Översvämning i stadens vattensystem

Transkript

1 15 Mars 2009 Länsförsäkringar Forskning & Framtids forskningsprojekt Översvämning i stadens vattensystem Lars Bengtsson

2 15 Mars 2009 / Lars Bengtsson Forskning & Framtids forskningsprojekt Översvämning i stadens vattensystem Problembeskrivning Översvämning i städer är ett återkommande problem. De riktigt omfattande översvämningarna över stora ytor uppstår då floder svämmar över eller då havs- och sjöytor stiger. Dessa översvämningar beror inte på aktiviteter inne i staden. Regn som faller i staden orsakar översvämningar av annan karaktär. De orsakas oftast av kortvariga intensiva regn och översvämningarna brukar varar lokala. Även mindre intensiva regn kan ge upphov till översvämning ganska långt ner i ledningssystemen. Om vattennivån i mottagande recipient är hög blir tryckgradienten liten och dagvattnet har svårt rinna ut i recipienten. I staden samlas regnvatten i dagvattensystem och förs ut ur staden eller till grönytor inom staden. Avsikten är att regn på hårda ytor skall tas om hand av dagvattensystemet. Vid långvariga regn kan emellertid normalt permeabla ytor vara i det närmaste vattenmättade, varför regnvatten från dessa ytor, om än långsamt, tillförs dagvattensystemet. Vatten kan då också röra sig från omgivande mark mot staden, kanske som ytvatten men mer troligt som grundvatten, vilket vid förhöjda nivåer dräneras av spillvattenledninar. Dagvatten och spillvatten leds numera i separata system, men system byggda före talet är i regel kombinerade. Spill- och dagvatten leds då fram i samma ledning. Så är fallet i de flesta stadskärnor. Vi stora regn är den hydrauliska kapaciteten i dessa ledningar för liten för att leda allt vattnet till reningsverk. Man bräddar då vatten till recipient på strategiska punkter. Man har idag i viss mån börjat övergå till alternativa dagvattensystem. Man strävar efter att reducera toppflöden och minska totalavrinningen från staden. Dagvatten förs till dammar eller grönytor för att avdunsta och infiltrera. Sådana metoder att ta hand om dagvatten kallas BMP (Best Management Practice) eller SUSD (Sustainable Urban Drainange System), ASCE (1992), Stahre (2006). Systemen är gjorda så att dagvattnet skall röra sig ganska långsamt mot avledningssystemet, så att toppen från mycket intensiva regn hinner avklinga innan vattnet når ledningarna. Avledning kan ske i öppet system med diken, kanaler och dammar och i rörsystem. Mer vatten hålls kvar i staden i ett långsammare system än om man har ett traditionellt system, där man strävar efter att fortast möjligt transportera regnvattnet ut ur staden. Det finns då större risk att ytor översvämmas, men man har bättre kontroll på var översvämningar sker än om man leder allt vatten i ledningar under jord. Det anses allmänt att regnintensiteter kommer att öka i framtiden, även om det inte finns några statistiska belägg för att så hittills skett. Många kommuner dimensionerar idag sina system för ökad regnintensitet. I Danmark har man bestämt att dagvattensystem skal dimensioneras för ökad regnintensitet. En kanske större risk för ökad översvämningsfrekvens i framtiden är ökad havsnivå, vilket innebär att tryckgradienten i ledningarna 2

3 minskar. Havet har stigit 20 cm de senaste 100 åren, men förväntas stiga kanske 40 cm de närmaste 50 åren. Långvariga regn och höga vattennivåer inträffar ofta samtidigt. Frånsett i södra Sverige höjer sig emellertid landet. Landhöjningen är 1 cm per år i norra Sverige. I de flesta svenska kommuner arbetar man med att förbättra omhändertagandet av dagvatten. Man har reducerat mängden bräddat vatten till recipient. Man har utfört mängder med åtgärder för att minska översvämningar i systemen. I föreliggande arbete har översvämningar i Malmö, Trelleborg och Lund studerats och analyserats. Översvämningarna har klassificerats. Regnstatistik har satts samman. Sannolikheter för extremhändelser har bestämts. Förändringar i tiden har undersökts. Metoder för att mildra konsekvenser av översvämningar diskuteras och kvantifieras i görligaste mån. Personal från de tre kommunerna har varit behjälpliga och ställt omfattande eget utredningsmaterial till förfogande. En mycket stor del av denna rapport bygger på arbeten av Stefan Milotti, VA-Syd. Orsaker till översvämningar Vattnet i staden finns i ett inre system (försörjningsvatten, avloppsvatten och dagvatten i ledningar) och i ett yttre system (regn på permeabla ytor, bäckar, grundvatten), t ex Bengtsson och Niemczynowicz (2003). Stadens vattensystem och infrastruktur är byggda för ett stabilt klimat, för en ganska statisk stadsstruktur med givna hårdgjorda ytor och befolkningsförhållanden, och, inte minst, idealiskt funktionella förhållanden: systemen förutsätts fungera som beräknat utan nedsättning av hydraulisk kapacitet och med fria vattenvägar. Stora regn, höga vattenstånd, nedskräpning eller söndriga ledningar verkar störande på systemen och kan sätta dem ur funktion för kortare eller längre perioder. Det finns en rad orsaker till översvämningar i tätort. Ledningar dimensioneras för regn med viss återkomsttid, som kan vara 2-10 år beroende på hur tät bebyggelsen är. Vid större regn än så översvämmas systemet. Översvämning kan inträffa om ledningarnas hydrauliska kapacitet är nedsatt. Det kan finnas sediment i ledningarna Perrusquia (1988), trädrötter, Rolf och Stål (1994), sprickor eller det kan var brott på ledningen, Lidström (1996). Sedimentavlagring och hydraulisk blockering är de vanligaste orsakerna. Andra orsaker till översvämning är avrinning från ytor som inte är tänkta att avvattnas i ledningssystemet. Vid långvariga regn kan vatten tillföras också från gräsoch grusytor. Ytvattnet från hårdgjorda ytor, som inte skall vara kopplade mot en viss ledning, kan följa andra flödesvägar än planerat. Dagvatten kan via källare föras in i spillvattensystemet. Det kan också vara så att man kopplad på ledningar från uppströms ytor till ett nedströmssystem, vilket, om inte åtgärder vidtas för tillrinningen nedströms, innebär att återkomsttiden för återkommande översvämning vid hög regnintensitet blir kortare. Felkoppling mellan separata dagvatten och spillvattenledningar förekommer. Pumpstopp eller otillräcklig pumpkapacitet så att överskottsvatten inte kan föras till recipient eller magasin som planerat ger upphov till översvämning. Översvämning i ledningar kan också orsakas av att vattennivån i recipienten stigit så att den hydrauliska gradienten minskat. Man skulle då kunna klassificera översvämningar enligt: 3

4 1. Översvämning regnintensitet > dimensionerande regn 2. Översvämning bidragande yta > planerat avrinningsyta 3. Översvämning hög recipientnivå 4. Översvämning nedsatt hydraulisk kapacitet 5. Översvämningar i fördröjningsmagasin 6. Översvämning pga pumpstopp 7. Översvämning pga felkoppling I översvämningsfallet 1 är regnen av hög intensitet under kort tid, kanske endast 10 min, och mycket lokala, men de kan vara utdragna i tiden upp mot 60 min. Fall 3 inträffar i kombination med stora regn, som dock har varaktighet på kanske timmar eller längre. Vi bidrag från ovidkommande ytor som i fall 2 är regnen långvariga. Extrem nederbörd och dess variation i rum och tid Serier av dygnsnederbörd omfattande 89 år från Malmö, Halmstad och Göteborg har analyserats liksom dygnsnederbörd från 230 stationer i Skåne för perioden ; för detaljer se Bengtsson (2008). Fördelning i rum och tid har undersökts liksom förhållanden mellan dygnsnederbörd och olika parametrar. Extremvärden har uppskattats med olika frekvensfördelningar. De allra största oberoende händelserna har inträffat ganska jämnt fördelat över Skåne, även om det finns ett svagt samband mellan hög dygnsnederbörd och årsnederbörd. De högsta observerade dygnsnederbördsmängderna går inte att anpassa till någon statistisk frekvensfördelning. Högsta observerade nederbörd vid någon av SMHIs officiella dygnsnederbördsstationer är för en period på nästan 100 år omkring 90 mm. Återkomsttiden för dygnsregn närmare 100 mm är mycket lång. Det största dygnsregn som uppmätts vid någon officiell station i Skåne är 135 mm från Båstad Ellesson (1961) uppmätte dock nära Bäckaskog 237 mm år Bäckaskog ligger i den del av Skåne som har lägst årsnederbörd. Kortvariga intensiva regn med varaktighet 10 minuter upp till en timme åren från nederbördsmätare i Malmö har analyserats för att finna intensiteter med lång återkomsttid; för mera detaljerad beskrivning se Bengtsson (2009). Mätstationerna för korttidsnederbörd i Malmö är placerade såsom visas i Figur 1. Det finns mätningar sedan 1980 vid Turbinens pumpstation. Mätningarna från Bulltofta, Augustenborg och Limhamn är nästan kontinuerliga sedan Från övriga mätare finns endast lortvariga serier eller mätvärden med dålig tillförlitlighet. Oberoende observationer för olika stationer har sammanförts till en serie till vilken sannolikhetsfördelningar anpassats. Det mest intensiva regn som uppmätts visas i Figur 2. Regnet inträffar inte samtidigt vid dessa tre stationer. Det är mycket intensivare i Limhamn än på de båda övriga stationerna, trots att regent vid de övriga stationerna är nära ett 10-minutersregn med 10- års återkomsttid. Vid mätstationerna Bulltofta och Augustenborg föll endast ringa nederbörd. De extrema händelserna har behandlats individuellt. Det framkommer att åriga regnserier från enstaka stationer är för korta för att ge en bra uppskattning av regn med lång återkomsttid, eftersom en enstaka händelse får mycket 4

5 stor betydelse. Man får dock god anpassning till teoretiska extremvärdessamband om man sammanför flera stationsdata och därvid får ett ökat antal stationsår. De största observerade regnen i Malmö under den aktuella perioden befinns ha en återkomsttid på cirka 100 år. Figur 1. Mätstationer i Malmö. Mätdata använda i arbetet är från Turbinen, Limhamn, Bulltofta, Augustenborg och något från Hammars Park. Det mest intensiva korttidsregn som uppmätts i Sverige är från Slussen i Stockholm 27 juli I Höganäshandboken (1975) anges 25 mm på 5 minuter. SMHI (1984) uppger 28 mm under 10 minuter under eftermiddagen. Det anges inte hur regnet uppmätts. Från Stockholm (Torsgatan) framgår av det material som Hernebring (2006) lagt ut på Svenskt Vattens hemsida att den 14 juli 1984 föll 18 mm under 5 minuter, 26 mm under 10 minuter och 50 mm under 1 timme. Dygnsnederbörden var 62 mm. Det näst största regn som fallit under 10 minuter vid Torsgatan i Stockholm under perioden är endast 11 mm. Två-årsregnet för motsvarande period är lägre än vid stationerna i Malmö. Ett annat stort regn är från Uppsala 17 augusti 1997 (Hernebring, 2006) då det föll 30 mm på 10 minuter, 75 mm på 30 minuter och 104 mm på en timme. I Kalmar föll 29 juli 2003 under 10 minuter 25 mm, under 30 minuter 40 mm och under en timme 65 mm. Regnet i Kalmar motsvarar det störst observerade i Limhamn för varaktighet 30 minuter men är väsentligt större fördelat över en timme. Man kan se i Hernebrings (2006) arbete att två-årsregnet är ganska lika för olika orter i södra Sverige liksom faktiskt också observerade maxvärden. Så är till exempel 10- minutersregnet med 2 års återkomsttid 10 mm i såväl Halmstad, Uddevalla som Växjö. 5

6 Maxvärdena är 15 mm i Halmstad och Uddevalla (observationsperiod ) och 16 mm i Växjö (observationsperiod ). Om man beaktar att mätarna för intensiva regn kanske visar 20% olika sinsemellan, Bengtsson (2009), måste man sluta sig till att extrema regn är ganska lika på olika orter. Dahlström (2006) påpekar att en enstaka händelse påverkar den statistiska analysen för en enskild ort i mycket hög grad, om mätserierna inte är långa Malmö 26 Aug 2006 hour mm/min Hammar Turbinen Limhamn Figur 2. Regnintensitet vid tre stationer i Malmö mellan kl 13 och 15, 26 augusti Långsiktiga förändringar av regnet Simuleringar med regionala klimatmodeller nedskalade från globala cirkulationsmodeller indikerar ökad regnintensitet i ett framtida klimat. Så har t ex Skaugen m fl. (2003) uppskattat att extrem dygnsnederbörd kommer att öka med 10-50% i stora delar av Norge. Analys av existerande regndata visar emellertid snarast att den mest extrema dygnsnederbörden har minskat i varje fall i Storbritannien (Osborn och Hulme, 2002), Kanada (Kunkel, 2003), Belgien (Gellens, 2000), Tyskland (Hundecha och Bardossy), vilka länder har klimat som kan liknas vid det svenska. De studerade regnserierna har längd år. Dygnsnederbörd har mätts i Malmö sedan Det finns alltså möjlighet att undersöka om regnintensiteten över dygn har ändrats under de senaste nästan 100 åren. Detta har gjorts i en tidigare artikel, Bengtsson (2008). Det finns ingen trend mot ökande eller minskande mycket hög dygnsnederbörd. Trendanalys gjordes också för lika långa 6

7 dygnsnederbördsserier från Göteborg och Halmstad. Inte heller för dessa orter finns någon signifikant trend mot ändrad årshögsta dygnsnederbörd. Faktiskt finns för alla orter en svag, ej signifikant trend, mot minskande årshögsta dygnsnederbörd. Det är svårt att undersöka om antalet intensiva regn ökat eller minskat, eftersom det inträffar så få riktigt stora regn under ett år. Man kan då välja att se på antalet händelser under 10-årsperioder. I den refererade artikeln framgår att antalet intensiva regn större än 40 mm per dygn fördelat över 10-årsperioder inte har förändrats under de senaste 100 åren. Detta stämmer överens med tidsserieanalys av nederbördsserier för övriga Europa. De visar inte någon konsistent bild av förändringar av dygnsnederbörden. Man kan dock sammanfatta så att dygnsnederbörd vintertid har ökat, men att den mest intensiva dygnsnederbörden på sommaren inte har ökat. De är dock svårt att analysera extrema händelser, eftersom de verkligt extrema händelserna är just extrema och inträffar sällan. För kortvariga regn med varaktighet mindre än en timme är regnserierna oftast så korta att resultat från trendanalys måste tas med skepsis. Mätningarna från Turbinen omfattar 27 år. Redan det är egentligen en väl kort serie för att dra slutsatser om eventuell trend. Sådan trendanalys görs ändå längre fram i texten. Istället för att analysera trender över kort tid kan man jämföra gamla och nya regnmätningar, mätningar från med mätningar under de senaste åren. Hernebring (2006) har jämfört nya och gamla intensitet-varaktighetskurvor för Borås, Göteborg, Stockholm och Malmö. Han finner inga avvikelser mellan nya och gamla värden för Borås, svagt minskat intensitet för Göteborg och ytterligare minskad intensitet i Stockholm, oförändrad intensitet för mycket korta varaktigheter i Malmö men ökad för varaktighet 20 minuter och längre. Det råder dock stor tveksamhet om tillförlitligheten hos de gamla Malmö-värdena, eftersom dessa är väsentligt lägre än observationsdata från Köpenhamn och Helsingborg för motsvarande period. Gamla mätningar i Malmö har alltså visat lägre korttidsregnintensiteter än på närbelägna orter. För att dels undersöka förändringar i regnintensitet över längre tider och dels jämföra nuvarande mätstationer i Malmö med närbelägna orter undersöks här också regnintensitetsmätningar från Helsingborg. Kurvor för 2-årsregn för perioden (Höganäs 1975) och perioden (Svenskt Vattens hemsida enligt Hernebrings sammanställning) jämförs i Figur 3. De nya regnintensiteterna är något högre än de gamla. Den nya Malmö-kurvan är också inlagd. Regnintensitetskurvan för Malmö är lite lägre än Helsingborgskurvan baserad på mätningar för perioden och nästan identiska med gamla Helsingborgskurvan. En statistik analys av årsmaxima visar inte på någon skillnad mellan nya Malmö och nya Helsingborgsregn för någon varaktighet. 7

8 IDF-curves Helsingborg T=2 year intensity mm/min Duration min Figur 3. Intensitet-varaktighetssamband med återkomsttid 2 år för en mätare i Helsingborg (ljus kurva) respektive (mörk kurva) och fyra mätare i Malmö (streckad kurva). Korrigerad mätserie vid Turbinen från 1980 till och med 2007 används för att undersöka eventuella trender av korttidsregnens intensitet i Malmö. Under åren användes en vippmätare med volym 0.5 mm, vilken sedan byttes ut mot 0.2 mm vippmätare. Mätningarna för perioden ger signifikant lägre värden än för den efterföljande perioden och också lägre dygnsvärden än vad en uppsamlande mycket närbelägen SMHImätare har givit. Jämförelse med denna SMHI-mätare och jämförelse mätningar med 0.2 mm mätare har givit vid handen att Turbinen-värden för perioden bör uppräknas med 20%. Det finns ett års bortfall av värden från Turbinen. Maximum för detta år har satts som medelvärdet av årsmaximum. Årsmaximum för 24 timmars regn uppvisar ingen trend. Motsvarande trend för 6 timmars regn är något avtagande, men trenden är inte signifikant. Högsta årliga timvärde visar inte heller någon trend. Ett annat sätt att avgöra om regnintensiteter ökat eller minskat är att undersöka antalet händelser som inträffat under ett år och se om detta antal tenderar att ändras. För 60- minutersregn väljs tröskelnivå 10 mm. Antalet sådana händelser vid Turbinen har varierat mellan 0 (ett år) till 7 per år. Nästan hälften av alla värden är mindre eller lika med ett. Det finns inte någon trend av antalet sådana extrema händelser. Man kan fastslå att extrema regn med varaktighet timme eller längre har varit oförändrade de senaste nästan 30 åren. 8

9 När trendanalys görs av regn med så kort varaktighet som 10 minuter finner man dock för observationerna vid Turbinen en signifikant ökande trend av årliga högsta regnintensitet, liksom Arnbjerg-Nielsen (2005) funnit för östra Danmark. Observationer och trendberäkningen för Turbinen visas i Figur 4. Ökningen är signifikant på 90% nivå. Också årsmaximum av regn med varaktighet 20 minuter visar signifikant ökning, men däremot inte 30-minutersregn. 16 Max 10 min rainfall Turbinen mm Figur 4. Årliga högsta observerade regnvolym under 10 minuter vid Turbinen samt beräknad trendlinje. Signifikansnivå 90%. Vid undersökning om antalet händelser som inträffat under ett år tenderar att ändras väljs för 10-minutersregn tröskelnivå 4 mm. Antalet sådana händelser vid Turbinen har varierat mellan 1 till 9 per år. Det finns en tendens till ökning av antalet sådana händelser från knappt till 3½ vid periodens slut. Trenden är dock inte signifikant. Trendanalysen för 20-minutersregn ger samma resultat som för 10-minutersregn. Motsvarande trendanalys som för Turbinen har utförts också på de Stockholmsdata som genom Hernebrings försorg finns tillgängliga via Svenskt Vatten. Stockholmsmätningarna omfattar åren , dvs 21 år; dock saknas värden från Medelvärden från de övriga åren har använts för detta år. Regnen i Stockholm visar tydlig signifikant trend mot avtagande intensiteter för regn med varaktighet minuter. Denna trend mot avtagande regnintensitet i Stockholm uppkommer på grund av det mycket intensiva regn från 1984, som tidigare har beskrivits i denna text. Om man ersätter detta regn med det näst största regnet för detta år, så försvinner trenden helt. När regnserier är såpass korta som 25 år kan enstaka värden ge utslag i form av trender. Det är därför tveksamt om man kan dra slutsatsen att regnintensiteterna i Stockholm 9

10 tenderar att minska. Vid jämförelsen mellan intensitetskurvor för perioden och den tidigare perioden framstår dock de gamla regnintensiteterna som klart högre än de för de senaste 20 åren, speciellt för regn med ganska kort återkomsttid. Det står klart att regnintensiteterna i Stockholm inte har ökat. Trendanalys för Turbinen i Malmö visar på en ökning av regnintensitet över minuter men oförändrad intensitet över tiden för regn med längre varaktighet. Ett stort 10-minutersregn år 2003 påverkade trendanalysen. Det är svårt att tänka sig att regn med varaktighet 10 minuter skall öka i intensitet utan att regn med något längre varaktighet också ökar i medelintensitet. Det är också svårt att tänka sig att 10-minutersregn i Malmö skulle öka i intensitet medan motsvarande regn i Stockholm skulle minska i intensitet. Avvikelser kan nog förklaras med att tidsserierna är korta och också med att mätarna inte stått under ständig tillsyn och inte är kalibrerade individuellt. Liksom för dygnsregn är den rimliga slutsatsen är det inte föreligger några trender mot ändrad regnintensitet. Översvämningar i Malmö under de senaste 10 åren I stort sett alla översvämningar i källare inträffar i samband med stora regn, 97% enligt Malmös statistik. Övriga fall av källaröversvämning orsakas av stopp i ledning. Mindre stora regn kan förorsaka översvämning vid felkoppling mellan dagvatten och spillvattenledning. Det finns exempel på detta i Oxie. Det är kortvariga intensiva regn som brukar ge upphov till översvämningar i stadens ledningssystem. Regnen har sin högsta intensitet över olika ytor vid olika regntillfällen. Översvämningar inträffar därför på olika platser vid olika tillfällen. Översvämningarna är koncentrerade till områden på ett tiotal hektar. Man kan emellertid identifiera områden där översvämningar är återkommande. I Malmö finns sådana områden i villaområdena i sydväst vid Västervång, Bellevue och Limhamn. Vid mycket stora regn har vid flera tillfällen mer än 100 källare översvämmats. Områdena delas av två olika avvattningssystem, ett som avvattnar mot havet och vidare söderut mot Klagshamn och ett som avvattnar mot Turbinens pumpstation. Översvämningarna har inträffat nära gränsen mellan de olika avrinningsområdena. Man har i Malmö noggrant registrerat översvämningar och hur dessa vid olika regntillfällen fördelat sig över staden, Steen och Milotti (2007). Milotti (2008). Man har vidtagit åtgärder i de områden som haft återkommande översvämningar. Limhamnområdet, se Figur 1, i sydvästra Malmö är det mest översvämningskänsliga. Ett problem för dagvattenhanteringen i Malmö är att området är platt på nivå inte mycket över havets, vilket kräver pumpning av stora mängder vatten. Tabell 1 visar översvämningstillfällen i Malmö, var översvämningarna inträffat och vilka nederbörsintensiteter som orsakat översvämningarna. Stora regntillfällen, som inte orsakat översvämning, redovisas också. Dimensionerande 10-års regn med 10 minuters varaktighet är 12.5 mm och 60-minutersregnet är 22 mm. 10

11 Tabell 1. Översvämningstillfällen i Malmö Regn: Limhamn (L), Aborg (A), Bulltofta (B), Turbinen (T); C avser centrala staden; hög nivå är hög vattennivå i recipient. datum Dygnsregn Regn 1 tim Regn 10 min plats typ 26 aug 39T/26B/31A/9L T/B/A 12 A/B/8L Överallt P60>10år juli 22T/15B/3A/35L 33L/21T 13L/8T nej juli 16T/31B/20A/28L 20B/6T/13L 12L/11B/6T nej juli 18T/23B/19A/6L 11T 11B/11A/10T nej sep 23T/3B/12A/22L 20T/13L 5L nej juli 22T/10A 21T/9A 9T/4A, saknas nej 1999 B-L 9 aug 22T/xB/13A/xL 21T, 12A 8 T-A, saknas Spritt få 1999 B-L 15 aug 48T/xB/31A/xL 16T, 12A 6 T-A, saknas Lim Pdygn 1999 B-L 2 aug 21L/7T/4A 19L/6T/2A, 19L nej 2000 saknas B 2-3aug 40-48L/T/A;16B 11L/26T/16A 4L/9T/11A L, A, C Plong, 2002 två dygn 8B 2B 24 maj Som timme 9L/16T/4A 8L /15T/2A L P B 9B 18 juli 28T/40B/41A/26L 26A/30B/14T/ 4T/6L/8A-B Lite L, P L C, öst-b 9 juli 22T/15B/34A/17L 26A/15T/9L 7T/4L nej aug T/40B/15A/34L 28T/20L/15B/ 8A 11T/6L/9B/3 A öst-c, T L P60 hög nivå 26 aug 23T/13B/26A/45L 43L/22A/21T 21L/13A/11T Lim P B 2 sep 20L 19L/11T 15L/8T L juli T/91B/72A/51L <10mm överallt hög nivå perm ytor 22 juli T/39B/41A/35L 9T nej Tabellen omfattar 18 extrema regn under de senaste 10 åren. Av dess orsakade 9 översvämning. Vid samtliga dessa tillfällen inträffade någon översvämning i Limhamn även om konsekvenserna av regnen 18 juli 2003 och 13 augusti 2004 var lindriga hör. Vid tre tillfällen skedde översvämningar enbart i Limhamn. Regnen 26 augusti 1996 och 11

12 samma dag 2006 är ganska lika. År 1996 inrapporterades cirka 800 källaröversvämningar men 2006 endast 180; då inträffade ändå två stora regn Man har i Malmö åtgärdad systemen; 20 miljoner/år har satsas på sanering av avloppsnätet under de senaste 10 åren. Intensivt kortvarigt regn större eller nära 10-årsregnet, dvs 13 mm under 10 minuter, har inte tydligt gett upphov till översvämning i samma utsträckning som 1-timmesregn med 10-års återkomsttid. Många översvämningar inträffade i Limhamn 26 augusti 2006, då 10-minutersregnet var 21 mm, men samtidigt var 60-minutersregnet 43 mm. Regn med hög intensitet enbart under 10 minuter (15 mm) resulterade i översvämningar 2 september Mycket hade fallit dagarna före. Tre av översvämningarna i Limhamn kan relateras till stora regnmängder, större än 10-årsregnet, över en timme (26 augusti 1996, 9 augusti augusti 2006), tre till stora dygnsregn (15 augusti 1999, 3 augusti 2002, 5 juli 2007), medan ett tillfälle inte direkt kan förklaras med hög regnintensitet. Många översvämningar inrapporterades från Limhamn 24 maj I Limhamn var 10- minutersregnet endast 10 mm, dvs mindre än dimensionerande regn och mindre än andra regn som inte orsakat översvämning. Intensiteten var emellertid det hög under 10 minuter vid Turbinens mätstation, 15 mm, så regnet kan ha varit mycket intensivt i delar av Limhamnsområdet. Översvämningar 18 juli 2003 inträffade i störst utsträckning i östra och södra Malmö, där också stor en-timmes nederbörd uppmättes, mm. Trots att nederbörden i Limhamn och vid Turbinen endast var 14 mm under en timme uppstod dock en del översvämningar också i Limhamn. Vattennivån i havet var hög. Det är ovanligt med översvämningar på andra ställen än i Limhamn. Stora översvämningar inträffade över hela Malmö 26 augusti 1996, då 1-timmesnederbörden var mm. Översvämningar spritt över Malmö inträffade högt upp i ledningssystemen 9 augusti Nederbörden under dygnet var omkring 20 mm. Inga intensiva skurar uppmättes. Det var dock lågtryck och havsnivån var hög?? Två andra tillfällen då översvämningar tenderat att vara flest i östra delen av Malmö och i viss utsträckning i centrala Malmö är 18 juli 2003, som kommenterats ovan, och 13 augusti Den sistnämnda dagen var regnmängden över 1 timme, 28 mm, vid Turbinen och översvämningar inträffade också nära slottet. I östra Malmö uppmättes endast 15 mm som maximal en-timmes mängd. Dygnsnederbörden var däremot hög, 40 mm. Översvämningarna kan relateras till hög vattennivå i recipienten för nordöstra Malmö, Sege å. Såväl dag- som bräddvatten transporterades endast långsamt mot ån.. De höga dygnsnederbörden över Malmö 5 juli 2007, mm i de fyra mätarna, resulterade i översvämningar spritt över hela Malmö, se Fig 5. Ett mycket stort dygnsregn föll på redan fuktig mark. Ytvatten från många ytor rann till dagvattensystemet. Vägar fick stängas av. Limhamn var snarast underrepresenterat i förhållande till övriga Malmö vad gäller antalet inrapporterade översvämningar beroende på att dygnsnederbörden var lägst där och att översvämningarna till stor del kunde relateras till ytavrinning. Översvämningar inträffade i Limhamn ända nere vid havet, eftersom pumpkapaciteten inte var tillräcklig för att pumpa vatten vidare mot Klagshamn. Av samma anledning, nedsatt pumpkapacitet, uppstod översvämningar inom Turbinens avrinningsområde. De största regnmängderna föll i nordöstra Malmö. Nivån i Sege å var samtidigt hög, så dagvatten kunde inte snabbt avvattnas till ån. 12

13 Figur 5. Lägen för inrapporterade översvämningar 5 juli 2007 efter S. Milotti Sanering av Malmö avloppsledningsnät, lägesrapport 2007, VASYD. Anledningen till upprepade översvämningar i Limhamn är att det kombinerade ledningsnätet till delar inte har varit dimensionerat för 10-års regn och att man måste pumpa undan dagvatten som skulle gå till recipient och inte till avloppsreningsverk, då havets nivå är hög. I flera fall beror översvämningarna på magasinseffekt. Man har byggt in magasin i ledningssystemet för att utjämna flöden så att inte ett kortvarigt regn orsakar översvämning. Detta betyder emellertid att stora regnmängder över en timma kan fylla magasinet, varefter det blir dämning uppströms. Man har nu till stor del löst problemen inom Limhamnsområdet. Man har kopplat bort många tak från systemet för att istället kasta ut takvattnet på gräsytor. Man har täckt över rännstensbrunnar, tillåtet ganska stora mängder dagvatten på lokalgator och då förlängt rinntider och dessutom styrt detta vatten mot separata ledningar eller mot icke överskottskänsliga punkter. I områden där man måste pumpa dagvatten är man beroende av att samtliga pumpar är i funktion vid stora regn. Detta kan vara problem främst då regnen är utsträckta i tiden. I nordöstra Malmö, i Valdemarsro, vid Risebergabäcken och Sege å uppstår översvämning vid stora regn, då ån och bäcken samtidigt står höga. I första hand rör det sig 13

14 om ytöversvämning. Här finns emellertid inga pumpar som kan öka tryckgradienten så att vatten i ledningar förs till ån varför dämning uppstår i ledningar. Man har byggt dammar och fördröjningsmagasin längs Risebergabäcken i östra Malmö. Därvid reduceras dagvattentopparna i ledningssystemen. Juliregnen 2007 var emellertid så omfattande att magasinen blev fulla och översvämningar inträffade på ytor längs Risebergabäcken med påföljande skador på en rad hus. Det hade gått att tappa vatten från magasinen snabbare än vad som gjordes, varför kommunen blev ersättningsskyldig. Ökad tappning kunde dock kanske gett upphov till översvämning nedströms. Någon utredning av detta har ej gjorts. Ingenjörsmässigt har man stor vana att dimensionera för konvektiva regn. Stora dygnsregn har dock i flera fall varit orsaken till översvämningar i Malmö. Det finns inga normer för hur man skall utforma system då normalt permeabla ytor bidrar till ytavrinningen. Översvämningar i Lund Lund är mindre känsligt för översvämningar än de flesta andra städer, eftersom ledningarna ligger med stor lutning och vattnet därför rinner snabbt mot recipient. Dämningar brukar inte förekomma i ledningarna. Man har inte problem med höga recipientnivåer. Enstaka tillfälliga översvämningar is själva staden har berott på nedsatt hydraulisk kapacitet. Inom ett mycket begränsat område har man haft upprepade problem med källaröversvämningar. Anledningen har inte kunnat fastslås; man söker efter felkopplingar. I Lund har man haft problem utanför själva staden, i byarna där man kan säga att staden möter landet. Det har varit i Stångby väster om Lund, där ledningssystemet fått ta emot ytvatten från stora högre belägna åkerarealer och där fördröjningsmagasin blivit fulla och bräddat över. I Södra Sandby öster om Lund har Sularpsbäcken dämt och dagvattnet därför fördröjts inne i ledningssystemet i Sandby. Dikena som mottar dagvatten har inte den hydrauliska kapacitet som krävs för att ta emot dagvatten från såväl hårdgjorda ytor i Sandby som från vattenmättade gräs- och åkerytor. Ledningssystem dimensioneras för kortvariga regn, men i dessa fall har långvariga regn på icke-permeabla ytor varit huvudorsaken till översvämningar i tätort. Översvämningsskadorna i byn Stångby väster om Lund stad var ganska omfattande sommaren Jordbruksmark dräneras mot diken och en damm vid Stångby. Ytvatten rann ner i några källare och kom därvid in i spillvattensystemet, varvid spillvatten trängde upp också i andra källare. Liksom i Malmö kan man säga att störst problem uppstår vi långvariga regn, då stora mängder vatten från normalt permeabla ytor tillförs systemen. Översvämningar i Trelleborg I Trelleborg är ledningarna som regel dimensionerade för 5-års regn. Det betyder att man överallt kan förvänta sig 20 översvämningar under 100 år. Stora översvämningar har inträffat 1988 och 2006 företrädesvis i ett kombinerat ledningssystem öster om hamnen nära havet med dess ledningar i nord-sydgående riktning, och i ett separat 14

15 dagvattensystem i Västra Egnahemsområdet cirka 500 m nordnordväst om hamnen. De hus som ligger nära havet har källare, som vid höga vattenstånd i havet ligger under havets nivå. De stora översvämningarna i Trelleborg 2006 skedde under augusti september. Då kom tre olika regn med hög intensitet under i första hand en timme. Man har i Trelleborg gjort en omfattande utredning om regnen och dess följdverkningar i staden, Kommunal teknik Trelleborg (2006). Det finns i centrala Trelleborg såväl kombinerade ledningar som separata dagvatten- spillvattenledningar. Systemen i Trelleborg är dimensionerade för 5- års 10 minuters regn, vilket är 9,2 mm regn under 10 minuter. Regnmängderna vid mätstationen i Trelleborg under 10 minuter var för dessa tre regn 7,4; 9,8 respektive 12,2 mm. Regnet var alltså väsentligt större än dimensionerande regn vid ett tillfälle och just något större vid ett annat. Däremot var 60-minutersregnet mycket större än dimensionerande regn, ungefär 25 mm vid alla tre tillfällena, vilket motsvarar en återkomsttid på 30 år. 5-årsregnet är endast 17 mm. Översvämningarna i Trelleborg är av karaktär uppträngande vatten i källare och dessutom ytvatten som runnit ner i garage och källare. Översvämningarna kan nästan helt skyllas regn större än dimensionerande regn. Efter översvämningarna 1988 har man sanerat stora områden och då främst separerat dagvatten och spillvatten. Det anlades också tre dagvattenmagasin för att reducera flödestoppar nedströms. Man fann vid översvämningarna 2006, att en mängd felkopplingar gjorts, vilket fått till följd att ovidkommande dagvatten transporteras i spillvattenledningarna. De aktuell regnen var så stora att dagvattenmagasinet inte räckte till. Vid dämning rann vattnet ut på gatan och ner i två källare. Magasinet dämpar flöden också för regn större än 5-årsregn. Även om regnen varit större än dimensionerande regn, anser man inom Trelleborgs kommunen, att kommuner skall hjälpa till med åtgärder för att hindra ytvatten att rinna ner i källare och då i första hand genom att uppföra garage i markplan och i andra hand genom strategisk bräddning. På så vis kan man säga att man planerar för ett natursystem (major system), som träder i funktion då det byggda dagvattensystemet (minor system) är överbelastat. Fastigheterna närmast havet i Trelleborg ligger lågt. En del har källare under den nivå havet har vid högvatten. Man måste förlita sig till pumpning av dagvatten och bräddning. Sammanfattande analys av regnorsaker Tidigare definierades 7 orsaker till översvämningar: Översvämning regnintensitet > dimensionerande regn, översvämning bidragande yta > planerat avrinningsyta, översvämning pga hög recipientnivå, översvämning till följd av nedsatt hydraulisk kapacitet, översvämningar i fördröjningsmagasin, översvämning pga pumpstopp, översvämning pga felkoppling. Översvämningar inträffar sällan då regnen är mindre än dimensionerande regn. Mycket kortvariga regn, 10 min, brukar inte orsaka översvämning även om deras intensitet är större än dimensionerande regn. Magasinseffekten i själva ledningssystemet är stor. Hög regnintensitet och samtidig utsträckning av regnet till en 15

16 timme orsakar däremot översvämningar om regnen är större än dimensionerande regn. Magasin blir lätt fulla om ytvatten tillkommer från ytor vilka normalt inte avvattnas mot magasinen. Regn med varaktighet över ett helt dygn ställer till problem genom att avrinning sker fån normalt permeabla ytor. Nedsatt pumpkapacitet har fått till följd att översvämningar inträffat framför allt vid långvariga regn. Hör recipientnivå är problem i flacka områden. Förhindrande av översvämning I ett rätt fungerande och rätt dimensionerat system skall översvämning inte inträffa om regnintensiteten inte överskrider den intensitet för vilket systemet är dimensionerat. Vid större regn accepteras att översvämning sker. Kommunerna har i regel god kontroll på vilka områden, som är översvämningskänsliga. Det kan dock vara svårt att åtgärda systemen, så att risken för översvämning väsentligt reduceras utan att åtgärder görs inom enskilda fastigheter. Enkel åtgärd är att koppla bort takvatten från ledningssystemet eller bygga hög trottoarkant till källargarage. Stor åtgärd är att helt stänga källarbrunnar. Lösningen för att reducera översvämningsrisk är olika från fall till fall. Dagvattenhantering sker allt mer enligt principen Best management Practice (BMP) också kallad SUDS (Sustainable Urban Drainage System), Villareal m fl. (2004), Williams och Bartlett (1984). Man strävar efter att ta hand om dagvatten lokalt, reducera flödestoppar och öka avdunstningen. Man kan använda sig av gröna tak, takvattenutkastare, försänkta ytor, diken, öppna kanaler, gräsytor för infiltration eller dammar. Ett steg vidare från BMP är blå-gröna zoner som används för rekreation, förbättring av mikroklimatet och samspel växlighet-dagvatten. Ledningssystem byggs för att ta hand om regn upp till det dimensionerande regnet. Vid större regn accepterar man översvämning. Vatten kommer att rinna utanför ledningssystemet vid stora regn och röra sig i ett naturligt system, som kan inkludera källare. Man undersöker normalt inte hur vattnet rör sig i det naturliga utanförledningar-systemet. Det finns inga normer som kräver detta. Konsekvenser av översvämningar skulle dock kunna mildras väsentligt om man vidtog åtgärder för att styra vattnet i ett utanför-ledningar-system. Gatukantsten, förhöjningar av olika slag, lutningar, kanske små diken kan användas för att styra överskottsvattnet. Vattnet kan styras mot gräsytor eller mot öppna försänkta asfaltytor, men helst mot recipienter. Det är emellertid inte möjligt att fastställa generella lösningar. Kommunerna Lund, Trelleborg och Malmö har vidtagit en rad åtgärder för att minska antalet framtida översvämningar. I de fall man har kombinerade system, så att spill- och dagvatten går i samma ledning, är det mest radikala att låta dagvattnet få en egen ledning, så att man får ett duplikatsystem. Det kan bli översvämningar också i ett separat dagvattensystem. Översvämmat ytvatten kan rinna ner i källare och vidare in i spillvattensystemet. Man kan var något mindre radikal och koppla bort takvatten, så att detta vatten via stuprören kastas ut på gräsytor eller förs till stenmagasin. I Malmö har man gjort detta i stor utsträckning, mest i kombinerade system. Vid långvariga regn kan dock dessa gräsytor bidra till avrinningen, speciellt om ytorna lutar. Den vanligaste 16

17 lösningen för att minska toppflöden i ledningar oavsett om systemen är separata eller kombinerade är att fördröja avrinningen. Detta kan göras genom att låta regnvattnet rinna längre tid på markytan innan det når ledningarna. Man har i Malmö strypt rännstensbrunnar och tvingar vatten att rinna på gatan istället för att gå ner i ledning. Man kan också, vilket kanske är vanligast, som i Malmö och Trelleborg låta flödet utjämnas i magasin. Vid långvariga regn föreligger dock risk för dämning uppströms eller för översvämning på intilliggande mark. Nedan listas en del typer av åtgärder som gjorts i Malmö och Trelleborg för att förhindra översvämningar. Åtgärder för att förhindra översvämningar är komplexa. En åtgärd i en punkt får konsekvenser för hela systemet. Åtgärder som kan komma ifråga är: 1. Öka ledningsstorlekar, något som görs då man uppenbarligen finner att en ledning är för liten. Byte av ledning kan dock få konsekvenser nedströms. 2. Bygg ut separat dagvattensystem om sådant inte finns, vilket görs i många städer bland dem Trelleborg, Malmö och Lund- 3. Koppla bort takvatten, lokalt omhändertagande, vilket också görs i många städer och har gjorts i stor utsträckning i Malmö. 4. Minska asfaltytor. Man kan ersätta asfalt med andra yttyper men i första hand försöker man leda vatten från asfaltytorna mot sänkor eller grönytor eller asfalten görs ojämn; detta är vanliga lösningar för nya parkeringsplatser. 5. Fördröj avrinningen, vilket görs i nya områden då ytvatten långsamt får rinna mot en brunn. Strypning av rännstensbrunnar är en sådan åtgärd och i viss mån också utkastare från tak. Metoden innebär att avrinningen på mark och i systemets övre delar skall ske långsamt så att toppflödena inte bestäms av regnets mest intensiva del utan utjämnas över tiden. Metoden har använts i Augustenborg i Malmö, men kanske i störst utsträckning för att skapa miljö. 6. Utjämna flöden i magasin. Om utjämningen sker i dammar, så kan dammen samtidigt användas för flera ändamål. Det är dock svårt att kombinera olika användningsområdena. Ingen utjämning sker då en damm är full. I Trelleborg har man anlagt dagvattendammar i ganska centrala områden för att förhindra överbelastning nedströms i det centrala området öster om hamnen. Dagvattenmagasin kan användas också i områden med kombinerade system. 7. Reducera hydraulisk kapacitet uppströms. Genom att bromsa upp vattnets framfart och orsaka viss dämning kan man förflytta översvämning uppströms till punkt där den får mindre konsekvens än nedströms. 8. Installation av bakvattenskydd. Detta behövs om källarnivå vid högvatten ligger under recipientnivå. Sådana finns i Trelleborg och Malmö. Slutsatser Det verkar inte som riktigt kortvariga regn ger upphov till översvämningar i många punkter även om regnen är större än de dimensionerande. Konvektiva regn är dock synnerligen lokala. En enskild mätare ger inte full information om hur stort regnet varit över ett helt avrinningsområde. Översvämningar kan till största del tillskrivas regn större än dimensionerande regn med varaktighet en timme. Konsekvenserna av sådana regn har varit omfattande i Trelleborg och i Malmö. Stora dygnsregn har orsakat översvämningar 17

18 på ytor och hindrat trafik men också gett översvämningar i ledningssystem, som inte annars har varit utsatta för översvämning. Regn på och avrinning från normalt permeabel mark har bidragit till översvämningarna. Man dimensionerar inte för bidrag från sådan mark. Dammar som skall utjämna flöden har blivit fulla såväl vid dygnsregn som vid stora timregn. Kommunerna har god kontroll på sina ledningssystem. Man har emellertid inte planerat för att ta hand om ytvatten från gräsytor och områden utanför tätorten. Man måste acceptera att stora regn orsakar översvämning. Det hade dock varit önskvärt att man planerade för översvämning genom att analysera var översvämning kan tänkas ske och finna strategi för att ta hand om överskottsvattnet. En del översvämning orsakas av att pumpar slutar fungera. Man är medveten om detta, men att en pump inte fungerar upptäcks inte förrän just när den inte fungerar. Höga recipientnivåer är problem. Långvariga regn sammanfaller med höga recipientnivåer. Man borde ta fram strategier för hur man skall ta hand om vatten som ej når recipient i önskad takt. Nederbördsintensiteterna för kortvariga regn är mycket lika för olika orterna och mellan olika tidsperioder. Det finns inget som tyder på att kortvariga regn har ökat i intensitet. Huruvida kombinationen hög vattennivå stora regn ökad har inte undersökts. Havsvattennivån kommer att öka i ett framtida klimat. Om regnen förblir av oförändrad karaktär kan man förvänta sig fler översvämningar i tätort vid havet, om inte åtgärder vidtas. Om somrarna kommer att bli torrare, som klimatsimuleringar visar, bör dock dygnsregnen utgöra mindre risk för översvämning än idag. Referenser Arnbjerg-Nielsen, K. (2005) Significant climate change of extreme rainfall in Denmark. Proc. (abstract) 10 th Int. Conf. Urban Drainage, Copenhagen August. ASCE and WEF (1992) Design and construction of urban stormwater management systems. ASCE Manuals and Reports of Engineering Practice no 27, WEF Manual of Practice FD-20, 724pp. Bengtsson, L. (2008) Extrema dygnsregn och trender i Skåne och Västkusten. VATTEN 64, Bengtsson, L. (2009) Intensivia regn i Malmö. VATTEN 65, accepterad. Bengtsson, L. och Niemczynowicz, J. (2003) Vattenomsättning i några svenska städer. VA-Forsk Nr 33, 19 sidor. Bengtsson, L., Niemczynowicz, J. and Zhang, T. (1993) Urban storm drainage water pathways - conduit system and natural system. - VAV-nytt 2/93, (in Swedish). Ellesson, J. och Persson, R. (1961) Skyfallsartade regn över Skåne. Svensk Geografisk Årsbok 37, Gellens, D. (2000) trend and correlation analysis of k-day extreme precipitation over Belgium. Theoretical and Applied Climatology 66,

19 Hernebring, C. (2006) 10-årsregnets återkomst förr och nu. VA-Forsk rapport , 85 sidor. Hundecha, Y. and Bardossy, A. (2005) Trends in daily precipitation and temperature extremes across western Germany in the second half of the 20 th century. Int. J. of Climatology, 25, Kunkel, K.E. (2003) North American trends in extreme precipitation. Natural Hazard 29, Lidström, V. (1996) Stopp i avloppsledningar problemets omfång, syptom och orsak. Tidskriften Vatten, 52, Milotti, S. (2008) Sanering av Malmö avloppsledningsnät. Lägesrapport VASYD. Osborn, T.J. and Hulme, M. (2002) Evidence for trends in heavy rainfall events over the UK. Phil. Trans.: Math., Phys. and Engineering Sciences 360, Perrusquia Gonzalez, G.S. (1988) Part-full flow in pipes with a sediment bed. Rep. Ser. A:18, Dept. Hydraulics, Chalmers (avhandling). Rolf, K & Stål, Ö Tree roots in sewer systems in Malmö, Sweden. J. Arboriculture 20, Skaugen, Th., Astrup, M., Roald, L.A. och Förland, E. (2003) Scenarios of extreme daily precipitation for Norway under climate change. Nordic Hydrology 35, Steen,S. och Milotti, S. (2007) Sanering av Malmö avloppsledningsnät. Lägesrapport VASYD. Stahre, P. (2006) Sustainability in urban storm drainage : planning and examples. Svenskt Vatten, 81 sidor, ISBN Villareal, E.L., Sémadeni-Davies, A., and Bengtsson, L. (2004) Inner city stormwater control using a combination of BMPs. Ecological Engineering. 22, Williams, D.W., and Bartlett, J.M. (1984) Application of hydraulic analysis techniques to investigate an overloaded sewerage system. Proc. 3rd Int. Conf. Urban Storm Drainage, Sweden,