KV MiljøFormidling 1

Transkript

1 Kristian Vestergaard Civilingeniør, Ph.D indenfor miljøteknik fra Aalborg Universitet Adjunkt og ekstern lektor på Aalborg Universitet ( ) Kursusudvikler og kursuschef på Ferskvandscentret ( ) Hydraulisk specialist ved Orbicon ( ) KV MiljøFormidling (2001-) og ekstern lektor IHA ( ) KV MiljøFormidling (2001-) og lektor Århus Universitet (2011-) Hydrauliske beregninger vandløb/afløbssystemer/mv Modelværktøjer MOUSE, Mike Urban, VASP, Mike 11, Mike 21, Mike Flood, EPANET Ferskvandsrecipienter, specielt vandløb, vandplaner, regulativer Afløbssystemer, spildevand, vandforsyning, klimatilpasning KVMF: Efteruddannelse, foredrag/temadage, syn og skøn, konsulentarbejde KV MiljøFormidling 1

2 KV MiljøFormidling 2

3 Bekendtgørelse om regulativer for offentlige vandløb 3. Regulativet skal indeholde en tydelig betegnelse af vandløbet samt oplysning om målsætningen for vandløbet og om de ved og i vandløbet beliggende anlæg. Regulativet skal være bilagt et kort, der viser vandløbets beliggenhed og er forsynet med identifikation af de enkelte stationeringer. Regulativet skal endvidere indeholde bestemmelser om 1) vandløbets skikkelse og/eller vandføringsevne, herunder regulativvandstande, 2) vandløbets vedligeholdelse, herunder om vedligeholdelsesarbejdets udførelse, om bortskaffelse af fyld og grøde samt om sikring af drænudløb, 3) regler om ændring i retten til sejlads i forhold til lovens 4, 4) beliggenhed, udstrækning m.v. af anlæg m.v., der er etableret i forbindelse med vandløbsrestaurering, 5) friholdelse af arealer langs vandløb, herunder arbejdsareal og 2 m-bræmmer, 6) drift af stemmeværker, 7) hegn og kreaturvanding, 8) beplantning og bevarelse af skyggegivende vegetation, 9) udløb for dræn- og spildevandsledninger, 10) broer, bolværker og lignende, 11) opstemningsanlæg, herunder flodemål m.v., 12) tilrettelæggelse af vandløbsmyndighedens tilsyn, herunder om lodsejeres og andre interesseredes medvirken ved tilsynet samt om samarbejde med andre myndigheder, 13) revision af regulativet og 14) datoen for regulativets ikrafttræden. KV MiljøFormidling 3

4 Lidt om regntyper: Generelt kan regn deles op i tre forskellige kategorier, front regn, konvektiv regn og orografisk regn. Front regn kommer hvor frontsystemer mødes, og den varme luft presses op over den kolde. Den varme luft afkøles og kan begynde at regne. Intensiteten i front regn er normalt lav, til gengæld er varigheden lang, og derfor kan der falde store regnmængder. Front regnen dækker oftest store områder. Konvektiv regn dannes, når der er en lokal opvarmning af luften nede fra. Den varme luft stiger op og afkøles, hvorefter det begynder at regne. Regn intensiteten kan være høj, men udbredelsen er ikke så stor som ved front regn. Tordenbyger hører ind under denne kategori. Orografisk regn er, når fugtige luftmasser presses ind over land eller op over højderygge, hvor luften afkøles, og det begynder at regne. Denne regn type betyder, at man skal være varsom med at generalisere regnmålinger. Læs mere om regn på eller i Spildevandskomiteens skrifter nr. 18 og 26 KV MiljøFormidling 4

5 Det topografiske vandløbsopland fastlægges udfra topografiske vandskel, dvs. højdekurver/rygge og strømningsretninger vinkelret på højdekurser. Det antages at det er vandet fra dette område der føder vandløbet, såvel vis overfladisk afstrømning, som via grundvandsafstrømning. Imidlertid er der ikke nødvendigvis sammenfald mellem topografien på overfladen og potentialeforholdene, hvilket betyder at der kan være forskel på størrelsen af det topografiske opland og grundvandsoplandet. KV MiljøFormidling 5

6 Figur fra Vandløb økologi og planlægning, Miljøstyrelsens Ferskvandslaboratorium, Eksempler på specifikke afstrømninger (fra DMU, faglig rapport 340, 2000): KV MiljøFormidling 6

7 Stationsdata Administrative oplysninger I nogle vandløbssystemer findes der hydrometriske stationer, hvor vandføringen måles kontinuert. Pga af disse målinger kan der udarbejdes afstrømningsdata, som bl.a. kan danne baggrund for beregning af den specifikke afstrømning KV MiljøFormidling 7

8 Husk at: Afstrømningsmålinger oftest vises som døgnmiddelværdier, hvilket betyder at der er forekommet større eller mindre afstrømninger end de viste Afstrømningsmålinger er baseret på måling af vandspejlskoten, som herefter omregnes til vandføring via en kalibreringsformel/kurve, der er baseret på regelmæssige målinger af vandføringen ved hjælp af f.eks. Vingemålinger Der derfor er en vis usikkerhed på afstrømningsværdierne Hvad gør man hvis der ikke findes en hydrometrisk station i det vandløb, man gerne vil kende afstrømningsværdier for? Man finder en nærliggende hydrometrisk station, hvis opland er sammenligneligt med det aktuelle opland. Dvs. mht topografi, arealanvendelse, bebyggelse og andre forhold som kan have betydning for afstrømningsrytmen. Hvis dette er OK kan man bruge de målte specifikke afstrømninger for det aktuelle opland, da den specifikke afstrømning jo netop er arealvægtet. Hvis der findes enkelte vandføringsmålinger (vingemålinger) i det aktuelle vandløb kan man anvende disse til at justere de overførte værdier. Hvis f.eks. Der i begge vandløb findes en vandføringsmåling fra det samme tidspunkt, og der er en forskel på 10% på de specifikke afstrømningsværdier, da kan man justere de overførte data med 10 %. Men vær opmærksom på at den observerede forskel ikke nødvendigvis behøver at være repræsentativ for alle årstider og afstrømningssituationer, så pas på. KV MiljøFormidling 8

9 Husk at: Vandstanden målt ved hydrometriske stationer oftest vises som døgnmidler At f.eks den absolutte maksimumsvandstand kan have været væsentlgt højere ved korte intense afstrømningsforløb, f.eks. Forårsaget af stor overfladeafstrømning/tilledning fra urbane områder På samme måde som for vandføringen kan man tale om statistiske værdier for vandstanden eller vandspejlskoten, enten på baggrund af målte eller beregnede vandstande. Et nyligt eksempel herpå er den af Obicon definerede dyrkningsspecifikke afvandingsdybde, som er en afledt værdi af vandstanden i vandløbet. I korte træk er grundlaget for denne følgende: Først beregnes døngmiddelvandføringen i stationen Dernæst beregnes døgnmiddel vandstanden, f.eks vha VASP Så beregnes en 5-døgn glidende middel af den beregnede døgnmiddelvandstand Heraf findes en 5-års maximum, Se yderligere herom i rapporten Konsekvensanalyser KV MiljøFormidling 9

10 Vesthimmerlands kommune: KV MiljøFormidling 10

11 KV MiljøFormidling 11

12 KV MiljøFormidling 12

13 KV MiljøFormidling 13

14 I gennemsnit ud over landet faldt der hele 321 millimeter nedbør i sommeren Det er 133 millimeter eller 71 % over normalen for Det blev den andenvådeste sommer registreret siden de landsdækkende nedbørmålinger startede i Rekorden for den vådeste sommer er 323 millimeter nedbør fra Den tørreste sommer er fra 1976, hvor der blot faldt 49 millimeter nedbør. Der var store forskelle henover landet. Mest nedbør kom der i regionen Fyn med 372 millimeter i gennemsnit (normal 173 millimeter), mens der i Midt- og Vestjylland kom mindst med 271 millimeter for regionen i gennemsnit (normal 196 millimeter). Alle tre måneder var vådere end normalt. Juli 2011 blev endda den syvende vådeste registreret siden 1874 og august 2011 den ottende vådeste. Større dominerende regnvejr med regn af varierende mængder til hele landet passerede ved fem lejligheder i juni Første gang var den 6. juni med kraftig regn og lokale skybrud i det østlige Danmark. Et par dage efter, den 8-9. juni, blev der registeret kraftig regn og lokale skybrud med hovedvægt i Jylland og på Fyn. Den 16. juni var der regn til hele landet igen med enkelte skybrud og lokalt kraftig regn, mest i det centrale Jylland. Den 22. juni blev det til enkelte skybrud og lokalt kraftig regn, mest på Sjælland og endelig den juni en hel del regn i en stribe ned igennem det centrale Danmark med lokalt skybrud. Store dele af juli 2011 var meget regnfuld med flere store regnvejr specielt i den østlige del af landet. Stort set hele Storkøbenhavn blev tidlig lørdag aften 2. juli 2011 ramt af et overordentligt voldsomt skybrud, der medførte omfattende vandskader på veje og bygninger. Hvis man medtager regnen fra den varmfront der passerede landet tidligere på dagen, kom der op mod 150 millimeter regn i området som det højeste målte. Normalen for København og Nordsjælland er 67 millimeter for hele juli, så det svarer til over to (2) gange månedsnormalen for området. Flere kraftige regnvejr dominerede tillige august Lige i starten af måneden den 1. august trak kraftige byger ned over landet, og i den nord- og østlige del gav det anledning til kraftig regn og spredt torden og flere steder skybrud på Sjælland. Næstved fik endda skybrud to dage i træk. Den 6. august var den gal igen med kraftig regn og skybrud i det syd- og sydøstlige Danmark med en del lyn og torden. Den 8. august gav kraftige byger igen rigelige mængder af regn, igen med skybrud flere steder i landet. Søndag den 14. august fik landet atter masser af vand, igen med skybrud flere steder. Kun Bornholm gik næsten fri. Den august trak regn og torden igen ind over landet. Det gik igen hårdest ud over den sydlige del af landet, hvor enkelte steder fik skybrud. Den august gav en frontpassage kraftigt tordenvejr, masser af regn og flere skybrud til landet. Den 28. fortsatte bygerne, der først klingede af i løbet af den 29 (uddrag fra KV MiljøFormidling 14

15 Nedbør i Danmark (fra Den gennemsnitlige årlige nedbør over land (normal ) er 712 mm men varierer meget fra år til år og fra sted til sted. Gennemsnitligt regner det mest i det centrale Jylland med over 900 mm og mindst over Kattegat og Bornholm med omkring 500 mm. Den laveste målte årlige nedbør for hele landet var 464 mm i 1947, og den højeste var 905 mm i Siden 1990 har den gennemsnitlige årlige nedbør i Danmark været på omkring 745 mm og har således tiltaget med circa 100 mm siden de systematiske målinger begyndte i KV MiljøFormidling 15

16 Fra d. 17/ Tabellen viser de beregnede danske klimaændringer udtrykt som ændring i forhold til perioden for de fire klimascenarier. Tallene for A1B-scenariet er beregnet med en nyere version af DMIs regionale klimamodel (HIRHAM5), end den der er brugt til at beregne tallene for de øvrige scenarier (HIRHAM4). Desuden bygger tallene for A1B på den globale klimamodel ECHAM5, hvor de øvrige bygger på HadAM3H. KV MiljøFormidling 16

17 Fra d. 17/ Tabellen viser udvalgte ekstremindikatorer for de fire klimascenarier. Tallene viser forskellen mellem og Tallene for A1B-scenariet er som beskrevet ovenfor beregnet med et andet modelsystem end tallene for de øvrige scenarier. Sidste kolonne viser modellernes nutidsværdi som gennemsnittet mellem de to nutidssimuleringer, der indgår i denne undersøgelse. Modellens nutidsresultater er ikke fuldstændigt identiske med de målte værdier for perioden , men i rimelig overensstemmelse. KV MiljøFormidling 17

18 Fra KV MiljøFormidling 18

19 Sammenhæng mellem vandføring og vandstand Alt andet lige vil vandstanden i et vandløb stige med stigende vandføring, som illustreret på nedenstående figur. Såfremt strømningsmodstanden er konstant f.eks udelukkende opstår via friktion mod bund og brinker (hvilke normalt kun undergår langsomme ændringer), da vil der eksistere en eentydig sammenhæng mellem vandstand og vandføring. Denne sammenhæng kaldes normalt for en Q-h sammenhæng i grafisk afbildning for en Q-h kurve. KV MiljøFormidling 19

20 Bruges til overslagsberegninger og dimensionering/design. Forudsætter at der ikke er variationer i længde- og tværsnitsprofiler I princippet er der ringe sammenhæng med virkeligheden, men med fornøden omhu og forsigtighed kan metoden anvendes i praksis Normalt anvendes en friktionstabsformel, i DK oftest: Manningformlen: V = M * R 2/3 * I 0 1/2 (Q = V * A) Hvor V: Hastighed (m/sek), M: Manningtal (m 1/3 /sek), R: Hydraulisk radius (m), I 0 : Vandspejlshældningen (-), Q: Vandføring (m 3 /sek), A: Tværsnitsareal (m 2 ) Energitabet beskrives ved Manningtallet M, eksempelvis (men større/mindre værdier kan forekomme): Stort vandløb uden grøde: M = (Vandspejlsbredde >10m) Mindre vandløb uden grøde: M = (Vandspejlsbredde 5-10m) Mindre vandløb med grøde: M = Lille vandløb med grøde: M= 5-10 (Vandspejlsbredde < 5m) Disse værdier forudsætter at der anvendes hydraulisk radius Håndregning, lommeregner eller regneark. Modeller kan selvfølgeligt også! KV MiljøFormidling 20

21 Tværsnitsparametre er størrelser, der karakteriserer vandløbets profil, og som anvendes ved hydrauliske beregninger, f.eks ved vandspejlsberegninger. De væsentligste tværsnitsparametre er: Tværsnitsarealet: Er det frie gennemstrømningsareal, betegnes ofte som A, måles vinkelret på strømningsretningen, måles i m 2 Den våde perimeter: Er længden af kontaktfladen mellem vand og bund/brinker, betegnes ofte P, måles på tværs af vandløbet, måles i meter Hydraulisk radius: Beregnes som forholdet mellem areal og våd perimeter Hydraulisk radius er en størrelse der viser forholdet mellem gennemstrømningsarealet og den længde hvorover der er strømningsmodstand pga. friktion mod bund/brinker, og kan derfor lidt hen ad vejen opfattes som et udtryk for vandføringsevnen. I stedet for hydraulisk radius kan anvendes den såkaldte modstandsradius, ofte betegnet ved R*. Denne er langt vanskeligere at beregne, men passer bedre i vandløb, hvor vanddybden er lille i forhold til vandløbsbredden. Da dette ofte er tilfældet er det almindelig praksis at anvende modstandsradius som standard ved computerberegninger, f.eks. i VASP Bemærk at man ikke umiddelbart kan skifte rundt mellem de to udtryk for radius, da valget af Manningtal ofte vil være påvirket af, hvilken radius man anvender. Tværsnitsarealet A og hydraulisk radius R i Manningformlen. Begge størrelser afhænger af vandspejlets beliggenhed, så proceduren er typisk at vælge et vandspejl, beregne de to tværsnitsparametre, hvorefter vandføringen kan beregnes af Manningformlen (efter valg af vandspejlshældning og Manningtal) KV MiljøFormidling 21

22 Hydraulisk betydning af grøde: I mange vandløb forekommer der betydende grødemængder. Når vandet skal strømme gennem grøden eller uden om kompakte grødebanker sker der et energitab grøden yder modstand mod strømningen. Det betyder at strømningsmodstanden vokser ved voksende grødemængde, hvilket medfører at vandstanden stiger, jf. nedenstående figur. I mange grødefyldte vandløb er grødemængden og fordelingen af denne den altafgørende faktor for den samlede strømningsmodstand. Dette betyder at der ikke eksisterer en eentydig sammenhæng mellem vandstand og vandføring, dvs. én Q-h kurver, men derimod en hel sværm af Q-h kurver, som repræsenterer hver sin grødesituation. I takt med at grøden vokser skifter Q-h sammenhængen løbende. KV MiljøFormidling 22

23 Vandstand , , , ,5 Vandføring KV MiljøFormidling 23

24 Bruges til analyse/konsekvensberegninger. Resultatet er et sammenhængende vandspejlsforløb for en given afstrømningssituation Forudsætter typisk lineære variationer i tværsnitsforhold og Manningtal Kan give virkelighedsnære resultater såfremt der er et rimeligt kendskab til tværsnitsforholdene, variationenen i Manningtal, samt tilstrømningsfordelingen. Eventuelt bestemmes Manningtalsvariationen ved kalibrering. Normalt anvendes energiligningen ( energiregnskab ) Energiniveauet i snit A = energiniveauet i snit B +/- energitabet mellem A og B Energitabet beregnes oftest ved Manningformlen + eventuelt enkelttabsformel Alternativt kan der anvendes en differentialligning for uensformig strømning Manuel beregning er omfattende, men et regneark kan dække behovet i mange tilfælde. Der findes tre danske kommercielle computermodeller på markedet, nemlig VASP (Orbicon), PROKA (NIRAS) og Mike11 (DHI), men der udvikles ikke længere på PROKA, så denne model må formodes at udgå med tiden. Derudover findes der moddeller udviklet i udlandet nogle er endda såkaldt freeware. KV MiljøFormidling 24

25 Fra Brugermanual til VASP 6.0 (bemærk at nyeste udgave er version 7) KV MiljøFormidling 25

26 Beregningen er foretaget i vandløbet Hovedgrøften, som løber fra nordkant Malling til Beder, gennem Beder og til udløb i Giber Å. Der er tale om et lille kunstigt anlagt vandløb, som leder en del overfladevand væk fra Malling Nord, hvor der har været konstateret oversvømmelser. KV MiljøFormidling 26

27 Uddrag af anbefalingerne i ovennævnte rapport KV MiljøFormidling 27

28 KV MiljøFormidling 28

29 Vandløbet beskrives som hovedregel ved et trapezformet tværsnit med angivelse af bundbredde, bundkote og skråningsanlæg. Metoden er god til at beskrive dimensionen i vandløb med ringe fysisk variation og i vandløb, der er stuvningspåvirkede. Anvendeligheden af metoden aftager med stigende fysisk variation i vandløbet. Metoden er ikke egnet til vandløb målsat som gyde-, yngelopvækst-, opholds- og opvækstvand for laksefisk. (s. 30 i notatet ) KV MiljøFormidling 29

30 KV MiljøFormidling 30

31 Arealkoteprincippet er en variant af skikkelsesmetoden, der går ud på at beskrive et tværsnitsareal, der skal være til stede under en given terrænkote på et givet punkt i vandløbet. Der er forskellige varianter af metoden, herunder en videreudvikling kaldet dynamisk skikkelse. Regulativet for offentlige vandløb skal ifølge vandløbslovens 12 bl.a. indeholde bestemmelser om vandløbets skikkelse eller vandføringsevne. Af bemærkningerne til bestemmelsen fremgår, at der er tale om faste krav til skikkelsen eller til vandføringsevnen. Dette gentages i cirkulære nr. 21/1985 om vandløbsloven, hvor geometrisk skikkelse i afsnit 7.2 om regulativers indhold er defineret som faste angivelser for bundbredde, bundkote og skråningsanlæg. I definitionen af dynamisk skikkelse gives der ikke eksakte mål for fastlæggelsen af skikkelsen. Efter denne definition skal tværsnittet for et vilkårligt vandspejl i det faktisk opmålte profil give mindst det samme tværsnitsareal som det traditionelle trapezprofil. Skikkelsen er altså ikke entydigt fastlagt (og i øvrigt heller ikke vandføringsevnen). Som følge heraf vil fastlæggelse af en dynamisk skikkelse og anvendelse af arealkoteprincippet i et regulativ ikke være i overensstemmelse med vandløbsloven. (s. 30 i notatet ) KV MiljøFormidling 31

32 KV MiljøFormidling 32

33 Det vanskeligste ved denne metode er at få fastlagt Q/h kravkurverne, så de afspejler den hidtidige vandføringsevne, samt at placere kontrolstationer, således at disse på en dækkende måde beskriver hele vandløbet. Hvis denne forudsætning er opfyldt, og kontrollen gennemføres i et helt grødefrit vandløb, er metoden god til at beskrive vandløbets afvandingstilstand. Det er endvidere nødvendigt, at kontrollen udføres ved både små og store vandføringer, idet en Q/h- måling alene fortæller noget om den vanddækkede del af profilet. Metoden er ikke anvendelig på stuvningspåvirkede strækninger. (s. 31 i notatet ) KV MiljøFormidling 33

34 KV MiljøFormidling 34

35 Metodens store fordel er, at den er i stand til at beskrive vandføringsevnen i enhver vandløbsstation, og at kontrollen (opmålingen) kan gennemføres på et vilkårligt tidspunkt af året. Metoden er således god til at beskrive tilstanden i både ensartede og meget varierede vandløb. (s. 32 i notatet ) KV MiljøFormidling 35

36 Grødeskæringsredskaber jf. Grødeskæringsvejledningen KV MiljøFormidling 36

37 KV MiljøFormidling 37

38 REVISION AF REGULATIVER procedure Forslag til regulativ udarbejdes Fremlægges for offentligheden og berørte myndigheder i 8 uger Indsigelser og ændringsforslag fremsendes indenfor de 8 uger Regulativet vedtages under behørig hensyntagen til fremkomne indsigelser og ændringsforslag Regulativer for tidligere amtsvandløb indsendes til godkendelse ved Naturstyrelsen Vedtagelsen offentliggøres i stedlige blade (inkl. klagevejledning) Ikrafttrædelse tidligst 4 uger efter offentliggørelsen Klagefrist er 4 uger efter offentliggørelsen, normalt med opsættende virkning Miljø- og Naturklagenævnets afgørelser er endelige De samme regler gælder for fælles- og tillægsregulativer KV MiljøFormidling 38

39 Krav til fremtidens regulativ 1. Skal kunne beskrive afvandingstilstanden 2. Skal muliggøre fysisk variation i vandløbet 3. Definerer krav på enhver lokalitet i vandløbet 4. Relaterer sig til hvad der kan observeres i vandløbet 5. Gennemskueligt og tilgængeligt 6. Muliggør enkel og entydig kontrol, eventuelt på flere niveauer, således at f.eks. lodsejere også har mulighed for at foretage hel eller delvis kontrol. 7. Tager hensyn til ressourceforbruget ved vandløbsmyndigheden 8. Konsekvensvurderingsværktøj KV MiljøFormidling 39

40 Litteratur: Vandløb økologi og planlægning. Miljøstyrelsens Ferskvandslaboratorium, 1984 Q-H kurver for grødefyldte vandløb. K. Vestergaard, T. Larsen, J.O. Frier, Aalborg Universitetecenter, 1991 Vandløbene ti år med den nye vandløbslov. Miljøstyrelsen. Miljønyt nr. 13/1995 Afstrømningsforhold i danske vandløb. Faglig rapport fra DMU nr. 340, 2000 Teknisk anvisning for gennemførelse og beregning af vandføringsmålinger. DMU, 2003 Fysisk kvalitet i vandløb. Faglig rapport fra DMU nr. 590, 2006 Bekendtgørelse om regulativer for offentlige vandløb 1437/2007 Udarbejdelse af vandløbsregulativer. Skov og Naturstyrelsen, 2007 ( Grødeskæring i vandløb, erfaringsopsamling. By- og Landskabsstyrelsen (Orbicon), 2008 ( Vejledning om grødeskæring i vandløb. By- og Landskabsstyrelsen (Orbicon), 2008 ( Forslag til Vandplan for Hovedvandopland 1.7 Århus Bugt. By- og Landskabsstyrelsen, høring oktober 2010 Konsekvensanalyser af ændret grødeskæring i vandløb. Landbrug og Fødevarer (Orbicon), 2011 ( Guidelines til opmåling af vandløb. Bo Rasmussen & Carsten Kragh I/S, Dansk Landbrug Sydhavsøerne, Danske Vandløb, Gefion, Orbicon, Holbæk Kommune, Næstved Kommune, Slagelse Kommune, Sorø Kommune, Stevns Kommune, Østdansk Landbrugsrådgivning, 2013 Afprøvning af metode til konsekvensvurdering af ændret vedligeholdelse i vandløb. DCE Aarhus Universitet, 2015 KV MiljøFormidling 40