Afwateringsstudie van de A2 autosnelweg

Transcriptie

1 1 Afwateringsstudie van de A2 autosnelweg dr. ir. Guido Vaes, prof. Jean Berlamont Laboratorium voor Hydraulica, K.U.Leuven Situering Bij recente overstromingen, onder andere van de Motte te Rillaar, werd door menigeen de A2 (E314) autosnelweg als een schuldige aangewezen. Daarom werd door de Administratie Wegen en Verkeer de opdracht gegeven aan het Laboratorium voor Hydraulica van de K.U.Leuven de afwatering van de A2 autosnelweg te evalueren [4]. De afwatering naar de Motte bleek hierbij het belangrijkste aandachtspunt, omwille van de snelle afvoer via gebetonneerde afwateringsgoten in een sterk hellend terrein en omwille van de ongebufferde lozing in de Motte. Andere wegvakken met een afstroming naar andere waterlopen bleken niet of minder kritiek, omwille van beperkte hoeveelheden aangesloten verharde oppervlakte, omwille van bestaande bufferbekkens of minder hellend terrein. Daarom wordt verder enkel op de afwatering naar de Motte ingegaan. De Krachtlijnen voor een geïntegreerd rioleringsbeleid in Vlaanderen legt vereisten voor buffering op m.b.t. de afwatering van grote verharde oppervlakken (> 0.1 ha) [8]. Door hun langgerekte vorm geldt dit voor de meeste hoofdwegen. De standaard begrenzing voor het doorvoerdebiet van een bufferbekken is 10 l/s/ha en de standaard terugkeerperiode voor de overlaat is 2 jaar. Voor zeer grote verharde oppervlakken (vanaf bvb. 10 ha) wordt in de Krachtlijnen een specifieke afwateringsstudie aangeraden. De afwaterende oppervlakte van de A2 naar de Motte is 11.6 ha. Afstromingsberekening In eerste instantie werd een afstromingsberekening gemaakt aan de hand van de rationele methode [1] om na te gaan of de dwarssectie van de huidige grachten voldoende is om het water af te voeren en om de stromingssnelheden na te gaan. Hieruit blijkt dat over een grote afstand de snelheid in de grachten oploopt tot meer dan 2 m/s. De grachten zijn in het verleden aangelegd met het oog op een afvoerfunctie met een helling gelijk aan de terreinhelling. Er treedt nergens overstroming op van de grachten. Om uitschuring te voorkomen werden betonnen goten gebruikt. De steile betonnen goten leiden tot een snelle afstroming; de concentratietijd is ongeveer 25 minuten (afstromingslengte is ongeveer 2 km). Het afvoerdebiet naar de Motte is ongeveer 1000 l/s bij een terugkeerperiode van 2 jaar, wat niet verwaarloosbaar is bij het eigendebiet van de Motte. De recente tendens is om grachten meer als buffering en infiltratievoorziening te gebruiken. In dit geval is het vrij moeilijk om de hele afwatering over een dergelijk lang traject in een steil gebied om te vormen. Daarom wordt een buffering in het dal van de Motte onderzocht. Vaak wordt ook het droog houden van de wegfundering (omwille van stabiliteitsredenen) als argument gehanteerd om geen infiltratie vlak naast een druk bereden weg toe te laten [7]. In dit geval is dit geen probleem, omdat het grootste gedeelte van het beschouwde weggedeelte in ophoging ligt.

2 2 Buffering Om het effect van afwaartse buffering nauwkeurig in rekening te brengen, wordt de afwatering gesimuleerd met het modelleringssysteem Remuli van het Laboratorium voor Hydraulica van de K.U.Leuven [2,3]. Dit is een conceptueel model voor oppervlakte-afwatering waarin continue lange termijn simulaties kunnen worden uitgevoerd. Continue lange termijn simulaties zijn nodig om een nauwkeurige schatting te kunnen maken van de afvoerdebieten en hun kans van voorkomen. Het gebruik van ontwerpbuien daarentegen geeft bij bufferbekkens geen goede schatting van de frequentie van de debieten, omdat bufferbekkens zich vaak als niet-lineaire systemen gedragen en lange antecedent periodes een invloed hebben [2,3,5,6]. In overstromingsgevoelige gebieden wordt in de Krachtlijnen aangeraden om voor grote verharde oppervlakken 15 mm (of zelfs 20 of 25 mm) berging te implementeren [8]. Dit werd gemodelleerd in Remuli met een maximaal doorvoerdebiet van respectievelijk 10 en 20 l/s/ha (figuur 1). Hieruit blijkt dat de beperking tot 10 l/s/ha, zoals in de Krachtlijnen staat gespecifieerd, niet tot de optimale afvlakking van de piekdebieten leidt (figuur 2). Het is belangrijker de terugkeerperiode van de overlaat voldoende groot te kiezen dan het doorvoerdebiet te strikt te limiteren. Figuur 1 : Schematische voorstelling van het afwateringssysteem met ingebouwde buffering De ligging van de afwateringsgrachten is zodanig dat op elk van de vier lozingspunten (Oost- en Westkant van de Motte met elk een linker- en rechter rijbaan) van de grachten in de Motte een apart buffervolume aangelegd dient te worden (figuur 4). Aan drie van de vier lozingspunten kan dit door het afwaartse gedeelte van de afvoergracht te verbreden tot een voldoende groot buffervolume wordt bekomen. Aan de vierde zijde is de aanleg moeilijker. Het afvlakkend effect vanwege 3 buffergrachten is echter niet kleiner dan dit van 4 buffergrachten (figuur 3). Er blijkt zelfs een positief effect te zijn, doordat de piekdebieten van het niet-gebufferde deel vaak niet samenvallen met de piekdebieten van het gebufferde deel. Daarom werd uiteindelijk geopteerd om slechts drie buffergrachten aan te leggen. De afwateringsgrachten in het dal van de Motte zijn vrij vlak. De bufferingsgrachten kunnen dus met doorlatende bodem worden uitgevoerd, maar omwille van de hoge grondwaterstand wordt niet op infiltratie gerekend. Indien er toch infiltratie optreedt, is dit een bijkomend positief effect.

3 3 70 gemiddeld debiet per gebeurtenis (l/s/ha) geen bufferbekken 20 mm; 10 l/s/ha 20 mm; 20 l/s/ha terugkeerperiode (jaar) Figuur 2 : Verdeling van gemiddelde debieten per gebeurtenis voor een afstroming zonder bufferbekken in vergelijking met twee varianten van een bufferbekken (beide gevallen met 20 mm berging; varianten : 10 en 20 l/s/ha doorvoerdebiet). gemiddeld debiet (l/s) boven een basisdebiet van 10 l/s/ha = 116 l/s zonder buffering 3 van de 4 bufferingsgrachten (20 mm) 4 bufferingsgrachten (25 mm) frequentie (dagen/jaar) Figuur 3 : Distributie van de gemiddelde debieten per gebeurtenis die worden afgevoerd naar de Motte voor verschillende bufferingsscenario s bij een doorvoerdebiet van 10 l/s/ha.

4 Figuur 4 : Situatieschets. 4

5 5 Conclusies De standaard buffervolumes uit de Krachtlijnen zijn bruikbare richtwaarden voor beperkte verharde oppervlakken (bvb. < 10 ha). Deze studie toont aan dat een meer nauwkeurige analyse met continue lange termijn simulaties echter nuttig is om verschillende scenario s te vergelijken en tot een bijkomende optimalisatie kan leiden voor grotere verharde oppervlakken. Uit de simulaties blijkt verder dat het beperken van het doorvoerdebiet tot 10 l/s/ha zoals in de Krachtlijnen staat ingeschreven niet tot de optimale afvlakking van de piekdebieten leidt en dat een doorvoerdebiet van 20 l/s/ha beter is op voorwaarde dat de terugkeerperiode van de overlaat verder wordt verhoogd. Dit kan met behoud van de berging die in de Krachtlijnen wordt vooropgesteld. Deze studie toont aan dat met relatief kleine ingrepen, namelijk het verbreden van drie grachten, een groot effect in afvlakking van piekdebieten kan bekomen. Een creatieve en doordachte benadering van de herwaardering van de grachten kan heel wat problemen oplossen, ook op plaatsen waar men op het eerste zicht geen of enkel moeilijke of dure oplossingen ziet. De afwatering van de A2 is echter niet de enige bron van watertoevoer naar de Motte. Ook de gemengde riolering en de rechtstreekse afstroming van de onverharde hellende terreinen leveren een grote bijdrage tot het piekdebiet in de Motte. Als deze drie bronnen samen worden aangepakt, kan een zeer grote daling in overstromingskans worden bekomen voor de Motte. Bibliografie [1] Berlamont J. (1997), Rioleringen, Acco, Leuven. [2] Vaes G. (1999), The influence of rainfall and model simplification on combined sewer system design, doktoraatsthesis, K.U.Leuven, juli [3] Vaes G. (2000), De invloed van neerslag en modelvereenvoudigingen op het ontwerp van gemengde nr. 3, februari [4] Vaes G. & Berlamont J. (1999), Studie van de afwatering van de A2 autosnelweg, in opdracht van Administratie Wegen en Verkeer, augustus [5] Vaes G. & Berlamont J. (2000), The use of continuous long term simulations for the design and impact assessment of source control measures, NATO Advanced Research Workshop on Source Control Measures for Stormwater Runoff, St. Marienthal, Duitsland, november [6] Vaes G., Luyckx G. & Berlamont J. (2000), Nieuwe tendensen in het nr. 7, oktober [7] Van de Kerkhoff E. (2000), Drainage van de wegstructuur, Studiedag Water en de weg, KVIV, mei 2000, Antwerpen. [8] VMM (1996 & 1999), Krachtlijnen voor een geïntegreerd rioleringsbeleid in Vlaanderen, Vlaamse MilieuMaatschappij, Erembodegem.