Tilpasning af Cityringen til fremtidens klima Troels Jacob Lund ATV møde om store bygge og anlægsprojekter 1 20. JANUAR 2012 CITYRINGEN - KLIMASIKRING AF KONSTRUKTIONER
Formål med vurdering af fremtidens klimapåvirkning Undgå oversvømmelse af konstruktionerne gennem åbninger som følge af oversvømmelser fra havet eller ekstrem regn Undgå opdrift af konstruktionerne i den permanente fase Beregning af design niveauer for de permanente konstruktioner Design niveauer udarbejdet i 2008 efterfølgende vurderinger af grundlag udført i 2010 Forhold gældende for anlægsfasen gennemgås ikke her 2 11-05-09
Cityringen Skal stå færdig i 2018 2*16 km tunnel 17 stationer 3 tunnel-arbejdspladser 3 11-05-09
Klimaændringer Fastsættelse af design vandstande under hensyn til klimaændringer og deres indflydelse på de fremtidige vandstande Oversvømmelse fra havet (stormflod) Ekstrem regn Øget grundvandsstand Andre (vigtige) indflydelse af de fremtidige vandstande kan skyldes: Grundvandsindvinding Grundvandsdræning (kloakker, kælderpumper, mm.) Konstruktions metoder (f.eks. hydraulisk kortslutning) 4 11-05-09
Oversvømmelse fra havet Metode Øget middelvandstand (2020-2120) Højvandstands-statistikker (gentagelsesperiode 5*10-4 år -1 ) Variation af ekstreme vandstande igennem Københavns Havn (oversvømmelse fra syd mere ekstrem end fra nord) 5 11-05-09
Oversvømmelse fra havet Øget middelvandstand Studie udført i 2007/2008 og baseret på IPCCs anbefalinger A2-scenariet (0,34 m) Ice dynamic flow (0,06 m) Lokal stigning i havvandstand (15 cm) Samlet øgning i middelvandstand 0,55 m (2020-2120) 6 11-05-09
Oversvømmelse fra havet Højvandstandsstatistikker (Nordre Toldbod) Water level (cm) 300 250 200 150 100 1888-1928 DMI hard w eather period 1888-1993 DHI/LIC 1607-1888 Historic Floods 1888-2002 KD 1888-2007 KD Trend (COWI, 1996) 50 0 1,E-04 1,E-03 1,E-02 1,E-01 1,E+00 1,E+01 1,E+02 Return period (1/year) 7 11-05-09
0 Oversvømmelse fra havet Modellering af vandstande ved stormflod fra syd Oversvømmelse fra syd (ved Avedøre) er 1,5 m højere end en tilsvarende fra nord. Slusen ikke stabil ved vandstande højere end 1,5 til 2,0 m DVR Modellering af vandstand ved Avedøre 3,9 m, mod nord 2,4 m DVR. [meter] 2-7-2008 16:32:59 12.0 11.0 492 759 1067 1450 1465 1485 1500 2136 2137 3259 3928 3929 4656 5208 5367 5546 5556 5790 5810 6605 7336 8025 8728 9298 9312 9322 9352 9985 10010 10035 10774 11778 12937 13747 0 14291 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0-7.0-8.0-9.0-10.0-11.0-12.0-13.0 HOVED 0-2137 HOVED 2137-3929 HOVED 3929-14291 0.0 1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0 7000.0 8000.0 9000.0 10000.0 11000.0 12000.0 13000.0 14000.0 [m] [meter] 2-7-2008 16:43:00 12.0 11.0 492 759 1067 1450 1465 1485 1500 2136 2137 3259 3928 3929 4656 5208 5367 5546 5556 5790 5800 5810 6605 7336 8025 8728 9298 9312 9322 9352 9985 10010 10035 10774 11778 12937 13747 14291 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0-7.0-8.0-9.0-10.0-11.0-12.0-13.0 HOVED 0-2137 HOVED 2137-3929 HOVED 3929-14291 0.0 1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0 7000.0 8000.0 9000.0 10000.0 11000.0 12000.0 13000.0 14000.0 [m] 8 11-05-09
Oversvømmelse fra havet Design vandstand kote 2,47 m DVR90 med en gentagelseshyppighed på 5*10-4 år -1 Antager lineær stigning i global middelvandstand. Inkluderer isostatisk landhævning Oversvømmelsesrisikoen vil stige i løbet af perioden. Den gennemsnitlige sandsynlighed forekommer i 2080 Tsunamier - ingen betydende risiko Bølger - skal vurderes for relevante stationer idet det afhænger af lokal geometri Forrige Metros designvandstand 2.30 m DVR90 (skyldes en lidt lavere forudsigelse af middelvandstanden, samt anden designperiode, 2000-2100 i stedet for 2020-2120) 9 11-05-09
Ekstrem regn Formål Screening af risiko for oversvømmelse ved ekstrem regn ved alle stationer og skakte (Skybrudskort ) Detaljerede beregninger af alle stationer og skakte med risiko for oversvømmelse (Mike 21) Bestemmelse af design vandstande for alle stationer og skakte baseret på detaljerede beregninger Undersøge muligheder for forebyggende foranstaltninger 10 11-05-09
Ekstrem regn Designkriterie: Stationer and skakte må ikke oversvømmes ved en 2000 års regnhændelse Regnhændelsen gælder for år 2100 1000 MCW design storm 2000 year return period Rain intensity (µm/s) 100 10 Etape 1 2000 Present 2000 Future 2000 1 1 10 100 1000 10000 Time of concentration (min) 11 11-05-09
Ekstrem regn Indledende screening: Beregning af overfladeafstrømning for områderne omkring Cityringen Bestemmelse af lokale lavninger på basis af terrænmodel Beregning af strømnings veje med alle lavninger udfyldt Beregning af oplande til alle stationer og skakte Beregning af vanddybder ved stationer og skakte på basis af opland, vanddybde og terrænhældninger Bestemmelse af oversvømmelsesrisiko (lav, medium eller høj) 12 11-05-09
Ekstrem regn Overfladeafstrømning 13 11-05-09
Ekstrem regn Risiko screening 5 sites med lav risiko for oversvømmelse som følge af ekstrem regn Alle andre sites har medium eller høj risiko for oversvømmelse -> supplerende studier: MIKE21 model for overflade afstrømning MIKE Urban model for beregning af ydelse ved nedbørshændelserne Antagelser Afstrømningskoefficienten er 1 (impermeabel overflade) Hele oplandet bidrager til afstrømning Afledningssystemer og magasinering i kældre inddrages i visse områder 14 11-05-09
Ekstrem regn Kælder volumen 15 Alle bygninger oversvømmet med mere end 5cm Halvdelen af bygningerne indeholder kældre Kælderhøjden er 1 meter 11-05-09
Ekstrem regn Modellering af vanddybde ved designhændelse 16 11-05-09
Ekstrem regn Landsarkivet / Nuuks Plads Locati on Grou ndlevel Max water depth, 2000 year Max water depth, 2000 year, drainage and basement incl. Design Level Laa1 7.75 0.66 0.31 8.06 Laa2 7.84 0.59 0.25 8.09 Laa3 7.71 0.66 0.33 8.04 Laa4 7.55 0.81 0.42 7.97 Laa5 7.82 0.71 0.36 8.18 Laa6 7.65 0.77 0.36 8.01 Laa7 7.49 0.9 0.56 8.05 Laa8 7.59 0.87 0.52 8.11 Laa9 7.42 0.99 0.6 8.02 Laa11 7.51 0.91 0.54 8.05 17 11-05-09
Øget grundvandsstand Øget havvandsstand Øget nettonedbør 18 11-05-09
Øget grundvandsstand Øget grundvandsstand pga. øget vandstand i havet Direkte hydraulisk kontakt til havnen (gælder for det meste af den indre by) 50 40 30 20 10 0 1 0-1 1 2 1 Øvre styringsniveau - nedre magasin 0 Nedre styringsniveau - nedre magasin Øvre styringsniveau - øvre magasin 0 Nedre styringsniveau - øvre magasin -1-2 -1 1/1-1995 1/7-1995 1/1-1996 1/7-1996 1/1-1997 1/7-1997 1/1-1998 1/7-1998 1/1-1999 1/7-1999 1/1-2000 1/7-2000 1/1-2001 1/7-2001 1/1-2002 1/7-2002 1/1-2003 Vandstand - nedre magasin (mknn) Vandstand - øvre magasin (mknn) Havnevandstand (mknn) Nedbør (mm) 19 11-05-09
Øget grundvandsstand Grundvandsmodellering Detaljeret fra mange anlægsprojekter Primært anvendt til at vurdere konstruktionsmetoder for hver site Mere end 1.000.000 vandstandsdata fra mere end 1000 pejlerør Layer Number Geology Harbour Layer thickness Typical horizontal hydraulic conductivity 1 Fill Constant head Variable 1?10-6 - 1?10-4 m/s 2 Upper sand Constant head Variable 1?10-6 - 1?10-4 m/s 3 Upper till Constant head Variable 1?10-8 - 1?10-6 m/s 4 Middle sand Constant head Variable 1?10-6 - 1?10-3 m/s 5 Lower till Constant head Variable 1?10-8 - 1?10-6 m/s 6 Lower sand Variable 1?10-6 - 5?10-3 m/s 7 Upper Copenhagen Limestone 1 1.5 m 1?10-5 - 5?10-3 m/s 8 Upper Copenhagen Limestone 2 1.5 m 1?10-5 - 5?10-3 m/s 9 Upper Copenhagen Limestone 3 Variable 1?10-5 - 5?10-4 m/s 10 Upper Copenhagen Limestone 4 1 m 1?10-5 - 5?10-4 m/s 11 Upper Copenhagen Limestone 5 2 m 1?10-5 - 5?10-4 m/s 12 Upper Copenhagen Limestone 6 3 m 1?10-5 - 5?10-4 m/s 13 Middle Copenhagen Limestone 1 2 m 1?10-6 - 1?10-4 m/s 14 Middle Copenhagen Limestone 2 18 m 1?10-6 - 1?10-4 m/s 15 Middle Copenhagen Limestone 3 20 m 1?10-6 - 1?10-4 m/s 20 11-05-09
Øget grundvandsstand Stigning i grundvandsstand pga. 0,5 m vandstandsstigning i havet 21 11-05-09
Øget grundvandsstand Øget nettonedbør (mindre sommernedbør, mere vinternedbør) Evaluering af eksisterende studier (GEUS, 2006) Lille indflydelse - maksimalt 0,5 m antaget i den centrale del af projektområdet 22 11-05-09
Design vandstande (Accidental Limit State) Eksempler, Christiansborg og Landsarkivet Site Terræn Stormflod Ekstrem regn Christiansborg 2.00 2.47 <2.1 Nuuks Plads 7.80 2.47 8.18 Grundvand stand Design vandstand Magasin 2.10 2.47 Sekundært 1.60 2.47 Primært 8.18 8.18 Sekundært 9.50 9.50 Primært Grundvandstand, Chistiansborg: Fremtidig design vandstand = Nuværende niveau + Variation + Øget havvandsstand + Dræning + Øget nettonedbør = 0.0 + 1.0 + 0.5 + 0 + 0.1 = 1.6 m Groundwater level, Nuuks Plads: Fremtidig design vandstand = Nuværende niveau + Variation + Øget havvandsstand + Øget nettonedbør + Ændret indvinding = 3.5 + 1.0 + 0 + 0.5 + 4.5 = 9.5 m 23 11-05-09
Opdatering Ny viden og anbefalinger (vurderinger baseret på 2007-2008-grundlag) Havvandstand Forventet stigning 100 cm ± 50 cm (2000 til 2100) Ekstreme stormhændelser Forventet yderligere +10 cm ved en 100 år hændelse (15 cm allerede antaget) Ekstremnedbør Ingen væsentlige ændringer 24 11-05-09
Konklusion Mange faktorer skal inddrages Skal gøres site specifikt Klimaændringer vigtige i nogle tilfælde I andre tilfælde kan andre forhold have større indflydelse 25 11-05-09