Regninput – hvad kan vi regne med

1. REGNINPUT – HVAD KAN VI REGNE MED? EVA TEMAMØDE 21. MAJ 2015, NYBORG: DET URBANE VANDKREDSLØB SØREN THORNDAHL, AALBORG UNIVERSITET

2. Indhold • Dimensionering af regnvandsledninger • Niveau 1 jf. SVK Skrift 27 • Rationel metode, Tid-areal metoden, IDF-kurver, kasseregn • Kapacitetsanalyse af regnvandssystemer • Niveau 2 og 3 jf. SVK Skrift 27 • Model simuleringer, CDS-regn, Historiske regnserier • Analyse af kritiske regnhændelser – herunder oversvømmelser • Niveau 3 jf. SVK Skrift 27 • Historiske regnserier • Nyt inden for måling af regn og statistik på regn • Vejrradarmålinger, Fladeregn, Prognosticering af regn, Vejrmodeller 2

3. Dimensionering af regnvandsledninger Niveau 1: kasseregn • Metode: Tid-Areal metoden eller rationel metode (i bund og grund bare forskellige metoder til beregning af den mest kritiske koncentrationstid) 𝑄 = 𝑖(𝑡 𝑟, 𝑇) ∙ 𝐹𝑟𝑒𝑑 ∙ 𝑓 • 𝑄 er den dimensionsgivende vandføring • 𝑖(𝑡 𝑟, 𝑇) er den dimensionsgivende regnintensitet som afhænger af regnvarigheden 𝑡 𝑟og gentagelsesperioden 𝑇 • 𝐹𝑟𝑒𝑑 er det reducerede areal (det befæstede areal ganget med hydrologisk reduktionsfaktor) • 𝑓 er sikkerhedsfaktoren (Multiplikation af klimafaktor, fortætningsfaktor og modelusikkerhedsfaktor) • Den dimensionsgivende vandføring er ligefrem proportional med regnintensiteten 3

4. Dimensionering af regnvandsledninger Niveau 1: Kasseregn • Dette benævnes beregningsniveau 1 i SVK Skrift 27 • Her forudsætter det at man kender koncentrationstiden! • Jo længere koncentrationstid i afløbssystemet jo længere dimensionsgivende regnvarighed • Baseres på Intensity-Duration-Frequency, IDF-kurver • I en model kan afløbssystemet regnes igennem med en konstant regnintensitet svarende til en given varighed og gentagelsesperiode. SVK Skrift 28 4

5. Dimensionering af regnvandsledninger Niveau 1: Kasseregn • IDF-kurver/regnrækker/kasseregn for specifikke lokaliteter og gentagelsesperioder kan genereres vha. regneark tilhørende SVK skrifter 28 og 30 • Kasseregn kan klimafremskrives ved at gange med en klimafaktor 5

6. Kapacitetsanalyse af regnvandssystemer Niveau 2: CDS-regn • SVK Skrift 27: Beregningsniveau 2. Dynamisk model kombineret med CDS- regn. Analyse af forholdsvis ukomplicerede afløbssystemer. • Chicago Design Storm (CDS) • En metode til at sammensætte kasseregn, så at alle regnvarigheder kan gennemregnes på én gang i stedet for at skulle beregne forskellige regnvarigheder igennem en af gangen • Baserer sig på at kun én regnvarighed giver den højeste vandstand i et punkt i systemet. • CDS-regn for specifikke lokaliteter og gentagelsesperioder kan genereres vha. regneark tilhørende SVK skrifter 28 og 30 6

7. 1,0 10,0 100,0 1 10 100 1000 Intensitet[mm/s] Varighed [min] Opbygning af CDS-regn Regnrække: T=10 år Beregningseksempel på ulige minuttal 1 min: 51.8 𝜇𝑚/𝑠 3 min: 3∙41.6−51.8 2 = 36.5 𝜇𝑚/𝑠 5 min : 5∙35.1−2∙36.5−51.8 2 = 25.3 𝜇𝑚/𝑠 …… 0 10 20 30 40 50 60 -15 -13 -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 Intensitet(mu/s) Tid (min) CDS tr i (um/s) 1 51.83 2 46.08 3 41.62 4 38.04 5 35.10 6 32.64 7 30.54 8 28.73 9 27.15 10 25.76 Regnrække, T=10 år 7

8. Anvendelse af CDS-regn • CDS-regn forudsætter at der er en lineær sammenhæng mellem det maksimale stuvningsniveau og regnintensiteten • Eksempler på dele af afløbssystemer der skaber et ikke-lineært respons: • Pumper • Overløb • Bassiner • Spjæld, • Tilbagestuvning • (sammenløb fra områder med meget forskellige koncentrationstider) • Derfor anbefales det IKKE at anvende CDS- regn på komplekst afløbssystemer • CDS-regn kan klimafremskrives ved at gange med en klimafaktor 8

9. Kapacitetsanalyse af regnvandssystemer Niveau 3: Historiske regnserier • SVK Skrift 27: Beregningsniveau 3. Dynamisk model kombineret med historiske regn. Analyse af komplicerede afløbssystemer • En observeret tidserie fra en regnmåler anvendes som input til en dynamisk model. • Her beregnes den reelle gentagelsesperiode for kritisk belastning af et afløbssystem, fx stuvning til kritisk kote. • I kasseregn og CDS antages at gentagelsesperioden for den kritiske belastning i systemet er den samme som gentagelsesperioden for regnen • For komplekse systemer er der ikke nødvendigvis sammenfald mellem regnens gentagelsesperiode og gentagelsesperioden for systemet • Også muligt at simulere aflastninger fra overløbsbygværk, bassinfyldninger, udløbsvandføringer mv. vha. historiske serier 9

10. FAQ: Historiske regnserier • Hvornår er en regnserie statistisk repræsentativ? • Hvor lang skal en historisk serie være for at være statistisk valid? • Er der forskel på at simulere stuvning til kritisk kote og fx overløb? • Hvad med klimaændringer i serien? • Kan man klimafremskrive en historisk regnserie Fra K. Schaarup- Jensen, M. R. Rasmussen & S. Thorndahl (2008) 10

11. Udvælgelse af historiske regnserier Efter SVK Skrift 28: • U-værdi (beskriver den relative afvigelse mellem regional model og en lokal regnserie) • Vælg område med samme årsmiddelnedbør og en U-værdi så tæt på nul som muligt • Som udgangspunkt vil de længste serier have U-værdier tættest på nul. 11

12. Udvælgelse af historiske regnserier Efter SVK Skrift 30: • Den regionale opdeling og U-værdierne er forkastet • Valg af historisk serie ??? 12

13. Klimafremskrivning af historiske regnserier • Det går galt hvis man bare ganger en klimafaktor på en historisk serie! • En klimafremskrevet regnserie skal kunne håndtere • Færre men kraftigere sommerhændelser • Generelt fald i sommernedbør • Generel stigning i forår, vinter og efterårsnedbør Tre muligheder • Find en serie fra et analogt klima • Generér kunstige regnserier • Modificér historiske serier 13

14. Klimafremskrivning af historiske regnserier Fremtidige klimaforandringer i Danmark, Klimacenter rapport nr. 6 (2014) Ideen: • Tag en historisk hændelse og del den op i hændelser og årstider • Generér en ny regnserie ved at sammensætte historiske hændelser igen tilfældigt vha. af en avanceret model • Tjek at statikken passer på den historiske serie og den nye genererede serie • Klimafremskriv så den ”fremtidige” statistik kommer til at passe på parametrene til højre • Civilingeniørafgangsprojekt på AAU: Aske Korup Andersen og Anders Badsberg Larsen (2015) 14

15. Analyse af kritiske regnhændelser – herunder oversvømmelser • Historiske regn vs. CDS • Anvendelse af vejrradar 15

16. Eksempel 6. aug. 2012: Oversvømmelse i Aalborg C • Regnmåler Aalborg Renseanlæg Vest • Største gentagelsesperiode T=38 år for 30 min. regnvarighed 16

17. Eksempel 6. aug. 2012: Oversvømmelse i Aalborg C Input: Målt regnhændelse: Regndybde: 45.8 mm Varighed: 265 min Bechgaard (2015) 17

18. Eksempel 6. aug. 2012: Oversvømmelse i Aalborg C Oversvømmet areal (ha) Dybde (m) Historisk regn- hændelse CDS (T=38 år) Forskel (%) 0,003-0,1 19.5 32.2 65 0,1-0,2 2.5 3.3 33 0,2-0,3 0.5 0.7 31 0,3-0,4 0.1 0.2 27 0,4-0,5 0.1 0.1 19 > 0.5 0.2 0.2 16 total 22.9 36.6 60 Bechgaard (2015) Input: CDS-regn: T=38 år 18

19. Eksempel 15. aug. 2006: Oversvømmelse i Aalborg C Input: Målt regnhændelse: Regndybde: 84 mm Varighed: 820 min Bechgaard (2015) 19

20. Eksempel 15. aug. 2006: Oversvømmelse i Aalborg C Bechgaard (2015) Input: CDS-regn T=75 år Oversvømmet areal (ha) Dybde (m) Historisk regn- hændelse CDS (T=75 år) Forskel (%) 0,003-0,1 3.1 40.2 1207 0,1-0,2 1.0 4.6 359 0,2-0,3 0.3 1.1 272 0,3-0,4 0.0 0.3 459 0,4-0,5 0.0 0.1 856 > 0.5 0.1 0.3 368 total 4.5 46.5 940 20

21. Konklusion • Det giver ikke mening af anvende CDS-regn til simuleringer af oversvømmelser. • Stærkt ikke-linært respons mellem regnintensitet og vanddybde på overfladen – da vandet transporteres på overfladen til lavninger i terrænet • De regnvarigheder, som CDS-regnen er opbygget af optræder ikke på samme tid i virkeligheden, men har blot samme gentagelsesperiode for forskellige varigheder. • Oversvømmelse overvurderes ved anvendelse af CDS-regn. 21

22. Eksempel: 26. August 2012: Oversvømmelse af Lystrup og Djurslandsmotorvejen 22

23. Eksempel: 26. August 2012: Oversvømmelse af Lystrup og Djurslandsmotorvejen 23

24. Eksempel: 26. August 2012, Lystrup Regndybde: 05:00 – 06:00 Regndybde: 05:00 – 06:00 Regndybde: 06:00 – 07:00 Samlet radar regndybde: 52 mm over ca. 5 timer 24

25. Eksempel: 26. August 2012, Lystrup Oversvømmelsesmodellering (Mike Urban 2D-Overland) Mathias Lautrup Jepsen (2015) 25

26. Anbefalinger (og nogle af mine kæpheste) • Undgå at bruge kasseregn og CDS-regn på komplekse systemer • CDS-regn er uanvendeligt til oversvømmelsessimuleringer • Brug historiske regnserier i stedet. Evt. kan enkelthændelser klimafremskrives ved at gange med en klimafaktor. • Afskaf begrebet en 100 års hændelse?? 26

27. Stedslig variabilitet af regn • Måling af regn med vejrradar 27 Jesper Ellerbæk Nielsen (2014)

28. Vejrradarer 28 Jesper Ellerbæk Nielsen (2014)

29. Lokal Radar Kan dedikeres og specialiseres urban anvendelse Fin opløsning i tid og sted Dækker et begrænset areal Kan scanne lav i atmosfæren Meteorologisk Radar Drives og anvendes til meteorologisk anvendelser Forholdsvis grov opløsning i tid og sted (afhængig af afstand) Dækker meget store arealer Scanner ofte højt i atmosfæren (afhængig af afstand) Opland 2km x 2km, 10 min. 100m x 100m, 1. min Lokal radar National radar Jesper Ellerbæk Nielsen (2014)

30. C- og X-bånds radarer 30 Jesper Ellerbæk Nielsen (2014)

31. Eksempel 2. juli 2011, København 31

32. Ekstremstatistik på fladenedbør • I øjeblikket arbejder vi på AAU intensivt på at lave ekstremstatistik på faldenedbør • Datasæt 10 års radardata fra DMI-Stevns • Der er visse udfordringer! 32

33. Eksempel på oversvømmelses-prognosticering vha. radar-ekstrapolation • Case: Aalborg 6. august 2012 • Observeret radarregn fremskrives med en ”leadtime” på 30, 60, 90 og 120 min. • Formål: Styring?, Varsling, Beredskabs- planlægning 3303:00 06:00 09:00 12:00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Mean rainfall: 33.6 mm 06 Aug 2012 Rainfallintensity(mm/h) t = 10 min t = 1 min

34. Leadtime 0 min. (radar obs.) 0-0.1 m 0.1-0.2 m 0.2-0.3 m > 0.3m

35. Leadtime 30 min. 0-0.1 m 0.1-0.2 m 0.2-0.3 m > 0.3m

39. Diskussionsoplæg • Hvilke regn bruger I ved modellering af LAR- og klimatilpasningsløsninger? Og hvad er erfaringerne med det? • Kan I se nogle udfordringer i at bruge de regn vi bruger til at dimensionere LAR og klimatilpasningsløsninger? • Hvad ville det optimale regninput være? 39

Regninput – hvad kan vi regne med

Regninput – hvad kan vi regne med

Recommended

More Related Content

Similar to Regninput – hvad kan vi regne med

Similar to Regninput – hvad kan vi regne med(15)

More from EVAnetDenmark

More from EVAnetDenmark(20)

Regninput – hvad kan vi regne med