Vurdering av naturbaserte løsninger i nedbørsfeltet til Ilabekken

Abstract

Klimaet i dag er i konstant endring. Stigende globale temperaturer medfører hyppigere og mer ekstreme værhendelser. Mer intens nedbør i kombinasjon med en større andel utbygd areal, resulterer i raskere og større avrenninger. Flommene og lokale oversvømmelser vil komme oftere, være kraftigere og forårsake større skade fremover, noe som medfører et økende behov for å bedre overvann- og flomhåndteringen. Dagens løsninger og teknikker vil i fremtiden ikke lenger være tilstrekkelige. For å lykkes med å tilpasse oss klimaendringene, er naturbaserte løsninger foreslått som løsning. Naturbaserte løsninger innebærer å ivareta naturen, gjenopprette naturlige element eller implementere nye element som etterligner naturen. Slike løsninger kan utnytte naturens evne til å absorbere vann og dermed benyttes til å redusere avrenning. Grunnet interesse og dagsaktualitet, ble naturbaserte løsninger valgt som tema, både til prosjektoppgaven i høst og den videre masteroppgaven denne våren. Prosjektoppgaven brukte tidligere litteratur og forskning til å gi en oversikt over ulike naturbaserte løsninger og deres evne til å fange opp og fordrøye vann ved ulike nedbørshendelser. Oppgaven beskrev også hvilke løsninger som burde implementeres hvor og om løsningene fungerte til lokal overvannshåndtering eller til å dempe større flommer. Dette ga en samling av relevant litteratur og prosjektoppgaven er derfor brukt som bakgrunn og teori i denne masteroppgaven. Masteroppgaven har derimot sett på nedbørsfeltet til Ilabekken i Trondheim og studert og modellert flomdempende tiltak som allerede er utført i området, i tillegg til å vurdere og modellere potensielle tiltak for å se om disse vil ha en flomdempende effekt. Problemstillingen til oppgaven ble dermed å vurdere allerede eksisterende og potensielle flomdempende tiltak for Ilavassdraget. Oppgaven ble delt inn i fire hoveddeler som skulle undersøkes. Det første var å få en oversikt over nedbørsfeltet, noe som innebærer inndelingen av arealtyper, bygninger, dimensjonerende flom og historie. Til dette ble litteraturstudie og GIS, samt ulike kartverk, brukt. Deretter skulle allerede eksisterende forskning rundt magasinene og deres flomdempende evne, samles og analyseres. Dette ble gjort ved å utføre en litteraturstudie. I tillegg til magasinenes flomdempende effekt, diskuterte litteraturen også mulighetene for aktiv regulering i vassdraget og hvilken effekt dette ville ha på flommene. Den neste delen av resultatet var å modellere hvilken hydraulisk effekt gjenåpningen av Ilabekken har hatt, sammenlignet med når bekken tidligere lå i en lukket kulvert. Til dette ble hydraulisk modellering i HEC-RAS benyttet for ulike flomstørrelser. Den siste delen var å modellere effekten av grønne tak ved ulike nedbørshendelser og undersøke om slike tak kan påvirke flomtopper. Til dette ble en forenklet modell i SWMM brukt. Resultatene har vist at nedbørsfeltet til Ilabekken består av en stor andel naturlig og uberørt areal, hvor kun den nederste delen er urbanisert. Feltet består i størst grad av skog som utgjør hele 73%, i tillegg til 11.5% våtmark. Feltet har derfor en naturlig flomdemping i seg selv. Magasinene, Kobberdammen, Baklidammen og Theisendammen, bidrar også til å dempe flommer ved å bidra med tilgjengelig lagringsvolum. Tidligere forskning har vist at flommene kan dempes enda mer dersom magasinene reguleres aktivt. Dette gjøres ved å tappe magasinene i forkant eller under flomhendelser, noe som vil kunne redusere flomtoppen mellom 30-60%. Alt ligger til rette for at dette kan utføres i Ilavassdraget og tiltaket bør derfor vurderes. Gjenåpningen av Ilabekken har ført til bedre avrenningskapasitet, sammenlignet med den tidligere kulverten. Den åpne bekken vil fungere som en flomvei som kan lede flommer helt opp til 1000-års flom, uten store oversvømmelser. Grønne tak vil derimot ha liten effekt på større flommer, men vil ha en lokal effekt på overvann og oversvømmelser, da takene tar opp mye regn ved mindre nedbørshendelser. Ved 2- og 5-års regn vil alt vannet som faller på takene holdes tilbake, ettersom standard dimensjoner gir en kapasitet til å fange opp 10 mm med vann. Ved store andeler grønne tak vil lokal avrenning derfor kunne reduseres betraktelig. Resultatene stemmer overens med litteratur og funn i prosjektoppgaven. Man kan dermed konkludere med at aktiv regulering er det flomdempende tiltaket som er mest aktuelt for området. Tiltaket vil kunne redusere flomtoppene mest og er i tillegg mulig å gjennomføre. Grønne tak vil i motsetning fungerer som lokal overvannshåndtering, men ikke til flomdemping. Slike naturbaserte løsninger vil likevel bidra til å bedre det biologiske mangfoldet, gjøre området mer attraktivt og bedre miljøet og bør derfor brukes der det er mulig. Resultatene har også vist at gjenåpningen av Ilabekken har hatt en positiv innvirkning på flomavledning og har i tillegg gjort området mer grønt og attraktivt. Videre arbeid kan være å undersøke om regnbed eller infiltrasjonsanlegg vil ha en effekt på større flommer, eller om disse også kun vil ha en lokal effekt på overvann. Dette kan for eksempel modelleres for golfbanen eller parkområdene i nedbørsfeltet.

The current climate is constantly changing. Rising global temperatures will cause more frequent and extreme weather events. More intense rainfall, combined with a larger proportion of developed areas, results in faster and greater runoff. Floods and local inundations will occur more often, be more severe, and cause greater damage in the future, leading to an increasing need for improvement in stormwater and flood management. The current solutions and techniques will no longer be sufficient in the future. To successfully adapt to climate change, nature-based solutions have been proposed as a solution. Nature-based solutions implies preserving nature, restoring natural elements, or implementing new elements that mimic nature. Such solutions can utilize nature’s ability to absorb water and thus be used to reduce runoff. Due to interest around the topic and current relevance, nature-based solutions were chosen as the theme for both the previous project work last fall and the master’s thesis this spring. The project work utilized previous literature and research to provide an overview of various nature-based solutions and their ability to capture and delay water during different precipitation events. The assignment did also describe where the solutions should be implemented and whether they functioned for local stormwater management or for mitigating lager floods. The project work resulted in a collection of relevant literature and is therefore used as the background and theory for this master’s thesis. The master’s thesis on the other hand focuses on the catchment of Ilabekken in Trondheim. The thesis will study and model already existing flood mitigation measures, in addition to model and evaluate potential measures for this particular area. This is done to determine if the solutions would have a flood-mitigating effect. The research for this thesis became to assess existing and potential flood mitigation measures for Ilavassdraget. The thesis was divided into four main parts to be examined. The first part was to get an overview of the catchment area. This includes classification of land types, buildings, design flood and history. This was achieved using literature review and GIS, as well as various maps. The second part involved collecting and analysing existing research on the reservoirs and their flood-mitigation ability, as well as the possibility for active regulation and the potential flood-mitigation effect. This was done by a literature review. The next part of the results involved modelling the hydraulic effect of the reopening of Ilabekken, compared to when the stream previously went through a closed culvert. The hydraulic capacity of the open stream was modelled in HEC-RAS for different food sizes. The final part was to model the effect of green roofs during various precipitation events and investigate whether such roofs can have an impact on flood peaks. A simplified model in SWMM was used to model this. The results have shown that the catchment area of Ilabekken consist of a large proportion of natural and untouched land, with only the lower part being urbanized. The area is dominated by 73% forest, along with 11.5% wetlands. The catchment has therefore a natural flood mitigation in itself. The reservoirs, Kobberdammen, Baklidammen, and Theisendammen, does also contribute to flood mitigation by providing available storage volume. Previous research has shown that floods can be further mitigated if the reservoirs are actively regulated. This can be done by draining the reservoirs in advance or during flood events, which can reduce the flood peaks by 30-60%. Conditions are favourable for this to be implemented in Ilavassdraget and should therefore be considered. The reopening of Ilabekken had led to better runoff capacity compared to the previous culvert. The open stream will function as a floodway that can handle floods up to 1000-year events, without huge inundations. Green roofs, on the other hand, will have little effect on larger floods. However, the roofs absorb a lot of rain during smaller precipitation events and have a significant impact on local stormwater runoff when implemented in greater proportions. During 2-year and 5-year rain events, all water falling on the roofs will be captured, as standard dimensions provide a capacity to capture 10 mm of water. The results are consistent with literature and findings in the previous project work. It can be concluded that active regulation is the most relevant flood mitigation measure for this area. The measure will reduce flood peaks the most and is additionally possible to perform. In contrast, green roofs will function as local stormwater management, but not for flood mitigation. Green roofs will nevertheless contribute to enhancing biodiversity, making the area more attractive, and improving the environment. Green roofs should therefore be used if possible. The results have also shown that the reopening of Ilabekken has had a positive impact on flood control and has additionally made the area greener and more attractive. Further work could involve investigating whether rain gardens or infiltration systems would have an effect on larger floods, or if these would behave similar to green roofs and only have an effect on local stormwater. This could for example be modelled for the golf course or park areas in the catchment.