Översvämningskartering i Kristianstad med ny nationell höjdmodell

Transkript

1 Lantmäteriet Översvämningskartering i Kristianstad med ny nationell höjdmodell Uppdragsnummer Göteborg DHI Sverige AB GÖTEBORG STOCKHOLM VÄXJÖ LUND Org. Nr Lilla Bommen 1 Svartmangatan 18 Honnörsgatan 16 Kyrkogatan 3 Box Göteborg Stockholm Växjö Lund Tel: Tel: Tel: Tel: Fax: Fax: Fax: Fax:

2 LEDNINGSSYSTEM FÖR KVALITET ENLIGT ISO 9001:2000 Projektets namn: Översvämningskartering i Kristianstad med ny nationell höjdmodell Projekt nr: Projektledare: Ola Nordblom Beställare: Lantmäteriet Kvalitetsansvarig: Lars-Göran Gustafsson Beställarens ombud: Arne Bergquist Handläggare: Ola Nordblom, Dick Karlsson, Erik Mårtensson Granskad av / datum: Lars-Göran Gustafsson / Rapport version: Slutrapport Godkänd av kvalitetsansvarig / datum: Lars-Göran Gustafsson / i

3 Innehållsförteckning 1 Sammanfattning 1 2 Bakgrund 2 3 Syfte 2 4 Metod Allmänt Uppbyggnad av hydrauliska modeller Bearbetning av översvämningskartor Beskrivning av vallar Analyserade fall 5 6 Beskrivning av försöksområdet Översikt över höjdmodeller och hydrauliska modeller Jämförelse mellan höjdmodellerna Resultat Vallar enligt 2005 års kartering Vattennivå längdprofil Fall A C Fall C D Fall A D Fall C med 2 och 10 m upplösning i NNH Nedre delen av Helge Å med vallar enligt plan Vattennivå längdprofil Fall A C Fall A D Diskussion Förändring av översvämningsutbredningen Uppdatering av tvärsektioner med detaljerade höjddata Användning av NNH vid endimensionell översvämningskartering Begränsningar vid endimensionell översvämningskartering Slutsatser Referenser 24 Bilaga 1. Leverans av GIS-skikt 25 Bilaga 2. Översvämningskartor vid bhf för Helge Å med vallar enligt Bilaga 3. Översvämningskartor vid bhf för Helge Å med vallar enligt plan 35 ii

4 1 Sammanfattning DHI har på uppdrag av Lantmäteriet tagit fram och analyserat översiktliga översvämningskartor baserade på nya nationella höjdmodellen (NNH). Syftet med uppdraget är att testa NNH i samband med översvämningskarteringar och jämföra resultaten med motsvarande översvämningskartor baserade på en översiktlig höjdmodell. Som försöksområde har Helge Å från Torsebro till mynningen i havet valts. Underlaget i utredningen utgörs av en översiktlig hydraulisk modell uppsatt i modellverktyget MIKE 11, en översiktlig höjdmodell baserad på GSD-Höjddata 50+ och höjddata från kommunens primärkarta, samt nya nationella höjdmodellen. Skillnaderna mellan framtagna översvämningskartor har analyserats både i fallen med och utan uppdatering av höjderna i tvärsektionerna i den hydrauliska modellen, samt med vallar enligt 2005 års utbyggnad respektive enligt planerad slutlig utbyggnad. Resultaten från studien leder till följande slutsatser: NNH medförde inga stora förändringar av översvämningsutbredningen i Kristianstad centralort jämfört med den översiktliga höjdmodellen för bhf. Detta beror på att differensen mellan höjdmodellerna var relativt liten (0-0,4 m) i detta område p.g.a. att den översiktliga höjdmodellen baseras på höjddata från primärkartan. På sträckan mellan Hammarsjön och mynningen i havet där översvämningsytan sträcker sig över områden där den översiktliga höjdmodellen härrör från GSD-Höjddata 50+ blir skillnaderna i översvämningsutbredning betydande. Resultaten visar att översvämningsutbredningen ökar i vissa områden och minskar i andra vid övergång från den översiktliga höjdmodellen till NNH. Vid jämförelser mellan höjdmodellerna går det att urskilja ett rutnät med systematiska skillnader mellan modellerna, där NNH ligger högre än den översiktliga höjdmodellen i vissa delar av området och lägre i andra. Uppdatering av tvärsektionernas höjder på flodplanet med detaljerade höjddata hade generellt sett liten effekt på vattennivåerna och översvämningsutbredningen. Uppdateringen av tvärsektionerna med detaljerade höjddata gav betydligt mindre effekt på översvämningsutbredningen jämfört med bytet av den översiktliga höjdmodellen mot NNH vid generering av översvämningsytan. 1

5 2 Bakgrund Lantmäteriets pågående arbete med att framställa en ny rikstäckande höjdmodell genom laserskanning innebär att höjdmodeller med hög upplösning och hög noggrannhet 1 kommer att finnas tillgängliga över i stort sett hela landet inom några år. Syftet med nya nationella höjdmodellen (NNH) är i första hand att tillgodose samhällets behov av bra höjddata för klimatanpassningsåtgärder, däribland kartering och analys av översvämningsrisker. NNH kommer successivt att ersätta den befintliga rikstäckande höjdmodellen GSD-Höjddata 50+ för denna typ av tillämpningar. I de översiktliga översvämningskarteringar som Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB) har låtit utföra i ca 70 vattendrag i Sverige sedan slutet av 1990-talet har höjddata huvudsakligen hämtats från GSD-Höjddata 50+. I tätbebyggda områden har GSD-Höjddata 50+ i vissa fall kompletterats med mer exakta höjduppgifter från kommunernas primärkartor. Primärkartans höjder är dock inte yttäckande och begränsas oftast till vägnätet i tätbebyggda områden. Därför är det GSD-Höjddata 50+ som i första hand bestämmer höjdmodellens noggrannhet i närheten av vattendragen i de översiktliga översvämningskarteringarna. Med en detaljerad 2 höjdmodell baserad på laserskanning är det möjligt att få fram en mer korrekt bild av vilka ytor som översvämmas vid en viss vattennivå, jämfört med en översiktlig höjdmodell. För att undersöka skillnaden i översvämningsutbredning mellan en detaljerad och en översiktlig höjdmodell har DHI fått i uppdrag av Lantmäteriet att ta fram och analysera översvämningskartor baserade på NNH. Som försöksområde har nedre delen av Helge å genom Kristianstad valts ut. I detta område finns sedan tidigare en översiktlig översvämningskartering. Kristianstad är dessutom särskilt intressant eftersom området är utsatt när det gäller översvämningar. För att kunna genomföra uppdraget har DHI fått tillgång till den översiktliga höjdmodellen från Kristianstad kommun, den översiktliga hydrauliska modellen från MSB, samt den hydrauliska modell som ingår i Kristianstad kommuns Flood Watch-system. Lantmäteriet har tillhandahållit NNH med 2 och 10 m gridupplösning. Framtagna översvämningskartor redovisas i figurer i denna rapport, samt levereras som GIS-skikt i rasterformat. En förteckning över levererade GIS-skikt ges i Bilaga 1. 3 Syfte Syftet med utredningen är: - att ta fram översvämningskartor för Helge Å från Torsebro till mynningen i havet baserade på nya nationella höjdmodellen - att jämföra resultaten med motsvarande kartor framtagna med en översiktlig höjdmodell - att undersöka effekterna på vattennivåerna och översvämningsutbredningen då tvärsektionerna i den översiktliga hydrauliska modellen uppdateras med höjddata från nya nationella höjdmodellen 1 Medelfel i höjd bättre än 0.5 m. 2 Detaljerad syftar här både på höjdmodellens upplösning och noggrannheten i höjdvärdena. 2

6 4 Metod 4.1 Allmänt Metodiken för generering av översvämningskartor är i grunden densamma som vid översiktlig översvämningskartering: en endimensionell hydraulisk modell (MIKE 11) används för att beräkna den högsta vattennivån längs vattendraget för en given flödesbelastning. I denna utredning används både 100-årsflödet (Q100) och det s.k. beräknade högsta flödet (bhf), vilket är de två scenarier som ingår i MSB:s översiktliga översvämningskarteringar. Den beräknade maxnivån distribueras därefter ut på höjdmodellen för att få fram motsvarande översvämningsutbredning. Översvämningskartor har genererats dels med en översiktlig höjdmodell som grund, dels med nya nationella höjdmodellen (NNH) med 2 och 10 m upplösning. De översiktliga höjdmodellerna baseras på GSD-Höjddata med 50 m gridupplösning i planet, samt höjddata från primärkartan i Kristianstad centralort. För att underlätta jämförelser mellan höjdmodellerna och mellan översvämningskartorna har den översiktliga höjdmodellen interpolerats ned till samma upplösning (10 m) som den detaljerade höjdmodellen. 4.2 Uppbyggnad av hydrauliska modeller Beräkningar av den högsta vattennivån (maxnivån) med MIKE 11 har gjorts med två hydrauliska modeller med något olika geometri i tvärsektionerna. Den ena modellen motsvarar den ursprungliga översiktliga MIKE 11-modellen där tvärsektionernas höjder på flodplanet 3 har extraherats från den översiktliga höjdmodellen. Denna modell utgör referensfall (grundfall) i jämförelserna. I den andra modellen har tvärsektionernas höjder på flodplanet extraherats från den detaljerade höjdmodellen. Den delen av tvärsektionen som skär genom den normala åfåran, d.v.s. bottenprofilen tvärs vattendraget, är identisk i modellerna. Tvärsektionernas placering längs vattendraget och avståndet mellan tvärsektionerna i originalmodellen har med några få undantag behållits utan ändring vid uppdatering av sektionerna med nya detaljerade höjddata. För de flesta sektioner har dock sträckningen från den ena sidan av vattendraget till den andra anpassats till senare versioner av MIKE 11-systemet, där tvärsektionerna inte tillåts vara vinklade vid generering av översvämningskartor. De flesta sektioner har dessutom förlängts så att hela översvämningsytan ska hamna innanför det område som sektionerna täcker in. Dessa justeringar av sektionerna (uträtning och förlängning) har att göra med olika metoder för beräkning av översvämningsutbredningen i äldre och nyare versioner av MIKE 11-systemet. Förlängningen har gjorts på ett sådant sätt att sektionernas aktiva del (bredd) inte har ändrats. För några få sektioner har det också varit nödvändigt att justera placeringen längs vattendraget för att undvika att de förlängda sektionerna korsar varandra. I de vattendrag där tvärsektionerna har justerats enligt ovan har ett nytt grundfall tagits fram utifrån den översiktliga höjdmodellen. Det innebär att de justerade sektionerna har höjdsatts på flodplanet med den översiktliga höjdmodellen. Justeringarna har inte haft någon större effekt på beräknade maxnivåer i de flesta fall. De översvämningskartor 3 Flodplan används här som benämning på den yta vid sidan om den normala åfåran som tillfälligt översvämmas i samband med höga flöden. 3

7 som har genererats för olika kombinationer av hydraulisk modell och höjdmodell (se sammanställning av analyserade fall i nästa avsnitt) jämförs dock bara med det nya grundfallet. Med denna metod säkerställer man att skillnader jämfört med grundfallet enbart beror på skillnader mellan höjdmodellerna och inte på justeringarna av sektionernas sträckning, längd eller placering. Kalibreringen av den hydrauliska modellen har inte gjorts om efter uppdatering av tvärsektionernas höjder på flodplanet med detaljerade höjddata. Bottenråheten som är den viktigaste kalibreringsparametern är därför densamma i alla modeller. Anledningen till detta är att den ursprungliga MIKE 11-modellen från den översiktliga karteringen är kalibrerad mot betydligt lägre flöden än bhf-flödet. Det innebär att nivån i vattendraget sannolikt inte har stigit så högt att flodplanets topografi har varit involverat i någon större utsträckning vid kalibreringen. Därmed finns det inte skäl att göra om kalibreringen efter uppdatering av höjderna på flodplanet. Övriga förutsättningar vid modelleringen, t.ex. beskrivning av broar, flödesbelastning, initialnivå, råhet på flodplanet mm. är identiska i alla modellkörningar. 4.3 Bearbetning av översvämningskartor När en översvämningskarta genereras med MIKE 11 kombinerar programmet information om den beräknade maxnivån med information om marknivåer från höjdmodellen. Detta görs inom ett område som definieras av tvärsektionernas utsträckning på varje sida av vattendraget. Om höjdmodellen ligger under vattenytans nivå markeras motsvarande gridruta i höjdmodellen som vattenfylld. Mellan tvärsektionerna i den hydrauliska modellen interpoleras vattennivåerna. Resultatet blir en tvådimensionell bild av översvämningsytan, trots att vattennivåerna beräknas med en endimensionell modell. Den metod som används för att generera översvämningskartor i MIKE 11 kan medföra att låglänta områden vid sidan av vattendraget markeras som översvämmade även om vattnet inte har möjlighet att ta sig dit p.g.a. naturliga eller anlagda hinder i terrängen. Av denna anledning krävs normalt en efterbearbetning av resultaten genom manuell redigering av översvämningsytorna. Svårigheten vid redigeringen är att veta vilka flödesvägar vattnet kan ta i verkligheten. Typexemplet är en översvämningsyta som sträcker sig utanför en vägbank, banvall eller liknande som går parallellt med vattendraget. Översvämningsytan kan vara korrekt i vissa fall om vattnet kan ta sig igenom vallen via t.ex. vägtrummor. I andra fall kan översvämningsytans gränser ha hamnat för långt ut. I denna utredning finns inte tillgång till den detaljinformation som krävs för att göra sådana överväganden och finredigera modellresultaten. Vid redigeringen antas därför att vattnet kan ta sig igenom vallar av olika slag i omedelbar närhet av vattendraget, dock inte skyddsvallar som har anlagts för att förhindra översvämning av ett område. Endast uppenbara felaktigheter som större isolerade översvämningsytor i låglänta områden långt från vattendraget har redigerats bort i slutresultaten. Små ytor (enstaka fyllda celler) vid sidan av vattendraget har lämnats kvar eftersom de saknar betydelse vid tolkning av översvämningsytans gränser. 4.4 Beskrivning av vallar De hydrauliska modeller som används i beräkningarna motsvarar olika omfattning på utbyggnaden av vallar i centrala Kristianstad. Den ena situationen motsvarar den utbyggnad som gällde vid 2005 års översiktliga kartering, då enbart den södra vallen mot 4

8 Hammarsjön var färdig. Den andra situationen motsvarar den slutliga utbyggnaden med vallar på både östra och västra sidan av Helge Å 4. Ur hydraulisk synvinkel innebär vallarna en begränsning av den vattenförande sektionen, vilket innebär att man får något högre beräknade vattennivåer för den slutliga utbyggnaden av vallar, jämfört med 2005 års utbyggnad. Vid generering av översvämningsytor med MIKE 11 distribueras vattennivåerna på höjdmodellen utan begränsningar av vallarna, vilket betyder att det krävs en redigering av översvämningsytorna i efterhand. Vid redigeringen förutsätts vallarnas skyddsnivå överallt vara tillräckligt hög för att hindra att vallarna överströmmas. 5 Analyserade fall I utredningen skapas översvämningskartor på fyra olika sätt enligt Tabell 1. Fall A betecknar grundfallet där både höjdmodellen och den hydrauliska modellen baseras på översiktliga höjddata (GSD-Höjddata 50+, samt kommunens primärkarta). Fall A motsvarar MSB:s översiktliga översvämningskartering för Helge Å. Fall B-D betecknar olika kombinationer av översiktlig och uppdaterad hydraulisk modell med översiktlig och detaljerad höjdmodell. Fall D är det fall som rent principiellt bör ge den mest korrekta bilden av översvämningsutbredningen eftersom den översiktliga höjdmodellen har ersatts helt och hållet med den detaljerade höjdmodellen vid framställning av översvämningskartan. Tabell 1. Redovisning av analyserade fall (Fall A-D). Pilarna markerar vilka fall som jämförs med varandra i rapporten. I de hydrauliska modellerna har tvärsektionernas höjder på flodplanet hämtats från GSD-Höjddata/Primärkartan respektive från nya nationella höjdmodellen. Hydraulisk modell (tvärsektioner) Höjdmodell GSD/Primärkarta Laserskanning GSD/Primärkarta Fall A (grundfallet) Fall B Laserskanning Fall C Fall D Jämförelsen Fall A Fall C visar vilken effekt som uppnås genom att enbart uppdatera höjdmodellen med mer detaljerade höjddata. Jämförelsen Fall A Fall D visar vilken effekt som uppnås genom att både uppdatera höjdmodellen och den hydrauliska modellen med detaljerade höjddata

9 Jämförelsen Fall C Fall D visar hur skillnaden i beräknad vattennivå med olika hydrauliska modeller påverkar översvämningsutbredningen framtagen med den detaljerade höjdmodellen. Ovanstående jämförelser bedöms vara de mest intressanta. Jämförelser där Fall B ingår är mer av teoretiskt än praktiskt intresse eftersom man vid översvämningskartering sällan har anledning att ta fram Fall B, d.v.s. enbart använda detaljerade höjddata i den hydrauliska modellen. I rapporten redovisas därför inga resultat för Fall B. Fall B ingår dock i den digitala leveransen av GIS-skikt, se Bilaga 1. 6 Beskrivning av försöksområdet 6.1 Översikt över höjdmodeller och hydrauliska modeller I Tabell 2 visas en sammanställning för de två höjdmodeller som jämförs i studien. Den översiktliga höjdmodellen baseras dels på höjddata från primärkartan, dels på GSD- Höjddata 50+. Den detaljerade höjdmodellen baseras enbart på NNH. NNH har levererats av Lantmäteriet i 2 och 10 m gridupplösning i referenssystemet RT90 2,5 gonv och höjdsystemet RH70. Ingen korrigering av höjder på skyddsvallar i NNH har gjorts eftersom uppgifter om vallarnas nivåer inte har funnits tillgängliga i utredningen. Vallarnas förutsätts överallt ligga på tillräckligt hög nivå för att förhindra översvämningar, se beskrivning av vallar i Avsnitt 4.4. Tabell 2. Höjdmodellernas ursprung, upplösning och höjdsystem. Försöksområde Översiktlig höjdmodell Detaljerad höjdmodell (NNH) Helge Å genom Kristianstad Område: från Torsebro till mynningen i Hanöbukten Ursprung: GSD-Höjddata 50+, primärkarta Upplösning i plan: 10 m Höjdsystem: RH70 Ursprung: Laserskanning (april 2010) Upplösning i plan: 2 m, 10 m Höjdsystem: RH70 Som visas i Figur 6-1 ersätter höjddata från primärkartan helt GSD-Höjddata i Kristianstad centralort. Runt Hammarsjön och längs med Helge Å söderut används också kommunal höjddata istället för GSD-Höjddata. 6

10 Figur 6-1. Dataursprung i översiktlig höjdmodell för nedre delen av Helge Å. I de randiga fälten har data hämtats från GSD-Höjddata 50+, i övrigt har höjddata hämtats från kommunens primärkarta. Randvillkoren i modellen redovisas i Tabell 3. Uppgifterna till modellen är hämtade från den översiktliga karteringen (Räddningsverket, 2005). Tabell 3. Sammanställning av randvillkor i den hydrauliska modellen. Randvillkor Nivå i havet: +1,33 m (RH 70) i kombination med bhf, m (RH 70) i kombination med Q100 Q100 Torsebro: 290 m 3 /s (från MIKE 11) Bhf Torsebro: 520 m³/s (från MIKE 11) 7

11 6.2 Jämförelse mellan höjdmodellerna I det här avsnittet redovisas kartor som visar skillnaden i detaljeringsgrad och höjdnivå mellan den översiktliga och detaljerade höjdmodellen. Differensen i höjdnivå mellan höjdmodellerna har beräknats och presenteras för utvalda delområden. Denna analys ger en indikation på inom vilka områden man kan förvänta sig en ökad respektive minskad översvämningsutbredning då den detaljerade höjdmodellen (Fall C och Fall D) används istället för den översiktliga (Fall A och Fall B). Figur 6-2 och Figur 6-3 visar skillnaden i detaljeringsgrad mellan höjdmodellerna i Kristianstad. I den översiktliga kartbilden syns tydligt den nivåsänkning som tidigare har gjorts av höjdmodellen för områden med permanent vattenspegel av modelltekniska skäl. Skillnaden i detaljeringsgrad är överlag små mellan höjdmodellerna. Detta syns även i Figur 6-4 som visar nivåskillnaden mellan modellerna. Här framgår att skillnaden generellt är mindre än 0,5 m förutom, av förklarliga skäl, där den översiktliga höjdmodellen är justerad i anslutning till vattendraget. Resultatet är väntat eftersom den översiktliga höjdmodellen baseras på relativt noggranna höjddata från primärkartan i Kristianstad. I översiktsbilden i Figur 6-5 ser man tydligare att höjdskillnaderna är små i Kristianstad centralort, jämfört med övriga delar av området. I Figur 6-5 framträder också ett rutmönster som antyder att det finns områden av varierande rutstorlek med systematiska skillnader mellan höjdmodellerna. Rutmönstret härrör sannolikt från GSD-Höjddata 50+ och inte från NNH. 8

12 Figur 6-2. Översiktlig höjdmodell baserad på GSD-Höjddata 50+ och primärkartan, gridstorlek 10 m. Figur 6-3. Detaljerad höjdmodell baserad på laserskanning, gridstorlek 10 m. 9

13 Figur 6-4. Differens mellan detaljerad höjdmodell baserad på laserskanning och översiktlig höjdmodell baserad på GSD-Höjddata 50+, gridstorlek på 10 m. Blå färg markerar områden där nivån är högre i den detaljerade höjdmodellen, medan röd färg markerar områden där nivån är lägre i den detaljerade höjdmodellen. 10

14 Figur 6-5. Differens mellan detaljerad höjdmodell baserad på laserskanning och översiktlig höjdmodell baserad på GSD-Höjddata 50+ och primärkartan, gridstorlek på 10 m. Blå färg markerar områden där nivån är högre i den detaljerade höjdmodellen, medan röd färg markerar områden där nivån är lägre i den detaljerade höjdmodellen. 11

15 7 Resultat 7.1 Vallar enligt 2005 års kartering I detta avsnitt redovisas resultat för en utbyggnad av skyddsvallar som motsvarar den situation som gällde vid 2005 års översiktliga kartering, då enbart den södra vallen mot Hammarsjön var färdig. För beräknat högsta flöde översvämmas Kristianstad centrum öster om Helge Å. Skyddsvallen mot Hammarsjön har därmed inte någon effekt på översvämningsutbredningen i detta fall. För 100-årsflödet begränsas dock översvämningen av vallen eftersom vattennivån inte når så högt att vatten kan komma innanför vallen norrifrån Vattennivå längdprofil Figur 7-1 visar vattennivån längs Helge Å för bhf med de två olika hydrauliska modellerna: Fall A (C) och Fall B (D). Skillnaderna mellan Fall A och Fall B (vallar enligt 2005) är överlag små, med en maximal nivåskillnad på ca 0,15 m. Figur 7-1 visar också att de olika utbyggnaderna av vallarna ger marginella skillnader i vattennivå. Figur 7-1. Beräknad vattennivå längs Helge Å för bhf i Fall A (C) och Fall B (D) Fall A C I Figur 7-2 och Figur 7-3 visas översvämningsutbredningen i Fall A och Fall C kring Kristianstad och vid Helge Ås mynning i havet. Kartorna är genererade med olika höjdmodeller, men med samma hydrauliska modell och man ser därför den enskilda effekten av höjdmodellen. Skillnaden mellan grundfallet (Fall A) och Fall C är liten kring Kristianstad, se Figur 7-2. Vid Helge Ås mynning är skillnaderna betydligt större, framförallt i området söder om mynningen. Överlag är översvämningsutbredningen 12

16 större för Fall C jämfört med Fall A även om det omvända förhållandet kan ses i en del områden, framförallt i de uppströms delarna av Figur 7-3. Hydraulisk modell (tvärsektioner) Höjdmodell GSD/Primärkarta Laserskanning GSD/Primärkarta Fall A (grundfallet) Fall B Laserskanning Fall C Fall D Figur 7-2. Jämförelse mellan Fall A och Fall C för bhf. 13

17 Hydraulisk modell (tvärsektioner) Höjdmodell GSD/Primärkarta Laserskanning GSD/Primärkarta Fall A (grundfallet) Fall B Laserskanning Fall C Fall D Figur 7-3. Jämförelse mellan Fall A och Fall C för bhf. 14

18 7.1.3 Fall C D I Figur 7-4 och Figur 7-5 jämförs översvämningsutbredningen mellan Fall C och Fall D kring Kristianstad och vid Helge Ås mynning i havet. Kartorna är genererade utifrån samma höjdmodell (den detaljerade) men med olika hydrauliska modeller. Skillnaderna mellan Fall C och Fall D är mycket små vilket förklaras av att skillnaden i maxnivåer mellan den ursprungliga och uppdaterade hydrauliska modellen är väldigt liten (jfr. längdprofilen i Figur 7-1). Skillnaden mellan Fall C och Fall D är begränsad till enstaka celler (10x10 m) i utbredningens periferi, vilket kräver en kraftig inzoomning av resultaten för att upptäcka. Hydraulisk modell (tvärsektioner) Höjdmodell GSD/Primärkarta Laserskanning GSD/Primärkarta Fall A (grundfallet) Fall B Laserskanning Fall C Fall D Figur 7-4. Jämförelse mellan Fall C och Fall D för bhf. 15

19 Hydraulisk modell (tvärsektioner) Höjdmodell GSD/Primärkarta Laserskanning GSD/Primärkarta Fall A (grundfallet) Fall B Laserskanning Fall C Fall D Figur 7-5. Jämförelse mellan Fall C och Fall D för bhf Fall A D Som visats i föregående avsnitt är översvämningsutbredningen i Fall C och Fall D i det närmaste identiska vilket innebär att skillnaden mellan Fall A och Fall D i princip är densamma som skillnaden mellan Fall A och Fall C, se Figur 7-2 och Figur 7-3. Jämförande kartor för Fall A D redovisas i Bilaga 2. 16

20 7.2 Fall C med 2 och 10 m upplösning i NNH Figur 7-6 visar en jämförelse mellan översvämningsytor skapade med NNH med 10 respektive 2 m gridupplösning. Höjdmodellerna ger väsentligen samma information om översvämningsytans utbredning. Skillnader mellan resultaten syns först vid kraftig inzoomning i bilden. Figur 7-6. Jämförelse mellan översvämningsytor skapade med höjdmodeller med 10 och 2 m gridupplösning för bhf. 17

21 7.3 Nedre delen av Helge Å med vallar enligt plan I detta avsnitt redovisas resultat för en utbyggnad av skyddsvallar som motsvarar den slutliga planerade utbyggnaden med vallar på både östra och västra sidan av Helge Å 5. Vallarnas skyddsnivå förutsätts vara tillräckligt hög för att hindra översvämning av de centrala delarna av Kristianstad vid beräknat högsta flöde Vattennivå längdprofil Figur 7-7 visar vattennivån längs Helge Å för bhf och Q100 med de två olika hydrauliska modellerna: Fall A (C) och Fall B (D), med vallar enligt plan. Den beräknade maxnivån är som mest ca 0,15 m högre för Fall B (D) jämfört med Fall A (C) för bhf och ca 0.2 m högre för Q100. Figur 7-7. Beräknad vattennivå längs Helge Å för bhf och Q100 i Fall A (C) och Fall B (D) Fall A C I Figur 7-8 visas översvämningsutbredningen i Fall A och Fall C. Kartorna är genererade med olika höjdmodeller, men med samma hydrauliska modell och man ser därför den enskilda effekten av höjdmodellen. Fall C ger generellt sett en något större utbredning jämfört med Fall A

22 Hydraulisk modell (tvärsektioner) Höjdmodell GSD/Primärkarta Laserskanning GSD/Primärkarta Fall A (grundfallet) Fall B Laserskanning Fall C Fall D Figur 7-8. Jämförelse mellan Fall A och Fall C för bhf. 19

23 7.3.3 Fall A D I Figur 7-9 visas Fall A och Fall D. Fall A är grundfallet baserat på översiktliga höjddata, medan Fall D är baserat på bästa tillgängliga höjddata i både den hydrauliska modellen och höjdmodellen. Skillnaderna är i princip identiska med skillnaderna i föregående avsnitt mellan Fall A och Fall C (jmf. Figur 7-8). Hydraulisk modell (tvärsektioner) Höjdmodell GSD/Primärkarta Laserskanning GSD/Primärkarta Fall A (grundfallet) Fall B Laserskanning Fall C Fall D Figur 7-9. Jämförelse mellan Fall A och Fall D för bhf. 20

24 8 Diskussion 8.1 Förändring av översvämningsutbredningen Skillnaderna mellan översvämningsutbredningen med den översiktliga och detaljerade höjdmodellen varierar avsevärt inom området. Exempelvis är skillnaderna små i Kristianstad centralort medan de är väldigt stora på sträckan mellan Hammarsjön och mynningen i havet. Att skillnaden blir så stor i den södra delen av området är en kombination av den flacka terrängen och differensen i höjdnivå på 1-3 m mellan den översiktliga och detaljerade höjdmodellen. I Kristianstad centralort är höjddifferensen betydligt mindre (0-0,4 m), vilket beror på att den översiktliga höjdmodellen baseras på relativt noggranna höjddata från primärkartan. Effekten blir att utbredningen bara förändras marginellt med den detaljerade höjdmodellen. Genom att studera differensen mellan den översiktliga och detaljerade höjdmodellen kan man på förhand (innan översvämningskartan har tagits fram) se inom vilka områden översvämningsutbredningen kommer att öka respektive minska. Det är dock inte möjligt att uppskatta hur mycket utbredningen kommer att öka/minska genom att enbart studera höjddifferensen. 8.2 Uppdatering av tvärsektioner med detaljerade höjddata När NNH används för att ta fram nya översvämningskartor i områden som tidigare har karterats med en översiktlig höjdmodell uppstår frågan om den hydrauliska modellen behöver uppdateras med nya höjddata i tvärsektionerna eller om det är tillräckligt att distribuera befintliga beräknade vattennivåer på NNH. Frågan är aktuell eftersom det fram till idag har gjorts omkring 70 översiktliga karteringar i Sverige på MSB:s uppdrag där samtliga karteringar är baserade på översiktliga höjdmodeller. Denna utredning visar att uppdatering av tvärsektionernas höjder på flodplanet med data från NNH hade relativt liten effekt på vattennivåprofilen och därmed också på översvämningsutbredningen. Det går dock inte att utesluta att effekterna på vattennivåprofilen kan vara större i andra områden. I flacka områden kan dessutom en liten nivåskillnad ge betydande skillnader i översvämningsutbredning, vilket särskilt kan motivera en uppdatering av tvärsektioner med detaljerade höjddata i flacka områden. Det finns också principiella motiv till att uppdatera tvärsektionerna i den hydrauliska modellen vid beräkning av översvämningsutbredning för bhf. Skälet är att kalibreringen av den hydrauliska modellen görs för mycket lägre flöden än bhf och därmed inte kan kompensera för eventuella fel i höjddata på flodplanet. Genom att uppdatera flodplanet i tvärsektionerna med mer detaljerade höjddata kan man därför förvänta sig att modellen ska ge ett mer korrekt resultat för extrema flöden, jämfört med ursprungsmodellen som baseras på översiktliga höjddata. Det innebär dock en relativt stor arbetsinsats och ibland praktiska svårigheter att uppdatera en befintlig översiktlig hydraulisk modell med nya höjddata på flodplanet. En del av arbetet beror på att tvärsektionerna i befintliga äldre MIKE 11-modeller måste anpassas till en ny metod för generering av översvämningskartor med MIKE 11 i nyare versioner av MIKE 11-systemet (2005 och senare). I äldre versioner av systemet skapades översvämningskartan med ett separat GIS-verktyg och var därmed helt fristående från den hydrauliska modelleringen i MIKE

25 Vid uppdatering av befintliga hydrauliska modeller bör man vara medveten om att anpassningen av tvärsektionerna i sig kan medföra förändringar av de beräknade maxnivåerna jämfört med ursprungsmodellen p.g.a. att tvärsektionernas läge i terrängen kan behöva förändras något. 8.3 Användning av NNH vid endimensionell översvämningskartering Vid användning av NNH för nedre delen av Helge Å har inga speciella problem noterats, t.ex. orimliga höjdvärden i modellen, varken vid extrahering av höjddata till tvärsektionerna eller vid distribuering av vattennivåprofilen på höjdmodellen. Jämförelsen mellan höjdmodellerna i Kristianstad centralort, där data från primärkartan ingick i den översiktliga modellen, innebar dock bara en grov kontroll av höjdmodellen. För att upptäcka höjdfel i NNH, t.ex. i områden med tät vegetation, krävs mer noggranna jämförelser, vilket ligger utanför ramen för detta projekt. En praktisk svårighet vid användning av NNH med 2 m upplösning var att det inte gick att läsa in hela höjdmodellen över området nedströms Torsebro i programvaran (MIKE 11). Det krävdes uppdelning av området i rutor om ca 30 km 2 vardera och en separat modellkörning för varje delområde. Av denna anledning studerades NNH, 2 m bara i ett litet område i centrala Kristianstad. Problemet går dock att komma runt om man använder en annan metod än standardmetoden i MIKE 11 för att distribuera ut vattennivåprofilen på höjdmodellen. För NNH med 10 m upplösning krävdes ingen uppdelning. Vad som är en tillräcklig upplösning i höjdmodellen och i den framräknade översvämningsytan bör avgöras från fall till fall. I detaljerade översvämningskarteringar i urbana områden där det finns barriärer av olika slag, t.ex. vägbankar, kan det vara befogat att använda en upplösning i plan på i storleksordningen meter. Standardupplösningen för NNH med 2 meters grid borde vara tillräcklig i de flesta fall. En generell aspekt på att använda detaljerade höjdmodeller istället för översiktliga vid höjdsättning av tvärsektioner i endimensionella hydrauliska modeller som MIKE 11 är att det kan vara mer kritiskt var i terrängen man väljer man att placera tvärsektionerna. Det beror på att de lokala variationerna i den detaljerade höjdmodellen är betydligt större än i den översiktliga höjdmodellen, vilket gör att man riskerar att få in geometrisk information som inte är representativ för den delsträcka av vattendraget som varje tvärsektion representerar. Placeringen av tvärsektioner behöver därför anpassas till hur terrängen ser ut, vilket inte har gjorts i detta projekt eftersom arbetet har utgått från en befintlig hydraulisk modell. 8.4 Begränsningar vid endimensionell översvämningskartering Som tidigare har nämnts är översvämningskartorna i denna utredning genererade utifrån en endimensionell beskrivning av vattendraget i MIKE 11. I en endimensionell modell gör modellören antaganden om hur vattnet flödar i terrängen och definierar flödesvägarna därefter. I verkligheten kan vattnet ofta ta betydligt fler flödesvägar än de som beskrivs i modellen. För en översiktlig kartering är det oftast tillräckligt med en endimensionell beskrivning av vattendraget. Det kan dock skapas resultat som kan vara svåra att tolka när alla flödesvägar inte finns med i modellen. Ett exempel som illustrerar detta visas i Figur

26 Här har metoden för generering av översvämningsytor i MIKE 11 genom interpolering av nivåer mellan sektioner medfört att vatten översvämmat en sidofåra som inte beskrivs i den hydrauliska modellen. Tvärsektion A i figuren har en vattennivå som är högre än marknivån i ett området öster om älven, vilket gör att detta område markeras som översvämmat. I området går det en liten bäck under vägen och därför skulle vattensamlingen som uppstår i verkligheten kunna sträcka sig längre söderut. Vattennivån i nedströms tvärsektion (B) är dock lägre än marknivån söder om vägen, vilket gör att det ser ut som om vattnet inte kan komma vidare. Exemplet är hämtat från en översvämningskartering för Klarälven genom Karlstad. Tvärsektion A Tvärsektion B Tvärsektion Naturlig flödesväg Figur 8-1. Figuren visar ett exempel på begränsningen med en endimensionell modell. Vid översvämningskartering i flacka områden kan det ibland vara befogat att använda en tvådimensionell hydraulisk modell som t.ex. MIKE 21, eller en kombination av MIKE 11 och MIKE 21 (MIKE Flood). I MIKE 21 räknar modellen själv ut flödesvägarna, vilket är en stor fördel när vattnet på det översvämmade flodplanet kan ta olika vägar beroende på hur högt vattennivån stiger, d.v.s. när problemet övergår till att bli tvådimensionellt. 23

27 9 Slutsatser Resultaten från utredningen leder till följande slutsatser: NNH medförde inga stora förändringar av översvämningsutbredningen i Kristianstad centralort jämfört med den översiktliga höjdmodellen för bhf. Detta beror på att differensen mellan höjdmodellerna var relativt liten (0-0,4 m) i detta område p.g.a. att den översiktliga höjdmodellen baseras på höjddata från primärkartan. På sträckan mellan Hammarsjön och mynningen i havet där översvämningsytan sträcker sig över områden där den översiktliga höjdmodellen härrör från GSD-Höjddata 50+ blir skillnaderna i översvämningsutbredning betydande. Resultaten visar att översvämningsutbredningen ökar i vissa områden och minskar i andra vid övergång från den översiktliga höjdmodellen till NNH. Vid jämförelser mellan höjdmodellerna går det att urskilja ett rutnät med systematiska skillnader mellan modellerna, där NNH ligger högre än den översiktliga höjdmodellen i vissa delar av området och lägre i andra. Uppdatering av tvärsektionernas höjder på flodplanet med detaljerade höjddata hade generellt sett liten effekt på vattennivåerna och översvämningsutbredningen. Uppdateringen av tvärsektionerna med detaljerade höjddata gav betydligt mindre effekt på översvämningsutbredningen jämfört med bytet av den översiktliga höjdmodellen mot NNH vid generering av översvämningsytan. 10 Referenser Räddningsverket (2005). Översiktlig översvämningskartering längs Helge å, sträckan Stensjön till mynningen i Hanöbukten samt Almaån sträckan Finjasjön till mynningen i Helge å samt Vramsån sträckan Årröd till mynningen i Helge å. Rapport nr 48,

28 Bilaga 1. Leverans av GIS-skikt Tabellen nedan visar en sammanställning över levererade GIS-skikt. Resultaten levereras i ArcGIS rasterformat i RT90 2,5 gonv / RH 70 och är redigerade enligt beskrivningen i rapporten. Redigerade skikt saknar information om vattennivån. Därför innehåller leveransen även oredigerade rasterfiler i ascii-format, där nivåinformationen finns med. Notera att resultat för NNH med 2 m gridupplösning endast har tagits fram i ett litet område i Kristianstad. Ingen redigering av översvämningsytan har gjorts i dessa filer. Vallar år DEM Modell Belastning Beteckning enl. offert Beteckning enl. rapport Namn på raster för leverans 2005 DEM05 M05r Bhf Punkt 2 Fall A bhf D05_M05r_BHF 2005 DEM05 M05r Q100 Punkt 2 Fall A Q100 D05_M05r_Q NNH10 M05r Bhf Punkt 2 Fall C bhf N10_M05r_Bhf 2005 NNH2 M05r Bhf Punkt 2 Fall C bhf N2_M05r_Bhf_1, N2_M05r_Bhf_ DEM05 M05x Bhf Punkt 3.2 Fall B bhf D05_M05x_Bhf 2005 NNH10 M05x Bhf Punkt 3.2 Fall D bhf N10_M05x_Bhf 2005 NNH2 M05x Bhf Punkt 3.2 Fall D bhf N2_M05x_Bhf_1, N2_M05x_Bhf_ DEM05 M09r Bhf Punkt 1 Fall A bhf D05_M09r_Bhf NNH10 M09r Bhf Punkt 1 Fall C bhf N10_M09r_Bhf NNH10 M09r Q100 Punkt 1 Fall C Q100 N10_M09r_Q DEM05 M09x Bhf Punkt 3.1 Fall B bhf D05_M09x_Bhf NNH10 M09x Bhf Punkt 3.1 Fall D bhf N10_M09x_Bhf NNH10 M09x Q100 Punkt 3.1 Fall D Q100 N10_M09x_Q100 Beteckning höjdmodeller DEM05 Höjdmodell i 2005 års översiktliga kartering, primärkarta/gsd-höjddata50+, 10 m grid, RT90/RH70 NNH10 NNH, 10 m upplösning, RT90/RH70 NNH2 NNH, 2 m upplösning, RT90/RH70 Beteckning hydrauliska modeller M05r Grundfall, tvärsektioner höjdsatta med DEM05 och våta sektionen i originalmodellen, vallar enl M05x Tvärsektioner höjdsatta med NNH2 och våta sektionen i originalmodellen, vallar enl M09r Som M05r, men slutlig utbyggnad av vallar M09x Som M05x, men slutlig utbyggnad av vallar 25

29 Bilaga 2. Översvämningskartor vid bhf för Helge Å med vallar enligt 2005 Fall A och Fall C i Helge Å Kristianstad: 26

30 Fall A och Fall C Helge Å söder om Kristianstad: 27

31 Fall A och Fall C Helge Å utlopp: 28

32 Fall C och Fall D i Helge Å Kristianstad: 29

33 Fall C och Fall D Helge Å söder om Kristianstad: 30

34 Fall C och Fall D Helge Å utlopp: 31

35 Fall A och Fall D i Helge Å Kristianstad: 32

36 Fall A och Fall D Helge Å söder om Kristianstad: 33

37 Fall A och Fall D Helge Å utlopp: 34

38 Bilaga 3. Översvämningskartor vid bhf för Helge Å med vallar enligt plan Fall A och Fall C i Helge Å Kristianstad: 35

39 Fall A och Fall C Helge Å söder om Kristianstad: 36

40 Fall A och Fall C Helge Å utlopp: 37

41 Fall A och Fall D i Helge Å Kristianstad: 38

42 Fall A och Fall D Helge Å söder om Kristianstad: 39

43 Fall A och Fall D Helge Å utlopp: 40