HVORDAN BEREGNE AVRENNING? Dimensjonering av bekkelukkinger og rørgater i landbruksområder.

Transkript

1

2 Prosjekt i Vestfold - Besøkte 17 anlegg i Re, Sandefjord og Larvik - Feltarbeid: registrering av dimensjoner og nedbørfelt - Samtaler med prosjekteier registrerte problemer - Resultater: - Av 17 anlegg hadde flere hatt problemer og store skader, men skadene var ikke alltid kommet på grunn av for liten dimensjonering. Mange var allerede reparert. - 4 anlegg hadde hatt for liten dimensjonering - 4 anlegg hadde store skader i utløp, delvis skiftet - 3 anlegg hadde hatt store skader etter at innløpsrist hadde tettet seg - 1 anlegg var ødelagt av røtter fra åkerholme - 3 anlegg hadde skader eller forskjøvne rør i rørledningen eller ved kummer. NIBIO

3 HVORDAN BEREGNE AVRENNING? Dimensjonering av bekkelukkinger og rørgater i landbruksområder.

4 BETYR KLIMAENDRINGENE NOE FOR DIMENSJONERING? MÅ VI ENDRE DIMENSJONERINGEN?

5 HVA BLIR VÆRET I FRAMTIDA Hva sier klimamodellene siste rapport Klima i Norge 2100 Mer nedbør etter vekstsesongen, men når kommer det? Flere nedbørepisoder med høy intensitet og at intensiteten øker Rel. forandring (%) i årsnedbør fra til , og Noen utvalgte områder (Median framskrivning) A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C År DJF MAM JJA SON Norge; 2 Østlandet; 3 Sørlandet; 4 Sør-Vestlandet; 5 - Sogn Og Fjord/Nordhordland; 6 Trøndelag/Helgeland; 7 Hålogaland. A; , B; , C;

6 Maksimum timesnedbør, Oslo (mm)

7 Årsnedbør, Østlandet i % av "normal" Observert Utjevnet M H L

8 35 Antall tilfeller av timesnedbør > 4 mm, Oslo Foto: Mai-Linn Finstad

9 Antagelig > 80 mm pr. time

10 Dette betyr kanskje at vi ikke engang alltid er tilpasset «dagens klima»!

11 DET KAN SKYLDES For dårlig observasjonsgrunnlag For dårlig formidling At klimaet allerede er endret Økonomisk vurdering

12 I Norge er det 86 målestasjoner med feltstørrelse < 5 km² og 59 målestasjoner med feltstørrelse 5 - < 10 km² (NVE, 2013). Totalt antall stasjoner er 460 og totalt antall aktive stasjoner er 179. Det er få stasjoner med lange findataserier, det vil si data med kortere enn 1 døgns oppløsning. Dette viser at det i Norge fortsatt finnes svært få nedbør- og avrenningsmålinger som sammen kan benyttes ved dimensjonering og planlegging av avløpsanlegg. Dermed er man fortsatt avhengig av å bruke standardiserte verdier for avrenningsfaktorer som antas å ha utgangspunkt i utenlandske studier. Det er ønskelig å etablere nasjonale verdier for avrenningsfaktorer med optimal detaljeringsgrad som kan benyttes sammen med lokale nedbørintensiteter som er kvalitetssikret av Meteorologisk Institutt og kan hentes fra Forøvrig, arbeider Meteorologisk Institutt for tiden med å oppdatere intensitetvarighet-frekvenskurvene for ekstremnedbør med kort varighet i Norge (NVE, 2013). NIBIO

13 JOVA-prosjektet i Nibio avrenning i landbruksområder Nedbørfelt (ha) Dyrka(ha) Moh Værstasjon Naurstad Hotran Kvithamar LMT (40 km away) Kolstad Volbu Løken LMT Nyhagabrøtin (Del av Volbu)* Løken LMT Mørdre Vandsemb LMT Skuterud Vasshaglona** Time NIBIO

14 HVA BETYR KLIMAENDRINGENE FOR DIMENSJONERINGEN AV LANDBRUKETS HYDROTEKNISKE SYSTEMER? DIMENSJONER OG INTENSITET Dreneringssystemer: Liten endring i dimensjon på rør, men tettere grøfter Bortledning: Store endringer i intensitet større dimensjoner og fare for skader Større behov for rensetiltak og inntak av overflatevann

15 DIMENSJONERING AV KANALER, STIKKRENNER OG LUKKINGER DEN GAMLE METODEN Q=A x q Q = vannføring A = anleggets nedbørfelt q= valgt avrenningskoeffisient Finn nedbørfelt Velg avrenningskoeffisient Fall Bruk av nomogrammer Sikre fulltløpende rør innløpsforhold

16 AVRENNINGSKOEFFISIENT Sikkerhetsvurdering risiko i forhold til kostnader Nedbør og nedbørtopper Nedbørfeltet - Størrelse, topografi, form, helling - Bart fjell, vann, myr, bebyggelse, veier - Dreneringssystemer - Jordart og vegetasjon

17 TOMMELFINGERREGLER: Landbruksområder: - Kanaler 3-4 l/s/ha - Lukkinger: 5 l/s/ha - Erosjonssikring: 10 l/s/ha - Dreneringsgrøfter: 1-2 l/s/ha - Lukkingsanlegg der oversvømmelse fører til skader: 10 l/s/ha NIBIO

18 MER NØYAKTIG BEREGNING Q = φ i A K Her er: A : Nedbørfeltet i hektar (ha) φ : Ubenevnt avrenningsfaktor som blant annet angir hvor stor del av nedbøren som renner av på overflaten. På frosset jord eller når området er totalt vassmettet etter tidligere regn, er denne tilnærmet lik 1. I : Dimensjonerende nedbørintensitet i l/s ha. K: Ubenevnt klimafaktor som angir hvor høy fremtidig nedbørintensitet antas å bli i forhold til prognosene fra eklima. NIBIO

19 KLIMAFAKTOR I FORHOLD ELDRE VÆRSTATISTIKK OG VANNFØRINGSMÅLINGER Klimafaktor ved forskjellig gjentaksintervall (Statens vegvesens håndbok): 10 år 1,3 100 år 1,4 Jernbaneverket har krav om å benytte ett gjentaksintervall på 200 år og en klimafaktor på 1,2 for dimensjoneringsberegninger av stikkrenner og øvrig dreneringsanlegg (Jernbaneverket, 2014). I en artikkel i Norsk Vann anbefales det at det benyttes en klimafaktor på mellom 1,3 og 1,5 for dimensjonering av nye avløpsanlegg med levetid på 100 år. Det spesifiseres at klimafaktorene skal benyttes på IVF-statistikk som er utarbeidet før år NIBIO

20 Avrenningsfaktorer hvor mye av nedbøren renner av 0.60 Bart fjell (t r < 60 min og GI = 10 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.90 Bart fjell (t r > 180 min og GI = 10 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.66 Bart fjell (t r < 60 min og GI = 25 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.95 Bart fjell (t r > 180 min og GI = 25 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.72 Bart fjell (t r < 60 min og GI = 50 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.95 Bart fjell (t r > 180 min og GI = 50 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.75 Bart fjell (t r < 60 min og GI = 100 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.95 Bart fjell (t r > 180 min og GI = 100 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.20 Dyrket mark og parkområder (tr < 60 min og GI = 10 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.40 Dyrket mark og parkområder (tr > 180 min og GI = 10 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.22 Dyrket mark og parkområder (tr < 60 min og GI = 25 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.44 Dyrket mark og parkområder (tr > 180 min og GI = 25 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.24 Dyrket mark og parkområder (tr < 60 min og GI = 50 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.48 Dyrket mark og parkområder (tr > 180 min og GI = 50 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.25 Dyrket mark og parkområder (tr < 60 min og GI = 100 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.50 Dyrket mark og parkområder (tr > 180 min og GI = 100 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.20 Skogsområder (tr < 60 min og GI = 10 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.50 Skogsområder (tr > 180 min og GI = 10 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.22 Skogsområder (tr < 60 min og GI = 25 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.55 Skogsområder (tr > 180 min og GI = 25 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.24 Skogsområder (tr < 60 min og GI = 50 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.60 Skogsområder (tr > 180 min og GI = 50 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.25 Skogsområder (tr < 60 min og GI = 100 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging 0.63 Skogsområder (tr > 180 min og GI = 100 år) Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging NIBIO

21 IVF-STATISTIKK Mens verdier for nedbørfeltets størrelse og midlere avrenningskoeffisient baseres på kunnskap om feltet, vil verdier for dimensjonerende nedbørintensitet hentes fra lokal IVF-statistikk. Valget av dimensjonerende nedbørintensitet gjøres ut i fra ønsket gjentaksintervall og den regnvarighet som vil være verst tenkelig for systemet og dermed kreve de største dimensjonene. NIBIO

22 IVF KURVER FOR NEDBØRSTASJON SÆTER I KVIKNE (METEOROLOGISK INSTITUTT) NIBIO

23 IVF-KURVE (NEDBØR) FRA JOVA, SKUTERUD NIBIO

24 AVRENNING, TIÅRSFLOM FOR JOVA-STASJONENE (MM/TIME) NIBIO

25 FLOMFREKVENS SKUTERUD (MM/T= 0,36 X L/S/HA) NIBIO

26 NEVINA BEREGNINGSPROGRAM FRA NVE Beregner nedbørfelt fra et angitt punkt i kartet. Punktet må være plassert i et vassdrag. Det betyr at nedbørfeltet må være over 0,5 km2 Nedbørfeltet kan justeres manuelt ved å dra punkter eller klippe av polygoner En kan generere arealstatistikk NIBIO

27 OPPLYSNINGER ObjectId OM NEDBØRFELTET I NEVINA Vassdragsnummer Klimaregion Region Areal (km²) Avrenning (mm/år) Min høyde (m) Ost Χ Χ Χ -1 STORELV Sandefjor Vestfold AD Maks høyde m Sjø (%) Bre (%) Skog (%) Dyrket mark (%) Myr (%) Snaufjell (%) Urban (%) Effektiv sjø (%) Sommertemperatur (Mai - Sep) ( ) Vintertemperatur (Oktober-April) ( ) Sommernedbør (Mai-Sep) (mm) Vinternedbør (Oktober-April) (mm) Temperatur Juli ( ) Temperatur Aug ( ) Årstemperatur ( ) Årsnedbør (mm) Feltlengde (km) Elvelengde (km) Elvegradient (m/km) Elvegradient (10-85) NIBIO

28 NIBIO

29 FLOMVERDIER FRA NEVINA EKSEMPEL FRA SOLBERG I SANDEFJORD Parameternavn Flomvannføring (m³/s) 95% intervall - nedre grense (m³/s) Middelflom (Q M ) 0,3 0,2 0,5 5-årsflom (Q 5 ) 0,4 0,2 0,7 10-årsflom (Q 10 ) 0,4 0,2 0,8 20-årsflom (Q 20 ) 0,5 0,3 1,0 50-årsflom (Q 50 ) 0,6 0,3 1,2 100-årsflom (Q 100 ) 0,7 0,4 1,5 200-årsflom (Q 200 ) 0,8 0,4 1,7 95% intervall - øvre grense (m³/s) NIBIO

30 NIBIO

31 NEVINA (Nedbørfelt-Vannføring-INdeks- Analyse) Lavvannsverktøy Brukerveiledning Det er enklere å tegne i kommunens egne kartsystemer på nett NIBIO

32 Nomogram for dimensjonering av dobbeltvegga plastrør

33 38 Nomogram for beregning av dimensjon på drensrør

34 INSTITUTT FOR MATEMATISKE REALFAG OG TEKNOLOGI Dimensjonering av kanaler Målet er å tilpasse løpet best mulig til vannmengden Skal også ta hensyn til begrensinger i sideskråninger, vanndybde, vannhastighet med mer. Et tverrsnitt kan oppfylle ett eller flere krav uten at det er det beste valget Bruker Mannings formel eller et nomogram 39

35 INSTITUTT FOR MATEMATISKE REALFAG OG TEKNOLOGI 40 Mannings formel V = M * R 2/3 * I 1/2 V = vannhastighet M = Manningstall I = kanalbunnens helling R = hydraulisk radius = A/p Manningstallet er et uttrykk for kanalens ruhet Avhenger av kanalens overflate (jordart, begroing, stein, med mer) for en godt dimensjonert kanal Kan være så lav som 10 for en liten og overgrodd grøft

36 INSTITUTT FOR MATEMATISKE REALFAG OG TEKNOLOGI Beregningseksempel, forutsetninger Nedslagsfelt 800 ha Dimensjonerende avrenning 5 l/s/ha Jordart, morene sidehelling 1:1,5 Hastighet ved dimensjonerende flom <0,9 m/s Hastighet ved sommervannføring >0,2 m/s Fall 0,001 (1 promille) 41

37 INSTITUTT FOR MATEMATISKE REALFAG OG TEKNOLOGI Beregningseksempel, Vi prøver med bunnbredde 1,5 m og vanndyp 1,3, M settes til 35 a b 1,5 c 42 a = 2,34 m, b = 1,3 m (gitt), c = 1,3 * 1,5 = 1,95 m

38 INSTITUTT FOR MATEMATISKE REALFAG OG TEKNOLOGI Nomogram for kanaltverrsnitt Kjent Q og maks. hast. Hvor stort blir maks fall 43

39 INSTITUTT FOR MATEMATISKE REALFAG OG TEKNOLOGI Beregningseksempel Tverrsnittsarealet A (1,5 + 1,95)*1,3 = 4,49 m 2 Fuktet perimeter p = 2,3*2 + 1,5 = 6,1 R= A/p =4,49/6,1 = 0,74 V = 35 * 0,74 2/3 * 0,001 1/2 = 0,9 ): m/s Q = 4,49 * 0,9 = 4,05 m 3 /s vi har 4,0 m 3 /s så dette går bra Må også sjekke for sommervannføring Om vi antar sommervannføring = 10 % av flom og beregner hastighet og volumstrøm for dette så finner vi V=0,45 m/s og Q = 0,32 m 3 /s 44

40 TAKK FOR OPPMERKSOMHETEN

41 Arbeidsoppgave for avrenning og lukkinger Praktisk beregning av avrenning Dimensjonering av lukkingsanlegg og kanaler - Marker i kartet et kjent innløp til en lukking, eller et annet sted i et lite vassdrag/bekk. - Bruk kommunens kartprogram og/eller Nevina til å tegne og beregne nedbørfelt. - Fastsett en avrenningskoeffisient i l/s/ha ved å anslå arealkategorier, risiko for skader og andre forhold ved nedbørfeltet. Vil vurderingen være forskjellig hvis det er lukket løp eller kanal? - Hvilken avrenningskoeffisient vil dere bruke for å greie ti-årsflom og hundreårsflom? Finn ekstremverdier for nedbørdata fra eklima for nærmeste stasjon. Hvordan vil klimaendringene virke inn på dette? NIBIO