Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät

Transkript

1 Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Institutionen för Kemiteknik Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät Examensarbete av Håkan Emanuelsson Oktober 2008

2 II

3 Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Institutionen för Kemiteknik Lunds Universitet Water and Environmental Engineering Department of Chemical Engineering Lund University, Sweden Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät Adapting the sewer network of Kungshult to a changing climate Examensarbete nummer: av Håkan Emanuelsson Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik Institutionen för Kemiteknik Lunds Universitet Oktober 2008 Handledare: Professor Jes la Cour Jansen Examinator: Universitetslektor Karin Jönsson Bild på framsidan: 1 1. Översvämning på Tolvskillingsvägen i Eslöv efter ett skyfall den 20/ Används med tillstånd från Eslövs kommun Postal address: Visiting address: Telephone: P.O Box 124 Getingevägen SE Lund Sweden, Telefax: Web address: III

4 IV

5 Sammanfattning Klimatförändringarnas effekter på extrema regntillfällen är ett ämne där intensiv forskning bedrivs. Syftet med den här rapporten är att genom en litteraturstudie avgöra om korta, intensiva regn kommer att öka i Skåne på grund av klimatförändringarna. Resultatet från litteraturstudien används sedan för att studera ett avloppsnäts funktion och vilka effekter en förändrad nederbörd har på det systemet. Förändringar i intensitet, varaktighet och frekvens är intressanta vid dimensionering av avloppssystem. Det stora antalet studier i området visar på svårigheterna i att säkert bestämma en eventuell regnintensitetsökning. I Malmö visar trendanalyser en viss ökning av extrema blockregn men ökningen är inte bevisad som statistiskt signifikant. Analyser på europeiska förhållanden visar en allmän ökning av intensiva regn i Europas norra hälft men att endast 20 % av de undersökta stationerna har en statistiskt signifikant ökning. Danska studier visar att Själland, som har en liknande nederbördssituation som Skåne, har en tydligt signifikant ökning och att trenden är tydligast för korta, intensiva regn. Att uppskatta framtida extremregn för dimensionering av avloppssystem med hjälp av globala och regionala klimatmodeller är förenat med stora osäkerheter. De regn som i Sverige normalt blir dimensionerande i dagvattensammanhang är korta, intensiva sommarregn som anses vara lokala, en typ av som regn beskrivs dåligt av klimatmodellerna. Studier som är gjorda pekar trots osäkerheterna mot en framtid med ökande regnintensiteter och en ökad frekvens av extremregn. Sommarextremerna i Skåne kommer att öka trots en minskning av den totala nederbörden under sommarmånaderna. Återkomsttiden för dimensionerande regn kommer åtminstone att halveras vilket innebär en ungefärlig intensitetsökning med %. Resultaten från olika studier varierar mycket vissa visar på en maximal intensitetsökning med så mycket som 60 %. De skiftande resultaten visar att ytterligare forskning på området är nödvändigt för att säkert kunna avgöra framtidens nederbördssituation. Den senaste forskningen har med hjälp av satellitobservationer visat att klimatmodellerna till och med tenderar att underskatta extrema regn. Många orter i Skåne har haft översvämningar de senaste åren och orten Kungshult i Eslövs kommun har vid kraftiga sommarregn drabbats av omfattande översvämningar både 2005 och Översvämningarna har varit både i form av marköversvämningar på grund av fulla dagvattenledningar och i form av källaröversvämningar, orsakade av uppdämda spillvattenledningar. Med hjälp av hydraulisk modellering analyseras dag- och spillvattennätens funktion. Både dag- och spillvattenmodellen byggs upp utifrån fysiska data om ledningsnätet men analysmetoden för de båda modellerna skiljer sig åt. I dagvattenmodellen kopplas till varje nod ett avrinningsområde med en avrinningskoefficient och en area beräknad utifrån ett flygfoto. Modellen körs med regn konstruerade enligt svensk dimensioneringsstandard, uppmätta regn och antagna framtida designregn. Resultaten visar att de uppmätta regnen varit mycket extrema händelserna då de ger upphov till de största översvämningsutbredningarna och de högsta trycknivåerna (relativt marknivån) i systemet. Även de designregn som idag används som dimensioneringsstandard (10-års blockregn) ger upphov till omfattande översvämningar och framtidsscenarion med förstärkta regnintensiteter visar att översvämningsproblemen kommer att öka om inga åtgärder genomförs. För att vara bättre V

6 förberett för de ökande regnintensiteter som klimatförändringarna innebär bör Eslövs kommun genomföra ett antal åtgärder för att förbättra dagvattennätets funktion. Förslagen som ges är byte av rör till större dimension, bräddningsledningar och utjämningsmagasin. Med förändringarna visar resultaten från modellsimuleringarna att ledningsnätet är dimensionerat för ett regn med 10 års återkomsttid förstärkt med 40 %. Till spillvattennätet tillförs dagvatten eftersom ledningarna däms upp vid kraftiga regn med källaröversvämningar som följd. Analysen av spillvattenmodellen syftar till att ta reda på hur stor hårdgjord yta som bidrar med vatten till spillvattennätet. Modellen körs med det uppmätta regnet från den 29/ eftersom både marköversvämningarnas utbredning och källaröversvämningarna är väl dokumenterade för detta tillfälle. Analysen visar att åtminstone 0,6 ha hårdgjord yta måste vara ansluten till spillvattennätet för att de dokumenterade källaröversvämningarna ska uppträda i modellen. Denna yta är troligen ansluten i Kungshults västra delar eftersom avloppsnätet i det området är äldre. Ytterligare indikationer på detta är att analysen av dagvattenmodellen visar att området borde drabbas av omfattande marköversvämningar, något som inte har rapporterats av invånarna. Kopplas 0,6 ha takytor bort från dagvattenmodellen i de västra delarna och återigen körs med det givna regnet visar resultatet att den modellerade marköversvämningen kraftigt minskar. Detta kan förklara avsaknaden av uppgifter om marköversvämning och antyder att det är i de västra delarna eventuella felkopplingar finns. För att undvika källaröversvämningar i framtiden bör Eslövs kommun identifiera var dagvatten tar sig in i spillvattenledningen och åtgärda problemet. Metoden som används för att bestämma den hårdgjorda yta som är ansluten till nätet bygger på det fysiska spillvattennätets utseende och vittnesuppgifter. Alternativt hade denna yta kunnat bestämmas genom flödesmätningar och insamling av högupplöst regndata under en längre tid, vilket hade gett ett säkrare resultat och en mer välkalibrerad modell. Metoden som användes i den här studien är lämplig att använda då dessa data inte är tillgängliga. Liknande mätningar i dagvattennätet hade förbättrat kalibreringen av dagvattenmodellen vilket hade inneburit säkrare analysresultat. Slutsatserna av studien är att förekomsten av extrema regn i Skåne kommer att öka och att det kommer vara sommarregnen som även i fortsättningen blir dimensionerande i dagvattensammanhang, trots att den totala sommarnederbörden väntas minska. Ökningens storlek är svår att bestämma på grund av att sommarregnen är lokala och vid dimensionering av dagvattensystem bör därför en större säkerhetsmarginal vidtas. Hållbara lösningar för dagvattenhantering är till exempel väl tilltagna utjämningsmagasin och i praktikfallet Kungshult kan de i kombination med större ledningsdimensioner innebära att samhället blir mer skyddat från översvämningar. VI

7 Abstract The effects of climate change on extreme precipitation events are a topic where extensive research is being made. The purpose of this study is to determine if the occurrence of short, intense rain events will increase in Scania due to climate change. The conclusions about future extreme precipitation are used to analyze the performance of a sewer network and determine what effects a changing climate has on this particular system. Changes in rain intensity, duration and frequency are of interest when dimensioning storm water systems. The large number of studies of climate change and extreme precipitation shows the difficulties of determining a contingent increase in rain intensity. In Malmoe, trend analyses show a small increase in the occurrence of extreme rains but the increase is not statistically significant. Analyses on European weather station data show a general increase of intense rainfall but the increase is statistically significant only for 20 % of the locations. Danish studies show that there is a statistically significant increase of extreme rainfall throughout the country and that the largest increase is on short, highly intense, rains. Furthermore, the increase is the most distinct for Sealand, which is close to Scania and also have similar climate. It is difficult to estimate future extreme rainfall with a temporal and spatial distribution high enough for dimensioning storm water systems using a regional climate model. Dimensioning rains in Sweden normally are short, intense, summer storms which are regarded as local rains. These events are poorly described by regional climate models. Studies that are made show that, despite these uncertainties, the future holds more intense and frequent extreme events compared to today. The summer extremes will increase in Scania despite a decrease in total summer precipitation. The frequency of extreme events will be at least doubled which corresponds to an estimated increase of rain intensity by %. The results from different studies vary and some show a maximal increase in rain intensity by as much as 60 %. The varying results show that further research is necessary to determine what precipitation pattern to expect in the future. The latest research show that climate models tend to underestimate extreme rainfall and the increase of extreme events could therefore be even higher. Many locations in Scania have had problems with flooding during the last few years. The village Kungshult in Eslöv has had extensive flooding both 2005 and 2006 during summer storms. Both the storm water and wastewater pipes have had problems with flooding both in ground level and basements as a result. By using hydraulic modeling, the performance of the storm water and waste water networks is analyzed. Two models are built up based on the physical properties of the networks, one for the storm water system and one for the wastewater system. In the model of the storm water system a catchment with a specific area and runoff coefficient is connected to each node. The model is run with rains constructed according to Swedish dimensioning standards, measured rains and assumed future rains. Results show that the two measured rain events used in the model gives the most severe flooding and has been very extreme events. Also the design rainfall that is used as a dimensioning standard in Sweden, brick rain with 10 years recurrence, causes significant problems. The problem with flooding will increase with more intense rainfall in the future if no actions are taken. To be better prepared for the more intense rainfalls that is expected due to climate change the municipalities of Eslöv VII

8 should reconstruct the storm water system. By changing the pipes in areas where flooding is most severe to a larger dimension, installing overflow pipes and a basin for lowering peak flows, the storm water system in Kungshult is dimensioned for a rain with 10 years recurrence interval increased with 40 %. Storm water is somehow added to the wastewater pipes, causing flooding in basements during heavy rainfall. The purpose of the analysis of the wastewater model is to determine the impervious area which is connected to the wastewater system. The model is run with the measured rain from 29/ since the flooded basements for this rainfall are well documented. Results show that at least 0.6 ha of impervious surfaces has to be connected to the wastewater system in order for the documented flooding to occur. These surfaces are most likely connected in the western parts of the village since the sewers are older in these parts. Further indications of this are that the storm water model indicates that there should be more severe flooding in ground level than has been reported in this area. If 0.6 ha of impervious surfaces, in this case roofs, is removed from the storm water model the pressure levels in the system drop and the number of flooded nodes decreases. This could be the explanation to why there are no reports on flooded storm water pipes in this area and is further evidence that it is here storm water enters the wastewater system. To prevent future flooding in basements the municipalities in Eslöv should identify where storm water enters the wastewater system and take action against the problem. The method used to determine the impervious surface connected to the wastewater network is based on information about the physical network and witness observations. Alternatively, the area could have been determined through flow measurements and collection of high resolution rain data for the same period. This other method would have given a more certain result and a better calibrated model. The method used in this study is suitable when these data are unavailable. Similar flow measurements in the storm water net would have improved the calibration of the storm water model which would have given more certain results. The conclusions from this study are that the occurrence of extreme rains in Scania will increase and that the summer storms will continue to be the dimensioning rains for storm water systems, despite that total summer precipitation is expected to decrease. How much the rain intensities are going to increase is hard to determine due to the summer storms being mainly local rains. Due to this, a larger safety margin should be considered when dimensioning storm water systems to prevent flooding. Sustainable solutions for storm water treatment are for example large basins for reducing peak flows and larger pipes. In Kungshult, this combination means that the village is well protected against future flooding. VIII

9 Förord Detta examensarbete har utförts vid avdelningen för Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik, Lunds Tekniska Högskola, i samarbete med Ramböll AB i Malmö. Examensarbetet har utförts genom uppbyggnad och analys av två modeller i det hydrauliska modelleringsprogrammet MOUSE parallellt med en litteraturstudie om klimatförändringarnas påverkan på extrema regn. Projektet har utförts under tiden april-oktober Jag vill tacka min examinator Karin Jönsson och min handledare Jes la Cour Jansen som under arbetets gång bidragit med värdefulla kommentarer och åsikter samt styrt mig på rätt spår då mina funderingar lämnat ramen för examensarbetet. Ett stort tack också till Ramböll AB och framförallt till Lena Sjögren vars intresse och engagemang har varit en stor hjälp i arbetet. Tack också till Magnus Sundelin, Ramböll Sverige, och Henrik Sønderup, Rambøll Danmark, för den hjälp jag har fått med MOUSE och dess funktioner. På Eslövs kommun förtjänar Katarina Westerling, Anders Horstmark och Sara Borglin ett extra tack för den goda kontakten och för att de snabbt tagit fram de uppgifter jag bett om. Kartmaterial, källargolvsnivåer och översvämningsobservationer har allt kommit fram utan dröjsmål vilket har varit en stor hjälp. Till sist ett stort tack till alla andra som på sitt sätt bidragit till att detta examensarbete nu är färdigt. Ingen nämnd, ingen glömd. Håkan Emanuelsson Lund oktober 2008 IX

10 X

11 Innehållsförteckning 1 Inledning Bakgrund Syfte Metod Avgränsningar Disposition Avloppssystem Utseende Historik Avloppssystemens funktion Kombinerat system Duplikatsystem Separatsystem Klimatförändringarnas effekter på nederbördssituationen Bakgrund Traditionellt framtagande av dimensionerande regn i Sverige Uppmätta förändringar och trender Framtida förändringar och modeller Slutsatser litteraturstudie Studie av Kungshults avloppssystem Kungshult Översvämningsproblemet Mål Avloppsnätets utseende Dagvattennätet Spillvattennätet Modelluppbyggnad Dagvattenmodellen Spillvattenmodellen Analysmetod Dagvattenmodellen Spillvattenmodellen Uppbyggnad av regn till MOUSE-simuleringarna XI

12 4.8 Resultat Resultat från simuleringar på dagvattenmodellen Resultat från simuleringar på spillvattenmodellen Diskussion kring modellsimuleringarna Dagvattenmodellen Spillvattenmodellen Rekommendationer och åtgärdsförslag för Kungshult Diskussion Slutsatser Förslag till vidare arbete Litteraturförteckning Appendix Appendix 1 Översvämningsutbredning och trycknivåer i dagvattenmodellen Appendix 2 Marköversvämningarnas utbredning Appendix 3 Sammanfattande artikel av examensarbetet. Fel! Bokmärket är inte definierat. XII

13 XIII

14 XIV

15 1 Inledning 1.1 Bakgrund Klimatförändringarna och dess effekter har de senaste decennierna blivit ett hett debatterat ämne. Idag är de allra flesta forskarna överens om att vi lever i en tid då omfattande klimatförändringar sker. I det här examensarbetet studeras hur klimatförändringarna påverkar förekomsten av extrema regn och vilka effekter det kommer att ha på våra avloppssystem. För att förstå problematiken och för att inse vilka effekter ett förändrat klimat kan ha på vårt avloppssystem är det viktigt att förstå hur systemet ser ut och varför det är uppbyggt som det är. Det finns framförallt tre olika typer av system för att avleda avloppsvatten (spill- och dagvatten): Kombinerat system där dag-, dränerings- och spillvatten avleds i en och samma ledning. Detta var tidigare mycket vanligt men är idag något som undviks vid nyetablering. Vid en översvämning är det stor risk för källaröversvämningar i det här systemet och vid höga flöden riskerar reningsverket hydraulisk överbelastning vilket är anledningen till att systemet idag inte längre anläggs. Rester av systemet finns kvar i framförallt äldre städer. Duplikatsystem där spill- och dagvatten avleds i separata ledningar och där dräneringsvattnet kopplas till någon av dessa. Är systemet korrekt dimensionerat och kopplat är det dagvattenledningen som vid extrema regn översvämma. Felkopplingar är vanliga i duplikatsystemet och därmed riskerar även spillvattenledningen att dämmas upp vid extrema regn med källaröversvämningar som följd. Separerat system där spillvattnet avleds i egen ledning och där dagvattnet avleds i dike eller LOD-system 1. Dräneringsvattnet avleds helst i dagvattensystemet eller i en egen separat ledning men kan i undantagsfall anslutas till spillvattenledningen. Vid extrema regn riskerar dagvattensystemet att svämma över men i områden med separerade system planerar man i regel för kontrollerad marköversvämning. Det anses i regel vara det mest hållbara systemet och är det man strävar efter vid nyetablering idag. (Svenskt vatten, 2007) Vi ser idag en tydlig ökning av översvämningar i bebyggda områden (Ashley, Balmforth, Saul, & Blanksby, 2005). Anledningarna till översvämningarna kan vara många men de vanligaste är: Felaktigt dimensionerade dagvattensystem. Det är många faktorer och parametrar som spelar in vid dimensionering och det är lätt att göra misstag i beräkningarna. Förtätning. Vid utbyggnad av områden kopplas ofta nya fastigheter med hårdgjorda ytor till befintliga ledningar. Detta kan leda till stora problem nedströms då ledningen vid regn får transportera mer vatten än den är dimensionerad för och översvämningsrisken ökar. Ändrade nederbördsförhållanden. Ledningarna är dimensionerade för regn med en viss återkomsttid. Då nederbördssituationen förändras kommer regnet som ledningen är dimensionerad för inte att ha den återkomsttid som man antagit. Detta leder till fler eller färre översvämningar beroende på om man över- eller underskattat regnets återkomsttid. 1 Lokalt Omhändertagande av Dagvatten 1

16 Ökningen av översvämningar i bebyggda områden är något som byn Kungshult i Eslövs kommun märkt av. Både 2005 och 2006 drabbades samhället av kraftiga regn och både dag- och spillvattennätet gick fulla vilket resulterade i omfattande mark- och källaröversvämningar. För att vara bättre skyddat mot framtida översvämningar vill kommunen ha en analys av Kungshults avloppsnät med syftet att identifiera problem som är orsaken till översvämningarna. 1.2 Syfte Syftet med examensarbetet är att utreda hur regnintensitet och förekomst av extrema regn förändras på grund av klimatförändringarna. Framförallt kartläggs förändringar i Skåne vilket görs genom att jämföra studier utförda på områden med liknande klimat. Exempel på länder där studier på kraftiga regn genomförts och vars resultat tas upp i detta examensarbete är Sverige, Danmark, Norge och Kanada. Byn Kungshult har de senaste åren haft stora problem med översvämningar vid extrema sommarregn och syftet med analysen av byns dagvattennät är att bestämma vad översvämningarna beror på och var i samhället problemen är störst. Målet är att kunna ge rekommendationer och åtgärdsförslag för att göra Kungshults avloppssystem mer hållbart för framtida nederbördsextremer. Även Kungshults spillvattennät har haft problem med uppdämda ledningar med källaröversvämningar som följd trots att allt dagvatten enligt uppgift ska avledas i dagvattennätet. Syftet med studien av spillvattennätet är att med hjälp av vittnesuppgifter och källargolvsnivåer i översvämningsdrabbade hus bestämma den mängd hårdgjord yta som bidrar med vatten till spillvattennätet och bestämma var i samhället det är troligast att dagvatten tar sig in i spillvattenledningen. 1.3 Metod Studien utförs i två delar: 1. En litteraturstudie där klimatförändringarnas effekter på extrem nederbörd undersöks 2. En teknisk analys där programmet MOUSE används för att undersöka Kungshults avloppssystems kapacitet och funktion. Litteraturstudien genomförs genom att undersökningar om extrema regntillfällen från olika områden jämförs. Studierna innefattar trendanalyser av uppmätta regn, modellering av framtida regn med hjälp av klimatmodeller och konsekvensanalyser av ökande regnintensiteter. Utifrån studierna dras slutsatser om vilka förändringar som kan förväntas i Skåne och hur stor en eventuell ökning av regnintensiteterna vid extrema tillfällen kommer att bli. Resultatet från litteraturstudien används för att analysera vilka konsekvenser ökande regnintensiteter får på avloppssystemen. Genom att bygga upp modeller av samhället Kungshults avloppsnät undersöks systemets funktion för både nutida och framtida extremregn. Två modeller har byggts upp i MOUSE, en för spillvattennätet och en för dagvattennätet och analysmetoden för de båda skiljer sig åt. 2

17 Till dagvattenmodellen beräknas arean och avrinningskoefficienten kopplat till varje nod 2. Därefter körs modellen med designregn 3, både nutida och framtida, samt med verkliga uppmätta regn. Trycknivåerna jämförs med marknivån och på så sätt bestäms vilka regn som ger upphov till marköversvämningar. Med hjälp av trycknivåerna och den modellerade översvämningens utbredning kan man avgöra vilka regn som ger upphov till de mest omfattande översvämningarna och om systemet motsvarar de designkrav som finns på urbana dräneringssystem idag. Utgångsläget i analysen av spillvattenmodellen är att inget dagvatten kommer in i spillvattensystemet, det vill säga att inga ytor finns anslutna till ledningsnätet. Stegvis kopplas sedan hårdgjorda ytor till systemet samtidigt som modellen körs med ett uppmätt regn som har gett upphov till källaröversvämningar. Trycknivåerna som då uppstår i systemet jämförs med nivån på källargolven hos de fastigheter där översvämning rapporterats. Den mängd hårdgjord yta som på ett eller annat sätt måste vara kopplat till systemet för att de trycknivåerna ska uppnås kan då bestämmas. Med hjälp av vittnesuppgifter om marköversvämningar och antaganden utifrån ledningsnätets ålder dras slutsatser om var i samhället det är mest sannolikt att de felaktigt anslutna ytorna finns. 1.4 Avgränsningar Examensarbetet behandlar situationen i Skåne och syftet med litteraturstudien är att avgöra hur extrema regn i länet kommer förändras i framtiden. För att nå detta resultat diskuteras situationen i övriga Sverige samt andra länder som till exempel Danmark. Ingen detaljerad undersökning kommer att göras på ett större område än Skåne. Till den tekniska analysen saknas högupplöst regndata och flödesmätningar som man med fördel kan använda vid hydraulisk modellering. Modellens funktion skulle kunna styrkas av dessa uppgifter men dessa mätningar har ansetts ligga utanför ramen av examensarbetet. Analysen av spillvattennätet syftar dessutom till att kunna bestämma storleken på anslutna ytor genom att använda vittnesuppgifter och källargolvsnivåer istället för flödes- och regnmätningar. Avloppssystemens funktion undersöks utifrån extrema regnhändelser och eventuella övriga fel som till exempel rotinträngningar och sprickor i skarvar undersöks inte. De åtgärdsförslag som ges är idéer på förändringar som skulle kunna förbättra systemets funktion. För att genomföra ändringarna krävs ytterligare undersökningar vilka ligger utanför examensarbetets ramar. Åtgärdsförslagen är därför endast en inspiration för vidare arbete. 1.5 Disposition Kapitel 1 syftar till att ge läsaren en bakgrund till examensarbetet och förklara varför arbetet utförs. Dessutom ges en kort introduktion till hur arbetet genomförs. 2 En nod är en geografisk punkt och i modellerna utgörs noderna av nedstigningsbrunnar, utlopp och pumpstationer. 3 Fiktiva regn som byggs upp enligt en dimensioneringsstandard. I Sverige används Dahlströms formel som standard. 3

18 Kapitel 2 handlar om avloppssystems utseende och funktion och är till för att läsaren ska förstå hur och varför avloppssystemen idag ser ut som de gör. Detta ger en ökad förståelse för de problem som finns med systemen. Kapitel 3 är en litteraturstudie om klimatförändringarnas effekter på extrema regntillfällen och är ett av de två kärnkapitlen i examensarbetet. Resultat från en mängd studier i området redovisas och genom att titta på bland annat trendanalyser av uppmätt data, resultat från klimatmodeller och känslighetsanalyser dras slutsatser om hur stor ökning vi kan förvänta oss av extrem nederbörd till följd av klimatförändringarna. Kapitel 4 innehåller den tekniska analysen av Kungshults avloppsnät och är det andra kärnkapitlet. Kungshults avloppsnät analyseras och i kapitlet gås hela analysen igenom. Allt från modelluppbyggnad, analysmetodik och resultat redovisas och leder fram till slutsatser om avloppsnätets funktion. Kapitel 5 är rapportens diskussion och innehåller de osäkerheter som finns i studien. Dels vilka osäkerhetskällor som finns då man studerar väderdata och klimatmodeller men också osäkerheter i den tekniska analysen. Osäkerheterna i den tekniska analysen beror både på det valda verktyget (MOUSE), brist på mätdata och val av analysmetod. Kapitel 6 och 7 innehåller slutsatser från studien och förslag på vidare forskning. Det är dessa slutsatser och insikter som arbetet resulterar i med alla resultat och osäkerheter sammanvägda. 4

19 2 Avloppssystem 2.1 Utseende I Sverige finns framförallt tre olika typer av avloppssystem (Svenskt vatten, 2004) (Svenskt vatten, 2007). Kombinerat system där spill-, dag- och dräneringsvatten avleds i en gemensam ledning. Duplikatsystem där spill- och dagvatten avleds i olika ledningar och där dräneringsvattnet är kopplat till en av ledningarna. Separerat system med en ledning för spillvatten och med rännsten eller dike för dagvatten. Dräneringsvattnet kan avledas både genom egen ledning eller till spillvattenledningen. (se Figur 1) De allmänna avloppsledningarnas totala längd uppgår i Sverige till ca km vilket motsvarar 2,5 varv runt ekvatorn och det totala nyanskaffningsvärdet för det allmänna avloppsnätet uppskattas till ungefär 280 miljarder kronor (Svenskt vatten, 2007). Figur 1. Kombinerat system (t.v.). Duplikatsystem med dräneringsvatten till den lägre liggande spillvattenledningen (i mitten). Separatsystem med dräneringsvatten till spillvattenledningen (t.h.). Med tillstånd från Svenskt vatten (2007). 2.2 Historik Fram till 1950-talet var det kombinerade ledningssystemet det dominerande och sen dess har duplikatsystemet varit det vanligaste. Följaktligen är det kombinerade systemet i dag vanligast i städers äldre områden och man strävar efter att kontinuerligt bygga om kombinerade system till duplikat- eller separatsystem (Svenskt vatten, 2007). Under tiden ifrågasattes anslutningen av fastigheters dräneringsvatten till spillvattenledningen då det var önskvärt att minska flödena till reningsverket (Svenskt vatten, 2007). Det är vanligt med felkopplingar i duplikatsystem genom att husens stuprör ofta felaktigt kopplas till dräneringsledningen och därmed till spillvattenledningen. Reningsverket riskerar då hydraulisk överbelastning och felkopplingarna innebär också en risk för källaröversvämningar. Därför kräver många kommuner idag att dräneringsvattnet alltid skall gå till en dagvattenledning eller till en separat dräneringsledning. Kan inte detta ske med självfall krävs att dräneringsvattnet pumpas till dagvattenledningen på bekostnad av fastighetsägaren. Detta innebär en extra säkerhet för fastigheten eftersom en dräneringsledning riskerar att dämmas upp vid kraftiga flöden, med 5

20 skador på husgrunden som följd. En pumpgrop fungerar som en spärr för bakåtströmmande vatten (se Figur 2). Figur 2. Till vänster avleds en lågt liggande dräneringsledning med självfall till dagvattenledningen och de höga trycknivåerna leder till att vatten strömmar bakåt. Till höger pumpas istället dräneringsvattnet till dagvattenledningen och pumpgropen fungerar som en spärr för bakåtströmmande vatten. Med tillstånd från Svenskt vatten (2007). Sen ett par decennier går diskussionerna kring dagvattenhantering i Sverige mot användande av ett separerat system där LOD och långsam (trög) avledning av dagvatten tillämpas. Detta system anses mer hållbart på sikt och principen är att dagvatten ska behandlas så nära källan som möjligt. Syftet med systemet är att minimera de avledda dagvattenflödena, behålla grundvattenbalansen inom bebyggelseområden och göra områdena tåliga mot kraftig nederbörd (Svenskt vatten, 2007). Förutom att det ger ett gott skydd mot översvämningar har många av delarna i ett separerat system (till exempel dammar) även en renande effekt på dagvattnet (Vikström, Gustafsson, German, & Svensson, 2004). Utvecklingen går mot ett mer hållbart system men ombyggnadstakten är relativt långsam på grund av den enorma summa pengar som är investerad i avloppsnätet uppgav ca 30 % av Sveriges kommuner att deras avloppsnät till viss del består av kombinerade ledningar (Svenskt vatten, 2007). Om Sveriges största och äldsta städer studerades skulle den siffran troligtvis vara ännu större. Förändringar tar lång tid och det kommer att dröja innan hela Sverige har ett långsiktigt hållbart avloppssystem. 2.2 Avloppssystemens funktion De olika systemen har alla både för- och nackdelar vilket presenteras översiktligt nedan. Det är viktigt att komma ihåg att ett system inte behöver utesluta ett annat utan att det kanske absolut vanligaste är kombinationer av de olika typerna Kombinerat system Det kombinerade systemet anläggs inte längre och har egentligen bara en fördel, den ekonomiska. Systemet kräver bara en ledning och är därför billigast men med ett kombinerat system kommer flera negativa effekter: Lågt liggande hus med källare riskerar källaröversvämningar vid kraftiga regn. 6

21 Spillvattnet späds ut vilket försämrar reningsprocesserna i reningsverket. Flödet till reningsverket varierar kraftigt och vid häftiga regn finns risk för hydraulisk överbelastning. För att undvika källaröversvämningar samt hydraulisk överbelastning av reningsverk och pumpstationer anläggs bräddavlopp. Bräddning innebär att orenat spillvatten vid höga flöden avleds direkt till recipienten vilket kan ha stora konsekvenser på miljön. Vid kraftiga regn riskerar dräneringsledningen att dämmas upp vilket kan göra marken runt husgrunden vattensjuk. Detta kan i sin tur leda till underminering av marken och vattenskador på huset Duplikatsystem Duplikatsystemet har varit det absolut vanligaste vid nybyggnad de senaste 50 åren och är även idag det system som används när ett separatsystem av olika skäl är olämpligt. Duplikatsystemets främsta fördelar är: Dagvatten och spillvatten hålls åtskilda vilket minskar risken för överbelastning av reningsverket. Rätt dimensionerat och kopplat ger systemet ett gott skydd mot översvämningar. Duplikatsystemet är även förknippat med en del osäkerheter och nackdelar, exempelvis: Dagvattenledningen får ofta en stor dimension vilket gör att systemet blir dyrt. Dessutom blir utrymmet i marken begränsat då två ledningar ska få plats. Dubbla ledningar gör att det finns risk för felkopplingar, till exempel att dagvattenservisen kopplas till spillvattenledningen vilket gör att en risk för källaröversvämningar uppstår. Dagvattnet är i vissa fall ett förorenat vatten (exempelvis dagvatten från parkeringsytor) och i ett duplikat system leds det orenade vattnet direkt ut till recipienten där det riskerar att skada biologiska och ekologiska värden. Ett duplikat system leder vattnet snabbt från källan till recipienten, något som orsakar stora fluktuationer i recipientens flöde. Stora flödesvariationer i vattendragen har flera negativa effekter som exempelvis en risk för erosionsskador Separatsystem De senaste decennierna har det separerade systemet blivit allt vanligare och anses vara det mest hållbara alternativet. Man strävar efter att behålla den naturliga grundvattenbalansen i området och principen är att dagvattnet ska behandlas och fördröjas så nära källan som möjligt (se Figur 3). Hanteringen är ofta öppen vilket innebär att avledningen sker i diken och fördröjningen i dammar och våtmarker. 7

22 Figur 3. Exempel på dagvattenhantering i ett separerat system. Med tillstånd från Svenskt vatten (2007). Det separerade systemets fördelar är många, exempelvis: Lokalt omhändertagande kan till exempel innebära att man låter dagvattnet infiltrera över gräsytor. Genom att låta dagvattnet infiltrera ändras inte grundvattenbalansen i området vilket säkerställer ett jämnare flöde i avrinningsområdets vattendrag. Infiltration och fördröjning av dagvattnet möjliggör en reduktion av näringsämnen och tungmetaller i vattnet genom växtupptag respektive sedimentering. Öppna vattenspeglar i form av bäckar och dammar upplevs som ett positivt inslag i bebyggelsemiljön. Risken för felkopplingar är mycket begränsad eftersom endast en ledning, den spillvattenförande, finns i marken. I ett öppet system är det lättare att planera för kontrollerad marköversvämning. Genom att kartlägga naturliga översvämningsområden och avsätta dessa till dagvattenhantering kan ett område få ett mycket bra översvämningsskydd för extrema regn. Ett öppet, separerat system har också en del nackdelar: Alla platser är inte lämpliga för trög avledning. Öppna system innebär ett skötselkrav då dammar, kanaler och diken måste hållas rena så att de inte sätter igen. Öppna system uppfattas som negativa om de ser skräpiga ut. Det krävs omfattande undersökningar om platsens lämplighet för infiltration och fördröjning. Först efter dessa undersökningar kan beslut tas om vilket system som är lämpligast. 8

23 3 Klimatförändringarnas effekter på nederbördssituationen 3.1 Bakgrund Forskningen kring klimatförändringarnas effekter har intensifierats de senaste decennierna och FN:s klimatpanel IPCC gav 2007 ut en rapport med ett antal parametrar som klimatförändringarna har påverkat eller förväntas påverka. I Tabell 1 redovisas de förändringar som kan komma att påverka bebyggda områdens avrinningssystem (IPCC, 2007). Den här litteraturstudien behandlar framförallt klimatförändringarnas påverkan avseende extrema regntillfällen men en viss diskussion kring andra faktorer med koppling till bebyggda områdens dränering kommer också att föras. Tabell 1. Sammanställning av de parametrar med koppling till bebyggda områdens avrinning som kan komma att påverkas av klimatförändringar (Berggren, 2007). Klimatfaktor Observerade och modellerade förändringar (IPCC, 2007) Temperatur Den globala medeltemperaturen har stigit med 0,74 C +/- 0,18 C det senaste seklet ( ). Det är troligt att uppvärmningen kommer att fortsätta även under kommande sekel och att uppvärmningen för det norra halvklotet kommer att vara över medelvärdet. För Europa kommer den största temperaturökningen att vara i medelhavsområdet under sommartid och i de norra delarna under vintern. Nederbörd Mängd Nederbördsförändringarna kommer variera från område till område. Generellt kan sägas att torra områden kommer att bli torrare och blöta områden kommer att bli blötare Intensitet Generellt kommer nederbördsintensiteten att öka, eftersom den hydrologiska cykeln intensifieras vid ökad temperatur. Frekvens Det som idag anses som extrema regntillfällen kan komma att uppträda oftare än idag. Typ Snösäsongen kommer troligtvis att bli kortare och snödjupet förväntas minska i större delen av Europa. Havsnivå Den globala medelnivån på havsytan steg under 1900-talet, snabbare under det sista decenniet, och kommer fortsätta att stiga under 2000-talet. Orsakerna till stigningen är främst värmeutvidgning av oceanerna och avsmältning av glaciärer och Extrema väderhändelser iskroppar. En ökning av antalet värmeböljor, kraftiga regntillfällen och områden påverkade av torka har observerats. Den drivande kraften för förändringarna är temperaturökningen. Då temperaturen stiger intensifieras den hydrologiska cykeln som beskriver vattnets kretslopp (se Figur 4) (Berggren, 2007). En ökad temperatur medför att luftens mättnadsångtryck ökar vilket innebär att atmosfären kan innehålla en större mängd vatten. När denna luft sedan kyls av och atmosfären släpper vattnet innebär det att vi får en större mängd nederbörd (Dahlström, 2006). 9

24 Figur 4. Den hydrologiska cykeln. Med tillstånd från Lundqvist (2007). 3.2 Traditionellt framtagande av dimensionerande regn i Sverige Det vanligaste sättet att beräkna dimensionerande regn i Sverige är att använda den så kallade Dahlströms formel från 1979 vilken bygger på den regionala parametern Z. Z-parametern bestäms utifrån månadsmedelnederbörden under sommarmånaderna och är ett mått på den konvektiva nederbördens 4 betydelse på orten (Hernebring, 2006). Den konvektiva nederbörden som ofta ger stora regnmängder under sommaren, är kopplad till månadsnederbörden och är i regel den som blir dimensionerande vid anläggning av dagvattensystem. Hernebring (2006) anger att Z-värdet i Dahlströms formel bestäms genom ekvationerna: Z = 0,5 N 7 + N 8 N v 0,5 Ekvation 1 Där N 7, N 8 och N v är medelnederbörden under respektive juli, augusti och en vårmånad med ringa konvektion (Hernebring, 2006). Z-värden för samtliga orter i Sverige kan alltså relativt enkelt beräknas endast genom mätningar av månadsnederbörd. Dahlströms formel för beräkning av dimensionerande nederbördsintensitet baserad på Z-värdet ser ut som följer (Hernebring, 2006). I T = A T + Z B T C x x b Ekvation 2 Där I T = Dimensionerande nederbördsintensitet i mm/tim x = Nederbördens varaktighet i timmar T = Återkomsttid i månader Z = Regional parameter A T = 1,7 T 0,47 T 1 B T = 0,32 0,72 T Konvektiv nederbörd nederbörd som bildas då solen värmer marken och avdunstning av vatten sker. Den varma luften med stort vatteninnehåll stiger tills den kyls av och vattenångan kondenserar vilket leder till regn. 10

25 C x = 1 + 0,1 x 0,167 ( x 0, ,01) 1 b = -0,72 Dimensionerande regn av önskad varaktighet och återkomsttid beräknas således med formler baserade på historiska uppgifter om månadsmedelnederbörden på sommaren. Det dimensionerande regnet som beräknas är ett så kallat blockregn som antar samma regnintensitet under hela nederbördsförloppet. En nyare metod som används flitigt vid t.ex. hydraulisk modellering är användandet av så kallade CDS-regn 5. CDS-regn har inte en fast nederbördsintensitet och räknar i regel på längre nederbördsförlopp i förhållande till blockregn. Fördelen med CDS-regn i motsats till blockregn är att de mer liknar ett verkligt regnförlopp som oftast börjar med lågintensivt regn för att sedan öka till intensitetsmaximum och gradvis minska ner till noll. 3.3 Uppmätta förändringar och trender Temperaturen och den totala årsmedelnederbörden i Sverige har ökat de senaste 100 åren (se Figur 5) (Bengtsson, ). Klimatsimuleringar från SMHI:s Rossby Centre indikerar att den ökade årsnederbörden i Sverige inte är något lokalt fenomen utan att hela norra Europa upplever en allmän nederbördsökning medan nederbörden i södra Europa minskar (Dahlström, 2006). Detta styrker den allmänna tesen som säger att en av klimatförändringarnas effekter är att torra områden blir torrare medan blöta områden blir blötare (Berggren, 2007). Nederbördsökningen i Europas norra delar är främst kopplad till vintern och våren. (Dahlström, 2006). Figur 5. Årsnederbördens utveckling i Sverige under 1900-talet. Med tillstånd från Svenskt vatten (2007). 5 Chicago Design Storm 11

26 Svenska studier om hur nederbördsförhållandena förändras visar att det finns stora regionala skillnader. Vid jämförelse av månadsnederbörd för perioden mot perioden visar det sig att det i norra Sverige har skett en ökning av medelnederbörden för samtliga årets månader. Södra Sverige visar en tydlig minskning av medelnederbörden på sommaren och en ökning under resten av året (Dahlström, 2006). Det är viktigt att poängtera att en minskning av medelnederbörden under sommarmånaderna inte nödvändigtvis innebär en minskning i intensitet och förekomst av extrema sommarregn. Sommarregn är normalt sett de som blir dimensionerande vid anläggning av dagvattensystem. Ytterligare jämförelser från de två perioderna och är intressanta då dimensionerande nederbörd beräknas. Den regionala parametern Z i Dahlströms formel baseras som tidigare nämnts på nederbördsstatistik från perioden (Hernebring, 2006). Beräknas Z-värdet istället utifrån nederbördsmätningar för perioden finner man att det i södra och västra Sverige har skett en kraftig minskning av Z-värdet medan värdet har ökat något i norra och östra Sverige. Detta stämmer överens med uppgifterna om en tydlig minskning av den totala sommarnederbörden i södra Sverige och en ökning i norra Sverige. Minskningen av Z-värdet uppgår på vissa orter till så mycket som 15 enheter vilket vid beräkning ger en kraftig minskning av dimensionerande nederbörd vid beräkning (Dahlström, 2006). Samtidigt kommer rapporter om en förväntad ökning i extrem sommarnederbörd vilket gör att lämpligheten i att beräkna dimensionerande nederbörd med Dahlströms formel från 1979 måste ifrågasättas. Årsnederbörden i Sverige har alltså ökat (se Figur 5) och Lars Bengtssons studie över nederbördssituationen i södra Sverige visar att det på 98 % signifikansnivå finns ett samband mellan årsnederbörd och högsta dygnsnederbörd. Det är dock inte möjligt att uppskatta högsta dygnsnederbörd genom att endast mäta årsnederbörden eftersom observationspunkternas spridning är mycket stor (Bengtsson, ). Relationen mellan årsnederbörd och högsta dygnsnederbörd indikerar alltså att risken för extrema regnhändelser ökar med ökande årsnederbörd och även med ökande temperatur. Det går däremot inte att bestämma regnintensiteten vid extrema regn endast utifrån uppgifter om årsnederbörden. För att ge ett exempel på hur stor denna spridning är kan nämnas att den största dygnsnederbörden i Skåne är uppmätt nära Bäckaskog, där årsnederbörden faktiskt är länets lägsta (Bengtsson, ). Största dygnsnederbörd varierar mycket och är ett mått som ska användas med stor försiktighet vid dimensionering av dagvattensystem. Måttet säger ingenting om regnets fördelning över det angivna dygnet, om det regnar under hela dygnet eller bara under en del. De regn som normalt sett blir dimensionerande för dagvattenledningar är intensiva regn med varaktighet ner mot endast 10 minuter. Vid dimensionering har det alltså mycket stor betydelse om det givna dygnets nederbörd faller under 24 timmar eller 10 minuter, oavsett om den totala dygnsnederbörden är lika stor. Lars Bengtsson (2008) gör även en sammanfattning av andra studier gällande trender av hög dygnsnederbörd i Europa och Nordamerika. Slutsatsen är att det under 1900-talet inte finns någon trend mot en ökning av hög dygnsnederbörd. I Europa tycks de högsta regnintensiteterna istället ha minskat medan de mindre intensiva vinterregnens intensitet har ökat (Bengtsson, ). Detta motsägs av en studie från ECSN 6 där resultaten antyder att Europa har en svagt 6 European Climate Support Network 12

27 ökande trend gällande nederbördsextremer men att ökningen är statistiskt signifikant endast för ca 20 % av de analyserade stationerna runt om i Europa (Dahlström, 2006). Tre studier där man genomför trendanalyser på kraftiga regn sammanfattas kort: 1. Bengtsson (2008-1) analyserar väderstationer i Skåne och på västkusten. 2. Hernebring (2006) studerar nederbördsdata för en rad svenska städer som till exempel Malmö, Stockholm och Göteborg. 3. Arnbjerg-Nielsen (2006) undersöker väderstationer i Danmark. Bengtsson (2008-1) genomför sin trendanalys genom att studera största dygnsregn. Detta mått ska som tidigare nämnts användas med viss försiktighet men är en indikation på eventuella förändringar i extrem nederbörd. Det kraftigaste dygnsregnen för varje år i Malmö, Halmstad och Göteborg jämförs men data uppvisar ingen trend mot vare sig ökande eller minskande årsmaximum i någon av orterna. Tittar man däremot på antal dygnsregn av modest storlek (>26 mm/dygn) finns en viss trend mot en ökning i Malmö (se Figur 6) men ökningen är inte statistiskt signifikant på någon nivå (Bengtsson, ). Figur 6. Antal händelser per år i Malmö med dygnsregn större än medianvärdet 26 mm samt regressionslinje. Med tillstånd från Bengtsson (2008-1). Hernebring 2006 studerar istället de 100 största blockregnen under perioden En svagt uppåtgående trend finns i data från Malmö (se Figur 7) men ökningen i Malmö finns inte i data från Stockholm eller Göteborg (Hernebring, 2006). 13

28 Antal Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät Figur 7. De 100 största blockregnen (10 minuters varaktighet) fördelade som antal per år. Malmö Med tillstånd från Hernebring (2006). Arnbjerg-Nielsens (2006) studie visar tydligare resultat från statistiska undersökningar på nederbördsdata. Nederbördsdata i Danmark uppvisar en statistiskt signifikant trend mot en ökning av extrema regn med 10 minuters varaktighet. Extra intressant är dessutom att trenden är som tydligast för Själland där klimatet är mycket likt Skånes. I studien undersöks även regn med längre varaktighet (6 timmar) och även dessa data uppvisar en ökande trend. Trenden är inte lika tydlig som för 10-minuters regn vilket indikerar en kraftigare ökning av korta, intensiva regn. Resultaten jämförs även med regionala klimatmodeller där effekterna av antropogen aktivitet undersöks och resultaten från trendanalysen och klimatmodellerna sammanfaller. Studien antyder alltså att den ökning av regnintensiteter som noterats beror på mänsklig aktivitet och de ökande regnintensiteterna gör att de IDF-kurvor 7 som används vid dimensionering inte längre anses gälla (Arnbjerg-Nielsen, 2006). Dimensionerande regn i Sverige beräknas i regel med Dahlströms formel som baseras på lågupplöst data i form av månadsmedelbörd från perioden Hernebring (2006) gör en analys av hur väl uppmätta regn från senare år ansluter till regn beräknade med Dahlströms formel för 15 orter. Slutsatsen är att vissa uppmätta regn ansluter väl till formeln men att spridningen är relativt stor. Dahlströms formel tenderar att både överskatta och samtidigt underskatta olika regns intensitet. Generellt kan sägas att regn av kortare varaktighet ansluter bättre till formeln än regn av längre varaktighet (Hernebring, 2006). Om Hernebrings studie istället utfördes med ett beräknat Z-värde från skulle regnintensiteterna i framförallt södra Sverige underskattas. Detta beror på att Z-värdet i södra Sverige för perioden är avsevärt lägre än det från Användandet av den regionala parametern Z för att beräkna dimensionerande regn fungerar alltså enligt Hernebrings analys relativt väl om parametern beräknas utifrån 50 år gammal nederbördsdata. Intensiteten på dimensionerande regn År 7 IDF står för intensity, duration och frequency och från IDF-kurvorna kan man utläsa dimensionerande regnintensitet utifrån önskad återkomsttid och varaktighet. 14

29 hade däremot underskattats om Z-värdet bestämts utifrån de mest aktuella mätningarna som finns att tillgå. Problemen med att bestämma dimensionerande nederbörd på ett säkert sätt har medfört försök i att bestämma en ny formel för beräknandet. Två försök till en ny formel har studerats i denna studie men huruvida de omarbetade formlerna klarar av att hantera den framtida nederbördssituationen eller inte är ännu ej klargjort (Hernebring, 2006) (Dahlström, 2006). Vidare studier om ett alternativ till Dahlströms formel från 1979 är nödvändiga, alternativt vidare utvärdering av de två formlerna nämnda ovan för att kunna bestämma om någon är lämplig för dimensionering av dagvattensystem i framtiden. 3.4 Framtida förändringar och modeller Det är mycket svårt att förutse och modellera framtida nederbördsförhållanden och vid simuleringar av framtida förhållanden måste alltid ett antal osäkerhetsfaktorer beaktas: Då avloppssystems funktion och hållbarhet studeras för ett föränderligt klimat är resultaten bara gällande för den aktuella platsen. Detta eftersom de regn som normalt sett blir dimensionerande vid anläggning av avloppssystem är lokala (Bengtsson, ). I detta examensarbete dras slutsatser om Skånes situation utifrån analyser utförda på andra platser vilket är en osäkerhetskälla. Trendanalyser och extrapolering av trender är förenat med osäkerheter eftersom det inte är säkert att trender från historiska data fortsätter oförändrade som extrapolering antar. Klimatmodeller har en för låg upplösning för att med hög säkerhet kunna användas för dimensionering av dagvattensystem. Med låg upplösning menas att modellerna ger resultat gällande för stora områden och regn med lång varaktighet (Berggren, 2007). Det är ett allmänt problem att uppskatta extrema regntillfällen för ett visst område. De regn som normalt sett blir dimensionerande för ledningssystem är kraftiga sommarregn i form av konvektiv nederbörd. Det storskaliga klimatet har liten påverkan på hur denna nederbörd fördelar sig geografiskt och regnen kan därför betraktas som lokala (Bengtsson, ). Att uppskatta de här lokala regnen är svårt på grund av klimatmodellernas låga upplösning. Trots att vi i Sverige har ett mycket kraftfullt verktyg genom klimatmodellen RCA3 är detta ett problem. RCA3- modellen har en hög upplösning men trots det är upplösningen alltså för låg för att med hög säkerhet kunna användas vid dimensionering av avloppssystem. Upplösningen är 50*50 km och modellens tidssteg är 30 minuter långa (Berggren, 2007) och vid dimensionering av dagvattensystem skulle vi behöva tidssteg ner mot 10 minuter. RCA3 modellen är den tredje versionen av Rossby Centres klimatmodell och upplösningen förbättras kontinuerligt. Den första versionen, RCA, hade i början av decenniet en bättre geografisk upplösning (20*20 km) men alltför långa tidssteg (6 h) för att kunna användas till applikationer inom urban dränering (Semadeni-Davies, 2003). Ett annat problem vid uppskattning av extrema händelser är att mängden mätdata är begränsad eftersom händelserna är just extrema och inträffar sällan. Inträffar en mycket osannolik händelse som till exempel ett 1000-årsregn under en period av datainsamling som är 10 år lång kommer denna osannolika händelse ha stor inverkan på resultatet (Hernebring, 2006). Om den händelsen i 15

30 så fall ska uteslutas vid regnberäkningar eller inte är ett helt eget ämne där mycket forskning har bedrivits och det finns inte utrymme att diskutera det vidare i detta examensarbete. Som diskuterats i avsnitt 3.3 hänger temperatur och årsnederbörd ihop med risken för extrem nederbörd. På SMHI:s Rossby Centre har man simulerat utvecklingen av dessa två parametrar för området östra Svealand under kommande sekel (se Figur 8). Resultaten visar att temperaturen stadigt kommer att öka för samtliga årstider i kombination med en gradvis ökning av den totala nederbörden. Rossby Centre har också i sin studie av olika klimatscenarion slagit fast att regnextremerna kommer att öka i hela Sverige för samtliga scenarion. Regnintensitet och frekvens kommer att öka även i södra Sverige under sommaren trots att den totala månadsnederbörden väntas minska (SMHI Rossby centre, 2007). Figur 8. Beräknad temperaturökning för de fyra årstiderna (t.v.) och beräknad ökning i årsnederbörd för två olika klimatscenarier (t.h.). Temperaturökningen blir som störst under vintern, följt av våren och hösten och som minst under sommaren. Med tillstånd från SMHI, Rossby Centre (2008) Så gott som alla studier om framtida extremregn och deras effekter på urban dränering kommer fram till att regnen kommer att öka och att effekterna blir påtagliga. Det har visat sig att urbana översvämningar har blivit mer och mer frekventa över världen och Ashley et. al. (2005) visar att även om det är svårt att kvantifiera framtida regn så kommer effekterna på det urbana dräneringssystemet att vara betydande. Dessutom krävs det att man vid dimensionering av systemen är beredd på en högre osäkerhet än tidigare (Ashley, Balmforth, Saul, & Blanksby, 2005). Anledningen till att de kraftigaste regnen blir ännu kraftigare beror på temperaturökningen som innebär att atmosfären kan innehålla mer fuktighet och därmed avge större mängder nederbörd. Om temperaturkontrasterna mellan luftmassor dessutom ökar kan det medföra ännu större nederbördsmängder (Dahlström, 2006). Det är emellertid viktigt att komma ihåg vilka processer som styr hur nederbörden fördelar sig geografiskt. I Skåne har det visat sig att 80 % av årsnederbörden kommer av att större vädersystem förflyttar sig över länet. Hur denna nederbörd fördelar sig geografiskt är relativt lätt att avgöra. De lokala, högintensiva sommarregnen är 16

31 däremot betydligt svårare att placera. Havets dämpande effekt på lufttemperaturen i kombination med fördelningen av större vattenytor (som sjöar) och vegetation har en stor påverkan på luftens lokala stabilitet. Lokal instabilitet på en viss plats kan orsaka kraftig nederbörd över ett litet område och denna effekt är som tydligast under sommaren (Linderson, 2003). Klimatförändringarnas effekter på stora vädersystem är relativt väldokumenterad genom klimatmodeller men effekterna på lokala sommarskurar är mer osäker. En ökad temperatur och därmed ett ökat mättnadsångtryck innebär en större risk för extrem sommarnederbörd (Dahlström, 2006). Klimatförändringarna har således en effekt på den dimensionerande nederbörden men det som är osäkert är hur förändringarna påverkar den geografiska fördelningen. I Helsingborg har studier genomförts genom att simulera klimatförändringarnas effekter med olika klimatscenarion i kombination med scenarion för stadens utveckling. Resultaten visar en ökande nederbörd, en ökad risk för översvämningar och bräddningar från det kombinerade systemet. Risken för översvämningar ökar även utan en befolkningsökning och utbyggnad av bostadsområden. Klimatförändringar i kombination med befolkningstillväxt ger en ännu större ökning i översvämningsrisk och bräddningar, vilket resulterar i bland annat höga halter näringsämnen som släpps ut till recipienten (Semadeni-Davies, Hernebring, & Svensson, 2008). Flera studier konstaterar att klimatförändringarna kommer att innebära en ökning i frekvens och intensitet gällande extrema regn. Det görs i ganska få fall försök att bestämma ökningens omfattning på grund av osäkerheterna det medför. Det har däremot gjorts i en dansk studie där den danska klimatmodellen HIR-HAM använts för att simulera återkomsttider för olika regn idag (för perioden ) och framtiden (för perioden ). Resultaten visar att extrema regnhändelser troligen kommer att inträffa åtminstone dubbelt så ofta i framtiden (se Figur 9) (Grum, Jørgensen, Johansen, & Linde, 2006). Figur 9. Återkomsttiden för olika regn i framtiden som funktion av återkomsttiden i dagsläget. Exemplet behandlar regn med en timmes varaktighet. Med tillstånd från Grum et. al. (2006). Figuren visar att dagens 10-årsregn om 100 år ungefär motsvarar ett regn med ungefär 3,5 års återkomsttid och ökningen i regnintensitet kommer att bli betydande. Detta slås även fast i studier från Kanada där studier med en liknande klimatmodell antyder att återkomsttiden åtminstone kommer halveras för regn med 2 och 6 timmars varaktighet men att ökningen för regn med längre varaktighet inte förväntas bli lika drastisk (Mailhot, Duchesne, Caya, & Talbot, 2007). 17

32 Även i en norsk studie har intensitetsökningen analyserats genom att simulera extrema regntillfällen med kort varaktighet (10 min). Undersökningen är gjord för hela Norge och det görs en procentuell uppskattning av ökningen i regnintensitet. Resultatet visar att intensitetsökningen för extrema regn är % där 50 % är ett mycket högt värde. En sådan ökning skulle innebära att det som idag är ett 1000-årsregn istället skulle vara ett 100-årsregn för ett klimatscenario mellan åren (Astrup, Førland, Roald, & Skaugen, 2003). För att ytterligare försöka kvantifiera den förväntade intensitetsökningen i Skåne redovisas också resultat från Kalmar utförda med hjälp av den svenska klimatmodellen RCA3-modellen. I studien används Delta change method, en väldokumenterad metod för att kunna använda klimatmodellens resultat till applikationer inom urban dränering. Det är bevisat att RCA3- modellen med denna metod beskriver de högintensiva regnen väl medan den tenderar att överskatta lågintensiva händelser. Studien visar att regnintensiteten vid extrema regntillfällen i Kalmar kommer att öka med % till år 2100 medan de lågintensiva regnen kommer att vara oförändrade eller rentav minska (Berggren, 2007). Användandet av klimatmodeller är väl utbrett men de senaste rönen visar att det är troligt att klimatmodeller beskriver extrema tillfällen dåligt. Detta eftersom de är kalibrerade mot regnmätningar insamlade med vippmätare som tenderar att underskatta de mest extrema regnen (Bengtsson, ) och på grund av att regnen är så sällsynta. Istället för att använda sig av nederbördsdata insamlad på marknivå har Allan & Soden (2008) utnyttjat satellitobservationer kombinerat med klimatmodeller för att simulera nederbördsextremer. Ett tydligt samband mellan temperatur och regnintensitet kan noteras i likhet med konventionella modeller. Varmare perioder kommer att innebära kraftigare nederbörd och kallare perioder innebär minskade intensiteter. Skillnaden är att resultaten visar att ökningen i regnintensitet kommer att bli ännu kraftigare än den som hittills simulerats. Antropogen aktivitet kommer alltså att ha en större påverkan på regnextremer än vad som tidigare befarats (Allan & Soden, 2008). Denna studie är utförd på tropiska vädersystem och vad resultatet innebär för Skånes situation är osäker men det är oroväckande att dagens modeller verkar underskatta regnextremerna. 3.5 Slutsatser litteraturstudie Att regnintensitet vid extrema regn kommer att öka är ställt utom allt tvivel på grund av det stora antal studier som fastslår det. Frågan om hur stor ökningen kommer att bli i Skåne är betydligt svårare att besvara. SMHI kommer fram till att sommarregnsintensiteterna kommer att öka trots minskande total nederbörd. Detta beror på att temperaturen troligen kommer att öka även i fortsättningen vilket medför en större mängd vatten i atmosfären och en större mängd nederbörd då temperaturskillnaden mellan luftmassor ökar. Danska och kanadensiska studier tyder på att återkomsttiden för extrema regn åtminstone kommer att halveras vilket innebär en omfattande ökning även av regnintensitet vid extrema regn. Uppgifterna styrks också av studier från både Norge (hela landet) och Sverige (Kalmar) där man har konstaterat att ökningen i regnintensitet kommer att variera mellan % respektive %. 18

33 En halvering av återkomsttid omsätts med hjälp av Dahlströms formel för ett vanligt Z-värde i Skåne (Z=16) till en procentuell intensitetsökning. Det visar sig att en halvering av återkomsttiden motsvarar 30 % intensitetsökning om man jämför ett 20-årsregn med ett 10- årsregn, båda med varaktigheten 10 min. Värdet ligger i intervallet för vad studierna på Norge och på Kalmar kommer fram till och är inte orimligt. Jämförs den 60-procentiga ökningen av regnintensitet som studien i Kalmar föreslår som maximal ökning, innebär det att det som idag är ett 20-årsregn kommer att vara ett 5-årsregn i framtiden, en minskning av återkomsttiden med en faktor 4. Exakt hur Skånes situation kommer att se ut är omöjligt att förutse men i den tekniska analysen kommer två scenarion med ökad nederbördsintensitet att användas. Baserat på resultaten från litteraturstudien väljs en ökning av 20 % respektive 40 % vilket antas motsvara två scenarion för intensitetsökningen vid extrema regn i Skåne under kommande sekel. Med samtliga studier som redovisats i detta kapitel sammanvägda anses dessa värden vara rimliga. 19

34 20

35 4 Studie av Kungshults avloppssystem 4.1 Kungshult Kungshult är en by med ca 360 invånare beläget i Eslövs kommun ca 7 km från Eslövs tätort. Markanvändningen i omgivningen präglas av jordbruksmark och området är flackt. Det finns inga industrier eller affärsverksamheter i byn utan samtliga hus är bostadshus (se Figur 10). Figur 10. Flygfoto över Kungshult med det värst översvämningsdrabbade området kring Hasslerödsvägen inringat. Med tillstånd från Eslövs kommun. 4.2 Översvämningsproblemet Precis som många andra orter i Skåne har Kungshult haft problem med översvämningar under de senaste årens kraftiga regn. Den 29 juli 2005 och den 20 augusti 2006 var det problem med både dämning i dagvattenledningar och med källaröversvämningar orsakade av uppdämda spillvattenledningar. Översvämningsproblemen har varit som störst i området runt Hasslerödsvägen (se Figur 10) men mark- och källaröversvämningar har observerats även i övriga samhället. Enligt uppgift är alla ytor som orsakar dagvattenavrinning anslutna till dagvattenledningarna men eftersom även spillvattenledningarna däms upp vid kraftiga regn kommer det på något vis in dagvatten i dessa ledningar. Spillvattenledningarna är inte dimensionerade för att kunna avleda dagvatten och dämmer därför upp med 21

36 källaröversvämningar som följd. Möjliga källor till detta ovidkommande vatten är till exempel felkopplingar, inläckage via sprickor i ledningarna eller inläckage via brunnar i marknivå. 4.3 Mål Den tekniska analysen genomförs med flödesmodelleringsprogrammet MOUSE Målet med denna är att: Avgöra var i Kungshult problemen med dagvattenavledningen är som störst och hur översvämningsutbredningen är kopplad till trycknivåerna i systemet. Bestämma storleken på den hårdgjorda yta som bidrar med vatten till spillvattennätet och var i samhället ytan sannolikt är ansluten. Ge förslag på ett antal åtgärder för att förbättra avloppssystemets funktion och som kan minska risken för mark- och källaröversvämningar. 4.4 Avloppsnätets utseende Avloppssystemet är ett duplikatsystem med separata ledningar för spillvatten och dagvatten Dagvattennätet Avledningen av vatten från dagvattenledningarna sker i huvudsak till ett dikningsföretag med ledningar runt Kungshult. Det finns två anslutningar från Kungshults dagvattennät till dikningsföretagets ledning, en i norra delen av byn och en i den sydöstra delen (se Figur 11). Utloppet i norr avvattnar en area av ca 15 ha och det södra utloppet ungefär 5 ha. Uppströms Kungshult finns dräneringsledningar från åkermark anslutna till dikningsföretagets ledning men uppgifter om hur stor area denna åkermark har saknas. Samtliga dagvattenledningar är cirkulära och konstruerade av betong. 22

37 Figur 11. Kungshults dagvattennät med de två anslutningarna till dikningsföretagets ledning markerade. Med tillstånd från Eslövs kommun Spillvattennätet Till spillvattennätet är 148 fastigheter anslutna med ett ungefärligt invånarantal på 360 personer. I spillvattennätet finns två pumpstationer, en liten på Östra strövägen som pumpar vatten från 9 fastigheter söder om väg 17 och en större på Granelundsvägen/Björkerödsbacken mitt i byn (se Figur 12). Allt spillvatten leds till den större pumpstationen som pumpar spillvatten för vidare transport till Ellinge reningsverk. Vid den större pumpstationen är ett bräddavlopp från spill- till dagvattennätet anlagt för att skydda pumpstationen från hydraulisk överbelastning. 23

38 Figur 12. Kungshults spillvattennät med de två pumpstationerna markerade. Med tillstånd från Eslövs kommun. 24

39 4.5 Modelluppbyggnad Två separata modeller byggs upp i modelleringsprogrammet MOUSE 2003, en för dagvattensystemet och en för spillvattensystemet Dagvattenmodellen Dagvattenmodellen byggs upp utifrån uppgifter om det fysiska ledningsnätets utseende och består av 63 noder fördelat på nedstigningsbrunnar och utlopp. Ledningarna uppgår till totalt ca 3700 m betongledningar. Två utlopp anläggs i modellen där Kungshults dagvattensystem är kopplat till dikningsföretagets ledning. I modellen har ett antal antaganden gjorts: 1. Dikningsföretagets ledning antas inte ha några källor till dagvatten uppströms samhället som kan dämma upp i Kungshults dagvattensystem. Allt vatten från dagvattenledningarna rinner därför fritt ut från modellens utlopp. Källor till dagvatten uppströms skulle kunna försvåra avledningen av dagvatten från Kungshult och därmed orsaka marköversvämningar. Antagandet görs eftersom det enligt uppgift är dräneringsvatten som är enda källan till vatten uppströms vilket i regel inte ger upphov till några flödestoppar vid kraftiga regn. Utgångspunkten i analysen är att översvämningsproblemen inte beror på att dikningsföretagets ledning går full utan att det är i samhällets dagvattennät som problemen finns. 2. I systemet finns inga källor till vatten förutom avrinning från ytor i marknivå. Ytorna har kategoriserats i tre olika typer med olika avrinningskoefficient. Dagvattenledningarna antas vara helt täta och ingen infiltration eller exfiltration till/från ledningarna sker. 3. Avrinningskoefficienten för de olika ytorna anges enligt svensk dimensioneringsstandard (Svenskt vatten, 2004). MOUSE antar samma avrinningskoefficient under hela regnförloppet trots att framförallt infiltrationsytornas avrinningskoefficient ökar vid ihållande regn. Dessutom varierar avrinningskoefficienten med årstiderna. I Sverige är det normalt kraftiga sommarregn som blir dimensionerande och avrinningskoefficienten sätts därför för sommarförhållanden. Avrinningskoefficienten under vintern är betydligt högre eftersom evapotranspirationen är lägre och eventuell tjäle i marken ökar avrinningen. Regnen som används antas vara isolerade händelser och inga simuleringar med på varandra följande regn görs. 4. Då simuleringarna visar marköversvämning görs detta genom att dagvattenledningens trycknivå överstiger marknivån. Den volym vatten som hamnar ovanför marknivå antas vara i form av en vattenpelare och breder inte ut sig som skulle ha varit fallet vid ett verkligt regn. När trycknivån i ledningen sedan sjunker rinner allt vatten tillbaka i ledningen och vidare till utloppet. De figurer som visar översvämningsutbredningen vid simuleringar är alltså bara en översikt av de noder där trycknivån överstiger marknivån. I vilken riktning den översvämmade vattenvolymen rinner i marknivå bestäms inte och inte heller identifieras områden där stora mängder vatten riskerar att ansamlas. 25

40 De fysiska data som Eslövs kommun har tillhandahållit och som ligger till grund för uppbyggnaden av dagvattenmodellen är: Brunnar Geografiska koordinater Bottennivå Dimension Brunnslockets höjd i marknivå Ledningar Brunnskopplingar Dimension Material Tvärsnitt Utöver fysiska data anges också anslutningarna till dikningsföretagens ledning som utlopp. Data för dessa är: Utlopp Lägsta punkt Höjd i marknivå Vattennivå Till varje brunn kopplas ett avrinningsområde med följande attribut: Area Andel hårdgjord yta (φ) Arean till varje avrinningsområde i dagvattenmodellen är beräknat genom digitalisering av ett flygfoto i ArcGIS där markanvändningen i området har delats in i tre kategorier (se Figur 13): 1. Takytor 2. Vägytor 3. Infiltrerbara ytor Den totala arean för varje avrinningsområde består av summan av de tre kategorierna. De olika marktyperna antas ha avrinningskoefficienter enligt svensk dimensioneringsstandard (se Tabell 2) (Svenskt vatten, 2004). Tabell 2. Avrinningskoefficienter enligt VAV P90. Typ av yta Avrinningskoefficient (φ) Takytor 0,9 Vägytor 0,8 Infiltrerbara ytor 0,1 Ett avrinningsområdes sammanvägda avrinningskoefficient bestäms utifrån de olika marktypernas avrinningskoefficient och area med följande ekvation: φ tot = φ tak A tak +φ väg A väg +φ inf A inf (A tak +A väg +A inf ) Ekvation 3 26

41 Figur 13. Fördelning av ytor i Kungshult. Efter inmatning av den totala arean och avrinningskoefficienten till varje avrinningsområde är modellen klar för användning ihop med konstruerade regn. Någon ytterligare kalibrering av modellen görs inte eftersom det skulle krävas flödesmätningar i ledningssystemet. Några sådana finns inte att tillgå och att utföra dem ligger utanför ramen av undersökningen. Se Figur 14 för en översikt över dagvattenmodellen i MOUSE. 27

42 Figur 14. Översikt över dagvattenmodellen i MOUSE Spillvattenmodellen Spillvattenmodellen är uppbyggd av 70 noder fördelade på nedstigningsbrunnar och en pumpstation, samt totalt ca 3500 meter betongledningar. Antaganden som ligger till grund för simuleringarna är: 1. Den mindre pumpstationen på Östra strövägen söder om väg 17 och de fastigheter som är anslutna till den förenklas till en nedstigningsbrunn. Förenklingen görs eftersom uppgifter om pumpens kapacitet saknas och eftersom inga problem med ledningsnätet uppströms har funnits. Mängden vatten i systemet blir samma eftersom samtliga anslutna fastigheter (9 stycken) istället ansluts till den fiktiva nedstigningsbrunn som i modellen beskriver pumpstationen. 2. Pumpstationen som transporterar spillvatten bort från samhället består av två parallella pumpar som går växelvis och endast vid extrema tillfällen går samtidigt. I modellen antas pumpstationen endast ha en pump och dess kapacitet har bestämts genom loggning av vattennivån i pumpsumpen. Antagandet görs eftersom det förenklar modellarbetet och anledningen till att två pumpar installeras parallellt är att man ska försäkra sig om att en av dem alltid fungerar. Även vid extrema flöden ska alltså endast en av pumparna klara av att transportera det inkommande vattnet och därför anges endast en pump med fast kapacitet i modellen. 3. Producerat spillvatten per invånare beräknas med hjälp av uppgifter om Kungshults vattenförbrukning. Vattenförbrukningen och spillvattenförbrukningen antas vara samma. Spillvattenflödet antas vara konstant under hela dygnet trots att det i verkligheten varierar och är som störst på morgonen och eftermiddagen. Antagandet görs eftersom 28

43 spillvattenflödet har mycket liten inverkan på resultatet och eventuella förhöjda trycknivåer beror på att dagvatten tar sig in i ledningsnätet. Skulle situationen inträffa med ett extremt sommarregn samtidigt som spillvattenflödet är maximalt skulle trycknivåerna bli något högre än analysen visar. 4. Basflödet beräknas med hjälp av loggning av pumpgropens vattennivå och beräknat spillvattenflöde. Basflödet är ett torrvädersflöde som motsvarar infiltration till ledningarna och flödet från eventuellt anslutna dräneringsledningar. Loggningen av pumpgropens vattennivå är utförd under en kort period och eftersom flödena varierar med till exempel årstid hade det varit fördelaktigt om basflödet beräknats från en längre tids mätvärden. Eslövs kommun har tillhandahållit data om det fysiska nätets uppbyggnad, vattenförbrukning och vattennivå i pumpgropen. Spillvattenmodellen byggs upp med följande attribut: Brunnar Geografiska koordinater Lägsta punkt Dimension Brunnslockets höjd i marknivå Ledningar Brunnskopplingar Dimension Material Tvärsnitt Pumpar Geografiska koordinater Lägsta punkt Dimension Höjd i marknivå Start och stoppnivå Kapacitet i m 3 /s Till varje brunn kopplas ett avrinningsområde med följande attribut: Area Antal invånare (PE) Andel hårdgjord yta Invånarantalet som kopplas till varje avrinningsområdet är tillhandahållet av Eslövs kommun. Spillvattenflödet per person beräknas med hjälp av uppgifter om den mängd dricksvatten som levererats till Kungshult. Avrinningsområdets area och andelen hårdgjord yta beskriver den mängd yta som bidrar med vatten vid ett regn. I inledningsskedet antas arean kopplad till spillvattennätet vara lika med noll, enligt uppgift från Eslövs kommun. Se Figur 15 för en översiktlig bild av spillvattenmodellen. 29

44 Figur 15. Översikt över spillvattenmodellen i MOUSE. För att spillvattenmodellen ska fungera tillfredsställande krävs en kalibrering för torrväder. Kalibreringen görs genom en simulering utan regn och om modellens pumpstation transporterar en mängd vatten motsvarande en uppmätt mängd vatten anses modellen kalibrerad för torrväder. Vid torrt väder utgörs flödet i spillvattenledningen av spillvattenflödet samt basflödet. Spillvattenflödet till modellen beräknas utifrån uppgifter om invånarantalet kopplat till varje avrinningsområde samt uppgifter om dricksvattenkonsumtionen i samhället. Basflödet utgörs av inläckage av vatten (exempelvis grundvatten) i otäta ledningar och skarvar samt eventuellt anslutna dräneringsledningar. Spillvattenflödet har med hjälp av uppgifter om mängden levererat dricksvatten under perioden januari till maj 2008 och befolkningsmängden (360 personer) beräknats till 186 liter per person och dygn i medeltal (se Tabell 3). Tabell 3. Beräkning av spillvattenflöde per person i Kungshult. Månad Leverat vatten (m 3 ) Vattenförbrukning (l/p,d) Spillvattenflöde (m 3 /d) Januari ,6 56,38 Februari ,5 64,26 Mars ,7 78,01 April ,6 64,66 Maj ,7 70,81 Medel ,6 66,82 Basflödet har beräknats med hjälp av loggning av vattennivån i pumpstationen under dagarna 11/6, 13/6 och 14/ (se Tabell 4). Även 12/6 utfördes loggning men på grund av att regn har registrerats av regnmätaren på Eslövs stadshus denna dag och misstankar om att regnvatten kommer in i spillvattensystemet så utelämnas dessa mätningar från basflödesberäkningarna. Basflödet skall tillsammans med spillvattenflödet motsvara torrflödet i modellen och i 30

45 beräkningarna av basflödet antas spillvattenflödet samtliga tre dagar vara medelflödet som beräknades i Tabell 3. Tabell 4. Beräkning av basflöde. Dag Uppmätt flöde (m 3 /d) Spillvattenflöde (m 3 /d) Basflöde (m 3 /d) 11 juni 76,06 66,82 9,24 13 juni 82,99 66,82 16,17 14 juni 86,11 66,82 19,29 Medel 81,72 66,82 14,9 Modellen körs för en period av 24 timmar och resultatet visar att pumpen i modellen transporterar bort totalt 79,3 m 3 vatten under ett dygn. Resultatet jämförs med de uppmätta värdena i tabell 4 och flödet i modellen ansluter väl till de uppmätta värdena. Den maximala differensen är cirka 7 m 3 /dygn (jämfört med den 14 juni) vilket antas vara en försumbar differens och modellen antas representera det verkliga flödet vid torrt väder. 4.6 Analysmetod Modellerna körs med regn konstruerade enligt dagens designkriterier, uppmätta regn och antagna framtida designregn Dagvattenmodellen Dagvattenmodellen analyseras genom att modellen först körs med regn konstruerade enligt dagens dimensioneringsnormer. Både blockregn enligt Dahlströms formel och CDS-regn som bättre efterliknar ett verkligt nederbördsförlopp används. Trycknivåerna jämförs med höjden i marknivå vid varje nod och risken för marköversvämningar kan kartläggas. Dessutom körs modellen med regn konstruerade utifrån mätningar av verkliga regn som gett översvämningsproblem. Den modellerade översvämningsutbredningen jämförs med skisser över marköversvämningarnas utbredning vid de uppmätta regnen för att kontrollera att modellen ger översvämningar i samma områden. Modellen körs även med framtida extremregn för att avgöra dagvattennätets funktion vid designregn med ökad regnintensitet. För att säkerställa dagvattennätets funktion i framtiden ges förslag på åtgärder som förbättrar dess kapacitet. Modellen med förändringarna körs till sist med antagna, framtida extremregn för att kontrollera att ledningsnätet med åtgärderna är dimensionerat för framtida förhållanden Spillvattenmodellen Eftersom uppgifter om arean på den yta som bidrar med dagvatten till spillvattensystemet inte finns att tillgå är utgångsläget i modellen att inget dagvatten förekommer i spillvattensystemet. Stegvis tillförs sen hårdgjorda ytor samtidigt som modellen körs med ett uppmätt regn från den 29/ Trycknivåerna som då uppstår i systemet jämförs med källargolvsnivåerna på de fastigheter som drabbats av källaröversvämningar vid regntillfället. På så sätt finner man den yta som felaktigt måste vara ansluten till spillvattennätet att det ska vara risk för källaröversvämning i de drabbade fastigheterna. Dessa ytor är kopplade till modellens avrinningsområden och kan 31

46 placeras i olika delar av modellen. Med hjälp av vittnesuppgifter och simuleringar på dagvattenmodellen med och utan de kvantitativt bestämda ytorna kan en ungefärlig position av var de felaktigt påkopplade ytorna finns i verkligheten göras. Analysen av spillvattenmodellen genomförs alltså i följande steg: 1. Spillvattenmodellen byggs upp med fysiska data från Eslövs kommun. 2. Det uppmätta regnet från den 29/ läggs in i MOUSE. 3. Stegvis (0,1 ha i taget) kopplas ytor till systemet i en punkt som kan antas representera det område där man misstänker att de felaktigt påkopplade ytorna finns. 4. Trycknivån i ledningsnätet läses av och en graf med trycknivå som funktion av påkopplad yta bestäms. Denna jämförs med uppmätta källargolvsnivåer för de översvämningsdrabbade fastigheterna och den yta som måste vara påkopplad till systemet kan bestämmas. 5. Den yta som bestäms kvantitativt som ansluten till spillvattennätet, plockas bort från dagvattenmodellen för att avgöra om de trycknivåer som då uppstår stämmer överens med vittnesuppgifter om marköversvämning i det berörda området. Stämmer uppgifterna kan de felaktigt anslutna ytorna antas finnas i detta område. 4.7 Uppbyggnad av regn till MOUSE-simuleringarna Dagvattenmodellen körs med fyra olika typer av regn. Blockregn, CDS-regn, Framtida CDSregn och uppmätta regn. Spillvattenmodellen körs endast med ett verkligt regn (från den 29/7 2005). Blockregnen är konstruerade enligt Dahlströms formel med olika återkomsttid och varaktighet (se Tabell 5) och ett exempel på blockregnens utseende finns i Figur 16. Tabell 5. Regn beräknade med Dahlströms formel (Z-värde=16). Återkomsttid Varaktighet Intensitet (l/s,ha) min 212, min 106, min 64, min 166, min 83,15 32

47 Regnintensitet (l/s,ha) Regnintensitet (l/s,ha) Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät Tid (min) Figur 16. Blockregn med 10 års återkomsttid och 10 minuters varaktighet. CDS-regnen är konstruerade med hjälp av ett danskt program kalibrerat för östra Köpenhamn (DHI, 2006). Programmet antas kunna beskriva nederbördssituationen även för Eslövs kommun väl då nederbördssituationerna i områdena liknar varandra. Fördelen med CDS-regn är att de beskriver ett verkligt nederbördsscenario bättre än blockregnen då de tar med både för- och efterregn och inte bara fokuserar på då regnet har dess maximala intensitet. Tre regn har använts i MOUSE-simuleringarna (se Figur 17, Figur 18 och Figur 19) Tid (min) Figur 17. CDS-regn med 10 års återkomsttid och 120 minuters varaktighet med intensitetstopp på 10 minuter. 33

48 Regnintensitet (l/s,ha) Regnintensitet (l/s,ha) Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät Tid (min) Figur 18. CDS-regn med 10 års återkomsttid och 360 minuters varaktighet med intensitetstopp på 30 minuter Tid (min) Figur 19. CDS-regn med 5 års återkomsttid och 120 minuters varaktighet med intensitetstopp på 10 minuter. För att undersöka verkliga situationer har regnförlopp skapats för de kraftiga regnen den 29/ och den 20/ Regndata har hämtats från regnmätaren på stadshuset i Eslöv och har använts till att skapa en regnserie för vartdera regnet (se Figur 20 och Figur 21). 34

49 Regnintensitet (l/s,ha) Regnintensitet (l/s,ha) Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät Tid (min) Figur 20. Uppbyggnad av regnförlopp för regnet den 29 juli Tid (min) Figur 21. Uppbyggnad av regnförlopp för regnet den 20 augusti Dessutom görs en uppskattning av framtidens extremregn som baseras på litteraturstudien i kapitel 3. Två framtidsscenarion antas där intensiteterna i ett CDS-regn med 10 års återkomsttid och 10 minuters intensitetstopp (se Figur 16) är ökade med 20 respektive 40 % vilket anses vara två rimliga framtidsscenarion för kommande sekel. Det ursprungliga CDS-regnet samt de två framtidsscenariona redovisas i Figur

50 Regnintensitet (l/s,ha) Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät årsregn 10-årsregn +20% 10-årsregn +40% Figur års CDS-regn av dagens beräkningsmetod samt två framtidsscenarier med 20 respektive 40 procents ökning av regnintensitet. 4.8 Resultat Tid (min) Resultat från simuleringar på dagvattenmodellen Efter simulering med de totalt 12 regnen konstruerade enligt avsnitt 4.6 gav 10 av regnen upphov till trycknivåer över marknivån och därmed översvämningar. Omfattningen av översvämningarna varierade mycket och i figurerna nedan visas den mest respektive den minst allvarliga översvämningen i systemet (mätt i antal översvämmade noder) (se Figur 23 och Figur 24). Den kraftigaste översvämningen orsakades av det uppmätta regnet från den 20/ och den minst allvarliga översvämningen orsakades av ett CDS-regn med 10 års varaktighet och 30 minuters intensitetstopp. För fullständiga figurer över översvämningsutbredningar och trycknivåer se appendix 1. Marköversvämningarnas verkliga utbredning vid regnet den 29/ redovisas i appendix 2. 36

51 Figur 23. Dagvattenmodellen är körd med det verkliga regnet från augusti Svart nod representerar översvämning. Mörkgrå nod är förhöjd trycknivå till en kritisk nivå (40 cm under markytan) och ljusgrå nod är trycknivå under kritisk nivå. Figur 24. Dagvattenmodellen är körd med 10 års CDS-regn med 30 minuters intensitetstopp. Svart nod representerar översvämning. Mörkgrå nod är förhöjd trycknivå till en kritisk nivå (40 cm under markytan) och ljusgrå nod är trycknivå under kritisk nivå. Förutom antal översvämmade noder undersöks även trycknivåerna i systemet. Även här visar det sig att de båda ovanstående regnen ger upphov till den högsta respektive lägsta trycknivån i 37

52 förhållande till marknivå. Trycknivåerna i sträckan södra Hasslerödsvägen-Vännbergavägen (se Figur 25) redovisas i Figur 26 respektive Figur 27. Figur 25. Dagvattennät med sträckan södra Hasslerödsvägen-Vännbergavägen markerad. Ledningssträckan i Figur 25 redovisas i profil i Figur 26 och Figur 27. I figurerna visas dagvattenledningen, noderna längs ledningssträckan, marknivå och högsta trycknivå. Trycknivå Marknivå Nod Ledning Figur 26. Trycknivåer i sträckan södra Hasslerödsvägen-Vännbergavägen då modellen körs med det verkliga regnet från augusti Översvämmade noder är DNB_047-DNB_048 och DNB_049 - DNB_

53 Trycknivå Marknivå Nod Ledning Figur 27. Trycknivåer i sträckan södra Hasslerödsvägen-Vännbergavägen då modellen körs med ett 10 års CDS-regn med 30 minuters intensitetstopp. Översvämmade noder är DNB_050 - DNB_051. Av de regn som testats är det regnet som baseras på observationer från den 20/ som ger upphov till flest översvämmade brunnar och även de högsta trycknivåerna. Detta var alltså ett exceptionellt extremt regn. Se Tabell 6 för en gradering av de undersökta regn som gett upphov till översvämningar. Graderingen sker utifrån högsta trycknivå i förhållande till marknivå och förutom trycknivån redovisas även antal översvämmade noder. Figur 28 visar högsta trycknivå över marknivå som funktion av antalet översvämmade noder för varje regn. Figuren visar ett tydligt samband mellan högsta trycknivå och antalet översvämmade noder. Tabell 6. Gradering av de undersökta regnen utifrån högsta trycknivå över marknivå. Gradering Regn Översvämmade noder Trycknivå över marknivå 1 Verkligt regn från den 20/ ,72 2 Verkligt regn från den 29/ , års CDS-regn förstärkt med 40 % 26 0, års CDS-regn förstärkt med 20 % 17 0, års blockregn med 10 min varaktighet 19 0, års CDS-regn med 10 min intensitetstopp 15 0, års CDS-regn med 10 min intensitetstopp 9 0, års blockregn med 30 min varaktighet 9 0, års blockregn med 10 min varaktighet 10 0, års CDS-regn med 30 min intensitetstopp 2 0,05 39

54 Trycknivå över marknivå (m) Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Antal översvämmade noder Figur 28. Trycknivå över marknivå som funktion av antalet översvämmade noder för alla de 10 regnen i Tabell 6. Analysen av dagvattennätet visar att det inte klarar de designkrav som finns på dagvattensystem idag eftersom systemen normalt dimensionerar för regn med 10 års återkomsttid och vissa ombyggnader av systemet är därför nödvändigt. Anmärkningsvärt är att analysen visar att det är de två regnen som är baserade på regnmätningar som ger de kraftigaste översvämningarna och har varit mycket extrema händelser Resultat från simuleringar på spillvattenmodellen Analysen av spillvattennätet utförs med hjälp av det uppmätta regnet från den 29 juli 2005 (se Figur 20). Regnet används eftersom det finns vittnesuppgifter om både källar- och marköversvämningar vid detta tillfälle. Marköversvämningarnas utbredning är också relativt väldokumenterad. Se Figur 29 för att de fastigheter som drabbades av källaröversvämning. 40

55 Figur 29. Fastigheter drabbade av källaröversvämningar markerade med svart ruta och numrerade 1-7. För nivåerna på de olika fastigheterna se Figur 24. Målet är att bestämma arean på de hårdgjorda ytor som måste bidra med vatten till spillvattensystemet för att dessa källaröversvämningar ska uppträda. Det görs genom att hårdgjorda ytor med 100 % avrinning (avrinningskoefficient φ = 1) stegvis (0,1 ha i taget) kopplas till noden SNB_035 (se Figur 30). Anledningen till att just denna nod väljs är att den är en knutpunkt för tre inkommande ledningar. De tre ledningarna kommer alla från områden med äldre ledningssystem där det är troligast att de felaktigt påkopplade ytorna finns. Kopplas all yta till denna punkt antas ytan vara fördelad över hela det äldre området, kallat Björnhusområdet (se Figur 32). Figur 30. Spillvattennätet med noden SNB_035 och pumpstationen utmärkta. 41

56 Trycknivå (m) Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät Trycknivån för varje mängd yta mäts och trycknivån som funktion av mängden hårdgjord yta redovisas i Figur 31. I figuren finns också källargolvsnivåerna för fastigheterna 1-7 från Figur 29 inlagda. På så sätt finner man den yta som måste bidra med vatten för att källaröversvämning ska uppträda vid det använda regnet. Observera att vissa fastigheter har samma källargolvsnivåer. 97,6 97,1 96,6 96,1 95,6 95,1 Trycknivåer Källargolv 1 och 7 Källargolv 2 Källargolv 3,4,5 och 6 94,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Mängd hårdgjord yta (ha) Figur 31. Systemets trycknivå som funktion av mängden hårdgjord yta kopplad till brunnen SNB_035. De vågräta linjerna representerar källargolvsnivåerna för de olika fastigheterna i Figur 25. Eftersom samtliga fastigheter 1-7 har haft källaröversvämning vid detta regntillfälle måste mängden hårdgjord yta som bidrar med vatten till systemet vara minst 0,6 ha. Det är viktigt att komma ihåg att denna yta motsvarar en mängd vatten i systemet och att vattnet kan ha flera olika källor. Troligt är att en av källorna är felaktigt anslutna takytor. Ytterligare observationer är gjorda av ögonvittnen vid detta regn och stora marköversvämningar i området kring Hasslerödsvägen har noterats (se Appendix 2). Uppgifter om marköversvämningar i Björnhusområdet saknas. Översvämningsutbredningen för dagvattenmodellen körd med samma regn kontrolleras (se Figur 32) och två tydliga översvämningsområden noteras. Dels Hasslerödsområdet vilket utgörs av område 1 i figuren, där marköversvämningar har noterats, men även i Björnhusområdet (område 2 i figuren) där uppgifter om marköversvämningar saknas. Eftersom uppgifter om översvämningar saknas finns det anledning att tro att det är i detta område som eventuella felkopplingar finns. 42

57 Figur 32. Översvämningsutbredning i dagvattenmodellen då den körs med det verkliga regnet från den 29 juli Två översvämningsområden noteras. Hasslerödsområdet (Område 1) och Björnhusområdet (Område 2). De 0,6 ha hårdgjord yta som enligt simuleringarna bidrar med vatten till spillvattensystemet jämförs med den mängd takyta som finns i Björnhusområdet. Takytan uppgår till 0,85 ha och är kopplad till dagvattenmodellen. 0,6 ha (ca 70 %) takytor från Björnhusområdet tas bort från dagvattenmodellen och kopplas istället till spillvattenmodellen. Då dagvattenmodellen körs med regnet från den 29 juli 2005 fås översvämningsutbredning enligt Figur 33. De ytor som tas bort är jämnt fördelade inom Björnhusområdet. Figuren visar att översvämningsutbredningen i de äldre delarna nu är betydligt mindre (5 översvämmade noder jämfört med 11 tidigare) eftersom trycknivåerna minskat avsevärt. Detta kan vara förklaringen till avsaknaden av vittnesuppgifter om marköversvämningar då de troligen inte orsakat några större problem. 43

58 Figur 33. Översvämningsutbredning då 0,6 ha takyta är borttaget från dagvattenmodellen i Björnhusområdet. Modellen är körd med verkligt regn från 29 juli Vattnet som på något sätt kommer in i spillvattennätet motsvarar avrinning från totalt 0,6 ha hårdgjord yta. I analysen antogs all denna yta vara takyta i den äldre delen av området men det är mycket troligt att detta endast är en av källorna till vattnet. Figur 34 visar olika källor till ovidkommande vatten i spillvattennätet. Figur 34. Källor till ovidkommande vatten i spillvattenförande ledning. Med tillstånd från Svenskt vatten (2007). Vid kraftiga regn ökar flödet av framförallt de pilar som representerar direkt och indirekt nederbördspåverkan och takytor är bara en del av detta. Det är troligt att det i huvudsak är vatten 44

59 från väg- och takytor samt ett ökat läckage från dag- till spillvattenledning som orsakar källaröversvämningar eftersom detta är vatten som annars skulle ha avletts i dagvattenledningen. Enligt dagvattenmodellen ska dagvattensystemet svämma över mer i Björnhusområdet än det i praktiken gör och därför görs detta antagande. Dessutom ger dessa tillskottsflöden en direkt respons i ledningsnätet på kraftiga regn till skillnad från till exempel ett ökat flöde av dräneringsvatten. Om flödet från dräneringsledningar ökar är flödesökningen ganska låg men kan pågå under en längre tid efter regnets slut. Källaröversvämningarna indikerar att det är tillskottsflöden med en snabb respons som orsakar problemen. 4.9 Diskussion kring modellsimuleringarna Dagvattenmodellen Undersökningarna på dagvattenmodellen talar sitt tydliga språk. Modellen visar på översvämning vid många av de analyserade regnen och översvämningarna uppträder på samma ställen i modellen som i verkligheten. I analysen ligger dock flera osäkerhetsfaktorer som måste beaktas. Dagvattenmodellen är inte kalibrerad mot några flödesmätningar vilket hade varit fördelaktigt. Beräkningen av hårdgjorda ytor är gjord utifrån ett flygfoto vars upplösning gör att det kan ha blivit en del mätfel. Det bör emellertid inte finnas mätfel som kraftigt över- eller underskattar några ytor, så fel beroende på mätfel är av marginell betydelse. Alla väg- och takytor i samhället har tagits med i beräkningen. Vissa hårdgjorda ytor kan i verkligheten avvattnas till både infiltrerbara ytor samt till spillvattennätet, det senare är rentav troligt då spillvattennätet bevisligen tar emot en del dagvatten eftersom det uppstår källaröversvämningar vid kraftiga regn. Mängden ytor kopplade till dagvattennätet är alltså något överskattade, troligen i Björnhusområdet eftersom det är här de felaktigt påkopplade ytorna troligtvis finns. Detta orsakar inga fel i området kring Hasslerödsvägen där översvämningarna blir lika stora oberoende av hur stor yta som är kopplad till modellen Björnhusområdet. Eventuella fel i Hasslerödsområdet beror i så fall snarare på att vatten från hårdgjorda ytor leds till infiltrerbara ytor istället för till ledningsnätet som antagits. Eftersom det finns vittnesuppgifter om marköversvämningar på samma ställen som modellen anger anses dock modellen väl beskriva verkligheten i detta område. Vidare osäkerheter är brister i det verkliga ledningsnätets funktion som sprickor och rotinträngningar men någon analys av dessa faktorer har inte ansetts ligga inom ramen för examensarbetet. Förutom ovanstående osäkerheter ändras troligen avrinningskoefficienten på framförallt de infiltrerbara ytorna vid ihållande regn och mängden vatten i systemet blir i så fall ännu större. Vid intensiva regn kan dessutom dikningsföretagets ledning transportera vatten (om hårdgjorda ytor finns anslutna uppströms Kungshult) vilket skulle innebära en risk för dämning i Kungshults dagvattensystem. De här två osäkerhetsfaktorerna kan innebära att simuleringarna i den här analysen till och med underskattar översvämningsproblemen. Då modellen visar på översvämning genom att trycknivån överstiger marknivån görs detta med en vattenpelare över den översvämmade noden. I verkligheten skulle detta vatten sprida sig på markytan vilket skulle ha en tryckutjämnande effekt på det översvämmade systemet. Trycknivåerna kan alltså vara något överskattade. Dessutom simulerar modellen att allt vatten rinner tillbaka i ledningen då trycknivån sjunker. I verkligheten rinner vattnet i den riktning som 45

60 marken lutar åt och riskerar att ansamlas i lågpunkter, rinna ner i källarportar etc. Problemen som uppstår på grund av ett översvämmat dagvattensystem behöver alltså inte vara som störst vid de noder som översvämmas. De är snarare som störst där det översvämmade vattnet ansamlas. Trots osäkerheterna är förändringar på dagvattennätet nödvändiga för att systemet ska fungera tillfredsställande i framtiden Spillvattenmodellen Simuleringarna av spillvattenmodellen är även de förknippade med en del osäkerheter. Kalibreringen av torrvädersflödet är utförd med hjälp av nivåmätningar i pumpstationen under tre dagar. Det hade varit fördelaktigt med en kalibrering mot en längre tids mätningar och dessutom en validering av flödet mot en oberoende period men detta har inte varit möjligt eftersom dataunderlag saknats. Analysmetoden som användes gick ut på att med hjälp av vittnesuppgifter om källaröversvämningar vid ett visst regn och uppgifter om dessa källargolvs nivå samt regnets förlopp finna den yta som måste bidra med vatten till spillvattennätet. Ytan uppgick till 0,6 ha och antaget att all denna yta är i form av takyta innebär det att ca 70 % av taken i Björnhusområdet är kopplade till nätet. En alternativ metod för att bestämma denna yta hade varit att under en längre tid mäta nederbörd med hjälp av en 0,2 mm vippmätare och under samma period ha vattennivåmätare utplacerade i ledningsnätet. Då hade storleken på dessa ytor kunnat bestämmas och det hade också varit möjligt att säkrare bestämma var i ledningsnätet de finns. En jämförelse av resultaten från lågintensiva respektive högintensiva regn hade också kunnat göras. Fås skilda resultat och större mängd ytor vid högintensiva regn indikerar det att vattnet i större utsträckning tar sig in från vägytor och via läckage från dag- till spillvattenledning. Detta beror på att vägdagvatten ofta tar sig in i spillvattenledningar genom brunnslock när dagvattennätet är översvämmat och det står vatten på gatan. Vid dessa extrema tillfällen är dessutom dagvattenledningen trycksatt på grund av de stora vattenmängderna och läckaget från dag- till spillvattenledning kan öka avsevärt. Genom att använda nivåmätningar och högupplöst regndata hade det ovidkommande vattnets ursprung säkrare kunnat bestämmas. Den metod som används i detta examensarbete är en bra metod att använda om sådana mätningar saknas och om det saknas tid att samla in dem. I analysen har ingen hänsyn tagits till den flödesutjämnande effekt som översvämningsdrabbade källare har. När en källaröversvämning inträffar sprider sig vattnet i en större volym, källarutrymmet, och därmed sjunker trycknivåerna i övriga systemet. Detta kan innebära att den yta som bestämts som felaktigt påkopplad till spillvattennätet är underskattad, och att den faktiska ytan som bidrar med vatten i verkligheten är större. Emellertid är inloppet till källaren (golvbrunnen) i regel ganska litet och om vattnet inte har fritt inlopp blir den flödesutjämnande effekten inte lika stor. Med fritt inlopp menas ett tillräckligt stort inlopp så att den flödesutjämnande volymen (källaren) kan fyllas upp lika fort som trycknivåerna i övriga systemet stiger. Som exempel kan nämnas att fastighet 1 och 7 vid det givna regnet hade haft ca 1,5 meter vatten i källaren (se Figur 31) om inloppet hade varit helt fritt. Detta är inte troligt och den flödesutjämnande effekten av källarutrymmena antas vara försumbar. 46

61 Vidare problem med ledningsnätets funktion som modellen inte tar hänsyn till är till exempel ledningsbrott, sprickor och rotinträngningar men att analysera dessa problem anses som tidigare nämnts ligga utanför ramen av examensarbetet. Dessa faktorer skulle också kunna orsaka dämning i systemet och kan vara en ytterligare förklaring till de källaröversvämningar som inträffat. Grundproblemet är ändå att det utan tvekan kommer in dagvatten i spillvattenledningen vilket inte ska vara fallet Rekommendationer och åtgärdsförslag för Kungshult För att komma tillrätta med problemen i Kungshult bör Eslövs kommun genomföra omfattande åtgärder för att förbättra dagvattenhanteringen. Det mest primära är att identifiera de ytor som felaktigt är anslutna till spillvattennätet och som orsakar källaröversvämningarna. Detta har högst prioritet eftersom det orsakar de största materiella skadorna och även innebär en fara för drabbade fastighetsägare. Prioritetsordningen bör vara att i tur och ordning identifiera: 1. Felaktigt anslutna takytor 2. Otäta brunnslock i vägar 3. Läckage från dagvattenledning till spillvattenledning Felaktigt anslutna takytor kan ganska enkelt identifieras genom att färgat vatten hälls i en fastighets stuprör och sedan titta i första nedstigningsbrunn nedströms fastigheten för att se om vattnet kommer dit, detta bör genomföras på samtliga hus i Björnhusområdet. Samtliga brunnslock bör besiktigas och otäta brunnslock bör tätas. Eventuellt läckage från dagvattenledning till spillvattenledning kan identifieras genom filmning av rören. Efter att de felaktigt anslutna ytorna har identifierats och kopplats till rätt ledning bör ett antal åtgärder på dagvattennätet beaktas. Dels i Hasslerödsområdet som haft problem med marköversvämningar men även i Björnhusområdet där modellsimuleringarna visar att översvämningar kan uppträda om samtliga ytor är korrekt kopplade till dagvattennätet. Nedan följer ett antal åtgärdsförslag som Eslövs kommun bör beakta vid diskussioner om framtiden för Kungshults dagvattensystem. Det måste påpekas att åtgärdsförslagen endast är idéer och någon hänsyn till ekonomi, markförhållanden eller fastigheternas ägandeförhållanden har inte tagits. Genomförande av åtgärdsförslagen skulle därför kräva vidare utredningar. Först redovisas de åtgärder som är lämpliga för Hasslerödsområdet om dagvattensystemet i det området ska anses vara dimensionerat för ett framtida extremregn. Regnet som används för simuleringarna är ett 10-års CDS-regn med 10 minuters intensitetstopp förstärkt med 40 % (se Figur 22). 1. Byte av dagvattenledningarna längs ledningssträckan Södra Hasslerödsvägen- Vännbergavägen från dimensionen 225 mm till 400 mm. 2. Ledningarna från noden DNB_045 till utloppet i dikningsföretagets ledning byts från 300 mm till 600 mm. 3. En bräddningsledning anläggs från noden DNB_041 till DNB_051. Ledningen anläggs på nivån +97,9 m i DNB_041 med dimensionen 300 mm. 47

62 4. Ytterligare en bräddningsledning anläggs från noden DNB_043 till DNB_046. Ledningen anläggs på nivån +97,5 i DNB_043 med dimensionen 300 mm. Förändringarna på nätet genomförs eftersom analysen har visat att de existerande dagvattenledningarna inte klarar att avleda vattnet. Genom att öka dimensionen på ledningarna ökar kapaciteten avsevärt. De båda bräddningsledningarna anläggs eftersom detta innebär att endast en del av Hasslerödsvägens ledningar måste bytas ut och en mindre del av vägarna behöver grävas upp. Förändringarna i punkt 1-4 visas i Figur 35. Figur 35. Förändringarna i punkt 1-4 ovan illustrerade. Figur 35 innehåller förutom de föreslagna förändringarna 1-4 även förslag på var ett flödesutjämnande magasin kan anläggas. Genom åtgärderna ökar flödet från denna del av Hasslerödsområdet radikalt (se Figur 36) och en utredning om denna flödesöknings effekter nedströms måste genomföras. Visar utredningen att flödesökningen kan få negativa konsekvenser på exempelvis recipienten bör ett utjämningsmagasin anläggas, till exempel på den föreslagna platsen i Figur

63 Flöde (m^3/s) Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Utan förändringar Med förändringar Tid Figur 36. Dagvattenflödet ut från den södra delen av Hasslerödsområdet före och efter föreslagna åtgärder. Modellen är körd med ett 10-års CDS-regn förstärkt med 40 %. Genomförs ovanstående förändringar i modellen översvämmas inga noder i Hasslerödsområdet och trycknivåerna i ledningssträckan södra Hasslerödsvägen-Vännbergavägen redovisas i Figur 37. Figur 37. Trycknivåer i ledningssträckan södra Hasslerödsvägen-Vännbergavägen då modellen körs med förändringarna 1-4 och ett 10-års CDS-regn förstärkt med 40 %. Översvämningsproblem kan förväntas i Björnhusområdet eftersom de ytor som tidigare varit anslutna till spillvattennätet identifierats och anslutits till dagvattennätet. För att komma till rätta med de förväntade översvämningsproblemen i Björnhusområdet föreslås följande åtgärder: 49

64 1. Ledningsträckan DNB_037 till DNB_030 vänds så att vattnet rinner i motsatt riktning. Detta genom att brunnsnivåerna sänks. Ledningarna byts ut från 300 mm till 400 mm. 2. Ledningssträckan DNB_030 till DNB_029 tas bort eller fylls igen. 3. Ett fördröjningsmagasin med en effektiv volym på åtminstone 10 m 3 anläggs på föreslagen plats enligt Figur 38. Inloppen till magasinet kommer från DNB_037 och en bräddningledning från DNB_ DNB_032-DNB_030 bytas ut från en 300 mm ledning till en 400 mm. Se Figur 38 för de föreslagna förändringarna. Genom att ändra riktningen på en ledningssträcka och ta bort en ledning minskas mängden vatten som rinner österut. I Björnhusområdet beror de modellerade översvämningarna på dämning i knutpunkter där flera ledningar möts och genom att koppla bort ett område klarar det befintliga nätet vid dessa punkter att avleda det inkommande vattnet. På detta sätt behöver inte hela ledningsnätet bytas ut utan endast en del av det. Detta är även anledningen till att anlägga en bräddningsledning eftersom det annars hade varit nödvändigt att byta ut en längre ledningssträcka. Magasinet anläggs för att utjämna de ökade dagvattenflöden som riskerar att genereras från det bortkopplade området. Figur 38. Föreslagna förändringar i Björnhusområdet. Bilden visar förutom förändringar även översvämningsutbredning vid körning med 10-års CDS-regn. En nod i området översvämmas. Då modellen körs med förändringarna i Björnhusområdet noteras översvämning i en nod men trycknivån är bara marginellt över marknivå (< 5 cm). Dämningsnivån kan antas vara marknivån och systemet är dimensionerat för ett framtida 10-årsregn med 10 minuters intensitetstopp. Det fördröjningsmagasin som anläggs i Björnhusområdet måste ha någon form av utlopp men några förslag på dess utformning ges inte i den här rapporten. Ytterligare undersökningar på magasinets volym måste göras när det bestämts vilken typ av utlopp som ska anläggas. Magasinsvolymen 10 m 3 är beräknad för ett CDS-regn med 10 minuters intensitetsttopp och 10-50

65 års återkomsttid förstärkt med 40 %. Ett regn med lägre intensitet men längre varaktighet kan ge större magasinsvolym och för att kunna anse att magasinet är dimensionerat för ett framtida 10- årsregn bör volymen beräknas för fler varaktigheter, något som inte kommer att vidareutvecklas i denna analys. 51

66 52

67 5 Diskussion Resultaten från litteraturstudien pekar mot att regn med extrema regnintensiteter kan förväntas oftare i framtiden. Såväl trendanalyser som modeller indikerar detta men trendanalyserna visar i få fall på en statistiskt säkerställd ökning. Längre mätserier skulle avgöra om ökningen är signifikant och ge större säkerhet åt resultaten. Globala och regionala klimatmodeller indikerar att en intensitetsökning på extrema regn är att förvänta men modellernas låga upplösning gör att resultaten är svåra att använda för dimensionering av dagvattensystem. Sådan dimensionering kräver en högre upplösning med regnförlopp ner mot 10 minuter medan klimatmodeller i regel som kortast ger regn med 2 timmars varaktighet. Osäkerheter kopplade till den tekniska analysen diskuteras i avsnitt 4.8 och de mest betydande osäkerhetsfaktorerna är: Modellerna är inte kalibrerade med hjälp av flödesmätningar kopplade till högupplösta regnmätningar vilket avsevärt hade höjt säkerheten i resultaten. Torrvädersflödet i spillvattenmodellen är kalibrerat mot en kort period. Mätningar under en längre period och under olika årstider hade varit fördelaktigt. I analysen av spillvattennätet har ingen hänsyn tagits till den tryckutjämnande effekt som de översvämmade källarna ger. Då en källaröversvämning inträffar sprids vattnet över en större volym (källarutrymmet) vilket gör att trycknivåerna i övriga systemet inte blir fullt så höga. Denna effekt antas vara försumbar men kan göra att den yta som bestämts som ansluten till spillvattennätet är underskattad. Dagvattenmodellen visar en översvämning genom en vattenpelare med en viss höjd över marknivå. När trycknivån sjunker rinner allt vatten tillbaka i ledningen. I verkligheten sprider sig vattnet över marken vilket innebär en tryckutjämning i systemet i likhet med den som spillvattennätet upplever vid källaröversvämningar. De figurer som visar översvämningsutbredning visar bara vilka noder som översvämmas men det översvämmade vattnet kommer att följa markens lutning och riskerar att ansamlas i sänkor eller rinna ner i garageportar. Problemen som kan tänkas uppstå vid översvämning av dagvattensystemet behöver alltså inte uppträda precis vid den översvämmade noden utan orsakar snarare problem där vattnet ansamlas. Avbördningen av dagvatten sker huvudsakligen till ett dikningsföretags ledning och eventuella källor till vatten uppströms samhället har antagits vara noll. Skulle det inte vara fallet kan de modellerade översvämningarna vara underskattade. Flödesmätningar i dikningsföretagets ledning skulle kunna avgöra om några betydande arealer hårdgjord yta avvattnas till ledningen. De infiltrerbara ytornas avrinningskoefficient antas vara samma under samtliga regnförlopp. Den verkliga situationen är att regn med lång varaktighet eller på varandra följande regn skulle höja avrinningskoefficienten men någon hänsyn har inte tagits till detta. Antagandet kan leda till en underskattning av översvämningsproblemet. I den tekniska analysen av Kungshult användes en metodik där vittnesuppgifter och källargolvsnivåer användes för att bestämma storleken på den yta som bidrar med vatten till systemet. Ett alternativt sätt att bestämma arean på dessa hade varit att under en längre tid utföra 53

68 flödesmätningar i ledningsnätet samtidigt som högupplöst regndata samlades in. Det hade varit en säkrare metod och kalibreringen av modellen hade blivit trovärdigare. Metodiken som används i den här analysen är lämplig då tid och/eller resurser saknas för att utföra mätningarna. 54

69 6 Slutsatser Klimatet förändras vilket för Skånes del kommer att innebära en ökning i extrema regn, både med avseende på intensitet och på frekvens. De mest extrema regnen kommer fortfarande att inträffa på sommaren trots att Skånes totala månadsnederbörd kommer att minska under sommarmånaderna. Under vintern kommer både total månadsnederbörd och regnintensitet att öka. Ökningen i den mest extrema sommarnederbörden kommer att variera mycket från plats till plats men trots stora lokala skillnader kommer den generella ökningen att vara ca 20-40%. För Kungshults del innebär den ökade nederbörden ytterligare problem för byns dagvattenhantering. De ytor som bidrar med vatten till spillvattennätet uppgår till 0,6 ha och var dessa ytor finns anslutna till ledningsnätet måste bestämmas. Storleken på ytorna bör också valideras genom regn- och nivåmätningar samt ytterligare modellsimuleringar för att säkerställa att samtliga ytor kopplas bort och att modellen blir korrekt kalibrerad. När ytorna är identifierade och kopplade till dagvattennätet bör kapacitetshöjande åtgärder genomföras i dagvattennätet. Detta eftersom dagvattennätet i dess nuvarande form inte klarar de dimensioneringskrav som idag ställs på urbana dräneringssystem. Den ökade kapaciteten innebär ett ökat flöde ut från samhället och därför måste även flödesutjämnande magasin anläggas för att skydda recipienten och områden nedströms samhället. Åtgärdsförslagen är: Rören i översvämningsdrabbade sträckor byts ut mot rör med större dimension. Magasin anläggs för att utjämna de flödesökningar större ledningsdimensioner innebär. Bräddningsledningar från översvämningsdrabbade sträckor till utjämningsmagasin och utbytta ledningar. Området bör dessutom planeras för kontrollerade marköversvämningar i de fall då dagvattensystemet trots allt svämmas över så att risken för skador på människor och egendom kan minimeras. 55

70 56

71 7 Förslag till vidare arbete Eslövs kommun bör vidare utvärdera Kungshults situation genom att installera vippmätare som kan producera högupplöst regndata samt placera ut nivåmätare i ledningsnätet som får registrera data under en längre tid. Mätningarna bör ske under olika tider på året för att kunna registrera regn med olika regnintensitet och dessutom då markförhållandena är olika. Därför bör mätningarna genomföras både under vintern då grönytorna kan förväntas ha en större avrinning och under sommaren då de häftigaste regnen kan förväntas inträffa. Nivåmätarna bör placeras i både dag- och spillvattennätet och i första hand i knutpunkter där flera ledningar möts. Även i pumpgropen dit allt spillvatten rinner bör det installeras en nivåmätare som får registrera data under en längre period. Dessa data kan sedan utnyttjas för att ytterligare validera modellen. Vad gäller dagvattenmodellen kan man med dessa mätningar visa om modellen framtagen i det här examensarbetet är korrekt kalibrerad och vad gäller spillvattenmodellen kan det visas om den mängd hårdgjord yta (0,6 ha) som konstaterats som felaktigt ansluten stämmer. Möjligheterna till ett LOD-system där dagvattnet omhändertas genom infiltration och/eller trög avledning via svackdiken och fördröjningsmagasin bör undersökas. För att avgöra vilka metoder som ska användas krävs en hydrogeologisk undersökning som kan visa platsens lämplighet för infiltrationsanläggningar. Åtgärderna på dagvattennätet syftar till att göra Kungshult mer förberett för framtida extremregn. Viktigt är att man vid dimensionering av dessa system tar klimatförändringarna i beaktning och har en större säkerhetsmarginal i sina beräkningar. Området bör planeras för kontrollerad marköversvämning i de fall då dagvattennätet trots allt inte räcker till. Kungshult kan utgöra en bra plats för att utföra ytterligare undersökningar gällande extrema regn. Att två så extrema regn som det här examensarbetet tar upp inträffar två år i rad kan antyda att de högre regnintensiteterna redan är här men om så är fallet och om denna ökning i så fall är statistiskt signifikant får vidare analyser svara på. 57

72 58

73 Litteraturförteckning Allan, R. P., & Soden, B. J. (2008). Atmospheric Warming and the Amplification of Precipitation Extremes. Science Vol. 321 no. 5895, Arnbjerg-Nielsen, K. (2006). Significant climate change of extreme rainfall in Denmark. Water Science and Technology, 54 (6-7), 1-8. Ashley, R., Balmforth, D., Saul, A., & Blanksby, J. (2005). Flooding in the future - predicting climate change, risks and responses in urban areas. Water Science and Techonology, Astrup, M., Førland, E., Roald, L. A., & Skaugen, T. (2003). Scenarios of extreme daily precipitation for Norway under climate change. Nordic Hydrology, 35 (1), Bengtsson, L. (2008-1). Extrema dygnsregn och trender i Skåne och på västkusten. Vatten 64, Bengtsson, L. (2008-2). Korrespondens via Berggren, K. (2007). Urban Drainage and Climate Change - Impact Assessment. Division of Architecture and Infrastructure from the department of Civil, Mining and Environmental Engineering at Luleå University of Technology. Dahlström, B. (2006). Regnintensitet i Sverige - en klimatologisk analys. VA-FORSK Nr DHI. (2006). Regneark til bestemmelse af regnkurver og CDS-regn. Styregruppen for Spildevands komitéens Regnmålersystem. Grum, M., Jørgensen, A., Johansen, R., & Linde, J. (2006). The effect of climate change on urban drainage: an evaluation based on regional climate model simulations. Water Science and Technology, 54 (6-7), Hernebring, C. (2006). 10-årsregnets förekomst, förr och nu - regndata för dimensionering/kontrollberäkning av VA-system i tätorter. VA-forsk Nr IPCC. (2007). Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Summary for Policymakers, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the IPCC. IPCC. Linderson, M.-L. (2003). Spatial distribution of meso-scale precipitation in Scania, southern Sweden. Lund, Sweden: Department of Physical Geography and Ecosystem Analysis, Lund university. Lundqvist, J. (2007). Miljöforskning - Formas tidning för ett uthålligt samhäle. Hemsidan uppdaterad och hämtat

74 Mailhot, A., Duchesne, S., Caya, D., & Talbot, G. (2007). Assessment of future change in intensity-duration-frequency (IDF) curves for Southern Quebec using the Canadian Regional Climate Model (CRCM). Journal of Hydrology (347), Semadeni-Davies, A. (2003). Response surfaces for climate change impact assessments in urban areas. Water Science and Technology, 48 (9), Semadeni-Davies, A., Hernebring, C., & Svensson, G. (2008). The impacts of climate change and urbanisation on drainage in Helsingborg, Sweden: Combined sewer system. Journal of Hydrology (350), SMHI Rossby centre. (2007). Hemsidan uppdaterad och hämtat SMHI, Rossby Centre. (2008). Korrespondens via Referens: Michael af Sandeberg. Svenskt vatten. (2007). Klimatförändringarnas inverkan på allmänna avloppssystem - Underlagsrapport till Klimat- och sårbarhetsutredningen. VA-forsk M134. Svenskt vatten. (2004). VAV P90 - Dimensionering av allmänna avloppsledningar. Vikström, M., Gustafsson, L.-G., German, J., & Svensson, G. (2004). Dagvattendammars avskiljningsförmåga - påverkande faktorer och metodik för bedömning. Stockholm: VA-FORSK Nr

75 Appendix Appendix 1 Översvämningsutbredning och trycknivåer i dagvattenmodellen. Översvämningsutbredning och trycknivåer i sträckan södra Hasslerödsvägen-Vännbergavägen (se Figur 25) redovisas för vart och ett av de testade regnen i dagvattenmodellen. I figurerna med översvämningsutbredning indikeras trycknivå över marknivå med svart nod, kritisk trycknivå (40 cm under markytan) med mörkgrå nod och trycknivå under kritisk nivå med ljusgrå nod. 5-års blockregn med 10 minuters varaktighet 61

76 5-års blockregn med 30 minuters varaktighet 62

77 10-års blockregn med 10 års varaktighet 63

78 10-års blockregn med 30 minuters varaktighet 64

79 10-års blockregn med 60 minuters varaktighet 65

80 5-års CDS-regn med 10 minuters intensitetstopp 66

81 10-års CDS-regn med 10 minuters intensitetstopp 67

82 10-års CDS-regn med 30 minuters intensitetstopp 68

83 Uppmätt regn från 29/

84 Uppmätt regn från 20/

85 10-års CDS-regn med 10 minuters intensitetstopp förstärkt med 20 % 71

86 10-års CDS-regn med 10 minuters intensitetstopp förstärkt med 40 % 72

87 Appendix 2 Marköversvämningarnas utbredning

88 Appendix 3 Sammanfattande artikel av examensarbetet Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät -Adapting the sewer network of Kungshult to a changing climate Håkan Emanuelsson Vattenförsörjnings- och Avloppsteknik, institutionen för Kemiteknik, Lunds Tekniska Högskola. Abstract Flooding in urban areas has increased and due to this fact extensive research about the effects of climate change on extreme rainfall is being done. This study is an attempt to determine how large the increase of extreme rainfall will be in Scania, Sweden. Through a literature study it is found that the recurrence interval of extreme rainfall will be at least halved during the next century, corresponding to an increase of rain intensities of approximately %. Through hydraulic modeling, the impacts of a changing climate on the sewer network of village Kungshult are analyzed. Flooding in both the storm- and wastewater systems have occurred during summer storms the last years. The analysis of the storm water model show that flooding is to expect every 5 years today and even more often in the future. With larger pipe dimensions and basins in the most flooded areas, the system will be well prepared for future extreme rainfall. In the wastewater system, a total of 0.6 ha of impervious surfaces are connected, causing flooded basements during extreme rainfall. These surfaces need to be found and connected to the storm water system to prevent further flooding in basements. Keywords: Climate change, extreme rainfall, flooding, MOUSE, storm water Nyckelord: Klimatförändringar, extremregn, översvämning, MOUSE, dagvatten Introduktion Översvämningar i bebyggda områden har ökat de senaste åren (Ashley, Balmforth, Saul, & Blanksby, 2005) och den stora frågan är givetvis varför? Den internationella klimatpanelen IPCC gav 2007 ut en rapport om klimatförändringarnas effekter där det fastslås att en ökning av regnintensitet och frekvens av extrema regn är att förvänta (IPCC, 2007) och det är dessa högintensiva regn som i regel orsakar översvämningsproblem. Denna studie syftar till att utreda hur klimatförändringarna effekter påverkar nederbördssituationen i Skåne och till att ge en uppskattning på den ökning av regnintensitet som kan förväntas under kommande sekel. De ökande översvämningarna är något som byn Kungshult i Eslövs kommun märkt av de senaste åren. Både år 2005 och 2006 drabbades man av mycket högintensiva regn med omfattande översvämningar som följd. Både dag- och spillvattennätet översvämmades vid bägge tillfällena med mark- respektive källaröversvämningar som följd. Genom hydraulisk modellering analyseras Kungshults dag- och spillvattennät för att finna orsakerna till översvämningarna och för att avgöra vilka problem som kan tänkas uppstå med framtidens nederbördssituation. 74

89 Metod Genom en litteraturstudie dras slutsatser om hur Skånes nederbördssituation förändras. Studierna är dels analyser av uppmätt data där trender analyseras och dels analyser med framtidsscenarion på globala och regionala klimatmodeller. Efter en sammanvägning av samtliga studier antas två framtidsscenarion för Skåne som används i den tekniska analysen. Kungshults avloppsnät analyseras genom hydraulisk modellering i programmet MOUSE 1. Två modeller byggs upp, en för dagvattennätet och en för spillvattennätet och analysmetoderna för de båda modellerna skiljer sig åt. I dagvattenmodellen kopplas ett avrinningsområde med en area och en avrinningskoefficient till varje nod 2. Arean och avrinningskoefficienten på varje avrinningsområde bestäms utifrån ett flygfoto över samhället. Modellen körs sedan med 12 olika regn uppbyggda på olika sätt. 1. Blockregn konstruerade enligt svensk dimensioneringsstandard med Dahlströms formel (Zvärde=16) (Svenskt vatten, 2004). 2. CDS-regn 3 uppbyggt med ett danskt program kalibrerat för Köpenhamnsregionen som antas beskriva skånska förhållanden väl (DHI, 2006). CDS-regn är designregn som är populära att använda vid modellering eftersom de jämfört med blockregn bättre efterliknar ett verkligt regn. 3. Verkliga regn från 29/7-05 och 20/8-06 som gett upphov till översvämningar i Kungshult. Regndata för dessa tillfällen kommer från en regnmätare från Eslövs stadshus. 4. Framtida designregn som konstrueras utifrån resultatet av litteraturstudien. Då de 12 olika regnen körts görs en gradering av regnen som baseras på hur allvarlig översvämning varje regn gett upphov till. På så vis kan slutsatser dras om hur allvarliga händelser de uppmätta regnen har varit och hur mycket större översvämningar som framtida designregn ger upphov till i förhållande till dagens dimensionerande regn. Utifrån resultaten ges till sist förslag på åtgärder som skulle göra Kungshult mer skyddat från framtida översvämningar. Eftersom även spillvattennätet dämmer upp vid kraftiga regn med källaröversvämningar som följd tillförs på något vis dagvatten till spillvattennätet men enligt uppgift ska inga hårdgjorda ytor vara anslutna till spillvattennätet. Därför utförs analysen av spillvattenmodellen med syftet att bestämma hur stor hårdgjord yta som på något vis bidrar med vatten till spillvattennätet. Modellen körs med det uppmätta regnet från 29/7-05 och stegvis ansluts hårdgjorda ytor till en nod i spillvattennätet. Trycknivån i systemet jämförs med källargolvsnivåerna i samhällets översvämningsdrabbade fastigheter och på så vis bestäms hur stor hårdgjord yta det ovidkommande vattnet i spillvattennätet motsvarar. 1 MOUSE - Modelling Of Urban SEwers. 2 Nod - geografisk punkt. I modellerna består noderna av nedstigningsbrunnar, pumpstationer och utlopp 3 CDS - Chicago Design Storm 2

90 Resultat Klimatförändringarnas påverkan på extrema regn Det senaste seklet har det skett en allmän temperaturökning i Sverige vilket har inneburit att årsnederbörden i landet har stigit (se Figur 1) (Svenskt vatten, 2007). Figur 1. Årsnederbördens ökning i Sverige under 1900-talet. Används med tillstånd från Svenskt vatten (2004) En ökande årsnederbörd innebär en risk för ökande extremregn eftersom det är statistiskt bevisat att det finns ett samband mellan de båda måtten. Det är däremot inte möjligt att uppskatta ett extremregns storlek på en viss ort endast genom uppgifter om platsens årsnederbörd eftersom observationspunkternas spridning är för stor (Bengtsson, ). Trendanalyser från det europeiska klimatsamarbetet ECSN 4 visar en svagt ökande trend av extrema regn i norra Europa men att endast 20 % av de studerade mätstationerna har statistiskt signifikant ökning (Dahlström, 2006). Liknande trendanalyser i Sverige visar inga tydliga trender mot vare sig en ökning eller minskning av extrema regn (Dahlström, 2006) (Hernebring, 2006) men i Danmark har man visat en statistiskt signifikant ökning av extremregn i hela landet. Trenden är som tydligast för korta, intensiva regn som normalt är de som blir dimensionerande för dagvattennät. Dessutom är trenden som starkast på Själland (Arnbjerg-Nielsen, 2006) vilket är intressant vid studier på Skånes situation. Studier om framtida extremregn med hjälp av klimatmodeller är osäkert eftersom de regn som normalt sett blir dimensionerande i dagvattensammanhang är korta, intensiva sommarregn som anses vara lokala (Bengtsson, ). Denna typ av regn beskrivs dåligt av klimatmodellerna på 4 ECSN - European Climate Support Network 3

91 grund av deras något för låga upplösning (Berggren, 2007). RCA3, den svenska klimatmodellen utvecklad av SMHI vid Rossby Centre, visar att temperaturen och årsnederbörden kommer att fortsätta stiga under kommande sekel. Däremot kommer den totala sommarnederbörden i södra Sverige att minska men trots detta kommer sommarextremerna att öka och även i fortsättningen vara de regn som blir dimensionerande (SMHI Rossby centre, 2007). Analyser på den danska klimatmodellen HIR-HAM visar även den på en kraftig ökning av extrem nederbörd, det vill säga en minskning av återkomsttiden (se Figur 2). Figur 2. Återkomsttiden för olika regn i framtiden som funktion av återkomsttiden i dagsläget. Exemplet behandlar regn med en timmes varaktighet. Med tillstånd från Grum et. al. (2006). Figuren visar exempelvis att det som idag är ett 10-årsregn är ett regn med 3,5 års återkomsttid under perioden Det vill säga en minskning av återkomsttiden med en faktor 3. Ytterligare studier pekar åt samma håll, mot en framtid där extrema regn uppträder betydligt oftare än idag. Med samtliga studier sammanvägda är det rimligt att anta att återkomsttiden för dimensionerande regn i Skåne åtminstone kommer att halveras under kommande sekel men siffrorna är osäkra. Mot bakgrund av detta används två framtidsscenarion i den tekniska analysen av Kungshults avloppssystem: regnintensiteten på ett designregn med 10 års återkomsttid ökas med 20 respektive 40 %. Kungshult Modellen över Kungshults dagvattensystem har körts med de 12 regn som beskrivits ovan och det visade sig att 10 av dem visade trycknivåer över marknivå, det vill säga översvämning. Regnen graderades efter högsta trycknivå i relation till marknivå de gav upphov till och resultatet redovisas i Tabell 1. 4

92 Trycknivå (m) Klimatanpassning av Kungshults avloppsnät Tabell 1. Gradering av de undersökta regnen utifrån högsta trycknivå över marknivå. Gradering Regn Översvämmade noder Trycknivå över marknivå 1 Verkligt regn från den 20/ ,72 2 Verkligt regn från den 29/ , års CDS-regn förstärkt med 40 % 26 0, års CDS-regn förstärkt med 20 % 17 0, års blockregn med 10 min varaktighet 19 0, års CDS-regn med 10 min intensitetstopp 15 0, års CDS-regn med 10 min intensitetstopp 9 0, års blockregn med 30 min varaktighet 9 0, års blockregn med 10 min varaktighet 10 0, års CDS-regn med 30 min intensitetstopp 2 0,05 Förutom högsta trycknivå över marknivå redovisas också antalet översvämmade noder vilket är ett mått på översvämningsutbredningen och det finns ett tydligt samband mellan de båda måtten. Det visar sig att de båda verkliga regnen varit mycket extrema händelser och de ger i modellen upphov till de värsta översvämningarna. Noterbart är också att de båda framtidsscenariona ger upphov till kraftigare översvämningar än dagens designregn. Även designregn leder till trycknivåer över marknivå och modellberäkningarna antyder att Kungshults avloppsnät översvämmas med en ungefärlig återkomsttid av knappt 5 år. Genom att byta ut rören i de värst drabbade ledningssträckorna till rör av en större dimension samt genom att anlägga två stycken flödesutjämnande magasin så är Kungshult dimensionerat för ett 10-års designregn förstärkt med 40 %. Till analysen av spillvattennätet används källargolvsnivåerna hos 7 översvämningsdrabbade fastigheter. Dessa nivåer jämförs med de trycknivåer som uppstår i systemet då hårdgjorda ytor stegvis kopplas till spillvattenmodellen (se Figur 3). 97,6 97,1 96,6 96,1 95,6 95,1 Trycknivåer Källargolv 1 och 7 Källargolv 2 Källargolv 3,4,5 och 6 94,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Mängd hårdgjord yta (ha) Figur 3. Trycknivå i spillvattenmodellen som funktion av mängden hårdgjord yta ansluten till modellen. De vågräta linjerna visar källargolvsnivåerna i översvämningsdrabbade fastigheter. 5

93 Eftersom samtliga 7 fastigheter vid det givna regntillfället drabbats av källaröversvämning så motsvarar det vatten som tog sig in i spillvattennätet vid detta tillfälle åtminstone 0,6 ha. Vattnet tar sig troligen in i systemet i Kungshults västra delar eftersom dagvattenmodellen visar att mer omfattande översvämningar än vad som rapporterats borde inträffat i denna del av byn. Kopplas 0,6 ha hårdgjorda ytor bort från dagvattenmodellen i det givna området sjunker trycknivåerna och översvämningsutbredningen till en nivå där det är troligt att de boende inte larmar om marköversvämning till kommunen. De mest troliga källorna till det ovidkommande vattnet i spillvattenledningen är felaktigt anslutna takytor, inläckage via otäta brunnslock i marknivå då det står vatten på gatan och ett ökat läckage från dag- till spillvattenledningen då dagvattenledningen går helt full. Diskussion Metoderna för uppskattning av framtidens extremregn, trendanalyser och studier på klimatmodeller, är båda något osäkra. Då man extrapolerar trender antas trenden fortsätta oförändrad in i framtiden vilket är ett osäkert antagande eftersom förutsättningarna hela tiden förändras. Klimatmodellerna beskriver det storskaliga klimatet väl men de regn som normalt sett blir dimensionerande är lokala sommarregn. Det storskaliga klimatet har liten påverkan på hur denna nederbörd fördelar sig geografiskt och det är därför svårt att uppskatta de korta, intensiva regnen med hjälp av klimatmodeller. Ytterligare orsaker med klimatmodeller är att de är kalibrerade mot högupplöst regndata. De vippmätare man använder sig av för att samla in nederbördsdata beskriver normala regn väl men tenderar att underskatta extrema regn (Bengtsson, ). Det finns resultat från studier där man kalibrerat klimatmodeller med hjälp av satellitmätningar som tyder på att klimatmodellerna underskattar de mest extrema regnen och att framtidens nederbörd kommer att bli ännu kraftigare än som hittills förutsetts (Allan & Soden, 2008). Den största osäkerheten i analysen av Kungshults dagvattennät är att modellen inte är kalibrerad mot flödesmätningar i ledningsnätet. Genom flödesmätningar och insamlande av högupplöst regndata hade modellens kalibrering förbättrats vilket hade höjt säkerheten i resultatet. Liknande mätningar i spillvattennätet hade också förbättrat den modellens kalibrering och de hårdgjorda ytor som är anslutna till nätet hade säkrare kunnat bestämmas. Flödesmätningar hade varit en bättre metod för att bestämma storleken på ytorna men då tid och resurser saknas är metoden med stegvis anslutning av ytor som använts i det här arbetet ett lämpligt alternativ. Fördelen med flödesmätningar är att man kan beräkna mängden hårdgjord yta för flera olika typer av regn och därmed vilken responstid mellan regn och ledningsflöde som finns. På så vis skulle det ovidkommande vattnets ursprung kunna bestämmas. Slutsatser Slutsatserna från arbetet är: På grund av klimatförändringarna kommer återkomsttiden för de dimensionerande regnen att halveras. Räknat i regnintensitet innebär detta en trolig ökning med %. I Kungshult kommer det till spillvattennätet in vatten motsvarande 0,6 ha hårdgjorda ytor. De ökande regnintensiteterna innebär att källaröversvämningarna kommer att öka om inte problemen med dagvatten i spillvattenledningen åtgärdas. 6

94 Modellberäkningarna antyder att dagvattennätet översvämmas med knappt 5 års återkomsttid. Utan åtgärder kommer översvämningar att uppträda oftare än så på grund av de ökande regnintensiteter som klimatförändringarna medför. Åtgärderna presenterade i detta examensarbete skulle innebära att Kungshults dagvattennät är dimensionerat för ett 10-årsregn vars regnintensitet har förstärkts med 40 %. Resultaten från den här studien bör valideras genom att modellerna kalibreras med flödesmätningar och insamling av regndata under en längre tid. På så sätt fås en mer välkalibrerad dagvattenmodell och den hårdgjorda yta som konstaterats som felaktigt ansluten till spillvattennätet kan valideras. Dessutom kan mätningarna hjälpa kommunen att avgöra vilken källa det ovidkommande vattnet i spillvattenledningen har. De extrema regnen 2005 och 2006 tyder på att regnintensiteterna i Kungshult ökar och orten kan därför utgöra en bra plats att utföra vidare forskning om klimatförändringarnas effekter på extrema regn på. Efterord Ett stort tack till min examinator, universitetslektor Karin Jönsson och till min handledare, professor Jes la Cour Jansen för all hjälp under arbetets gång. Examensarbetet har utförts i samarbete med Ramböll AB i Malmö där Lena Sjögren förtjänar ett stort tack för det engagemang hon har visat under hela perioden. Jag vill också tacka Katarina Westerling, Anders Horstmark och Sara Borglin på Eslövs kommun för den goda kontakten och för att jag genom hela processen har fått tillgång till alla uppgifter jag bett om utan dröjsmål. 7

95 Litteraturförteckning - Artikel Allan, R. P., & Soden, B. J. (2008). Atmospheric Warming and the Amplification of Precipitation Extremes. Science Vol. 321 no. 5895, Arnbjerg-Nielsen, K. (2006). Significant climate change of extreme rainfall in Denmark. Water Science and Technology, 54 (6-7), 1-8. Ashley, R., Balmforth, D., Saul, A., & Blanksby, J. (2005). Flooding in the future - predicting climate change, risks and responses in urban areas. Water Science and Techonology, Bengtsson, L. (2008-1). Extrema dygnsregn och trender i Skåne och på västkusten. Vatten 64, Bengtsson, L. (2008-2). Korrespondens via Berggren, K. (2007). Urban Drainage and Climate Change - Impact Assessment. Division of Architecture and Infrastructure from the department of Civil, Mining and Environmental Engineering at Luleå University of Technology. Dahlström, B. (2006). Regnintensitet i Sverige - en klimatologisk analys. VA-FORSK Nr DHI. (2006). Regneark til bestemmelse af regnkurver og CDS-regn. Styregruppen for Spildevands komitéens Regnmålersystem. Hernebring, C. (2006). 10-årsregnets förekomst, förr och nu - regndata för dimensionering/kontrollberäkning av VA-system i tätorter. VA-forsk Nr IPCC. (2007). Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Summary for Policymakers, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the IPCC. IPCC. SMHI Rossby centre. (2007). Hämtat , hemsidan uppdaterad Svenskt vatten. (2007). Klimatförändringarnas inverkan på allmänna avloppssystem - Underlagsrapport till Klimat- och sårbarhetsutredningen. VA-forsk M134. Svenskt vatten. (2004). VAV P90 - Dimensionering av allmänna avloppsledningar. 8