NEDERBÖRDSDATA VID DIMENSIONERING OCH ANALYS AV AVLOPPSSYSTEM (P104) Claes Hernebring, DHI Sverige AB Gilbert Svensson, CIT Urban Water Avrinningsförlopp inom urbana områden - korttidsnederbörd Inom urbanhydrologin, för t.ex. dimensionering av dagvattensystem, är regnförlopp/statistik i kort tidsskala (ex. 10-minuter upp till ca. 2 h) av primärt intresse. Innefattar avrinningssystemet tröga förlopp (magasinering) blir också statistik för längre regnvaraktigheter (6-24 h) viktiga att ta hänsyn till. 1
mm / 5 min 2011-04-01 Regndata och regnbearbetning - Blockregnsstatistik Regndata och regnbearbetning Varje regn utvärderas m.a.p. maximal blockregnsintensitet för olika regnvaraktighet 10 8 6 Gemla/ Regn nr:412, regnstart:30-sep-2006 17:16:01 Regnvolym:35.0 mm Maximal 5-minutsintensitet, tidp. kl:19:51 4 2 0 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 2
Nederbörsintensitet l/s,ha Blockregnsintensitet, l/s, ha 2011-04-01 Regndata och regnbearbetning Blockregnsintensiteterna utvärderas statistiskt 10 3 Blockregnvaraktighet, min:60 Data LogPearson typ 3 10 2 10 1 10-1 10 0 10 1 10 2 Återkomsttid, år Exempel på anpassning av en statistisk fördelning (log Pearson typ III) till rangordnade blockregnsintensiteter (60 min) för en datamängd som representerar 204 stationsår med kontinuerliga data, Hernebring (2006). Datapunkter är markerade med kryss, och skattade intensitetsvärden från den anpassade fördelningen är markerat med kvadrater Regndata och regnbearbetning Utvärderingsresultatet sammanfattas i intensitets-varaktighetskurvor/ekvationer 600 Återkomsttider: 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 år 500 T, år: 0.50 1.00 2.00 5.00 10.00 20.00 50.00 100.00 a:-- 1296 1737 2308 3303 4277 5563 7874 10169 b:-- 7.5 7.9 8.5 9.4 10.1 11.0 12.4 13.5 c:-- 6.8 7.8 8.8 10.3 11.9 13.2 14.5 15.8 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 Blockregnsvaraktighet, minuter Intensitets-varaktighetskurvor för samtliga regndata enl. VA-FORSK-projekt 2006-04 från 15 orter i Sverige. Återkomsttid 0.5 till 100 år. Regnvaraktighet 5 min 2 timmar. Kurvor av typen i = a/(t R +b) + c. 3
Regnstatistik-storleksordningar Återkomsttid Regnvaraktighet 10-15 minuter 24 timmar 1-årsregn ca 8 mm ca 30 mm 10-årsregn ca 15 mm ca 60 mm Blockregnstatistik vad gäller? Historik Falk (1951) Stockholmskurvorna Dahlström (1979) - Z-konceptet Hernebring (2006) data från 15 kommuner -> Sverigemedel, Z ifrågasätts Dahlström (2006) revidering av Z håller ej: alfa-beta konceptet Hernebring (2008) alfa-beta behöver justeras Dahlström (2010) molnfysikalisk revidering 4
Blockregnsvolym, mm 2011-04-01 Blockregnstatistik vad gäller? Om inte annat är känt kan samband enl. Dahlström 2010 användas Dahlström 2010 Blockregnstatistik vad gäller? Jämförelser med andra data 10-årsregn 100 10-årsregn från olika källor, referens: VA-Forsk 2006-04 - Sverigemedel (15 kommuner) minus 5% Sverigemedel plus 5% Dahlström_2010 Dahlström 1979, Z=18 Stockholm 84_06 Halmstad_1992-2008 10 1 10 100 1000 10000 Blockregnsvaraktighet, minuter 5
2011-04-01 Dimensionerande flöden från blockregnsstatistik Rationella metoden Tid/area metod Vid sammanlagring av delområden med individuella koncentrationstider/ avrinningskoefficienter/areor Rinntid, koncentrationstid, minuter Extremflöden - Datorberäkningar MAXFLÖDEN Dimensionering Använd beräkningsregn, gärna av CDS-typ MAXFLÖDEN Funktionskontroll av dimensionering enl. P90 Använd blockregn, gärna en serie blockregn Block2YDag [mu-m/s] Rainfall Intensity 12 10 8 6 4 2 0 10:00 2006-12-01 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 6
Specifik magasinsvolym, m 3 /ha_red 2011-04-01 Volymsdimensionering Volymdimensionering - utan hänsynstagande till rinntid 500 450 400 Regnstatistik: Dahlström 2010 2-årsregn 5-årsregn 10-årsregn 350 300 250 1440 720 480 360 200 150 100 240 120 60 45 30 50 0 0 5 10 15 20 25 30 Specifik avtappning, l/s, ha_red Diagram for dimensionering av utjämningsmagasin utan hänsynstagande till rinntid. Kurvorna baserar sig på intensitets-varaktighetssamband enl. Dahlström (2010). Siffrorna vid sneda streckade linjer anger den regnvaraktighet (minuter) som varit dimensionerande. 7
Volymdimensionering - Datorberäkningar Historiska regn Utvalda separata regnhändelser, observera avstånd mellan regn. CDS-regn Tillräckligt lång varaktighet Kontinuerliga regnserier Så lång att tillräckliga variationer inryms Trender och framtid Antalet fall per tioårsperiod med mycket extrem nederbörd över ett större område (minst 90 mm över arean 1000 km² under 24-timmar). Källa: smhi.se 8
Arealnederbörd Förhållningssätt inför klimatframskrivningar Den framtida differensen i årligt nederbördsmaximum - medelvärdet för årliga maxima under 30-årsperioden för nederbördsintensiteten under 30 minuter - (perioden 2071-2100 i förhållande till perioden 1961-1990). 9
Förhållningssätt inför klimatframskrivningar Tolkningsproblem Klimatscenariodata avser arealnederbörd 50*50 km 2, 25*25 km 2 Vi jämför med punkt -nederbörd, kanske representativt för någon enstaka km 2. Illustration av hur relationen mellan punktdata för regn nu och i framtiden kan analyseras med stöd av areella klimatmodelldata, Grum et.al (2005). Tolkning av SMHIs prognoser Scenariodata bygger på det globala rutnätet med sidan 50 km, dvs alla data avser en areal på 2 500 km 2 Alla värden på nederbördsintensiteter måste läsas med hänsyn till detta Arbete pågår att skala ned nederbördsdata till 5 x 5 km 2 Nedskalade data finns för bl a Stockholm 10
Klimatfaktor och SMHIs prognoser SMHI och Rossby Center arbetar kontinuerligt med att ta fram nya data om regn för de kommande 100 åren Resultaten presenteras på SMHIs hemsida, det finns bl a en klimatportal: http://www.smhi.se/klimatanpassningsportalen /klimatet-forandras/framtidens-klimat/analyseroch-data-1.5907 Här finns idag regionala prognoser för nederbörd Möjlig framtida nederbördsökning 11
Rekommendation Svenskt Vatten/FORMAS: REGNINTENSITET I EUROPA MED FOKUS PÅ SVERIGE - ETT KLIMATFÖRÄNDRINGSPERSPEKTIV 12
REGNINTENSITET I EUROPA MED FOKUS PÅ SVERIGE - ETT KLIMATFÖRÄNDRINGSPERSPEKTIV Regnintensitet och klimatförändring: Ett varmare klimat innebär att atmosfären kan innehålla mer vattenånga, vilket ger potential för ökade regnmängder. Indikationer finns, att det regnintensitetsklimat som idag finns i Centraleuropa kan komma att förekomma även i Sverige. Projektbeskrivning med en mening: KLIMATANALOGER Om det idag finns en ort någonstans i Europa med samma klimat i relevanta avseenden som orten X i Sverige kommer att få i framtiden enligt klimatscenariedata kan det vara sannolikt att X får samma regnstatistik i framtiden. VI SOM FORSKAR: Claes Hernebring, DHI Bengt Dahlström, Ombros (f.d. SMHI) Erik Kjellström, SMHI, Rossby Centre. ANVÄNDARGRUPP: Göteborg/Göteborg Vatten Västerås/Mälarenergi Växjö kommun Östersund Vatten 13
Bearbetning och analys av observerad regn- Intensitet i europeiska länder Syntes av resultat Klimatprojektioner från bl.a. det europeiska ENSEMBLES -projektet och från Rossby Centre Källa: Bengt Dahlström VAD GÖR VI I PROJEKTET?: Datainsamling från vädertjänster Källa: Bengt Dahlström 14
DATABASUPPBYGGNAD Data från enkätsvaren har överförts till enhetliga tabeller och enheter (l/s, ha) Återkomstid 0.5 100 år, varaktighet 5 min 1 dygn Visst urval har gjorts Kriterium ex.vis.: Utvärderingen ska vara baserad på en lång period, helst minst 20 års mätdata Data har kompletterats från annat håll t.ex. med känd statistik från några svenska orter Bakgrundsdata för stationsplaceringen har hämtats från E-OBS-data (ENSEMBLES) Statistik från tidsserier för dygnsnederbörd och dygnsmedeltemperatur under 60 år (1950-2009) Informationen har matats in i en databas Sammanlagt 139 stationsplaceringar från 19 europeiska länder har matats in (Status 2011-03-25) Enkätsvar - regnstatistik 15
Visualisering av höjddatabasen i E-OBS dataset. 30 20 10 0-10 -20 Tidsserier (dygns värden 1950-2009) för en gridpunkt (Göteborg) från E-OBS-data här dygnsmedeltemperatur Extracted Daily Mean Temperature, oc 30 20 10 0-10 -20 Extracted Daily Mean Temperature, oc -30-30 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2008 2009 Från de 60 åren med dygnsdata kan sedan t.ex. månadsmedelvärden räknas ut Månadsmedeltemp 1950-2009, oc 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Månad, nr 16
Regndataexempel från Slovenien Exempel från databasen Korttidsintensitet som funktion av årsmedeltemperatur 17
2010-07-01 2010-12-30 2011-07-01 2011-12-30 2012-06-30 2011-04-01 Vad skulle en ökning av årsmedeltemperaturen innebära? + 50% - 15% En ökning av årsmedeltemperaturen med 3-4 o C Fortsatt arbete Vi är här Det fortsatta arbetet går just ut på att utröna vilka faktorer som kan förklara redovisade skillnader i extremstatistiken. En viktig faktor (bland andra) är den relativa frekvensen av konvektiv resp. frontalnederbörd på den aktuella platsen. -1 Basic data phase -2-3 -4-5 -6 Compilation and synthesis of methods /database development Analysis in connection to development of general mathematical relations Develop relations to the physiography within Sweden Timescale of migration - Information from climate scenario result databases Final synthesis and analysis Möte 2010-09-24 Kommuntillämpningar bestämda Prel. delrapporteringar, avstämning Nytt möte Delrapporteringar, Slutmöte Slutrapport 18
Kommuntillämpningar Göteborg Vatten: Bräddningar och källaröversvämningar i kombinerade system Växjö: Översvämningsproblem i dagvattensystem. Mälarenergi, Västerås: Tillskottsvatten/tillrinning till avloppsverk. Östersund: Snösmältningspåverkan på tillrinningen till avloppsverk alternativt (ännu inte bestämt) dagvattenhantering i kallt klimat (som blivit varmare). Ytterligare tillämpningskommuner är tillfrågade och kan eventuellt tillkomma i ett senare skede. [m3/s] 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 Exempel på variationer i tillrinningen till Kungsängsverket i Västerås 0.5 0.0 1-8-2006 3-8-2006 5-8-2006 7-8-2006 9-8-2006 11-8-2006 13-8-2006 15-8-2006 17-8-2006 19