Learning from the catastrophic 1979-flood in Jostedalen in Norway — Bridging past and future across Jostedalsbreen with high-resolution hydrological modelling

Abstract

De siste tiårene har vært preget av en økning i intensitet og hyppighet av kraftig regn og ekstrem smelting av isbreer på grunn av klimaendringene. Det har ført til økt sårbarhet for flom i regioner langs elveløp som kommer fra isbreer. Jostedalsbreen nasjonalpark er en av regionene med høyest årlig nedbør i Norge og er hjem til den største fastlands isbreen i Europa. Jostedalen er på grunn av dalens historie med flommer og mange turist attraksjoner blitt overvåket siden den siste store flommen som førte til store ødeleggelser i dalen den 15 August 1979. Dalen har opplevd mange forandringer og utviklet seg mye gjennom årene i et forsøk på å redusere sårbarheten mot flommer og medfølgende erosjon. Denne studien estimerer flom risiko i fremtiden og mulige påvirkninger på samfunnet sammenlignet med den historiske hendelsen i 1979. Det overordnede målet er å rekonstruere historien og påvirkningene til den ødeleggende flommen i Jostedalen og å vurdere i hvilken grad statlig respons og tiltak etter hendelsen beskytter lokalsamfunn fra fremtidige katastrofer. Dessuten presenterer denne studien modell-baserte projeksjoner av flom utsettelse og sårbarhet i Hjelledalen, en dal på andre siden (nord) av nasjonalparken, for å analysere forskjeller i eksisterende beskyttende tiltak og deres effekter. Regionens sensitivitet til flommer av mindre og større intensitet (median, 10-, 20-, 50-, 100- og 200-års flommer) blir analysert for å kartlegge områder som er i fare under forskjellige flom-scenarioer og for å identifisere høy-risiko soner. Eksperimentene i denne oppgaven er basert på hydrologisk modellering med høy oppløsning i HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centers River Analysis System) med topografisk info fra den Norske Digitale Høydemodellen og avrennings data fra målestasjoner og den Regionale Flom Frekvens Analysen (RFFA). Simulasjonene viser at de fleste områdene langs Jostedøla er i fare for oversvømmelser allerede under mindre flommer (median, 10- og 20-års flom), riktignok med lav samfunnspåvirkning. Med økende flom intensitet øker flomskadene drastisk og viser høy vannstand i de fleste bebodde områdene i dalen. Analysen av effekten av tilpasnings tiltak mot flom under forskjellige scenarioer viser at tiltakene som har blitt gjort i Myklemyr er veldig effektive under alle scenarioer mens betraktelig oppdatering og vedlikehold er nødvendig i Hesjevoll, Sperle, Fossen, Alsmo og Gaupne for å motstå fremtidige flom hendelser. Flere områder i Hjelledalen, spesielt Folven og Hjelle, står i stor fare for oversvømmelser fra høy-intensitets flommer. Imidlertid demonstrerer studien at ytterligere beskyttende installasjoner i utsatte områder langs elva vil øke resistensen mot flom hendelser.

The last few decades have been marked by increasing intensity and frequency of heavy rainfall and extreme glacier melt events due to climate change. Through this development, regions dependent on glacier-fed river systems have become more vulnerable to repeated floods. The Jostedalsbreen National Park is in the region with highest annual precipitation in Norway and is home to the largest mainland glacier in Europe. Due to its history of major floods and a key tourism attraction, the Jostedalen valley has been monitored closely since the largest flood in the documented history of the region on August 15, 1979. The valley has experienced many modifications and developments over the years in attempt to reduce its vulnerability to floods and flood-related erosion. Based on the evidence of the flood impacts on local communities, this study has been designed to estimate future flood risks and their possible impacts on the valley compared to the historical event of 1979. The overarching objective of this study is to reconstruct the history and impacts of the tragic past flood in Jostedalen and assess to which extent the governmental response to the past hazard protects local people from upcoming future disasters. Furthermore, the study presents model-based projections of flood exposure and vulnerability in the less documented Hjelledalen valley on the northern side of the national park to emphasize differences in the existing protective measures and their impacts. As part of this analysis, the region’s sensitivity to minor versus high-intensity floods (median, 10-, 20-, 50-, 100- and 200-year floods) were tested to map and identify areas at risk under different flood. The experiments presented in this thesis are based on the high-resolution hydrological modelling using HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centre River Analysis System) with topographic and runoff forcings from the detailed Digital Terrain Model and water flux data from gauging stations and the Regional Flood Frequency Analysis (RFFA). The simulations show that most areas along the Jostedøla river are at risk of flooding even during minor floods (median, 10- and 20-year floods), albeit with low societal impacts. As the magnitudes of floods grow, the extents of flood damage increase drastically, showing high water levels throughout most of the populated sections of the valley. When assessing the effect of flood mitigation measures under future flood scenarios, this study has found that mitigation measures at Myklemyr are very effective even under high-magnitude floods, while the existing installations at Hesjevoll, Sperle, Fossen, Alsmo and low-lying parts of Gaupne need extensive upgrades and maintenance. The Hjelledalen valley appears to be at a very high risk of flooding from high magnitude floods, especially in the highly touristic areas at Folva and Hjelle. However, the study demonstrates that introduction of additional protective installations along vulnerable parts of the river will significantly increase the resistive capacity of the valley.