Håndtering av flom og vann på avveie Per Alve Glad, Hydrolog Seksjon for vannbalanse NVE 18.5.2016
Bakgrunn NIFS -> Naturfare, Infrastruktur, Flom og Skred Tverretatlig samarbeid mellom Jernbaneverket, Statens Vegvesen og Norges Vassdragsog Energidirektorat i perioden 2012-2015 Overordnet mål: Et tryggere samfunn med mer robust infrastruktur og gode varslingstjenester for flom og skred
NIFS - delprosjekter
Flom- og overvannshåndtering: Aktiviteter: 5.1 Flom- og dimensjoneringsberegninger i små felt 5.2 Samarbeid om overvannshåndtering ved utbygging og drift av vannveiene 5.3 Hendelser og kostnader
Hovedfokus Store skader på infrastruktur pga vann på avveie de siste årene. Hovedmål: redusere skader på personer og infrastruktur ved vannrelaterte hendelser bedre samarbeidet ved utbygging, drift og vedlikehold, og økt fokus på dette bedret samarbeid for å bedre retningslinjer og verktøy for hydrologisk saksbehandling Kostnader ved flomhendelser for å vurdere lønnsomheten av forebygging Notodden stasjon, 2011 Foto: Eirik Traae, NVE.
Årsaker til vannrelaterte problemer Endringer i klimaet og endringer i avrenningsfeltet Mer intensiv lokal nedbør Menneskelig påvirkning Skogsdrift, jordbruk, urbanisering Mangel på menneskelig aktivitet Utilstrekkelig vedlikehold av dreneringen de siste tiåra Fravær av samarbeid mellom problemeiere i dreneringsfeltet (grunneier, kommune, vei, bane etc..) Hva vi gjør (ev. ikke gjør) oppstrøms påvirker det som skjer nedstrøms Viktig å gjøre tiltak der hendelsene starter da er det både billigere og enklere å få til gode tiltak
Vann inn i alle planfaser Når kommer vannhåndtering inn og hvem sørger for det? Egne planer (nybygging og fornyelse? hva med hastesaker?) Andres planer Regional- /kommunal- / Regulerings- /Byggeplan Dreneringsplan og ROS-analyse bør være utgangspunkt for all planlegging Ulik detaljeringsgrad i de forskjellige planfasene Uansett må nødvendig fagkompetanse/fagpersoner være med i alle faser Dreneringsplan for hele feltet Kunnskap om hvor vannet renner ved flomsituasjoner samt kjennskap til hvor de mest kritiske punktene er bør danne grunnlag for all planlegging, samt tiltak og forebygging av fremtidige hendelser
Kompetanse i alle ledd Bruke kompetansen i egen organisasjon For eksempel er bestillerkompetanse helt avgjørende Få mest mulig inn i veiledere og teknisk regelverk Utvikle kompetanse Egenkompetanse hos de enkelte fagpersoner Tverrfaglig kompetansebygging Saksbehandlere Resten av organisasjonen også hos ledelsen Hos andre etater, fylkesmenn, kommuner,
DP 5.1: Flom- og dimensjoneringsberegninger i små felt DP 5.1: Flom- og dimmensjoneringsberegninger i små felt Riktig dimensjonering av stikkrenner og avløpsveier mht flomstørrelser. Veileder for flomberegninger i små nedbørfelt: Beskriver generell arbeidsgang og gir råd knyttet utføring av flomberegninger i små nedbørfelt i Norge Flere rapporter, blant annet: Sammenligning av flomberegningsmetoder Anbefalte metoder vedrørende flomberegningsmetoder Tekst: Målestasjon 2.592 Fokstua i Foksåi i Oppland 10.06.2011. Foto: NVE-HHs stasjonsbildearkiv.
Målgruppe og målsetting Målgruppe: Fagpersoner som utfører flomberegninger Målsetting: Konkretisering av generell arbeidsgang i flomberegninger Tydeliggjøring hvilke metoder som passer for forskjellige nedbørfelt Klare råd om subjektive valg Å være i stand til å utføre en så robust beregning som mulig med et begrenset datagrunnlag
Datagrunnlag Identifiserte 460 stasjoner 160 stasjoner var uregulert og hadde >10 år med data Hentet ut feltkarakteristika
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100 103 106 109 112 115 118 121 124 127 130 133 136 139 142 145 148 151 154 157 160 Datagrunnlag Antall år med findata sortert fra minst til størst areal 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Arealfordeling, km 2 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Metoder som anbefales Nedbørfelt 0,2 5 km 2 NIFS formelverk Rasjonale formel Frekvensanalyser (avhengig av tilgjengelige data) PQRUT (nedbør-avløpsmodeller) Nedbørfelt 5 50 km 2 NIFS formelverk Frekvensanalyser PQRUT (nedbør-avløpsmodeller)
Kommentarer til metodene Nasjonalt formelverk: Fordeler: Gir et svært raskt og enkelt estimat av flomverdier, kommuniserer tydelig usikkerhet, vekstkurven ansees som robust og pålitelig Ulempler: Selv om usikkerheten er kvantifisert er den fortsatt stor. Rasjonale formel: Fordeler: En tilnærming som mange har (dog blandet) erfaring med. Enkel å bruke. Nye regionale IVF-kurver er akkurat utarbeidet av MET. Ulemper: Tilbakemelding fra enkelte konsulenter er at den syntes å gi høye verdier. Metoden kan virke å være mindre egnet for felt med høy effektiv sjøprosent. Veldig følsom for valg av C-verdi og IVF-kurve Flomfrekvensanalyser: PQRUT: Fordeler: Meget etablert metode for dimensjonering for alle feltstørrelser. Tar direkte i bruk observasjoner fra området det skal beregnes for. Ulemper: Er avhengig av representative stasjoner med lange tidsserier. Selv felt med svært lignende feltkarakteristiska syntes å respondere ulikt. For svært små felt, er det utrolig få representative stasjoner tilgjengelig. Krever stort sett alltid omfattende ekstrapolering for å «nå» 200-årsflommen. Følsom for valg av fordelingsfunskjon Fordeler: En veletablert modell. Eneste alternativ når en skal dimensjonere for PMF Ulemper: Er kalibrert med et svært begrenset datagrunnlag. Krever konstruksjon av nedbørforløp. Syntes tidvis og gi noe konservative estimater
Har vi en fasit? For å kunne vurdere hvilke tilnærminger som skal anbefales, er det avgjørende å ha en formening om hvor godt vær enkelt metode treffer den «riktige» verdien Så hva er den «riktige» verdien? (eksempelvis Q200) Tradisjonelt sett er nok de fleste enige om at en frekvensanalyse med data fra gjeldende nedbørfelt vil gi beste estimat Likevel, er det nok også enighet om at en frekvensanalyse på 15-20 år med data for estimat av Q200 vil gi et usikkert estimat Regresjonsanalysene som endte opp i NIFS-formelverk gir en regresjonsformel som nærmest konsekvent gir en brattere vekstkurve enn flomfrekvensanalyse for hver enkelt stasjon Regresjonsanalysene er basert på et langt større datasett enn om en kjører frekvensanalyser for en enkelt stasjon, og det er følgelig mer sannsynlig at dette datasettet inneholder en eller flere virkelige ekstremer. Dersom en aksepterer at formelverket, på grunnlag av et større datasett, bedre klarer å si noe om de virkelig ekstreme verdiene, kan en alternativ «fasit» til enkeltstående frekvensanalyser uttrykkes som følger: Q200 = QM fra data* Forholdstall Q200/QM fra NIFS-formelverk
Nedbørfelt under 5 km 2 Fryktelig lite data Skummelt å generalisere med et så begrenset grunnlag Anbefalte metoder: Nasjonalt formelverk Rasjonale formel Flomfrekvensanalyser PQRUT (nedbør-avløpsmodeller) Resultatene fra metodene spriker uten et tydelig signal
Eksempel flomberegning Få oversikt over nedbørfeltet det skal utføres beregning for: Geografi og terreng Feltegenskaper (Lavvann) Tilgjengelige data
NIFS-formelverk Fyller inn styrende feltparametere og får et første estimat
PQRUT «Kalibrerer» modellen ved regresjonsformler Ytterligere justeringer av modellparametere ved spesialtilfeller (Effektiv sjøprosent > 10%, høy snaufjell- og myrprosent Konstruerer nedbørforløp ved bruk av IVF-kurver og normalfordeler Q200 = 6,4 m3/s = 2400 l/s*km2
Rasjonale formel Velger passende IVF-kurve (i dette tilfellet, Telemark) Beregner konsentrasjonstid, tc : tc = ca 90 min Tar en midlere C-verdi (~0,4) ender en med Q200 = 8,2 m 3 /s Videre skal en justere med klimafaktor på 50 % (jfr. N200) Q200 = 12,3 m 3 /s ~ 4700 l/s *km 2
Flomfrekvensanalyser Identifiserer først tilgjengelige data i området Qm varierer mellom 400-850 l/s*km2. Velger Qm til 600 l/s*km2 Vekstkurvene spriker også en del. Ser en på de tre stasjonene med lengst observasjonsperiode får man en middelverdi Q200/Qm på 2,5 Q200 fra FFA blir dag 600 l/s*km2 * 2,5 = 1500 l/s*km2 = 3,9 m3/s
Resultater Skornetten NIFS-formelverk: 5,3 m 3 /s = 2070 l/s*km 2 PQRUT: 6,4 m 3 /s = 2400 l/s*km 2 Rasjonale formel: 8,2 m 3 /s = 3200 l/s*km 2 FFA: 3,9 m 3 /s = 1500 l/s*km2 Snitt av 4 tilnærminger: 6,0 m 3 /s = 2300 l/s*km 2 «Fasit» FFA Skornetten: 3,8 m 3 /s = 1480 l/s*km 2 Qm data + vekstkurve NIFS: 6,36 m 3 /s = 2500 l/s*km 2
Konklusjoner DP 5.1 Av de tilnærminger som er undersøkt er det ingen som gir konsekvent tilfredstillende resultater Når en utfører flomberegninger i små umålte nedbørfelt, bør en anvende flere metoder før en gjør seg opp en mening om hva en velger som mest sannsynlige verdi Med et så begrenset datagrunnlag som det som er tilgjengelig i dag, må en erkjenne at estimatene er svært usikre Denne usikkerheten må kommuniseres tydelig til brukerne av våre estimater, slik at dette kan tas hensyn til når stikkrenner, kulverter, broer etc.. skal konstrueres Ved å legge ved et estimat på usikkerheten i beregningene, kan konsulenter/utbygger selv utføre følsomhetsanalyser og følgelig vurdere effekten av usikkerheten. Konsekvens ved brudd kan da anvendes som argument for bevisste konservative valg. Forslag til kommunikasjon av usikkerhet kan være en tilnærming som den som brukes for dammer: Sett flomberegningen i en av 3 klasser avhengig av datagrunnlag Legg til en usikkerhetsmargin på 20-50 % avhengig av klassen flomberegningen havner i
Tanker for videre arbeid Det må etableres flere målestasjoner i små nedbørfelt. Disse stasjonene bør også etableres i sammenheng med opprettelse av en nedbørstasjon. Eventuelt kan nye nedbør- /vannføringsstasjoner etableres der det allerede finnes den andre typen stasjon. Vi har i dag vesentlig bedre data om terrenget i nedbørfeltet enn vi har data om grunnforhold, nedbør, avrenning etc.. Spørsmålet er om denne typen data kan utnyttes bedre i våre beregninger? DDD-modellen er et godt eksempel på bruken av denne typen data.
Nyttig informasjon i veilederen Kap 1.1 Definisjoner Kort innføring i fagtermer som ofte opptrer i flomberegninger Kap 2.1 Feltparametere Kort innføring i de viktigste feltegenskapene som inngår i flomberegninger Kap 3.6.1.1 Felegenskapers betydning for flomforløpet Kort introduksjon i hvordan feltegenskapene presentert i kap 2.1 påvirker hydrologien i et nedbørfelt Kap 4.1 Gjentaksintervall for dimensjonering Gir en kort innføring i dimensjoneringskrav til forskjellige typer konstruksjoner, samt henvisninger til aktuelle veiledere og forskrifter Kap 6.5 Mikrofelt Gir noen veiledende flomverdier for nedbørfelt < 1 km 2 Vedlegg 4 Arbeidsgang for flomberegning Gir en punktvis arbeidsgang for flomberegninger i små nedbørfelt Vedlegg 6 Regneeksempler Viser flomberegninger utført for 3 nedbørfelt
Nyttige web-portaler http://nevina.nve.no/ - Web-portal for generering av nedbørfelt og feltegenskaper. Gir også flom- og lavvannsindekser http://www.xgeo.no/ - Et beredskapsverktøy med utrolige mengder informasjon www.varsom.no Varslingsportal for flom, jordskred, snøskred og is
DP 5.2: Samarbeid om tiltak ved utbygging og drift av vannveiene Jobbet med økt samarbeid om overvannshåndtering på tvers av etatene Gode felles rutiner som sikrer tilsyn og rutinemessig vedlikehold av eksisterende dreneringsveier Pilotfelt Fåvang, Brandrudsåa, Kloppa, Lillehammer, Soknedal Samarbeid om overvannshåndtering og tiltak Utprøving av kvistdammer som sedimentfangere og flomdempende tiltak Veileder for drenering av infrastruktur Rapport med teori og beste praksis for vannhåndtering knyttet til vei og bane Faktaark om selvrensende inntakskonstruksjoner
Tre nedbørfelt
Formål Finne de naturlige flomveiene i tre utsatte nedbørsfelt Finne flomveier når tette dreneringsveier/stikkrenner har fått vannet på avveie Bruke skadepunkter for validering av analysene Finne kritiske punkter der tiltak bør iverksettes
1. Høyoppløst «griddet» terrengmodell (1*1m) Høydeinformasjonen hentet fra LiDAR Fremgangsmåte 3. «strømningsakkumulasjon» Antallet ruter (piksler) som drenerer inn i hver enkelt rute (piksel). Jo høyere verdi = jo mere vann 2. «Strømningsretning» (D8) -> vannet rennet nedover -> lavbrekk = flomvei
Fremgangsmåte forts. Manipulering av terrengmodell. «Åpne og lukke» stikrenner Analysering (validering) av flomveiene med hjelp av skadepunkter. Høyere akkumuleringsverdi etter lukking = skade(punkt ) forårsaket av vann på avveie NIFS ønsker å stimulere samarbeid mellom etatene
Kritiske punkter Punkter/steder der vannet kommet på avveie (startstedet for den nye flomveien). Områder med høy akkumulasjon og mange stikkrenner Tette og feilkonstruerte stikkrenner Flomveier (dreneringslinjer) i Oppland og skadepunkter Foto: Maria Hetland Olsen
Tette stikkrenner
Foto: Steinar Myrabø, JBV. DP. 5.3 Hendelser og kostnader Flere større vannrelaterte hendelser de siste årene: Gudbrandsdalen 2011, 2013 og 2014 Notodden 2011 Frida 2012 Bakenforliggende årsak til mange av problemene og hendelsene er ofte at det i drift- og vedlikeholdsfasen mangler penger og personell. Hypotesen var at det er stor lønnsomhet ved godt vedlikehold og forebyggende tiltak lønner seg. Det er billigere å forebygge enn å gjenoppbygge. Vestlandsforskning: Samfunnsøkonomisk rapport fra pilotfeltene (2013)og Lillehammer (2014)
Samfunnsøkonomiske analyser Rapport fra Gudbrandsdalen 2013 og 2014 : Samfunnsøkonomiske kostnader knyttet til stenging av baner ved flomhendelser. Kostnader ved hendelse: gjennoppbygging, stenging av jernbanen Også samfunnskostnader som økt støy, lokal luftforurensing og økt utslipp av klimagasser Vanskelig tilgang på data fra andre aktører Flom Gudbrandsdalen 2013: 22. mai 2013 Dovrebanen stengt i 26 dager. Skader på 300 ulike steder langs jernbanen 1200 forsinkelsestimer 500 innstilte tog Foto hentet fra adressa.no Foto hentet fra dagbladet.no
Tabell laget av Christoph Siedler, JBV.
Totale kostnader for naturskader under hendelsen i Gudbrandsdalen 2013 Tabell laget av Christoph Siedler, JBV
Rapport fra Vestlandsforskning Føre- var, etter-snar eller på-stedet-hvil? Forebyggende tiltak vs. Gjenoppbygging Indirekte naturskadekostnader og risikoen for tap av menneskeliv er ikke medberegnet Tabell hentet fra Vestlandsforskningsrapport nr. 4/2015 og viser samlet kostnadstall for alle NIFS-casene
Tiltaksrapport Under Delprosjekt 5: Håndtering av flom og vann på avveie er det bl.a. skrevet en tiltaksrapport hvor det er samlet erfaringer og viser eksempler på dreneringstiltak som er utført i Norge. Formål: Gi en god oversikt over mulige tiltak i små nedbørfelt, hvem en kan kontakte for å få hjelp og hvor en finner informasjon Foto: Notodden kommune (24.07.2011) Foto: Notodden kommune (2011) Foto: Agathe Alsaker Hopland (14.08.2015)
Konklusjoner NIFS Dp. 5 Vedlikehold og forebyggende tiltak lønner seg! Tiltak oppstrøms er kostnadseffektivt, eks. Kloppa Vedlikehold er alltid det mest lønnsomme! Mangel på hendelsesdata -> vanskelig å gjøre gode analyser Behov for nasjonalt skaderegister Samfunnsøkonomiske analyser/beregninger av alle værhendelser med skader. Mangel på ressurser, ikke kunnskap Mer og bedre samarbeid om tiltak og avtaler om drift og vedlikehold, samt å ansvarliggjøre de enkelte problemeierne (grunneierne). Klimasårbarhetkartlegging må gjøres
Konklusjoner NIFS Dp. 5 forts. Tilstrekkelig kompetanse ved dimensjoneringsberegninger Store usikkerheter i datagrunnlag og beregningsverktøy Mangel på datagrunnlag, vannføringsstasjoner i nedbørsfelt under 1 km² Mangel på nedbørstasjoner med timesmålinger Kartlegge dreneringsveier Utarbeide flomveiskart (både på regional og lokal skala) Lage dreneringsplaner på kommuneplannivå
Våre positive erfaringer fra NIFS-prosjektet Mest positive erfaring der samarbeidet fungerer og rett kompetanse er på plass, blir resultatet bra! Fokuset på vannhåndtering er blitt vesentlig større gjennom NIFS-arbeidet Svært positive tilbakemeldinger fra bransjen. Prosjektet har trigget interesse for problemstillingene hos studenter og ført til økt rekruttering til fagmiljøene
Link til rapporter og faktaark fra NIFS DP 5 DP 5.1: Rapport 78-2012: Ekstrem korttidsnedbør på Østlandet fra pluviometer og radar data. http://met.no/filestore/14.r78-2012nve-nifsekstremkorttidsnedbrpstlandetfrapluviometerogradardata.pdf Rapport 60-2013: Flood estimation in small catchments. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2013/rapport2013_60.pdf Rapport 66-2013: Vannføringsstasjoner i Norge med felt mindre enn 50 km 2. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2013/rapport2013_66.pdf Rapport 3-2014: Dimensjonerende korttidsnedbør for Telemark, Sørlandet og Vestlandet. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2014/rapport2014_03.pdf Rapport 35-2014: Karakterisering av flomregimer. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2014/rapport2014_35.pdf Rapport 42-2014: Dimensjonerende korttidsnedbør for Møre og Romsdal, Trøndelag og Nord-Norge. http://met.no/forskning/publikasjoner/met_report/2015/filestore/dimensjonerendekorttidsnedbr.pdf Rapport 13-2015: Nasjonalt formelverk for flomberegning i små nedbørfelt. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2015/rapport2015_13.pdf Rapport 86-2015: Sammenligning av metoder for flomberegninger i små uregulerte felt. http://nve.impleoweb.no/orders/prods/rapport%20nifs_313207bbe25a4314ab6b3df643837f43.pdf Rapport 97-2015: Anbefale metoder for flomberegninger i små uregulerte felt. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2015/rapport2015_97.pdf Rapport 134-2015: Dimensjonerende korttidsnedbør. http://met.no/forskning/publikasjoner/met_report/2015/filestore/dimensjonerendekorttidsnedbr.pdf Veileder 7-2015: Veileder for flomberegninger i små uregulerte felt. http://publikasjoner.nve.no/veileder/2015/veileder2015_07.pdf
Link til rapporter og faktaark fra NIFS DP 5 forts. DP 5.2: Rapport 28-2014: «Kvistdammer» i Slovakia. http://www.naturfare.no/_attachment/631570/binary/962949 Rapport 26-2016: Eksempel på dreneringstiltak i små nedbørfelt. http://www.naturfare.no/_attachment/1204883/binary/1092438 Rapport 28-2016: Drenering for veg og jernbane. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2016/rapport2016_28.pdf Rapport 39-2016: Erfaringer fra tre pilotfelt i Gudbrandsdalen. http://www.naturfare.no/_attachment/1300377/binary/1101581 Faktaark: Kvistdammer. http://www.naturfare.no/_attachment/473732/binary/773371 Faktaark. Selvrensende stikkrenneinntak. http://www.naturfare.no/_attachment/678851/binary/980646 Faktaark. Sikring mot tiltetting av renner. http://www.naturfare.no/_attachment/678804/binary/980562
Link til rapporter og faktaark fra NIFS DP 5 forts. DP 5.3: Rapport 93-2015: Samfunnsøkonomiske kostnader av Gudbrandsdalsflommen 2013. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2015/rapport2015_93.pdf Rapport 123-2015: Flom- og skredhendelser i Gudbrandsdalen. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2015/rapport2015_123.pdf Rapport 124-2015: Flom- og skredhendelsen Frida på Sørlandet 2012. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2015/rapport2015_124.pdf Rapport 130-2015: Flommen i Notodden 24. juli 2011. http://publikasjoner.nve.no/rapport/2015/rapport2015_130.pdf Vestlandsforskning rapport 4-2015: Føre-var, etter-snar, eller på stedet hvil? http://www.vestforsk.no/filearchive/vfrapport-4-2015-forebygging-av-naturskade-endelig.pdf
Takk for oppmerksomheten!!