Comparative assessment of different blue-green infrastructure elements on urban runoff detention
(2021) VVAM05 20211Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- Climate change alterations in precipitation patterns, coupled with rapid urbanization are posing a great challenge for city planners and storm water engineers alike. The traditional approach for flood mitigation, with ever-larger pipes and barriers, are slowly being replaced by the implementation of natural elements, also called blue-green elements, in the urban environment. This thesis aimed to comparatively assess the storm water detention capacity of eight commonly implemented blue-green elements. The study was conducted as a case study of Kvillebäcken, an area located in Gothenburg, Sweden. The modelling of the area was made in the software program MIKE URBAN+ and the elements were designed based on design recommendations. The model... (More)
- Climate change alterations in precipitation patterns, coupled with rapid urbanization are posing a great challenge for city planners and storm water engineers alike. The traditional approach for flood mitigation, with ever-larger pipes and barriers, are slowly being replaced by the implementation of natural elements, also called blue-green elements, in the urban environment. This thesis aimed to comparatively assess the storm water detention capacity of eight commonly implemented blue-green elements. The study was conducted as a case study of Kvillebäcken, an area located in Gothenburg, Sweden. The modelling of the area was made in the software program MIKE URBAN+ and the elements were designed based on design recommendations. The model was exposed to three design rainfalls with different return periods and a longer, real scenario that corresponded to the precipitation in the area for the summer of 2018. The comparison of the short, intense rainfalls was made based on a derived formula describing the capacity of the elements to detain rainfall. The formula proved to be a good indicator of how well an element reduces peak flow. The formula was used to compare how different parameters, such as area of the element and underlying soil layer, is affecting the studied elements. Later, a more detailed suggested indicator formula was derived which can be used independently of the type of modelling software. The results indicate that the storage capacity of the elements is the most impactful parameter when exposed to short, intense rainfalls. As for performance over a period of time the elements’ ability to recover, meaning how fast the element can return to a dry state, has the largest impact. Furthermore, the pond had the largest peak flow reduction for short, intense rainfalls among the elements. As for the longer rainfall, the bio retention cell had the least runoff volume. Suggested further research is to make similar comparative studies for other functions, such as water quality or biodiversity. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Jobba med, inte mot, naturen: Hur väl hjälper vanligt förekommande naturliga element oss mot översvämningar?
Den enskilt viktigaste parametern för översvämningshantering för korta regn är ett naturligt elements (t.ex dammar, regnträdgårdar) lagringsförmåga. Av de åtta studerade elementen så var vanliga dammar de mest effektiva, men samtliga hade en viss effekt.
Idag är översvämningar den enskilt mest kostsamma naturkatastrofen och klimatförändringarna förutspås göra översvämningar allt mer frekventa. Tidigare har lösningarna varit högre barriärer och större rör, fram tills nyligen. Stadsplanerare och ingenjörer letar efter nya, hållbara sätt att hantera det konstant föränderliga klimatet. Den moderna lösningen på problemet är att... (More) - Jobba med, inte mot, naturen: Hur väl hjälper vanligt förekommande naturliga element oss mot översvämningar?
Den enskilt viktigaste parametern för översvämningshantering för korta regn är ett naturligt elements (t.ex dammar, regnträdgårdar) lagringsförmåga. Av de åtta studerade elementen så var vanliga dammar de mest effektiva, men samtliga hade en viss effekt.
Idag är översvämningar den enskilt mest kostsamma naturkatastrofen och klimatförändringarna förutspås göra översvämningar allt mer frekventa. Tidigare har lösningarna varit högre barriärer och större rör, fram tills nyligen. Stadsplanerare och ingenjörer letar efter nya, hållbara sätt att hantera det konstant föränderliga klimatet. Den moderna lösningen på problemet är att försöka återställa en naturlig vattencykel i urbana miljöer. Detta görs bäst genom att inkorporera naturen i städer. Hittills är beslutsfattare aningen tvekande, då inte tillräckligt med forskning har gjorts inom området.
Den här rapporten har fokuserat på att rangordna åtta olika element baserat på en framtagen formel. Ytterligare analyser, såsom ett elements placering och vad som ger mest nytta när det skalas upp, har sedan baserats på formeln. Resultaten visar att dammar har både störst kapacitet för översvämningshantering och störst uppskalningspotential. Andra element som visade stor kapacitet för både översvämningshantering och uppskalning, var elementen; bio-retention cell, regnträdgårdar och infiltrationsdiken. De element som visade sig ha låg kapacitet var element så som; gröna tak, gräsmattor och grunda gräsdiken. Resultaten visar att de element som har en hög kapacitet för översvämningshantering placeras bäst så långt nedströms som möjligt, medans de med låg kapacitet helst ska placeras uppströms. För korta, högintensiva, regn är elementens lagringsförmåga den enskilt viktigast parametern, medans för längre simuleringar är elementens viktigaste egenskap dess förmåga att återgå till att bli torra, som i rapporten skedde genom infiltration och evaporation.
Rapporten har försökt att fylla i några av de kunskapshål som tidigare har gjort beslutsfattare tveksamma. Genom att göra en jämförelse mellan de vanligt förekommande elementen på ett så generaliserat vis som möjligt, så finns möjligheter att studien kan appliceras på en mängd olika områden. Formeln som är framtagen tar hänsyn till elementets design, och kan modifieras därefter. Genom denna förhållandevis simpla formel kan man få en inblick i var ett element ska placeras, och hur väl det skulle mildra översvämningar.
Studien gjordes som en fallstudie i Kvillebäcken, ett område beläget i nordvästra Göteborg. Modelleringen skedde i det toppmoderna mjukvaruprogrammet MIKE Urban+. De överskådliga analyserna gjordes med hjälp av Excel, och diverse landdata behandlades i QGIS. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9059950
- author
- Svensson, Markus LU
- supervisor
- organization
- course
- VVAM05 20211
- year
- 2021
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Blue-green elements, Comparative assessment, Detention, MIKE URBAN+, Urban storm water management, Water engineering
- report number
- 2021-04
- language
- English
- id
- 9059950
- date added to LUP
- 2021-07-15 10:52:55
- date last changed
- 2021-07-15 10:52:55
@misc{9059950, abstract = {{Climate change alterations in precipitation patterns, coupled with rapid urbanization are posing a great challenge for city planners and storm water engineers alike. The traditional approach for flood mitigation, with ever-larger pipes and barriers, are slowly being replaced by the implementation of natural elements, also called blue-green elements, in the urban environment. This thesis aimed to comparatively assess the storm water detention capacity of eight commonly implemented blue-green elements. The study was conducted as a case study of Kvillebäcken, an area located in Gothenburg, Sweden. The modelling of the area was made in the software program MIKE URBAN+ and the elements were designed based on design recommendations. The model was exposed to three design rainfalls with different return periods and a longer, real scenario that corresponded to the precipitation in the area for the summer of 2018. The comparison of the short, intense rainfalls was made based on a derived formula describing the capacity of the elements to detain rainfall. The formula proved to be a good indicator of how well an element reduces peak flow. The formula was used to compare how different parameters, such as area of the element and underlying soil layer, is affecting the studied elements. Later, a more detailed suggested indicator formula was derived which can be used independently of the type of modelling software. The results indicate that the storage capacity of the elements is the most impactful parameter when exposed to short, intense rainfalls. As for performance over a period of time the elements’ ability to recover, meaning how fast the element can return to a dry state, has the largest impact. Furthermore, the pond had the largest peak flow reduction for short, intense rainfalls among the elements. As for the longer rainfall, the bio retention cell had the least runoff volume. Suggested further research is to make similar comparative studies for other functions, such as water quality or biodiversity.}}, author = {{Svensson, Markus}}, language = {{eng}}, note = {{Student Paper}}, title = {{Comparative assessment of different blue-green infrastructure elements on urban runoff detention}}, year = {{2021}}, }