Simuleringar med förhöjda vattenstånd

Målsättningen med arbetet med FINKAN-modellen har varit att åstadkomma en modell som kan hantera även andra frågeställningar än de som behandlar åtgärder för att minska vattennivåerna vid översvämningar. Förändrade förhållanden kan även leda till ännu högre vattenstånd än de som uppmättes år 2000. Några idéer om sådana scenarier har dykt upp under arbetets gång och resultaten av dessa simuleringar redovisas nedan. 8.3.1 Barriär mellan Kyrkviken och Glafsfjorden

Bygget av en barriär i sundet som förbinder Kyrkviken med Glafsfjorden är högst aktuellt och en aspekt är den påverkan ett sådant bygge skulle ha på vattennivån utanför

Kyrkviken. Att hålla nivån i Kyrkviken nere och pumpa över vatten i Glafsfjorden innebär att man minskar Glafsfjordens magasinskapacitet och man kan därför förvänta sig att en invallning skulle ha gjort att vattennivåerna hade stigit ännu högre än de gjorde under hösten 2000 om en barriär funnits. Kyrkviken utgör mellan cirka 5,8 % och 6,3 % av Glafsfjordens totala area beroende på vattenstånd. Emellertid är det inte troligt att hela den förlorade lagringsvolymen skulle bidra till ökat vattenstånd i Glafsfjorden eftersom ett ökat vattenstånd även bidrar till ökad avbördning. Effekten av en barriär beror på till vilken nivå som vattenytan inne i Kyrkviken tillåts stiga. För simuleringen har nivån +46,80 m ö.h. valts då denna bedömts som "högsta acceptabla vattenstånd för att inte allvarliga skador skall uppstå" (HydroTerra, 2002, omräknat till RH70). Simuleringen ger ett högsta vattenstånd utanför barriären på +48,71 m ö.h. vilket skulle innebära att en sådan barriär skulle höja vattenståndet i Glafsfjorden med ytterligare drygt 3 cm jämfört med den verkliga översvämningen 2000. Simuleringen visar också att vattenstånds-ökningen skulle bli ungefär densamma, 3 cm, för Harefjorden. Simuleringar av minskad sjöarea i innebär i princip ingen ökad osäkerhet alls.

8.3.2 Stängd sluss

En intressant frågeställning är vad som hänt om slussen inte öppnats då vattnet steg dramatiskt under översvämningen 2000. Beslutsförfarandet då slussen öppnades är ännu inte utrett och för att man i framtiden skall kunna ta ställning till liknande åtgärder är det intressant att veta vad som hade hänt om slussen inte öppnats. För att simulera en helt

stängd sluss sätts bestämmande flödesreglering i slusskanalen till 0 m3s-1 under hela

översvämningsförloppet. Att slussen stängs ökar flödet genom dämmet drastiskt.

Dämmet orsakar lätt numerisk instabilitet och förändringen innebar att tidssteget behövde sänkas till 2 s för att lösningen skulle hållas stabil. Detta innebär en övergång till

dynamisk simulering där ekvation (3 - 20) ger Cr = 3,5 (se kap. 7.8, 3.4.7 och 3.4.8). De

maximala vattennivåer som Glafsfjorden respektive Harefjorden uppnår i detta scenario är +48,80 respektive +48,04 m ö.h. vilket motsvarar 12 respektive 36 cm högre vatten-stånd än vad som verkligen uppmättes. Värt att notera är den dramatiska ökningen av vattennivån i Harefjorden som sannolikt hade fått långtgående konsekvenser för boende runt harefjorden och längs Byälven mellan Harefjorden och Säffle centrum. Simuleringen innebär att vattennivån stiger en bit utanför vad FINKAN-modellen kalibrerats för

samtidigt som dämmet utsätts för ett mycket stort flöde. Detta gör att osäkerheten vid dessa simuleringar är något större.

8.3.3 Effekter av klimatförändring

Främst för att exemplifiera hur FINKAN-modellen kan användas har simuleringar gjorts med avrinning och kraftstationstappning korrigerad för att efterlikna tänkbara effekter av den globala uppvärmningen. Vad som försöker efterliknas är nivåerna för ett flöde med samma återkomsttid som det år 2000 om det skulle inträffa om cirka 100 år med effekter av växthuseffekten inkluderade. Avrinning och tappning har multiplicerats med månatlig medelavvikelse i avrinning beräknad specifikt för Arvika, (59,36 N; 12,36 Ö), genom data från SWECLIMs klimatmodell, som levererats från Rossby Centre på SMHI i Norrköping. Beräkningarna motsvarar samma översvämning som skedde 2000 men med daglig avrinning och tappning multiplicerad med en faktor som motsvarar den för aktuell månad gällande medelförändringen i avrinning mellan perioderna 1960 – 1990 och 2070 – 2100 enligt data från Rossby Centre. För att undvika numerisk instabilitet i dämmet i samband med ökade flöden minskades tidssteget till 1 min.

Framförallt två invändningar kan direkt anföras mot detta förfarande. För det första ger SWECLIMs scenarioresultat ett varmare och nederbördsrikare klimat för området, vilket förutom att bidra till en ökad nederbörd, som resulterar i ett mera dramatiskt

över-svämningsförlopp, också ökar avdunstningen. FINKAN-modellen har då de hydrauliska beräkningarna startar 2000-10-17 i det simulerade fallet samma initiala vattenmagasin som i den ursprungliga modellen; med högre avdunstning under sommaren och hösten kan man tänka sig att magasinen skulle vara mindre fyllda än de i verkligheten var. För det andra säger sig Rossby Centre kunna skönja tendenser till ökningar i frekvens och storlek av extremflöden. Sådana effekter skulle kunna ha förvärrat händelseförloppet 2000. Dessa båda effekter skulle i fallet med Byälven och översvämningsförloppet 2000 verka i motsatt riktning även om man inte kan räkna med att de skulle ta ut varandra. Simuleringarna bedömdes trots dessa invändningar vara intressanta.

De data som använts är framtagna med hjälp av Rossby Centres regionalt kopplade klimatmodell RCAO kopplad till två globala klimatmodeller, HadAM3H vid Hadley Centre (HC) i Exeter, England, och ECHAM4/OPYC3 vid Max-Planckinstitutet (MPI) i Hamburg, Tyskland. Vidare har två olika globala klimatscenarion simulerats. De

scenarier som använts är framtagna av FNs klimatpanel IPCC och betecknas SRES A2 respektive SRES B2. De skiljer sig åt med avseende på befolkningstillväxt, ekonomisk utveckling och teknikanvändning, där SRES A2 beskriver ett värre scenario, men med det gemensamt att de båda beskriver ökad emission av växthusgaser under 2000-talet.

Modellosäkerheten för denna typ av klimatmodellerna är stora, vilket tydligt illustreras av att de båda modellerna skiljer sig signifikant från varandra resultatmässigt, och resultat bör tolkas med detta i åtanke. (Graham, 2004; Kjellström, 2004; Räisanen m.fl. 2003; Raisanen m.fl., 2004)

Då den korrigerade avrinningen för översvämningsperioden 2000 ersätter den verkliga, vilket grovt kan beskrivas som händelseförloppet om motsvarande översvämning inträffar igen, om 100 år, visar FINKAN-modellen på en kraftigt förvärrad

över-svämningssituation. Den maximala vattennivån i Glafsfjorden uppgår för det värsta scenariot, SRES A2, då den tyska globala klimatmodellen används (MPI-A2) till +49,86 m ö.h. vilket motsvarar ett vattenstånd knappt 1,2 m högre än det som hittills uppnåtts. Samma simulering men med scenario SRES B2 (MPI-B2) ger vattenstånd 1,0 m över 2000 års nivåer. Om istället den brittiska globala klimatmodellen och scenario SRES A2 används (HC-A2) blir resultatet i FINKAN-modellen betydligt lindrigare, vattennivån i Glafsfjorden når drygt 30 cm högre än 2000 års vattennivåer. Den brittiska klimatmodellen förutspår däremot allvarligare konsekvenser för Byälven då det mindre dramatiska framtidsscenariot SRES B2 antas (HC-B2), med vattennivåer som når drygt 60 cm över de nivåer som uppmättes hösten 2000. Ökningen är med FINKAN-modellens noggrannhet för dessa simuleringar lika för Harefjorden som Glafsfjorden.

I simuleringen har flödet genom slussen beräknats utifrån de nivåerna som vattnet nådde år 2000, vilket inte är korrekt. Förenklingen bedöms ändå som godtagbar eftersom det är svårt att i detalj bedöma hur flödet genom slussen skulle påverkas. Mestadels beror det på hur slussen hanteras vid ett sådant flöde då nivåerna i vissa fall skulle överstiga

slussluckornas överkant. I verkligheten skulle troligtvis flödet genom slussen öka. De vattennivåer som uppnås i dessa simuleringar avviker mycket från de nivåer modellen kalibrerats för vilket innebär att det förväntade felet också är stort. De indata som använts i dessa simuleringar är dock behäftad med stora osäkerheter och det är troligt att

effekterna av dessa dominerar över fel orsakade av FINKAN-modellen. Slutligen kan påpekas att klimatmodellerna som använts beräknar förväntad

avrinningsökning mellan perioden 1960 – 1990 och 2070 – 2100. De flöden som denna förändring sedan appliceras på är uppmätta för år 2000, vilket ju är "en bit på väg" mellan dessa perioder. Effekten av detta torde dock vara försumbar med tanke på de stora