View
4
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Metoder for å
beregne avrenning
fra eiendommer
Fagtreff Norsk Vannforening
Overvann i kommunal
arealplanlegging
12.feb 2018
Oslo
dr.ing, Kim H. Paus
(kimh.paus@asplanviak.no)
Q = ?
Q ≈ 0.25 l/s
Q ≈ 0.7 l/s
Q ≈ 4 l/s
Q ≈ 10 l/s
Q ≈ 20 l/s
Q ≈ 60 l/s
Q ≈ 800 l/s
Q ≈ 18 000 000 l/s
Avrenning fra eiendommer
På overflatenI rør
Avrenning tilført avløpssystem ved store regnskyll
→ overbelastning av avløpssystem, kjelleroversvømmelser og overløpsdrift
Avrenning på overflaten ved store regnskyll
→ vann på avveie, oversvømmelse, skader på bygg og infrastruktur, erosjon
Avrenning tilført felles avløpssystem hver gang det regner
→ høy andel uønsket vann til avløpsrenseanlegget, redusert grunnvannsnivå
Tid [min]
Avr
enn
ing
[l/s
]
Tid [min]
Ne
db
ør
[mm
]𝑄
𝐼
Beregning av avrenning
Areal x
=
𝜑 ∙ 𝐴
Beregning av avrenningDen rasjonale formel
𝑄 =
𝑄 er overvannets vannføring (avrenning) [l/s]
Beregning av avrenningDen rasjonale formel
𝑄 = 𝜑
𝑄 er overvannets vannføring (avrenning) [l/s] 𝜑 er nedbørfeltets midlere avrenningskoeffisient [ - ]
Beregning av avrenningDen rasjonale formel
𝑄 = 𝜑 ∙ 𝐴
𝑄 er overvannets vannføring (avrenning) [l/s] 𝜑 er nedbørfeltets midlere avrenningskoeffisient [ - ]𝐴 er nedbørfeltets areal [ha]
Beregning av avrenningDen rasjonale formel
𝑄 = 𝜑 ∙ 𝐴 ∙ 𝐼
𝑄 er overvannets vannføring (avrenning) [l/s] 𝜑 er nedbørfeltets midlere avrenningskoeffisient [ - ]𝐴 er nedbørfeltets areal [ha]𝐼 er nedbørintensitet [l/(s ha)]
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Nedbørintensitet (𝑰)
Tid [min]
Nedbø
rinte
nsitet
[mm
/10 m
in]
Okt. 2014
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
3,2 mm ila. 10 min
8,0 mm ila. 100 min
Tid [min]
Nedbø
rinte
nsitet
[mm
/10 m
in]
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Okt. 2014
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Regnm
en
gde [m
m]
3,2 mm ila. 10 min
8,0 mm ila. 100 min
Regnvarighet [min]
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)R
egnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Foto: Vaidar Ruud / NTB Scanpix (2015)
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)R
egnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Foto : Jonas Dixon Østhassel / NRK (2014)
Foto: Vaidar Ruud / NTB Scanpix (2015)
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)R
egnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Regnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
2 år5 år
10 år20 år50 år
100 år200 år
Foto : Jonas Dixon Østhassel / NRK (2014)
Foto: Vaidar Ruud / NTB Scanpix (2015)
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Regnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
2 år5 år
10 år20 år50 år
100 år200 år
Foto : Jonas Dixon Østhassel / NRK (2014)
Foto: Vaidar Ruud / NTB Scanpix (2015)
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Eksempel: Finn dimensjonerende nedbørintensitet for en regnvarighet på 100 min og gjentaksintervall på 10 år.
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Regnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
2 år5 år
10 år20 år50 år
100 år200 år
Foto : Jonas Dixon Østhassel / NRK (2014)
Foto: Vaidar Ruud / NTB Scanpix (2015)
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
𝒕𝒓 = 𝟏𝟎𝟎𝐦𝐢𝐧
Eksempel: Finn dimensjonerende nedbørintensitet for en regnvarighet på 100 min og gjentaksintervall på 10 år.
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Regnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
2 år5 år
10 år20 år50 år
100 år200 år
Foto : Jonas Dixon Østhassel / NRK (2014)
Foto: Vaidar Ruud / NTB Scanpix (2015)
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
𝒕𝒓 = 𝟏𝟎𝟎𝐦𝐢𝐧
𝑷 = 𝟑𝟎𝐦𝐦
Eksempel: Finn dimensjonerende nedbørintensitet for en regnvarighet på 100 min og gjentaksintervall på 10 år.
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Regnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
2 år5 år
10 år20 år50 år
100 år200 år
Foto : Jonas Dixon Østhassel / NRK (2014)
Foto: Vaidar Ruud / NTB Scanpix (2015)
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
𝒕𝒓 = 𝟏𝟎𝟎𝐦𝐢𝐧
𝑷 = 𝟑𝟎𝐦𝐦
Eksempel: Finn dimensjonerende nedbørintensitet for en regnvarighet på 100 min og gjentaksintervall på 10 år.
𝑰 =𝑷
𝒕𝒓=
𝟑𝟎𝐦𝐦
𝟏𝟎𝟎𝐦𝐢𝐧= 𝟎, 𝟑𝟎 𝐦𝐦/𝐦𝐢𝐧
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
Regnm
en
gde [m
m]
Regnvarighet [min]
2 år5 år
10 år20 år50 år
100 år200 år
Foto : Jonas Dixon Østhassel / NRK (2014)
Foto: Vaidar Ruud / NTB Scanpix (2015)
Foto : Mathilde Hyldal Eberholst (2013)
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
𝒕𝒓 = 𝟏𝟎𝟎𝐦𝐢𝐧
𝑷 = 𝟑𝟎𝐦𝐦
Eksempel: Finn dimensjonerende nedbørintensitet for en regnvarighet på 100 min og gjentaksintervall på 10 år.
𝑰 =𝑷
𝒕𝒓=
𝟑𝟎𝐦𝐦
𝟏𝟎𝟎𝐦𝐢𝐧= 𝟎, 𝟑𝟎 𝐦𝐦/𝐦𝐢𝐧
𝑰 = 𝟎, 𝟑𝟎 𝐦𝐦/𝐦𝐢𝐧 ∙𝟓𝟎𝟎
𝟑= 𝟓𝟎 𝐥/(𝐬 ∙ 𝐡𝐚)
Nedbørintensitet (𝑰)Crash-kurs i IVF-statistikk
𝐼 = 𝐾𝑓 ∙ 𝐼ℎ𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑘
Klimafaktoren ( ) er en funksjon av flere variabler:
• Regnvarigheten
• Gjentaksintervall
• Framskrivingsperioden
• Klimascenariet som er lagt til grunn
• Geografisk plassering
• Referanse-periode (f.eks. 1961-1990)
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
𝐾𝑓
Nedbørintensitet (𝑰)Multipliseres med en klimafaktor for å ivareta klimaendringer
Iht. Imhoffs sats opptrer maksimal vannføring i det regnvarigheten er like lang som konsentrasjonstiden for nedbørfeltet
𝑡𝑟 = 𝑡𝑘
0
1
2
0
50
100
150
200
250
Ned
bø
r [m
m/m
in]
Van
nfø
rin
g [l
/s]
Tid
𝑄 = 𝜑 · 𝐼 · 𝐴
𝑡𝑟= 𝑡𝑘
Vannfø
ring [
l/s]
Tid
Tid2𝑡𝑟=2𝑡𝑘
Nedbørintensitet (𝑰)Hvilken regnvarighet skal vi benytte?
Konsentrasjonstiden (𝑡𝑘) er den tiden det tar fra en regndråpe faller ytterst i nedbørfeltet til regndråpen når utløpet av nedbørfeltet.
𝒕𝒕
𝒕𝒔
𝒕𝒌 = 𝒕𝒕 + 𝒕𝒔
På overflatenI rør
𝑡𝑘 = 𝑡𝑡 + 𝑡𝑠
𝑡𝑘er nedbørfeltets konsentrasjonstid [min]𝑡𝑡er tilrenningstid på overflaten [min]𝑡𝑠er strømningstid i rør [min]
Nedbørintensitet (𝑰)Hva er konsentrasjonstid?
Beregning av avrenningDen rasjonale formel
𝑄 = 𝜑 ∙ 𝐴 ∙ 𝐼
𝑄 er overvannets vannføring (avrenning) [l/s] 𝜑 er nedbørfeltets midlere avrenningskoeffisient [ - ]𝐴 er nedbørfeltets areal [ha]𝐼 er nedbørintensitet [l/(s ha)]
Vannportalen (2016): http://www.vannportalen.no/organisering/vannregioner/
Norge har 16 vannregioner - 11 med avrenning til norsk kyst og 5 med avrenning til Sverige og/eller Finland
Nedbørfelt Arealet som leder vann til et bestemt punkt (f.eks. sluk, kum
eller vassdrag). Et nedbørfelt kan deles inn i flere delfelt.
Hvert nedbørfelt er igjen inndelt i flere mindre delfelt..
Plan og bygningsetaten, Oslo kommune ved Finsland (2015)
Nedbørfelt
Inndelingen fortsetter til vi har små nedbørfelt..
Ved bruk av den rasjonelle formel øker usikkerheten med økende størrelse på nedbørfeltet.
13 500 m2 = 13,5 da = 1,35 ha
Nedbørfelt
Beregning av avrenningDen rasjonale formel
𝑄 = 𝜑 ∙ 𝐴 ∙ 𝐼
𝑄 er overvannets vannføring (avrenning) [l/s] 𝜑 er nedbørfeltets midlere avrenningskoeffisient [ - ]𝐴 er nedbørfeltets areal [ha]𝐼 er nedbørintensitet [l/(s ha)]
Avrenningskoeffisienten
𝜑 =𝑎𝑣𝑟𝑒𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔
𝑛𝑒𝑑𝑏ø𝑟
NEDBØR
AVRENNING
Andelen av nedbøren som renner av som avrenning fra et bestemt område. For
eksempel, en avrenningskoeffisient på 0,90 betyr at 90 % av nedbøren renner av
som overflateavrenning mens 10 % infiltrerer, fordampes eller forsvinner på andre
måter
AvrenningskoeffisientenVariabler: Helning
Flat helning
→ lav 𝜑
Bratt helning
→ høy 𝜑
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
AvrenningskoeffisientenVariabler: Vanninnhold
Tørt
→ lav 𝜑
Fuktig
→ høy 𝜑
AvrenningskoeffisientenVariabler: Grunnvann
Lavt grunnvann
→ lav 𝜑
Høyt grunnvann
→ høy 𝜑
AvrenningskoeffisientenVariabler: Overflate
Ujevne overflater
→ lav 𝜑
Jevne overflater
→ høy 𝜑
Foto: architecturendesign.net
AvrenningskoeffisientenVariabler: Permeabilitet
Permeabel
→ lav 𝜑
Impermeabel
→ høy 𝜑
AvrenningskoeffisientenVariabler: Årstid
Varmt
→ lav 𝜑
Kaldt
→ høy 𝜑
AvrenningskoeffisientenVariabler: Frost-type
«Porøs frost»
→ lav 𝜑
«Betongfrost»
→ høy 𝜑
AvrenningskoeffisientenVariabler: Årstid
Snø
→ lav 𝜑
Is
→ høy 𝜑
AvrenningskoeffisientenVariabler: Nedbørintensitet
Lav nedbørintensitet (𝐼)
→ lav 𝜑
Høy nedbørintensitet (𝐼)
→ høy 𝜑
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
AvrenningskoeffisientenVariabler: Nedbørmengde
Lav nedbørmengde
→ lav 𝜑
Høy nedbørmengde
→ høy 𝜑
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
AvrenningskoeffisientenVariabler: Regnvarighet
Kort regnvarighet (𝑡𝑟)
→ lav 𝜑
Lang regnvarighet (𝑡𝑟)
→ høy 𝜑
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
Foto: Olav Fergus Kvalnes (2014)
AvrenningskoeffisientenVariabler: Tid
Tidlig i regnhendelsen
→ lav 𝜑
Sent i regnhendelsen
→ høy 𝜑
Type overflate 𝝋 [ − ]
Tette flater (tak, asfalt, veier etc.) 0,85 – 0,95
Bykjerne 0,70 – 0,90
Rekkehus-/leilighetsområder 0,60 – 0,80
Eneboligområder 0,50 – 0,70
Grusveier 0,30 – 0,70
Industriområder 0,50 – 0,90
Plen, park, eng, dyrket mark 0,30 – 0,50
Skogsområder 0,20 – 0,50
AvrenningskoeffisientenVerdier
Midlere avrenningskoeffisient for nedbørfeltet beregnes som:
𝜑 =𝐴1 ∙ 𝜑1 + 𝐴2 ∙ 𝜑2 +⋯+ 𝐴𝑛 ∙ 𝜑𝑛
𝐴1 + 𝐴2 +⋯+ 𝐴𝑛
𝜑 er nedbørfeltets midlere avrenningskoeffisient [ - ]𝐴1er areal av overflate type 1 [ha]𝐴2er areal av overflate type 2 [ha]𝐴𝑛er areal av overflate type n [ha]𝜑1er avrenningskoeffisient for overflate type 1 [ha]𝜑2er avrenningskoeffisient for overflate type 2 [ha]𝜑𝑛er avrenningskoeffisient for overflate type n [ha]
AvrenningskoeffisientenBeregning av midlere avrenningskoeffisient
AvrenningskoeffisientenMålinger av volumavrenningskoeffisient
AvrenningskoeffisientenMålinger av volumavrenningskoeffisient
Midlere 0,1 ± 0,1
Beregning av avrenningDen rasjonale formel
𝑄 = 𝜑 ∙ 𝐴 ∙ 𝐼
𝑄 er overvannets vannføring (avrenning) [l/s] 𝜑 er nedbørfeltets midlere avrenningskoeffisient [ - ]𝐴 er nedbørfeltets areal [ha]𝐼 er nedbørintensitet [l/(s ha)]
Den rasjonale formel
THE GOOD:
• Intuitiv og lett
• Krever få inngangsverdier
THE BAD:
• Forenklet beskrivelse
• Mange forutsetninger
(kasseregn, konstante
avrenningskoeffisienter etc.)
THE UGLY:
• Brukes ukritisk til å beregne
avrenning i komplekse
nedbørfelt
• Ingen form for kalibrering
Recommended