Vattenenheten
Dnr: 3.7.22-4152/14
Internt projektnummer:43514004
Beräkningsdokumentation –
Skenaån hydrauliska beräkningar
2015-01-16
Kvalitetsgranskning
Josef Nordlund
Siri Wahlström
Vattenenheten
Vattenenheten
Vattenenheten
Innehållsförteckning
1
Inledning ..............................................................................................................3
2
Modelluppbyggnad .............................................................................................4
2.1
2.2
2.3
3
Koordinat- och höjdsystem ...................................................................................... 4
Kalibrering ............................................................................................................... 4
Flöden ..................................................................................................................... 4
Scenarier .............................................................................................................5
3.1
3.2
3.3
Scenario A – ursprunglig modell.............................................................................. 5
Scenario B – varierat underhåll ............................................................................... 5
Scenario C – 2-stegsdike ........................................................................................ 6
4
Resultat ...............................................................................................................7
5
Bilagor .................................................................................................................8
5.1
Levererade Data ..................................................................................................... 8
5.1.1
Scenario A ....................................................................................................... 8
5.1.2
Scenario B ....................................................................................................... 8
5.1.3
Scenario C ...................................................................................................... 8
5.1.4
Modellresultat för alla scenarier ....................................................................... 8
2 (8)
Vattenenheten
1
Inledning
Beräkningarna som ligger till grund för denna rapport har utförts av Jordbruksverkets
vattenenhet på uppdrag av Länsstyrelsen i Östergötland. Syftet är att visa hur vattenståndet i
Skenaån förändras vid varierande stationära flöden samt hur det påverkar omgivande
jordbruksmark.
Modellområdet är SMHI AROID 647461-145674 med arean 96 km2. Resultatet analyseras
dock endast för det södra delavrinningsområdet, SMHI AROID 646922-145509 med arean 68
km2.
Översiktskarta över modellområdet presenteras i figur 1.
Figur 1 - Modellsträcka markerad med blå linje.
3 (8)
Vattenenheten
2
Modelluppbyggnad
Modellen är uppsatt i HEC-RAS 4.1.0. HEC-RAS är ett verktyg för endimensionell hydraulisk
flödesmodellering. Modellen byggs upp av sektioner tvärs vattendraget som beskriver botten
och omgivande terräng. Dämmande strukturer och broar beskrivs också.
Modellen matas med flöden på lämpliga platser samt ett nedströms randvillkor. De stationära
subkritiska beräkningarna utgår från randvillkoret nedströms (i detta fall naturliga
vattendjupet) och räknar fram vattenstånd, vattenhastighet m.m. för varje modellsektion.
Vattendragets friktion beskrivs med råhetsvärden, som kan justeras vid kalibrering mot kända
flöden och vattennivåer.
Huvuddelen av modellen Skenaån konstruerades 2011. 2014 justerades modellen efter
inmätningar och en delsträcka (längst uppströms) lades till.
Utgångspunkten för modellen har varit ritningar för Skenaåns vattenavledningsföretag år
1964 samt Mjärdevid dikningsföretag år 1934.
Inmätning av strategiska punkter längs modellsträckan är gjorda både 2011 (Vattenenheten)
och 2014 (Länsstyrelsen) för att modellen skall efterlikna dagens utseende på bästa sätt.
2.1
Koordinat- och höjdsystem
Shape-filerna är i koordinatsystemet SWEREF99 TM och alla höjder är angivna i RH2000.
2.2
Kalibrering
Den uppsatta modellen är kalibrerad utifrån vattennivåer och flöden uppmätta den 8 juli och
10 juli 2010. Kalibreringsflödet var 6,2 m3/s respektive 12,77 m3/s vid Lindbladsparken längst
nedströms i den ursprungliga modellsträckan. Detta bedömdes vid inmätning motsvara
ungefär MHQ samt HHQ för området.
2.3
Flöden
Flödena som har använts i beräkningarna är framtagna av SMHI med modellen S-Hype och
är baserade på nio klimatscenarier, se tabell 1. SMHI:s flöden har sedan justerats för varje
enskild delsträcka av området utifrån storleken på respektive tillrinningsområde. Det
justerade flödet kopplas till delsträckans startsektion uppströms.
Det ska beaktas utifrån tabell 1 att SMHI:s klimatmodellkörningar ger betydligt lägre flöden
som resultat än de i området och intilliggande områden uppmätta flödena, jämförelser kan
göras med kalibreringsflödena som anges i stycke 1.1.1. De dimensionerande flöden som
anges i Skenaåns vattenavledningsföretag år 1964 är också betydligt högre än SMHI:s
beräknade flöden för klimatscenarierna.
För att erhålla ett realistiskt högt flöde har SMHI beräknat ett så kallat dimensionerande flöde,
HQ50 som presenteras i tabell 1. HQ50dim har använts i Scenario C där man tittar på en
åtgärd i form av ett 2-stegsdike.
4 (8)
Vattenenheten
Tabell 1 - Flöden i m3/s för Skenaån vid utloppen Marstadbäcken (68 km2) beräknade av SMHI.
Skenaån
AO: 68 km2
MLQ
MQ
MHQ
HQ10
HQ50
HQ100
HQ50dim
Referens
Median
75perc
25perc
Median
1961-1990
(År)
(År)
(År)
(Säsong)
3.92
5.16
5.63
4.26
5.52
3.33
0.03
0.29
2.60
3.70
4.80
5.26
10.00
MHQ, säsong
Vinter
Vår
Sommar
Höst
2.09
1.95
0.44
0.90
2.24
1.65
0.59
0.75
0.46
0.43
0.11
0.16
0.34
0.13
MQ, säsong
Vinter
Vår
Sommar
Höst
3
Scenarier
Ett antal scenarier har simulerats utifrån ursprungsmodellen. Resultaten från dessa scenarier
har sedan tagits ut och presenterats som vattenståndsprofiler, vattenstånd i specifika
sektioner, shape-filer för översvämningsytor samt shape-filer som visar vattenhastighet, flöde
och vattenstånd i varje sektion.
3.1
Scenario A – ursprunglig modell
Vattenstånden för ett urval av flödena i tabell 1 har i scenario A beräknats för befintlig
dikesutformning, detta efter kalibrering av modellen med tidigare beskrivna
kalibreringsflöden. Utdata presenteras i form av vattenståndsprofiler, sektioner, shape-filer för
översvämningsytor vid de största flödena samt shape-fil som visar vattenhastighet, flöde och
vattenstånd i varje sektion.
3.2
Scenario B – varierat underhåll
I scenario B har Mannings tal, råheten, ändras längs hela sträckan för att jämföra en igenväxt
sektion (Mannings tal = 10) med en väl underhållen sektion (M = 30). Ett antal flöden från
5 (8)
Vattenenheten
tabell 1 har valts ut för jämförelsen. Utdata presenteras även här i form av
vattenståndsprofiler, sektioner, shape-filer för översvämningsytor vid de största flödena samt
shape-filer som visar vattenhastighet, flöde och vattenstånd i varje sektion.
3.3
Scenario C – 2-stegsdike
I scenario C har en åtgärd i form av ett så kallat 2-stegsdike anlagts på en del av
modellsträckan, se figur 3. 2-stegsdiket har konstruerats utifrån befintlig sektion. Vid
medelvattennivån (MW, som uppstår vid flödet MQ från tabell 1) har terrasser på båda sidor
av mittfåran konstruerats. Terrassens bredd har beräknats utifrån dagbredden vid MW.
Vardera sidans terrassbredd är dagbredd vid MW multiplicerat med 1,5. Släntlutningen från
terrassen upp till markytan är ansatt till lutningen 1:1,5. Principskiss för 2-stegsdiket visas i
figur 2.
Figur 2 – Principskiss 2-stegsdike. Röd sektion visar ursprungssektion. Blå sektion visar 2-stegsdikets
sektion.
6 (8)
Vattenenheten
Figur 3 - Modellsträcka markerad med blå linje. Sträcka med 2-stegsdike markerad med grönt.
4
Resultat
Resultatet av beräkningarna presenteras både i profil och plan. Profilerna har tagits fram
direkt ur HEC-RAS och presenteras som vattenståndsprofiler för respektive delsträcka.
Plankartorna har tagits fram med hjälp av framräknade nivåer och laserskannat höjddata från
nya nationella höjdmodellen (NNH). Efter att beräkningarna gjorts i HEC-RAS illustreras
vattennivåernas utbredning på omkringliggande marker med hjälp av RAS-Mapper. Dessa
ytor exporteras sedan till shape-filer som presentaras i ArcGIS tillsammans med höjddata.
7 (8)
Vattenenheten
5
Bilagor
5.1
Levererade Data
Data levereras separat av Jordbruksverket till Länsstyrelsen i digital form.
5.1.1



5.1.2



5.1.3



5.1.4

Scenario A
Två word-filer med översiktskarta, vattenståndsprofiler samt sektioner.
3 shape-filer med översvämmade ytor.
15 shape-filer med punktdata för varje sektion.
Scenario B
En word-fil med översiktskarta, vattenståndsprofiler samt sektioner.
10 shape-filer med översvämmade ytor.
6 shape-filer med punktdata för varje sektion.
Scenario C
En word-fil med översiktskarta, vattenståndsprofiler samt sektioner.
7 shape-filer med översvämmade ytor.
2 shape-filer med punktdata för varje sektion.
Modellresultat för alla scenarier
En excel-fil med sammanställning av utdata från HEC-RAS beräkningarna. Flöde,
vattennivå och vattenhastighet för samtliga scenarier.
8 (8)