelt...20 Vedlegg 2. IVF-Kurve...24 Vedlegg 3. Tverrprofiler...25

5 4 1 INNLEDNING 1.1 Bakgrunn I forbindelse med detaljreguleringsplan for Jessheim Sør, GBnr 131/8 og 2 i Ullensaker kommune skal sikkerhet mot flom i henhold til Plan- og bygningsloven (TEK ) dokumenteres. Planområdene faller innenfor sikkerhetsklasse F2 som betyr at 200-årsflom er dimensjonerende for områdene. Rapporten omfatter flomsonekartlegging for planområdet som innebærer flom og vannlinjeberegning for Dølibekken. Flomberegningene er gjort med aktuelle formelverk og den rasjonelle metoden. For beregning av dimensjonerende vannlinjer langs elvestrekningene er den 1-dimensjonale hydrauliske programvaren Hec-Ras benyttet. Høydene er gitt i NN2000. Reguleringsområdet er vist i figur 1.1. Figur 1.1: Plassering av planområde.

6 5 2 FLOMBEREGNING Beregningene er utført med bakgrunn i "Retningslinje for flomberegninger» (NVE, 2011) og veilederen om tekniske krav til byggverk, TEK I veilederen til TEK10 står det at bebyggelse må plasseres sikkert med hensyn til flom eller annen fare knyttet til vassdrag, som isgang, erosjon, skred og masseavlagring. For sikkerhetsnivåer mot flom langs vassdrag vises det til NVEs retningslinjer nr. 1/2008. Sikkerhetsnivåene for flom i NVEs retningslinjer utfyller sikkerhetskravene i TEK 10 med tilhørende veiledning. I henhold til TEK10 7-2, vil sikkerhetsklasse mot flom for byggverk falle under sikkerhetsklasse F2, som medfører krav om sikkerhet mot 200-årsflom. 2.1 Nedbørfelt Feltkarakteristikkene for nedbørfeltene er vist i Tabell 2.1. Beregningspunkter er vist i Figur 2.2. Feltgrenser samt detaljert informasjon om feltparameterne er gitt i vedlegg 1. Tabell 2.1: Feltkarakteristika for nedbørfeltene Beregningspunkt Feltareal [km 2 ] Eff. Sjø [%] qn [l/s*km 2 ] Hmin/Hmax [m.o.h] Meidan høyde [m.o.h] 1 0,7 0,0 26,3 181/ ,8 0,0 26,4 171/ ,1 0,0 26,6 171/ ,2 0,0 26,8 235/ Figur 2.2: Beregningspunkter.

7 6 2.2 Flomformler NVE (2015) presenterer et nasjonalt formelverk for beregning av middelflom og vekstkurver for felt < 50 km 2. Formelverket er basert på regresjonsanalyser og er testet på over 4000 nedbørfelt. Inngangsparameterne til formelen er feltareal, midlere avrenning og effektiv sjøprosent. Den største usikkerheten i formelverket ligger i estimatet av middelflom. Det betyr at et godt estimat av middelflom vil redusere usikkerheten i beregningene betraktelig. Formelen bør ikke benyttes ukritisk og det anbefales derfor at også andre metoder benyttes for å redusere usikkerheten i beregningene. Det henvises til NVE (2015) for presentasjon og beskrivelse av formelverket. Formlene blir benyttet for nedbørfeltene da feltarealene er < 50 km 2. Resultatene gitt av flomformlene fra NVE (2015) er presentert i Tabell 2.2. Verdiene for spesifikk middelflom er gitt som kulminasjonsverdier. For middelflom er medianverdien presentert. Tabell 2.2: Resultater for nedbørfeltene gitt av formelverk for små nedbørfelt, kulminasjonsverdier. Felt Areal km 2 qn l/s*km 2 Eff sjø % qm l/s*km 2 1 0,7 26,3 0, ,6 2 0,8 26,4 0, ,8 3 1,1 26,6 0, ,5 4 2,2 26,8 0, ,4 Q200/ QM 2.3 Klimatillegg I henhold til NVE rapport Hydrological projections for floods in Norway under a future climate, skal det legges til et klimatillegg på 20% til den beregnede flomvannføringen for å ta hensyn til en forventet økning av flomintensitet i framtiden. 2.4 Rasjonelle formel Ved nedbørfelt mindre enn 5 km 2, kan den rasjonelle formel brukes. Den rasjonelle formelen baserer seg på målt nedbør. Avrenningen (Q) er gitt ved: Q = C i A Hvor: Q = avrenning (l/s) C = avrenningsfaktor, ubenevnt i = dimensjonerende nedbørintensitet (l/s.ha) A = feltareal (ha) Nedbørintensitet 200-årsverdi for nedbørintensitet er hentet fra nærmeste målestasjon der det foreligger em IVF-kurve med tilfredsstillende kvalitet. Varighet til nedbøren er gitt av nedbørfeltenes konsentrasjonstid. Målestasjonen 4781 Gardermoen Sør er benyttet. Denne målestasjonen

8 7 har tilgjengelige data for perioden (43 sesonger). IVF-kurven for målestasjonen er vist i vedlegg Nedbørfeltets konsentrasjonstid Konsentrasjonstiden til nedbørfeltene (naturlige felt), tc, er oppgitt i minutter, og er beregnet etter formelen gitt i Håndbok N200. t c = 0,6LH-0,5+3000Ase Hvor: L = lengden av nedbørfeltet (m) H = høydeforskjellen i nedbørfeltet (m) A se = effektiv sjøprosent, forholdstall ((0 Ase 1) Avrenningsfaktor Avrenningsfaktoren, C, er et mål på hvor mye av den totale nedbøren som drenerer fra et område. Faktorens størrelse er avhengig av terrengtype, vegetasjon, helning og sannsynlighet for overflateavrenning fra feltet. Det er benyttet erfaringstall for avrenningsfaktorer for ulike terrengtyper oppgitt i Vassdragshåndboka (Fergus m. fl., 2010) Klimatillegg I henhold til NVE rapport , skal det legges til et klimatillegg på 20% til den beregnede flomvannføringen for å ta hensyn til en forventet økning av flomintensitet i framtiden. I tillegg legger vi på 20% ekstra som sikkerhetsfaktor som begrunnes med usikkerhet i beregningsmetodikk. Derfor blir et tillegg på 40% lagt til den beregnede lokale 200- årsflommen Flomberegning Tabell 2.3 til Tabell 2.6 viser en oversikt over benyttede verdier for avrenningskoeffisienter. Beregning av 200-årsflom ved bruk av den rasjonale formelen er vist i Tabell 2.7. Klimatillegg er inkludert i beregningen. Tabell 2.3: Avrenningskoeffisienter for nedbørfeltet, beregningspunkt 1. Arealtype % Areal (m 2 ) C C*A (m 2 ) Innsjøer 0, Snaufjell 0,0 0 0,98 0 Myr 0,0 0 0,7 0 Skog 67, , Dyrket mark , Urban 19, , ,

9 8 Tabell 2.4: Avrenningskoeffisienter for nedbørfeltet, beregningspunkt 2. Arealtype % Areal (m 2 ) C C*A (m 2 ) Innsjøer 0, Snaufjell 0,0 0 0,98 0 Myr 0,0 0 0,7 0 Skog , Dyrket mark 10, , Urban 22, , , Tabell 2.5: Avrenningskoeffisienter for nedbørfeltet, beregningspunkt 3. Arealtype % Areal (m 2 ) C C*A (m 2 ) Innsjøer 0, Snaufjell 0,0 0 0,98 0 Myr 0,0 0 0,7 0 Skog 55, , Dyrket mark 9, , Urban 27, , , Tabell 2.6: Avrenningskoeffisienter for nedbørfeltet, beregningspunkt 4. Arealtype % Areal (m 2 ) C C*A (m 2 ) Innsjøer 0, Snaufjell 0,0 0 0,98 0 Myr 0,0 0 0,7 0 Skog 39, , Dyrket mark 22, , Urban , , Tabell 2.7: Beregnet 200-årsflom med den rasjonelle formelen. Nedbørfelt Nedbørfeltets areal (ha) 0,7 0,8 1,1 2,2 Avrenningskoeffisient, C 0,41 0,4 0,41 0,39 Nedbørfeltets konsentrasjonstid (min) Nedbørintensitet, i (l/s.ha) Q 200 (m3/s) 1,57 1,61 2,07 3,4 Q 200 lokalt klimajustert (m3/s) 2,2 2,26 2,89 4,76

10 9 2.5 Evaluering av vannføringsberegninger Etterfølgende tabell viser en sammenstilling av beregnede flomverdier fra forskjellige metoder. For å ta hensyn til usikkerhet er høyeste verdi benyttet videre ved beregning av vannlinje. Tabell 2.8: Beregnet 200-årsflom i m 3 /s. Momentanverdi med klimatillegg Felt Flomformler Rasjonelle metode Konklusjon for videre bruk 1 0,78 m 3 /s 2,2 m 3 /s 2,20 m 3 /s 2 1,26 m 3 /s 2,26 m 3 /s 2,26 m 3 /s 3 2,25 m 3 /s 2,89 m 3 /s 2,89 m 3 /s 4 7,04 m 3 /s 4,76 m 3 /s 7,04 m 3 /s

11 10 3 VANNLINJEBEREGNING 3.1 Geometri og elvemodell Det er satt opp Hec-Ras modeller for Dølibekken strekning som kan påvirke planområdet. Elvebunn og terrenget i den hydrauliske modellen er representert ved et utvalg av tverrprofiler. Terrengdata (laser data) er blitt brukt videre til å generere en terrengmodell. Tverrprofiler er hentet fra denne terrengmodellen. Bekken er masseførende og nivået til elvebunnen er usikkert. Det er tatt høyde på usikkerheten med å legge til en sikkerhetsmargin i vår beregningsresultat. Modellen innebefatter cirka 930 meter av elvestrekningen. Figur 3.1 viser plassering av tverrprofilene benyttet i modellen. Høydene er gitt i NN2000. Figur 3.1: Kartet viser tverrsnittsprofiler for Dølibekken ved Jessheim Sør benyttet i Hec-Ras modellen. 3.2 Manningstall (hydrauliske ruhetsverdier) Alle typer energitap som påvirker vannstanden langs elveløpene er samlet i en enkelt faktor: Manningstall. Den hydrauliske ruheten (n1 for hovedkanal og n2 for sidearealer) i elva er bestemt på grunnlag av vurdereringer under befaringen og aktuell litteratur, se Chow et al, (1988) for flere eksempler. Tabell 3.1 viser mannings n -verdier benyttet i HecRas modellen. Tabell 2.1: Manningstall som brukes i HecRas modell. Bekk Bekkeløpet Skog Dyrket mark/ Open området Dølibekken, Jessheim Sør 0,06 0,15 0, 03

12 Grensebetingelser Vannføringen fra flomberegning er brukt som inngangsdata i den hydrauliske modellen (stasjonær strømning). Her er det antatt at det oppstår normalstrømning ved oppstrøms og nedstrøms ende av modellen. Ved normalstrømning følger vannspeilet helningen til elvebunnen. 3.4 Kalibrering av modell Det foreligger ikke kalibreringsdata, det vil si samtidig innmåling av vannføring og vannstand, for bekkestrekningen. Det er derfor ikke mulig å kalibrere modellen mot observerte data. For å skaffe et bedre grunnlag for valg av n-verdier blir det gjennomført en følsomhetsanalyse. På grunnlag av denne blir det ut fra skjønn valgt et sett med n-verdier for de videre beregninger. Det er foretatt beregninger for å se hvordan ruheten i elva og flomslettene innvirker på de beregnede vannstander, og vi har gjort en følsomhetsanalyse for på beregnede vannstander ved at ruheten i elveløpet er økt med 25 %. Dette ga en økning i vannlinje fra 1 til 36 cm for alle profiler. I forhold til usikkerheten i beregnede vannlinjer i modellen, skal det ved praktisk bruk av vannlinjene legges på en sikkerhetsmargin på minimum m. Dette også for å ta hensyn til is og drivgods som kan forekomme i bekkeløpet ved flom. Tabell 3.2 viser resultater til følsomhetsanalysen og forskjellen mellom simulerte vannlinjer ved utvalgte tverrprofiler ifølge endrede Manningstall. Tabell 3.2: Beregnet vannstand for 200-års flom med 25% større Manningstall (n) variasjon. Profil [nr] Vannstand [moh] Differanse [m] n n+25% 1 170,16 170,2 0, ,24 170,28 0, ,42 170,47 0,05 Kulvert 2 (Ø=2m) 4 170,95 170, ,96 170,97 0, , , ,81 170, ,77 171, ,27 172, ,53 172,52-0, ,46 173,58 0, ,66 173,9 0,24 13,05,41 0,36 14,24,44 0,2 15,4,45 0,05 16,8,79-0,01 17,89,93 0, ,07 0, ,2 175,27 0, ,55 175,59 0, ,8 175,83 0, ,88 175,94 0, ,89 175,95 0,06 Kulvert 1 (Ø=1m) ,09 178,96-0, ,07 179,05-0,02

13 Vannlinje for 200-årsflom Resultatene for vannlinjeberegningen gjort av 200-årflom+20% er vist i Tabell 3.3. Tverrprofilene er nummerert fra med høyeste verdi oppstrøms mot nedstrøms. Området som er ønsket kartlagt ligger mellom tverrprofiler 1 til 25. Froudetall, som er presentert i tabellen, er en indikasjon for kritisk (Fr=1), underkritisk (Fr<1) og overkritisk (Fr>1) strømning. Tabell 3.3: Beregnede vannstander, vannhastigheter og Froude tall ved tverrprofilene (Profil 1 til Profil 25). Profil [nr] Vannstand [m.o.h] EG Høyde* [m.o.h] Hastighet [m/s] Froude tall 1 170,16 170,24 0,87 0, ,24 170,31 1,02 0, ,42 170,49 0,82 0,54 Kulvert 2 (Ø=2m) 4 170,95 170,95 0,33 0, ,96 170,98 0,54 0, ,99 170,99 0,04 0, ,81 171,68 4,14 2, ,77 171,77 0,04 0, ,27 172,27 0,01 0, ,53 172,66 1,86 1, ,46 173,5 1,03 0, ,66 173,66 0,53 0,22 13,05,21 1,94 1,06 14,24,25 0,29 0,13 15,4,43 0,55 0,47 16,8,83 0,82 0,34 17,89,91 0,45 0, ,04 0,41 0, ,2 175,25 0,67 0, ,55 175,63 1,42 0, ,8 175,83 1,1 0, ,88 175,92 1,1 0, ,89 175,94 1,16 0,42 Kulvert 1 (Ø=1m) ,09 179,11 0,67 0, ,07 179,30 2,48 1,05 *Energigradient Høyde

14 Jessheim Lengdeprofil Dølibekken 186 EG Q200+20% Kulvert Kulvert Figur 3.2: Kartet viser tverrsnittsprofiler benyttet i Hec-Ras modellen. Main Channel Distance (m)

15 Sikkert nivå for sideareal Vannivåer gitt i Tabell 3.3 er resultater fra de hydrauliske beregningene. Beregningene er basert på en rekke usikkerheter knyttet til elvegeometri, ruhetsforhold og beregningsmetoder for flomvannføring. Disse forhold gir en usikkerhet i beregningsresultatet som kompenseres ved å legge til 0,5 m til alle beregnede vannstander. Beregnet vannlinje pluss 0,5 meter angir derfor flomsikkert nivå. Tabell 3.4 angir flomsikkert nivå for 200-årsflom med 20 % klimatillegg. Eventuelle sidearealer som ligger lavere enn dette nivået må beskyttes mot flom i henhold til kravene i TEK10. Det er bare gjort vurdering av venstre sidekant (i strømningsretning) da planområdet ligger på venstre side. Tabell 3.4: Flomsikkert nivå for 200-årsflom ved tverrprofilene i Figur 3.1 (høyde referanse NN2000). Profil [nr] Vannstand [m.o.h] Flomsikkert nivå [m.o.h] 1 170,16 170, ,24 170, ,42 170, ,95 171, ,96 171, ,99 171, ,81 171, ,77 172, ,27 172, ,53 173, ,46 173, ,66,16 13,05,55 14,24,74 15,4,9 16,8 175,3 17,89 175, ,0 175, ,2 175, ,55, ,8, ,88, ,89, ,09 179, ,07 179,57

16 Flomsonekart Fomsonekart er generert ved bruk av GIS-program. Det er utarbeidet flomsoner for flom med gjentaksintervall 200 år. Figur 3.4 viser flomsonen (profil 3-15) for Q200 inkludert påslag for klimafaktor. Vi understreker at dette flomsonekartet gir flomsone for aktuell strekning inntil reguleringsområdet mellom profil 3 og 23. Beregningsmodellen omfatter ikke områder oppstrøms og nedstrøms dette området, og kartet kan ikke benyttes som dokumentasjon for flomforhold utover de nevnte profilene. Beregnet flomsone gir bare et omtrentlig bilde av hvilke områder som blir oversvømt. Flomsonen finner vi ved å beregne hvor vannflaten skjærer terrenget, og små feil i terrengmodellen kan gi store feil i flomsonens utstrekning. For planlegging av sikringstiltak og detaljert vurdering av flomfaren bør man derfor sammenlikne beregnet vannstand (Tabell 3.4) med faktisk eller prosjektert terrengnivå.

17 16 Figur 3.4: Flomsonekart

18 17 4 DISKUSJON OG ANBEFALINGER 4.1 Flomsone og flomnivå Flomsonene gir indikasjon på hvor det kan påregnes å være flom ved 200 års flomstørrelser. Reguleringsområdet ligger innenfor beregnet flom vannstand. Som vist i figur 3.4, vil areal nærmest elva mellom profil 8 og 10 bli oversvømmet i en 200-års flom med dagens terrengnivå. Det er lagt opp til at areal nærmest Dølibekken skal være friområde, og aktuell bebyggelse legges på flomsikkert nivå. I den hydrauliske modellen er dagens geometri lagt til grunn, eventuelle endringer i elveleiet i form av utfyllinger langs siden eller andre elementer ute i elva eller langs elvebreddene vil virke oppstuvende for vannspeilet og medføre høyere vannstand enn det som er modellert. Dersom en planlegger å bygge i eller ved flomområder, skal en gå inn i tabell 3.4 for å finne flomhøyde og i tillegg legge til nødvendig sikkerhetsmargin for laveste beliggende bygg, for å oppnå tilstrekkelig sikkerhet i forhold til dimensjonerende flomhøyde. 4.2 Lavpunkter En del steder vil det finnes arealer som ligger lavere enn den beregnede flomvannstanden, men uten direkte forbindelse til elva. Dette kan være områder som ligger bak flomverk, men også lavpunkter som har forbindelse via en kulvert eller via grunnvannet. Disse områdene er markert med en egen skravur fordi de vil ha en annen sannsynlighet for oversvømmelse og må behandles særskilt. Spesielt utsatt vil disse områdene være ved intens lokal nedbør, ved stor flom i side bekker eller ved gjentetting av kulverter. Flomsonekartene gir ikke informasjon om lavpunkter som ligger over flomvannstanden. 4.3 Tiltak Påviste flomsoner krever tiltak for å etablere flomsikre byggesoner og for å opprettholde fordrøynings-effekten for nedstrøms arealer i Dølibekken. Bebyggelse legges på flomsikkert nivå ved å heve terrenget tilstrekkelig. Det etableres fordrøynings-magasin tilsvarende beregnet flomvolum ved 200 års flom. Flomareal er ca 3000 m 2 med ca 0,5 meters flomdybde, som gir et fordrøyningsbehov på ca 1500 m 3. Dette kan oppnås for eksempel ved å: Opprettholde et 20 meters bredt belte langs Dølibekken med formål vegetasjonsbelte og friområde / gangvei. Deler av området, både under og over terreng, vil kunne fungere som fordrøynings-areal ved flom. Etablere sprengsteinsfyllinger (30 % porøsitet) eller annen type fordrøyningsmagasin (opptil 90% porøsitet) under bl.a parkeringsanlegg og friområder, som kan fungere som fordrøynings-areal ved flom. Etablere friområder som kan fungere som flomareal og sikre fordrøyningsvolum. Tiltakene må detaljeres i senere planfaser.

19 18 REFERANSER Chow, V.T., 1988: Open-Channel Hydraulics, Caldwell, New Jersey: The Blackburn Press. HEC-USACE, 2002: HEC-RAS River Analysis System, Hydraulic Reference Manual, U.S. Army Corps of Engineers, Hydraulic Engineering Center (HEC), Davis, CA, USA. NVE, 4/2005: Flomberegning for Fjellhammarelva/Sagelva. 002.CBZ. NVE, 2009: Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein. NVE veileder NVE, 4/2011: Retningslinjer for flomberegninger til 5-7 i forskrift om sikkerhet og tilsyn med vassdragsanlegg. Retningslinje 4/2011. Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, 5/2011: Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. Rapport no

20 19 VEDLEGG: 1. Nedbørfeltet 2. IVF kurve 3. Tverrprofiler

21 VEDLEGG 1. NEDBØRFELT Nedbørfeltet til beregningspunkt 1

22 Nedbørfeltet til beregningspunkt 2

23 Nedbørfeltet til beregningspunkt 3

24 Nedbørfeltet til beregningspunkt 4

25 VEDLEGG 2. IVF-KURVE

26 VEDLEGG 3. TVERRPROFILER Tverprofil av bekken med beregnet vannlinje for 200-årsflom med 20 % klimatilegg. Henviser til figur 3.1 for plassering av profiler. Dølibekken Profil 1 Dølibekken Profil Dølibekken Kulvert 2 Dølibekken Profil

27 Dølibekken Profil 7 Dølibekken Profil Levee Dølibekken Profil 9 Dølibekken Profil Levee Levee

28 Dølibekken Profil 11 Dølibekken Profil Levee Dølibekken Profil 13 Dølibekken Profil Levee

29 Dølibekken Profil 15 Dølibekken Profil Dølibekken Profil 17 Dølibekken Profil

30 Dølibekken Profil 19 Dølibekken Profil Dølibekken Profil 21 Dølibekken Profil

31 Dølibekken Kulvert 1 Dølibekken Profil