Metoder til vurdering af de
hydrauliske forhold i recipienterne
EVA-temadag den 24. september 2015
Anja Thrane Hejselbæk Thomsen, [email protected]
Morten Larsen, [email protected]
Indhold
• Naturlig afstrømning 1 l/s/ha?
• Problemer i vandløb
– Kapacitet – oversvømmelser
– Erosion – manglende målopfyldelse af vandplaner
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
• Konklusion
27-09-2015
Indhold
• Naturlig afstrømning 1 l/s/ha?
• Problemer i vandløb
– Kapacitet – oversvømmelser
– Erosion – manglende målopfyldelse af vandplaner
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
• Konklusion
27-09-2015
Naturlig afstrømning 1 l/s/ha?
Tidligere praksis
Man har i gennem en årrække administreret udledningen af regnvand
fra befæstede arealer efter at udledningen skulle neddrosles til 1-2 l/s/ha.
Det er blevet opfattet som udtryk for den naturlige afstrømning
eksempelvis i vejledningen for de gældende vandplaner:
”Hvor der er risiko for hydrauliske problemer, skal regnbetingede udledninger
som udgangspunkt reduceres til 1-2 l/s pr. ha (totalt areal), svarende til
naturlig afstrømning.”
Fra Vandplan 2010-2015 Lillebælt/Jylland, afs. 1.4 Retningslinjer, Spildevand 9), p.57
27-09-2015
Indhold
• Naturlig afstrømning 1 l/s/ha?
• Problemer i vandløb
– Kapacitet – oversvømmelser
– Erosion – manglende målopfyldelse af vandplaner
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
• Konklusion
27-09-2015
Oversvømmelsesrisiko - ådalsanalyser
•
Oversvømmelsesberegning og ådalsanalyse
–
–
–
VASP model (stationær) med oplandskorrigeret afstrømning
Topografiske oplande er beregnet i GIS ved strømningsanalyse på modificeret
højdemodel
By-oplande stammer fra spildevandsplanen
27-09-2015
Erosionsrisiko – energiberegninger
• Erosionsberegninger
• Beregnes på baggrund af vandets hastighed
•
Er er udtryk for energien i vandløbet
27-09-2015
Indhold
• Naturlig afstrømning 1 l/s/ha?
• Problemer i vandløb
– Kapacitet – oversvømmelser
– Erosion – manglende målopfyldelse af vandplaner
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
• Konklusion
27-09-2015
Indhold
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Eksempel på kapacitet mindre end 1,0 l/s/ha
– oversvømmelse begrænsende
– Eksempel på kapacitet større end 1,0 l/s/ha
– erosion begrænsende
27-09-2015
Metode - oplandsfordeling
27-09-2015
Resultater – oversvømmelsesanalyse
27-09-2015
Resultater – oversvømmelsesanalyse
Oversvømmelse ved 0,5, 1, 1,5 og 2 l/s/ha
27-09-2015
Resultater – erosionsanalyse
Upåvirket
1,5 l/s/ha
6 l/s/ha
6 l/s/ha
1 l/s/ha
0,5 l/s/ha
27-09-2015
Indhold
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Eksempel på kapacitet mindre end 1,0 l/s/ha
– oversvømmelse begrænsende
– Eksempel på kapacitet større end 1,0 l/s/ha
– erosion begrænsende
27-09-2015
Resultater – Vellingshøj Bæk
27-09-2015
Resultater – oversvømmelsesanalyse
27-09-2015
Resultater – oversvømmelsesanalyse
Oversvømmelse ved 8 og 10 l/s/ha
27-09-2015
Resultater - erosionsanalyse
Upåvirket
1 l/s/ha
4 l/s/ha
27-09-2015
Indhold
• Naturlig afstrømning 1 l/s/ha?
• Problemer i vandløb
– Kapacitet – oversvømmelser
– Erosion – manglende målopfyldelse af vandplaner
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
• Konklusion
27-09-2015
Udløbstyper
•
Uforsinkede udledninger
– Maks. vandføring varierer
– Kortvarig ”Bølge”
Høj grad af dynamik
•
Forsinkede udledninger
– Fast maks. vandføring
– Langvarig
Lav grad af dynamik
27-09-2015
Detaljeret analyse
Dynamiske beregninger:
Høj grad af dynamik
- MIKE Urban
- SWMM
- MIKE11
Stationære beregninger:
Lav grad af dynamik
- VASP
- MIKE Urban
- MIKE11
Fordele/Ulemper:
+ Tidslig opløsning
+ Massebalance
- Komplekse
- Tidskrævende
Fordele/Ulemper:
+ Nemme
+ Hurtige
- Tidslig opløsning
- Massebalance (ligevægt)
27-09-2015
Indhold
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
– Simpelt eksempel på forsinkede udledninger
– Simpelt eksempel på uforsinkede udledninger
– Komplekst eksempel på forsinkede/uforsinkede udledninger
27-09-2015
Stationærberegning - VASP
27-09-2015
Stationærberegning - VASP
Vandløb
EVA 2015
Terræn højre
Terræn venstre
Opmålt vandspejl
Dybeste punkt i tværprofilet
Kote i m DVR90 1:50
17
16
15
START RØRLEDNING B Ø 40
18
TILLØB FRA VENSTRE BUNDBREDDE 00.40
19
SLUT RØRLEDNING B Ø 40
20
SLUT RØRLEDNING L Ø 32
20
19
18
17
16
15
807
578
31
462
11
427
11
386
12
343
12
267
13
185
13
128
14
0
14
10
0
50
VASP
100
150
16-09-2015 / MOLA ProjektID : 12-22
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
10
900
950
1000
Station i m 1:3000
27-09-2015
Stationærberegning - VASP
Output - Vandstand
Vandløb
EVA 2015
Sommermiddel
Sommermiddel + udledninger
Sommermiddel
Terræn højre
Terræn venstre
Dybeste punkt i tværprofilet
Sommermiddel + udledninger
Kote i m DVR90 1:50
20
17
16
15
START RØRLEDNING B Ø 40
18
TILLØB FRA VENSTRE BUNDBREDDE 00.40
19
SLUT RØRLEDNING B Ø 40
20
SLUT RØRLEDNING L Ø 32
19
18
17
16
15
807
11
578
11
462
12
427
12
386
13
343
13
267
14
185
14
128
Naturligt opland
Naturlig afstrømning
Manningtal
Start vandspejl
Udledninger Q_maks
31
1.
2.
3.
4.
5.
0
Input:
10
0
50
VASP
100
150
16-09-2015 / MOLA ProjektID : 12-22
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
10
900
950
1000
Station i m 1:3000
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
Output - Vandstand
Input:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Naturligt opland
Naturlig afstrømning
Manningtal
Start vandspejl
Opland m. befæstelse
Bassiner m. regulering
Nedbør (T = 5 år)
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
Dynamisk beregning (T= 5 år) vs. Stationær beregning
T = 5 år
VASP
MIKE Urban
Maks. vst.
+
+
Maks. Hastighed
+
+
Varighed
-
+
Hyppighed
-
- (+LTS)
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
Dynamisk beregning (T= 1 år) vs. Stationær beregning
T = 1 år
VASP
MIKE Urban
Maks. vst.
+
+
Maks. Hastighed
+
+
Varighed
-
+
Hyppighed
-
- (+LTS)
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
Dynamisk beregning (T= 0,1 år) vs. Stationær beregning
T = 0,1 år
Maks. vst.
VASP
MIKE Urban
-
+
Maks. Hastighed
-
+
Varighed
-
+
Hyppighed
-
- (+LTS)
27-09-2015
Indhold
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
– Simpelt eksempel på forsinkede udledninger
– Simpelt eksempel på uforsinkede udledninger
– Komplekst eksempel forsinkede/uforsinkede udledninger
27-09-2015
Stationærberegning - VASP
27-09-2015
Stationærberegning - VASP
Vandløb
EVA 2015
Terræn Højre
Terræn venstre
Bund
Kote i m DVR90 1:75
Broindløb
Broudløb
Broindløb Ø 60 cm
Broudløb Ø 60 cm
Broindløb Ø 60 cm
Broudløb Ø 60 cm
Rørudløb Ø 60 cm
67.5
Broindløb Ø 60 cm
Broudløb Ø 60 cm
70.0
Rørindløb Ø 45 cm
70.0
67.5
65.0
65.0
62.5
62.5
63.4
63.2
63.0
62.8
62.6
Kote DVR90 [m]
62.4
62.2
62.0
61.8
61.6
61.4
61.2
60.0
60.0
61.0
60.8
60.6
-1.4
- 1.2
- 1.0
-0.8
- 0.6
- 0.4
-0.2
-0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
A fstand [m]
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
5.6
5.8
59.9
59.8
59.7
57.5
57.5
59.6
59.5
55.0
0
100
VASP
200
300
17-09-2015 / MOLA ProjektID : 13-23
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
55.0
1500
1600
1700
Station i m 1:5000
Kote DVR90 [m]
1527
1532
1534
1055
1062
1064
929
936
940
672
673
674
280
282
0
204
59.4
59.3
59.2
59.1
59.0
58.9
58.8
58.7
-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
A fstand [m]
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
27-09-2015
Stationærberegning - VASP
Output - Vandstand
Vandløb
EVA 2015
Eksempel
Vandstand T=5
Terræn Højre
Terræn venstre
Bund
Kote i m DVR90 1:75
Broindløb
Broudløb
Broindløb Ø 60 cm
Broudløb Ø 60 cm
Broindløb Ø 60 cm
Broudløb Ø 60 cm
67.5
Broindløb Ø 60 cm
Broudløb Ø 60 cm
70.0
Rørudløb Ø 60 cm
70.0
67.5
60.0
60.0
57.5
57.5
1527
1532
1534
62.5
1055
1062
1064
62.5
929
936
940
65.0
672
673
674
65.0
280
282
Naturligt opland
Naturlig afstrømning
Manningtal
Start vandspejl
Udledninger Q_maks
Rørindløb Ø 45 cm
1.
2.
3.
4.
5.
0
Input:
55.0
0
100
VASP
200
300
22-09-2015 / MOLA ProjektID : 13-23
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
55.0
1600
1700
Station i m 1:5000
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
Output - Vandstand
Input:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Naturligt opland
Naturlig afstrømning
Manningtal
Start vandspejl
Opland m. befæstelse
Nedbør (T = 5 år)
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
Dynamisk beregning (T= 5 år) vs. Stationær beregning
T = 5 år
Maks. vst.
VASP
MIKE Urban
-
+
Maks. Hastighed
-
+
Varighed
-
+
Hyppighed
-
- (+LTS)
27-09-2015
Indhold
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
– Simpelt eksempel på forsinkede udledninger
– Simpelt eksempel på uforsinkede udledninger
– Komplekst eksempel på forsinkede/uforsinkede udledninger
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
27-09-2015
Dynamisk beregning – MIKE Urban
Dynamisk beregning (T= 5 år)
T = 5 år
Maks. vst.
VASP
MIKE Urban
-
+
Maks. Hastighed
-
+
Varighed
-
+
Hyppighed
-
- (+LTS)
27-09-2015
Indhold
• Naturlig afstrømning 1 l/s/ha?
• Problemer i vandløb
– Kapacitet – oversvømmelser
– Erosion – manglende målopfyldelse af vandplaner
• Metoder
– Sårbarhedsanalyse; screeningsniveau
• Stationær beregning – VASP
– Detaljeret analyse
• Stationær beregning – VASP
• Dynamisk beregning – MU
• Konklusion
27-09-2015
Konklusion
Trin 1:
Sårbarhedsscreening af vandløb på kommuneniveau
→ Kortlægning til overordnet vandplanlægning i forhold til vandløbenes fysiske forhold
→ Oversvømmelsesrisiko
→ Erosionsrisiko
→ Udgangspunkt for dialog ml. kommune, forsyning o.a. i forbindelse med ansøgning om udledningstilladelser
Trin 2:
Detaljeret analyse
→ Simple systemer med faste udledninger
→ Lav grad af dynamik
→ Simple stationære modeller
→ Simple systemer med varierende udledninger
→ Høj grad af dynamik
→ Dynamiske modeller
→ Komplekse systemer
→ Høj grad af dynamik
→ Dynamiske modeller
Trin 3:
Få brugbar viden om recipienterne ved biologiske undersøgelser
v/Eva Marcus, Orbicon & Christian Ammitsøe, VandCenter Syd
→ DVFI (Dansk Vandløbs Fauna Index) og fysisk indeks i vandløb
27-09-2015