Vann, snø, is og virkninger på vannmengder og forurensningstransport i et endret klima. Helen K. French m.fl.

Transkript

1 Vann, snø, is og virkninger på vannmengder og forurensningstransport i et endret klima Helen K. French m.fl.

2 NORKLIMA prosjekter Pollution risks and water management at airports and roads in a changing climate, NFR: k/senter/jordmil/aas/jordvann/pollution-risks.htm&researchareaid=1 Stormwater and roads dimensioning for climate change, NFR: k/senter/jordmil/aas/jordvann/stormwater27-29.htm&researchareaid=1 I tillegg har Statens vegvesen sine egne prosjekter relatert til forurensning og klimaendringer: Klima og transport SaltSmart

3 Hvorfor er det viktig å studere hva som skjer i vinterhalvåret? Mean monthly precipitation Gardermoen Obs 619 HADA2 HADB2 MPIB2 P [mm/month] Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

4 Forurensningskilder fra samferdselssektoren i vinterhalvåret

5 Mengder avisingsmidler pr. år Gjennomsnittlig forbruk per vintersesong i perioden (Rv5 og OSL på Gardermoen) Flyavising (PG):1221 tonn pr år Baneavising(KF):67 m pr. år Vegsalt (NaCl): 21 tonn/km pr.år

6

7 Foto:OSL

8 Vinterhydrologi Flomrisiko

9 Erosjon/forurensningstransport fra vegens tilgrensende arealer

10 Erosjon på landbruks arealer i snøsmeltingen Eksempel på ekstremepisode effekter på erosjon partikkelavrenning (Øygarden, 2). januar Avrenning: 25 mm Jordtap: 2 kg ha Januar Avrenning: 77 mm Jordtap: 5 kg ha -1

11 Hva bør vi vite om avrenning og infiltrasjon i snøsmeltingen? Vannmengder Vannets veier Forurensningsfare

12 Hva påvirker avrenning og infiltrasjon i snøsmeltingen? Smeltehastighet Snødekke og nedbør Jordas infiltrasjonsevne Topografi

13 Fysiske prosesser i jord, tele, smelting og infiltrasjon

14 Pollution risks and water management at airports and roads in a changing climate, NFR: Målsetning: Kvantifisere sannsynlige konsekvenser av klimaendringer som flyplasser og vegsektoren bør ta hensyn til for å hindre økt forurensningsrisiko til overflatevann og grunnvann.

15 Forurensningsspredning langs veg eller rullebane

16 Foto:OSL

17 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 1-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

18 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 8-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

19 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 11-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

20 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 1-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

21 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 16-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

22 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 18-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

23 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 19-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

24 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 2-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

25 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 25-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

26 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity 27-April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

27 Distribution of snowmelt infiltration surface resistivity -April Cumulative input (mm) 2 1 Snowmelt Rainfall 5-Apr 1-Apr 15-Apr 2-Apr 25-Apr -Apr April.5 Increasing moisture content No change Ratio of resistivity at ground surface relative to 1-April-1

28 Distribution of snowmelt infiltration topography effect Change in D resistivity relative to 1-April-1 16-April Ratio of resistivity relative to 1-April-1

29 Været i perioden før i dag, vinteren 2/21 25 Temperatur, C Akkumulert snøfall, mm Målt:2mm /1/2 1/1/2 /11/2 /12/2 29/1/21 28/2/21 //21 29//21 Dato

30 Jordtemperaturer cm -2cm -cm Jordtemperatur, C /1/ 1/1/ /11/ /12/ 29/1/1 28/2/1 //1 29//1 Dato

31 Været i perioden før i dag, vinteren 25/26 25 Temperatur, C Akkumulert snøfall, mm Målt:156mm /1/25 1/1/25 /11/25 /12/25 29/1/26 28/2/26 //26 29//26 Dato

32 Jordtemperaturer 12 Jordtemperatur, C 9 6-5cm -2cm -cm - /9/25 /1/25 29/11/25 29/12/25 28/1/26 27/2/26 29//26 28//26 Dato

33 Årsforbruk i forhold til gjennomsnitt 2 1 Behov for avising Flyavising, OSL Baneavising,OSL Vegsalting, Rv Normalisert gjennomsnittlig forbruk År Ref. Wike, 27; Mesta; OSL Damdyp, m Gjennomsnittstemp , C Antall dager med snøfall År År Observert men ikke målt År

34 Klimatiske faktorer som påvirker risiko for grunnvannsforurensning på Gardermoen Behov for avising Været i dag Regn + frost Snø Ingen nedbør Jordforhold Høyest risiko Tele/høyt vanninnhold Været i perioden før i dag Tele/lavt vanninnhold Ingen tele/høyt vanninnhold Ingen tele/lavt vanninnhold Lavest risiko Sannsynligheter for ulike typer vær, data fra DNMI Sannsynligheter for avising, basert på data fra saltefirma (Mesta), OSL Sannsynligheter for lav jordforhold basert på en kombinasjon av feltdata og modellering

35

36 Saltspredning fra Rv5 og infiltrasjonsanlegg

37 Salttransport i grunnvann, ingen tele all infiltrasjon skjer langs vegbanen Cl mg/l mm/dag Flesjø, 27

38 Salttransport i grunnvann, tele all infiltrasjon skjer i infiltrasjonsbasseng 8 Cl mg/l mm/dag Flesjø, 27

39 Wike, 27 Endringer av kloridkonsentrasjon i Skåntjern etter åpning av Rv5 i 1996

40 Fremtiden? Klimaendringer Varmere vintre Høyere minimumstemperatur Mer nedbør om høsten og om vinteren Kortere sammenhengende periode med snødekke Flere ekstremværsepisoder Flere fluktuasjoner omkring C Mindre snødekke.mer tele Vekslinger omkring C i kombinasjon med tele..større sannsynlighet for tett isdekke Oftere snøfall, regn på frossen veg.mer behov for salting

41 Stormwater and roads dimensioning for climate change, NFR: Målsetning: 1) Klassifisering av områder i Norge med hensyn på vegers sårbarhet for ekstremavrenning, med spesiell fokus på snøsmeltingsperioder. 2) Forbedring av modelleringsverktøy for beregning av avrenningssituasjoner langs norske veger. ) Forbedre retningslinjer for bygging og dimensjonering av dreneringssystemer langs norske veger med hensyn på klimaendringer.

42 6 Bru Tunnel Dimensjoneringsgrunnlag vegbygging, konstruksjon

43 Beregning av dimensjonerende vannmengder bruk av Novapoint

44 Dagens beregning av dimensjonerende vannmengder, den rasjonelle likning For areal < 2-5 km 2 gjelder i følge Håndbok 18: Den rasjonelle likning, Q max = c i A Q = Maks. vannføring, (liter/sek) c = Avrenningskoeffisient i = nedbørsintensitet, (liter/sek Ha) A = Areal, (Ha) i finnes fra IVF kurver (nedbørintensitet med ulike returperioder og beregnet tilrenningstid, t c ) Usikkerhet i valg av i (Statens Vegvesen, Håndbok 18, Vegbygging)

45 Valg av avrenningsfaktor c Avrenningsfaktorer anbefalt i Håndbok 18: Betong, asfal, bart fjell ol.,6 -,9 Grusveger, -,7 Dyrket mark og parkområder,2 -, Skogsområder,2 -,5 Stor valgfrihet i valg av c-faktor og stor usikkerhet Hvordan påvirkes i og c-faktoren av klimaendringer? (Statens Vegvesen, Håndbok 18, Vegbygging)

46 Jannes Stolte Fysisk basert modellering av avrenning fra et nedbørfelt, nederlandsk modell: Lisem

47 Testfelt i Norge E18 Ås/Ski Jannes Stolte

48

49 Avrenning modellert og observert effekt av tiltak Avrenning (l/s) Målte data data Current Dagens landuse situasjon Economical Arealbruk økonomi Soil Areabruk Physicsjord PCP Miljøtiltak Rainfall Nedbørintensitet Nedbørintensitet (mm/t) Jannes Stolte Tid (min)

50 Konklusjoner så langt Været i starten av en vinterperiode påvirker smeltevannsavrenning og forurensning tilknyttet forurensninger i snø Nye metoder kan dokumentere infiltrasjon i snøsmeltingen men ytterligere dokumentasjon av fundamentale sammenhenger relatert til frysing og tining er nødvendig Eksisterende modeller er i liten grad tilpasset våre forhold, fryse og tine funksjoner må inn i fysisk baserte modellerer for å kunne utføre simuleringer av fremtidsscenarier Forvaltningsaspektet/praktiske tiltak: Bedre sikkerhet dersom vi har god prosessforståelse og riktige modeller!