Stockholms C - Stockholms Södra

1 (74)

Förvaltande Enhet Diarie-/Upphandlingsnummer Dokumentnummer Investering, Projekt Getingmidjan CST-SST Reinvestering TRV 2014/51433 139547-03-025-1 Handläggare/upprättad av Granskad (projektör) Godkänd (projektör) Uppdragsnummer (projektör) (projektör)

Caroline Bohlin Fredrick Marelius Stefan Eidissen 7500569000 Handläggare namn/sign. Granskad (beställare) Godkänd (beställare) Datum (beställare) Veronica Bergfors- Christina Odén Christina Odén Runing 2015-11-26

STOCKHOLMS C - STOCKHOLMS SÖDRA

HYDROLOGI

139547 STRÖMNINGSBERÄKNINGAR

UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET

Rev Revideringen avser Datum Upprättad av Granskad av

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

TRAFIKVERKET 139547-03-025-1 Investering, Projekt 139547 STRÖMNINGSBERÄKNINGAR 2015-11-26 Getingmidjan CST-SST HYDROLOGI REV. Reinvestering UNDERLAG INFÖR ANSÖKAN OM TILLSTÅND FÖR VATTENVERKSAMHET 2 (74)

INNEHÅLLS FÖRTECKNING

1 INLEDNING ...... 4

1.1 BAKGRUND ...... 4 1.2 HÖJDSYSTEM ...... 4 1.3 OMRÅDESBESKRIVNING ...... 5 1.3.1 Mälaren ...... 5 1.3.2 Nuvarande Slussen ...... 8 1.3.3 Nya Slussen...... 9 1.3.4 Effekter av förändrad reglering ...... 11 1.3.5 Högflödet år 2000 ...... 13 1.4 BOTTENMATERIAL ...... 15 1.4.1 Tidigare sedimentprovtagningar ...... 15 1.4.2 Sedimentprovtagning Sweco, 2014 ...... 15 2 METODIK ...... 17

2.1 UPPBYGGNAD AV TERRÄNGMODELL ...... 17 2.1.1 Syfte ...... 17 2.1.2 Underlag ...... 17 2.1.3 Ekolodningar ...... 18 2.1.4 Användning av brodata ...... 19 2.1.5 Citybanans sänktunnel ...... 22 2.1.6 Förändrad geometri för den nya Slussen ...... 23 2.1.7 Terrängmodeller ...... 23 2.2 UPPRÄTTANDE AV HYDRAULISK MODELL ...... 25 2.3 BERÄKNING AV BOTTENSKJUVSPÄNNING ...... 29 2.4 BERÄKNING AV PONTONERS DÄMNINGSEFFEKT I NORR- RESPEKTIVE SÖDERSTRÖM ...... 32 2.4.1 Pontonkonfiguration i Norrström ...... 32 2.4.2 Pontonkonfiguration i Söderström ...... 33 2.4.3 Beräkningsmetodik ...... 33 2.5 BERÄKNING AV DÄMNING PGA. SPONTNING I NORRSTRÖM ...... 35 3 RESULTAT ...... 36

3.1 SCENARIO 1: NUVARANDE SLUSSEN ...... 36 3.1.1 Hydraulik ...... 36 3.1.2 Erosionsrisk...... 41 3.2 SCENARIO 2: NYA SLUSSEN ...... 45 3.2.1 Hydraulik ...... 45 3.2.2 Erosionsrisk...... 50 3.3 KÄNSLIGHETSANALYS ...... 54 3.3.1 Inverkan av batymetrikorrigering uppströms Centralbron i Norrström ...... 54 3.3.2 Inverkan av sedimentationsbassäng i Norrström ...... 54 3.3.3 Inverkan av z-nivå för beräkning av bottenskjuvspänning ...... 56 3.3.4 Inverkan av lägre ekvivalent sandråhet i Söderström ...... 59 3.3.5 Inverkan av batymetrikorrigering vid Citybanans sänktunnel...... 60 3.4 PONTONERS DÄMNINGSEFFEKT I NORR- RESPEKTIVE SÖDERSTRÖM...... 62 3.4.1 Norrström ...... 62 3.4.2 Söderström ...... 66 3.5 DÄMNING PGA. SPONTNING I NORRSTRÖM...... 67 4 SLUTSATSER ...... 69

4.1 UPPDRAGSBESKRIVNING ...... 69

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

4.2 HYDRAULIK ...... 69 4.2.1 Scenario 1 ...... 69 4.2.2 Scenario 2 ...... 69 4.2.3 Översvämningsrisker ...... 69 4.3 EROSIONSRISK ...... 70 4.3.1 Bedömningsmetod ...... 70 4.3.2 Scenario 1 ...... 70 4.3.3 Scenario 2 ...... 71 4.4 PONTONERS DÄMNINGSEFFEKT ...... 72 4.4.1 Norrström ...... 72 4.4.2 Söderström ...... 72 4.5 DÄMNINGSEFFEKT PGA. SPONTNING AV CENTRALBRONS BROSTÖD I NORR- OCH SÖDERSTRÖM ...... 73 4.6 ERFORDERLIGT UNDERLAG FÖR FÖRFINAT RESULTAT ...... 73 5 REFERENSER...... 74

Bilagor

1. Utökad modellbeskrivning

2. Scenario 1: Nuvarande Slussen – Centralbron Norrström – Hastigheter vid vattenytan

3. Scenario 1: Nuvarande Slussen – Centralbron Söderström – Hastigheter vid vattenytan

4. Scenario 1: Nuvarande Slussen – Centralbron Norrström – Hastigheter vid botten

5. Scenario 1: Nuvarande Slussen – Centralbron Söderström – Hastigheter vid botten

6. Scenario 1: Nuvarande Slussen – Centralbron Norrström – Bottenskjuvspänningar

7. Scenario 2: Nya Slussen – Centralbron Norrström – Hastigheter vid vattenytan

8. Scenario 2: Nya Slussen – Centralbron Söderström – Hastigheter vid vattenytan

9. Scenario 2: Nya Slussen – Centralbron Norrström – Hastigheter vid botten

10. Scenario 2: Nya Slussen – Centralbron Söderström – Hastigheter vid botten

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

1 INLEDNING

1.1 Bakgrund

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 denna utredning 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. Mälarens högsta vattennivå enligt dom får inte ändras under byggtiden utan det är nuvarande tillstånd som gäller. Däremot har Stockholm Stad viss möjlighet att använda alternativa tappningsställen vid specifika arbeten på slussarna. Detta är ett avsteg från nu gällande dom, där tappningsordningen är specificerad mot givna vattenstånd. I och med detta har inte byggskedet studerats som ett separat scenario, utan antas motsvara de förhållanden som gäller för nuvarande Slussen.

1.2 Höjdsystem

I föreliggande rapport används det geodetiska referenssystemet Sweref 99 18 00 för plankoordinater och RH2000 som höjdsystem, om inget annat anges. Karakteristiska vattenstånd 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.

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 [1]. Mälarens RH2000 RH00 RH70 Vattenstånd höjdsystem [m] [m] [m] [m] Högsta nivå under reglerad tid +1,42 +4,73 +0,89 +1,25 (december 2000) Medelhögvatten, MHW* +1,14 +4,45 +0,61 +0,97

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

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 +0,41 +3,72 -0,12 0,24 (oktober 1976)

Omräkning till och från RH2000 görs med samband enligt Tabell 2. Tabellen tolkas på följande sätt: RH2000 [m] – 0,53 m= RH00 [m].

Tabell 2. Samband mellan fyra olika höjdsystem i förhållande till RH2000 gällande Stockholm. RH2000 Mälarens höjdsystem RH00 [m] RH70 [m] [m] [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 vattenhushållnings- bestämmelserna 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 Johans- slussen) 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.

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] Mälarens RH2000 Åtgärd/tappning höjdsystem [m] [m] 0,69-0,74 4,00-4,05 Tätning Samtliga dammluckor och övriga tappställen i <0,79 <4,10 Södertälje och Stockholm stängda (Maren dock alltid öppen) 0,79-0,89 4,10-4,20 Tappning sker genom Norrström (Riksbron och

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Stallkanalsdammarna) för att eftersträva vattenståndet 4,15 m Riksbron och Stallkanalen hålls fullt öppna. >0,89 >4,20 Totalt ca 370 m3/s Avtappningskanalen vid Karl Johans torg och >0,94 >4,25 kulvert vid Skanstull öppna. Totalt ca 510 m3/s >1,19 >4,50 Karl-Johansslussen helt öppen. Totalt ca 650 m3/s Avtappning vid slussarna i Hammarby och >1,29 >4,60 Södertälje (70+70 m3/s). Totalt ca 800 m3/s

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 [1].

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 1. Mälarens avrinningsområde och dess utlopp. Platser där avbördning sker redovisas med röda cirklar [1].

Figur 2. Flygbild över Mälarens utlopp i Saltsjön från Riddarfjärden. Avbördnings- anordningarna vid Riksbron, Stallkanalen och Slussen (avtappningskanalen och Karl Johansslussen) visas med röda cirklar.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

1.3.2 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 [2]. Utlopp Flöde [m3/s] Flödesfördelning Norr/Söderström Riksbron 244 Norrström: 367 m3/s Stallkanalen 123 Avtappningskanalen 126 Söderström: 274 m3/s Karl Johansslussen 148 Hammarbyslussen 70 Kulvert Skanstull 7 (stängningsbar) Södertäljeslussen 70 Kulvert Maren, Södertälje (ej 6 stängningsbar) Totalt 794

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.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

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 K1- 210-00-20000-1001 och K2-330-00-20000-0030 inhämtade från projektdatabasen IDA). 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 undervattens- banken 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 [2]. Utlopp Flöde [m3/s] Flödesfördelning Norr/Söderström Riksbron 244 Norrström: 367 m3/s Stallkanalen 123 Slussen, norra och södra 1222 avtappningskanalen Söderström: 1431 m3/s Slussen, slusskanalen 209 Hammarbyslussen 140 Kulvert Skanstull 7 (stängningsbar) Södertäljeslussen 70 Kulvert Maren, Södertälje 6 (ej stängningsbar) Totalt 2021

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 3. Planerade bottenutfyllnader (ljusbrun färg) uppströms Slussen [2].

Figur 4. Plan över schakter (blåmarkering) och utfyllnader (rödmarkering) för nya anslutande kajer [2].

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

1.3.4 Effekter av förändrad reglering

Med den av SMHI föreslagna regleringsstrategin är syftet som tidigare nämnts att minska riskerna för översvämningar runt Mälaren, minska risker för låga vattennivåer samt förhindra saltvatteninträngning. I Tabell 6 redovisas en jämförelse mellan Nollalternativet (dagens reglering) och Huvudalternativet (föreslagen framtida reglering) med avseende på antal dagar per år då vattennivån är högre respektive lägre än vissa nivåer. I Figur 5 och Tabell 7 redovisas varaktigheter för översvämning av Mälarens strandnära områden för växtsäsong för åren 1976-2005 (även kallat dränkningsvaraktighet) för Huvudalternativet respektive Nollalternativet.

Tabell 6. Jämförelse mellan Nollalternativet och Huvudalternativet med avseende på antal dagar per år då vattennivån är högre respektive lägre än angivna nivåer. Statistiken avser perioden 1976-2005. Information baserad på referens [1]. Nollalternativ Huvudalternativ Nivåer (RH2000) [Antal dagar per år] [Antal dagar per år] > +1,24 m 99 11 > +1,19 m 146 121 > +1,14 m 172 157 > +1,09 m 208 245 > +0,99 m 303 354 < + 0,79 m 329 318 < + 0,69 m 73 62 < + 0,65 m 37 26 < + 0,59 m 26 11

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 5. Varaktigheter för översvämning av Mälarens strandnära områden från 18 april till 15 oktober för åren 1976-2005 med Nollalternativet respektive Huvudalternativet [1].

Tabell 7. Varaktigheter för översvämning av Mälarens strandnära områden från 18 april till 15 oktober för åren 1976-2005 med Nollalternativet respektive Huvudalternativet. Uppskattade vattenstånd utifrån Figur 5. Nollalternativ Huvudalternativ Procent av tid [Vattenstånd] [Vattenstånd] 1 % +1,3 m +1,15 m 10 % +0,97 m +1,0 m 20 % +0,9 m +0,93 m 30 % +0,87 m +0,87 m 40 % +0,85 m +0,85 m 50 % +0,84 m +0,84 m 60 % +0,82 m +0,83 m 70 % +0,81 m +0,82 m 80 % +0,79 m +0,8 m 90 % +0,75 m +0,77 m 100 % +0,55 m +0,55 m

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

1.3.5 Högflödet år 2000

Uppmätta vattennivåer samt beräknade flöden erhållna från Stockholms Hamnar redovisas i Tabell 8. Angivet flöde är summan av flödena vid Karl Johansslussen, avtappningskanalen, Stallkanalen samt Riksbron. Flödena kan skilja något från de faktiska flödena, då man enligt Stockholms Hamnar tappade mer i Hammarby och Södertälje än vad som framgår i de beräknade flödena. Detta beror på att man vid detta tillfälle öppnade slussarna mer är brukligt och således mer än vad beräkningsprogrammet är kalibrerat för. Uppgifter saknas om metod för att ta fram dessa flöden.

Tabell 8. Totalflöde i Norrström och Söderström samt Mälarens medelvattennivå i december 2000.

Vattennivå Vattennivå Datum Flöde Norrström+Söderström [m3/s] Mälaren [m] Saltsjön [m]

01-dec 652,0 1,41 -0,05

02-dec 649,7 1,42 0,22

03-dec 649,7 1,42 0,22

04-dec 652,0 1,42 0,27

05-dec 649,9 1,41 0,26

06-dec 641,1 1,41 0,09

07-dec 644,8 1,41 0,15

08-dec 645,1 1,41 0,14

09-dec 644,4 1,41 0,34

10-dec 645,1 1,40 0,22

11-dec 642,2 1,40 0,29

12-dec 632,5 1,37 0,27

13-dec 608,7 1,36 0,28

14-dec 638,5 1,38 0,21

15-dec 622,3 1,36 0,32

16-dec 626,8 1,38 0,40

17-dec 637,4 1,39 0,33

18-dec 618,9 1,36 0,41

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Vattennivå Vattennivå Datum Flöde Norrström+Söderström [m3/s] Mälaren [m] Saltsjön [m]

19-dec 622,4 1,37 0,37

20-dec 622,1 1,37 0,38

21-dec 629,6 1,36 0,29

22-dec 621,9 1,33 0,15

23-dec 607,4 1,31 0,31

24-dec 603,1 1,30 0,32

25-dec 606,3 1,28 0,20

26-dec 603,5 1,27 0,19

27-dec 582,8 1,23 0,24

28-dec 573,6 1,20 0,25

29-dec 551,9 1,19 0,36

30-dec 558,7 1,18 0,28

31-dec 546,0 1,16 0,28

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

1.4 Bottenmaterial

1.4.1 Tidigare sedimentprovtagningar

Våren 2008 utförde Marin Miljöanalys AB sedimentprovtagningar i två delområden [3]. Det första området utgjordes av Mälaren, från västra sidan av Stora Essingen via Riddarfjärden österut till Slussen. Provtagningsområdet i Mälaren ses i Figur 6. Om detta område kan det konstateras att bottensedimentet består av framförallt lera och lergyttja med inslag av grövre kornstorlekar i några provtagningspunkter.

Figur 6. Sedimentprovtagning i Riddarfjärden. Röda markeringar är insamlade prover och blå markeringar är ej insamlade prover [3].

1.4.2 Sedimentprovtagning Sweco, 2014

Hösten 2014 utförde Sweco Environment AB sedimentprovtagningar av bottensediment vid Centralbron vid Norr- respektive Söderström [4]. 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 7. Siktkurvor för fyra prov redovisas i Figur 8. 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 sedimentprovtagning 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 06:36

Figur 7. Lokalisering av punkter (röda markeringar) för sedimentprovtagning. T.h. Benämning sediment från provtagning [4].

Figur 8. Siktkurvor från sedimentprovtagning [4].

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 06:36

2 METODIK

2.1 Uppbyggnad av terrängmodell

2.1.1 Syfte

Terrängmodellerna utgör indata till den hydrauliska modellen, där flödet i området modelleras. Vissa tolkningar av dataunderlaget har gjorts, vilka redovisas i detta kapitel.

2.1.2 Underlag

Följande underlag har använts för terrängmodelleringen:  Ekolodning av botten med multibeamekolod utförd av Marin Miljöanalys AB under januari och februari 2008. Mätområdet sträcker sig från Stora Essingen till Blockhusudden, dock ingår inte Norrström. På vissa platser täcker bottendata även områden under kajlinjen [5].  Ekolodning av botten i Norrström utförd av Sweco Civil AB i oktober 2014.  Handlodning av botten vid Munkbrohamnen samt vid Tegelbacken utförd av Sweco Civil AB i oktober 2014.  Ritningar för följande konstruktioner från Trafikverkets BaTMan-databas [6]: - Vasabron - Strömsborg bro till Vasabron - Norrbro - Strömbron  Övriga ritningar för följande konstruktioner: - Sänktunnel Citybanan - Centralbron (Norr- och Söderström) - Tunnelbanebro - Nuvarande Slussen [2] - Nya Slussen

I och med att ekolodning för området kring Citybanans sänktunnel erhölls i slutet av utredningsprocessen har den inte inkluderats i den övergripande terrängmodellen, däremot har det utförts en känslighetsanalys då denna batymetri är inkluderad, se Bilaga 1 och kapitel 3.3.5. Underlagsritningar vars källa inte är specificerad har hämtats från projektdatabasen IDA.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

2.1.3 Ekolodningar

Mätutbredning för ekolodningen i Norrström utförd av Sweco Civil AB redovisas i Figur 9. På grund av begränsad tillgång uppströms luckorna vid Stallkanalen och Riksbron har dessa områden inte kunnat ekolodas med samma upplösning och noggrannhet som i det övriga mätområdet.

Figur 9. Mätutbredning ekolodning Norrström. Vid jämförelse mellan ekolodningar från Marin Miljöanalys AB respektive Sweco Civil AB konstaterades att det i gränssnittet mellan de två mätningarna finns en differens i bottennivå på 0,1-0,5 m. Aktuellt område redovisas i Figur 10. Vid höger strand i Norrström finns ett område där differensen lokalt uppgår till 1,5 m. Med anledning av detta har en känslighetsanalys utförts i de hydrauliska beräkningarna, se Bilaga 1 och kapitel 3.3.1.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 10. Gränssnitt mellan de två utförda ekolodningarna vid Centralbron (bro över Norrström). Ekolodningspunkter från Marin Miljöanalys AB med orange markering och Sweco Civil AB med gul markering.

2.1.4 Användning av brodata

Inom det studerade området finns följande brokonstruktioner (Figur 11):  Centralbron (bro över Norrström)  Strömsborg bro till Vasabron  Vasabron  Riksbron  Stallbron  Norrbro (norra och södra)  Strömbron  Tunnelbanebron  Centralbron (bro över Söderström)

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Samtliga konstruktioner har brofundament stående i vattnet förutom Riksbron, Stallbron och Norrbro södra. Brofundament i vatten läggs in i terrängmodellen enligt nedanstående metodik.

Figur 11. Brokonstruktioner inom studerat område.

För de broar där solida fundament går hela vägen ner till botten så har fundamentarean klippts ut, dvs. inget vatten kan strömma där och området har exkluderats ur modellen (område inom rosa markering i Figur 12). Detta har gjorts genom att ritningar georeferats in i ArcGIS, så att pelarnas geometrier kan visas tillsammans med ortofoto och ekolodningspunkter. Ritningarna illustrerar även hur botten ser ut runt fundamenten. Vid ekolodning kan låga vattendjup och andra tillgänglighetsproblem göra det svårt att mäta nära fundamenten, vilket innebär att data i dessa områden delvis saknas. I Figur 12 visas till vänster ekolodningspunkter vid två brofundament på Vasabron. Till höger visas samma fundament på ritning där det är tydligt att med enbart ekolodningspunkterna som batymetridata kommer resultatet av en interpolering inte att beskriva den uppgrundning som finns kring pelarna. Därför har batymetridata från ritning lagts till som indata till terrängmodelleringen för områden kring broar där denna korrigering är relevant, närmare bestämt Vasabron, Strömsborg bro till Vasabron, tunnelbanebron, Norrbro samt Centralbron (bro över Norrström).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 12. T.v. Ekolodningspunkter (gröna markeringar) vid Vasabron. Gul linje utgör brofundamentets yttre rand och rosa linje det solida brofundamentet. T.h. Samma brofundament vid Vasabron på ritning med tillagda färgmarkeringar. Obs! Principskiss. För Centralbron (bro över Söderström) valdes en annan metodik, eftersom pålarna står i fritt strömmande vatten och således inte kan bedömas vara en för vatten ogenomtränglig yta, se Figur 13. Därför har inget fundamentområde exkluderats ur modellen. Istället representeras inverkan av brofundamentet som ett ökat strömningsmotstånd. Även Strömbron är byggd med liknande grundläggning, men inte på lika stort vattendjup som bron över Söderström. Kvoten mellan pelarvolym och vattenvolym under bron har ansetts vara större här, varför fundamentet har bedömts som solitt och exkluderats ur modellen enligt metodiken ovan.

Figur 13. Grundläggning Centralbron (bro över Söderström).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

2.1.5 Citybanans sänktunnel

Sänktunnelns geometri har infogats i terrängmodellen utifrån tillgängliga ritningar och genom att anta återfyllning på uppströms- och nedströmssidan med lutning 1:1. En kompletterande inmätning av Citybanans sänktunnel inkom till projekt Getingmidjan i februari 2015, se utbredning i Figur 14. Påverkan av denna nya geometri har studerats i en känslighetsanalys (se Bilaga 1 och kapitel 3.3.5), men har inte kunnat användas vid framtagning av övrigt resultat pga. det sena erhållandet.

Figur 14. Mätutbredning ekolodning Citybanans sänktunnel.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

2.1.6 Förändrad geometri för den nya Slussen

Ombyggnationen av Slussenområdet innefattar även andra förändringar med bland annat:  Utfyllnad av botten mellan tunnelbanebron och Slussen.  Förflyttning av befintliga kajlinjer (både inåt och utåt jämfört med befintliga kajlinjen).  Byggnation av en ny cykelbro. Uppgifter om planerade arbeten kommer från referens [2] och redovisas även i kapitel 1.3.3. Enligt referens [2] ska banken där tunnelbanebron grundläggs erosionsskyddas i samband med byggnation av nya Slussen. Bankens geometri ska dock i stort förbli oförändrad. Inga modifieringar har gjorts i terrängmodellen i detta område för scenariot nya Slussen. Den cykelbro som planeras i Söderström inom ramen för projekt Slussen har tre fundament närmast strandkanten som exkluderats från terrängmodellen enligt metoden som redovisas i kapitel 2.1.4 då det låga vattendjupet gör att endast ett begränsat vattenflöde kan ske under stöden. För övriga stöd appliceras samma metod som för Centralbron (bro över Söderström) i den hydrauliska modellen (se också kapitel 2.1.4).

2.1.7 Terrängmodeller

Totalt genererades två terrängmodeller i ArcGIS. Utifrån batymetripunkter skapas ett nätverk av icke-överlappande trianglar (TIN – triangular irregular network) som representerar en kontinuerlig bottenyta. Terrängmodellerna motsvarar följande geometrier:  Terrängmodell med nuvarande Slussen – ett TIN skapades utifrån utförda ekolodningar (Marin Miljöanalys och Sweco Civil), batymetridata för broar, konstruktionerna vid Slussen, Citybanans sänktunnel samt för luckorna vid Riksbron respektive Stallkanalen.  Terrängmodell med nya Slussen – samma indata som för terrängmodell ovan, men med nya batymetridata vid Slussen motsvarande framtida geometri (se kapitel 2.1.6). Detta innebär förutom nya geometrier för konstruktionerna vid Slussen även schakter, utfyllnader samt förflyttning av kajlinjer enligt kapitel 1.3.3. För båda terrängmodellerna gäller att trianguleringen utförts endast med bottendata, dvs. ingen mark ovanför vattenytan ingår. I de fall där ekolodningspunkterna varit placerade under kajlinjen har dessa inkluderats då det på flertalet ställen i området finns pålade kajer som sträcker sig ut över vattnet. Nivåerna vid dessa kajer ska dock tolkas med försiktighet, men har ansetts fullgoda för användning för hydraulisk modellering. TIN motsvarande nuvarande geometri vid Slussen redovisas i Figur 15.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Det betonas att de skapade terrängmodellernas syfte är att utgöra underlag för hydrauliska beräkningar och tolkningar som har gjorts kan vara olämpliga för andra tillämpningar. Detta gäller t.ex. bottendata under kajlinjerna. Terrängmodellerna bör inte i sin helhet betraktas som exakta återgivningar av verkligheten.

Figur 15. TIN med batymetri motsvarande nuvarande geometri vid Slussen. Motsvarande TIN för geometri vid framtida Slussen är identiskt förutom ny geometri för konstruktionerna vid Slussen samt schakter, utfyllnader och förflyttning av kajlinjer i området direkt uppströms Slussen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

2.2 Upprättande av hydraulisk modell

För mer detaljerad redovisning av den hydrauliska modellen, se Bilaga 1. I uppdraget har TELEMAC 2D och 3D version 6.2 använts. Modulen TELEMAC-2D beräknar strömningsmönster i två dimensioner genom att lösa Saint-Venants och Boussinesqs ekvationer. I 2D-modellen ingår horisontella hastighetsgradienter till skillnad från 1D-modeller där vattenföring, vattenstånd och vattenhastighet inte varierar över tvärsektionen. Tillämpningsområdena är ytvattenmodellering i hav, sjöar och vattendrag där vattenmassans horisontella utbredning är betydligt större än vattendjupet. Modelldomänens utbredning, från nedströms Långholmen i Mälaren till Skeppsholmen i Saltsjön, redovisas i Figur 16 med nuvarande Slussens geometri. I Figur 17 redovisas modelldomänens rand vid Slussenområdet med nuvarande respektive framtida geometri. I övrigt är denna modelldomän identisk med den för nuvarande Slussen. För båda modelldomänerna täcker modellranden all erhållen bottendata, dvs. även områden under kajlinjerna.

Figur 16. Modelldomän med geometri för nuvarande Slussen med uppströms och nedströms rand.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 17.T.v. Modelldomänens rand vid Slussen, med nuvarande geometri. T.h. Ny dragning av modelldomänens rand vid Slussenområdet utifrån planerad geometri för nya Slussen. I övrigt är modelldomänen identisk med den för nuvarande Slussen.

Batymetridata från terrängmodelleringen importeras till den hydrauliska modellen. I Figur 18 och Figur 19 (tredimensionell vy) redovisas modellens bottendata. I Figur 18 ses även beräkningsnätet för hela modelldomänen.

Figur 18. Beräkningsnät med bottendata motsvarande nuvarande geometri vid Slussen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 19. Tredimensionell vy av batymetri motsvarande nuvarande geometri vid Slussen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Följande scenarier har beräknats inom ramen för studien:  Scenario 1 – Nuvarande Slussen  Scenario 2 – Nya Slussen Båda fallen har beräknats först i 2D och sedan i 3D (icke-hydrostatisk version), undantaget känslighetsanalysen. Denna har gjorts med förutsättningar motsvarande scenario 1, men endast i 2D. Scenario 1 har simulerats med ett inflöde som motsvarar maximal avtappning för nuvarande Slussen. Scenario 2 har simulerats med ett inflöde som motsvarar maximal avtappning för nya Slussen. Applicerade randvillkor för beräkningsscenarier redovisas i Tabell 9. Randvillkor vid randen uppströms utgörs av inflödet till modelldomänen vid givet scenario. Randvillkoret nedströms är ansatt till Saltsjöns medelvattennivå.

Tabell 9. I modellen applicerade randvillkor för beräkningsscenarier. Randvillkor Scenario Uppströms rand Saltsjön Inflöde [m3/s] Nivå [m] 1 Nuvarande Slussen 641 m3/s +0,17 m Avbördning genom Karl Johansslussen, Avtappningskanalen, Riksbron och Stallkanalen 2 Nya Slussen Avbördning genom norra och södra 1798 m3/s +0,17 m Avtappningskanalen, Slusskanalen, Riksbron och Stallkanalen

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

2.3 Beräkning av bottenskjuvspänning

Erosionsrisken i vattendrag kan utredas genom att undersöka bottenskjuvspänningar (τb). Vattenströmmens effekt brukar redovisas som den skjuvspänning som strömmen påverkar bottnen med. Sedan jämförs denna med den kritiska skjuvspänningen (τc) som krävs för att sätta bottenmaterialet i rörelse. Erosion sker när τb > τc. Bottenskjuvspänningen beräknas utifrån strömningshastigheten som beräknas i plan 2, dvs. på nivån motsvarande 1% av vattendjupet, utifrån de hydrauliska beräkningarna i 3D. Beräkningen görs med följande ekvation:

där 2 τb = bottenskjuvspänning [N/m ] ρ = vattnets densitet [kg/m3] = 1000 kg/m3 V ͙ = skjuvspänningshastighet [m/s]

Skjuvspänningshastigheten beräknas med följande ekvation:

där κ = von Karmans konstant = 0,4

UZ2 = vattenhastigheten vid nivån Z2 [m/s]

Z1 = bottennivå (plan 1 i vertikalt beräkningsnät) [m]

Z2 = nivå för plan 2 i vertikalt beräkningsnät [m]

ks = ekvivalent sandråhet [m] = 2,5·d50

d50 = kornstorlek för de partiklar som på kornfördelningskurvan svarar mot passerande viktmängden 50 % [m] Strömning antas vara turbulent längs med botten.

Ett högre värde på ks innebär ökad råhet och därmed högre bottenskjuvspänning.

Avståndet mellan nivån för beräkning av bottenskjuvspänning (Z2) och botten (Z1) är större än den ekvivalenta sandråheten (ks). Nivån Z2 ligger därmed i den logaritmiska hastighetsprofilen och inte i gränsskiktet, vilket krävs för beräkning av bottenskjuvspänning. Det utfördes en känslighetsanalys för att verifiera att valt plan (Z2) kan användas för beräkning av bottenskjuvspänning (se Bilaga 1 samt kapitel 2.3 och 3.3.3).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

I turbulent strömning kan avvikelsen mellan den lokala vattenhastigheten och den beräknade hastigheten, som motsvarar en lokal medelhastighet, bli stor. Detta kan leda till att bottenskjuvspänningen också avviker stort i och med att den är proportionell mot skjuvspänningshastigheten i kvadrat. Enligt [7] kan medelvärdet av den fluktuerande bottenskjuvspänningen på botten uppskattas till ca 3τb. Det maximala värdet kan uppskattas till ca 18τb. Beräkning av bottenskjuvspänningen i Norrström är svår på grund av otillräckligt underlag som beskriver bottenmaterialet. Utförda provtagningar har visat att bottenmaterialet består av sand, stenar och block, men bara den finare fraktionen har kunnat analyseras (se siktkurvor som redovisas i kapitel 1.4.2). Siktkurvorna visar att medeldiameter d50 är ca 0,4 mm. För att kunna beakta förmodad förekomst av större partiklar har sedimenttransport analyserats genom att även studera förhållandena för partiklar med större diameter (d50 på 1 mm, 5 mm och 10 mm). Utförda siktkurvor i Söderström visar att bottenmaterialet (finkornigt material, framförallt lera) har en medeldiameter d50 av ca 0,07 mm. Beräkning av bottenskjuvspänningen har utförts genom att anta ett värde på bottenmaterialets ekvivalenta sandråhet (ks) på 1 mm. I området vid Munkbrohamnen är bottenmaterialet betydligt grövre jämfört med resten av Söderström. Utifrån ritningar tillgängliga på projektdatabasen IDA har materialet fastställts till grus. Grus definieras som material med kornstorlek på 2- 63 mm, där ett mellangrus med medieldiameter 10 mm antas rimligt att utgå från i beräkning av bottenskjuvspänningar. Erhållna bottenskjuvspänningar från de hydrauliska beräkningarna jämförs med kritiska bottenskjuvspänningar för respektive material. I Tabell 10 redovisas en sammanfattning av kritiska bottenskjuvspänningar för erosion av olika typer av material. Denna är framtagen av SMHI inom ramen för projekt Slussen [8].

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Tabell 10. Kritiska bottenskjuvspänningar för erosion av olika typer av material. Efter [8], med tillägget [9] för mellangrus. Diameter Typ av material Kritisk bottenskjuvspänning [N/m2] [mm] Friktionsmaterial Mkt fin / fin sand 0,06-0,25 0,1-0,2 Medium sand 0,25-0,5 0,2-0,3 Grov sand 0,5-1,0 0,3-0,6 Mycket grov sand 1,0-2,0 0,6-1,2 Mellangrus* 10 ca 10 Kohesionsmaterial Icke-konsoliderat material 0,01-0,04 Icke-konsoliderat material (recenta 0,1 sediment) Icke-konsoliderad lera och silt 0,1 Konsoliderat material 0,15 Konsoliderad silt 0,5

*antas motsvara grövre material i Norrström som består av sand, stenar och block enligt utförda sedimentprovtagningar.

För friktionsmaterial kan även den kritiska bottenskjuvspänningen (τc) beräknas med hjälp av Shields parameter ϴc = 0,047:

I Tabell 11 redovisas de kritiska bottenskjuvspänningarna som har antagits för de olika materialen som beaktas i beräkningarna. För Norrström har värdena bestämts utifrån karaktäristiska värden från Tabell 10 samt med hjälp av Shields parameter. För Söderström är bestämning av den kritiska bottenskjuvspänningen svårt på grund av materialtypen. Den kritiska bottenskjuvspänningen för kohesionsmaterial varierar kraftigt beroende på materialtyp, konsolideringsgrad m.m. med värden mellan 0,01 upp till ca 0,5 N/m2 och ännu större i vissa fall. Uppgifter saknas om bottenmaterialet i Söderström (litteratur, erosionstest). Vid Munkbrohamnen har den kritiska bottenskjuvspänningen bestämts utifrån karaktäristiska värden motsvarande mellangrus från Tabell 10.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

En lerbotten består av flera olika lager med olika konsolideringsgrad, där densiteten oftast ökar med djupet. Vid botten finns ofta ett övre lager med mycket löst material och därmed mycket låg kritisk bottenskjuvspänning. Ett sådant lager har emellertid ingen större inverkan på stabiliteten för brostöden. Därför har den kritiska bottenskjuvspänningen för lermaterialet i Söderström antagits vara ca 0,1 N/m2, vilket motsvarar ett kohesionsmaterial med något större konsolideringsgrad vilket sannolikt återfinns under det lösare övre lagret.

Tabell 11. Antagna värden för kritiska bottenskjuvspänningar för de material som beaktas i studien. Kritisk Läge d50 [mm] ks [mm] bottenskjuvspänning τc [N/m2] 0,4 1,0 0,3 1 2,5 0,6 Norrström 5 12,5 4* 10 25 10 Söderström - 1,0 0,1 Munkbrohamnen 10 25 ca 10

*Uppskattad med hjälp av Shields parameter.

2.4 Beräkning av pontoners dämningseffekt i Norr- respektive Söderström

2.4.1 Pontonkonfiguration i Norrström

Vid arbetena i Norrström kommer sannolikt pontoner att användas uppströms Centralbrons fack, med två pontoner i taget. Följande förutsättningar gäller för beräkningarna:  Flöden: - Avtappning i Norrström vid MW-nivå (+0,87 m) som har uppskattats till ca 240 m3/s med 2D-modellen (båda luckorna helt öppna). - Nuvarande Slussen – flöde 641 m3/s, varav 352 m3/s i Norrström och 289 m3/s i Söderström enligt beräkning för scenario 1 (se kapitel 3.1). Detta scenario gäller även för nya Slussen (scenario 2).  Mälarens vattennivå är +0,87 m (MW) respektive +1,39 m för maximal avtappning inklusive tappning genom Söderström.  Pontondjup 1,5 m under vattenytan (botten av ponton ligger således på nivå -0,63 m respektive -0,11 m).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

 Initialt utfördes beräkningar då pontonernas längd täcker fack 2 och fack 5 alternativt fack 10 och fack 12, detta enligt information från produktionsplanering. Dock har det inte kunnat uteslutas att pontoner kan komma att täcka hela brofacket (hela Norrström), varför beräkningar även utförts för detta scenario.  Pontonbredd 60 m (i strömningsriktning) för beräkningar då pontonernas längd täcker fack 2 och fack 5 alternativt fack 10 och fack 12. Då hela brofacket täcks har pontonbredd 10 m (i strömningsriktning) ansatts. Olika antal pontonrader har beaktats. 1 pontonrad = pontonarea 240 m * 10 m = 2400 m2 2 pontonrader = pontonarea 240 m * 20 m = 4800 m2 3 pontonrader = pontonarea 240 m * 30 m =7200 m2

2.4.2 Pontonkonfiguration i Söderström

Vid arbetena i Söderström kommer sannolikt pontoner att användas uppströms Centralbrons fack. Effekterna med avseende på dämning utreds därför för olika pontonkonfigurationer. Följande förutsättningar gäller för beräkningarna:  Flöden: - Nuvarande Slussen – flöde 641 m3/s, varav 352 m3/s i Norrström och 289 m3/s i Söderström enligt beräkning för scenario 1 (se kapitel 3.1). - Nya Slussen – flöde 1798 m3/s, varav 356 m3/s i Norrström och 1442 m3/s i Söderström enligt beräkning för scenario 2 (se kapitel 3.2).  Mälarens vattennivå är +1,39 m.  Pontondjup 1,5 m under vattenytan (botten av ponton ligger således på nivå -0,11 m).  Pontonbredd 10 m (i strömningsriktning). Olika antal pontonrader har beaktats.  Pontonernas längd täcker hela brofacket. 1 pontonrad = pontonarea 180 m * 10 m = 1800 m2 2 pontonrader = pontonarea 180 m * 20 m = 3600 m2 3 pontonrader = pontonarea 180 m * 30 m =5400 m2

2.4.3 Beräkningsmetodik

Utifrån parametrarna area, hydraulisk radie samt den beräknade vattenföringen för respektive fack kan förlusterna till följd av pontonerna beräknas och därmed vilken vattennivå som erhålls framför pontonerna givet ett visst flöde. Dämning beräknas genom att anta att pontoner verkar som den övre kanten av en kulvert. Beräkning utförs enligt nedan:

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

 Dämning utan pontoner – friktionsförluster längs pontonraderna beräknas med Mannings formel.

där

hf = friktionsförlust [m] U = medelhastighet i tvärsektionen [m/s] L = längden över vilken förlusten räknas [m] M = Mannings tal [m1/3/s] R = hydraulisk radie [m]  Dämning med pontoner – friktionsförluster (Mannings formel för kulvertsektion, se ovan) samt inlopps- och utloppsförluster.

där

hin = inloppsförlust [m]

ka = förlustkoefficient vid plötslig sektionsminskning

U2 = hastighet i tvärsektionen med pontoner [m/s]

där

hut = utloppsförlust [m] 2 A1 = tvärsnittsarea i sektion med pontoner [m ] 2 A2 = tvärsnittsarea i sektion utan pontoner [m ]

U1 = hastighet i tvärsektionen med pontoner [m/s] Mannings tal har ansatts till 35 m1/3/s i Norrström och 50 m1/3/s i Söderström, dvs. samma värden som i den hydrauliska modellen. Förlustkoefficienten vid sektionsminskning (ka) är beroende av förhållandet U1/U2 och har ansatts till 0,1 i Norrström respektive 0,02 för Söderström (baserat på referens [10]). Flödet genom respektive fack erhålls från 2D-modellen för scenario 1 respektive scenario 2. Analys av fackarea med/utan pontoner visar att areafördelningen inte nämnvärt förändras till följd av anläggandet av pontoner. Därför har flödesfördelningen mellan samtliga fack antagits konstant med/utan pontoner. Beräkningsmetodiken används då för att beräkna dämningen vid varje fack, vilket innebär att olika dämningar kan erhållas vid de olika facken för ett givet flöde genom bron. I verkligheten ska dock flödesfördelningen mellan alla fack anpassas så att dämningen blir homogen uppströms varje fack. Erhållet resultat bör då tolkas med viss försiktighet och endast dämningens storleksordning kan anses vara representativ.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

2.5 Beräkning av dämning pga. spontning i Norrström

I Norrström är dämningsberäkningar utförda för spontning (2 m runt stöd) i ett scenario med 2 stöd samtidigt (beräkning utförd i de fack där flödena är som störst) och ett värstafallscenario då alla stöd görs samtidigt. Beräkningarna har utförts med den hydrauliska modellen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

3 RESULTAT

3.1 Scenario 1: Nuvarande Slussen

3.1.1 Hydraulik

Beräknad flödesfördelning för Norr- respektive Söderström redovisas i Tabell 12 med Mälarens beräknade vattennivå på +1,39 m.

Tabell 12. Beräknad flödesfördelning för Norr- respektive Söderström vid scenario nuvarande Slussen. Flödesfördelning Utlopp Flöde [m3/s] Norr/Söderström Riksbron 224 Norrström: 352 m3/s Stallkanalen 128 Avtappningskanalen 134 Söderström: 289 m3/s Karl Johansslussen 155 Totalt 641

De beräknade flödena genom Norrström och Söderström är 352 respektive 289 m3/s, vilket stämmer bra med flödena från vattendomen (367 och 274 m3/s i Norrströms respektive Söderström). Detta motsvarar en skillnad på ca -4 respektive +5 %. De beräknade flödena genom Riksbron och Stallkanalen är 224 respektive 128 m3/s jämfört med 244 respektive 123 m3/s enligt vattendomen vilket motsvarar en skillnad på ca -8 respektive +4 %. Det krävs bättre batymetri- samt kalibreringsunderlag (flödesmätningar vid tappning) för att kunna förbättra modellresultatet vid de två kanalerna. Flödet genom kulverten beräknas till 1,8 m3/s i den tvådimensionella modellen. I Figur 20 och Figur 21 redovisas översiktskartor med beräknade hastigheter vid vattenytan respektive vid botten (1 m ovanför botten). Vattenhastigheterna vid vattenytan är högre än bottenhastigheterna. I Riddarfjärden och in i Söderström överstiger hastigheterna inte 0,25 m/s förutom i ett parti i höjd med tunnelbanebron, där hastigheterna lokalt uppgår till ca 0,25-0,75 m/s. I avtappningskanalen och Karl Johansslussen uppgår hastigheterna till maximalt ca 4,5 m/s. I Norrström ökar hastigheterna progressivt från Centralbron och nedåt, där de högsta hastigheterna (upp mot ca 4-5 m/s) uppstår i kanalerna.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 20. Hastigheter vid vattenytan vid scenario nuvarande Slussen.

Figur 21. Hastigheter vid botten vid scenario nuvarande Slussen. För mer detaljerad studie av området kring Centralbron över Norr- respektive Söderström hänvisas till hastighetskartor i Bilaga 2-5 samt nedan redovisade hastighetsprofiler. I Figur 22 ses lägen för de vertikala profiler som redovisas i Figur 23 och Figur 24. De högsta hastigheterna kring Centralbron uppstår i den grundare Norrström, där hastigheterna maximalt är kring ca 1,2 m/s (de största hastigheterna, upp mot 1,4 m/s, erhålls vid vattenytan). I de vertikala profilerna framgår att de största hastigheterna erhålls på brons södra sida, dvs. mellan de tre stöden längst till höger i strömningsriktningen. Mellan stöd 10 och 11 är hastigheterna som störst. I Söderström är hastigheterna kring Centralbrons pelare ca 0,1-0,2 m/s. I de vertikala profilerna framgår att de största hastigheterna erhålls på brons norra sida, mellan stöd 6 och 7.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

a) b)

Figur 22. Lägen för vertikala profiler för Centralbron vid a) Norrström (N1, N2, N3) respektive b) Söderström (S1, S2).

Figur 23. Vertikala profiler (N1, N2, N3) vid Centralbron över Norrström vid scenario nuvarande Slussen. Profiler dragna från vänster till höger i strömningsriktningen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 24. Vertikala profiler (S1, S2) vid Centralbron över Söderström vid scenario nuvarande Slussen. Profiler dragna från vänster till höger i strömningsriktningen. Resultat från 2D- respektive 3D-beräkningar visar att strömningen i Söderström, mellan Centralbron och Slussen, påverkas kraftigt av den varierande bottengeometrin. Detta innebär att resultat från en tvådimensionell modell är alltför förenklad för att beskriva rådande strömningsförhållanden. Figur 25 redovisar det tvådimensionella strömningsfältet (medelhastigheter över hela vattendjupet) från en 2D-beräkning medan Figur 26 och Figur 27 redovisar strömningsfältet vid vattenytan respektive på botten (1 m ovanför botten) från en 3D- beräkning. 3D-beräkningen visar att strömningsriktning varierar kraftigt över vattendjupet mellan tunnelbanebron och Slussen, vilket är ett resultat som inte kan beräknas med en 2D-beräkning. Inströmningen mot utloppen i avtappningskanalen samt Karl Johansslussen är i 3D- resultatet mer vinkelrät mot tunnelbanebrons sträckning och är även mer koncentrerad till flödesvägens mitt.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 25. Hastigheter och hastighetsvektorer i Söderström (från 2D-resultat) vid scenario nuvarande Slussen. Hastighetsvektorerna visar enbart strömningsriktningen.

Figur 26. Hastigheter och hastighetsvektorer vid vattenytan i Söderström vid scenario nuvarande Slussen. Hastighetsvektorerna visar enbart strömningsriktningen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 27. Hastigheter och hastighetsvektorer vid botten (1 m ovanför botten) i Söderström vid scenario nuvarande Slussen. Hastighetsvektorerna visar enbart strömningsriktningen.

3.1.2 Erosionsrisk

Bedömning av erosionsrisken i Norrström är svår på grund av otillräckligt underlag om bottenmaterialet, därför har bottenskjuvspänning beräknats för olika ekvivalenta sandråheter (ks = 2,5 x d50), se kapitel 1.4.2. De beräknade bottenskjuvspänningarna vid broläget i Norrström vid maximal avtappning redovisas i Figur 28 samt även i Bilaga 6. I figuren redovisas även områden där sedimenttransport antas ske för olika kornstorlekar:

 Områden där partiklarna med d ≥ d50 transporteras (svart heldragen linje), dvs. där den beräknade bottenskjuvspänningen τb överstiger det kritiska värdet τc.  Områden där partiklarna från den minsta fraktionen (d = ca 0,4 mm utifrån siktkurvor; d ≤ d50) transporteras (svart streckad linje), dvs. där den beräknade bottenskjuvspänningen τb överstiger det kritiska värdet av den 2 minsta fraktionen τc = 0,3 N/m .

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 28. Bottenskjuvspänning och transportområden (inringat med konturlinjer) för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen för olika ekvivalenta sandråheter (ks = 2,5 x d50). Det framgår av Figur 28 att vid maximal avtappning kan erosion antas ske vid brons södra landfäste för partiklar med en medeldiameter upp till 10 mm (svarta heldragna linjer). Känsliga områden minskar dock med ökande partikeldiameter. Erosion antas ske främst vid södra stranden (mellan brostöd 10 och 12) samt i huvudfåran mellan brostöd 3 och 7. Det bör noteras att hastighetsfluktuationer nära botten lokalt kan innebära högre bottenskjuvspänningar, speciellt kring strukturer så som brostöd. Resultat visar även att områden där den finare fraktionen (d = 0,4 mm enligt siktkurvor, se kapitel 1.4.2) eroderas ökar med ökande ekvivalenta sandråheter (svarta streckade linjer). Detta tyder på att kornstorlek förmodligen varierar kraftigt i område med grövre material där strömningshastigheter är större och förmodligen med en gradient i djupled (grövre, ytligare bottenmaterial underlagrat av finare material). Resultat visar att bottenerosion kan ske enligt två olika processer:  De finare partiklarna eroderas i större omfattning än de större vilket bidrar till bildning av en s.k. stenpäls. Denna process har förmodligen pågått under lång tid och bidragit till nuvarande bottenförhållanden.  I områden där bottenskjuvspänning blir tillräckligt stor för att leda till brott i stenpälsen sker erosion av underliggande material. Detta material innehåller finare partiklar, vilken kan leda till en hastig erosion och en sedimentpuls (dvs. en plötslig ökning av mängden transporterat material) som fortsätter tills det att det finare materialet eroderats och en ny stenpäls med grövre material bildats.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

För att illustrera den förväntade materialfördelningen har de teoretiska kritiska korndiametrarna räknats fram utifrån beräknade bottenskjuvspänningar med hjälp av Shields parameter, se Figur 29. De teoretiska kritiska korndiametrarna motsvarar den största partikelstorleken som kan transporteras under påverkan av den beräknade bottenskjuvspänningen.

Figur 29. Framräknad kritisk medeldiameter för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen för olika ekvivalenta sandråheter (ks = 2,5 x d50). Enligt dessa resultat är bottenmaterialet grövre under Centralbron än i angränsande områden uppströms och nedströms. Bedömning av erosionsrisken i Söderström kan utföras genom att jämföra den beräknade bottenskjuvspänningen (τb som beräknades för en ekvivalent sandråhet på 1 mm, se kapitel 2.3) med det kritiska värdet som har valts, 0,1 N/m2. De beräknade bottenskjuvspänningarna i Söderström mellan sänktunneln och Slussen vid maximal avtappning redovisas i Figur 30. I figuren redovisas också områden där den beräknade bottenskjuvspänningen τb överstiger det kritiska värdet τc (svart heldragen linje).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 30. Bottenskjuvspänning för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen (ks = 1 mm).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

3.2 Scenario 2: Nya Slussen

3.2.1 Hydraulik

Beräknad flödesfördelning för Norr- respektive Söderström redovisas i Tabell 13. Mälarens beräknade vattennivå är då +1,40 m.

Tabell 13. Beräknad flödesfördelning för Norr- respektive Söderström vid scenario nya Slussen. Utlopp Flöde [m3/s] Flödesfördelning Norr/Söderström Riksbron 225 Norrström: 356 m3/s Stallkanalen 131 Norra och södra 620+615 avtappningskanalen Söderström: 1442 m3/s Slusskanalen 207 Totalt 1798

Flödet genom kulverten beräknas till 1,6 m3/s i den tvådimensionella modellen. Flödet genom Norrström (356 m3/s) är mindre än värdet från vattendomen (367 m3/s), vilket motsvarar en minskning på ca 3 %. Flödet genom Söderström (1442 m3/s) är något större jämfört med värdet från vattendomen (1431 m3/s), vilket motsvarar en ökning på ca 1 %. I Figur 31 och Figur 32 visas översiktskartor med beräknade hastigheter vid vattenytan respektive vid botten (1 m ovanför botten) för scenariot nya Slussen med maximalt vattenflöde. Från Riddarfjärden, där hastigheterna är maximalt 0,3 m/s, ökar hastigheterna progressivt in i Norr- respektive Söderström. Från tunnelbanebron och nedåt överstiger hastigheterna i Söderström ca 2 m/s. I avtappningskanalerna samt i slusskanalen uppgår hastigheterna till maximalt ca 4-5 m/s. I Norrström ökar hastigheterna progressivt från Centralbron och nedåt, där de högsta hastigheterna (upp mot ca 4-5 m/s) uppstår i kanalerna.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 31. Hastigheter vid vattenytan vid scenario nya Slussen.

Figur 32. Hastigheter vid botten vid scenario nya Slussen. För mer detaljerad studie av området kring Centralbron över Norr- respektive Söderström hänvisas till hastighetskartor i Bilaga 7-10 samt nedan redovisade hastighetsprofiler. I Figur 22 ses lägen för de vertikala profiler som redovisas i Figur 33 och Figur 34. De högsta hastigheterna kring Centralbron i Norrström ligger kring ca 1,2 m/s (de största hastigheterna, upp mot 1,4 m/s, erhålls vid vattenytan). I de vertikala profilerna framgår att de största hastigheterna förekommer på brons södra sidände, dvs. mellan de tre stöden längst till höger i strömningsriktningen. Mellan stöd 10 och 11 är hastigheterna som störst. Det bör noteras att dessa resultat skiljer sig marginellt från scenariot nuvarande Slussen. Detta beror på att det ökade flöde genom Norrström delvis kompenseras av den förhöjda vattennivån. I Söderström är hastigheterna kring Centralbrons pelare maximalt ca 1 m/s. I de vertikala profilerna framgår att de största hastigheterna erhålls på brons norra sida, mellan stöd 6 och 7.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 33. Vertikala profiler (N1, N2, N3 – se Figur 22) vid Centralbron över Norrström vid scenario nya Slussen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 34. Vertikala profiler (S1, S2) vid Centralbron över Söderström vid scenario nya Slussen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

I Figur 35 och Figur 36 redovisas hastigheter och hastighetsvektorer vid vattenytan respektive vid botten (1 m ovanför botten) i Söderström.

Figur 35. Hastigheter och hastighetsvektorer vid vattenytan i Söderström vid scenario nya Slussen. Hastighetsvektorerna visar enbart strömningsriktningen.

Figur 36. Hastigheter och hastighetsvektorer vid botten (1 m ovanför botten) i Söderström vid scenario nya Slussen. Hastighetsvektorerna visar enbart strömningsriktningen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

I Figur 37 visas resultat från modellförsök för scenario nya Slussen med flödet 1400 m3/s i Söderström. Det kan konstateras att hastigheterna stämmer bra, men det bör noteras att hastighetskartan från modellförsöket har tagits fram genom att interpolera mellan mätpunkterna. Hastighetskartan har därmed en betydligt lägre upplösning än resultatet från 3D-modellen. Områden mellan kajlinjen och närmaste mätpunkt karteras inte heller i kartan från modellförsöket.

Figur 37. Resultat från modellförsök för scenario nya Slussen med flödet 1400 m3/s i Söderström [11].

3.2.2 Erosionsrisk

Analys av modellresultat visar att strömningsförhållandena i Norrström skiljer sig marginellt från scenariot nuvarande Slussen (se kapitel 3.2.1). Detta innebär att erosionsförhållandena också skiljer sig marginellt från detta scenario. För mer detaljerad beskrivning av erosionsrisken i Norrström hänvisas därför till kapitel 3.1.2. Bedömning av erosionsrisken i Söderström kan utföras genom att jämföra den beräknade bottenskjuvspänningen (τb som beräknades för en ekvivalent sandråhet av 1 mm, se kapitel 2.3) med det kritiska värdet som har antagits vara 0,1 N/m2. De beräknade bottenskjuvspänningarna i Söderström mellan sänktunneln och Slussen vid maximal avtappning redovisas i Figur 38. I figuren redovisas också områden där den beräknade bottenskjuvspänningen τb överstiger det kritiska värdet τc (svart heldragen linje).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 38. Bottenskjuvspänning för maximal avtappning vid scenario nya Slussen (ks = 1 mm). Det framgår av Figur 38 att bottenskjuvspänningarna över merparten av området 2 kring Centralbron är större än det kritiska värdet (τc = 0,1 N/m ), vilket innebär att det befintliga bottenmaterialet kan antas erodera. Det bör noteras att de beräknade bottenskjuvspänningarna uppgår till maximalt ca 2 N/m2 vilket kan leda till erosion av partiklar med en medeldiameter av ca 2 mm enligt Tabell 10. Det bör noteras att hastighetsfluktuationer nära botten lokalt kan innebära högre botten- skjuvspänningar, speciellt kring strukturer så som brostöd. Bedömning av erosionsrisk i området vid Munkbrohamnen kan utföras genom att jämföra den beräknade bottenskjuvspänningen (τb som beräknades för en ekvivalent sandråhet av 25 mm motsvarande mellangrus, se kapitel 2.3) med det kritiska värdet som har antagits vara ca 10 N/m2. Detta värde överskrids inom områdena markerade med svart heldragen linje i Figur 39. Den svarta streckade linjen motsvarar områden där bottenskjuvspänningen överstiger 4 N/m2, dvs. material med medeldiameter 5 mm (ks=12,5 mm) kan eroderas.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 39. Bottenskjuvspänning vid Munkbrohamnen för maximal avtappning vid scenario nya Slussen (ks = 25 mm). Resultat gäller enbart inom det streckade området, där slänten består av grus. De maximala bottenskjuvspänningarna vid Munkbrohamnen uppgår till ca 13 N/m2 i anslutningen med Centralbron, vilket innebär att partiklar med en storlek motsvarande grus (samt material med mindre medeldiameter) kan eroderas. De kritiska korndiametrarna har beräknats utifrån de beräknade bottenskjuvspänningarna (se Figur 39) med hjälp av Shields parameter och redovisas i Figur 40. De teoretiska kritiska korndiametrarna motsvarar den största partikelstorleken som kan transporteras under påverkan av den beräknade bottenskjuvspänningen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 40. Framräknad kritisk medeldiameter vid Munkbrohamnen för maximal avtappning vid scenario nya Slussen med ekvivalent sandråhet ks = 25 mm. Resultat gäller enbart inom det streckade området, där slänten består av grus. Erosionsrisken vid andra lägen (tunnelbanebron, området uppströms Slussen samt sänktunneln) bedöms som försumbar eftersom dessa områden kommer att erosionsskyddas i samband med Slussenprojektet.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

3.3 Känslighetsanalys

3.3.1 Inverkan av batymetrikorrigering uppströms Centralbron i Norrström

Från simuleringen (utförd i 2D) vid maximal avtappning för scenario nuvarande Slussen med modifierad bottennivå i gränssnittet mellan de två utförda ekolodningarna vid Centralbron över Norrström framgår att modifieringen ger mycket liten effekt. Mälarens beräknade vattennivå är oförändrad, dvs. +1,39 m. I Figur 41 (se kapitel 3.3.2) redovisas hastighetsdifferensen mellan det ursprungliga modelleringsresultatet och resultatet med batymetrikorrigering i gränssnittet mellan ekolodningarna (röd linje). Sektionen är uttagen framför Centralbron över Norrström, i samma läge som sektion N1 i Figur 22. Ur resultatet kan utläsas att hastigheterna över hela sektionen minskar med i snitt 0,5 cm/s.

3.3.2 Inverkan av sedimentationsbassäng i Norrström

Från simuleringen (utförd i 2D) med modifierad bottennivå i läge för sedimentationsbassängen i Norrström (så att vatten inte kan strömma där) framgår att en något modifierad strömningsbild erhålls. Sedimentationsbassängen bedöms orsaka en dämning på ca 9 mm vid maximal avtappning för scenario nuvarande Slussen. I Figur 41 redovisas hastighetsdifferensen mellan det ursprungliga modelleringsresultatet och resultatet med batymetri inklusive sedimentations- bassäng (grön linje). Sektionen är uttagen framför Centralbron över Norrström, i samma läge som sektion N1 i Figur 22. Ur resultatet kan utläsas att hastigheterna till vänster i strömningsriktningen, dvs. mot den norra stranden, ökar med i snitt ca 4 cm/s på en sträcka av ca 150 m. Detta motsvarar en ökning på maximalt ca 10%. Därefter minskar hastigheterna succesivt mot den södra stranden för att till slut nå 0 m/s (läge för sedimentationsbassäng, dvs. inget vatten strömmar i detta område). Ökning av strömningshastigheter på den norra sträckan är begränsad. Samtliga beräkningarna som redovisas i denna rapport har utförts utan att simulera sedimentationsbassängen, vilket innebär att:  Strömningshastigheter och bottenskjuvspänningar underskattas något på den norra sträckan av Centralbron. Detta bedöms inte ha någon nämnvärd påverkan på erosionsförhållanden för sträckan.  De högsta hastigheterna i brons tvärsnitt erhålls mellan Strömsborg och den södra stranden (där sedimentationsbassäng finns), varför detta resultat bedöms som viktigt att redovisa.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 41. Jämförelse mellan erhållet resultat och resultat från känslighetsanalys för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen. Differensen är uttryckt i hastighet (m/s).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

3.3.3 Inverkan av z-nivå för beräkning av bottenskjuvspänning

Bottenskjuvspänning (i 3D) beräknas med hjälp av strömningshastigheten som beräknas vid plan 2, dvs. på nivån motsvarande 1 % av vattendjupet. I Figur 42 redovisas resultatet från jämförelse mellan bottenskjuvspänningar som beräknades utifrån hastigheter vid plan 2 och plan 3 (2,5 % av vattendjupet) i Norrström med ekvivalent sandråhet 25 mm (d50=10 mm) för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen. I Figur 43 görs samma jämförelse utifrån hastigheter vid plan 2 respektive plan 5 (10 % av vattendjupet). Känslighetsanalysens resultat visar att bottenskjuvspänningen i området kring Centralbron huvudsakligen är högre (positiva värden i differensen) när de beräknas utifrån hastigheter vid plan 2. Skillnaden är dock liten i förhållande till den största 2 kritiska bottenskjuvspänningen (τc = 10 N/m ). I Figur 44 och Figur 45 görs samma jämförelse för Söderström, med ekvivalent sandråhet 1 mm (d50=0,4 mm). Skillnaden i bottenskjuvspänningen i området kring Centralbron är liten i förhållande till den kritiska bottenskjuvspänningen 2 (τc = 0,1N/m ). Stora lokala variationer kan förklaras med att hastighetsprofilen i dessa områden inte följer en logaritmisk profil eftersom strömningen påverkas kraftigt av geometrin. Vid Centralbron över Norr- respektive Söderström är beräkning av bottenskjuvspänning utifrån hastigheter i plan 2 relevant enligt ovanstående kommentarer. Valet av plan 2 som hastighetsreferens kan även motiveras med att den är den z-nivå som ligger närmast botten, vilket minimerar det fel som kan uppstå i det fall hastigheten avviker från den logaritmiska hastighetsprofilen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 42. Bottenskjuvspänningsdifferens mellan beräkning av skjuvspänning med hastighetsreferens från plan 2 och plan 3 vid Centralbron över Norrström för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen. Ekvivalent sandråhet ks=25 mm (d50=10 mm).

Figur 43. Bottenskjuvspänningsdifferens mellan beräkning av skjuvspänning med hastighetsreferens från plan 2 och plan 5 vid Centralbron över Norrström för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen. Ekvivalent sandråhet ks=25 mm (d50=10 mm).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 44. Bottenskjuvspänningsdifferens mellan beräkning av skjuvspänning med hastighetsreferens från plan 2 och plan 3 vid Centralbron över Söderström för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen. Ekvivalent sandråhet ks=1 mm (d50=0,4 mm).

Figur 45. Bottenskjuvspänningsdifferens mellan beräkning av skjuvspänning med hastighetsreferens från plan 2 och plan 5 vid Centralbron över Söderström för maximal avtappning vid scenario nuvarande Slussen. Ekvivalent sandråhet ks=1 mm (d50=0,4 mm).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

3.3.4 Inverkan av lägre ekvivalent sandråhet i Söderström

I Figur 46 och Figur 47 redovisas beräknade bottenskjuvspänningar med ekvivalent sandråhet 1 mm respektive 0,2 mm (värde som använts av SMHI i tidigare utredning för Slussen-projektet, referens [8]) för maximal avtappning vid scenario nya Slussen. Det kan konstateras att den lägre ekvivalenta sandråheten ger lägre bottenskjuvspänningar, men ändå av samma storleksordning som för beräkningen med ekvivalent sandråhet 1 mm. De erosionskänsliga områdena, dvs. områden där bottenskjuvspänningen överstiger det kritiska värdet (0,1 N/m2) är desamma och känslighetsanalysen bedöms därmed inte innebära förändrade slutsatser gällande erosionsrisken i Söderström.

Figur 46. Bottenskjuvspänning och transportområden (inringat med konturlinjer) för maximal avtappning vid scenario nya Slussen för ekvivalent sandråhet (ks = 1 mm).

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 47. Bottenskjuvspänning och transportområden (inringat med konturlinjer) för maximal avtappning vid scenario nya Slussen för ekvivalent sandråhet (ks = 0,2 mm).

3.3.5 Inverkan av batymetrikorrigering vid Citybanans sänktunnel

Inverkan av batymetrikorrigering vid Citybanans sänktunnel har studerats i 2D- modellen i konfiguration motsvarande scenario 2 (maximal avtappning vid scenario nya Slussen). Modellresultat visar att den modifierad batymetrin inte påverkar den beräknade nivån i Mälaren vid maximal avtappning (+1,40 m). I Figur 48 redovisas resultatet från jämförelse mellan hastigheter som beräknats i modell med modifierad batymetri vid läge för Citybanans sänktunnel (se kapitel 2.1.5) med hastigheter beräknade med den i projektet använda batymetrin.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Figur 48. Hastighetsdifferens mellan beräkning i modell med modifierad batymetri i läge för Citybanans sänktunnel och beräkning med i projektet använd batymetri. Område med modifierad batymetri markerat med svart linje. I höjd med sänktunneln är de redovisade hastigheterna något överskattade i och med att negativa differenser erhålls, dvs. infogandet av korrigerad batymetri har lett till lägre hastigheter i området jämfört med redovisat resultat (maximalt -0,5 m/s). Detta beror på att enligt den senaste ekolodningen ligger sänktunnelns tak lägre än vad som har antagits i den i projektet använda batymetrin. Ökning av hastigheter just nedströms sänktunneln vid Söder Mälarstrand (maximalt 0,4 m/s) beror på att mer flöde förs här på grund av denna lägre nivå på sänktunnelns tak. Det kan konstateras att i området kring Centralbron samt uppströms sänktunneln är hastighetsskillnaderna mycket små (maximalt +/- 0,05 m/s). Hastighetskillnad vid Centralbrons stöd beror på osäkerheter om bottennivåer i dessa områden på grund av pålarna. Känslighetsanalysen visar att inverkan av batymetrikorrigering vid Citybanans sänktunnel inte nämnvärt påverkar strömnings- och erosionsförhållandena kring Centralbron.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

3.4 Pontoners dämningseffekt i Norr- respektive Söderström

3.4.1 Norrström

Pontoner i fack 2 och 5 alternativt 10 och 12 vid MW-nivån I Tabell 14 redovisas använda parametrar samt beräknad dämningseffekt i Norrström för avtappning vid MW-nivån (med helt öppna luckor). Dämningseffekt har beräknats för fack 2, 5, 10 och 12 enbart. Anläggning av pontoner planeras att utföras med två pontoner i taget, i fack 2 och 5 alternativt i fack 10 och 12. När pontoner anläggs i fack 2 och 5 blir den lokala dämningseffekten 2 respektive < 1 mm. När pontoner anläggs i fack 10 och 12 blir den lokala dämningseffekten < 1 respektive 5 10 mm. Den totala dämningen ska dock fördelas i samtliga fack (13 st.), vilket innebär att medeldämningen blir betydligt lägre än de lokala värdena. För detta scenario bedöms dämningen vara mindre än 1 mm oavsett fackkombination, vilket är försumbart. Detta beräknat med pontonareor motsvarande 60 m * [fackbredd] vid respektive fack, se area angiven i tabell.

Tabell 14. Använda parametrar och dämningseffekt för maximal avtappning genom Norrström vid MW-nivån (Q = 240 m3/s, vattennivå = +0,87 m).

Fack Parameter 2 5 10 12

) Area i fack [m2] 130,9 131,2 101,7 76,7

0,87 Hydraulisk radie fack [m] 5,5 5,5 5,1 3,9

nivå nivå + Flöde genom fack [m3/s] 31,3 14,5 5,8 23,8

Utan ponton Utan

(vatte Hastighet i fack [m/s] 0,2 0,1 0,1 0,3

Area i fack [m2] 102,6 102,7 71,7 47,3

0, Hydraulisk radie fack [m] 2,7 2,7 1,8 1,2

onton

Flöde genom fack [m3/s] 31,3 14,5 5,8 23,8

Med p

(vattennivå (vattennivå Hastighet i fack [m/s] 0,3 0,2 0,1 0,4

Pontonarea vid Pontonarea [m2] 1130 1140 1200 1180 fack

Dämning på grund Dämning [mm] 2 < 1 < 1 5 av pontoner

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Pontoner i samtliga fack vid MW-nivån I Tabell 15 redovisas använda parametrar samt beräknad dämningseffekt i Norrström för scenario nuvarande Slussen. För detta scenario är medeldämningen ca 1-2 mm för samtliga antal pontonrader. Facken är numrerade från vänster till höger i strömningsriktningen.

Tabell 15. Använda parametrar och dämningseffekt för maximal avtappning genom Norrström vid MW- nivån (Q = 240 m3/s, vattennivå = +0,87 m).

Fack Parameter 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Utan ponton (vattennivå +0,87 m)

Area i fack 85,9 130,9 150,5 132,5 131,2 113,6 74,8 65,1 56,0 101,7 83,9 76,7 55,8 [m2]

Hydraulisk 3,4 4,0 4,4 3,9 3,9 3,7 2,7 2,6 2,0 3,3 3,0 2,8 2,4 radie fack [m]

Flöde genom 29,6 31,3 26,4 23,1 14,5 18,4 11,4 5,1 5,0 5,8 17,9 23,8 27,7 fack [m3/s]

Hastighet i 0,3 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,2 0,3 0,5 fack [m/s]

Med ponton (vattennivå -0,63 m)

Area i fack 61,9 102,6 121,2 104,7 102,7 84,7 46,0 37,0 28,8 71,7 55,9 47,3 30,1 [m2]

Hydraulisk 1,6 2,1 2,4 2,1 2,1 1,8 1,1 0,9 0,7 1,5 1,3 1,1 0,8 radie fack [m]

Flöde genom 30,3 34,9 30,2 25,9 16,1 19,5 10,0 4,1 3,7 5,8 16,9 20,9 21,2 fack [m3/s]

Hastighet i 0,5 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,3 0,4 0,7 fack [m/s]

Dämning på grund av pontoner

Dämning [mm] 3 1 1 1 <1 1 1 1 <1 <1 <1 4 4 (1 pontonrad)

Dämning [mm] 4 1 1 1 <1 1 1 1 <1 <1 <1 5 5 (2 rader)

Dämning [mm] 5 2 1 1 <1 1 2 2 <1 <1 <1 6 6 (3 rader)

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Pontoner i fack 2 och 5 alternativt 10 och 12 vid maximal vattennivå I Tabell 16 redovisas använda parametrar samt beräknad dämningseffekt i Norrström för scenario nuvarande Slussen (scenario 1, maximal avtappning vid vattennivå +1,39 m). Detta scenario gäller även i konfiguration med nya Slussen (scenario 2). När pontoner anläggs i fack 2 och 5 blir den lokala dämningseffekten 3 respektive 1 mm. När pontoner anläggs i fack 10 och 12 blir den lokala dämningseffekten < 1 respektive 12 mm. Den totala dämningen ska dock fördelas i samtliga fack (13 st.), vilket innebär att medeldämningen blir betydligt lägre än de lokala värdena. För detta scenario bedöms dämningen vara mindre än 1 mm när pontoner anläggs i fack 2 och 5 och ca 1 mm när pontoner anläggs i fack 10 och 12. Detta beräknat med pontonareor motsvarande 60 m * [fackbredd] vid respektive fack, se area angiven i tabell.

Tabell 16. Använda parametrar och dämningseffekt för scenario nuvarande Slussen i Norrström (Q = 352 m3/s, vattennivå = +1,39 m).

Fack Parameter 2 5 10 12

Area i fack [m2] 140,7 141,0 112,1 87,0

Hydraulisk radie fack [m] 4,2 4,0 3,5 3,1

Flöde genom fack [m3/s] 42,9 22,8 7,8 35,0

Utan ponton Utan

(vattennivå +1,39 m) +1,39 (vattennivå Hastighet i fack [m/s] 0,3 0,2 0,1 0,4

Area i fack [m2] 112,4 112,6 82,1 57,5

0,11 m) 0,11 Hydraulisk radie fack [m] 2,3 2,2 1,7 1,3

Flöde genom fack [m3/s] 47,0 24,9 7,8 31,7

Med ponton

(vattennivå (vattennivå Hastighet i fack [m/s] 0,4 0,2 0,1 0,6

Pontonarea vid Pontonarea [m2] 1130 1140 1200 1180 fack

Dämning på grund Dämning [mm] 3 1 < 1 12 av pontoner

Pontoner i samtliga fack vid maximal vattennivå I Tabell 17 redovisas använda parametrar samt beräknad dämningseffekt i Norrström för scenario nuvarande Slussen. Detta gäller även för scenario nya Slussen.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

För detta scenario är medeldämningen ca 2 mm för samtliga antal pontonrader (om fack 13 inte räknas med). Om fack 13 räknas med i medelvärdet blir medeldämningen 3 mm, 3 mm respektive 4 mm för en, två respektive tre pontonrader. Anledningen till att fack 13 blir något missvisande är att beräkningen inte beaktar förändring av flödesfördelning mellan fack till följd av anläggning av pontoner. Facken är numrerade från vänster till höger i strömningsriktningen.

Tabell 17. Använda parametrar och dämningseffekt för scenario nuvarande Slussen i Norrström (Q = 352 m3/s, vattennivå = +1,39 m).

Fack Parameter 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Utan ponton (vattennivå +1,39 m)

Area i fack 94,2 140,7 160,7 142,3 141,0 123,6 84,9 74,8 65,4 112,1 93,6 87,0 64,8 [m2]

Hydraulisk 3,4 4,2 4,6 4,0 4,0 3,8 3,0 2,8 2,3 3,5 3,3 3,1 2,7 radie fack [m]

Flöde genom 40,3 42,9 37,0 34,5 22,8 26,5 17,7 9,1 9,1 7,8 28,9 35,0 40,3 fack [m3/s]

Hastighet i 0,4 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,3 0,4 0,6 fack [m/s]

Med ponton (vattennivå -0,11 m)

Area i fack 70,2 112,4 131,4 114,4 112,6 94,7 56,0 46,8 37,3 82,1 65,6 57,5 39,0 [m2]

Hydraulisk 1,7 2,3 2,5 2,2 2,2 2,0 1,3 1,1 0,9 1,7 1,5 1,3 1,0 radie fack [m]

Flöde genom 41,2 47,0 41,4 38,0 24,9 27,9 16,0 7,8 7,3 7,8 27,8 31,7 33,2 fack [m3/s]

Hastighet i 0,6 0,4 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,4 0,6 0,9 fack [m/s]

Dämning på grund av pontoner

Dämning [mm] 4 2 1 1 <1 1 1 1 1 <1 2 5 14 (1 pontonrad) Dämning [mm] 5 2 1 1 1 1 2 1 1 <1 3 6 19 (2 rader)

Dämning [mm] 6 2 1 1 1 1 2 1 1 <1 4 8 24 (3 rader)

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

3.4.2 Söderström

Pontoner i samtliga fack vid maximal vattennivå för scenario nuvarande Slussen I Tabell 18 redovisas använda parametrar samt beräknad dämningseffekt i Söderström för scenario nuvarande Slussen. För detta scenario har inget dämningseffekt kunnat påvisas. Facken är numrerade från vänster till höger i strömningsriktningen.

Tabell 18. Använda parametrar och dämningseffekt för scenario nuvarande Slussen i Söderström.

Fack Parameter 1 2 3 4 5 6

Utan ponton (vattennivå +1,39 m)

Area i fack [m2] 64,6 458,1 668,3 533,2 498,7 320,9

Hydraulisk radie fack [m] 2,7 7,14 9,1 8,2 8,0 6,1

Flöde genom fack [m3/s] 3,8 53,0 90,7 69,3 47,1 26,6

Hastighet i fack [m/s] 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Med ponton (vattennivå -0,11 m)

Area i fack [m2] 40,2 406,9 617,9 503,4 448,7 271,2

Hydraulisk radie fack [m] 1,1 4,3 5,9 5,2 4,9 3,3

Flöde genom fack [m3/s] 2,6 52,4 93,2 70,1 47,1 25,0

Hastighet i fack [m/s] 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Dämning på grund av pontoner

Dämning [mm] 0 0 0 0 0 0 (1 pontonrad) Dämning [mm] 0 0 0 0 0 0 (2 pontonrader) Dämning [mm] 0 0 0 0 0 0 (3 pontonrader)

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Pontoner i samtliga fack vid maximal vattennivå för scenario nya Slussen I Tabell 19 redovisas använda parametrar samt beräknad dämningseffekt i Söderström för scenario nya Slussen. Beräknad medeldämning är 1 mm för en respektive två pontonrader och 2 mm för tre rader. Facken är numrerade från vänster till höger i strömningsriktningen.

Tabell 19. Använda parametrar och dämningseffekt för scenario nya Slussen i Söderström.

Fack Parameter 1 2 3 4 5 6

Utan ponton (vattennivå +1,39 m)

Area i fack [m2] 64,6 458,1 668,3 533,2 498,7 320,9

Hydraulisk radie fack [m] 2,7 7,14 9,1 8,2 8,0 6,1

Flöde genom fack [m3/s] 23,2 267,2 445,7 342,5 231,1 131,0

Hastighet i fack [m/s] 0,4 0,6 0,7 0,6 0,5 0,4

Med ponton (vattennivå -0,11 m)

Area i fack [m2] 40,2 406,9 617,9 503,4 448,7 271,2

Hydraulisk radie fack [m] 1,1 4,3 5,9 5,2 4,9 3,3

Flöde genom fack [m3/s] 16,1 264,2 458,7 347,0 231,5 123,2

Hastighet i fack [m/s] 0,4 0,6 0,7 0,7 0,5 0,5

Dämning på grund av pontoner

Dämning [mm] 2 1 1 1 1 1 (1 pontonrad) Dämning [mm] 3 1 1 1 1 1 (2 pontonrader) Dämning [mm] 4 2 1 1 1 1 (3 pontonrader)

3.5 Dämning pga. spontning i Norrström

Beräkningsresultat för dämning pga. spontning vid MW-nivån respektive maximal vattennivå redovisas i Tabell 20 och Tabell 21. Spontning av stöd 2 och 12 ger en dämning på ca 8 mm både vid MW-nivån samt vid maximal vattennivå. Spontning av samtliga stöd ger en dämning på ca 55 respektive 51 mm vid MW-nivån respektive vid maximal vattennivå.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Tabell 20. Dämningseffekt för maximal avtappning genom Norrström vid MW-nivån (Q=240 m3/s, vattennivå = +0,87 m). Spontningskonfiguration Maximal vattennivå uppströms Centralbron över Norrström

Ingen spontning +0,869 m

Stöd 2 och 12* +0,877 m (+8 mm)

Samtliga stöd +0,924 m (+55 mm)

Tabell 21. Dämningseffekt för maximal avtappning genom Norrström vid maximal vattennivå (Q=352 m3/s, vattennivå = +1,39 m,).

Spontningskonfiguration Maximal vattennivå uppströms Centralbron över Norrström

Ingen spontning +1,382 m

Stöd 2 och 12* +1,390 (+8 mm)

Samtliga stöd +1,433 (+51 mm)

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

4 SLUTSATSER

4.1 Uppdragsbeskrivning

Inom ramen för uppdraget har en terrängmodell generats och sedan infogats i en hydraulisk modell. Detta för att vid olika scenarier åskådliggöra strömningsförhållandena kring broarna. De studerade scenarierna är nuvarande Slussen samt nya Slussen. Avtappningskapaciteten, eller nivåer för Mälaren (+0,69 m och +1,39 m), får inte ändras under byggtiden utan det är nuvarande tillstånd som gäller. Däremot har Stockholm Stad viss möjlighet att använda alternativa tappningsställen vid specifika arbeten på slussarna. Detta är ett avsteg från nu gällande dom, där tappningsordningen är specificerad mot givna vattenstånd. I och med detta har inte byggskedet studerats som ett separat scenario, utan antas motsvara de förhållanden som gäller för nuvarande Slussen. Scenarierna simuleras med ett inflöde motsvarande maximal avtappning för aktuell konfiguration i Slussen. Erhållet resultat sammanfattas nedan.

4.2 Hydraulik

4.2.1 Scenario 1

Maximal hastighet vid Centralbron i Norr- och Söderström är ca 1,2 m/s respektive ca 0,2 m/s. Flödesfördelningen mellan Norr- och Söderström stämmer bra. Beräknade flödet är 4 % lägre i Norrström respektive 5 % högre i Söderström jämfört med i vattendom angivet flöde.

4.2.2 Scenario 2

Maximal hastighet vid Centralbron i Norr- och Söderström är ca 1,2 m/s respektive ca 1 m/s.

4.2.3 Översvämningsrisker

Vid höga vattennivåer i Mälaren finns en potentiell risk för ett objekt inom Getingmidjans konstruktioner, Riddarholmstunneln. Rälsens överkant i tunneln är som lägst ca +0,89 m. Mälarens vattennivå kan stiga till +1,39 m enligt den nya regleringen i Slussen. Under högflödet 2000 så uppgick Mälarens nivå till +1,42. Detta medförde dock ingen översvämning av tunneln. Trågets överkant ligger på nivå +1,67 m, men det finns även en påbyggnad. I trågets norra ända ligger påbyggnadens överkant på +2,28 m och på den södra sidan ligger överkanten på +3,96 m, men för att översvämning inte ska ske på grund av inträngande Mälarvatten krävs att konstruktionen är vattentät och att inläckage genom sprickor kan bortledas genom den pumpstation som finns.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

4.3 Erosionsrisk

4.3.1 Bedömningsmetod

Bottenmaterialet i Norrström består förmodligen av grövre material på bottenytan medan finare fraktioner kan påträffas i djupare sedimentlager, särskilt i områden med större strömningshastigheter (t.ex. under Centralbron). Söderströms bottenmaterial utgörs av finkornigare material, framförallt lera. Bedömning av erosionsrisken i Norrström är svår på grund av otillräckligt underlag som beskriver bottenmaterialet. I utförda provtagningar har endast den finare fraktionen kunnat analyseras (se siktkurvor som redovisas i kapitel 1.4.2). För att kunna beakta förmodad förekomst av partiklar av olika storlek har sedimenttransport analyserats för flera kornstorlekar (d50 av 0,4 mm, 1 mm, 5 mm och 10 mm) samt motsvarande kritiska bottenskjuvspänningar. Bedömning av erosionsrisken i Söderström baseras på den antagna kritiska bottenskjuvspänningen för en botten bestående av kohesionsmaterial. Denna har bestämts till ca 0,1 N/m2. I turbulent strömning kan avvikelsen mellan den lokala vattenhastigheten och den beräknade hastigheten, som motsvarar en lokal medelhastighet, vara stor. Detta kan i sin tur leda till stora avvikelser i bottenskjuvspänning också avviker stort i och med att den är proportionell mot skjuvspänningshastigheten i kvadrat. Medelvärdet av den fluktuerande skjuvspänningen mot botten kan uppskattas till ca 3τb. Det maximala värdet kan uppskattas till ca 18τb. Detta bör beaktas, särskilt vid varierande bottengeometri och strukturer så som brostöd etc.

4.3.2 Scenario 1

Norrström Modellresultat visar att vid maximal avtappning kan erosion av bottenmaterialet sker för alla studerade partiklarstorlekar som har studerats. Antal och storlek på de områden som är känsliga för erosion är mindre för grövre material. Modellresultat visar även att den finare fraktionen av bottenmaterialet förväntas erodera vid höga flöden, vilken bidrar till bildning av en s.k. stenpäls. Denna process har förmodligen pågått sedan lång tid och bidragit till nuvarande bottenförhållanden. I områden där bottenskjuvspänning blir tillräckligt stor för att leda till brott i stenpälsen kan erosion av underliggande material ske. Enligt modellresultat finns risk för erosion av det grövre materialet som studerats (d50 = 10 mm) vid broläget främst vid södra stranden (mellan brostöd 10 och 12) samt i huvudfåran mellan brostöd 3 och 7. Grövre partiklar bedöms även kunna erodera lokalt. För att avgöra omfattningen av en eventuell erosion krävs ytterligare underlag som beskriver bottenmaterialet. Utifrån dagens kunskap om bottenmaterialet kan inte risken för bottenerosion vid Centralbrons brostöd uteslutas.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

Söderström Ingen materialtransport sker under Centralbron vid maximal avtappning genom Slussen i nuvarande tillstånd. Detta med undantag för mycket löst material som kan finnas i det övre lagret på botten, se kapitel 2.3. Ett sådant lager har emellertid ingen större betydelse vad gäller stabilitet för brostöden. Ingen erosionsrisk har identifierats vid Munkbrohamnen.

4.3.3 Scenario 2

Norrström Strömningsförhållandena i Norrström skiljer sig marginellt från scenariot nuvarande Slussen och därmed även erosionsförhållandena. För bedömd erosionsrisk hänvisas till kapitel 4.3.2. Söderström Erosion av bottenmaterialet vid Centralbron kan ske. Det beräknade bottenskjuvspänningarna uppgår till maximalt ca 2 N/m2, vilket kan leda till erosion av partiklar med en medeldiameter av ca 2 mm. De maximala bottenskjuvspänningarna vid Munkbrohamnen uppgår till ca 13 N/m2 i anslutningen med Centralbron, vilket innebär att partiklar med en storlek motsvarande grus (samt material med mindre medeldiameter) kan eroderas.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

4.4 Pontoners dämningseffekt

Pontoners dämningseffekt har beräknats för olika pontonkonfigurationer i Norrström och Söderström och för olika flödesscenarier, se kapitel 2.4. Erhållna resultat sammanfattas nedan.

4.4.1 Norrström

 Pontoner i fack 2 och 5 alternativt 10 och 12 vid MW-nivån Dämningen bedöms vara mindre än 1 mm oavsett fackkombination, vilket är försumbart. Detta beräknat med pontonareor motsvarande 60 m * [fackbredd] vid respektive fack, dvs. 1130, 1140, 1200 och 1180 m2 för fack 2, 5, 10 och 12.  Pontoner i samtliga fack vid MW-nivån För detta scenario är medeldämningen ca 1-2 mm för samtliga antal pontonrader, vilket motsvarar följande pontonareor: 1 pontonrad = pontonarea 240 m * 10 m = 2400 m2 2 pontonrader = pontonarea 240 m * 20 m = 4800 m2 3 pontonrader = pontonarea 240 m * 30 m =7200 m2  Pontoner i fack 2, 5, 10 och 12 vid maximal vattennivå Dämningen bedöms vara mindre än 1 mm när pontoner anläggs i fack 2 och 5 och ca 1 mm när pontoner anläggs i fack 10 och 12. Detta beräknat med pontonareor motsvarande 60 m * [fackbredd] vid respektive fack, dvs. 1130, 1140, 1200 och 1180 m2 för fack 2, 5, 10 och 12.  Pontoner i samtliga fack vid maximal vattennivå Medeldämningen ca 2 mm för samtliga antal pontonrader (om fack 13 inte räknas med). Om fack 13 räknas med i medelvärdet blir medeldämningen 3 mm, 3 mm respektive 4 mm för en, två respektive tre pontonrader. Anledningen till att fack 13 blir något missvisande är att beräkningen inte beaktar förändring av flödesfördelning mellan fack till följd av anläggning av pontoner. Detta beräknat med samma pontonareor som för beräkning vid MW-nivån, se ovan.

4.4.2 Söderström

 Pontoner i samtliga fack vid maximal vattennivå för scenario nuvarande Slussen För detta scenario har ingen dämningseffekt kunnat påvisas.  Pontoner i samtliga fack vid maximal vattennivå för scenario nya Slussen Beräknad medeldämning är ca 1 mm för samtliga antal pontonrader vilket motsvarar följande pontonareor: 1 pontonrad = pontonarea 180 m * 10 m = 1800 m2 2 pontonrader = pontonarea 180 m * 20 m = 3600 m2

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

3 pontonrader = pontonarea 180 m * 30 m =5400 m2

4.5 Dämningseffekt pga. spontning av Centralbrons brostöd i Norr- och Söderström

I Norrström är dämningsberäkningar utförda för spontning (2 m runt stöd) i ett scenario med 2 brostöd samtidigt (beräkning utförd i de fack där flödena är som störst, dvs. stöd 2 och 12) och ett värstafallscenario då alla brostöd görs samtidigt. Spontning av brostöd 2 och 12 ger en dämning på ca 8 mm både vid MW-nivån samt vid maximal vattennivå. Spontning av samtliga brostöd ger en dämning på ca 55 respektive 51 mm vid MW-nivån respektive vid maximal vattennivå. Centralbrons brostöd i Söderström kan möjligen komma att breddas med ca 2 m på varje sida över ett djup av ca 3,1 m vilket motsvarar en total minskning av vattenarea av ca 74 m2 för sex brostöd. Breddningen avser vara permanent. Areaminskningen motsvarar ca 30% av pontonarean (se kapitel 3.4). Utifrån utförda pontonberäkningar (se kapitel 3.4 samt kapitel 4.4) bedöms dämningseffekt pga. breddningen av Centralbrons betongfundament vara <1 mm vid maximal avtappning i scenario nya Slussen.

4.6 Erforderligt underlag för förfinat resultat

För att förfina erhållet resultatet bedöms följande analyser/mätningar som lämpliga:  Nya analyser av förekommande partikelstorlekar i Norrström. Detta för att bättre kunna utvärdera erosionsrisken.  Mer kalibreringsunderlag i Söderström. Utifrån flödesmätningar med t.ex. ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) vid Centralbron vid avtappning (luckor helt öppna) kan flödesfördelningen mellan Riksbron och Stallkanalen kalibreras. Av intresse är även underlag som beskriver använd metod för att beräkna flödet genom Riksbrons och Stallkanalens luckor.  Fallförlustmätningar. Inmätning av vattenytan vid ett antal platser vid avtappning (luckor och slussar helt öppna), förslagsvis: Saltsjön, uppströms luckorna och Slussen samt upp- och nedströms broarna (Centralbron, tunnelbanebron och Vasabron). Flera inmätningar (av vattenyta och avtappning) bör utföras vid olika tidpunkter.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36

5 REFERENSER

[1] Projekt Slussen – Förslag till ny reglering av Mälaren. Rapport nr 2011-64. SMHI, 2011-12-21. [2] Teknisk beskrivning för vattenverksamhet. Projekt Slussen. Uppdragsnummer 1150640. Sweco Environment/Infrastructure AB, 2011-12-21. [3] Rapport miljöprovtagning Slussen. Marin Miljöanalys AB, 2008-05-13. [4] 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. [5] Rapport sjömätning Slussen. Marin Miljöanalys AB, 2008-04-10. [6] www.batman.vv.se. Trafikverket. [7]The Influence of Turbulence on Soil Erosion. Gijs Hoffmans, 2012. [8] Hydrodynamiska utredningar i Slussenprojektet – underlag för bedömning av erosionsrisk samt effekten på avloppsvattenspridningen i Saltsjön vid ökad avtappning av Mälaren genom Söderström. Rapport nr 2008-61. SMHI, 2008. [9] Hydraulique Générale. Lencastre, 2008. [10] Hydraulik för väg- och vattenbyggare. Cederwall, Larsen, 1976. [11] Hydrauliska modellförsök – Slussen. Rapport nr U 13:04. Vattenfall Research & Development AB, 2013-06-27.

Utskrivet: 2015-11-24 06:36