Syd_M013 Klimatilpasning_Notat

Transkript

1 Syd_M013 Klimatilpasning_Notat NIRAS A/S Sortemosevej 2 DK-3450 Allerød Banedanmark Femern Bælt Danske Jernbanelandanlæg Kontrakt Syd Telefon Fax [email protected] CVR-nr Tilsluttet F.R.I Klimatilpasning 12. maj 2010 Rev. 30. juni 2010 Indhold: 1. Indledning Baggrund Grundlag for klimakonsekvensvurderinger Klimaændringernes forventede omfang i projektområdet Nedbør Afstrømning Grundvand Havniveaustigning Afvanding af banen Afvandingsdesign Dimensioneringspraksis Forslag til dimensioneringsparametre Overordnet sikkerhedsniveau Beregningsniveau Gentagelsesperiode Regnintensitet Bidragydende opland Sikkerhedsfaktorer Grøfter Tætte ledninger Diffus tilstrømning Vandløbskrydsninger (underføringer) Øvrige parametre Sammenfatning Nedbør Afstrømning...31 Udført Kontrol Godkendt HPJ/ERI JBN JKR

2 2 5.3 Grundvand Havniveaustigning Referencer Indledning 1.1 Baggrund Danmark får i fremtiden et varmere og vådere vejr med flere ekstremer. For anlæg med lang levetid er en vigtig forudsætning for projekteringen at have foretaget en vurdering af konsekvenserne af de forventede klimaændringer. I forbindelse med København-Ringsted projektet blev der udarbejdet et notat /1/, som indeholdt en konkret vurdering af hvilke tiltag, der burde iværksættes mht. dimensionering af afvandingen. Det er besluttet, at en lignende vurdering skal foretages for Orehoved-Holeby projektet. Det følgende notat omhandler dels en redegørelse for de forventede klimaændringer i projektområdet og dels forslag til hvilke dimensioneringsparametre, der skal benyttes i projekteringen af afvandingen af sporarealerne. 1.2 Grundlag for klimakonsekvensvurderinger Regeringens strategi for tilpasning til klimaændringer i Danmark fastlægger de overordnede rammer for klimakonsekvensvurdering af bl.a. tekniske anlæg /2/. Konsekvensvurderingen skal tage udgangspunkt i to af FN's klimapanels scenarier for udledning af klimagasser frem mod år A2 (middelhøjt) og B2 (middel lavt) - samt EU's målsætning om, at den globale menneskeskabte opvarmning ikke må overstige 2 ºC i forhold til førindustriel tid (EU2C). FN's klimapanel, IPCC, (Intergovernmental Panel on Climate Change) har beskrevet forskellige scenarier for, hvordan verden vil udvikle sig frem mod 2100 /3/. De udvalgte scenarier A2 og B2 er præsenteret i Tabel 1. Baseret på denne fremskrivning af den globale udvikling er den årlige emission af klimagasser beregnet som angivet i Figur 1. Tabel 1 Generel beskrivelse af udvalgte scenarier for udviklingen af udledningen af klimagasser /3/. A1. En fremtidig verden i meget hurtig økonomisk vækst. Verdensbefolkningen topper i midten af århundredet, og der sker en hurtig introduktion af nye mere effektive teknologier. A1-familien omfatter tre underfamilier, hvor der fortrinsvis anvendes fossile brændsler (A1F1), ikke-fossile energikilder (A1T) eller en balanceret blanding af alle former for energikilder (A1B).

3 3 A2. En mere heterogen verden med fortsat stigning i verdensbefolkningen og langsommere teknologisk udvikling. B1. En verden, der i visse henseender minder om A1, men i højere grad satser på service og informationsbaseret økonomi samt bæredygtige teknologier. B2. En verden, der har fortsat befolkningsvækst, men dog mindre end i A2 samt en langsommere og mere forskelligartet teknologisk udvikling end A1 og B1. Figur 1 Global emission af klimagasser. Global emission af Green House Gasses (GHG) i Gt CO 2 equivalenter. De farvede linjer illustrerer seks af SRES scenarier (Special Report on Emissions Scenarios) og 80 % fraktilen af de seneste publicerede scenarier (post-sres) (gråt felt). Stiplet linie er henholdsvis de maksimale og minimale værdier af Post-SRES scenarierne. GHG inkluderer emission af CO 2, CH 4, N 2 O og F-gasser /4/. Klimaet påvirkes af koncentrationen af klimagasser i atmosfæren. Med de estimerede årlige globale udledninger af klimagasser har FN's klimapanel med globale klimamodeller fået beregnet, hvordan klimaet ændres frem mod år Det vil sige, hvordan ændrer karakteristiske

4 4 klimaparameter som middelnedbør, ekstrem nedbør, sommertemperatur m.m. sig fra i dag til år DMI har med afsæt i de globale klimamodeller gennemført beregninger med regionale klimamodeller, som viser dansk klimaændring udtrykt som ændring i forhold til perioden for de tre klimascenarier. Resultaterne er vist i Figur 2. GEUS har anvendt DMI's resultater til at beregne responsen på grundvandsstand og vandføring i vandløb for henholdsvis et sandet område (Vestjylland) og et leret område (Sjælland) /5/. Sjælland er i denne tilknytning sammenlignelig med Lolland og Falster. Resultatet fra disse beregninger vil blive præsenteret i kapitel 2. Der har i perioden efter publikation af IPCC's seneste state of knowledge rapport i 2007 været en væsentlig debat vedrørende estimatet for middelvandstandsændringerne, der ikke inddrager afsmeltningen fra landbaserede gletsjere, polerne og Grønland. Finske og Amerikanske universiteter mener således, at havet vil stige fra 0,8-1,5 m henholdsvis 0,8-2 m i løbet af perioden 1990 til 2100 /6/. Danske forskere har med to uafhængige sæt af målinger dokumenteret, at havvandstanden vil stige mere end 1 m i 2100 /7/.

5 5 Figur 2 Estimerede klimaændringer. Citeret fra Regeringens klimastrategi /2/. 2. Klimaændringernes forventede omfang i projektområdet I DMI s regionale model for Danmark er konsekvenserne af menneskeskabte og naturlige påvirkninger af klimaet bestemt for forskellige scenarier. Grundet de mange komplekse processer, der skal simuleres i en klimamodel, er der store usikkerheder i resultaterne. Således er det pt. ikke muligt for klimamodellerne at beskrive lokale klimaændringer i Danmark. De estimerede klimaændringer jf. Figur 2 er derfor også udtryk for de forventede fremtidige forhold på Lolland og Falster. Der fokuseres på de estimerede klimaændringer i perioden , da den forventede levetid for baneanlægget omfatter denne periode.

6 6 Nogle klimavariable kan dog på grund af eksempelvis hydrogeologiske eller topografiske forhold have øget betydning for det aktuelle lokalområde på Lolland og Falster. Specielle regionale forhold på Lolland og Falster inddrages her i en gennemgang af de klimavariable, som findes relevante at inddrage i en vurdering af konsekvenser for afvandingsforholdene. 2.1 Nedbør De forventede klimaændringer vil generelt give anledning til en ændret nedbørsfordeling med mere nedbør om vinteren, mindre nedbør om sommeren og mere ekstreme nedbørshændelser om sommeren/efteråret. Vinternedbøren forventes at stige med % og sommernedbøren forventes mængdemæssigt at reduceres med %, hvilket vil medføre tørkeperioder. Samtidig vil intensiteterne på den kraftige nedbør i form af tordenbyger stige med 20 % eller mere. De øgede vandmængder og intensiteter vil øge risikoen for oversvømmelser og skred i baneskråninger og dæmninger. På Lolland vil det generelt flade terræn betyde en udfordring i at få afledt store regnmængder til recipienter. På Falster, hvor faldforholdene i banetracéet er mere varierende, vil det i højere grad være erosion og oversvømmelser i lavpunkter, der skal fokuseres på i relation til nedbør og afvanding. Figur 3 35 Faldforhold i banetrace Cross Section Meters Meters Længdetværsnit mellem Orehoved og Holeby.

7 7 2.2 Afstrømning Afhængig af de geologiske forhold i oplandet til vandløbene vil det ændrede nedbørsmønster resultere i et ændret afstrømningsmønster i vandløbene. Generelt vil sandede oplande som i Vestjylland opleve en stigning af vandføringen over hele året på nær i sensommeren, hvorimod de mere lerede oplande som i hovedparten af Sjælland og på Lolland vil opleve et fald i vandføringen om sommeren og en væsentlig stigning om vinteren (Figur 4). Figur 4 Geologisk betinget ændring af afstrømning som følge af klimaændringer. Den procentvise ændring i afstrømning pr. måned for Odderbæk og Ølholm Bæk /8/. Et sandet og et ikke sandet opland. GEUS har gennemført en hydrologisk modellering ved anvendelse af Danmarksmodellen for Sjælland med sammenligning af nuværende forhold med ændret klimatiske forhold jævnfør A2 og B2 scenariet /5/. Eftersom de geologiske forhold på Lolland er sammenlignelige med de geologiske forhold på Sjælland vurderes det, at disse resultater er anvendelige til vurdering af klimaændringernes effekt på vandføringen i vandløb på Lolland. Ved anvendelse af modellen er det for udvalgte hydrometriske målestationer (Figur 5) beregnet ændringer i karakteristiske vandføringer i vandløbene.

8 8 Figur 5 Hydrometriske målestationer Udvalgte hydrometriske målestationer på Sjælland /5/. Med. min. (median minimumsvandføring) er laveste vandføring, der statistisk forekommer hvert andet år. Resultatet af beregningerne er angivet i Tabel 2 og viser, at årsmiddelvandføringen vil øges med 12 til 18 procent i A2 scenariet og 26 til 34 procent for B2 scenariet. Hen over året vil vandføringen øges med % om vinteren og reduceres med % om sommeren jf. Figur 6.

9 9 Tabel 2 Middelafstrømning. Vandføringsstation [m 3 /s] Scenarium Middel Nu ,76 A ,04 B ,26 Procentuel ændring A2 16% 16% 18% 12% 14% 18% 18% 16% B2 27% 30% 31% 26% 28% 30% 34% 29% Beregnede middelafstrømninger (m 3 /s) for udvalgte vandføringsstationer i situationen, hvor der ikke er vandindvinding. Beregningerne er gennemført for scenarierne nuværende forhold (Nu), A2 og B2.

10 10 Figur 6 Månedlig ændring i vandføring. Månedlig ændring i vandføring i forhold til Nu-scenariet /5/. For ekstremvandføringerne (95 % fraktilen) viser beregningerne, at de øges med 18 til 25 procent i A2 scenariet og 22 til 35 procent i B2 scenariet jf. Figur 7.

11 11 Figur 7 Ekstremvandføringer. Øverst:Beregnede fraktilværdier (m 3 /s) for nutids-scenariet for vandføringsstationer på Sjælland (ingen grundvandsindvinding). Nederst: Relativ ændring i fraktil-værdier for vandføringsstationer på Sjælland /5/. 2.3 Grundvand Klimaændringerne vil give en øget grundvandsdannelse, fordi den årlige nettonedbør stiger. For de lerede jorde vil det forøge den terrænnære afstrømning mod vandløbet og kun en mindre del af den øgede grundvandsdannelse vil give anledning til at grundvandsstanden hæves. For de sandede jorde vil den øgede grundvandsdannelse forplante sig ned til det dybere liggende grundvandsmagasin og dermed give en øgning af grundvandsstanden. Betragtes resultatet af GEUS beregninger for Sjælland i Figur 8 /5/ er der et meget varieret billede af ændringen af grundvandsstanden for det terrænnære grundvandsmagasin. Derimod er det forholdsvis entydigt, at det kun er i det sandede område af Sjælland, at der observeres en stigning i grundvandsniveauet. Eftersom geologien på Lolland i udpræget grad er leret. vurderes det således, at der ikke vil forekomme en stigning i grundvandsniveauet som følge af klimaændringerne.

12 12 Figur 8 Ændring i grundvandsstand. Forskel i middeltrykniveau mellem A2 og nutidsscenariet (A2-Nu) for lag 9 det primære (dybe) grundvandsmagasin - og lag 3 det sekundære (terrænnære) grundvandsmagasin (ingen grundvandsindvinding). Tilsvarende beregningsresultater for B2 scenariet /5/. 2.4 Havniveaustigning DMI's modelberegninger viser, at der kan forventes en generel havniveaustigning på 0,15-0,75 m ved de danske kyster. Ny forskning peger

13 13 imidlertid på, at indlandsisens afsmeltning breder sig i et langt større tempo end hidtil antaget af IPCC. Nedsmeltningen foregår nu i så hurtigt et tempo, at vandstanden i verdenshavene formodes at være steget til 1 m DVR90 allerede om 90 år. Andre undersøgelser viser, at det er sandsynligt, at middelvandstanden stiger til 1,5 m DVR90 /6/ og /7/. En ændring i middelvandstanden vurderes at være mest kritisk for projektet i to delområder. Det er kystområdet ved Orehoved og Nykøbing F inkl. Flintingeådal sydvest for Nykøbing F (Figur 9). Området ved Rødby, der er lavt beliggende, er beskyttet af diger og pumpesystemer, hvorfor en havniveaustigning og øget nedbør i dette område imødegås ved at hæve digekoterne og øge pumpesystemets kapacitet. Figur 9 Middelvandstand nu og i år Middelvandstanden stiger i følge IPCC til 0,4 m DVR90 i 2100, men den seneste forskning peger på, at middelvandstanden stiger til 1 m DVR90 og muligvis 1,5 m DVR90. For hvert af de kritiske områder vurderes ligeledes oversvømmelsesrisikoen for en 100 års stormflodshændelse ved hver af de 3 estimerede middelvandstande. Den nærmeste vandstandsmåler, hvortil Kystdirektoratet har beregnet højvandsstatistik, er ved Gedser. Højvandsstati-

14 14 stikken for Gedser /9/ er vist i Figur 10. Jævnfør denne statistik er en 100 års vandstandshændelse 1,7 m DVR90. Havnelodsen for Nykøbing F og Vordingborg Havn beskriver ekstrem højvande indtil 1,5 m DNN (1,42 m DVR90) /10 /. Som et konservativt skøn anvendes således 100 års hændelsen på 1,7 m DVR90 fra Gedser. Figur 10 Højvandsstatistik Gedser. Højvandsstatistik for Gedser /9/. I området omkring Orehoved er det primært to mindre områder ved henholdsvis landfæstet og Gåbense, hvor en ændret middelvandstand kan give anledning til ændrede vilkår for etablering af jernbanen (Figur 11 og Figur 12). Det vurderes således, at disse områder er højrisiko områder med hensyn til ændret middelvandstand i havet.

15 15 Figur 11 Middelvandstand i dag og i år 2100 ved Orehoved. Middelvandstand i henhold til IPPC (0,4 m DVR90) og den seneste forskning (1,0 m og 1,5 m DVR90).

16 16 Figur års vandstand i dag og i år 2100 ved Orehoved. 100 års vandstand ved middelvandstand på 0,4; 1,0 og 1,5 m DVR90 i år I den centrale del af Nykøbing F., øst for Guldborgsund er der et lavt beliggende område, der ved en 100 års stormflodshændelser både i dag og i år 2100 er i risiko for at blive oversvømmet (Figur 13). Det må formodes at disse områder sikres som en del af klimasikring af Nykøbing F. I den sydvestlige del af Nykøbing F. er der et lavt beliggende område lige efter krydsningen af Guldborgsund (Figur 13 og Figur 14). Dette område benævnes Engmose og er i dag et vådområder med terrænkoter omkring 0 m DVR90. Ved en middelvandstandshævning vil området få en vandstand, der i middel er lig vandstanden i havet og såfremt området ikke sikres med diger eller lignende vil der forekomme oversvømmelser ved en 100 års hændelse. Terrænet omkring Engmosen hæver sig forholdsvis hurtigt op til kote ca. 6 m, hvorfor udbredelsen af oversvømmelsen ved en 100 års hændelse ikke er særligt meget større i år 2100 sammenlignet med i dag (Figur 14). Samlet vurderes dette område at være et høj-risiko område med hensyn til oversvømmelse fra havet.

17 17 Ved Toreby krydser jernbanen Flintinge Å. Her er ådalen forholdsvis lavtliggende. Ved en middelvandstandshævning vil større engarealer blive omdannet til sø/mose med et permanent vandspejl i en kote svarende til middelvandstanden i havet (Figur 13). Ved mundingen af Flintinge Å er der et dige med højvandslukke, der i dag sikrer bebyggelserne langs Flintinge Å mod stormflodshændelser. Det antages, at dette dige vil blive udbygget i takt med middelvandstandsstigningen, hvorved området bag diget opnår tilnærmelsesvis samme sikringsniveau som i dag. Der er dog den risiko, at den ændrede middelvandstand vil kunne reducere magasinvolumenet i ådalen, hvorved vandstanden opstrøms slusen bliver højere i år 2100 sammenlignet med i dag. Denne risiko forstærkes yderligere ved, at vintervandføringen i dette område vil øges med op til 50% frem mod år Samlet vurderes dette område at være et høj-risiko område med hensyn til oversvømmelser fra havet. Figur 13 Middelvandstand i dag, og i år 2100 Nykøbing F. Middelvandstand i henhold til IPPC (0,4 m DVR90) og den seneste forskning (1,0 m og 1,5 m DVR90).

18 18 Figur års vandstand i dag og i år års vandstand ved middelvandstand på 0,4; 1,0 og 1,5 m DVR90 i år Afvanding af banen 3.1 Afvandingsdesign Eksisterende jernbane mellem Orehoved og Holeby udbygges med et nyt spor. Det forventede tværprofil for grundløsning 1 fremgår af principskitse herunder.

19 19 Figur 15 Tværprofil. Principskitse af forventet tværprofil for grundløsning 1. Afvandingen i graven mellem eksisterende og nyt spor sker via dræn. Langs nyt spor etableres ny grøft. Hvor det ikke er muligt at etablere grøft på grund af eksempelvis en overkørsel, etableres et lukket rørsystem eller et topslidset dræn. Ved krydsende vandløb og samling af grøfteafvanding mhp. udledning til recipient etableres gennemløb under banen som et lukket rørsystem. Den blivende eksisterende grøft ændres som udgangspunkt ikke i sin udformning og funktion i grundløsning 1. I grundløsning 2 vil skråning for eksisterende spor eventuelt blive ændret til anlæg 1: Dimensioneringspraksis Banenormer Banedanmarks regler for etablering af afvanding fra sporarealer er beskrevet i Banenorm BN /11/. De tekniske regler heri kan ikke afviges, med mindre der indhentes dispensation.

20 20 Tabel 3 Tekniske regler vedrørende dimensionering. Afvandingselement Regel Generelt Afvandingsarbejder skal udføres i overensstemmelse med DS432 /13/ Grøfter Langsgående fald på minimum 2. Vand må ikke stige højere end til 0,30 m under råjordsplanum, med mindre grøftesider sikres ved beklædning med betonplader eller lignende. Vandhastigheden må ikke overstige 0,3 m/s, med mindre grøftesider sikres ved beklædning med betonplader eller lignende. Rørlagte grøfter Indvendig rørdiameter på mindst 300 mm. Længdefald mindst 3 Dræn Indvendig rørdiameter på mindst 100 mm. Længdefald mindst 3 Maksimal afstand mellem samleledninger maks. 100 m. Gennemløb Indvendig rørdiameter på mindst 300 mm. Længdefald mindst 3 Relativ vanddybde y/d må højst være 0,7. Banenorm for afvanding af sporarealer /11/. Banenorm BN /12/ er en vejledning til miljø- og vandløbssager i forbindelse med afvandingsanlæg. Da banenormen er vejledende kan fravigelse ske uden dispensation. Dette selvfølgelig forudsat, at BN1- og BN2 regler samt love og bekendtgørelser ikke overtrædes. Banenormen redegør primært for miljølovgivningen indenfor afvandingssager, men der angives også vejledende værdier for afløbskoefficienter, regndybder og dimensionsgivende regnintensiteter. Anbefalede værdier for afløbskoefficienter fremgår af Tabel 4.

21 21 Tabel 4 Uddrag fra BN (figur ). Område Arealtype Normal opbygning Afløbskoefficient Fri banestrækning (hovedspor) Sporareal Sporarealet er anlagt med ballastskærver og underballast af stabilt grus med fald mod planumskant. 0,6 Baneskråning Græsbevoksning fra skråningstop til skråningsfod 0,2 Stationsanlæg Sporareal Sporarealet er anlagt med ballastskærver og underballast af stabilt grus med fald mod dræn. 0,6 Perron, bygninger etc. Asfalt, beton, tagarealer, fliser 1,0 Afløbskoefficienter for hovedspor- og stationsanlæg (ved normal opbygning) /12/. Den dimensionsgivende regnintensitet anbefales under normale forhold til 110 l/s/ha og på kritiske lokaliteter 140 l/s/ha. Intensiteterne svarer til et 10 minutters regnskyl, som forekommer henholdsvis hvert og hvert andet år. Kritiske lokaliteter defineres som områder, hvor der er risiko for skader på bygninger, inventar eller lignende. Vandstrømmen beregnes herefter med den rationelle metode /14/. Ved lange rørlagte strækninger anbefales i beregningerne at tage hensyn til afstrømningstiden. Det anbefales, at dimensionere underføringer under jernbaner for en afstrømning på 3 l/s/ha i det topografiske opland. Der er ikke anbefalet brug af sikkerhedsfaktorer i forbindelse med klimaændringer Dansk Standard Banenorm BN angiver, at DS432 (Norm for afløbsinstallationer) generelt skal anvendes i forbindelse med afvandingsarbejder. Siden udgivelsen af Banenormen i 2006 er DS432 i 2009 revideret bl.a. med en supplerende beskrivelse om valg af dimensionsgivende regnintensitet og klimafaktor. De anbefalede anvendelser af regnintensiteter fremgår af Tabel 5.

22 22 Tabel 5 Uddrag fra DS432, Norm for afløbsinstallationer. n Dimensionsgivende regnintensitet i l/s ha Anvendelsesområde (separatsystemer) Hvor der kun er risiko for ulemper, fx mindre oversvømmelser uden for bygninger 1/2 140 Hvor der kun er risiko for let oprettelige skader på bygninger, inventar og lignende. Skader bør kunne oprettes ved almindelig rengøring og kortvarig udtørring. Der bør kun kunne forekomme oversvømmelse i rum med vandtætte gulvkonstruktioner 1/ Hvor der er risiko for svært oprettelige skader på bygninger, inventar og lignende ~0 Hvor der er risiko for ulykker og sundhedsfare for dyr og mennesker Anbefalede dimensionsgivende regnintensiteter /13/. De anbefalede anvendelser af klimafaktorer følger anbefalingerne i Skrift 29 fra Spildevandskomiteen /17/, som beskrives i afsnit Spildevandskomiteens skrifter Spildevandskomiteens arbejdsområde er de ingeniørmæssige opgaver vedrørende projektering, udførelse og drift af kloakanlæg, herunder tilpasning af teknikken til fremtidige rensningskrav. Resultaterne af komiteens arbejde publiceres bl.a. i skrifter, som danner baggrund for den faglige praksis indenfor spildevandsområdet. Skrift 27 Funktionspraksis for afløbssystemer under regn Skrift 27 /15/ omhandler en rekommandation af, hvorledes rørlagte afløbssystemer skal fungere under regn. Minimumsfunktionskravet for opstuvning til terræn i et afløbssystem for regnvand defineres som tilladeligt hvert 5. år. Når simple regnvandssystemer dimensioneres med rationel metode anbefales at dimensionere for fuld udnyttelse af rørkapacitet 1 gang årligt. Følgende beregningsniveauer kan anvendes: Niveau 1. Den rationelle metode (bidragydende oplandsareal ganget med den for systemet kritiske regnintensitet). Dimensioneringsmetode for mindre afløbssystemer. Niveau 2. Dynamisk model kombineret med CDS-regn (syntetisk regnhændelse). Analyse af forholdsvis ukomplicerede afløbssystemer. Niveau 3. Dynamisk model kombineret med historiske regn. Analyse af komplicerede afløbssystemer. Skrift 27 rekommanderer anvendelse af sikkerhedstillæg i forbindelse med dimensionering af afløbssystemer. Den usikkerhed der ligger i

23 23 forudsætninger og beregninger kompenseres ved anvendelse af en statistisk usikkerhed (modelusikkerhed), som typisk ligger mellem 1,2 og 1,3. Usikkerheden forbundet med fremtidsscenarier og klimaændringer kompenseres ved anvendelse af en scenarieusikkerhed (klimafaktor). Der er nærmere redegjort for de konkrete anbefalede niveauer for klimafaktorer i Skrift 29. Skrift 28 Regional variation af ekstremregn i Danmark ny bearbejdning Skrift 28 /16/ omhandler en rekommandation vedrørende valg af dimensionsgivende regnhændelser for niveau 1 og 2 beregninger jf. skrift 27. Skrift 29 - Forventede ændringer i ekstremregn som følge af klimaændringer Skrift 29 /17/ omhandler en undersøgelse af de forventede klimaændringer i relation til anvendelse af en sikkerhedsfaktor (klimafaktor) ved dimensionering af afløbssystemer. Undersøgelsen er baseret på IPCC s klimascenarie A2 og output fra DMI s regionale klimamodel. Det konkluderes, at det ikke er muligt at beskrive lokale forskelle i Danmark, hvorfor anbefalinger bliver i form af nationale estimater. Det konkluderes endvidere, at klimafaktoren stiger med stigende gentagelsesperioder og faldende varighed af hændelsen. Dette hænger sammen med forventningen om flere og mere ekstreme regnhændelser i sommerperioden. Spildevandskomiteens forslag til klimafaktorer fremgår af Tabel 6. Tabel 6 Anbefalede klimafaktorer i Skrift 29. Regnens gentagelsesperiode 2 år 10 år 100 år Klimafaktor 1,2 1,3 1,4 Forslag til klimafaktorer ved dimensionering og analyse af afløbssystemer iht. Skrift 27 for en forventet teknisk levetid på 100 år /17/ Vejdirektoratet Vejregelrådet har i 2009 udgivet Vejkonstruktioner /18/, som omfatter dimensionering, projektering, udførelse og vedligehold af afvandingskonstruktioner, der indgår i vej- og stiafvanding. Vejreglen er bl.a. opdateret i forhold til nyere praksis for dimensionering af afløbssystemer jf. Spildevandskomiteens skrifter. Anbefalet klimafaktor svarer til indholdet i Tabel 6.

24 24 Vejreglen definerer to niveauer for dokumentation. Lempet dokumentationsniveau svarer til beregningsniveau 1 i Skrift 27 (den rationelle metode). Normalt dokumentationsniveau svarer til beregningsniveau 2 i Skrift 27. Minimumskrav til valg af gentagelsesperiode og dokumentationsniveau fremgår af vejreglens tabel 2.2. Konsekvensen for vejkonstruktioner og trafikkens afvikling ved opstuvning afgør hvilket minimumskrav for valg af gentagelsesperiode og dokumentationsniveau, der er gældende for forskellige typer veje og stier. Vandløbsunderføringer bør dimensioneres for en afstrømning fra det topografiske opland på 3 l/s/ha. 4. Forslag til dimensioneringsparametre 4.1 Overordnet sikkerhedsniveau Det anbefales at skelne mellem normale og kritiske lokaliteter, når der skal vælges et sikkerhedsniveau for et projektdelområde. Kritiske lokaliteter er i banenormen defineret som områder, hvor oversvømmelser medfører store konsekvenser for bygninger, inventar eller lignende. Sikkerhedsniveauet har indflydelse på valg af gentagelsesperiode for dimensionsgivende regnhændelse og beregningsniveau. Hvorvidt der er tale om en normal eller kritisk lokalitet kan indikeres jf. Tabel 7. Tabel 7 Normale og kritiske lokaliteter. Byggeri og anlæg Hydrauliske parametre Sikkerhedsniveau Landbrugsarealer og øvrige ikke bebyggede områder. Broer, tunneler, vejkrydsninger, bebyggede arealer, tekniske anlæg Åbne grøfter uden væsentlige sidetilløb. Lange grøfter, rørlagte grøfter og underføringer, dybdepunkter i terræn, større sidetilløb, udløb til recipienter, bassiner, vandbremser, pumper, automatisk styring Normal Kritisk lokalitet Sikkerhedsniveau kan for projektdelområderne vælges ud fra tilstedeværelsen af en række indikatorer. 4.2 Beregningsniveau Det anbefales at benytte beregningsniveau 1 for normalt sikkerhedsniveau og beregningsniveau 2 for kritiske lokaliteter. Beregningsniveau 1 er den rationelle metode (bidragydende oplandsareal ganget med den for systemet kritiske regnintensitet). Regnvarig-

25 25 heden for den dimensionsgivende regnhændelse skal vælges under hensyntagen til afstrømningstiden. Beregningsniveau 2 er anvendelse af dynamisk model kombineret med syntetisk regnhændelse (CDS regn). En dynamisk beregningsmodel kan tage højde for effekter af opstuvninger i grøfter og rør som følge af eksempelvis en flaskehals i systemet eller en betydende randbetingelse i form af et stort sidetilløb eller en recipient med meget varierende vandspejl. I praksis viser det sig sandsynligvis mest rationelt at benytte beregningsniveau 2 på hele projektet. Yderligere beskrivelse af beregningsniveauer fremgår af Skrift 27 /15/. Betydning for valg af metode afhængig af grøftelængde fremgår af tabel 4 i Klimakonsekvensvurdering. Trin 2. for København-Ringsted projektet /1/. 4.3 Gentagelsesperiode Regnvandssystemer dimensioneres traditionelt som fuldtløbende én gang årligt. På kritiske lokaliteter benyttes i forbindelse med baneprojekter en gentagelsesperiode på hvert andet år. Denne praksis anbefales fortsat. Det anbefales endvidere at benytte et minimumskriterium for tilladelige oversvømmelser på terræn. Dimensionering efter ovenstående princip opfylder i mange tilfælde også minimumskriterium for terrænoversvømmelser, men der er ingen direkte sammenhæng. Gentagelsesperioden for tilladelige oversvømmelser bør gradbøjes, som også Vejdirektoratet har gjort, så det i højere grad afspejler, hvor store konsekvenserne er ved en oversvømmelse. I Tabel 8 fremgår forslag til valg af gentagelsesperioder for oversvømmelser til terræn.

26 26 Tabel 8 Gentagelsesperioder for oversvømmelser. Opstuvning over Gentagelsesperiode Landbrugsarealer og øvrige ikke bebyggede områder. T 2 Nærliggende vej/sti (kun risiko for let oprettelige skader) T 5 Teknisk anlæg mm. (risiko for svært oprettelige skader) T 10 Særlige kritiske punkter såsom tunneler (risiko for ulykker og sundhedsfare for dyr og mennesker). T 25 Minimumskrav til tilladelige gentagelsesperioder for oversvømmelser. 4.4 Regnintensitet Banenorm BN /12/ anbefaler regnintensiteter på 110 og 140 l/s/ha for hhv. normale og kritiske lokaliteter. Dette svarer til 10 minutters regnhændelser med gentagelsesperioder for hhv. 1 og 2 år og fuldtløbende ledning. Vælges en regional dimensionsgivende regnhændelse i henhold til Skrift 28 /16/ fås tilsvarende intensiteter på ca. 100 og 125 l/s/ha for en 10 minutters regnhændelse. Det anbefales at benytte de regionale regnintensiteter, selvom de for Lolland og Falster isoleret set udgør en mindre sikkerhed i dimensioneringen ift. anbefaling i Banenorm. Det vurderes dog at være mest hensigtsmæssigt at følge den nyeste nationale funktionspraksis, hvilket også f.eks. Vejdirektoratet gør. Følges anbefalinger i Skrift 27 /15/ og 29 /17/ skal de regionale regnintensiteter korrigeres for klima og modelusikkerhed jf. Skrift 27 og 29, hvorved den resulterende intensitet bliver højere end anbefalet i Banenorm. Ved valg af regnintensitet skal der tages højde for den aktuelle afstrømningstid. Forudsat en vandhastighed i grøfter på 0,2 m/s betyder det, at der eksempelvis ved grøftelængder længere end ca. 120 meter bør vælges en anden dimensionsgivende regnhændelse af længere varighed. 4.5 Bidragydende opland Ved dimensionering af grøfter skal afstrømningen fra det topografiske opland til grøften medtages. Afløbskoefficienter fra tabel 4 i BN /12/ benyttes vejledende. Hvor der forekommer naturlige arealer skrånende mod banegrøft, skal der rettes speciel opmærksomhed på valg af afløbskoefficient. Som udgangspunkt vælges traditionelt en afløbskoefficient på 0,1 for grønne arealer i et topografisk opland. Ved ekstreme regnhændelser vil

27 27 afløbskoefficienten dog øges som følge af, at overfladen er vandmættet. De typisk lerede jorder på Lolland og Falster vil øge sandsynligheden for dette fænomen. Ved kritiske lokaliteter bør afløbskoefficienten fra naturlige arealer derfor vurderes særskilt ved granskning af topografiske kort og jordartskort. 4.6 Sikkerhedsfaktorer Det anbefales at benytte sikkerhedsfaktorer for henholdsvis klima og modelusikkerhed. Sikkerhedsfaktorerne multipliceres med den for strækningen valgte regnintensitet. Klimafaktor (scenarieusikkerhed) Ved valg af klimafaktor skal anlæggets levetid overvejes, da klimaændringerne forventes at blive mest markant i den sidste halvdel af dette århundrede. Levetiden på baneanlægget vil strække sig ind i denne periode, hvorfor afvandingselementerne bør dimensioneres for den totale forventede klimaændring. Ifølge den nationale dimensioneringspraksis anbefales at anvende en klimafaktor, som jf. Tabel 6 stiger fra 1,2 til 1,4 med stigende gentagelsesperiode for regnen. Gentagelsesperioderne, som forventes relevante i baneprojektet, er jf. Tabel 8 på mellem 2 og 25 år. Klimafaktoren burde dermed være mellem 1,2 og tilnærmelsesvis 1,3, men med alle usikkerhederne taget i betragtning vælges at anbefale brugen af en klimafaktor på 1,3 for alle gentagelsesperioder i projektet. Hvis der under projekteringen opstår behov for at sikre mod oversvømmelser hvert 100 år anbefales dog at anvende en klimafaktor på 1,4. Modelusikkerhed (statistisk usikkerhed) Modelusikkerhed introduceres på grund af usikkerheder forbundet med inddata og parametre såsom manningtal for grøft, afløbskoefficient etc. Der benyttes typisk en sikkerhedsfaktor på mellem 1,1 og 1,3 afhængig af, hvor sikkert oplands- og beregningsparametre er defineret. 4.7 Grøfter Regnintensiteter korrigeres med en faktor i intervallet 1,1-1,3 for modelusikkerhed og en faktor 1,3 for klimaændringer. Den resulterende sikkerhedsfaktor er dermed i intervallet 1,43-1,69.

28 28 For et 10 minutters regnskyl på 100 og 125 l/s/ha (normal og kritisk lokalitet) betyder det, at de resulterende dimensionsgivende intensiteter skal ligge i intervallerne l/s/ha hhv l/s/ha. Ved valg af modelusikkerhed på 1,2 bliver de dimensionsgivende intensiteter på 156 l/s/ha for normal lokalitet og 195 l/s/ha for kritisk lokalitet. Manningtallet for grøfter anbefales ud fra erfaring sat til 15 m 1/3 /s. Beregningsresultater kontrolleres for overholdelse af krav i BN /11/: Langsgående fald på minimum 2. Vand må ikke stige højere end til 0,30 m under råjordsplanum med mindre grøftesider sikres ved beklædning med betonplader eller lignende. Vandhastigheden må ikke overstige 0,3 m/s med mindre grøftesider sikres ved beklædning med betonplader eller lignende. 4.8 Tætte ledninger Det anbefales at benytte en dynamisk model. Valg af dimensionsgivende regnintensitet for tætte ledningssystemer følger samme anbefaling som under 4.7 Grøfter. Beregningsresultater kontrolleres for overholdelse af krav i BN1-11-1: Indvendig rørdiameter på mindst 300 mm. Længdefald mindst 3 Det anbefales endvidere at udføre modelberegning for kontrol af opstuvninger til terræn. Minimumsfunktionskravet for tilladelig opstuvning til terræn i et afløbssystem for regnvand anbefales at være i henhold til Tabel 8. Den resulterende dimensionsgivende regnintensitet for forskellige gentagelsesperioder og en modelusikkerhed eksemplificeret til 1,2 bliver: 5 års regnhændelse: 160 l/s/ha x 1, l/s/ha 10 års regnhændelse: 190 l/s/ha x 1, l/s/ha 25 års regnhændelse: 240 l/s/ha x 1, l/s/ha 4.9 Diffus tilstrømning Diffus tilstrømning omfatter her sidetilløb fra dræn. Kun grundvandsbidrag tages med her, da nedsivende vand fra overfladen indregnes under det topografiske opland ifm. dimensionering af grøft og rør. Dette er worst case, da der ikke altid tidsmæssigt vil være sammenfald pga. nedsivningshastigheden til drænet. Der forventes ikke en betydende forøgelse af grundvandsniveauet i projektområdet som følge af klimaændringer. Et groft skøn over tilløb

29 29 fra dræn estimeres af rørproducenter til 1 l/s/ha topografisk opland. Estimatet er meget usikkert og skal vurderes i hvert enkelt tilfælde Vandløbskrydsninger (underføringer) Da der er tale om en eksisterende banekonstruktion, som suppleres med et nyt spor, etableres ingen nye underføringer. Eksisterende underføringer skal dog kontrolleres for overholdelse af dimensioneringskriterier. Det anbefales generelt at tage udgangspunkt i en dimensionsgivende afstrømning på 3 l/s/ha for det topografiske opland i henhold til Banenorm BN /12 / og Vejdirektoratets Vejregel Vejkonstruktioner /18/. Dette er en ekstrem høj vandføring, som er i størrelsesordenen 50-års døgnmaksimum. Årsagen til at benytte en sådan ekstrem hændelse er, at konsekvenserne ved en utilstrækkeligt dimensioneret underføring kan være meget alvorlige for bl.a. baneskråninger og dæmninger. Normalt benyttes en større afstrømning for mindre oplande end for større oplande, da peaks udjævnes i store oplande. De 3 l/s/ha vurderes dog at være et fornuftigt niveau for både små og store oplande, men skal vurderes konkret i hvert enkelt tilfælde med hensyn til oplandstype, herunder størrelse, afstrømningsforhold, befæstelsesgrader etc. Modelberegninger viser, at ekstremvandføringerne kan forventes øget med mellem 18 og 35 % afhængig af valgt klimascenarie. På denne baggrund anbefales det at benytte en sikkerhedsfaktor på 1,3 for forventede klimaændringer. Den anbefalede dimensionsgivende afstrømning i forbindelse med underføringer bliver dermed 3 l/s/ha x 1,3 = 3,9 l/s/ha Øvrige parametre I anden sammenhæng end afvanding kan havniveaustigningen også have indflydelse, idet der i forbindelse med design af broer skal indregnes en eventuel mindre frihøjde i fremtiden. Kritiske områder fremgår af afsnit Sammenfatning De forventede klimaændringers effekt på nedbørs- og afstrømningsforholdene er vurderet for strækningen Orehoved Holeby, hvor der skal udvides med et ekstra jernbanespor. Gældende Banenormer, Danske Standarder og skrifter fra Spildevandskomiteen er gennemgået med hensyn til bindende regler og funktionspraksis. Afslutningsvis anbefales værdier for en række dimensioneringsparametre herunder en klimafaktor.

30 30 FN's klimapanel, IPCC, (Intergovernmental Panel on Climate Change) har beskrevet forskellige scenarier for, hvordan verden vil udvikle sig frem mod år DMI har med afsæt i de globale klimamodeller gennemført beregninger med regionale klimamodeller, som viser dansk klimaændring udtrykt som ændring i forhold til perioden Grundet de mange komplekse processer, der skal simuleres i en klimamodel, er der store usikkerheder i resultaterne. Således er det pt. ikke muligt for klimamodellerne at beskrive lokale klimaændringer i Danmark. Nogle klimavariable kan dog på grund af eksempelvis hydrogeologiske eller topografiske forhold have øget betydning for det aktuelle lokalområde på Lolland og Falster. 5.1 Nedbør De forventede klimaændringer vil generelt give anledning til en ændret nedbørsfordeling med mere nedbør om vinteren, mindre nedbør om sommeren og mere ekstreme nedbørshændelser om sommeren/efteråret. De øgede vandmængder og intensiteter vil øge risikoen for oversvømmelser og skred i baneskråninger og dæmninger. På Lolland vil det generelt flade terræn betyde en udfordring i at få afledt store regnmængder til recipienter. På Falster, hvor faldforholdene i banetracéet er mere varierende, vil det i højere grad være erosion og oversvømmelser i lavpunkter, der skal fokuseres på i relation til nedbør og afvanding. Ifølge den nationale dimensioneringspraksis, Skrift 29, anbefales at anvende en klimafaktor, som stiger fra 1,2 til 1,4 med stigende gentagelsesperiode for regnen (tabel 6). Gentagelsesperioderne, som forventes relevante i baneprojektet, er, jf. tabel 8, på mellem 2 og 25 år. Klimafaktoren burde dermed være mellem 1,2 og tilnærmelsesvis 1,3, men med alle usikkerhederne taget i betragtning vælges at anbefale brugen af en klimafaktor på 1,3 for alle gentagelsesperioder i projektet. Modelusikkerhed anbefales jf. Skrift 27 indregnet på grund af usikkerheder forbundet med inddata og parametre såsom manningtal for grøft, afløbskoefficient etc. Det anbefales at benytte en sikkerhedsfaktor på modelusikkerheden i intervallet 1,1-1,3 afhængig af, hvor sikkert oplands- og beregningsparametre er defineret Ved en modelusikkerhedsfaktor valgt til 1,2 bliver den resulterende sikkerhedsfaktor dermed: 1,3 (klimafaktor) x 1,2 (modelusikkerhed) = 1,56. Det anbefales at benytte de regionale regnintensiteter, jf. Spildevandskomiteens rekommandation i Skrift 28, da de udgør det bedste doku-

31 31 menterede bud på de lokale dimensionsgivende regnintensiteter. De anbefalede dimensionsgivende regnintensiteter for et 10 minutters regnskyl er 100 og 125 l/s/ha for hhv. normale og kritiske lokaliteter. Med tillæg for klimaændringer og modelusikkerhed bliver de anbefalede dimensionsgivende intensiteter på 156 l/s/ha for normal lokalitet og 195 l/s/ha for kritisk lokalitet. I forhold til de anvendte regnintensiteter på København-Ringsted projektet er de % højere. Der er pt. ikke udført konsekvensberegning på øget grøftedybde/-bredde. Konsekvensberegninger i notat om klimakonsekvenser ved København-Ringsted projekt /1/ viste en forøgelse af grøftedybden på ca. 3 cm ved en forøgelse af regnintensiteten på 30 %. Det anbefales at benytte beregningsniveau 1 for normalt sikkerhedsniveau og beregningsniveau 2 for kritiske lokaliteter. Beregningsniveau 1 svarer til den rationelle metode. Regnvarigheden for den dimensionsgivende regnhændelse skal vælges under hensyntagen til afstrømningstiden. Beregningsniveau 2 er anvendelse af dynamisk model kombineret med syntetisk regnhændelse (CDS regn). I praksis viser det sig sandsynligvis mest rationelt at benytte beregningsniveau 2 på hele projektet. Det anbefales at benytte et minimumskriterium for tilladelige oversvømmelser på terræn under hensyntagen til konsekvenserne ved oversvømmelsen (tabel 8). Ved dimensionering af grøfter anbefales afstrømningen fra det topografiske opland til grøften at medtages. Afløbskoefficienter fra BN benyttes vejledende og suppleres med en afløbskoefficient på 0,1 for grønne arealer, der skråner mod banegrøften. Ved ekstreme regnhændelser vil afløbskoefficienten for grønne arealer dog øges som følge af, at overfladen er vandmættet. De typisk lerede jorder på Lolland og Falster vil øge sandsynligheden for dette fænomen. Manningtallet for grøfter anbefales erfaringsmæssigt at sættes til 15 m 1/3 /s. 5.2 Afstrømning Det anbefales at benytte Vejdirektoratets retningslinier for dimensionsgivende afstrømning korrigeret med en sikkerhedsfaktor for klimaændringer. Afhængig af de geologiske forhold i oplandet til vandløbene vil det ændrede nedbørsmønster resultere i et ændret afstrømningsmønster i vandløbene. De overvejende lerede oplande, som på Lolland/Falster,

32 32 vil opleve et fald i vandføringen om sommeren og en væsentlig stigning om vinteren. Ekstremvandføringerne kan forventes at øges med mellem 18 og 35 %. På denne baggrund anbefales det at benytte en sikkerhedsfaktor på 1,3 for forventede klimaændringer. Den dimensionsgivende afstrømning i forbindelse med underføringer bliver dermed 3 l/s/ha x 1,3 = 3,9 l/s/ha. 5.3 Grundvand Klimaændringerne vil give en øget grundvandsdannelse, fordi den årlige nettonedbør stiger. For de lerede jorde vil det forøge den terrænnære afstrømning mod vandløbet og kun en mindre del af den øgede grundvandsdannelse vil give anledning til, at grundvandsstanden hæves. Eftersom geologien på Lolland i udpræget grad er leret vurderes det, at der ikke vil forekomme en stigning i grundvandsniveauet som følge af klimaændringerne. 5.4 Havniveaustigning DMI's modelberegninger viser, at der kan forventes en generel havniveaustigning på 0,15-0,75 m ved de danske kyster. Ny forskning peger imidlertid på, at indlandsisens afsmeltning breder sig i et langt større tempo end hidtil antaget og vil betyde havniveaustigninger på 1 m - 1,5 m. En hævning af middelvandstanden i havet vurderes at være kritisk i de tilfælde, hvor grøfteafvandingen ledes til vandløb, som er direkte påvirket af havniveaustigningen. Opstuvningerne i vandløbet kan således påvirke vandstanden i grøfterne. I anden sammenhæng end afvanding kan havniveaustigningen også have indflydelse, idet der i forbindelse med design af broer skal indregnes en eventuel mindre frihøjde i fremtiden. En ændring i middelvandstanden vurderes at være mest kritisk for projektet i to delområder. Det er kystområdet ved Orehoved og Nykøbing F inkl. Flintingeådal sydvest for Nykøbing F (Figur 9). Området ved Rødby, der er lavt beliggende, er beskyttet af diger og pumpesystemer, hvorfor en havniveaustigning og øget nedbør i dette område imødegås ved at hæve digekoterne og øge pumpesystemets kapacitet.

33 33 6. Referencer 1 Klimakonsekvensvurdering Trin 2 vurdering af afvandingsforhold og vandløb. Nybygnings- og 5. sporsløsning. København Ringsted projektet. 17. august Strategi for tilpasning til klimaændringer i Danmark. Regeringen Marts Dansk tilpasning til et ændret klima. Faglig rapport fra DMU, nr Climate Change 2007: Synthesis Report. IPCC. 5 Klimaændringers betydning for vandkredsløbet i Danmark. GEUS 2006/22. 6 Glaciologer: Havet stiger op til to meter de næste 100 år Ingeniørens netavis Thomas Djursing, fredag 5. sep kl. 11:28. Reference til Kinematic Constraints on glacier Contributions to 21st Century Sea-Level Rise, W.T. Pfeffer, Institute of Arctic and Alpine Research, University of Colorado, Boulder, CO 80309, J.T. Harper Department of Geosciences, University of Montana, Missoula, MT 59812, USA, S. O Neel Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego, Sandiego, CA 92093, USA. 7 Presse klip 15 marts m100aar.aspx 2. maj Vil fremtidens klima føre til udtørrede bække, oversvømmede enge og stigende tab af næringsstoffer fra marker. Brian Kronvang, Hans E. Andersen, Søren E. Larsen, Niels B. Ovesen fra Afdeling for Ferskvandsøkologi Danmarks Miljøundersøgelser og Kristina Møberg Hansen Natur- og Vandmiljø Orbicon. ATV Møde Klimaændringers betydning for vandkredsløbet Helnan Marselis Hotel 4. oktober Højvandsstatistikker Kystdirektoratet. 10 Den Danske Havnelods 23. udgave Kort- og Matrikelstyrelsen. 11 Banenorm BN Afvanding af sporarealer, Banedanmark, 1. oktober Banenorm BN Vejledning til miljø- og vandløbssager i forbindelse med afvandingsanlæg, Banedanmark, 4. juli 2003.

34 34 13 DS432. Norm for afløbsinstallationer. 4. udgave, 3. juli Afløbsteknik, Jens Jørgen Linde m.fl., Polyteknisk forlag, Skrift 27 Funktionspraksis for afløbssystemer under regn. IDA Spildevandskomiteen Skrift 28 Regional variation af ekstremregn i Danmark ny bearbejdning ( ). IDA Spildevandskomiteen Skrift 29 Forventede ændringer i ekstremregn som følge af klimaændringer. IDA Spildevandskomiteen Vejkonstruktioner. Afvandingskonstruktioner, december Vejregelrådet, Vejdirektoratet. v4_afvanding_(pub).pdf