Viden der styrker ida.dk
SPILDEVANDSKOMITEEN
ERFARINGSUDVEKSLING I VANDMILJØTEKNIKKEN NR. 2 ●
28. ÅRGANG
●
AUGUST 2015
EVA
Adresseliste for udvalgsmedlemmer –
Mads Uggerby (formand)
Kjartan Gunnarsson Ravn
EnviDan A/S Vejlsøvej 23, 8600 Silkeborg e-mail: mau@envidan.dk Tlf. 8722 8587
Vejle Spildevand A/S Toldbodvej 20, 7100 Vejle e-mail: kjara@vejlespildevand.dk Tlf. 5118 1415
Sanne Lund (kasserer)
Ulla Boje Jensen
MOE A/S Buddingevej 272, 2860 Søborg e-mail: sal@moe.dk Tlf. 2540 0246
Furesø Egedal Forsyning A/S Knud Bro Allé 1, 3660 Stenløse e-mail: ubj@fefors.dk Tlf. 4137 5416
Niels Overgaard
Kristian Vestergaard
VandCenter Syd as Vandværksvej 7, 5000 Odense C e-mail: nio@vandcenter.dk Tlf. 6313 2326
Ingeniørhøjskolen Aarhus Universitet Energi- og miljødesign Inge Lehmanns Gade 10, 8000 Aarhus C e-mail: kv@iha.dk Tlf. 4189 3341
Jan Scheel Niras A/S Vestre Havnepromenade 9, 9100 Aalborg e-mail: jns@niras.dk Tlf. 3078 7560
Udgiver Ingeniørforeningen, IDA – Spildevandskomiteen Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA Hjemmeside www.evanet.dk E-mail eva@evanet.dk Dette blads redaktør Jan Scheel, jns@niras.dk
ISSN: 1901-3663
Næste blads redaktør Kjartan Gunnarsson Ravn, kjara@vejlespildevand.dk Deadline for indlæg 5. december 2015 Næste blad forventes udgivet Januar 2016 Redaktion Margrethe Nedergaard, margrethe_nedergaard@hotmail.com
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
3
Indhold Leder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
Indbydelse til Temadag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Kalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
Opgør med CDS-regn – Et debatoplæg Søren Thorndahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Dynamisk modellering – af det urbane vandkredsløb Rasmus Høj Winther . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
CRC water sensitive cities – Hvor løber regnvandet hen, når det regner voldsomt, og hvordan skal det modelleres? Berislav Tomicic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
Klimatilpasning på tværs – Beregningsgrund eller beslutningsgrundlag? Dan Gabriel Jensen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Leder — Vandområdeplaner og regnvandsbetingede udledninger Sommeren er over os, men med sommervarme kan der følge heftige regnskyl, som udover at teste afløbssystemernes kapacitet også får overløbsbygværker til at gå i funktion, med udledning af mere eller mindre opspædet spildevand til følge. For nogle nærrecipienter er dette uden større problemer, enten fordi der er tale om marginale mængder af vand, iltforbrugende stoffer, sygdomsfremkaldende organismer og næringssalte, eller forbi der er tale om en robust recipient, som godt kan klare mosten uden at det går udover den økologiske tilstand. Og netop den økologiske tilstand, som gerne skulle være/ende i kategorien ”god” for mange danske vandløb og søer, bliver igen højaktuel, når vi nærmer os jul, hvor alt tyder på at en ny generation af vandplaner – nu kaldet vandområdeplaner, udgives. For recipientfolkene er det måske de nye kvalitetsparametre ”fisk” og ”vandplanter” som er det mest spændende, mens det for afløbsfolket givet vil være de nye/opdaterede indsatskrav i forhold til de regnvandsbetingede udledninger, som er det mest interessante. Men hvordan er det egentlig at vi vurderer hvad en recipient kan tåle, eller blot finder ud af hvad belastningen egentlig er nu og vil blive i et fremtidigt scenarie med klimaændringer og udbygninger. I ”gamle” dage tyede afløbshydraulikeren til SVK-skrifterne 21 og 22 fra midtfirserne, og sidenhen til EDB-værktøjet SAMBA, når udledningen fra overløbsbygværker skulle opgøres og vurderes. I dag hedder recepten LTS-beregninger, men hvor er det lige man finder opdateret viden herom i SVK-skrifterne? De seneste år er næsten ”druknet” i regn, serviceniveau, klimafaktorer og klimatilpasning. Trænger vi snart til en ajourføring af vores viden om recipientbelastning? Der ligger dog nogle rapporter herom udført i SVK-regi, som ”kun” er 10-15 år gamle. Men meget ny viden burde være kommet til siden da. Dette vil vi tage op på næste EVA-temadag d. 24. september på Hotel Nyborg Strand, se mere herom senere i bladet, samt på udvalgets hjemmeside www.evanet.dk
Vel mødt!
5
EVA-udvalget indbyder til
EVA-temadag Torsdag den 2 4 . september 2015 på Hotel Nyborg Strand
Regnvandsbetingede udledninger – hvordan regner vi den ud? Klimatilpasning fylder for tiden meget indenfor afløbsteknikken, hvilket også mange af de seneste EVA-temadage har været præget af. Imidlertid ender ethvert spildevandssystem i en nærrecipient, som uundgåeligt vil blive påvirket i en eller anden grad. Snart frigives vandområdeplanerne (forventet december 2015), hvor nye indsatser til reduktion af spildevandssystemernes påvirkning af nærrecipienterne vil blive sat på agendaen, - både i forhold til udledningerne fra renseanlæg, overløbsbygværker og separate
Deltagergebyr Medlem af EVA
1300 kr.
Øvrige
1500 kr.
Ingeniører, Ikke medlem af IDA
3450 kr.
Studerende gratis
Tilmelding Tilmeld dig på IDAs hjemmeside
Hvor du opgiver • Arrangement nr. • Navn • Adresse • Tlf. nr. • E-mail • Helst fødselsdato • Oplysning om du er ingeniør eller ej.
(Arrangementet er åbent for alle)
regnvandsudløb.
en r, 5 ag ge 01 ds n a d ig ry re r 2 m el t k de be te for e, r d Sæ en em fo et si al pt m r d e dk i k se ra nå mm et. . og gt hje an 24 v n pr li e ge A’s .e de lig æn ID ww w de ilg å en e t l p på et v ve D bli så som l
vi
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
EVA-udvalget vil derfor på førstkommende temadag tage denne problemstilling op, og for en stund lægge serviceniveau og klimatilpasning på hylden. I stedet vil vi rette søgelyset mod den påvirkning af vandsmiljøet, som vores afløbssystemer uundgåeligt medfører, og ikke mindst, hvordan vi kan fastlægge belastningen og vurdere påvirkningen, såvel i status som i plansituation. Hvilke værktøjer har vi til rådighed og hvordan bruges vi disse på en hensigtsmæssig måde? Et centralt styringselement for miljømyndigheden er udledningstilladelsen. Men er det de rigtige ting der typisk stilles krav til?
7
Det endelige program for temadagen er ikke fastlagt endnu, men følgende overskrifter kunne være et bud på temadagens emner. • Recipienterne og vandområdeplaner • Belastning og påvirkning af ferskvandsrecipienterne med regnvand og spildevand • Værktøjer til kvantificering af belastningen fra regnvandsbetingede udløb • Værktøjer til vurdering af de hydrauliske og vandkvalitetsmæssige forhold i recipienterne • Udledningstilladelser – nu og i fremtiden • Cases/projekter omhandlende overløbsbygværker og regnvandsudledninger.
Det endelige program forventes færdigt primo september og vil da kunne findes på såvel EVA-udvalgets hjemmeside www.evanet.dk som på IDA’s hjemmeside www.ida.dk. Men sæt allerede nu kryds i kalenderen d. 24. september 2015.
FOTO: Udvidelsen af et større regnvandsbassin ved Brøndby, MOE A/S
Vel mødt i Nyborg!
Kalender
2015
8
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Kalender — Faglige arrangementer EVA arrangementer
Faglige arrangementer for efterår 2015
24. sep.
EVA-temadag, Regnvandsbetingede udledninger – hvordan regner vi den ud?
Danva arrangementer
Der henvises i øvrigt til de respektive kursusudbyderes hjemmesider for ajourføring af kursusdatoer, yderligere information samt tilmelding.
9. sep.
Det gode samarbejde om planudarbejdelse – Forsyning og kommune
16. sep.
Regnvandsbassiner
23. sep.
Beredskabsplanlægning for spildevandsselskabet ved ekstremvejr
6. okt.
17. nov.
Kommunikation i separeringsprojekter Dansk Vand Konference 2015
DHI 8.-9. sep.
Mike Urban Collection Systems
7.-8. okt.
Mike Flood
21.-22. okt
Modelling of storm water for green cities
Ferskvandscentret 8.-9. sep.
Introduktion til afløbssystemer
9.-10. sep.
Tilslutnings- og udledningstilladelser
14.-15. sep.
Arbejdsmiljø i spildevandssektoren
20. okt.
Vandsektorloven i praksis
3. nov.
Tilladelser til udledning med miljøfarlige stoffer
16.-17. nov.
Spildevandsplanen
17.-18. nov.
Afløbsjura – hvad er praksis?
30. nov.-1.dec. Grundlæggende hydraulik 1.-2. dec.
Håndtering af regnafstrømning
Juridiske nyheder indenfor vand- og spildevandssektoren
7. dec.
Teknologisk Institut 1.-3. sep.
Klimatilpasningsuddannelse
7.-11. sep.
Afløbssystemers opbygning og funktion
Regnvand til tøjvask og toiletskyl
28. okt.
29. okt.-10. dec. Klimatilpasningsuddannelse
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
9
Opgør med CDS-regn — Et debatoplæg
Af: Søren Thorndahl, Lektor PhD Institut for Byggeri og Anlæg Aalborg Universitet samt næstformand i IDA Spildevandskomiteen
CDS-regn kombineret med en afløbsmodel er principielt set en genial metode til at undersøge belastningen på et afløbssystem og om det overholder gældende funktionspraksis nu og i fremtidens klima. Men kun hvis man kender metodens begrænsninger.
I Spildevandskomiteens Skrift 27 (2005) anbefales brug af dynamiske afløbsmodeller koblet med CDS-regn til det der i skriftet benævnes som ”Beregningsniveau 2: Dimensionering og analyse af forholdsvist ukomplicerede afløbssystemer”. Betingelsen omkring ukomplicerede systemer synes ofte at blive negligeret. Især i forbindelse med oversvømmelsesberegninger og -scenarier anvendes CDS-regn hyppigt til trods for, at interaktion mellem afløbssystem og overflade samt strømning og magasinering på overflader næppe kan karakteriseres som strømningsmæssigt ukompliceret. I BEK nr. 1222 af 14/12/2012: ”Bekendtgørelse om ændring af bekendtgørelse om spildevandstilladelser m.v. efter miljøbeskyttelseslovens kapitel 3 og 4” §7a stk. 2 står der at beregninger kan gennemføres som: ”… en kombineret én- og todimensional hydrodynamisk afløbs- og overflademodel, hvor der beregnes voluminer og vandstande”. Herudover angives at: ”Ved udarbejdelsen af oversvømmelseskort skal oversvømmelser som følge af kapacitetsproblemer beregnes for estimerede regnhændelser i år 2050, hvor der beregnes for 5-, 10-, 20-, 50- og 100-års regnhændelser samt for øvrige regnhændelser i år 2050, der fastsættes af kommunalbestyrelsen”. Kommunerne skal således fremstille oversvømmelseskort til at belyse risiko for oversvømmelse fra afløbssystemer. Ofte anvendes en såkaldt 1D-2D-model (DANVA 2011), fx en Mike URBAN (DHI, 2014) model af afløbssystemet koblet til en terrænmodel (Mike FLOOD, DHI 2014). Men hvad med regninputtet til disse simuleringer? Den mest almindelige metode er at anvende en CDS-regn multipliceret med en velvalgt klimafaktor for 2050, men er en CDS-regn med en gentagelsesperiode på 100 år nødvendigvis det samme som 100-års regnhændelsen? Påstanden i denne artikel er, at forudsætningerne for CDS-regnen ikke er overholdt, når disse anvendes til oversvømmelsesberegninger. Derfor er der ikke nødvendigvis overensstemmelse mellem CDS-regnen med en 100 års gentagelsesperiode og 100-års regnhændelsen. I nærværende artikel vil teori og forudsætninger for CDS-regn kortfattet blive gennemgået. Derudover vil der blive givet eksempler på oversvømmelsessimuleringer baseret på historisk regn og CDS-regn der viser, at anvendelse af CDS-regn til oversvømmelsessimuleringer overestimerer oversvømmelsesdybder og -udbredelser signifikant. Slutteligt præsenteres et alternativ til anvendelse af CDS.
10
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Teoretisk baggrund
CDS (Chicago Design Storm) er udviklet af Keifer og Chu (1957) som en metode til at generere syntetiske hyetografer til dimensionering af regnafledningssystemer. I al sin enkelthed bruges metoden til at sammensætte kasseregn (baseret på IDF-kurver, Intensity-Duration-Frequency) så alle dimensionsgivende regnintensiteter for en given gentagelseperiode kan sammensættes til en designregn. Konceptet er, at middelregnintensiteten som funktion af tiden i den opbyggede regn skal svare til de niveauer der indgår i kasseregnen. Ved at konstruere denne designregn kan man i stedet for at kontrollere et givet afløbssystem med forskellige regnvarigheder (dimensionsgivende regnintensiteter) nøjes med at kontrollere systemet med én designregn. Der gøres en væsentlig forudsætning - nemlig at gentagelsesperioden for en specifik regnintensitet med given varighed har den samme gentagelsesperiode som et givent stuvningsniveau i et punkt i afløbssystemet. Det vil sige, at CDS-regn forudsætter, at der er en lineær sammenhæng mellem det maksimale stuvningsniveau og regnintensiteten. For simple afløbssystemer er denne antagelse rimelig, men i mere komplekse systemer med pumper, overløb, bassiner, styring, vandbremser, tilbagestuvning, forgreninger, mv. er responsen mellem regnintensitet og stuvningsniveau ikke nødvendigvis lineær. Dette kan medføre både over- og underestimering af beregnede maksimalvandstande i brønde. I situationer med oversvømmelse, hvor vandet stuver til terrænniveau, strømmer på overfladen og magasineres i lavninger opnås en meget kompleks sammenhæng mellem regnintensiteter og oversvømmelsesdybder. Det er netop i disse tilfælde hvor forudsætningen for CDS-regnen ikke holder.
Modelleringskoncept
I det følgende præsenteres en sammenligning af tre regninputs og resulterende oversvømmelsessimuleringer. Den første simulering bygger på en simulering med den i regnmåleren målte regnhændelse. Den anden simulering er baseret på en såkaldt hændelsesbaseret CDS-regn. Denne generede CDS-regn er fittet til de regnintensiteter der indgår i den målte hændelse, så den statistisk set repræsenterer de samme regnintensiteter (se eksempler i Figur 2 og 8). Ideen er således at undersøge om en CDS-regn, der har de samme statistiske karakteristika som den målte hændelse, giver samme oversvømmelse. Denne sammenligning repræsenterer derfor en undersøgelse af om forudsætningen for anvendelse af CDS-regn til oversvømmelsesberegninger er valid. Den tredje simulering er også en CDS-regn, men genereret ud fra Spildevandskomiteens Skrift 30. Ud fra skriftet findes den højeste gentagelsesperiode for de regnvarigheder og tilhørende maksimumintensiteter der indgår i den målte hændelse. Hvis for eksempel 60 minutters varigheden i den målte hændelse er den varighed som har den højeste gentagelsesperiode, fx på 50 år – genereres CDS-regnen med en gentagelsesperiode på 50 år. Herved kommer den gentagelsesperiodebaserede CDS- regn til at repræsentere det man kan kalde for en 50-års hændelse. De regnintensiteter der indgår i denne regn har modsat den hændelsesbaserede CDS alle samme gentagelsesperiode. Denne regn repræsenterer derfor det type regninput man normalt vis ville anvende til at undersøge en 5, 10, 20, 50 og 100 årsregnhændelse, jf. BEK nr. 1222. Sammenligningerne foretages ved at sammenligne regnens statistiske karakteristika samt arealet af oversvømmelserne fordelt på forskellige vanddybdeintervaller på terræn. I det følgende gives eksempler fra to cases hhv. Lystrup og Aalborg C. Netop disse to oplande er valgt da de har forskellige terrænprofiler. Aalborg-oplandet er relativt fladt hvorimod Lystrup-oplandet har større terrænhældninger.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
11
Alle simuleringerne udføres med en 1D-2D-model (Mike Urban + Mike Flood). Modellerne er i begrænset omfang kalibreret, men eftersom det er relative sammenligninger, der i denne artikel er i fokus, vurderes modellernes repræsentation af de virkelige hændelser som mindre betydende. Opløsningen på terrænmodeller og oversvømmelsesmodeller er 1,6 m.
2
10
30 Målernr. 5180 t =10 min
Hændelse
t =30 min
Skrift 30: T = 52 år
Fit: i = 178.8 (tr + 11.6)
r
25
r
t =60 min
i = 305.6 (t + 6.8)
Regnintensitet ( m s )
Regnintensitet ( m s )
r
20
15
10
0.72
0.81
r
1
10
5 Figur 1 Målt regnhændelse samt midlede regnvarigheder over 10, 30 og 60 min. Egå renseanlæg 26. august 2012. 0 02:00
0
03:00
04:00
05:00 26 Aug 2012
06:00
07:00
10 0 10
08:00
3
10
Figur 2 Fittet IDF-kurve for den målte hændelse 26. august 2012 (hændelsesbaseret) samt IDF- kurve med gentagelsesperiode på 52 år (gentagelseperiodebaseret). Den sorte ring repræsenterer varigheden med den største gentagelsesperiode ift. Skrift 30.
Hændelsesbaseret CDS: 26 AUG 2012
Gentagelsesperiodebaseret CDS, T = 52 år
60
60
50
50
Regnintensitet ( m s 1)
Regnintensitet ( m s 1)
2
10 Regnvarighed, t (min) r
Figur 1 Målt regnhændelse samt midlede regnvarigheder over 10, 30 og 60 min. Egå renseanlæg 26. august 2012.
40
30 i
max
= 28.8 m s 1
d = 52.5 mm
20
10
0
1
10
i
max
= 57.8 m s 1
d = 54.5 mm
40
30
20
10
0 Tid (min)
50
100
Figur 3 Hændelsesbaseret CDS for hændelsen 26. august 2012.
150
200
0
0 Tid (min)
50
100
150
200
Figur 4 Gentagelsesperiodebaseret CDS for hændelsen den 26. august 2012.
12
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Lystrup den 26. august 2012
Eksempel: Lystrup
Lystrup nord for Aarhus blev den 26. august 2012 ramt af kraftig regn som medførte oversvømmelse flere steder i byen. Regnhændelsen blev målt på Egå Renseanlæg syd for Lystrup (målernr. 5180) til i alt 51,6 mm over ca. 5 timer. Den målte regn er vist på figur 1 sammen med regnintensiteter midlet i 10, 30 og 60 minutters regnvarigheder. På figur 2 ses IDF-kurven for fittede regnformel, der anvendes til at generere den hændelsesbaserede CDS-regn, samt IDF-kurven der repræsenterer den største gentagelsesperiode i hændelsen. I dette tilfælde er det 180 minuttersvarigheden der har en gentagelsesperiode på 52 år ift. Skrift 30. Det er tydeligt, at regnintensiteterne for de kortere varigheder ligger signifikant højere på den gentagelsesperiodebaserede kurve end for den hændelsesbaserede. De to CDS-regn er vist på figur 3 og 4. Figur 5 viser de maksimale oversvømmelsesdybder for Lystrup-oplandet simuleret med den målte regn under hændelsen den 26. august 2012. Tilsvarende oversvømmelseskort for simuleringerne med CDS inputs er ikke vist, men i figur 6 er præsenteret en oversigt over oversvømmede arealer i forskellige intervaller med de tre forskellige regninputs. Den hændelsesbaserede CDS overestimerer oversvømmelsen med ca. 20 % i forhold til simuleringen med den målte regn. Således er der en lille overestimering ved at anvende den hændelsesbaserede CDS, til trods for at CDS-regnen har samme intensitetsniveauer og volumen som den målte regnhændelse. Der er ikke kun forskelle i det oversvømmede areal, men også nogle forskelle på de oversvømmede lokaliteter (ej vist). Sandsynligvis skyldes forskellene vandets transport på overfladen. Havde der ikke været transport på overfladen, dvs. at oversvømmelsen mere eller mindre ville blive liggende omkring de brønde hvorfra vandet oversvømmer fra, ville forudsætningen for CDS-regnen være overholdt. Men eftersom vandet transporteres til terrænets lavninger er der ikke linearitet mellem den kritiske regnintensitet og stuvningsniveauet. Afløbssystem og overflade er derfor for komplekst til at kunne simuleres med en CDS. Sammenlignes den gentagelsesperiodebaserede CDS-regn med simuleringen med den målte regn kan der på figur 6 ses, at det oversvømmede areal overestimeres med 154%. Dette viser med alt tydelighed, at det at anvende en CDS-regn hvor alle intensiteter har samme gentagelsesperiode, medfører en signifikant overestimering af oversvømmelsen. Der er således en meget lille lighed mellem den målte hændelse og det man ville definere som en 52-års hændelse baseret på den største gentagelsesperiode for en given varighed i den målte hændelse.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
13
Figur 5 Oversvømmelseskort Lystrup med den på Egå renseanlæg målte regn den 26. august. 2012
5
6
Oversvømmet areal (m2)
5
Figur 6 Oversvømmede arealer i forskellige dybdeintervaller for de tre regninputs anvendt på Lystrup-modellen
x 10
> 50 cm
4
3
2
1
0
Målt regn
Hændelsesbaseret CDS Gentagelsesperiodebaseret CDS
14
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
2
18
Målernr. 5054 tr=10 min
16
tr=30 min
10
Hændelse Fit: i = 79.9 (t + 15.2)−0.56 r
Skrift 30: T = 62 år
tr=60 min
−0.75
14
i = 259.6 (tr + 6.2)
−1
Regnintensitet (mm s )
Regnintensitet ( m s )
20
12 10 8 6
1
10
4 2 0 21:00
0
00:00
03:00
06:00 14 Aug 2006
09:00
12:00
10 0 10
15:00
Figur 7 Målt regnhændelse samt midlede regnvarigheder over 10, 30 og 60 min. Nørresundby 15. august 2006.
1
10
Gentagelsesperiodebaseret CDS, T=62 år 60
50
50
1
Regnintensitet ( m s )
1
Regnintensitet ( m s )
Hændelsesbaseret CDS: 15 AUG 2006
40
30
i
max
= 16.8 m s
3
10
Figur 8 Fittet IDF-kurve for den målte hændelse 15. august 2006 (hændelsesbaseret) samt IDF kurve med gentagelsesperiode på 62 år (gentagelseperiodebaseret). Den sorte ring repræsenterer varigheden med den største gentagelsesperiode ift. Skrift 30.
60
20
2
10 Regnvarighed, tr (min)
1
i
max
= 59.4 m s
1
d = 85.2 mm
40
30
20
d = 90.4 mm
10
0
10
0 Tid (min)
Figur 9 Hændelsesbaseret CDS for hændelsen 15. august 2006.
Eksempel: Aalborg C
500
0
0 tid (min)
Figur 10 Gentagelsesperiodebaseret CDS for hændelsen den 15. august 2006
Aalborg Centrum er karakteriseret ved at have et relativt fladt terræn samt at en stor del af regn- og spildevand fra det sydlige Aalborg strømmer igennem den vestlige del af oplandet til Renseanlæg Vest. Den 15. August 2006 blev Aalborg ramt af en kraftig regnhændelse hvor der i regnmåleren i Nørresundby (målernr. 5054) blev målt til 84,4 mm over ca. 13,5 timer. Den målte regn er vist på figur 7 sammen med regnintensiteter midlet i 10, 30 og 60 minutters regnvarigheder. På figur 8 ses IDF-kurven for fittede regnformel, der anvendes til at generere den hændelsesbaserede CDS-regn, samt IDF-kurven der repræsenterer den største gentagelsesperiode i hændelsen. I dette tilfælde er det 360 minuttersvarigheden, der har en gentagelsesperiode på 62 år ift. Skrift 30. Den hændelsesbaserede og den gentagelsesperiodebaserede CDS er vist hhv. i figur 9 og 10.
500
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 11 viser de maksimale oversvømmelsesdybder for Aalborg C -oplandet simuleret med den målte regn under hændelsen den 15. august 2006. Som i analysen af Lystrup er oversvømmelseskort for simuleringerne med CDS inputs er ikke vist, men på figur 12 vises et søjlediagram over oversvømmede arealer i forskellige intervaller med de tre forskellige regninputs. Modsat simuleringerne på Lystrup-oplandet danner der sig et lidt andet billede af simuleringerne på Aalborg C. Her findes der umiddelbart kun en 3 % overestimering ved at anvende den hændelsesbaserede CDS (hvilket usikkerhederne i fittet taget i befragtning må anses som ubetydelig). At der ikke er forskel på de to simuleringer skal findes i at Aalborg C ligger med meget lille fald, og at der er en række overløbsbygværker som aflaster til Limfjorden. Hele Aalborg C’s afløbssystem er derfor at betragte som et stort bassin der skal fyldes op før der sker en oversvømmelse. Det er derfor ikke nødvendigvis de maksimale intensiteter, der er kritiske for systemet, men regnens samlede volumen (lange regnvarigheder med relativt lave intensiteter). Da den målte hændelse og den tilpassede hændelsesbaserede CDS næsten har samme volumen, bliver forskellene i oversvømmelsesudbredelser små. Pga. af det begrænsede fald er der meget lidt transport på overfladen, hvorfor vandet magasineres på terræn samme sted strømning fra afløbssystem til overflade finder sted. Selvfølgelig er der en vis intensitetsafhængighed, hvilket også ses af at den 16 % større oversvømmelse ved anvendelse af den gentagelsesperiodebaserede CDS, men denne effekt er markant mindre end i Lystrup-oplandet. Med lidt god vilje kan man konkludere at forudsætningerne for anvendelse af CDS delvist er opfyldt for Aalborg C fordi transporten af vand på overfladen er minimal.
15
Figur 11 Simuleret oversvømmelseskort for Aalborg C med den målte regn i Nørresundby den 15. august. 2006 som input.
16
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
5
10
x 10
9
Oversvømmet areal (m2)
8
Figur 12 Oversvømmede arealer i forskellige dybdeintervaller for de tre regninputs anvendt på Aalborg-modellen.
> 50 cm
7 6 5 4 3 2 1 0
Målt regn
Hændelsesbaseret CDS Gentagelsesperiodebaseret CDS
Opsummering og anbefalinger
Med to eksempler på oversvømmelsessimuleringer er der i denne artikel vist, at der er risiko for at overestimere oversvømmelser fra afløbssystemer i byer ved anvendelse af CDS-regn sammenlignet med målte regnhændelser. I traditionel dimensionering af simple afløbssystemer forudsætter man, at der findes én kritisk regnvarighed som svarer til koncentrationstiden i et punkt (Rationel metode, Skrift 27: beregningsniveau 1). Herved vil man ved gennemregning af et afløbssystem med en CDS-regn indeholdende denne varighed kunne bestemme det maksimale opstuvningsniveau (Skrift 27: beregningsniveau 2). Når man, som her, laver oversvømmelsesberegninger og ikke kun ser på et bestemt punkt i afløbssystemet, men er interesseret i at bestemme oversvømmelsesudbredelse og -dybder, findes der derfor ikke kun én kristik regnvarighed i et punkt. Derimod vil det være en kombination af regnens dynamik og vandets transport på overfladen som skaber oversvømmelsen. I eksemplet fra Aalborg er det primært det samlede volumen i regnhændelsen, der er kritisk for oversvømmelsen, hvorimod det i Lystrup i højere grad er de korte regnvarigheder med høje intensiteter og efterfølgende transport på det relativt stejle terræn, der skaber oversvømmelse. Overestimeringen af oversvømmelsen er endnu mere evident når man anvender en traditionel CDS-regn med en høj gentagelsesperiode. Rent statistisk er CDS-regnen genereret ud fra en helt række regnvarigheder med tilhørende intensitetsniveauer i en målt serie. Det er usandsynligt at intensiteterne med samme gentagelsesperiode vil optræde samtidigt i virkeligheden. Ved oversvømmelsesberegninger er der derfor ikke ræson i at anvende CDS-regnen når det ikke er den enkelte maksimumintensitet for en given varighed der er kritisk, men en kombination af flere komplekse parametre og strømningsfænomener. Ved oversvømmelse er gentagelsesperioden for regnintensiteten for en given varighed ikke det samme som gentagelsesperioden for det oversvømmede areal eller oversvømmelsesdybden på terræn.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
På trods af at denne artikel blot eksemplificerer to forskellige oplandstyper, viser den, at man vil kunne finde eksempler på oplande og lokaliteter hvor CDS-regn med nogenlunde realistiske resultater kan anvendes til oversvømmelsesberegninger, men også oplande hvor forudsætningerne for CDS ikke holder. En oversvømmelse med en CDS på en 100-års gentagelsesperiode kan, afhængigt af oplandet og afløbssystemets kompleksitet, være signifikant overestimeret, fordi det er usandsynligt at alle regnintensiteter i en hændelse vil have den samme høje gentagelsesperiode. Når man har et komplekst opland og afløbssystem, hvor det ikke kun er én regnvarighed, der er kritisk for systemets kapacitet, men en kompleks dynamik i systemet der skaber oversvømmelser, vil der ikke være sammenfald mellem gentagelsesperioden for oversvømmelsen og gentagelsesperioden for regnvarigheden. Derfor er der ikke sammenfald mellem hvad der i ”BEK nr. 1222 af 14/12/2012” defineres som en 100 årsregnhændelse og en CDS-regn med en 100 års gentagelsesperiode. I stedet for at anvende CDS-regn anbefales det i stedet at bruge velvalgte historiske hændelser. Det kunne være ved at gennemregne nogle af de kraftigste hændelser i en regnserie og rangere dem efter – ikke regnintensiteter og varigheder – men det oversvømmede areal i en simulering svarende til dem der er vist i denne artikel. Der er selvfølgelig et problem i at kunne regne på oversvømmelseshændelser som har en længere gentagelsesperiode end en regnseriens længde. I dette tilfælde kunne man med fordel kombinere flere serier. Fx ved at følge tanke gangen fra skrift 26/28/30 ved at vælge at kombinere serier med samme årsmiddelnedbør. Alternativt kunne man også gange klimafaktorer på en målt regn for at få den til at repræsentere en hændelse i fremtidens klima. Endnu bedre var det nok at lave et nationalt katalog over målte ekstremregn som kunne anvendes til at simulere oversvømmelse på forskellige oplande med forskellige karakteristika. Det ville betyde et opgør med regionaliseringstankegangen fra Skrift 26/28/30 i forhold til oversvømmelseshændelser. Herved kunne man bruge CDS-regnen til det den er genial til, nemlig dimensionering og analyse af simple afløbssystemer inden for serviceniveauer for opstuvning til kritisk kote, jf. Skrift 27.
Tak
Tak til Aalborg Forsyning Kloak A/S, Aarhus Vand A/S, Orbicon A/S og Envidan A/S for adgang til opland og modeller. Tak til tidligere studerende og nu civilingeniører i Vand og Miljø fra AAU: Christoffer Bechgaard, Mathias Lautrup Jepsen og Mikael Kjærgaard Laursen for bidrag og arbejde med oversvømmelsesmodeller.
Referencer
DANVA (2011) En kogebog for analyser af klimaændringers effekter på oversvømmelser i byer, Forsknings- og udredningsprojekt nr. 19, ISBN: 978-87-92651-04-4 Keifer, C.J. & Chu, H.H., 1957, Synthetic storm pattern for drainage design, Journal of Hydraulic Division, ASCE, Hy 4, 1332-1 – 1332-25. Hydraulic Division, ASCE, Hy 4, 13321 – 1332-25. Spildevandskomiteens Skrift 27 (2005) Funktionspraksis for afløbssystemer under regn. IDA Spildevandskomiteen. Spildevandskomittens Skrift 30 (2014) Opdaterede klimafaktorer og dimensionsgivende regnintensiteter. IDA Spildevandskomiteen.
17
18
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Dynamisk modellering _
af det urbane vandkredsløb
Af: Rasmus Høj Winther, EnviDan,
Udbredelsen af LAR og behovet for at kunne analysere afløbssystemet under skybrud stiller nye krav til brugen af afløbsmodeller. Modellerne er centrale, når dynamikken i afløbssystemet skal analyseres. Det er derfor væsentlig at få en ordentlig repræsentation af de nye forsinkelses- og nedsivningsløsninger samt beskrivelse af systemet i skybrudssituationen.
Figur 1 Illustrations af forskellige hydrologiske processer samt modeller, hvor processerne er beskrevet i modelsystemet.
I forbindelse med separatkloakering og skybrudssikring af Rivangen i Aarhus arbejder Aarhus Vand og EnviDan med et modelleringskoncept til dynamisk modellering af vandets kredsløb fra nedbør på befæstede og ubefæstede overflader til det forlader området igen via regnvandssystemet eller underjordisk afstrømning. Det nye regnvandssystem i Risvangen vil bestå af LAR-elementer kombineret med et terrænbaseret transportsystem bestående af koblede regnbede, wadier og grønne render.
Krav til modellering af regnvandssystemer fra hverdagsregn til skybrud
Opbygningen af modelsystemet tager udgangspunktet i følgende krav og ønsker til modellerne: • Skal kunne simulere det aktuelle kloaksystem efter servicemål. • Skal kunne simulere scenarier med implementering af LAR - både fuld og deletaper. • Detaljeringsniveauet er på enkelt hus og have for at inkludere private regnbede, faskiner og render. • Skal simulere interaktionen mellem afløbssystem og afstrømning på terræn ved skybrud. • Skal inkludere afstrømning fra grønne områder ved skybrud. • Skal kunne bruges til at simulere og dimensionere terræntilpasninger til håndtering af skybrud, som f.eks. skybrudsbassiner eller -veje. • Skal kunne simulere ændringer i kritisk grundvandsspejl ved øget nedsivning og klimafremskrivning af nedbøren.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 2 Vandstand på terræn når rør- og terrænmodel kobles i hovedbrønde i midten af vejen.
19
Figur 3 Vandstand på terræn, når rør- og terrænmodel kobles i vejbrønde i vejkanten.
Opsætning af modellerne
I Risvangenprojektet er der taget udgangspunkt i rør-, terræn- og grundvandsmodel fra DHI i form af hhv. Mike Urban, Mike 21 og Mike She. Grundtanken er at beskrive regnvandssystemet med rørsystem, LAR-elementer og befæstede flader i rørmodellen, mens overfladeafstrømning fra grønne flader håndteres i terrænmodellen. Det giver mulighed for at holde beskrivelsen af systemet op mod funktionskrav i rørmodellen, hvorfor beregningstiden kan holdes nede. LAR-elementerne indarbejdes i modellen via en kombination af tilgængelige modelelementer som eksempelvis bassiner og ledninger. Under skybrud vil kapaciteten i afløbssystemet og tilbageholdelsesevnen i ikke-befæstede, grønne arealer være opbrugt og afstrømningen på overfladen vil begynde. I skybrudsberegningen udbygges rørmodellen derfor med en terrænmodel, hvor bl.a. afstrømningen fra de grønne arealer er beregnet som en funktion af nedbørsintensiteten og jordbundsforholdene. Da arealerne ikke er afvandet som de befæstede flader, tilføres den beregnede afstrømning direkte i terrænmodellen, så retningen af afstrømningen sker i forhold til terrænet. I systemer, hvor nedsivning er en del af løsningen, kan de førnævnte modeller suppleres med en hydrogeologisk model med en detaljeret beskrivelse af de overfladenære jordlag. Denne benyttes til at belyse konsekvensen af en øget nedsivning på det kritiske grundvandsspejl. Kan en øget nedsivning i et område eksempelvis give en øget risiko for problemer for nedstrøms naboers kældre?
Komplekse modelsystemer er ikke uproblematiske
Det samlede modelsystem giver mulighed for detaljeret analyse af sammenspillet mellem et komplekst regnvandssystem bestående af både nedsivning og transport i alt fra LAR til skybrudsløsninger, og grundvandet. Modelsystemet åbner dog også op for en række udfordringer og usikkerheder omkring bl.a. procesbeskrivelser, fastsættelse af nye parametre, modelstabilitet, numerisk vand og kvalitetssikring af de komplekse modeller. Eksempelvis er en fornuftig beskrivelse af koblingen mellem rør- og terrænmodel len nødvendighed for en ordentlig udveksling af vand mellem modellerne. Om modellerne kobles i midten af vejen, hvor hovedledningen er placeret, eller i vejkanten ved vejbrøndene, giver forskel på, hvor stor en andel af vandet på terrænet, der kan finde ned i afløbssystemet. Det kræver altså indsigt i de tre fagdiscipliner og arbejde på tværs af fagligheder at få troværdige modeller. Til gengæld kan modelsystemet blive et vigtigt analyseværktøj for kommuner, forsyninger og rådgivere, når nye løsninger som LAR og skybrudssikring skal tænkes ind i et regnvandssystemet, der skal håndtere alt fra hverdagsregn til skybrud.
20
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
CRC water sensitive cities — Hvor løber regnvandet hen, når det regner voldsomt, og hvordan skal det modelleres?
Urbane oversvømmelser er både forventelige og uundgåelige i danske byer
Overfladeafstrømning efter ekstremregn overbelaster afløbssystemerne i danske byer, ofte med oversvømmelse af gader og vand i kældre som konsekvens. Disse utilsigtede hændelser kommer ikke som nogen overraskelse, da afløbssystemerne kun er designet til at håndtere regnvand op til en vist mængde. For alle større hændelser overskrides afløbssystemets kapacitet ”pr. design”, og den overskydende del af overfladeafstrømningen resulterer i oversvømmelse. Af: Berislav Tomicic, DHI URB
Der er stor usikkerhed i forhold til den fremtidige forekomst af ekstreme regnhændelser, som med al sandsynlighed er forårsaget af klimaforandringer, men det er i overvejende grad accepteret, at vil ske en øget forekomst af ekstreme regnintensiteter. Det betyder, at frekvensen af urbane oversvømmelser samt risici, som er forbundet med oversvømmelserne (materielle skader, sygdomsspredning, osv.), vil stige i fremtiden. I tæt befolkede byer med en stor koncentration af værdier på et relativt lille areal skal disse risici samt mulighederne for at reducere skaderne studeres nøje ved hjælp af passende modeller.
Hvad sker der med de grønne arealer ved ekstremregn?
Urbane oplande består af både befæstede og ubefæstede arealer. Mens afstrømningen fra befæstede arealer er en relativt simpel og veldefineret proces uanset mængden af regn, er størrelsen af afstrømning fra de grønne arealer (som en fraktion af regnen) stærkt afhængig af det aktuelle hydrologiske hændelsesforløb (regnens intensitet, dvs. frekvens og jordens mætningsgrad ved regnens begyndelse) samt af de dominerende jordforhold, der er defineret ved overfladens infiltrationskapacitet og jordens perkollationskapacitet. Generelt er potentialet for overfladeafstrømningen meget lavere for grønne arealer, og den forekommer typisk først ved relativt høje regnintensiteter. Dette er illustreret i Figur 1. Afstrømningen fra reelt befæstede arealer (rød linje i Figur 1) svarer til den totale regnmængde, der kun er reduceret med initialtab, hvoraf den vigtigste del er overflademagasinet. Da befæstede arealer typisk har en relativt jævn overflade og ingen vegetation, er initialtabet lille og afstrømningen begynder kort tid efter regnes begyndelse og forsætter ved meget små regnintensiteter. Afstrømningsmængden kommer hurtigt op på 90% af regnens volumen og tæt på 100% ved ekstreme hændelser.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
21
Figur 1 Relativt bidrag til afstrømningen fra forskellige typer oplandsoverflader som funktion af regnens gentagelsesinterval T, for designhændelser af 24 timers varighed med en symmetrisk tidsprofil. Klima- og jordrelaterede variabler er typiske for Danmark (DHI, 2015).
De øvrige tre linjer i Figur 1 illustrerer reaktionen fra tre forskelige typer ubefæstede overflader: lav infiltrationskapacitet uden vegetation (mørkeblå), medium infiltrationskapacitet med lav vegetation (lyseblå) og høj infiltrationskapacitet med tyk vegetation (grøn). Figuren viser, at afstrømningen fra forskellige overfladetyper begynder ved forskellige gentagelsesperioder T i et meget bredt interval – mellem 0,1 og 50 år. Ubefæstede overflader med tæt, leret jord uden vegetation begynder at generere overfladeafstrømning allerede ved en relativt lille mængde regn med et gentagelsesinterval på 1 måned. På den anden side vil en sandet overflade dækket med høj og tyk vegetation (høje træer med tyk underskov) først begynde at generere overfladeafstrømning ved en 50 års regnhændelse eller mere. I det viste eksempel, varierer afstrømningsmængden fra ubefæstede arealer for en 100-års regn (typisk anvendt i en oversvømmelseanalyse) fra 10% for en meget permeabel overflade, helt op til 70% for en tæt komprimeret overflade med leret underjord.
Hvad sker der, når fokus ændres fra afløbssystemet til oversvømmelsen?
Modellering af afstrømning fra grønne arealer i urbane oplande er tæt koblet med analysen af urbane afløbssystemer og urbane oversvømmelser. De sidste er faktisk en forlængelse af de første, men der er nogle afgørende forskelle mellem de to analyser ved oversvømmelsesanalyse er beregningen af afstrømningen udvidet til ubefæstede overflader, og oplandets overflade er inkluderet som en del af det hydrauliske system. En anden vigtig forskel i forhold til afløbsanalysen vedrører valg af designregnens profil og regnens varighed. Den almindelige modelleringspraksis foreskriver anvendelse af den syntetiske Chicago Design Storm (CDS) med et passende gentagelsesinterval. Men ved afløbsanalyser baseret på befæstede arealer har CDS regnprofil (symmetrisk eller asymmetrisk) og dens varighed kun effekt på flowdynamikken i netværket. Ved inddragelse af ubefæstede arealer påvirker forskellige valg af regnens profilform og varighed ikke kun flowdynamikken, men også afstrømningsvolumen, som er den mest afgørende faktor for oversvømmelsens omfang. Denne ændring af afstrømningens volumen sker på grund af overfladens infiltrationskapacitet, som ændres i takt med jordens mæthedsgrad.
22
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Den sidste vigtige forskel ved analysen af henholdsvis afløbssystemet og oversvømmelser vedrører tilslutningen af oplandets overflader til afløbsnetværket. Befæstede arealer er typisk tilsluttet netværket enten via stikrør (fx hustage) eller via gaderiste (veje og fortove). Disse tilslutninger modelleres normalt som koblingen af oplandet på en af netværkets knuder, hvor afstrømningen belaster netværket direkte og uden begrænsninger. Antagelsen om den ubegrænsede kapacitet af netværkstilslutninger fungerer korrekt for regnhændelser som ligger inden for designbelastningen, mens det for større hændelser kræver implicerer den en urealistisk effektiv udnyttelse af afløbssystemets kapacitet. I virkeligheden har tilslutningerne en begrænset kapacitet, hvilket medfører, at oveskydende afstrømning forbliver på overfladen og i henhold til den lokale topografi løber enten mod de lokale lavninger eller til den næste gaderist. Ubefæstede arealer er normalt ikke tilsluttet afløbsnetværket. Langt de fleste tilfælde af hverdagsregn inden for designrammen for afløbssystemet giver ingen overfladeafstrømning, dvs. regnen fordamper fra overfladen eller infiltrerer i jorden. Når regnintensiteten overstiger overfladens infiltrationskapacitet, akkumuleres regnvandet på overfladen og, efter at overflademagasinet er blevet fyldt op, afstrømningen begynder. Ligesom den overskydende afstrømning fra befæstede arealer, kan afstrømningen fra ubefæstede arealer ikke løbe direkte i netværket. I stedet den løber på overfladen mod topografisk lavere områder og finder kun tilfældigt vej i afløbssystemet. En udvidelse af modelleringsanalysen til ubefæstede arealer betyder også en udvidelse af de anvendte modelleringsmetoder og -værktøjer samt en ændring af fokus fra tilsluttede befæstede arealer til hele oplandet.
Modellering af urbane oversvømmelser – hvordan foregår det i dag?
Moderne modelleringsmetoder for urbane oversvømmelser har de seneste år gennemgået en kraftig udvikling i takt med, at digitale terrænmodeller (DTM eller DEM) af høj præcision er blevet alment tilgængelige. Denne udvikling har imidlertid ikke været standardiseret - hverken i Danmark eller i resten af verden - hvorfor der i dag findes mange forskellige metoder til beregningen af afstrømningen fra ubefæstede arealer. Resultaterne fra disse metoder er forskellige, hvilket gør sammenligningen svær eller umulig. Denne situation er ikke overraskende, da der endnu ikke findes en generel og fagligt verificeret “best practice” anbefaling. Dette gør det muligt for modellørerne i et vist omfang at anvende utilstrækkeligt dokumenterede antagelser og modelleringstekniker. Der er derfor behov for en systematisk og kritisk gennemgang af de anvendte metoder, som bør resultere i en strømlinet og teknisk verificeret modelleringspraksis. Nutidens state-of-the-art metodologi er baseret på anvendelse af en samling modeller, som omfatter en hydrologisk (nedbørsafstrømnings-)model, en hydrodynamisk netværksmodel og en 2-dimensionel hydrodynamisk overflademodel (2D overland). Ud over en almindelig afløbsnetværksanalyse er følgende tekniske spørgsmål relevante i forbindelse med en oversvømmelsesanalyse: • Generering af hydrauliske belastninger (afstrømning) fra de ubefæstede arealer ved en realistisk beregning af dominerende tab – initialtab og infiltration. • Behandling af overskydende afstrømning fra både befæstede og ubefæstede arealer. Det første kan løses ved hjælp af nogle hydrologiske modeller eller ved at beregne hydrologiske tab direkte i 2D overland flowmodel. Valg af metode og relevante modelparametre
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
23
Overflade type Befæstet
Tilsluttet
Type A
Hustage (inklusiv grønne tage), veje og parkeringspladser (inklusiv løsninger med porøs overflade), afkoblede arealer med lokale løsninger (indsivningsbrønde, svales, soakaways, osv)
Ikke tilsluttet
TypeB
Parkstier, idrætsbaner, legepladser
Tilslutning på afløbsnetværk
Ubefæstet
N/A
Ingen
Type C
Private haver, græsplæner, parker
kan have en betydelig effekt på resultaterne. En god forståelse af de interne virkninger af både hydrologiske modeller og/eller 2D overland behandling af initialtab og infiltration er derfor meget vigtig. Overskydende afstrømning håndteres bedst med en 2D overland model. Denne inkluderer kobling på en række punkter af netværksmodellen med 2D overland modellen samt en generel tilpasning af netværksmodellen.
Opdeling af oplandets overflader i kategorier
Et vigtigt trin i modelleringsprocessen er opdeling af oplandsoverfladen i kategorier i forhold til modelleringmetode og behandling af de effektive hydrologiske belastninger. På denne måde deles oplandets overflader først i befæstede og ubefæstede overflader. Nogle hydrologiske modeller tillader en mere detaljeret opdeling i flere overfladekategorier, fx med flere typer ubefæstede overflader i MIKE URBAN MOUSE model B. Et andet kriterium for opdeling af oplandets overflader vedrører tilslutning til afløbsnetværk. Også her gælder opdelingen af oplandet i tilsluttede og ikke-tilsluttede arealer. Dette fører til følgende overfladekategorier: • Tilsluttede, befæstede overflader (A) • Ikke-tilsluttede, befæstede overflader (B) • Tilsluttede, ubefæstede overflader (-) • Ikke-tilsluttede, ubefæstede overflader (C). Tilsluttede ubefæstede overflader kan udelukkes som en separat kategori, da ubefæstede overflader normalt ikke tilsluttes til afløbsnetværket. Arealer som permeable idrætsanlæg, stier, veje og parkeringsanlæg samt konstruerede LAR løsninger kan godt være tilsluttet, men de falder ind under kategorien tilsluttede befæstede overflader, hvor deres hydrologiske og hydrauliske funktionalitet skal modelleres som specielle elementer i den hydrauliske model og/eller som en LAR løsning. En oversigt over overfladkategorierne er vist i tabel 1, Overfladekategorier med hensyn til befæstelses- og tilslutningsstatus.
Tabel 1 Overfladekategorier med hensyn til befæstelses- og tilslutningsstatus.
24
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Figur 2 Skematisering af opland som 2D raster. De grønne rasterceller er belastet med regn direkte på 2D raster overflade. Hydrologiske tab (infiltration) for disse celler defineres iht. antagelsen om jordens infiltrationsegenskaber. De røde og grå 2D rasterceller definerer oplandets befæstede andel for den hydrologiske model. Regnbelastningen på disse celler sættes til nul.
Opland med befæstede tilsluttede arealer (bygninger og veje ) og grønne (ikke-tilsluttede) arealer
Opland repræsenteret som 2D raster
Modellering af afstrømning fra forskellige overfladekategorier Tilsluttede befæstede overflader Den mest korrekte metode til modellering af afstrømningen fra tilsluttede befæstede overflader (type A) beregner afstrømningen med en overflademodel med kobling direkte på afløbssystemet ved en af netværksknuder. De hydrologiske tab for befæstede overflader er små, og hovedopgaven for afløbsmodelen er, efter den befæstede areal er fastsat, at beregne en korrekt routing af overfladeafstrømningen i henhold til oplandets størrelse, geografiske form, topografi samt tilslutningspunktets position. Ved en detaljeret opdeling af oplandet i mange små under-oplande bliver overflade routing mindre vigtig, da afstrømningens dynamik bliver en direkte afspejling af regnen. Da tilslutningsrør har en begrænset hydraulisk kapacitet, skal disse begrænsninger inkluderes i modellen. Dette er vigtigt for en korrekt funktionalitet af modellen under ekstreme belastninger. Modellering af afstrømningen fra befæstede arealer ved en direkte kobling af regnen på 2D overland modeloverflade anbefales ikke. Ikke-tilsluttede befæstede overflader (type B) Ikke-tilsluttede befæstede overflader (type B) omfatter befæstede overflader, som ligger langt fra afløbssystemet – fx. befæstede stier, nogle typer idrætsbaner, provisoriske bygninger, osv. Ubefæstede overflader (type C) Disse er pr. definition ikke tilsluttet til afløbsnetværket. De producerer kun overfladeafstrømning ved ekstreme regnhændelser. Denne afstrømning belaster afløbssystemet tilfældigt – afhængigt af den lokale topografi. Noget af afstrømningen løber mod lokale lavninger, vandhuller, søer eller mod havet uden at belaste afløbssystemet. Det vand, der bliver på overfladen, forsvinder langsomt ved at infiltrere i jorden eller fordampe. I modelleringspraksis inkluderes disse overflader almindeligvis i den hydrologiske model med en passende håndtering af infiltrationen. Denne metode er meget populær, fordi den repræsenterer udvidelsen af det velkendte koncept, som bruges for modellering af afløbssystemer. Derfor er den systematiske risiko for fejl minimal.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Ubefæstede, ikke-tilsluttede arealer
25
Befæstede, tilsluttede arealer
Alligevel har denne metode nogle væsentlige ulemper. Koblingen af grønne arealer direkte på netværket genererer urealistisk høje belastninger af afløbssystemet ved ekstreme hændelser. Med en begrænset tilslutningskapacitet bliver den overskydende afstrømning spredt på 2D overfladen i området omkring tilslutningsstedet. I virkeligheden løber afstrømningen på overfladen mod det lavere terræn i et anderledes flowmønster. Denne forskel kan minimeres effektivt ved at opdele oplandet i et stort antal små under-oplande med individuelle tilslutningspunkter. Et andet problem vedrører store ubefæstede arealer uden forbindelse til afløbssystemet. Dette kan ikke minimeres ved en finere opdeling af oplande eller ved detaljering af netværksmodellen, som indikeret ovenfor. Den mest benyttede løsning er her tilslutning af det grønne areal til en tilfældig, lavtliggende knude i nærheden. Dette giver imidlertid en urealistisk overbelastning af det lokale afløbsnetværk og giver et misvisende billede af oversvømmelsesforløbet i området omkring tilslutningsknuden. Samtidig vises den største del af oplandets areal som tør. Et alternativt til brug af hydrologiske modeller for overfladeafstrømning fra ikke-tilsluttede arealer (både befæstede og ubefæstede) er anvendelse af regnvandsbelastning direkte på 2D overfladen. I kombination med en præcis og detaljeret DEM giver denne metode meget nøjagtige resultater. Fordelen ved denne metode er, at den giver mulighed for meget præcise beregninger af afstrømningen fra store ikke-tilsluttede arealer. Metoden sikrer en realistisk fordeling af regnen og en fysisk korrekt 2D flowdynamik i henhold til terrænets topografi og ruhed. Ved anvendelse på ”almindelige urbane opland”, dvs. med grønne arealer spredt mellem bygningerne og veje, kan denne metode desuden bidrage til en øget præcision i beregning af oversvømmelseshændelser, specielt i tilfælde af store under-oplande. Ulempen ved denne metode er en mere kompliceret modelforberedelse, som kræver nogle specielle databehandlings-kundskaber, hvilket medfører en større risiko for fejl. Simuleringstiden er betydeligt længere, når regnen belaster 2D overfladen direkte, fordi alle modelceller, der modtager regnbelastningen direkte, er våde (og dermed aktive i de hydrauliske beregninger) i løbet af hele regnhændelsens varighed. Det specielle data-input er en 2D raster, der repræsenterer geografisk fordeling af ikketilsluttede (se Figur 2).
26
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Anbefalede metoder til modellering af afstrømningen fra urbane oplande, inklusiv afstrømningen fra ubefæstede arealer under ekstrembelastning
Anbefalede metoder til modellering af overfladeafstrømning fra urbane oplande under ekstrembelastning (dvs. ved urban oversvømmelse) omfatter to fundamentalt forskellige tilgange til modellering af afstrømning fra grønne (dvs. ubefæstede) arealer: 1. Anvendelse af en hydrologisk model for hele oplande, inklusiv beregning af hydrologiske tab og afstrømningsrouting eller 2. Anvendelse af en hydrologisk model, inklusiv beregning af hydrologiske tab og afstrømningsrouting for befæstede, tilsluttede overflader og anvendelse af regnbelastning direkte på 2D overland modeloverflade (med passende behandling af hydrologiske tab – intialtab og infiltration) og 2D afstrømningsrouting for ikke-tilsluttede arealer (grønne og befæstede). Ved begge metoder kan inkludering af grønne arealer betragtes som en forlængelse af den almindelige modelopsætning for befæstede arealer. Metode 1 Metode 1 er relativt simpel, da den med inklusion af ubefæstede arealer repræsenterer en udvidelse af almindelig modellering af urbane afløbssystemer. Der er dog nogle områder her, som skal håndteres med forsigtighed for at undgå fejl. Men anvendt korrekt kan denne metode benyttes til de fleste analyser. Inden for denne metode kan følgende hydrologiske modeller anvendes: • Metode A: Time/area med initialtab (Model A): MOUSE overfladeafstrømningsmodel A for hele oplande. Som alternativ kan model C også bruges; • Metode B: Kinematisk bølge med Hortons Infiltration (Model B): MOUSE overfladeafstrømningsmodel B for hele oplande. Det faktiske valg afhænger af tilgængelige data, den almindelige lokale praksis samt af personlige præferencer. Model A kræver en definition af de separate oplandsgeometrier for henholdsvis befæstede og ikke-befæstede arealer. Behandling af infiltrationen er høj-konceptualiseret, idet et kontinuert tab modelleres som et udvidet initialtab. Trods disse ulemper, vælges model A tit som det foretrukne værktøj. Fra et teknisk synspunkt burde model B foretrækkes, fordi dens anvendelse er konceptuelt mere simpel og korrekt, da den inkluderer en velkendt model for infiltrationstab (Hortons infiltrationsmodel). Metode 2 Metode 2 er baseret på konceptet med direkte belastning af 2D modellen med regn og håndtering af infiltrationstabet på 2D overfladen. Dette kan potentielt forbedre resultaternes nøjagtighed (i forhold til metode 1). Supplerende krav til geografiske data, en mere kompliceret modelopsætning samt betydeligt længere beregningstider kan imidlertid opveje de potentielle forbedringer. Derfor anbefales metode 2 til brug i de situationer, hvor det kan bevises, at der er en klar forbedring af resultaterne, som opvejer det ekstra besvær og tidsforbrug samt den øgede risiko for fejl.
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
På basis af disse overvejelser kunne følgende metoder betragtes som en udvidelse af de allerede omtalte metoder (A og B): • Metode A2D: Time-area model (MOUSE overfladeafstrømningsmodel A) eller den lineære reservoir model (MOUSE overfladeafstrømningsmodel C) anvendes til befæstede, tilsluttede arealer, inklusiv beregning af initialtab og afstrømninsrouting. Regnen appliceres direkte på 2D overland flowmodel (MIKE FLOOD) for arealerne, der ikke er tilsluttet afløbssystemet (både ubefæstede og befæstede arealer) • Metode B2D: Den kinematiske overfladeafstrømningsmodel (MOUSE overfladeafstrømningsmodel B) anvendes til befæstede, tilsluttede arealer - i dette tilfælde kun med beregning af initialtabet. Regnen appliceres direkte på 2D overland flowmodel (MIKE FLOOD) for arealerne, der ikke er tilsluttet afløbssystemet (både ubefæstede og befæstede arealer). Det faktiske valg afhænger af tilgængelige data, den almindelige lokale praksis samt af personlig præferencer. Da den konceptuelle afstrømningsmodel kun behandler befæstede arealer, er der ingen klar teknisk ”favorit”. Teknisk set kan afstrømningsmodel A (Time-Area) og afstrømningsmodel B (ikke-lineær reservoir eller Kinematisk bølge) ligeledes anvendes. En oversigt over de fire metoder med deres fordele og ulemper er givet i Tabel 2. De tekniske detaljer vedrørende disse fremgangsmåder er opsummeret i Tabel 3, Tabel 4, Tabel 5 og Tabel 6. For alle fire metoder gælder følgende bemærkninger: • I princippet, den valgte metode skal helst anvendes for hele modelområdet. En blanding af to metoder, fx metode A for ”almindelige” bebyggede arealer og metode A2D for større grønne arealer, er mulig, men det skal gøres med forsigtighed for at undgå typiske fejl og inkonsistente resultater. • Det område, der indgår i omfanget af 2D overland modellen, skal indeholde en så detaljeret model af kloaknettet og de bidragende oplande som praktisk muligt. Ved starten skal modellen indeholde mindst én knude for hvert under-opland. Hvis den korrekte beskrivelse af nettet kræver mange flere knuder, end der er under-oplande, bør oplandets kobling på flere knuder overvejes. • Alle netværksknuder med et eller flere under-oplande tilsluttet bør kobles med 2D overland modellen. Kapaciteten for denne kobling bør begrænses til designkapaciteten. • Alle andre netværksknudepunkter - undtagen dem i trykledninger, enkelte lukkede strukturer samt forseglede brønddæksler - bør kobles med 2D overland modellen. På disse steder vil udvekslingen af vand mellem netværket og 2D overfladen forekomme, enten fordi 2D overland flow vil strømme ind i netværket, eller fordi vandstanden i netværket overstiger terrænniveauet, hvorfor vandet løber ud på overfladen. • Størrelsen af initialtabet og infiltrationskapaciteten skal vurderes nøje, og de mest sandsynlige parameterværdier skal anvendes. I mangel af pålidelige lokale feltmålinger bør der anvendes standardværdier fra lærebøger. Valget skal altid begrundes med en evaluering af de faktiske lokale forhold.. Modelresultaterne bør understøttes med en følsomhedsanalyse med viften af sandsynlige parameterværdier.
27
28
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
For metode A og metode B gælder følgende specifikke bemærkninger: • Store grønne områder uden dræningsnetværk, som fx parker, skal behandles med særlig omhu. Hvis de tilsluttes en enkelt netværksknude, kan det medføre en urealistisk høj lokal belastning af kloaknettet og lokal oversvømmelse omkring tilslutningspunktet. På den anden side kunne det grønne områdes faktiske kapacitet til opbevaring af overfladevand forblive uudnyttet. Denne mangel skal minimeres til et acceptabelt niveau, fx ved at fordele afstrømning fra det grønne område til et antal knudepunkter, baseret på topografi. Tabel 2 Oversigt over simulationsmetoder med kataloget af fordele og ulemper.
Metoden til beregning af afstrømning fra ubefæstede arealer 1 2 Regn direkte på 2D overland overflade (2D)
Konceptuel afstrømningsmodel (B)
Fordele •
Valg af konceptuel afstrømningsmodel
•
Kinematisk bølge med Hortons infiltrationsmodel (B)
Enkelthed: Udvidelse af et velkendt koncept Hortons infiltrationsmodel udbredt og accepteret
(B2D) •
Potentielt de mest præcise resultater, også for store grønne arealer uden afløbsnetværk
Ulemper (B)
• •
Urealistisk lokal overbelastning af afløbsnetværket ved store grønne arealer Oversvømmelsesforløbet ikke realistisk - med grønne arealer uden overfladevand selv ved den højeste regnintensitet.
(B2D) • • • •
Behov for supplerende GIS data Databehandling Indirekte behandling af initialtabet Lange simuleringstider
Fordele (A)
Time-Area med initialtab og hydrologisk reduktionsfaktor (A)
•
Enkelthed: Udvidelse af et velkendt koncept
(A2D) •
Potentielt de mest præcise resultater, også for store grønne arealer uden afløbsnetværk
Ulemper (A)
• • •
Erstatning for infiltrationsproces med forøget initialtab og hydrologisk reduktion Urealistisk lokal overbelastning af afløbsnetværket ved store grønne arealer Oversvømmelsesforløbet ikke realistisk - med grønne arealer uden overfladevand selv ved den højeste regnintensitet.
(A2D) • • • •
Behov for supplerende GIS data Databehandling Indirekte behandling af initialtabet Lange simuleringstider
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
29
Tabel 3 Metode A: Opsummering af metoden til modellering af overfladeafstrømning fra urbane oplande, inklusiv grønne arealer, ved anvendelse af MOUSE overfladeafstrømningsmodel A (Time-Area).
Metode A: Time-Area med dobbelt opland Befæstede overflader Koblet på afløbsnetværk Under-opland 1 (befæstet): Oplandsbeskrivelse
Beskriver den befæstede del af det fysiske opland med ALLE befæstede arealer
Uden kobling på afløbsnetværk
Ubefæstede overflader (pr. definition ikke koblet på afløbsnetværk)
Under-opland 2 (ubefæstet): Beskriver den ubefæstede del af det fysiske opland
Tilslutning til netværksmodel
Tilsluttet til en netværksknude. Optionel tilslutning til flere knuder
Tilsluttet til en netværksknude. Optionel tilslutning til flere knuder
Model type
Time-Area (Model A)
Time-Area (Model A)
Befæstelse
Den faktiske fysiske befæstelsesgrad for TILSLUTTEDE arealer (hustage, veje, stier, idrætsbaner, mm) fra GIS eller befæstelsesgrad beregnet som effektivt bidragende areal
Regnes som 100% minus det reelt befæstede areal (opland 1)
Option 1: Inkluderer wetting (interception), overflademagasin og initial infiltration i mætningsfasen. Infiltrationen kan typisk bidrage >20 mm, så at den totale initialtab bliver til >25 mm. Dette kan variere meget op og ned i henhold til de vedtagne antagelser om overfladens og jordens type Option 2: Inkluderer wetting (interception), overflademagasin og infiltrationstab for hele det regnhændelsesforløb, der simuleres. Infiltrationstabet sættes til total dybde af den største regnhændelse som ikke giver nogen afstrømning. For et bestemt opland kan det fx være en 10-års hændelse med en bestemt varighed. Dette kan variere meget op og ned i henhold til de vedtagne antagelser om den dominerende infiltrationskapacitet samt tilstedeværelsen af betydelige ikke-tilsluttede befæstede arealer. Option 1: I henhold til antagelsen om infiltrationskapacitet og tilstedeværelsen af betydelige ikke-tilsluttede befæstede arealer. Er også afhængig af regnhændelsens gentagelsesinterval, som både udfordrer metodens praktiske anvendelighed og dens videnskabelig validitet. Option 2: 1.00. Dette betyder, at al regn, der falder efter det faktiske initialtab, og infiltration inkluderet i definitionen af initialtabet transformeres til afstrømning. Dvs. hvis initialtabet absorberer den hele 10-årige regn, simulationen med 100-års regn vil generere afstrømningsvolumen svarende til differences mellem 10-års og 100-års regn af den samme varighed.
Initialtab
0 - 1 mm
Reduktionsfaktor
1
Infiltration
N/A
Inkluderes i initialtab og reduktionsfaktor
Koncentrationstid Tc
Iht. MIKE URBAN "Catchment processing tool" med v = 0.2 0.3 m/s
Som for den befæstede del af oplandet; multipliceres med faktor 3-5
Nedbørsbelastning
Total nedbør for alle oplande
30
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Tabel 4 Metode B: Opsummering af metoden til modellering af overfladeafstrømning fra urbane oplande, inklusiv grønne arealer, ved anvendelse af MOUSE overfladeafstrømningsmodel B (Kinematisk Bølge).
Metode B: Kinematisk Bølge Befæstede overflader Koblet på afløbsnetværk Oplandsbeskrivelse
ALLE befæstede arealer beskrives som en kombination af bidragende befæstede overflader (stejle eller flade). Kan forenkles ved kun at bruge én kategori.
Uden kobling på afløbsnetværk
Ubefæstede overflader (pr. definition ikke koblet til afløbsnetværk)
Ubefæstede arealer beskrives som en kombination af bidragende ubefæstede overflader (lav, mellem eller høj infiltrationskapacitet). Kan forenkles ved kun at bruge én kategori
Tilslutning til Tilsluttet til en netværk knude. Optionel tilslutning til flere knuder.
netværksmodel Model type
Kinematic wave (Model B) - uden infiltration
Kinematic wave (Model B) - med Integrated Horton's infiltration
Befæstelsesgrad
Den faktiske fysiske befæstelsegrad fra GIS (hustage, veje, stier, idrætsbaner mm), evt. fordelt på "Impervious Flat" og "Impervious Steep"
Beregnes som 100% minus det faktiske befæstede areal, evt. fordelt på "low pervious", "medium pervious" og "high pervious". Ved tilstedeværelse af ikke tilsluttede befæstede arealer, skal disse inkluderes ved vægtning af hydrologiske parametre.
Wetting
Standard værdi
Inkluderer også interception. Skal justeres i henhold til vegetationstype (1 3 mm). Ved tilstedeværelse af ikke tilsluttede befæstede arealer skal disse inkluderes med zero wetting og vægtes proportionelt.
Storage (overflademagasin)
0 - 1 mm
Skal justeres i henhold til overfladetypen (1 -5 mm). Ved tilstedeværelse af ikke tilsluttede befæstede arealer skal disse inkluderes med storage 0-1 mm og vægtes proportionelt.
Hydraulisk modstand (Manning's "n")
Manning's "n": 0.011 - 0.020
Manning's "n": 0.05 - 0.1
Slope
Estimeres I henhold til oplandets topografi
Længde
Estimeres i henhold til oplandsstørrelse; bruges som kalibreringsparameter
Infiltration
Nedbørsbelastning
N/A
Integrated Horton's infiltration - parameterværdierne vælges fra faglitteraturen eller på basis af lokale feltmålinger. Ved tilstedeværelse af ikke tilsluttede befæstede arealer skal disse inkluderes med zero infiltration og vægtes proportionelt.
Total nedbør for alle oplande
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
31
Tabel 5 Metode A2D: Opsummering af metoden til modellering af overfladeafstrømning fra tilsluttede (befæstede) arealer i urbane oplande ved anvendelse af MOUSE overfladeafstrømningsmodel A (Time-Area) og inklusion af ikke-tilsluttede (ubefæstede) arealer ved belastning af regn direkte på 2D raster.
Metode A2D: Time-Area + Regn direkte på 2D overflade Befæstede overflader Uden kobling på Koblet på afløbsnetværk afløbsnetværk
Oplandsbeskrivelse Tilslutning på netværksmodel Model type
Befæstelse
Model A opland: Beskriver den befæstede del af det fysiske opland, med TILSLUTTEDE befæstede arealer Tilsluttet til en netværksknude. Optionel tilslutning til flere knuder
2D overfladen, inkluderer elle modelcellerne uden for tilsluttede befæstede arealer
Indirekte, igennem2D overflade og kobling på netværksmodel
Time-Area (Model A)
2D
Den faktiske fysiske befæstelsesgrad Modelceller defineret 100% for TILSLUTTEDE arealer (hustage, befæstet, ved eksklusion af veje, stier, idrætsbaner, mm) fra GIS fordampning og/eller infiltration
Initialtab
0 - 1 mm
Inkluderet i 2D model drying/wetting
Hydrologisk reduktion
1
N/A
Infiltration
N/A
Ubefæstede overflader (pr. definition ikke koblet på afløbsnetværk)
Modelcellerne tildeles fordampning og/eller infiltration, i henhold til det faktiske initialtab og/eller infiltrationskapacitet MIKE URBAN 2014: Inkluderes via effektiv nedbør for at medregne wetting, interception og overflademagasin. Ved grovere 2D raster skal der justeres op for at kompensere for magasintabet. MIKE FLOOD 2014: Inkluderes via effektiv nedbør for at medregne wetting, interception og overflademagasin. Ved grovere 2D raster skal der justeres op for at kompensere for magasintabet. MIKE FLOOD 2016: Inkluderes via effektiv nedbør for at medregne wetting, interception og overflademagasin. Ved grovere 2D raster skal der justeres op for at kompensere for magasintabet. N/A
MIKE URBAN 2014: N/A
MIKE URBAN 2014: Inkluderes via effektiv nedbør (dvs. reduceret totalnedbør) for de modelceller, der hører til denne overfladetype
MIKE FLOOD 2014: For de modelceller, der hører til denne overfladetype, sættes fordampning til nul i dfs2 filen
MIKE FLOOD 2014: Inkluderes som konstant fordampning (5 mm/h - 50 mm/h) for de modelceller, der hører til denne overfladetype
MIKE FLOOD 2016: For de celler, der hører til denne overfladetype, MIKE FLOOD 2016: Defineres som input til defineres input i MIKE21 MIKE21 infiltrationsmodul i de modelceller, der infiltrationsmodul med nul hører til denne overfladetype infiltrationskapacitet
Koncentrationstid Tc
Iht. MIKE URBAN "Catchment processing tool" med v = 0.2 - 0.3 m/s
N/A
N/A
Hydraulisk modstand (Mannings "n")
N/A
Mannings "n": 0.013 - 0.020
Mannings "n": 0.05 - 0.1 MIKE FLOOD 2014: Effektiv nedbør (dvs. total nedbør reduceret for initialtab og infiltration) i en dfs2 fil for de modelceller, der hører til denne overfladetype
Nedbørsbelastning
Total nedbør
Total nedbør i en dfs2 fil for de modelceller, der hører til denne overfladetype
MIKE FLOOD 2014: Effektiv nedbør (dvs. total nedbør reduceret for initialtab) i en dfs2 fil for de modelceller, der hører til denne overfladetype MIKE FLOOD 2016: Effektiv nedbør (dvs. total nedbør reduceret for initialtab) i en dfs2 fil for de modelceller, der hører til denne overfladetype
32
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Tabel 6 Metode B2D: Opsummering af metoden til modellering af overfladeafstrømning fra tilsluttede (befæstede) arealer i urbane oplande ved anvendelse af MOUSE overfladeafstrømningsmodel B (Kinematisk Bølge) og inklusion af ikketilsluttede (ubefæstede) arealer ved belastning af regn direkte på 2D.
Metode B2D: Kinematisk Bølge + Regn direkte på 2D overflade Befæstede overflader Uden kobling på Koblet på afløbsnetværk afløbsnetværk
Ubefæstede overflader (pr. definition ikke koblet på afløbsnetværk)
Model B opland: Beskriver den befæstede del af det fysiske opland (TILSLUTTEDE befæstede arealer), ubefæstet areal sat til nul
2D overfladen inkluderer alle modelcellerne uden for tilsluttede befæstede arealer
Tilsluttet til en netværksknude. Optionel tilslutning til flere knuder
Indirekte, igennem 2D overflade og netværksmodelkobling
Model type
Kinematisk bølge (Model B) - uden infiltration
2D
Befæstelse
Den faktiske fysiske befæstelsesgrad for TILSLUTTEDE Modelcellerne tildeles indirekte Modelcellerne tildeles fordampning/infiltration i henhold til befæstede arealer (hustage, veje, 100% befæstelse ved at anvende forventet initialtab og infiltrationskapacitet mm), evt. fordelt på "Impervious nul fordampning/infiltration Flat" og "Impervious Steep"
Oplandsbeskrivelse Tilslutning til netværksmodel
Wetting
MIKE URBAN 2014: Inkluderes via effektiv nedbør for at medregne wetting, interception og overflademagasin. Ved grovere 2D raster skal der justeres op
Standardværdi Inkluderet i drying/wetting
MIKE FLOOD 2014: Inkluderes via effektiv nedbør for at medregne wetting, interception og overflademagasin. Ved grovere 2D raster skal der justeres op
Storage (overflademagasin)
0 - 1 mm
Hydraulisk modstand (Mannings "n")
Mannings "n": 0.013 - 0.020
Slope
Estimeres iht. oplandets topografi
N/A
Længde
Estimeres iht. oplandsstørrelse, bruges som kalibreringsparameter
N/A
MIKE FLOOD 2016: Inkluderes via effektiv nedbør for at medregne wetting, interception og overflademagasin. Ved grovere 2D raster skal der justeres op Mannings "n": 0.013 - 0.020
MIKE URBAN 2014: N/A
Infiltration
N/A
Precipitation load
Total precipitation
Mannings "n": 0.05 - 0.1
MIKE URBAN 2014: Inkluderes via effektiv nedbør (dvs. reduceret totalnedbør) for de modelceller, der hører til denne overfladetype
MIKE FLOOD 2014: For de celler, MIKE FLOOD 2014: Inkluderes som konstant der hører til denne overfladetype, fordampning (5 mm/h - 50 mm/h) for de modelceller, der sættes fordampning til nul i dfs2 hører til denne overfladetype filen MIKE FLOOD 2016: For de celler, MIKE FLOOD 2016: Defineres som input til MIKE21 der hører til denne overfladetype, defineres input i MIKE21 infiltrationsmodul i de modelceller, der hører til denne infiltrationsmodul med nul overfladetype infiltrationskapacitet MIKE FLOOD 2014: Effektiv nedbør (dvs. total nedbør reduceret for initialtab og infiltration) i en dfs2 fil for de modelceller, der hører til denne overfladetype Total precipitation i en dfs2 fil for MIKE FLOOD 2014: Effektiv nedbør (dvs. total nedbør de modelceller, der hører til denne reduceret for initialtab) i en dfs2 fil for de modelceller, der overfladetype hører til denne overfladetype MIKE FLOOD 2016: Effektiv nedbør (dvs. total nedbør reduceret for initialtab) i en dfs2 fil for de modelceller, der hører til denne overfladetype
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Konklusion En nøjagtig modellering af afstrømning fra urbane oplande inkluderende grønne, ubefæstede områder under ekstreme regnbelastninger og urbane oversvømmelser, er mulig med den eksisterende software. Men inddragelsen af grønne områder introducerer en kompleksitet i modelleringen gennem en række forhold, der normalt ikke er vigtige, når man udelukkende beskæftiger sig med befæstede urbane overflader. Derfor skal der udvises stor forsigtighed, når man vælger modelleringsmetode, nedbørsbelastninger og de centrale modelparametre. En standardiseret modelleringsstrategi, med hensyn til valg af regnens profil og varighed, samt beregningen af overfladeafstrømningen fra både befæstede og ubefæstede arealer (specielt i forbindelse med beregningen af infiltrationstabet), er både ønskelig og nødvendig, hvis modelleringsresultaterne skal være sammenlignelige og troværdige som grundlaget for investeringsbeslutninger i kampen mod urbane oversvømmelser. Specielt i forhold til modellering af overfladeafstrømningen fra grønne arealer, skal der etableres og udbredes et konsensus bland modelørerne om en eller flere metoder der er tilstrækkeligt præcise og teknisk anvendelige i modelleringspraksis.
33
34
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
Klimatilpasning på tværs _
Beregningsgrund eller beslutningsgrundlag?
Af: Dan Gabriel Jensen, Projektleder, arkitekt maa, Haveselskabet
Der er et vejrskifte undervejs inden for regnvandshåndtering. Regnvandet flytter fra den usynlige rørlagte by under jorden til den fleksible og klimarobuste by på overfladen.
Det giver en række fantastiske muligheder for at bruge milliardinvesteringen i klimatilpasning som driver for bl.a. byudvikling. Men de dynamiske og fleksible overfladeløsninger er svære at regne på og regnvand på overfladen giver et spraglet kludetæppe af aktører, som stritter i alle retninger. Derfor skal der nytænkes, både i dimensioneringsgrundlag og i planlægningsprocesserne. Dimensionering af maksimal gennemstrømning i et lukket system er en klassisk disciplin og usikkerheden ligger formentlig i decimalerne. LAR projekter er åbne systemer med usikkerhed på nedsivning, fordampning og afstrømning, for ikke at tale om (manglende) drift, brugerpåvirkning, grundvandsstigning osv. Hver især faktorer med store udsving og samlet set en potentiel usikkerhed på flere hundrede procent. Og det får mig til spørge åbent, om ikke jagten på decimalerne i LAR beregningsmetoderne bør indstilles? At flytte noget af fokus fra beregningsgrundlaget til beslutningsgrundlaget. Jeg er med på, at vi som rådgivere har et juridisk, økonomisk og teknisk ansvar for den rådgivning vi leverer. Det holder vi fast i, men er det interessante ikke minimumskravet frem for den absolutte værdi? Vi skal stå på mål for at løsningerne som minimum kan håndterer x-årshændelsen. Hvor man i beregningerne på lukket systemer går efter en absolut værdi, fordi overdimensionering er dyr, så er LAR-løsningens store force netop den billige fleksibilitet. Ligger skæringspunktet ikke dér, hvor vi med sikkerhed kan sige, at vi er på rådgivningsmæssig fast grund?
Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken EVA
35
Aktørproces – Projekt Risvangen, Aarhus Vand 2014, Foto: Louise Møller/Haveselskabet
En konsekvens af synligt regnvand på overflade er, at løsningerne er til debat. Og ikke kun i spildevandsbranchen. Andre professionelle, brugerne og politikkerne m.fl. er en naturlig del af den debat i takt med at klimatilpasningen ikke er et mål, men en forudsætning og merværdien er hovedattraktionen for beslutningstagerne. Det kan være en udfordring, at give afkald på faglige råderet. Især når den teknisk set bedste løsning, bliver gradbøjet af andre hensyn. De bedste klimatilpasningsprojekter gennemføres på en stærk tværfaglig forankring, som sikre samarbejdet i hele vandets kredsløb hos myndighed, forsyning, professionelle og brugere. Og i den komplekse sammenhæng spiller de teknisk specialer en kreativ rolle. Der arbejdes med elastiske målebånd, vanskelige afvejninger af mange hensyn og ofte er den utraditionelle omvej, den korteste vej i mål. Det er ikke faglighedens knæfald, for det kræver en urimelig stærk faglighed, at gå til kanten af det man ved i forvejen, og skabe noget nyt med andre. Det kræver tid at loope processerne og skræddersy løsninger, men det afspejler sig også i at de erfarne opdragsgivere nu afsætter væsentlig større procentdele af anlægssummen til rådgivning i klimatilpasningsprojekter end i andre anlægsprojekter. Vi er et højtspecialiseret samfund og det har vi skabt store værdier på. God klimatilpasning er imidlertid brobygning over juridiske, tekniske, økonomiske og fysiske skel. Procesledelse er en nøgleøvelse, når vi skal fra flerfaglige samarbejder til egentlig tværfaglige samarbejder og den forbindelse er evnen til at formidle sin faglige viden uden for eget fag afgørende. Hold fast i den stærke faglighed for at sikre at vi ikke ender i skoven, men vid at den blot er et enkelt tandhjul i en stor maskine og at djævlen ikke længere bor i detaljen, men i processen.
Udgivert af Ingeniørforeningen, IDA · Spildevandskomiteen · Erfaringsudveksling i Vandmiljøteknikken, EVA · august 2015 · evanet.dk