| dc.description.abstract | Overvannsflom er et økende problem og økt urbanisering og klimaendringer pekes på som hovedårsaker. Foreløpige analyser antyder at nedbøren vil øke både i mengde og intensitet fremover. Ekstreme nedbørshendelser vil kunne overstige ledningsnettets kapasitet og resultere i overvannsflom. Dette gjør det nødvendig å finne løsninger for håndtering av overvann på overflaten. Detaljerte høydedata og nyere modelleringsverktøy gjør det mulig å studere overvann i områder med kompleks urban topografi. I denne rapporten skal avrenning fra kraftige nedbørshendelser i Trondheim studeres ved hjelp av en hydrologisk og en hydraulisk modell. Modellene kobles sammen i den forstand at resultater fra hydrologisk modell brukes som inndata i hydraulisk modell. En enkel hydrologisk modell er brukt for å beregne effektiv nedbør. Modellen skiller mellom permeable og impermeable flater og beregner infiltrasjon for permeable flater ved hjelp av Green-Ampt. Hydraulisk modell er HEC-RAS 2D. Hovedmålet med rapporten er å undersøke brukbarheten av HEC-RAS 2D for å studere fordeling av vann i et urbant område. Vurderinger i forhold til etablering av modellen i HEC-RAS står sentralt.
En digital høydemodell (DHM) som representerer terrenget med bygninger og tilhørende takflater er konstruert i ArcGIS ved hjelp av LiDAR-data med 0,25 m oppløsning og FKB-data. Konstruert DHM utgjør basisen for oppsatt 2D modell i HEC-RAS. Beregningsnett (grid) i HEC-RAS-modellen settes til 1 m oppløsning med bruddlinjer langs veg- og fortauskanter. Nedbør modelleres ved metoden for regn-på-grid.
To studieområder i Trondheim er valgt: Risvollan regnbed (RIS) og Hornebergbekken. HEC-RAS-modell er satt opp for begge områder og simuleringer kjøres med bruk av to ulike ligningssett: diffusiv og dynamisk bølge. Tilgjengelige vannføringsmålinger for RIS gjør at modellen kan kalibreres og verifiseres. To registrerte nedbørsserier er simulert og vannføring for regnbedets innløp er sammenlignet med observerte verdier. Erfaringer fra RIS utgjør grunnlaget for oppsett av den større Hornebergbekken-modellen. For Hornebergbekken er en nedbørshendelse med 200 år returperiode modellert og kartlagt i forhold til romlig fordelte dybder og hastigheter i feltet.
Ved simulering av nedbørsserie 1 for RIS oppnås en forklart varians på 0,77 og 0,78 for henholdsvis diffusiv og dynamisk bølge. Ved nedbørsserie 2 oppnås verdier på 0,77 og 0,79 for henholdsvis diffusiv og dynamisk bølge. Det var nødvendig å kalibrere både Mannings n og effektiv nedbør. Mannings n var i utgangspunktet satt for høyt. En nedjustering av Mannings n for gressflater fra 0,1 til 0,03 gav hurtigere respons i modellen og bedre timing av hydrogrammet for begge nedbørsserier. Valgt metode for beregning av effektiv nedbør gir ikke tilfredsstillende resultater for de to nedbørsseriene. Gode resultater oppnås ved bruk av en enklere metode hvor en anslår effektiv nedbør som en andel av observert nedbør. En andel på 8% og 15% gir gode resultater for henholdsvis nedbørsserie 1 og 2. Spriket i andel effektiv nedbør tyder på at det er stor usikkerhet knyttet til beregning av denne.
Simulert og observert vannføring for RIS sammenfaller i stor grad, i tillegg bekreftes modellert vannstrøm i stor grad av feltobservasjoner. Resultatene indikerer at HEC-RAS 2D er et egnet verktøy for å studere fordeling av vann i et urbant felt. Det må imidlertid tas hensyn til modellens åpenbare svakheter. Modellen kan ikke kobles opp mot ledningsnettet, noe som vil resultere i for store vannmengder flere steder og må tas hensyn til. Videre er det ikke mulig å påføre romlig variabel nedbør. Nedbør påføres likt for alle celler, noe som trolig bidrar til at det oppstår en forsinkelse i simulert respons for RIS, på grunn av at effekten av hurtig avrenning fra nærliggende tette flater ikke fanges opp i modellen.
Det er funnet at beregning av effektiv nedbør, valg av Mannings n og utforming av grid er viktige faktorer ved etablering av HEC-RAS-modellen. Resultatene indikerer at Mannings n er enklere å kalibrere enn effektiv nedbør. Bedre metoder for å estimere effektiv nedbør er nødvendig for å unngå at denne må kalibreres for hver enkelt nedbørsserie som kjøres. Tre ulike grid er testet og det er funnet at gridets oppløsning og utforming påvirker modellert vannføring. Resultatene tyder på at grid med lavere oppløsning med fordel kan brukes så lenge oppløsningen holdes høy langs veg- og fortauskanter.
Resultater fra Hornebergbekken-modellen gir informasjon om romlig fordeling av dybder og hastigheter ved en nedbørshendelse med 200 år returperiode. Resultatene bekrefter i stor grad lokasjon av flomveger slik de er illustrert med avrenningslinjer i kommunens aktsomhetskart. Modellresultatene synliggjør i tillegg flere potensielle flomveger enn de som er illustrert i aktsomhetskartet. Ut ifra dette bør det vurderes å ta i bruk HEC-RAS-modellering for produksjon av fremtidige aktsomhetskart, da det vil gi kart med mer informasjon enn dagens kart produsert på bakgrunn av GIS-analyser.
Bruk av diffusiv og dynamisk bølge gir svært like resultater i forhold til modellert vannføring for både RIS og Hornebergbekken. Ønsker man imidlertid å studere hastigheter gir sannsynligvis dynamisk bølge mest nøyaktige resultater. | |
