FLÖDESDIMENSIONERING

2.3 FLÖDESDIMENSIONERING

Projekt Haparandabanan har i olika dokument skrivit att kulvertar och trummor ska

dimensioneras för minst 50-årsflöden för att minimera risken för vattengenombrott.

Eftersom termen 50-årsflöde förekommer på flera ställen i processuppföljningstabellen i

Bilaga 1 och läsaren kanske är obekant med den, kommer här ett avsnitt som närmare

går in på flödesdimensionering.

Flödesdimensionering går ut på att bestämma hur ofta en vattenanläggnings (t.ex. en

järnvägstrummas) flödeskapacitet kan vara otillräcklig. Med andra ord; en återkomsttid

bestäms och utifrån den räknas det dimensionerande flödet ut.

SMHI:s hydrologiska stationsnät omfattar ungefär 330 stationer. För vattenföring och

vattenstånd beräknas dygns-, månads- och årsmedelvärden samt maximum och

mini-mum för varje år. Det finns vattenföringsserier från ungefär 725 platser med varierande

serielängder. Att få en optimal fördelning av mätstationer är ett av syftena med

planeringen av stationsnätet. Utifrån data från vattenföringsstationer och med hjälp av

interpoleringsmetoder och matematiska modeller kan information om vattenföring med

en bestämd noggrannhet ges för en valfri punkt i ett vattendrag. För att ta reda på

vattenföring och vattenstånd i ett vattendrag som finns inom ett område som inte direkt

täcks av stationsnätet används i stället data från stationsnätet som underlag för vidare

beräkningar och uppskattningar (SMHI, 2009d, Internet). Om vattenföringsserier från

ett vattendrag inte finns att tillgå utgår man i så fall alltså från vattenföringsserier i

när-liggande likartade vattendrag (SMHI, 2001).

Dimensioneringsunderlag för byggande i vatten beräknas genom frekvensanalys av

befintliga hydrologiska mätserier (SMHI, 2009d, Internet). I frekvensanalyser bestäms

återkomsttider på T år och sedan uppskattas de högvattenflöden, Q

T

, som inträffar eller

överträffas i genomsnitt en gång under T år. Perioder på T år blir alltså de uppskattade

högvattenflödenas återkomsttider. För att uppskatta högvattenflöden går det mer

specificerat till så att de högsta vattenflödena för ett visst antal år sorteras i

storleks-ordning och medelvärde och standardavvikelse räknas ut. Sedan väljs en

sannolikhets-fördelning och Q

T

kan räknas ut med hjälp av fördelningens formel/formler (Shaw,

1994). SMHI använder i första hand Gumbelfördelning och tvåparameters

Lognormal-fördelning (SMHI, 2001). Så här räknas det dimensionerande flödet, Q

T

, ut med hjälp av

Gumbelfördelning:

Q

T

= + S * K

T

där är medelvärdet av högvattenflödena och S är standardavvikelsen (Xu, 2009).

Eftersom de hydrologiska mätserierna innehåller information om hur hydrologiska

för-hållanden varit gäller beräknade värden för likadana förför-hållanden som tidigare. I små

avrinningsområden med liten andel sjöar finns ofta vattendrag med snabb respons. I

sådana vattendrag kan den momentana flödestoppen vara mycket högre än

dygns-medelvärdet. I SMHI:s dimensioneringsunderlag anges därför en faktor för

momentan-25

tillägget. Momentanfaktorn för varje område har beräknats som kvoten mellan det

högsta uppmätta momentanflödet och det högsta uppmätta dygnsflödet under en

period. För framräknade punkter har kurvanpassningar gjorts och de tar även hänsyn

till områdens sjöprocent (SMHI, 2009d, Internet).

För att räkna ut sannolikheten att ett högvattenflöde med en viss återkomsttid inträffar

eller överträffas en gång under ett visst antal år används formeln:

där P är sannolikhet, Q

T

är högvattenflödet, T är återkomsttid och n är antal år (Xu,

2009).

Exempel: Projekt Haparandabanan har dimensionerat kulvertar och trummor för minst

50-årsflöden och banvallen beräknas hålla i ungefär 120 år. Ett 50-årsflöde har en

återkomsttid på 50 år, vilket betyder att flödet inträffar eller överträffas i genomsnitt en

gång på 50 år. Sannolikheten är med andra ord 1 på 50 för varje enskilt år. När

ban-vallen exponeras för risken under flera år blir den ackumulerade risken större. För en

kulvert eller trumma vars livslängd beräknas till 120 år blir den ackumulerade risken

91 % att 50-årsflödet överskrids minst en gång under 120 år (SMHI, 2010, Internet).

Beräkningen går till så här:

≈ 91 %

I Tabell 5 visas ytterligare sannolikheter, som beräknats på samma sätt.

Tabell 5. Samband mellan återkomsttider, exponerade tider och sannolikheter att de

olika flödena ska inträffa eller överträffas (SMHI, 2010, Internet).

Återkomsttid Sannolikhet

under 5 år

Sannolikhet

under 10 år

Sannolikhet

under 20 år

Sannolikhet

under 50 år

Sannolikhet

under 100 år

5 år 67 % 89 % 99 % 100 % 100 %

10 år 41 % 65 % 88 % 99 % 100 %

20 år 23 % 40 % 64 % 92 % 99 %

50 år 10 % 18 % 33 % 64 % 87 %

100 år 5 % 10 % 18 % 39 % 63 %

500 år 1 % 2 % 4 % 10 % 18 %

1000 år 0 % 1 % 2 % 5 % 10 %

Vid flödesdimensionering är det viktigt att ta hänsyn till framtida klimatförändringar

och markanvändningar och att beakta effekter av bristande underhåll på

vatten-anläggningar, till exempel igenväxta diken som kan höja vattennivåerna.

26

2.3.1 Framtidens klimat

Traditionell frekvensanalys av hydrologiska mätserier bygger på antagandet att klimatet

inte förändras över tid och att framtidens flöden har samma statistiska egenskaper som

de som observerats och lagrats i våra tidsserier. Om det visar sig att klimatet inte är

stabilt kan resultatet ifrågasättas. Med den bakgrunden och med vetskapen om att

fram-tidens klimat kan ändras är det viktigt att ta hänsyn till systemets känslighet för

klimat-förändringar vid flödesdimensionering. Om konstruktionen förväntas hålla länge,

exempelvis i 100 år, är det speciellt viktigt (SMHI, 2009d, Internet).

I februari i år publicerades i den vetenskapliga tidskriften Nature två nya studier (Min

m.fl., 2011 och Pall m.fl., 2011). Enligt Min m.fl. (2011) har den antropogena ökningen av

växthusgaser i atmosfären bidragit till den observerade intensifieringen av

extrem-nederbörd över ungefär två tredjedelar av norra halvklotets landområden, för vilka data

finns tillgänglig. Resultaten är baserade på en jämförelse mellan uppmätta och

klimatmodellsimulerade förändringar i extremnederbörd under andra delen av

1900-talet. Enligt Pall m.fl. (2011) är det mycket troligt att antropogena växthusgasutsläpp

ökat risken för översvämningar i England och Wales. Forskarna har gjort beräkningar av

hur vädret utvecklades under en specifik period och av hur vädrets utveckling

påverkade vattenflödena. De har också räknat ut hur vädret hade varit och hur

hydro-login hade sett ut utan människans extra växthusgasutsläpp. Hur stor betydelsen av

växthusgasbidraget var för risken för översvämningar under perioden är fortfarande

osäkert, men i nio fall av tio tyder modellresultaten på att 1900-talets antropogena

växthusgasutsläpp ökade risken för översvämningar i England och Wales under

perioden med mer än 20 % och i två av tre fall med mer än 90 %. Studierna visar alltså

att människans ökning av växthusgaser i atmosfären har bidragit till en intensifiering av

extrema skyfall över norra halvklotet och ökat risken för översvämningar i England och

Wales. Eftersom den förstärkta växthusgaseffekten är ett globalt problem är det troligt

(men inte helt säkert) att människans ökning av växthusgaser i atmosfären även har

ökat risken för översvämningar i Sverige.

Under år 2010 publicerades en rapport (Nikulin m.fl., 2010) som visar scenarier för hur

extremvädersituationer kommer att se ut i Europa under perioden 1971-2100. Som

kontrollperiod användes data från SMHI:s standardperiod 1961-1990. Tidigare

klimat-scenarier har visat att den totala nederbörden kommer att minska långsiktigt i en del

regioner, exempelvis södra Europa, medan mönstret för den extrema nederbörden på

många av dessa platser kommer få ökad frekvens och intensitet. De nya beräkningarna

för Skandinavien visar att extrem nederbörd som tidigare inträffat vart tjugonde år kan

bli verklighet vart åttonde år, och till och med så ofta som vart tredje år på vissa platser

vintertid. Enligt de nya scenarierna ökar regnmängderna vid extremtillfällena med upp

till 40 % i Skandinavien. Beräkningarna för nederbörd har något större spridning i

resultaten jämfört med för extrema temperaturer och vindar men alla modeller visar att

extremerna kommer bli fler och mer intensiva. I Figur 6 visas hur ofta, jämfört med

under perioden 1961-1990, 20-årsextremnederbörd i Skandinavien i genomsnitt enligt

beräkningarna kommer att inträffa i slutet av detta århundrade under sommar- och

vintertid. I områden där 20-årsextremnederbörd förväntas inträffa lika ofta som under

perioden 1961-1990 används lila färg och i områden där 20-årsextremnederbörd

för-väntas inträffa oftare används andra färger (se färgskalan i Figur 6). I nordöstra Sverige

kommer stora förändringar i allmänhet ske, i synnerhet under vinterhalvåret.

27

Figur 6. Karta över Skandinavien som visar hur ofta den andra hälften av 1900-talets

20-årsextremnederbörd i genomsnitt enligt beräkningarna kommer att inträffa i slutet

av detta århundrade under sommar- och vintertid (efter Nikulin m.fl., 2010). ©Sveriges

meteorologiska och hydrologiska institut

Vid en närmare granskning av kartorna i Figur 6 kan man se att beräkningar för

kust-området mellan Kalix och Haparanda inte gjorts. Figuren indikerar dock att

extrem-nederbörd som inträffade en gång per 20:e år under perioden 1961-1990 i området

kring Haparandabanan kommer att inträffa vart tolfte, tionde eller åttonde år under

sommaren och vart åttonde, sjätte eller fjärde år under vintern.

Enligt regionala framtidsscenarier kommer klimatet i norra Sverige bli varmare och

blötare. Scenarierna har använts för att, med hjälp av HBV-modellen, studera hur

vatten-flöden kommer att förändras. Vattenflödesscenarierna visar en ökad avrinning från

Sverige med den största ökningen i fjällen. De karaktäristiska avrinningsförloppen

under året kommer att förändras. Vårflödena kan på grund av ändrade temperatur- och

nederbördsförhållanden komma några veckor tidigare än de gör idag (SMHI, 2009b,

Internet). När SMHI har jämfört meteorologiska mätserier från åren 1991-2005 med den

meteorologiska standardnormalperioden 1961-1990 visar analysen att det har blivit

varmare och på många platser nederbördsrikare. Växthuseffekten kan ha börjat påverka

vårt klimat vilket understryker rimligheten i klimatscenariernas resultat (SMHI, 2009d,

Internet).

In document Uppföljning av projekt Haparandabanans vattenanknutna åtaganden, naturmiljöeffekter och miljömål (Page 32-36)