Planlegging og dimensjonering av dreneringsanlegg (Etatsprogrammet NIFS)

Transkript

1 Planlegging og dimensjonering av dreneringsanlegg (Etatsprogrammet NIFS) Multiconsult, Joakim Sellevold Seksjon for geoteknikk og skred, Vegdirektoratet

2 NIFS Delprosjekt 5: Vannhåndtering Kvam i Gudbrandsdalen etter pinseflommen 2013 (foto: J. Sellevold)

3 Bakgrunn Mange norske og europeiske undersøkelser har konkludert med at overbelastning av dreneringssystemer forårsaker store kostnader for infrastruktureiere og samfunnet som helhet. Konklusjonen er at det kreves utvikling innen vannhåndtering for å sikre robust infrastruktur i fremtiden

4 Veileder for drenering av infrastruktur For å sikre at utviklingen blir tatt i bruk lager NIFS en veileder for drenering av veg og bane. Den tar for seg vannhåndtering i ikke-urbane strøk, med fokus på planlegging, utforming og dimensjonering av dreneringsanlegg. Rapporten er i hovedsak ment for planleggere og ingeniører som jobber med vannhåndtering, men skal også dekke prinsipper som er nyttige for driftspersonell og andre innen tilgrensende fagfelt.

5 Hva dekker veilederen? Innholdet fokuserer på prinsipper for kartlegging av flomveier, sårbarhetsvurderinger, håndtering av vann i nedbørsfelt og hydraulikk i åpne kanaler og kulverter. Målet er å gi gode anbefalinger ut fra objektive vurderinger, slik at brukeren kan gjøre kvalifiserte beslutninger ved utbygging.

6 Hva dekker veilederen ikke? Veilederen er ikke en offisiell håndbok eller et teknisk regelverk. Den angir det vi mener er beste praksis og en nyttig måte for å vurdere dreneringsløsninger. Målet er å integrere innholdet inn i håndbokserien når den er ferdig. Rapporten omtaler tilgrensende fagfelt der det er aktuelt, men disse er ikke beskrevet i detalj. Det henvises til anbefalt litteratur.

7 Arbeidsmetode og erfaringer Vi har gjennomgått større skadehendelser og intervjuet fagpersoner for å få en oversikt over de viktigste og vanligste problemstillingene knyttet til vannhåndtering. Vi har tatt utgangspunkt i eksisterende håndbøker, og gjennomgått kildene som disse er basert på. En stor andel kan spores tilbake til amerikanske publikasjoner fra 60-tallet og fremover. Selv om «alle» håndbøkene har de samme kildene, gir de forskjellige anbefalinger. Vi har derfor gjort et metastudie av beregningsmetoder og parametere og brukt de beste anslagene.

8 Hovedpunkter et lite utvalg Jeg skal presentere noen hovedpunkter fra rapporten: Hvilke utfordringer møter vi i dag? Dreneringsplaner som planleggingsverktøy Drenering i nedbørsfelt Utforming av kulverter

9 Utfordringer Utfordringer

10 Utfordringer hvor kommer vannet? Utfordringer sett fra infrastrukturens synspunkt: En erfaring som går igjen er at vannet dukker opp på «uventede» steder under flom. Overbelastning og skader i nedbørsfeltet gjør at vannet tar nye løp, og treffer infrastrukturen på steder uten dreneringstiltak. Dette medfører gjerne store skader på grunn av erosjon og utglidninger. Skadepotensialet øker med større massetransport oppstrøms.

11 Dreneringsplan - hvor kommer vannet? Foto: Multiconsult

12 Dreneringsplan - hvor kommer vannet? Foto: Multiconsult

13 Utfordringer dreneringsanlegg En annen erfaring er at det er stor variasjon i vannføring og massetransport fra sted til sted, og fra flom til flom. Mange kanaler og kulverter fungerer godt så lenge de fører klart vann, men håndterer massetransport dårlig. Gjentetting og oppdemming av vann medfører som regel de største skadene, både for infrastruktur og nedstrøms områder.

14 Utfordringer dreneringsanlegg Foto: H. Norem

15 Utfordringer dreneringsanlegg Foto: H. Norem

16 Utfordringer hva gjør vi med dette? Hva må man gjøre for å håndtere disse farene? Man må vite om både eksisterende bekker og flomveier som i normale situasjoner er tørre. Man må kjenne til sannsynlig massetransport i felt, arealbruk og dreneringstiltak. Man må utforme dreneringsanleggene for å håndtere både vann og massetransport. Man må være i stand til å overvåke og drifte dreneringsanleggene både før og under flom.

17 Dreneringsplaner Dreneringsplaner

18 Dreneringsplan hva og hvordan Dreneringsplanen er et kart som viser informasjon om eksisterende vannveier, flomveier, arealbruk og dreneringstiltak. I tillegg bør den inneholde informasjon om potensiell massetransport og arealbruk i området, samt viktig informasjon om dreneringsanlegg. Dreneringsplaner bør baseres på en kombinasjon av GIS-analyse og befaring i nedbørsfeltene. Det er ønskelig at objektive kriterier legges til grunn for vurderingene i felt.

19 Dreneringsplan flomveier i GIS Feltgrenser og flomveier bestemmes med god nøyaktighet med GIS-analyse, men forutsetter en terrengmodell med høy oppløsning. Analysen angir hvor stort areal som drenerer til en forsenkning. Dermed inkluderer den både bekker og flomveier som ellers er tørre, og gir en oversikt over mulige vannveier under flom. Figur: P. Viréhn

20 Dreneringsplan befaringer Ut fra GIS-analyse kan man foreta befaringer i de områdene som er mest aktuelle. Befaringen bør fokusere på tilstand av vann- og flomveier og forventet massetransport. Bekrefte terrengmodellen Arealbruk (tredjepart) Helning Grunnforhold Vegetasjon Kilder til sedimenter og drivgods Foto: Multiconsult

21 Dreneringsplan befaringer Hva skjer med vannet før og etter kulverten? Dreneringen må ta hensyn til tredjepart. Hvordan er arealbruken i området? Verdier Bebyggelse Næringsområder Infrastruktur Viktige ressurser Naturområder Kulturminner Farer Flomsoner Skredområder Deponier Elektrisitet Kjemikalier

22 Dreneringsplan planfasene Dreneringsplanen er ment å gi en oversikt for bruk i alle fasene av planleggingen, og som et grunnlag for prioritering av områder som bør sikres. Planfase Oversikt Regulering Byggeplan Drift Informasjon Oversikt over bekker og flomveier, arealbruk i nedbørsfeltene. Hvor er utfordrende områder, hvilke begrensninger finnes? Avgjøre nødvendig areal for dreneringstiltak. Vurdering av sårbarhet nær bekker og flomveier (inkl. påvirkning av tredjepart). Planlegging av nødvendige tiltak, basert på vurdering av sårbarhet. Tilkomst for maskiner for drift. Behov for drift og vedlikehold. Hva slags massetransport forventes? Hva trengs av tilsyn og rensk?

23 Drenering i nedbørsfeltet Drenering i nedbørsfeltet

24 Drenering i nedbørsfeltet - prinsipper Man må vite hvor vannet treffer vegen/banen. Dette oppnår man ved bruk av nedføringsrenner og avskjæringsgrøfter for å lede vann. Slike kanaler må tåle belastningen fra vann og massetransport. De bør vurderes for alle flomveier. Foto: H. Norem

25 Drenering i nedbørsfeltet - kanaler Nedføringsrennene bør sikre en strømning som ikke gir ulemper nedstrøms. Det kan oppnås med helning, steinsetting, terskler, bassenger o.l. Det er viktig å se vannveiene som en helhet, der forhold oppstrøms påvirker tiltakene nedstrøms. Foto: H. Norem

26 Drenering i nedbørsfeltet - prinsipper Nedføringsrennene må utformes slik at de tar høyde for endringer i strømningsform og massetransport. Det kan gjøres ved å legge til ekstra dybde tilsvarende vannets energihøyde. Figur: H. Norem

27 Kulverter Kulverter

28 Kulverter - prinsipper Kulverter og stikkrenner skal føre vann gjennom et hinder, og sikre tilstrekkelig kapasitet under varierende vannføring og massetransport. Kulverter bør utformes slik at vann ikke forårsaker skade på infrastrukturen eller tredjepart. Dimensjonering bør dermed ta hensyn både til vannføring og konsekvens ved overbelastning. Foto: H. Norem

29 Kulverter viktige momenter Hva er rett dimensjonering? For normale vannføringer bør ikke innløp være neddykket, mens man for større flommer kan godta høyere vanndybder så lenge de ikke forårsaker akutte skader på infrastrukturen. Sårbare områder bør trolig ha mer robust kapasitet. Kapasitetsberegninger bør ta hensyn til faktiske forhold. Det vil si at dimensjoneringen må kvantifisere effekter av bl.a. massetransport og rister.

30 Kulverter hydraulisk kontroll Hydraulisk kontroll: Rapporten inneholder kriterier for innløpskontroll, for å forenkle beregningsgangen. Dersom disse er oppfylt kan man anta innløpskontroll og beregne kapasitet ut fra diagram. Helning Lengde Åpent innløp?

31 Kulverter rister Bruk av rist ved innløp kompliserer strømningen og kan redusere kapasiteten betydelig ved gjentetting. Det tilsier at det er nødvendig å beregne redusert kapasitet der man forventer gjentetting. Det anbefales å utforme rister som har betydelig kapasitet selv ved delvis gjentetting. Det krever gjerne en skrå, og en horisontal del, og stort ristareal. Figur: J. Sellevold

32 Kulverter rister Det arbeides med å lage produksjon av nye prefabrikerte innløp og rister som passer med de beste anbefalinger fra litteraturen. Målet er at det skal være lett, og billig å velge gode løsninger for utbyggere. Samarbeid mellom Basal, NTNU og NIFS. Produksjonstegninger skal være ferdig i løpet av 2015.

33 Kulverter alternativ til rister Et alternativ til rist er gjennomspyling. Det kan gjøres med betydelig fall og stor dimensjon på gjennomløpet. En slik løsning vil ofte kreve mindre drift enn bruk av rist. Dersom det finnes tilgjengelig areal kan det være fordelaktig å fange sedimenter og særlig drivgods oppstrøms for innløpet. Det kan gjøres med fangrister, nett og/eller bassenger. Foto: H. Norem

34 Kulverter overløpsrør Fare for gjentetting foran innløpet gjør at man bør vurdere overløpsrør ved kritiske gjennomløp. Dette gjelder særlig der man han rister, basseng og/eller fare for gjentetting av is. Overløpsrør bør plasseres høyere enn hovedløpet og ha betydelig kapasitet. Foto: H. Norem

35 Kulverter overløpsrør Foto: J. Sellevold

36 Status pr Førsteutkast av rapporten er klar, og endelig utgave skal være klar innen Rapporten skal nå ut på 1. høring hos referansegruppe, og så sendes bredere ut. Statens vegvesen, Jernbaneverket og NVE. Vi ønsker også innspill fra andre fagmiljøer! Dersom du er interessert i lese gjennom utkastet slik det er nå, så ta kontakt etter foredraget eller send e-post til joakim.sellevold@vegvesen.no

37 Takk for meg! Foto: teh interwebz