Influence of Compound Events on a Natural Watercourse in an Urban Coastal Region - Co-simulation of Rainfall, River Flow and Sea Level

Abstract

One of the greatest challenges for today’s society is the effect of climate change and especially its impact on urban coastal cities. In southern Sweden, a future climate is forecast to result in higher peak rainfall intensities, higher sea levels and higher yearly river flows. Compound events and seasonal variability are novel areas of expertise, but earlier studies and reports have concluded that it is of importance to investigate these in order to be able to protect urban areas from potential flooding. Especially, since they can have a different impact pattern than the usually modelled extreme scenarios based on yearly and univariate analyses.

This master thesis aimed to develop a methodology for investigating compound events including seasonal variability and evaluate it through a case study of the natural watercourse Sta ̊storpsa ̊n in Trelleborg, southern Sweden. The models used were MIKE Hydro River for 1D and MIKE+ for 2D in order to make a spatial and temporal analysis of the flood prone areas. The seasonal events were determined from historical data, where a representative event for each season were chosen. In addition, investigations with a representative historical high river flow and high sea level as boundary condition were simulated in the model which enabled a discussion about the driver of the flood.

The study showed that the developed methodology could indicate a spatial and temporal variation in the flood prone areas. The result from the model showed that the entire part of Sta ̊storpsa ̊n located in the downstream urban area is prone to flooding in the future, with increasing extent and severity over time. The extent and severity were also found highly dependent on season and boundary condition and a sole driver could not be identified.

This study display a need for further study within the area of compound events and seasonal variation, where directives for how to handle these kinds of events with regards to city planning are in urgent need. The methodology developed is however a valuable first step into introducing the concept of compound event and seasonal variation to investigations for future city planning.

Popular Abstract (Swedish)

Hotet mot staden: Vattnet och klimatförändringarna

Klimatförändringarna kommer att göra staden mer utsatt för översvämningar från hav, regn och naturliga vattendrag, vilket riskerar att skada närliggande byggnader och infrastruktur. Västra Trelleborg är redan idag drabbat av översvämningar till följd av regn, flödet i Ståstorpsån och höga havsnivåer, och påverkan kommer att öka under det kommande århundrandet. Utbredningen och djupet på översvämningarna beror på vilken säsong du undersöker, men undersökningen i sig är starkt beroende av osäkerheten i prognoserna.

Denna studie har utvecklat en metod för att undersöka scenarier som är långt ifrån extrema för att få en bättre bild över normala förhållanden, i kontrast till många studier idag som fokuserar på händelser med 100-års återkomsttid eller längre. Dessutom har många studier exkluderat variationerna i regn, flöde och havsnivå över året, vilket speciellt i Sverige har en stor inverkan på resultatet från simuleringarna.

Länsstyrelserna i Skåne och Halland har sedan tidigare ett projekt för att säkra städerna längs deras kuster, och den utvecklade metoden i detta arbeta kan anpassas till liknande utredningar för andra städer. Men det behövs även utvecklas en ny branchstandard för hur kombinerade event och säsongsvariationer ska behandlas i framtida undersökningar.

Att förstå vikten av säsongsvariationer påvisas i denna studie och den styrker också behovet av att simulera för kombinerade event för att få en komplett bild över den påverkan som översvämningar kan ha på miljön och kustnära samhällen i framtiden. Speciellt eftersom kombinerade event kan leda till andra konsekvenser än effekten från bara en parameter. Exempelvis kan en hög vattennivå i en å leda till att även små regnevent leder till översvämning. Dock är det viktigt att förstå att korrelationerna mellan olika parametrar kan komma att ändras i framtiden på grund av klimatförändringarna.

I Trelleborg är stora delar av Ståstorpsån översvämningsbenägen under hela året, men i olika grad beroende på säsong och om det var normalfall, högt flöde eller hög havsnivå som undersöktes. Tidpunkt för de olika scenarierna påverkade också översvämningspotentialens utbredning, bland annat på grund av klimatförändringarna som i majoriteten av fallen ökar regnintensiteter, flöden och havsnivåer. Generellt sågs en större påverkan av havsnivå eller kombinationen av havsnivå och flöde i ån under vintern men en större påverkan av regnet under sommaren. Vilken faktor som driver översvämningen är dock svårt att bestämma då regn, havsnivå och flöde påverkar varandra.

I denna studie har en första analys av situationen i Västra Trelleborg gjorts med hjälp av den utvecklade metoden, en beräkningsmodell och historiska lokala data. För beslut kring när vilka åtgärder behöver införas för att skydda staden mot vatten i ett framtida klimat krävs det fler studier av de områden som pekas ut med hjälp av denna metod.

• author: Roth, Sara and Söderberg, Louise
• supervisor: Salar Haghighatafshar; Patrik Gliveson
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: VVAM05 20211
• year: 2021
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Climate Change, Compound Event, Sea Level Rise, Modelling, Coastal flooding, Fluvial flooding, Urban coastal area, Seasonal variability, Water and Environmental Engineering
• report number: 2021-03
• language: English
• id: 9056718
• date added to LUP: 2021-07-06 13:15:04
• date last changed: 2021-07-06 13:15:04