1 (28) Förvaltande Enhet Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering Diarie-/Upphandlingsnummer Dokumentnummer TRV 2014/51433 139547-03-025-2 Handläggare/upprättad av (projektör) Granskad (projektör) Godkänd (projektör) Uppdragsnummer (projektör) Caroline Bohlin Fredrick Marelius Stefan Eidissen 7500569000 Handläggare namn/sign. (beställare) Granskad (beställare) Godkänd (beställare) Datum Christina Odén Christina Odén Veronica BergforsRuning 2015-11-26 STOCKHOLMS C - STOCKHOLMS SÖDRA HYDROLOGI 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET Rev Revideringen avser Datum Upprättad av Granskad av Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 2 (28) INNEHÅLLS FÖRTECKNING 1 INLEDNING............................................................................................................................................... 3 1.1 BAKGRUND ............................................................................................................................................... 3 1.2 HÖJDSYSTEM ............................................................................................................................................. 3 1.3 OMRÅDESBESKRIVNING ............................................................................................................................... 4 1.3.1 Mälaren ............................................................................................................................................. 4 1.3.2 Nuvarande Slussen ............................................................................................................................ 7 1.3.3 Nya Slussen........................................................................................................................................ 7 1.4 BOTTENMATERIAL..................................................................................................................................... 10 1.4.1 Tidigare sedimentprovtagningar ..................................................................................................... 10 1.4.2 Sedimentprovtagning Sweco, 2014 ................................................................................................. 10 1.4.3 Metodik ........................................................................................................................................... 12 1.5 HYDRAULISK MODELL ................................................................................................................................ 12 1.5.1 Inledning .......................................................................................................................................... 12 1.5.2 Beräkningsscenarier ........................................................................................................................ 12 1.5.3 Beräkningsnät ................................................................................................................................. 14 1.5.4 Begränsningar ................................................................................................................................. 15 1.5.5 Randvillkor....................................................................................................................................... 15 1.5.6 Känslighetsanalys ............................................................................................................................ 15 2 RESULTAT .............................................................................................................................................. 17 2.1 SCENARIO 1: SCHAKTARBETE VID MUNKBROHAMNEN ..................................................................................... 17 2.1.1 Spridning ......................................................................................................................................... 17 2.1.2 Avsättning ....................................................................................................................................... 18 2.2 SCENARIO 2: PÅLNINGSARBETE I NORRSTRÖM OCH SÖDERSTRÖM VID CENTRALBRON ............................................ 19 2.2.1 Spridning ......................................................................................................................................... 19 2.2.2 Avsättning ....................................................................................................................................... 22 2.3 KÄNSLIGHETSANALYS ................................................................................................................................. 25 2.3.1 Spridning ......................................................................................................................................... 25 2.3.2 Avsättning ....................................................................................................................................... 25 3 SLUTSATSER ........................................................................................................................................... 26 4 REFERENSER........................................................................................................................................... 28 Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 1 INLEDNING 1.1 Bakgrund 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 3 (28) Järnvägssträckan mellan Stockholms Central och Stockholms södra, den s.k. Getingmidjan, har nått sin tekniska livslängd och är i behov av upprustning. Som en av landets mest trafikerade sträckor innebär ett stopp här konsekvenser för hela Sveriges järnvägstrafik. Efter att Citybanan är färdigställd kommer samtliga pendeltåg att gå i tunnel mellan Stockholm södra och Tomteboda. Detta innebär att en stor andel av trafiken förbi Riddarholmen försvinner och en reell möjlighet att renovera järnvägssträckan framträder. Sweco har, på uppdrag av Trafikverket, huvudansvaret för planeringen av arbetena. Som en del i detta har en strömningsutredning utförts för broarna kring Norrström och Söderström i centrala Stockholm. Syftet med utredningen är att åskådliggöra strömningsförhållanden kring Centralbron (över Norr- respektive Söderström), vilket utgör underlag inför Ansökan om Tillstånd om Vattenverksamhet. I och med att även Slussen står inför omfattande ombyggnationer studeras inom ramen för denna utredning strömningsförhållandena vid två olika geometrier och flödesscenarier; nuvarande Slussen samt nya Slussen. Denna rapport redovisar sedimentspridningsberäkningarna som utfördes inom ramen av Ansökan om Tillstånd för Vattenverksamhet. Syftet med beräkningarna är att redovisa risken för spridning av sediment under byggfasen på grund av arbete på botten (schaktning, pålning, spontning, osv.). Beräkningarna utfördes med hjälp av den hydrauliska modell som togs fram av Sweco och som presenteras i detalj i rapport om Strömningsberäkningar [1]. 1.2 Höjdsystem I föreliggande rapport används det geodetiska referenssystemet Sweref 99 18 00 för plankoordinater och RH2000 som höjdsystem, om inget annat anges. Mälarens medelvattenyta i fyra väsentliga höjdsystem redovisas i Tabell 1. Mälarens höjdsystem används i befintlig vattendom och definieras av nivån vid västra slusströskeln vid Karls Johans Torg. Omräkning till och från RH2000 görs med samband enligt Tabell 2. Tabellen tolkas på följande sätt: RH2000 [m] – 0,53 m= RH00 [m]. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 4 (28) Tabell 1. Karakteristiska vattenstånd i Mälaren (med nuvarande reglering) i fyra olika höjdsystem. Observera att MHW och MLW är beräknade i en hydrologisk modell av SMHI, medan övriga nivåer är uppmätta värden [2]. Vattenstånd RH2000 [m] Mälarens höjdsystem [m] RH00 [m] RH70 [m] Högsta nivå under reglerad tid (december 2000) +1,42 +4,73 +0,89 +1,25 Medelhögvatten, MHW* +1,14 +4,45 +0,61 +0,97 Medelvattennivå, MW +0,87 +4,18 +0,34 +0,70 Medellågvatten, MLW* +0,73 +4,04 +0,2 +0,56 Lägsta nivå under reglerad tid (oktober 1976) +0,41 +3,72 -0,12 0,24 Tabell 2. Samband mellan fyra olika höjdsystem i förhållande till RH2000 gällande Stockholm. RH2000 [m] Mälarens höjdsystem [m] RH00 [m] RH70 [m] 0 +3,31 -0,53 -0,17 1.3 Områdesbeskrivning 1.3.1 Mälaren Mälaren är Sveriges till ytan tredje största sjö och har ett avrinningsområde på ca 22 600 km2. De största tillrinnande vattendragen är Eskilstunaån, Arbogaån, Hedströmmen, Kolbäcksån och Fyrisån. Mälaren har reglerats sedan 1943 baserat på en dom från 1941. Syftet var att minska antalet höga vattenstånd, dock ledde detta till för låga vattenstånd och därför omarbetades domen 1966. Ytterligare justering av vattenhushållningsbestämmelserna har därefter skett genom en vattendom från 1989, denna dom medförde dock enbart marginella skillnader. Gällande vattendom redovisas i Tabell 3. Mälarens vattenstånd regleras genom att luckor öppnas och stängs i Norrström (Riksbron och Stallkanalen), Söderström (avtappningskanalen och Karl Johansslussen) samt Hammarby sluss i Stockholm. Reglering kan även ske i Södertälje, genom Södertälje sluss och genom en kulvert från slusskanalen till Maren. Lokalisering av dessa avbördningsanordningar redovisas i Figur 1. Området som studeras inom ramen för denna utredning är Mälarens utlopp i Saltsjön, se Figur 2. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 5 (28) Tabell 3. Mälarens vattendom i korthet. Den i tabellen angivna totala avtappningskapaciteten från Mälaren anges för de olika avtappningsställena vid högvatten i Mälaren, ca +1,39 m/4,70 m och havsvattenståndet +0,17 m/3,48 m [1]. Vattenstånd Mälaren [m] RH2000 [m] Mälarens höjdsystem [m] 0,69-0,74 4,00-4,05 Tätning <4,10 Samtliga dammluckor och övriga tappställen i Södertälje och Stockholm stängda (Maren dock alltid öppen) 0,79-0,89 4,10-4,20 Tappning sker genom Norrström (Riksbron och Stallkanalsdammarna) för att eftersträva vattenståndet 4,15 m >0,89 >4,20 Riksbron och Stallkanalen hålls fullt öppna. Totalt ca 370 m3/s >0,94 >4,25 Avtappningskanalen vid Karl Johans torg och kulvert vid Skanstull öppna. Totalt ca 510 m3/s >1,19 >4,50 Karl-Johansslussen helt öppen. Totalt ca 650 m3/s >1,29 >4,60 Avtappning vid slussarna i Hammarby och Södertälje (70+70 m3/s). Totalt ca 800 m3/s <0,79 Åtgärd/tappning Översvämningsriskerna runt Mälaren är idag oacceptabelt stora, vilket beror på att avbördningskapaciteten är för liten. Det går därmed inte att tappa ut tillräckligt mycket vatten från Mälaren till havet när tillrinningen är hög. Därför planeras en ombyggnation av avbördningsanordningarna vid Slussen (avtappningskanalen och Karl Johansslussen) samt en ökning av kapaciteten i Hammarbykanalen. Högflödet i december år 2000 orsakade betydande problem i Mälaren och tydliggjorde behovet av ökad tappningskapacitet. Säkerhetsproblem till följd av höga vattennivåer kan uppstå t.ex. i Stockholms tunnelsystem och i tunnelbanan. I och med ombyggnationen kommer Mälarens reglering att behöva modifieras. Syftet med regleringen är att minska riskerna för översvämningar runt Mälaren, minska risker för låga vattennivåer samt förhindra saltvatteninträngning. Detta arbete ingår i Stockholm stads Projekt Slussen, en mycket omfattande ombyggnation där hela den nuvarande konstruktionen måste ersättas i och med att den nått sin tekniska livslängd. SMHI har på uppdrag av Stockholms stad föreslagit en ny regleringsstrategi [2]. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 6 (28) Figur 1. Mälarens avrinningsområde och dess utlopp. Platser där avbördning sker redovisas med röda cirklar [2]. Figur 2. Flygbild över Mälarens utlopp i Saltsjön från Riddarfjärden. Avbördningsanordningarna vid Riksbron, Stallkanalen och Slussen (avtappningskanalen och Karl Johansslussen) visas med röda cirklar. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 1.3.2 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 7 (28) Nuvarande Slussen Nuvarande Slussen togs i drift år 1935 med Karl Johansslussen för båttrafik och en avtappningskanal för reglering av Mälarens vattenstånd. Vid höga vattenflöden används även Karl Johansslussen för reglering. Karl Johansslussen är ca 120 m lång och 10 m bred. Den västra slusströskelns nivå är ca -3,3 m och övrig kanalbotten ligger på nivån ca -3,6 m. Avtappningskanalen är ca 10 m bred och har bottennivån ca -3,3 m. Beräknad nuvarande avtappningskapacitet för Mälarens avbördningsanordningar redovisas i Tabell 4. Således är det sammanlagda flödet i Norr- och Söderström 641 m3/s. Tabell 4. Beräknad nuvarande avtappningskapacitet per utlopp vid fullt öppen lucka och vattenståndet +1,39 m i Mälaren och +0,17 i Saltsjön. För slussarna i Hammarby och Södertälje avses maximalt tillåtet flöde enligt vattendom [3]. Utlopp Flöde [m3/s] Riksbron 244 Stallkanalen 123 Avtappningskanalen 126 Karl Johansslussen 148 Hammarbyslussen 70 Kulvert Skanstull (stängningsbar) 7 Södertäljeslussen 70 Kulvert Maren, Södertälje (ej stängningsbar) 6 Totalt 794 Flödesfördelning Norr/Söderström Norrström: 367 m3/s Söderström: 274 m3/s Lucknivåerna för öppna luckor i Riksbron och Stallkanalen är -4,1 m respektive 1,72 m (baserat på ritningar erhållna från Stockholms Hamnar). Ingen information om eventuell renovering av dessa avbördningsanordningar i samband med att avbördningskapaciteten vid Slussen byggs ut har erhållits. Eftersom samma tappning anges efter byggnation av nya Slussen har det antagits att ingen ombyggnad är planerad för Riksbron eller Stallkanalen. 1.3.3 Nya Slussen Karl Johansslussen kommer att rivas och ersättas med en ny ca 12 m bred slusskanal med konstant bottennivå ca -4,3 m strax söder om den nuvarande. På norra sidan om slusskanalen byggs en ca 35 m bred avtappningskanal och på södra sidan en ca 33 m bred avtappningskanal. Bottennivåer i dessa kanaler planeras bli ca -4,3 m och -4,8 m uppströms respektive nedströms luckorna (enligt ritningar K1210-00-20000-1001 och K2-330-00-20000-0030 inhämtade från projektdatabasen IDA). Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 8 (28) Beräknad framtida avtappningskapacitet för Mälarens avbördningsanordningar redovisas i Tabell 5. De två djuphålarna i sjöbottnen uppströms kanalområdet kommer delvis att fyllas ut, se Figur 3. Djuphålan mellan tunnelbanebron och den nuvarande undervattensbanken mellan Sjöbergsplan och Kornhamnskajen är ca 19 m djup och ska fyllas upp till nivån -11,5 m. Djuphålan mellan banken och kanalområdet är ca 15 m djup och avses bli utfylld till nivån ca -4,3 m, dvs. samma nivå som bottnen i inloppet till avtappningskanalerna och Slussen. Syftet med utfyllnaden av dessa djuphålor är att få bättre inströmningsförhållanden till Slussen och avtappningskanalerna. Schakt ska även utföras nedströms tunnelbanebron för att bereda utrymme för södra avtappningskanalen, se Figur 4. I denna figur redovisas även de områden där kajlinjen kommer att flyttas ut genom utfyllnad i sjön. Detta gäller västra Mälarkajen, mellan gatubron över Söderström och tunnelbanebron, samt Kornhamnskajen. Det ska även byggas en gång- och cykelbro längs tunnelbanebrons östra sida från Gamla Stan till Södermalm. Tabell 5. Beräknad framtida avtappningskapacitet per utlopp vid fullt öppen lucka och vattenståndet +1,39 m i Mälaren och +0,17 i Saltsjön. För slussarna i Hammarby och Södertälje avses maximalt tillåtet flöde enligt vattendom [3]. Utlopp Flöde [m3/s] Riksbron 244 Stallkanalen 123 Slussen, norra och södra avtappningskanalen 1222 Slussen, slusskanalen 209 Hammarbyslussen 140 Kulvert Skanstull (stängningsbar) 7 Södertäljeslussen 70 Kulvert Maren, Södertälje (ej stängningsbar) 6 Totalt 2021 Flödesfördelning Norr/Söderström Norrström: 367 m3/s Söderström: 1431 m3/s Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 9 (28) Figur 3. Planerade bottenutfyllnader (ljusbrun färg) uppströms Slussen [3]. Figur 4. Plan över schakter (blåmarkering) och utfyllnader (rödmarkering) för nya anslutande kajer [3]. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 1.4 Bottenmaterial 1.4.1 Tidigare sedimentprovtagningar 2015-11-26 REV. 10 (28) Våren 2008 utförde Marin Miljöanalys AB sedimentprovtagningar i två delområden [4]. Det första området utgjordes av Mälaren, från västra sidan av Stora Essingen via Riddarfjärden österut till Slussen. Provtagningsområdet i Mälaren ses i Figur 5. Om detta område kan det konstateras att bottensedimentet består av framförallt lera och lergyttja med inslag av grövre kornstorlekar i några provtagningspunkter. Figur 5. Sedimentprovtagning i Riddarfjärden. Röda markeringar är insamlade prover och blå markeringar är ej insamlade prover [4]. 1.4.2 Sedimentprovtagning Sweco, 2014 Hösten 2014 utförde Sweco Environment AB sedimentprovtagningar av bottensediment vid Centralbron vid Norr- respektive Söderström [5]. Det konstaterades att bottenmaterialet i Norrström består av sand, stenar och block, medan Söderströms bottenmaterial utgörs av finkornigare material, framförallt lera. Detta används som underlag för framtagning av lämpligt värde på bottenfriktion. Platser för sedimentprovtagning (6 provpunkter) inklusive materialbenämningar redovisas i Figur 6. Siktkurvor för fyra prov redovisas i Figur 7. För sediment från provpunkterna GS8 och GS10 har siktanalys ej utförts, men benämning har fastställts till grusig sand respektive siltig sand. Observera att GS7 och GS9 bara innehåller sandigt material pga. provtagningsmetod (analyserad mängd 200-300 g, djup ca 0,1 m). Provmängden är inte tillräcklig för att uppfylla kraven enligt aktuell standard. Information från sediment-provtagning samt observationer tyder på att det i Norrström förmodligen finns grövre material på bottens yta medan finare fraktioner kan påträffas i djupare sedimentlager, särskilt i områden med högre strömningshastigheter (t.ex. under Centralbron). Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 11 (28) Figur 6. Lokalisering av punkter (röda markeringar) för sedimentprovtagning. T.h. Benämning sediment från provtagning [5]. Figur 7. Siktkurvor från sedimentprovtagning [5]. Enligt ovanstående siktkurvor har bottenmaterialet som analyserades en medeldiameter d50 på ca 0,07 mm och 0,4 mm i Söderström respektive Norrström. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 1.4.3 Metodik 1.5 Hydraulisk modell 1.5.1 Inledning 2015-11-26 REV. 12 (28) Den hydrauliska modellen skapades med programmet TELEMAC och redovisas i detalj i rapporten Strömningsberäkningar [1]. Modellens batymetri bygger på en terrängmodell som togs fram utifrån ekolodningar i Riddarfjärden, Söderström, Norrström och Saltsjön. Två olika versioner av terrängmodellen skapades för att kunna beskriva den nuvarande geometrin samt framtida geometri med ny utformning av Slussen. Metodiken för att ta fram terrängmodellen redovisas i detalj i rapporten Strömningsberäkningar [1]. TELEMACs modul SISYPHE beräknar sedimenttransport i två dimensioner (bottentransport och/eller suspension) för alla typer av material (friktionsmaterial, kohesiva jordar eller en blandning av dessa) och simulerar förändringarna på botten till följd av erosion eller avsättning av transporterat material. Det bör noteras att strömningsförhållandena i Söderström beskrivs bättre i tre dimensioner på grund av den kraftigt varierande bottengeometrin. Utförda tvådimensionella spridningsberäkningar i Söderström kan emellertid antas vara konservativa med hänsyn till spridning nedströms åt eftersom bottensediment sprids i strömmen vid en medelhastighet som är större än de verkliga bottenhastigheterna vid broläget. Den simulerade spridningen kan då antas vara större än i ett verkligt scenario. 1.5.2 Beräkningsscenarier Arbete kan komma att ske under hela året, vilket innebär att höga flöden kan förekomma vid arbete på botten. Dessutom kan det inte uteslutas att visst arbete utförs efter att ombyggnationsarbetet för den nya Slussen är klart. Spridningsberäkningar har därför utförts i konfigurationen med den nya Slussen och vid den maximala avtappningskapaciteten. Två typer av spridningsscenarier har studerats: Spridning av sediment på grund av schaktningsarbete vid Munkbrohamnen, Spridning av sediment på grund av pålningsarbete i Norrström och Söderström vid Centralbron. Schaktarbete vid Munkbrohamnen Antaget spridningsscenario baseras på att en grävmaskin schaktar material längs kajlinjen på en yta av 2 x 50 m och över ett djup av 2 m på 8 timmar, vilket motsvarar en volym på 200 m3/dag. Enligt Naturvårdsverket [6] är spillet vid muddring i storleksordningen 0-5% av de muddrade massorna. Därför har det antagits att 5% av 200 m3, dvs. 10 m3/dag, släpps ut i Mälaren. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 13 (28) Utifrån ritningar tillgängliga på projektdatabasen IDA har materialet längs Munkbrohamnen fastställts till grus. Det har emellertid antagits att materialet består av sandigt material (likt det som har identifierats i Norrström, prov GS7 och GS9) och siltigt material (likt det som har identifierats i Söderström, prov GS5 och GS6) vilket är ett konservativt antagande. Utifrån tillgängliga siktkurvor (se kapitel 1.4.2) kan medeldiametern uppskattas till 0,07 mm för silt och 0,4 mm för sand. Vidare har det antagits att varje fraktion utgör 50% av den totala schaktsvolymen. Utifrån erfarenhet från beräkningar utförda för liknande strömningsförhållanden kan sanden förväntas avsättas i utsläppspunktens omedelbara närhet. Därför har spridningsberäkningarna utförts för enbart silt. Utsläppsvolym av silt motsvarar 5 m3/8 h vilket motsvarar ungefär 0,374 kg/s i snitt under 8 h. Inget utsläpp sker utanför arbetstid. Utsläppspunkten är placerad vid strömningshastigheterna är som högst. Munkbrohamnens södra hörn, där Pålningsarbete i Norrström och Söderström vid Centralbron Antaget spridningsscenario baseras på att fyra stycken pålar grundläggs vid broläget under 8 h. Pålarna antas ha en diameter på 0,75 m och grundläggs på 2 m djup vilket innebär att en volym av ca 0,9 m3 ska grävas ur per påle, dvs. totalt ca 3,6 m3 för fyra pålar under en arbetsdag. Vidare har det antagits att 100% av den utgrävda volymen sprids i strömmen (konservativt antagande). Utifrån tillgängliga siktkurvor (se kapitel 1.4.2) utgörs bottensedimentet i Norrström av sandigt material med en medeldiameter av ca 0,4 mm (prov GS7 och GS9). Finmaterialet (d < 0,06 mm) utgör maximalt ca 20% av volymen. Som nämnts ovan förväntas endast den finare fraktionen spridas med strömmen, de större partiklarna (sand och till större grad stenar och block) avsätts i närheten av utsläppspunkten. I Söderström utgörs bottensedimentet av finmaterial (d50 ≈ 0,07 mm, prov GS5 och GS6). Spridningsberäkningarna i Norrström har därför utförts med antagandet att en volym av siltmaterial på ca 0,72 m3 (20% av 3,6 m3) sprids i strömmen, vilket motsvarar ca 0,05 kg/s under 8h. Spridningsberäkningarna i Söderström har utförts med antagandet att en volym av siltmaterial på ca 3,6 m3 sprids i strömmen på 8h, vilket motsvarar ca 0,25 kg/s under 8h. Inget utsläpp antas ske utanför arbetstid. Tre utsläppspunkter har simulerats (två i Norrström, en vid vänster strand och en vid höger strand, samt en i Söderström). Utsläppspunkterna motsvarar läget där strömningshastigheterna är som högst. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 1.5.3 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 14 (28) Beräkningsnät Använt beräkningsnät motsvarar en mindre omfattande version av den som skapades för geometrin med den nya Slussen, se rapport Strömningsberäkningar [1]. Nedströms randen har flyttats uppströms åt i Norrström, till luckornas läge vid Riksbron och i Stallkanalen. I Söderström ligger den nya randen direkt uppströms inloppet till de nya avtappningskanalerna. Vidare har även beräkningsnätet förenklats något kring tunnelbanebron, där bropelare har tagits bort. Syftet var att undvika områden med stora hastighetsskillnader, vilket tenderar att vara svårhanterat vid spridningsberäkningarna (luckorna i Norrström utgör gränsen mellan Mälaren och Saltsjön och ingen avsättning kan rimligtvis förväntas ske i Slussens avtappningskanaler p.g.a. höga hastigheter). Modelldomänens utbredning redovisas i Figur 8. Figur 8. Modelldomän med geometri för nuvarande Slussen med uppströms och nedströms rand. Det tvådimensionella beräkningsnätet består av ca 26 700 beräkningsnoder och ca 50 200 element i ett triangulärt s.k. ”flexible mesh”. Beräkningscellernas sidlängd är ca 1 m kring konstruktionerna vid Slussen samt runt bropelare. I områden där små cellstorlekar krävs för att batymetrin ska kunna representeras på ett godtagbart sätt, t.ex. vid Citybanans sänktunnel, kajområden i närheten av de studerade bropelarna, Stallkanalens och Riksbrons luckor samt vid övriga bottenkonstruktioner har sidlängden 2 m ansatts. Längs övriga kajområden är sidlängden ca 2-5 m. I Riddarfjärden varierar sidlängden mellan 10 m längs strandlinjen upp till maximalt 20 m i fjärdens mitt. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 1.5.4 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 15 (28) Begränsningar Strömning under kajer beräknas på samma sätt som vid fri vattenyta, dvs. kajstrukturernas påverkan modelleras ej. Vattenutbyte med Klara sjö ingår ej, då modellranden går vid Stadshusbron. I syfte att underlätta beräkningarna har Centralbron och tunnelbanans bro ej simulerats i beräkningarna. Påverkan på resultat bedöms som försumbar. Beräkningarna kördes under en simuleringsperiod av 24 h varav 8 h med utsläpp av material. Redovisade resultat, framför allt avsättningstjockleken, bör därför tolkas med viss försiktighet vid längre arbetsperioder. 1.5.5 Randvillkor Applicerade randvillkor redovisas i Tabell 6. Randvillkor vid uppströms rand utgörs av inflödet till modelldomänen vid givet scenario. Randvillkoren nedströms utgörs av vattennivåer som har hämtats från den större hydrauliska modellen, se rapport Strömningsberäkningar [1]. Tabell 6. I modellen applicerade randvillkor. Randvillkor – geometri nya Slussen Uppströms 3 Flöde [m /s] 1798 m3/s Söderström Norrström Nivå [m] Nivå [m] Avtappningskanal nord: +0,67 m Lucka Riksbron: +1,31 m Avtappningskanal syd: +0,59 m Lucka Stallkanalen: +0,72 m Slusskanalen: +0,67 m Applicerade utsläppsrandvillkor: Norrström: 0,05 kg/s vid norra och södra stranden under 8 h Söderström: 0,25 kg/s vid Centralbron under 8 h 0,374 kg/s vid Munkbrohamnen under 8 h Utsläppsmaterialet utgörs av silt. Utsläppsmängden är proportionell mot andel siltigt material i det befintliga bottenmaterialet, se kapitel 1.5.2. 1.5.6 Känslighetsanalys En känslighetsanalys utfördes för att jämföra sedimentspridningsutvecklingen mellan ett högflöde och ett mer normalt flödesscenario. I beräkningen i känslighetsanalysen är inflödet 240 m3/s, vilket är maximal avtappning (med helt öppna luckor) i Norrström med Mälarens nivå motsvarande MW [1]. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 16 (28) Lägre vattenföringar vid MW kan inte simuleras i 2D i och med att spridningsförhållandena vid delvis öppna luckor inte kan tas hänsyn till i modellen. Med delvis öppna luckor skulle en avsättning uppstå uppström luckorna och detta kan inte simuleras med tillräckligt god noggrannhet i en 2D-modell. Vattennivån i Mälaren motsvarar medelvattennivån (+0,87 m). Randvillkoren i Norrström utgörs av vattennivåer som beräknats med i den större hydrauliska modellen. Applicerade randvillkor redovisas i Tabell 7. Tabell 7. I modellen applicerade randvillkor för känslighetsanalysen. Randvillkor – geometri nya Slussen Uppströms Norrström Flöde [m3/s] Nivå [m] Lucka Riksbron: +0,82 m 3 240 m /s Lucka Stallkanalen: +0,44 m Applicerat utsläppsrandvillkor i Norrström är 0,05 kg/s vid södra stranden under 8 h. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 17 (28) 2 RESULTAT 2.1 Scenario 1: Schaktarbete vid Munkbrohamnen 2.1.1 Spridning Den maximala koncentrationsplymen för siltmaterial vid schaktningsarbete vid Munkbrohamnen redovisas i Figur 9. Koncentrationen minskar snabbt från utsläppspunkten, och är maximalt ca 0,002 kg/m3 ner till tunnelbanebron. Koncentrationsplymen koncentreras sedan mot norra stranden och den större delen av sedimentet avbördas genom Slussens norra avtappningskanal, där koncentrationen är mindre än 0,001 kg/m3. Figur 9. Maximal koncentrationsplym för siltmaterial i suspension. Utsläpp från Munkbrohamnen. Den röda streckade linjen utgör modellranden. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 2.1.2 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 18 (28) Avsättning Avsättningstjockleken för siltmaterial vid schaktarbete vid Munkbrohamnen redovisas i Figur 10. Beräkningarna visar att siltmaterialet avsätts i områden med låga vattenhastigheter, huvudsakligen vid Centralbrons norra ände samt vid viken som ligger just nedströms Tunnelbanans bro på norra stranden. Med undantag från utsläppspunkten är den maximala avsättningstjockleken ca 5 mm (Centralbron). I andra områden är avsättningstjockleken mindre än 1 mm. Den största delen av det utsläppta materialet transporteras till Saltsjön. Figur 10. Avsättningstjockleken av siltmaterial. Utsläpp från Munkbrohamnen. Den röda streckade linjen utgör modellranden. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 19 (28) 2.2 Scenario 2: Pålningsarbete i Norrström och Söderström vid Centralbron 2.2.1 Spridning Norrström Den maximala koncentrationsplymen för siltmaterial vid pålningsarbete vid Norrströms norra strand visas i Figur 11. Koncentrationen minskar snabbt från utsläppspunkten, och är maximalt ca 0,001 kg/m3 mellan Centralbron och Vasabron. Koncentrationsplymen koncentreras sedan i den norra kanalen mot Riksbron där koncentrationen har minskat ner till ca 0,0005 kg/m 3. En liten andel av materialet förs även in i Stallkanalen, dock med låg koncentration (< 0,0001 kg/m3). Figur 11. Maximal koncentrationsplym för siltmaterial i suspension. Utsläpp från Norrströms norra strand. Den röda streckade linjen utgör modellranden. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 20 (28) Den maximala koncentrationsplymen för siltmaterial vid pålningsarbete vid Norrströms södra strand visas i Figur 12. Koncentrationen minskar snabbt från utsläppspunkten, och är maximalt ca 0,001-0,002 kg/m3 mellan Centralbron och Vasabron. Koncentrationsplymen koncentreras sedan i Stallkanalen, där koncentrationen har minskat till ca 0,0005 kg/m3. En liten andel av materialet transporteras även i den norra kanalen mot Riksbron, dock med låg koncentration (< 0,0001 kg/m3). Figur 12. Maximal koncentrationsplym för siltmaterial i suspension. Utsläpp från Norrströms södra strand. Den röda streckade linjen utgör modellranden. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 21 (28) Söderström Den maximala koncentrationsplymen för siltmaterial vid pålningsarbete vid Centralbron visas i Figur 13. Koncentrationen minskar snabbt från utsläppspunkten, och är maximalt ca 0,002-0,005 kg/m3 mellan Tunnelbanans bro och Slussen. Koncentrationsplymen koncentreras sedan i Slussens norra avtappningskanal men sediment transporteras även i andra kanaler, dock med låg koncentration (< 0,0001 kg/m3). Figur 13. Maximal koncentrationsplym för siltmaterial i suspension. Utsläpp från Centralbron (Söderström). Den röda streckade linjen utgör modellranden. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 2.2.2 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 22 (28) Avsättning Norrström Avsättningstjockleken för siltmaterial vid pålningsarbete vid Norrströms norra strand redovisas i Figur 14. Beräkningarna visar att maximal avsättningstjocklek, undantaget utsläppspunkten, är begränsad (maximalt 0,5 mm) och att siltmaterialet avsätts i områden med låga vattenhastigheter, huvudsakligen nedströms Vasabrons pelare samt framför Helgeandsholmen. Den största delen av det utsläppta materialet transporteras till Saltsjön. Figur 14. Avsättningstjockleken av siltmaterial. Utsläpp från Norrströms norra strand. Den röda streckade linjen utgör modellranden. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 23 (28) Avsättningstjockleken för siltmaterial vid pålningsarbete vid Norrströms norra strand redovisas i Figur 15. Beräkningarna visar att utom vid utsläppspunkten är avsättningstjockleken begränsad (maximalt 0,5 mm) och att siltmaterialet avsätts i områden med låga vattenhastigheter, huvudsakligen i Riddarkanalens mynning, nedströms Vasabrons pelaren samt framför Helgeandsholmen. Den största delen av det utsläppta materialet transporteras till Saltsjön. Figur 15. Avsättningstjockleken av siltmaterial. Utsläpp från Norrströms södra strand. Röd streckad linjen: modellrand. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 24 (28) Söderström Avsättningstjockleken för siltmaterial vid pålningsarbete vid Centralbron i Söderström redovisas i Figur 16. Beräkningarna visar att avsättning av siltmaterialet huvudsakligen sker i utsläppspunktens omedelbara närhet. Resterande del, vilket utgör den största volymen av det utsläppta materialet, transporteras till Saltsjön. Figur 16. Avsättningstjockleken av siltmaterial. Utsläpp från Centralbron (Söderström). Den röda streckade linjen utgör modellranden. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2.3 Känslighetsanalys 2.3.1 Spridning 2015-11-26 REV. 25 (28) Vid flödet 240 m3/s är strömningshastigheterna i Norrström av samma storleksordning som scenario 2, dock något mindre. Detta innebär att sedimentkoncentrationen också ligger i samma storleksordning, dock något mindre och med mindre spridning. Koncentrationsplymen i Figur 17 kan jämföras med Figur 12 i scenario 2. Figur 17. Maximal koncentrationsplym för siltmaterial i suspension vid Q=240 m3/s och Mälarens vattennivå motsvarande MW. Utsläpp från Centralbron (Norrström). 2.3.2 Avsättning Vid flödet 240 m3/s är strömningshastigheterna i Norrström av samma storleksordning som scenario 2, dock något mindre. Detta innebär att avsättningstjockleken är högre och att avsättning sker över ett något större område. Andelen material som deponeras inom modelldomänen är ca 4-5 gånger högre jämfört med scenario 2. Avsättningstjockleken i Figur 18 kan jämföras med Figur 15 i scenario 2. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 26 (28) Figur 18. Avsättningstjockleken av siltmaterial vid Q=240 m3/s och Mälarens vattennivå motsvarande MW Utsläpp från Centralbron (Söderström). 3 SLUTSATSER Denna rapport redovisar sedimentspridningsberäkningarna som utfördes inom ramen av Ansökan om Tillstånd för Vattenverksamhet. Syftet med beräkningarna är att redovisa risken för spridning av sediment under byggfasen på grund av arbete på botten (schaktning, pålning, spontning osv.). Arbete kan komma att ske under hela året, vilket innebär att höga flöden kan förekomma vid arbete på botten. Dessutom kan det inte uteslutas att visst arbete utförs efter att ombyggnationsarbetet för den nya Slussen är klart. Spridningsberäkningar har därför utförts i konfigurationen med den nya Slussen och vid den maximala avtappningskapaciteten. Två typer av spridningsscenarier har studerats: Spridning av sediment på grund av schaktarbete vid Munkbrohamnen Spridning av sediment på grund av pålningsarbete i Norrström och Söderström vid Centralbron Utifrån utförda sedimentprovtagningar har konservativa antaganden om sedimentegenskaper och spridningsvolym gjorts för spridningsberäkningarna, se kapitel 1.5.2. Sandigt material har inte beaktats i beräkningar (erfarenhet av liknande beräkningar visar att sanden förväntas avsättas i utsläppspunktens omedelbara närhet). Därför har spridningsberäkningarna utförts för enbart siltmaterial. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 27 (28) Simulering av schaktsarbete vid Munkbrohamnen visar att koncentrationen av suspenderat siltmaterial minskar snabbt från utsläppspunkten, och är maximalt ca 0,002 kg/m3 ner till tunnelbanebron. Beräkningarna visar att siltmaterialet avsätts i områden med låga vattenhastigheter, huvudsakligen vid Centralbrons norra ände samt vid viken som ligger just nedströms Tunnelbanans bro på norra stranden. Med undantag från utsläppspunkten är den maximala avsättningstjockleken ca 5 mm (Centralbron). Den större delen av det utsläppta sedimentet avbördas genom Slussens norra avtappningskanal. Simulering av pålningsarbete i Norrström vid Centralbron (norra och södra strand) visar att koncentrationen av suspenderat siltmaterial minskar snabbt från utsläppspunkten, och är maximalt ca 0,001-0,002 kg/m3 mellan Centralbron och Vasabron. Beräkningarna visar att maximal avsättningstjocklek, undantaget utsläppspunkten, är begränsad (maximalt 0,5 mm) och att siltmaterialet avsätts i områden med låga vattenhastigheter, huvudsakligen nedströms Vasabrons pelare, i Riddarkanalens mynning samt framför Helgeandsholmen. Den största delen av det utsläppta materialet transporteras till Saltsjön. Simulering av pålningsarbete i Söderström vid Centralbron visar att koncentrationen av suspenderat siltmaterial minskar snabbt från utsläppspunkten, och är maximalt ca 0,002-0,005 kg/m3 mellan Tunnelbanans bro och Slussen. Beräkningarna visar att avsättning av siltmaterialet huvudsakligen sker i utsläppspunktens omedelbara närhet. Den större delen av det utsläppta sedimentet avbördas genom Slussens norra avtappningskanal. Känslighetsanalysen i Norrström visar att vid lägre flöde (240 m3/s) och Mälarens vattennivå motsvarande MW minskar både sedimentkoncentrationen och spridningen medan andelen deponerat material ökar jämfört med scenario 2. Det bedöms att dessa tendenser framstår tydligare vid lägre flöden. Större avsättning kan ske strax uppströms luckorna då dessa är delvis eller helt stängda. Utskrivet: 2015-11-24 07:20 139547-03-025-2 TRAFIKVERKET Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering 4 139547 SEDIMENTSPRIDNINGSBERÄKNINGAR HYDROLOGI UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2015-11-26 REV. 28 (28) REFERENSER [1] Stockholms C – Stockholms Södra – Hydrologi – 139547 Strömningsberäkningar – Underlag inför ansökan om tillstånd för vattenverksamhet. Sweco Energuide AB. 2015-04-17. Uppdragsnummer 7500569000. Dokumentnummer 139547-03-025-1. [2] Projekt Slussen – Förslag till ny reglering av Mälaren. Rapport nr 2011-64. SMHI, 2011-12-21. [3] Teknisk beskrivning för vattenverksamhet. Projekt Slussen. Uppdragsnummer 1150640. Sweco Environment/Infrastructure AB, 2011-12-21. [4] Rapport miljöprovtagning Slussen. Marin Miljöanalys AB, 2008-05-13. [5] Stockholms C – Stockholms Södra – KM 0+200-2+050 – Miljö – Sediment – Underlag inför ansökan om tillstånd för vattenverksamhet. Sweco Environment AB. 2014-12-20. Uppdragsnummer 7500569000. Dokumentnummer 139547-04-061-3. [6] Miljöeffekter vid muddring och dumpning. Rapport 5999. Naturvårdsverket, 2009. Utskrivet: 2015-11-24 07:20