Tvådimensionell översvämningsmodellering för nedre delen av Jädraån genom Sandviken med ny nationell höjdmodell

(1)

Lantmäteriet

Tvådimensionell översvämningsmodellering för nedre delen av Jädraån genom Sandviken med ny nationell höjdmodell

Uppdragsnummer Stockholm 2011-09-15

12801690

(2)

LEDNINGSSYSTEM FÖR KVALITET ENLIGT ISO 9001:2000

Projektets namn:

2D översvämningsmodellering

Projekt nr:

12801690

Projektledare: Markus Petzén

Beställare:

Lantmäteriet

Kvalitetsansvarig: Dick Karlsson

Beställarens ombud:

Arne Bergquist

Handläggare:

Markus Petzén

Granskad av / datum:

Dick Karlsson / 2011-09-15

Rapport version:

Slutlig Rapport

Godkänd av kvalitetsansvarig / datum:

Dick Karlsson / 2011-09-15

(3)

Innehållsförteckning

1 Sammanfattning 1

2 Bakgrund 3

3 Syfte 3

4 Metod 3

4.1 Allmänt ... 3

4.1.1 MIKE FLOOD ... 3

4.1.2 MIKE 21 ... 4

4.1.3 MIKE 11 ... 4

4.1.4 Flöde ... 4

4.1.5 Höjddata ... 4

4.2 Uppbyggnad av hydrauliska översvämningsmodeller ... 5

4.2.2 MIKE 21 ... 5

4.2.3 MIKE 11 ... 6

4.3 Bearbetning av översvämningskartor ... 6

4.3.2 MIKE 21 ... 6

4.3.3 MIKE 11 ... 7

5 Analyserade fall 7 6 Beskrivning av försöksområdet 7 6.1 Översikt över höjdmodeller ... 7

6.2 Randvillkor ... 8

6.3 Jämförelse mellan höjdmodellerna ... 8

7 Resultat 12 7.1 Fall 1  2 ... 12

7.2 Fall 1  3 ... 14

7.3 Fall 1  4 ... 16

7.4 Fall 1  5 ... 18

7.5 Fall 4  5 ... 20

7.6 Fall 6  7 ... 21

8 Diskussion 24 8.1 Fall 1  2 ... 24

8.2 Fall 1  3 ... 24

8.3 Fall 1  4 ... 24

8.4 Fall 1  5 ... 25

8.5 Fall 4  5 ... 25

8.6 Fall 6  7 ... 25

8.7 Generellt ... 25

9 Referenser 27

Bilaga 1. Leverans av resultatfiler 28

(4)

1 Sammanfattning

DHI har på uppdrag av Lantmäteriet gjort endimensionell (1D) och tvådimensionell (2D) översvämningsmodellering för att bedöma Nya Nationella Höjdmodellens (NNH) användningsområden vid översvämningskartering. Beräknade resultat med olika ingångsdata så som flödesbelastningar och höjdmodeller har analyserats.

Försöksområdet i denna studie är nedre delen av Jädraån genom Sandviken.

Man har använt en översiktlig hydraulisk 1D modell (MIKE 11), en 2D modell (MIKE 21) och en kopplad modell (MIKE FLOOD). Höjddatabaserna som har använts är NNH och GSD (Geografiska Sverigedata 50+).

Nedan följer några generella rekommendationer som bygger på resultat från denna studie. Man ska dock beakta att varje område är unikt och det krävs därför att man gör en specifik bedömning av vilken modelleringsmetod och vilken upplösning av höjdmodell som är lämplig innan man gör en översvämningskartering i det aktuella området.

Då NNH är en betydligt mer detaljerad höjdmodell än GSD får man en mer korrekt översvämningsbild vid användning av den. Detta förutsatt att man har en kalibrerad hydraulisk modell. Man bör således eftersträva att använda NNH vid översvämnings- kartering.

Höjdmodellens upplösning bör vara sådan att den löser upp strukturer och naturliga hinder som påverkar översvämningsutbredningen. Man ska dock inte använda mindre gridstorlek än nödvändigt då det ökar modellens simulerings tid. I denna studie gav 8 m gridstorlek lika goda resultat som 4 m gridstorlek.

I 2D (MIKE FLOOD och MIKE 21) räknar modellen ut flödesvägarna, vilket är en stor fördel när vattnet på det översvämmade flodplanet kan ta olika vägar beroende på hur högt vattennivån stiger, d.v.s. när problemet övergår till att bli tvådimensionellt. Resul- tatet från en översvämningskartering med tillräckligt hög upplösning gjord med en 2D modell behöver inte redigeras. Resultaten från en 1D modell kan behöva redigeras då isolerade djuphålor visas som översvämmade även om vattnet inte har någon möjlighet att ta sig dit.

MIKE FLOOD ger den mest korrekta översvämningsbilden av de olika metoder som analyserats i denna studie. Anledningen till detta är att MIKE FLOOD kombinerar styrkan av MIKE 11 (beskrivning av vattendraget) med styrkan av MIKE 21 (beskrivning av översvämningsplanet).

Den förenklade MIKE 21 metodiken som användes i denna studie gav jämförbara resultat med MIKE 11 NNH. Man skall dock betänka att en mer detaljerad beskrivning av området med MIKE 21 bör ge liknande resultat som MIKE FLOOD.

Utifrån resultaten i denna studie och vetskapen om MIKE FLOOD och MIKE 21 styr- kor vid komplicerade översvämningsvägar kan nedanstående flödesschema användas för att identifiera vilken metod man kan använda vid översvämningskartering i ett visst område. Det skall tilläggas att endast de metoder som beskrivs i denna rapport finns representerade i schemat. Schemat är generellt och skall endast ses som ett hjälpmedel.

(5)

Teckenförklaring: Generellt ger metod i röd rektangel mer översiktlig kartering och metod i blå rektangel mer detaljerad kartering.

KF = Komplicerade flödesvägar på översvämningsplanet, t.ex. vallar KS = Komplicerade strukturer, t.ex. dammar

M11 GSD = MIKE 11 baserad på GSD höjddata M11 NNH = MIKE 11 baserad på NNH höjddata MF = MIKE FLOOD (MIKE 11 + MIKE 21)

M21 = MIKE 21 med detaljerad beskrivning av vattendraget (ej analyserad i denna studie men bör ge jämförbara resultat som MIKE FLOOD)

M21 förenklad = MIKE21 med förenklad bearbetning av NNH (metod använd i denna studie, ger resultat jämförbara med M11 NNH)

Nej Nej

Nej

Ja Ja

Ja

KF KS M21

M21 för- enklad M11

NNH KS

MF M21

M21 förenklad

M11 GSD

M11 NNH

Nej

Ja

(6)

2 Bakgrund

Lantmäteriets pågående arbete med att framställa en ny rikstäckande höjdmodell genom laserskanning innebär att höjdmodeller med hög upplösning och hög noggrannhet¹ kommer att finnas tillgängliga över i stort sett hela landet inom några år. Syftet med nya nationella höjdmodellen (NNH) är i första hand att tillgodose samhällets behov av bra höjddata för klimatanpassningsåtgärder, däribland kartering och analys av över- svämningsrisker. NNH kommer successivt att ersätta den befintliga rikstäckande höjd- modellen GSD-Höjddata 50+ för denna typ av tillämpningar.

I detta uppdrag vill Lantmäteriet undersöka tillämpningar av den nya nationella höjdmodellen (NNH) i samband med översvämningskartering med 2D teknik. DHI har i tidigare utredningar för Lantmäteriet (referens 1) och MSB (referens 2) jämfört översvämningskartor med 1D teknik baserade på en översiktlig höjdmodell respektive på NNH. Dessa rapporter läses med fördel tillsammans med denna rapport. Ett av försöksområdena i MSB studien var samma som för denna studie, Jädraån. Resultat från den utredningen har använts i denna studie.

Framtagna översvämningskartor redovisas i figurer i denna rapport, samt levereras som GIS-skikt i rasterformat. En förteckning över levererade GIS-skikt ges i Bilaga 1.

3 Syfte

Huvudsyftet med projektet är att testa användningen av NNH och GSD vid tvådimens- ionell översvämningsmodellering och jämföra beräknade översvämningsytor vid olika upplösning i höjdmodellen. De olika höjdmodellerna analyseras med tre olika modellsy- stem, MIKE FLOOD, MIKE 21 och MIKE11.

För att kunna genomföra uppdraget har DHI fått tillgång till den översiktliga hydrauliska 1D modellen från MSB (referens 3). Lantmäteriet har tillhandahållit NNH som gridstorlek med 4 m och 8 m upplösning samt GSD 50+ med en upplösning på 8 m.

4 Metod 4.1 Allmänt

Tre olika metoder användes i denna studie för att ta fram översvämningskartor. Dessa beskrivs nedan.

4.1.1 MIKE FLOOD

Man har i denna studie valt att använda MIKE FLOOD (referens 4) som det huvudsak- liga 2D modellverktyget. Detta är en mjukvara utvecklad av DHI som kombinerar 1D modellering (MIKE 11) med 2D modellering (MIKE 21). Metodiken i MIKE FLOOD är att man simulerar vattenflöde och nivåer i vattendraget med Mike11 och att man simulerar översvämningsplanet, när vattendragets bankar svämmar över, med MIKE 21.

Styrkan med denna uppdelning är att MIKE 11 har bättre möjligheter än MIKE 21 att beskriva strukturer så som broar och att den har betydligt snabbare processtid jämfört med en 2D modell. För att få en god hydraulisk beskrivning av ett vattendrag i en 2D miljö rekommenderas att vattendraget löses upp med minst 5 celler. I detta fall, med ett

1 Medelfel i höjd bättre än 0,5 m.

(7)

vattendrag vars minsta bredd är cirka 10 m, krävs en gridstorlek på 2 m. Detta ger en betydande ökning av simuleringstiden. Det är även så att många vattendrag i Sverige redan har beskrivits med MIKE 11, vilket innebär att det är en relativt liten bearbetning- sinsats av befintlig MIKE 11 modell för att få en god MIKE FLOOD beskrivning.

På detta sätt utnyttjas snabbheten (kort processtid) i MIKE 11 (1D modell) för att beskriva flöde/nivåer i vattendraget och MIKE 21 (2D modell) för att beskriva flöde/nivåer på översvämningsplanet. Denna metod innebär att man inte behöver bearbeta NNH (ta bort broar över vattendrag och korrigering av höjder i vattendraget) eftersom flödet under broar och i vattendraget beskrivs i MIKE 11.

MIKE FLOOD kan ses som den mest kompletta beskrivningen av systemet (speglar verkligheten bäst genom att kombinerar bästa beskrivning av översvämningsytans topo- grafi med bästa beskrivning av hydraulik i vattendrag) och dess resultat bör därvid ses som de mest korrekta.

4.1.2 MIKE 21

För översvämningskartering i 2D användes MIKE 21 (referens 5). Det krävs viss bear- betning av NNH för beskrivning i ren 2D miljö. Den mest korrekta metoden är att beskriva vattendraget (dess bathymetri), men det kräver en hel del bearbetning av höjdmo- dellen, då NNH inte ger några höjder under vattenytan. Man måste således inkludera separat inmätt batyhmetri. Man bör även ha en upplösning av vattendragets bredd på minst 5 celler, som nämnt i 4.1.1, vilket ger en tidskrävande modell. En enklare metod, den som används i denna utredning, är att man subtraherar det flöde som vattendraget kan transportera under den inmätta vattenytan från det studerade högflödet som modellen belastas med. På detta sätt inkluderar man indirekt vattendraget. Man måste även bearbeta NNH något genom att ”ta bort” broar som annars ligger som barriärer mot flö- det.

4.1.3 MIKE 11

Metodiken för generering av översvämningskartor är densamma som vid översiktlig över- svämningskartering: en 1D hydraulisk modell, MIKE 11 (referens 6) används för att be- räkna den högsta vattennivån längs vattendraget för en given flödesbelastning. Den beräk- nade maxnivån kombineras därefter med en digital höjdmodell för att få fram motsvarande översvämningsutbredning.

4.1.4 Flöde

I denna utredning används både 100-årsflödet (Q100) och det s.k. beräknade högsta flödet (BHF), vilket är de två scenarier som ingår i MSB:s översiktliga översväm- ningskarteringar.

4.1.5 Höjddata

Översvämningskartor har genererats dels med nya nationella höjdmodellen (NNH) med 4 m, 8 m och 10 m upplösning och dels med en översiktlig höjdmodell. De översiktliga höjdmodellerna baseras på GSD-Höjddata 50+ med en upplösning på 8 m.

(8)

4.2 Uppbyggnad av hydrauliska översvämningsmodeller

Kalibreringen av de hydrauliska modellerna har inte gjorts om. Mannings tal som an- vänts i MIKE 21 är samma som det som ansats i MIKE 11 modellen för översväm- ningsplan och vattendrag. För översvämningsplanet var Mannings tal 9 (m^1/3/s) och 25 (m^1/3/s) i vattendraget.

MSB:s MIKE 11 modell korrigerades för att underlätta kopplingen till MIKE 21. Föl- jande ändringar genomfördes.

Det sker en koppling mellan varje beräkningspunkt i MIKE 11 och närliggande celler i MIKE 21. Om det är långt mellan varje beräkningspunkt i MIKE 11 kommer en beräk- ningspunkt kopplas till många celler i MIKE 21 och därvid kan stora mängder vatten flyttas från MIKE 21 till en enda beräkningspunkt i MIKE 11, vilket kan leda till insta- bilitet. För att undvika detta ändrades avståndet mellan beräkningspunkterna från 2 000 m till 50 m.

Vattendragets läge i plan har flyttats så att vattendraget sammanfaller med vattendragets läge i NNH. Vattendraget i MSB modellen var digitaliserad från en sämre upplösning på vattendraget. Därvid har viss korrigering av tvärsektionernas läge varit nödvändigt.

Detta så att sektionerna hamnar rätt i plan.

Den korrigerade MIKE 11 modellen som används i MIKE FLOOD skiljer sig således något från den MIKE 11 modell (se kapitel 4.2.3) som användes för att generera den översiktliga översvämningsytan.

I MIKE FLOOD:s 1D komponent (MIKE 11) använder man endast tvärsektioner i vattendraget och strukturer. Detta innebär att tvärsektionerna i MIKE 11:s översvämnings- plan inaktiveras. Istället kopplas MIKE 11 till MIKE 21 så att eventuell översvämning beskrivs i MIKE 21. Modellerna kopplas till varandra via skibord. Det är genom dessa skibord vattenutbyte mellan modellerna sker. Nivån på skibordet ansätts till den högsta nivån i randen mellan modellerna, antingen är det nivån i MIKE 11 som är högst eller så är det nivån i MIKE 21 som är högst.

4.2.2 MIKE 21

En viss bearbetning av NNH genomfördes med denna metod. Man ”tar bort” broar som i NNH ligger som barriärer mot flödet.

Den beräknade ”vattenytan” i NNH varierar kraftigt. Det beror på att en vattenyta får få höjdregistreringar i en laserskanning. Detta i kombination med låg vegetation längs stränderna, som felaktigt klassats som mark, gör att felaktig nivå på vattenytor kan före- komma. Vattenytor blir således dåligt avbildade i NNH, och framförallt smala vattendrag kan ha stora lokala höjdvariationer i terrängmodellen.

Figur 4-1 visar detta fenomen. De fiktiva hindren i vattendraget kan pressa upp nivån och man får då en större översvämningsutbredning. Man kan kringgå detta genom att man sänker nivåerna som beskriver vattendraget i terrängmodellen till uppmätt vatten- stånd. Gör man detta kommer det inte ligga fiktiva hinder längst vattendraget som det annars kommer att göra.

(9)

Man subtraherade även det flöde som vattendraget kan transportera, vid vattennivåer som understiger den inmätta vattenytan, från studerat högflöde. I detta fall bedömdes denna kapacitet till 10 m³/s. På detta sätt inkluderar man indirekt vattendragets kapacitet under inmätt vattenyta.

Figur 4-1. NNH med 4 meters upplösning. Den svarta linjen är detaljerad vattendragspolygon. Man kan se att det är stor variation i vattenspegeln, i detta fall mellan +67 m och +69 m (de röd markerade värdena i tabellen motsvarar de markerade värdena i planbilden).

4.2.3 MIKE 11

I detta fall användes befintligt resultat från den tidigare utredningen från MSB. Man har i detta fall inte uppdaterat MIKE 11 modellen på motsvarande sätt som man gjorde för att anpassa MIKE 11 till MIKE FLOOD. Man har inte heller kört om simulering med 8 m gridstorlek utan använt befintliga resultat där 10 m gridstorlek användes. Detta bör beaktas när man jämför resultaten.

4.3 Bearbetning av översvämningskartor

Bearbetning av översvämningskartor är inte nödvändigt i MIKE FLOOD då ”rätt” flö- desvägar beräknas i MIKE 21. I resultatet visas inte vattendraget som översvämmat. Det beror på att man i MIKE 21 har gjort vattendraget inaktivt. Man gör detta genom att sätta cellerna i vattendraget till ”land values”. Detta gör man för att kapaciteten i vattendraget inte ska överskattas. Man har redan beskrivit vattendraget i MIKE 11.

4.3.2 MIKE 21

Bearbetning av översvämningskartor är inte nödvändigt i MIKE 21 då ”rätt” flödesvä- gar beräknas i MIKE 21. Vattendraget finns beskrivet i MIKE 21 vilket innebär att re-

(10)

sultatet inkluderar översvämning av vattendraget till skillnad från resultat från MIKE FLOOD.

4.3.3 MIKE 11

När en översvämningskarta genereras med Mike 11 kombinerar programmet information om den beräknade maxnivån med information om marknivåer från höjdmodellen.

Detta görs inom ett område som definieras av tvärsektionernas utsträckning på varje sida av vattendraget. Om höjdmodellen ligger under vattenytans nivå markeras motsvarande gridruta i höjdmodellen som vattenfylld. Mellan tvärsektionerna i den hydrauliska modellen interpoleras vattennivåerna. Resultatet blir en 2D bild av översvämningsytan, trots att vattennivåerna beräknas med en 1D modell.

Den metod som används för att generera översvämningskartor i MIKE 11 kan medföra att låglänta områden vid sidan av vattendraget markeras som översvämmade även om vattnet inte har möjlighet att ta sig dit p.g.a. naturliga eller anlagda hinder i terrängen.

5 Analyserade fall

I utredningen skapas översvämningskartor med fyra olika höjdmodeller och för två olika flöden. Tre olika modeller har använts: MIKE FLOOD (MF), MIKE 21 (M 21) och MIKE 11 (M 11). Analyserade fall redovisas i Tabell 5-1.

Tabell 5-1. Redovisning av analyserade fall (Fall 1-7).

Fall 1 Fall 2 Fall 3 Fall 4 Fall 5 Fall 6 Fall 7 Modell

Flöde

MF NNH

8 m

MF GSD

8 m

MF NNH

4 m

M 11 NNH 10 m

M 21 NNH

8 m

MF NNH

8 m

MF GSD

8 m

BHF x x x x x

Q100 x x

6 Beskrivning av försöksområdet 6.1 Översikt över höjdmodeller

I Tabell 6-16-1 visas en sammanställning av de fyra höjdmodeller som använts i studien. Den detaljerade höjdmodellen baseras enbart på NNH. NNH har levererats av Lantmäteriet i 4 m och 8 m upplösning. Man hade även tillgång till NNH i 10 m upp- lösning från tidigare utredning (referens 2). Dessa upplösningar är framtagna specifikt för denna studie och är inte några kommersiella produkter. Den översiktliga höjdmo- dellen har en gridstorlek på 8 m. Samtliga höjdmodeller är beskrivna i referenssystemet RT90 2,5 gonV och höjdsystemet RH70.

Höjdmodellen som använts i den rena MIKE 21 modellen har korrigerats genom att broar längs vattendraget tagits bort. Detta så att vattnet inte ska ”fastna” bakom en fiktiv vall. Man har likaså korrigerat höjder i vattendraget så att uppmätta vattennivåer erhålls längst hela vattendraget.

(11)

Höjdmodellerna i MIKE FLOOD och MIKE 21 har däremot inte korrigerats i över- svämningsplanet. Det kan tänkas att det finns vägbankar som ligger som barriärer men som i själva verket är viadukter och därvid inget hinder. Dessa hinder kan medföra att den modellerade nivån blir högre i de översvämmade områdena men att man får en mindre översvämningsutbredning, då vattnet felaktigt dämmer bakom hinder.

Tabell 6-1. Höjdmodellernas ursprung, upplösning och höjdsystem.

Försöksområde Översiktlig höjdmodell Detaljerad höjdmodell (NNH) Jädraån, Sandviken Ursprung: GSD-Höjddata 50+,

primärkarta

Upplösning i plan: 8 m Höjdsystem: RH70

Ursprung: Laserskanning

Upplösning i plan: 4 m, 8 m och 10 m

Höjdsystem: RH70

6.2 Randvillkor

Randvillkoren i modellen redovisas i Tabell 6-2. Uppgifterna till modellen är hämtade från den översiktliga karteringen (Räddningsverket, 2002). Flödet som redovisas är maxflöde lägst upp i modellområdet. Det finns inga stora tillflöden nedströms modell- området. Flödeshydrografer appliceras i modellen för att beskriva korrekt dynamiskt förlopp.

Tabell 6-2. Sammanställning av randvillkor i den hydrauliska modellen.

Randvillkor

Nivå i sjön: +63,84 m (RH 70) Q100: 115 m³/s (från MIKE 11) BHF: 275 m³/s (från MIKE 11)

6.3 Jämförelse mellan höjdmodellerna

I det här avsnittet redovisas kartor över GSD 8 m gridstorlek och NNH 8 m gridstorlek samt skillnad mellan dessa, figur 6-1, figur 6-2 respektive figur 6-3. Denna analys ger en indikation på inom vilka områden man kan förvänta sig en skillnad i översvämningsutbredning beroende på vilken höjdmodell man använder i den hydrauliska modelleringen. Man skall dock beakta att ett område som är lägre beläget i NNH än motsvarande område i GSD inte nödvändigtvis innebär en större översvämningsut- bredning. Det kan vara så att en barriär, som finns med i NNH men ej finns med i GSD, förhindrar översvämning av det låglänta området.

Figur 6-3 visar på en stor variation mellan NNH och GSD. Vissa områden i NNH har högre nivåer än GSD (upp till 16,7 m) andra områden har lägre nivåer (ner till 11,5 m).

(12)

Figur 6-1. Översiktlig höjdmodell baserad på GSD, gridstorlek 8 m. Observera att röda områden (110 m) är fiktiva värden som indikerar att dessa celler inte är aktiva i

översvämningsberäkningarnra. Vattendraget är inaktiverat eftersom detta modelleras i MIKE 11.

(13)

Figur 6-2. Detaljerad höjdmodell baserad på NNH, gridstorlek 8 m. Observera att röda områden (110 m) är fiktiva värden som indikerar att dessa celler inte är aktiva i översvämningsberäkningarnra. Vattendraget är inaktivt eftersom detta modelleras i MIKE 11.

(14)

Figur 6-3. Differens mellan NNH (gridstorlek 8 m) och GSD (gridstorlek 8 m). Blå färgskala markerar områden där nivån är lägre i den detaljerade höjdmodellen, medan grön, gul och röd färgskala markerar områden där nivån är högre i den detaljerade höjdmodellen.

(15)

7 Resultat

7.1 Fall 1  2

I Figur 7-1 jämförs översvämningsutbredningen mellan Fall 1 och Fall 2. Fall 1 är MIKE FLOOD resultat baserad på NNH 8 m gridstorlek och Fall 2 är MIKE FLOOD resultat baserad på GSD 8 m gridstorlek. Man ser att det är betydande skillnader mellan dessa. En anledning till dessa skillnader är att differensen mellan NNH och GSD är be- tydande, se figur 6-3. Då NNH är en betydligt mer detaljerad höjdmodell än GSD får man en mer korrekt översvämningsbild vid användning av denna. Det diskuteras i tidi- gare rapporter (referens 1 och referens 2).

(16)

Figur 7-1. Jämförelse mellan Fall 1 (blå) och Fall 2 (röd) för BHF.

(17)

Profilen i figur 7-2 visar beräknad maximal vattennivå i vattendraget. Den blå linjen är beräknad med NNH och den röda med GSD. NNH profilen ligger ofta högre än GSD, detta tyder på att nivån i NNH vid vattendragets bankar är högre än i GSD, det är bara en kortare sträcka mitt på vattendraget där NNH har lägre bankar än GSD. Detta bekräf- tas i figur 6-3. Figur 6-3 förklarar även varför man får en större utbredning i NNH än GSD, detta beror på att i översvämningsområdenas ytterkanter är genomgående NNH lägre än GSD. I översvämningsområdena närmre vattendraget är NNH högre vilket in- nebär att vi här har ett lägre översvämningsdjup, men ändock översvämmat.

Figur 7-2. Profiler för Fall 1 (blå) och Fall 2 (röd) för BHF.

7.2 Fall 1  3

Figur 7-3 visar Fall 1 och Fall 3. Fall 1 är MIKE FLOOD resultat baserad på NNH 8 m gridstorlek och Fall 3 är MIKE FLOOD resultat baserad på 4 m gridstorlek. Skillnaden mellan en bättre upplöst NNH, 4 m jämfört med 8 m, är inte så stor. Det finns dock vissa skillnader. Dessa beror framförallt på att man med en 4 m gridstorlek löser upp smala barriärer eller kanaler bättre med 4 m än med 8 m. Men man ser att 8 m gridstorlek i de flesta områden löser upp översvämningen lika bra som 4 m.

Osäkerheten i BHF och skillnad i översvämningsutbredning denna osäkerhet ger upp- hov till är med största sannolikhet större än skillnaden i översvämningsutbredning mellan 4 m gridstorlek och 8 m gridstorlek.

(18)

Figur 7-3. Jämförelse mellan Fall 1 (blå) och Fall 3 (röd) för BHF. Resultat för 4m gridstorlek genererades bara för ett mindre område söder om Västanbyn.Väster om Ingalund ser man en rak linje i resultatet för Fall 3, detta beror på att modellen slutar här. Det är således något oklart hur översvämningen skulle brett ut sig väster om denna linje.

(19)

7.3 Fall 1  4

I Figur 7-4 ses översvämningsutbredningen för Fall 1 och Fall 4. Fall 1 är MIKE FLOOD resultat baserad på NNH med 8 m gridstorlek och Fall 4 är MIKE 11 resultat baserad på NNH med 10 m gridstorlek. 10 m gridstorlek användes då resultat för denna upplösning redan fanns tillgänglig (referens 2). Man ser att skillnaderna generellt är små, utom för ett område. Området söder om Gävlevägen svämmar över mer i Fall 4 än i Fall 1.

Anledningen till skillnaderna bedöms huvudsakligen bero på att översvämningsresulta- tet i MIKE 11 genereras genom att beräknade nivåer längs vattendraget extrapoleras ut över höjdmodellen. Extrapoleringen är beroende av hur tvärsektionerna är definierade, speciellt kan problem uppstå vid meandrande vattendrag. Då beräknad nivå extrapoleras ut på översvämningsplanet innebär det att samma nivå erhålls längst ut på översväm- ningsplanet som nivån i vattendraget. I verkligheten flödar vattnet från vattendraget ut över översvämningsplanet och man får då en viss energiförlust som leder till lägre vat- tennivå. Detta fenomen simuleras ej i MIKE 11, vilket innebär att man kan få för höga nivåer.

Man ser att 1D resultaten stämmer bra överens med 2D resultaten i de flesta fall. Det krävs dock ofta ett visst arbete vid uppbyggnaden av modellen, placering av tvärsekt- ioner etc., för att 1D resultaten skall ge en bra representation. När det gäller översiktliga karteringar och vattendrag som inte har för kraftig meandring och inte alltför komplicerade flödesvägar kan 1D vara en bra lösning. Vid mer komplexa situationer bör man använda 2D, speciellt i fall där vattnet kan bryta igenom en vattendelare.

(20)

(21)

7.4 Fall 1  5

I Figur 7-5 visas översvämningsutbredningen för Fall 1 och Fall 5. Fall 1 är MIKE FLOOD resultat baserad på NNH med 8 m gridstorlek och Fall 5 är MIKE 21 resultat baserad på NNH med 8 m gridstorlek. Resultaten ger en större översvämningsutbred- ning med MIKE 21 än med MIKE FLOOD.

Anledningen till att fallet med MIKE 21 ger en översvämningsutbredning som inte stämmer bättre med MIKE FLOOD är troligtvis att man inte har beskrivit vattendraget på ett korrekt sätt i MIKE 21. I MIKE FLOOD finns vattendraget beskrivet med detaljerade sektioner och strukturer medan man i MIKE 21 har sänkt ner vattendraget till det uppmätta vattenståndet och att man har uppskattat vattendragets kapacitet vid detta vat- tenstånd.

Metoden skulle kunna förbättras om man har bättre information om kapaciteten vid detta vattenstånd. Ett alternativ till detta är att vattendraget beskrivs på ett korrekt sätt i MIKE 21. Detta kräver dock en mer detaljerad höjdmodell och bathymetri för vattendraget.

(22)

(23)

7.5 Fall 4  5

I Figur 7-16 jämförs översvämningsutbredningen mellan Fall 4 och Fall 5. Fall 4 är MIKE 11 resultat baserad på NNH med 10 m gridstorlek och Fall 5 är MIKE 21 resultat baserad på NNH med 8 m gridstorlek. Man ser att dessa resultat är jämför- bara.

(24)

7.6 Fall 6  7

I Figur 7-17 jämförs översvämningsutbredningen mellan Fall 6 och Fall 7. Fall 6 är MIKE FLOOD resultat baserad på NNH 8 m gridstorlek och Fall 7 är MIKE FLOOD resultat baserad på GSD 8 m gridstorlek. Fallen 6 och 7 är simuleringsresultat med en 100-årsbelastning. Man ser att det är betydande skillnader mellan dessa. Man kan även se skillnaderna i figur 6-3 som visar differens mellan NNH respektive GSD. Utifrån den figuren kan man se var skillnaderna beräknas uppstå.

(25)

Figur 7-7. Jämförelse mellan Fall 6 (blå) och Fall 7 (röd) för 100-årsflödet.

(26)

Profilen i figur 7-8 visar vattennivån i vattendraget vid max flöde. Den blå linjen är NNH och den röda är GSD. NNH profilen ligger ofta högre än GSD, detta tyder på att nivån i NNH vid vattendragets bankar är högre än i GSD. Detta bekräftas i figur 6-3.

Figur 7-8. Profiler för Fall 6 och Fall 7 för 100-årsflödet. Den blå linjen är NNH och den röda är GSD

(27)

8 Diskussion

8.1 Fall 1  2

Då NNH är en betydligt mer detaljerad höjdmodell än GSD får man en mer korrekt översvämningsbild vid användning av denna. Det diskuteras i tidigare rapporter (refe- rens 1 och referens 2). Generellt är slutsatsen i dessa rapporter att man inte behöver uppdatera tvärsektionerna i MIKE 11 modellen utan det räcker med att uppdatera höjd- modellen, att gå från GSD till NNH. Det finns dock vissa undantag beskrivna i dessa rapporter.

Denna studie visar på signifikanta skillnader mellan resultat baserade på NNH och GSD. Detta beror på att NNH är mer detaljerad än GSD och att det är betydande skillnader mellan höjdmodellerna. MIKE 11 modellen som användes i MIKE FLOOD, i Fall 1, och MIKE 11 modellen i Fall 2 är inte identiska men skillnaden i resultat pga. detta anses liten.

Genom att studera differensen mellan den översiktliga och detaljerade höjdmodellen kan man på förhand (innan översvämningskartan har tagits fram) se inom vilka områden översvämningsutbredningen kommer att öka respektive minska. Det är dock inte möjligt att uppskatta hur mycket utbredningen kommer att öka/minska genom att enbart studera höjddifferensen. Höjdmodellerna i sig påverkar hydrauliken och därmed resultaten. Li- kaså kan t.ex. vallar (som finns med i NNH) skärma av ett område som är mer låglänt i NNH än i GSD.

8.2 Fall 1  3

Skillnaden i översvämningsutbredning mellan NNH 8 m upplösning (Fall 1) och NNH 4 m upplösning (Fall 3) var inte signifikant, men det är svårt att generalisera utifrån ett försöksområde. Man bör undersöka terrängen innan man väljer vilken upplösning som är mest lämpad för ett specifikt område. Är det ett område som har strukturer som på- verkar översvämningsbilden och dessa strukturer är så pass smala att endast 4 m gridstorlek löser upp dessa, då bör man använda 4 m gridstorlek. Vanligen bör, enligt erfarenheter från denna studie, 8 m gridstorlek vara tillräckligt. Man ska beakta att 4 m gridstorlek ökar beräkningstiden markant.

8.3 Fall 1  4

Vid jämförelse mellan 2D (Fall 1) och 1D (Fall 4) översvämningskartering ser man att 1D, för det studerade området, har en större översvämningsutbredning än 2D. Anled- ningen till detta är att beräknad nivå i 1D extrapoleras ut på översvämningsplanet, vilket innebär att det är samma nivå längst ut på översvämningsplanet som nivån i vattendraget. I verkligheten flödar vattnet från vattendraget ut över översvämningsplanet och man får då en viss energiförlust som leder till lägre vattennivå. Likaså kan vallar i terrängen hindra flöde från att nå ett låglänt område i 2D medan en vall inte hindrar flödet i 1D så vida vallen inte specifikt är beskriven i 1D modellen.

(28)

8.4 Fall 1  5

Vid jämförelse mellan MIKE FLOOD (Fall 1) och MIKE 21 (Fall 2) ger resultaten en större översvämningsutbredning med MIKE 21 än med MIKE FLOOD.

Metoden skulle kunna förbättras om man har bättre information om kapaciteten vid uppmätt vattenstånd. Man skall här beakta att det är kapaciteten under uppmätt vatten- nivå vid högflöde som är av intresse. Inte kapaciteten under uppmätt vattennivå vid låg- flöde. Flödesarean är oförändrad i de båda fallen, men då hastigheten är betydligt högre vid ett extremflöde blir flödet i å fåran, under uppmätt vattenstånd, högre.

Ett alternativ till detta är att vattendragets bottenutformning beskrivs på ett korrekt sätt i MIKE 21. Detta kräver dock en mer detaljerad bathymetri för vattendraget vilket leder till en ökad simuleringstid.

8.5 Fall 4  5

Jämförelse mellan resultat från MIKE 11 (Fall 4) och MIKE 21 (Fall 5) visar att man i detta område får liknande översvämningsutbredning med de två metoderna.

8.6 Fall 6  7

Denna jämförelse motsvarar jämförelsen mellan Fall 1 och Fall 2 med skillnaden att Fall 6 och Fall 7 har belastas med 100-årsflödet. Resultaten är dock desamma, skillnaden mellan resultat baserade på NNH och GSD är markanta. Resultaten med NNH måste anses vara mer korrekta då NNH är en betydligt bättre höjdmodell än GSD.

8.7 Generellt

Nedan följer några generella rekommendationer som bygger på resultat från denna studie. Man ska dock beakta att varje område är unikt och det krävs därför att man gör en specifik bedömning av vilken modelleringsmetod och vilken upplösning av höjdmodell som är lämplig innan man gör en översvämningskartering i det aktuella området.

Då NNH är en betydligt mer detaljerad höjdmodell än GSD får man en mer korrekt översvämningsbild vid användning av den. Detta förutsatt att man har en kalibrerad hydraulisk modell. Man bör således eftersträva att använda NNH vid översvämnings- kartering.

Höjdmodellens upplösning bör vara sådan att den löser upp strukturer och naturliga hinder som påverkar översvämningsutbredningen. Man ska dock inte använda mindre gridstorlek än nödvändigt då det ökar modellens simulerings tid. I denna studie gav 8 m gridstorlek lika goda resultat som 4 m gridstorlek.

I 2D (MIKE FLOOD och MIKE 21) räknar modellen ut flödesvägarna, vilket är en stor fördel när vattnet på det översvämmade flodplanet kan ta olika vägar beroende på hur högt vattennivån stiger, d.v.s. när problemet övergår till att bli tvådimensionellt. 2D översvämningskartering, där broar i översvämningsplanet ”tagits bort” från höjdmo- dellen, behöver inte redigeras. Editeras inte höjdmodellen kan dock dessa hinder med- föra att den modellerade nivån blir högre i de översvämmade områdena men att man får en mindre översvämningsutbredning, då vattnet felaktigt dämmer bakom hinder. Resul-

(29)

taten från en 1D modell kan behöva redigeras då isolerade djuphålor visas som över- svämmade även om vattnet inte har någon möjlighet att ta sig dit.

MIKE FLOOD ger den mest korrekta översvämningsbilden av de olika metoder som analyserats i denna studie. Anledningen till detta är att MIKE FLOOD kombinerar styrkan av MIKE 11 (beskrivning av vattendraget) med styrkan av MIKE 21 (beskrivning av översvämningsplanet).

Den förenklade MIKE 21 metodiken som användes i denna studie gav jämförbara resultat med MIKE 11 NNH. Man skall dock betänka att en mer detaljerad beskrivning av området med MIKE 21 bör ge liknande resultat som MIKE FLOOD.

Utifrån resultaten i denna studie och vetskapen om MIKE FLOOD och MIKE 21 styr- kor vid komplicerade översvämningsvägar kan nedanstående flödesschema användas för att identifiera vilken metod man kan använda vid översvämningskartering i ett visst område. Det skall tilläggas att endast de metoder som beskrivs i denna rapport finns representerade i schemat. Schemat är generellt och skall endast ses som ett hjälpmedel.

Teckenförklaring: Generellt ger metod i röd rektangel mer översiktlig kartering och metod i blå rektangel mer detaljerad kartering.

KF = Komplicerade flödesvägar på översvämningsplanet, t.ex. vallar KS = Komplicerade strukturer, t.ex. dammar

M11 GSD = MIKE 11 baserad på GSD höjddata M11 NNH = MIKE 11 baserad på NNH höjddata MF = MIKE FLOOD (MIKE 11 + MIKE 21)

M21 = MIKE 21 med detaljerad beskrivning av vattendraget (ej analyserad i denna studie men bör ge jämförbara resultat som MIKE FLOOD)

M21 förenklad = MIKE21 med förenklad bearbetning av NNH (metod använd i denna studie, ger resultat

Nej Nej

Nej

Ja Ja

Ja

KF KS M21

M21 för- enklad M11

NNH KS

MF M21

M21 förenklad

M11 GSD

M11 NNH

Nej

Ja

(30)

9 Referenser

(1) Lantmäteriet (2011). Översvämningskartering i Kristianstad med ny nationell höjdmodell

(2) MSB (2011).Jämförande analys med avseende på eventuell uppdatering av MSB:s översiktliga översvämningskarteringar baserade på digitala höjdmodeller av olika kvalitet

(3) Räddningsverket (2002). Översiktlig översvämningskartering längs Gavleån, inkluderar Storsjön, Jädraån, från Kungsfors samt Hoån från Hofors. Rapport 28, 2002-03-25

(4) DHI MIKE FLOOD (2011) (5) DHI MIKE 21 (2011) (6) DHI MIKE 11 (2011)

(31)

Bilaga 1. Leverans av resultatfiler

Tabellen nedan visar en sammanställning över levererade resultatfiler. Resultaten levereras i ascii i RT90 2,5 gonV / RH 70

Fall DEM Modell Belastning Namn på resultatfiler

1 NNH8m MF BHF MF_NNH_8m_BHF.asc

2 GSD8m MF BHF MF_GSD_8m_BHF.asc

3 NNH4m MF BHF MF_NNH_4m_BHF.asc

4 NNH10m M11 BHF M11_NNH_10m_BHF.asc

5 NNH8m M21 BHF M21_NNH_8m_BHF.asc

6 NNH8m MF 100 MF_NNH_8m_100.asc

7 GSD8m MF 100 MF_NNH_8m_100.asc