Valg af regn i Silkeborg

Transkript

1 Valg af regn i Silkeborg Rev. 5, september 2010

2 Rekvirent Silkeborg Forsyning Tietgensvej Silkeborg Jan Pedersen Telefon jp@silkeborgforsyning.dk Rådgiver Orbicon A/S Jens Juuls Vej Viby J Telefon duus@orbicon.dk Sag Projektleder Peter Duus Kvalitetssikring Lene Lykke Kraglund Revisionsnr. 5 Godkendt af Flemming Hermann Udgivet Silkeborg Forsyning Valg af regn til afløbssystemer, rev. 5 1/22

3 INDHOLDSFORTEGNELSE 1 Forord Indledning Skrift 28 fra spildevandskomitéen Udvikling i nedbør Anbefaling Dimensionsgivende regn Niveau 1 Rationel metode Niveau 2 CDS-regn Niveau 3 Historisk regnserie Regn til aflastningsberegninger og årsmiddelnedbør /22

4 BILAGSOVERSIGT Klik og skriv Klik og skriv "navn" eller beskrivende tekst for bilaget 3/22

5 1 Forord Nærværende notat er en revision af Valg af regn i Silkeborg, Rev.4, december Revisionen er begrundet i udgivelse af: Skrift 28 - Regional variation af ekstremregn i Danmark - ny bearbejdning ( ) fra 2006 samt Skrift 29 - Forventede ændringer i ekstremregn som følge af klimaændringer, som udkom i august Valg af regn til afløbssystemer er ét af tre notater som udgør de tre piller som er Silkeborg Forsynings hydrauliske grundlag i forbindelse med arbejdet med afløbssystemer. De tre piller består af: Funktionspraksis for afløbssystemer under regn Valg af regn til afløbssystemer Dimensioneringspraksis for afløbssystemer - som understøtter hinanden på forskelligt niveau. Funktionspraksis er en målsætning som understøttes af de øvrige to. 4/22

6 2 Indledning Med baggrund i de oversvømmelser, som fandt sted i Silkeborg by i år 2000, har Orbicon gennemført hydrauliske beregninger af regnvandssystemet for Søholt Bæk, Gødvadgrøften, Kejlstrupgrøften, Frøbækken, Eidervejgrøften og Møllebækken. Regnhændelsen i Silkeborg d gav anledning til omfattende oversvømmelser og en umiddelbar efterfølgende analyse af regnhændelsen, udført af Orbicon, har vist, at denne er så ekstrem, at den kun må forventes én gang pr. ca. 100 år, se bilag 1. For at reducere oversvømmelser vurderer Silkeborg Forsyning løbende tiltag til forøgelse af afledningssikkerheden ved etablering/udvidelser af bassiner, etablering af nye afskærende ledninger eller vurdering af alternativ afledning af regnvand. På denne baggrund er nærværende notat udarbejdet, som redegør for hvilke regndata, der udvælges til brug indenfor afløbsteknik. Både målte historiske regnserier og kunstigt generede CDS-regn (Chicago Design Storm) bruges til dimensionering af disse tiltag. 5/22

7 3 Skrift 28 fra spildevandskomitéen I 2006 udgav Spildevandskomitéen under IDA (Ingeniørforeningen i Danmark) skrift nr. 28 Regional variation af ekstremregn i Danmark ny bearbejdning ( ). Skrift 28 afløser skrift 26 Regional variation af ekstremregn i Danmark som udkom i I skrift 26 blev 41 regnserier i perioden , herunder Silkeborg, vurderet i forhold til hvor repræsentative de er, i den region de er placeret i. Danmark var delt op i tre regioner : København Øst, København Vest samt Øvrige Danmark. Efter 1996 er der registreret flere signifikante ekstremhændelser flere steder i landet hvorfor der har været et generelt ønske om at ajourføre regnserierne i skrift 26. Dette er gjort i skrift 28 hvor 66 regnserier i perioden 1. januar august 2005 er vurderet i forhold til hvor repræsentative de er i relation til de to nye regioner Region Vest og Region Øst. Figur 1: Region Vest og Øst i skrift 28 I skrift 28 er opdelingen således ændret, hvilket baseres på en ny vurdering af regnseriernes karakteristika inkl. perioden 1. januar august /22

8 Silkeborg er placeret i regionen Vest og regnseriens ( ) karakteristika er i skrift 28 vurderet i forhold til, hvad der kan forventes af en regnmåler i regionen med en årsmiddelnedbør på 719 mm. I tabel 3.1 ses en sammenligning mellem skrift 26 og 28 mht. Silkeborg regnserien Navn Nummer Årsmiddelnedbør (mm) Silkeborg (skrift 28) Silkeborg (skrift 26) Tabel 3.1: U-værdier fra skrift 28 og 26. Varighed U (1) < 1t U (2) 1t< <12t U (3) > 12t -0,58-0,3 0,24-1,9-1,8-1,0 U-værdierne er udtryk for om regnserien er afvigende i forhold til det forventede, hvilket vil sige regionalmodel vest. Negative værdier indikerer at regnserien underestimerer intensiteter i forhold til regionalmodellen mens positive værdier omvendt indikerer at regnserien overestimerer intensiteter. Afvigelserne er blevet mindre i skrift 28 end de var i skrift 26, hvilket primært må skyldes at regionalmodellen er ændret og muligvis også at at der har været flere ekstremhændelser i Silkeborg som gør at regnserien i højere grad ligner hvad der skulle forventes ud fra den ny regionalmodel. I forhold til regionalmodellen udviser regnserien en svag tendens til at underestimere intensiteter og voluminer ved varigheder under 12 timer og en svag tendens til at overestimere samme ved varigheder over 12 timer. Men det er inden for en forventelig spredning og giver ikke anledning til betænkeligheder ved at bruge regnserien. I forgængeren til nærværende notat blev det valgt at bruge Haderslevregnserien som kontrol ved beregninger med regnserien. Men på grund af de bedre U-værdier anbefales det ikke længere at lave kontrolberegninger med Haderslev-regnserien. Dette ændrer ikke på, at regnserien muligvis ikke er repræsentativ afhængig af, hvor i kommunen man arbejder. Men det er den eneste regnserie med en varighed som kan anvendes til dimensionering på niveau 3 se afsnit 5 Anbefaling. 7/22

9 4 Udvikling i nedbør Skrift 28 forholder sig ikke til en evt. udvikling i regnmønsteret hverken nationalt eller lokalt. Det gør til gengæld skrift 29, som arbejder med sikkerhedsfaktorer, hvilket er gennemgået i Dimensioneringspraksis for afløbssystemer. I det følgende er der i ord redegjort for hvilken udvikling i nedbøren der har været konstateret og hvad der forventes fremadrettet. På figur 2 ses en figur fra rapport 97-8 fra DMI, i hvilken der f.eks. vises 5% stigning i nedbøren fra perioden til for Silkeborg. Der hersker dog usikkerhed om, hvorvidt stigningen skyldes bedre måleudstyr og metoder eller en øget nedbør. Figur 2: Povl Frich, Stig Rosenørn, Henning Madsen og Jens Juncher Jensen, 1997 : Observed precipitation in Denmark, , Teknisk rapport nr fra Dansk Meteorologisk Institut. Den øgede nedbør kan illustreres ved måledata fra DMI s manuelle station ved Grønbæk, se Figur 3. 8/22

10 Årsnedbør mm Figur 3: Placering af Grønbæk Målingerne fra stationen i årene ses i figur Observeret nedbør i st , Grønbæk, , DMI Nedbør 30 års gennemsnit Lineær tendenslinje Figur 4: Målt årsmiddelnedbør i Grønbæk (Laursen, Ellen Vaarby, Jesper Larsen, Kirsten Rajakumar, John Cappelen and Torben Schmith, Observed Daily Pre-cipitation, Temperature and Cloud Cover from Seven Danish Sites, DMI Technical Report No ) samt (John Cappelen, DMI Daily Climate Data Collection , Denmark, The Faroe Islands and Greenland, DMI Technical Report No ) 9/22

11 Som det fremgår af Figur 4, er der tilsyneladende sket en stigning for 30 års middel-nedbøren fra 1933 til 2000, hvilket hænger sammen med stigningen vist på figur 2. Det ses også, at 30-års-middelnedbøren øges markant efter år 2000, hvilket er nye data i forhold til den forrige version af nærværende notat. Der er desuden sat ny rekord i 2002 med 959,5 mm. Tendensen siden år 2000 svarer meget godt til øvrige observationer af f.eks. afstrømninger i recipientsystemer. Den danske stat har i marts 2008 udgivet Strategi for tilpasning til klimaændringer i Danmark, som anbefaler en ad hoc tilpasning med fokus på 3 klimascenarier: Scenarium A2 B2 EU2C Årstal Årsmiddeltemperatur +0,6 C +3,1 C +0,7 C +2,2 C +0,7 C +1,4 C Årsnedbør +2% +9 % +2 % +8 % 0 % +0 % Vinternedbør +8 % +43 % +6 % +18 % 0 % +1 % Sommernedbør -3 % 15 % -2 % 7 % -2 % 3 % Maximum døgnnedbør +4 % +21 % +5 % +20 % +11 % +22 % Uanset hvilke af de 3 scenarier der anvendes, forventes årsnedbøren at vokse med maks. 9%. I Figur 5 ses hvordan det ser ud i det øvrige Europa for A2- scenariet. 10/22

12 Figur 5 : EU Peseta Study, A2-scenarie år Hvor årsnedbøren kun forventes at ændre sig lidt er der til gengæld væsentlige ændringer at vente sig på fordelingen af den over året, dagene og timerne. Kort fortalt kan det siges, at der forventes: Stigning i kraftigste døgnnedbør med 20-22% Stigning i 10-års timenedbør med 20-50% Sommernedbør falder 3-15% Vinternedbør stiger 1-43% Årsnedbør stiger 0-9% Sjældnere men kraftigere regn om sommeren Længerevarende regn om vinteren Det 2. punkt stammer fra DANVAs klimakogebog, hvor der forventes % mere i timen. Hvad stigningen bliver på 10 minutters intensitet kan der kun gisnes om, men den er sandsynligvis højere endnu. I Figur 6 ses en ældre afbildning af udviklingen af 95%-fraktilen for døgnnedbøren i Europa. 11/22

13 Figur 6: Farverne på figuren angiver, hvor meget større eller mindre (i millimeter nedbør pr. døgn) de ekstreme nedbørmængder i gennemsnit bliver for perioden i forhold til i %-fraktiler for døgnnedbør. Climate research; I Dimensioneringspraksis for afløbssystemer er der redegjort for hvilke sikkerhedsfaktorer der bruges til at klimasikre tiltag i afløbssystemet. 12/22

14 5 Anbefaling 5.1 Dimensionsgivende regn På baggrund af en række møder og gennemgang af skrift 27, 28 og 29 er det besluttet at anbefale følgende regn til dimensionering af afløbssystemer på de 3 niveauer som er defineret i Dimensioneringspraksis for afløbssystemer Niveau 1 Rationel metode Til mindre og simple systemer, som f.eks. mindre byggemodninger, anbefales tid-areal metoden hvor der regnes med en fuldtløbende kapacitet svarende til 108,2 l/s pr. hektar befæstet areal ganget med en sikkerhedsfaktor. På baggrund af henholdsvis regnserien og regionalmodellen er 10 minutters intensiteten for gentagelsesperioder på 1, 2, 5 og 10 år bestemt. Intensiteten fremgår af nedenstående tabel. I bilag 3 forefindes grafer over intensiteten. T [år] Intensitet [l/s/ha], regnserien, Intensitet [l/s/ha], regionalmodellen ved 732 mm, Vest*. 108,2 134,2 172,0 203,4 * 732 mm er årsnedbøren ved DMI-målestation og ikke SVK-måler Niveau 2 CDS-regn I forbindelse med mindre systemer eller ukomplicerede systemer eller systemer uden bassiner se Dimensioneringspraksis for afløbssystemer - anbefales at bruge CDS-regn genereret på baggrund af regionalmodel Vest med 732 mm i årsnedbør. CDS-regnene er generet for T=1, 2, 5, 10, 20, 50 og 100 år med følgende parametre: Årsmiddelnedbør: 732 mm Region: 1 (vest) Frekvensfaktor: 0 Varighed: 240 min. Tidsskridt: 1 min. Asymmetrikoefficient: 0,5 Det anbefales i forbindelse med analyse og dimensionering at lave beregninger med hændelsen d for at belyse konsekvenser i forbindelse med oversvømmelser. Her kan det vurderes om der sker en mere eller mindre kontrolleret afledning via veje/grøfter og terræn uden skadesvoldende oversvømmelser. 13/22

15 5.1.3 Niveau 3 Historisk regnserie I forbindelse med større systemer eller komplekse systemer eller systemer med bassiner skal Silkeborg-regnserien nr , eller nyere anvendes. Hvert år suppleres regnserien med endnu et års data regnserien anbefales, idet der er en forventning om, at regnserien lokalt set er repræsentativ og at de senere års nedbør i nogen grad har forbedret de repræsentative egenskaber ved regnserien i forhold til regionalmodellen. Regnserien er sammensat af årene , som kommer fra Skrift 26, og , som er gennemgået af Orbicon på tilsvarende vis som ved udarbejdelsen af skrift 26 (se beskrivelse af regnserien i bilag 2). Den regningsmæssige varighed af regnserien er 30,02 år. Beregninger med denne regnserie er tidskrævende og for at nedbringe beregningstiden, især ved dimensionering, er der udarbejdet en reduceret regnserie, hvori kun de mest intense hændelser er medtaget. En beskrivelse af denne regnserie ses også i bilag 2. Regnserien er ligeledes vedlagt som bilag. Beregninger med den reducerede regnserie eftervises med den fulde regnserie. Indtil videre benyttes regnmåler ved Silkeborg Forsyning ikke til langtidssimulering men kan med fordel anvendes til analyse. Det anbefales i forbindelse med analyse og dimensionering at lave beregninger med hændelsen d for at belyse konsekvenser i forbindelse med oversvømmelser. Her kan det vurderes om der sker en mere eller mindre kontrolleret afledning via veje/grøfter og terræn uden skadesvoldende oversvømmelser. 5.2 Regn til aflastningsberegninger og årsmiddelnedbør Beregning af separate regnvandsudløb baseres på areal og årsmiddelnedbør (ÅMN) mens beregning af aflastninger fra fællessystemerne baseres på enten SAMBA-beregninger eller LTS-beregninger. Det anbefales at tage udgangspunkt i LTS-beregninger med samme regnserie, som bruges i de dimensionsgivende beregninger - nemlig Silkeborgregnserien Til beregning af separate regnvandsudløb anbefales at bruge en ÅMN på 464 mm, som er baseret på et initialtab på 0,6 mm og en hydrologisk reduktionsfaktor på 0,8. I bilag 2 er regnserien beskrevet nærmere. 14/22

16 Intensitet (μm/s) BILAG 1 Regnhændelsen d målt på Silkeborg Vandværk Nedenfor ses regnhændelsen sammenlignet med en kasseregn på 140 l/s i 10 minutter RAINFALL [mm] :00: :00:00 20:00:00 21:00:00 I skemaet nedenfor ses regnhændelsen sammenlignet med regionalmodellen fra skrift 26 (region 0) for forskellige afstrømningstider. For 60 min. til 720 min. ligger gentagelsesperioden for hændelsen over 100 år. Dato/T Kl [min] [mm] :02 21,33 14,22 11,89 6,8 3,56 1,78 0, ,8 >100 år 100 år 32,77 19,15 11,62 5,00 2,98 1,71 0,99 76,8 50 år 28,67 16,18 9,83 4,32 2,57 1,50 0,86 66,4 20 år 23,74 12,84 7,82 3,52 2,10 1,25 0,72 54,4 10 år 20,34 10,69 6,53 3,00 1,79 1,08 0,62 46, år 50 år 20 år 10 år Orbicon /duus Varighed (m in.) 15/22

17 BILAG 2 Beskrivelse af regnserien For perioden anvendes regnserien fra Skrift 26, som accepterer alle hændelser bortset fra hændelser, hvor der har været registreret en ekstrem minutintensitet (> 30 µm/s). I forbindelse hermed er 6 hændelser med ekstreme minutintensiteter vurderet på grundlag af hyetografer. Herved er 5 hændelser blevet forkastet og 1 accepteret. For perioden er anvendt samme kriterie til vurdering af hændelser, som er benyttet i Skrift 26. I perioden forekommer 6 hændelser med ekstreme minutintensiteter over 30 µm/s. 5 af disse hændelser er accepteret og 1 er forkastet. Hændelserne ses af hyetograferne herunder. Figur 1: Hændelsen er accepteret Figur 2: Hændelsen er forkastet 16/22

18 Figur 3: Hændelsen er accepteret Figur 4: Hændelsen er accepteret Figur 5:Hændelsen er accepteret :21 30 Inte nsit y [mi crom/s 20 ] Time [min] 17/22

19 Figur 6: Hændelsen er accepteret 18/22

20 Nedbør [mm] Nedbør [mm] Nedbrud [dage] Den regningsmæssige varighed af regnserien er 30,02 år pga. nedbrud. På nedenstående graf ses antallet af dage med nedbrud de enkelte år. 120,00 100,00 Silkeborg regnserie nedbrud 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 År Årsmiddelnedbøren, hvor der ikke regnes med et initialtab og et hydrologisk tab, er 732,55 mm. Nedenstående figur viser nedbøren for hvert år. 1200,00 Silkeborg regnserie nedbør korrigeret for nedbrud SAMBA: Reduktionsfaktor = 1,0 og initialtab = 0,0 mm 1000,00 800,00 600,00 400,00 200,00 0,00 År Årsmiddelnedbøren, hvor der regnes med initialtab på 0,6 mm og en hydrologisk reduktionsfaktor på 0,8 er 464,18 mm. Nedenstående figur viser nedbøren for hvert år. 700,00 Silkeborg regnserie nedbør korrigeret for nedbrud SAMBA: Reduktionsfaktor = 0,8 og initialtab = 0,6 mm 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 År 19/22

21 Beskrivelse af den reducerede Silkeborg-regnserie For at nedbringe beregningstiden ved beregning med Silkeborg regnserien er denne reduceret, så kun de mest intense regn er medtaget. Bearbejdningen er sket således, at hændelserne i den fulde regnserie er smeltet sammen, så der er minimum 12 timer fra en hændelse slutter til en ny hændelse begynder aht. tømning af bassiner. Herefter er de 30 mest intensive hændelser indenfor 10 varigheder udvalgt. Således er 106 hændelser udvalgt indenfor intervallerne 1, 5, 10, 30, 60, 180, 360, 720 og 1440 minutter. Disse 106 hændelser består af i alt ca. 364 regn. Det forventes således at den reducerede regnserie er repræsentativ for den fulde regnserie ned til hyppigheder på 1-2 år. På nedenstående figur ses den fulde Silkeborg regnserie. De hændelser, som er markeret med rødt er medtaget i den reducerede regnserie, og hændelserne markeret med sort er udeladt. 20/22

22 Intensitet [mm/s] Intensitet [mm/s] Bilag 3 10 minutters intensitet 10 minutters intensitet bestemt på baggrund af Silkeborg-regnserien, 22421: Silkeborg regnserien - 10 minutters intensitet T-års estimat , Gentagelsesperiode [år] 10 minutters intensitet bestemt på baggrund af regionalmodellen (732 mm, region 1): Regionalmodellen - 10 minutters intensitet T-års estimat 68% konfidensgrænser , Gentagelsesperiode [år] 21/22

23 Bilag 4 CD-ROM med regn i KM2-format CDS_1_2009.km2: 1 års CDS-regn (Genereret fra Skrift 28, region 1, 732 mm ÅMN) CDS_2_2009.km2: 2 års CDS-regn (Genereret fra Skrift 28, region 1, 732 mm ÅMN) CDS_5_2009.km2: 5 års CDS-regn (Genereret fra Skrift 28, region 1, 732 mm ÅMN) CDS_10_2009.km2: 10 års CDS-regn (Genereret fra Skrift 28, region 1, 732 mm ÅMN) CDS_20_2009.km2: 20 års CDS-regn (Genereret fra Skrift 28, region 1, 732 mm ÅMN) CDS_50_2009.km2: 50 års CDS-regn (Genereret fra Skrift 28, region 1, 732 mm ÅMN) CDS_100_2009.km2: 100 års CDS-regn (Genereret fra Skrift 28, region 1, 732 mm ÅMN) 22419_2009.km2: Silkeborg Forsyningsafdeling regnserien 22419, Varighed 4,16 år 22421_2009.km2: Silkeborg Vandværk regnserien 22421, Varighed 30,02 år 22421_2009_light.km2 : Silkeborg Vandværk regnserien 22421, _ km2 : Hændelsen d målt på Silkeborg Vandværk 22/22