Hur avrinningskoefficienten varierar med återkomsttid - En jämförelse mellan fyra olika områden i Sverige

Abstract

As climate change progresses, heavy rainfall in Sweden is becoming more frequent and intense, coinciding with an increase in impermeable surfaces in urban areas. This raises the risk of flooding as drainage networks may exceed their capacity due to increased runoff. Understanding the amount of water flowing into drainage networks is crucial for assessing and managing flood risks, as well as appropriately designing and expanding these networks. Hydraulic models can simulate the flow from precipitation into the drainage networks. The purpose of this study was to investigate how the runoff coefficient, which is the parameter describing runoff in the models, varies depending on the return period of the rainfall loading the model. To examine this, pre-existing hydraulic drainage network models from SVOA and NSVA were used for four different areas. One area was in Sköndal, Stockholm, and three areas were locations in Åstorp municipality in Skåne. Flow and precipitation measurements were taken in the summer of 2023 at each location. Each area was subjected to 4 to 5 selected rain events with varying return periods.

The models were calibrated by loading them with the selected rains, after which parameters were adjusted to make the calculated and measured flow at the points match. The modified parameters included the reduction factor (symbolizing the runoff coefficient), time of concentration, and time-area curve.

The results showed that, on average, rains with shorter return periods had lower reduction factors compared to larger rains when analyzing individual locations. However, this trend did not hold when comparing all locations, likely due to multiple factors influencing runoff beyond just the return period of the rain. Factors such as initial soil saturation, rainfall intensity, soil type and the slope of the area also affect runoff. The results also indicated that the size of impervious surfaces affects runoff, but other factors play a role as well. In conclusion, isolating a single parameter is challenging, and additional studies with more rain events would be needed to obtain a better understanding of the results.

Popular Abstract (Swedish)

Det märks tydligt att det i Sverige sker fler och fler stormar som negativt påverkar vår infrastruktur. På grund av klimatförändringarna ökar intensiteten och frekvensen av de kraftiga skyfallen samtidigt som städers impermeabla ytor, genom bland annat asfaltsytor och hustak, ökar. Det leder till att mer vatten faller samtidigt som mindre vatten kan infiltrera i marken, och därmed rinner mer vatten ner till och belastar vårt ledningsnät. Ledningsnätet är det rörsystem under mark där bland annat vårt avloppsvatten samt vatten från regn avrinner. Eftersom ledningsnäten endast är dimensionerade för regn med en viss intensitet och varaktighet, bidrar den ökade mängden vatten till att frekvensen av översvämningar ökar. För att kunna förutse och hantera översvämningsrisker är det viktigt att förstå hur och när avrinningen sker. Det är även av vikt för att kunna dimensionera våra ledningsnät när de byggs om eller byggs ut.

När mycket vatten faller kommer en del infiltrera genom grönytor, en del avdunsta, och en del kommer rinna ner i brunnar och nå ledningsnäten. Genom att göra modeller över ledningsnäten kan vi få koll på den avrinningen och se hur stor andel av ett regn som når ledningsnätet. På så sätt kan de, vid ombyggnad och nybyggnad, dimensioneras på rätt sätt så de kan hantera de nya vattenmängderna. Olika metoder kan användas för att se hur mycket vatten som når ledningsnäten men en vanlig använd metod i Sverige är tid-area metoden. Då multipliceras den totala arean av ett område med en så kallad avrinningskoefficient, för att se hur stor del av området som kommer bidra med avrinning till ledningsnäten. Denna koefficient är inte alltid helt lätt att hitta rätt värde på då den beror på ett flertal faktorer. I denna uppsats var syftet att undersöka hur avrinningskoefficienten varierar beroende på ett regns återkomsttid. Du har kanske hört uttrycket "10-årsregn" eller "100-årsregn". Ett 10-årsregn kan beskrivas som ett regn med en viss intensitet och varaktighet som i genomsnitt inträffar en gång under en 10-årsperiod.

Resulatet visade att vid regn med längre återkomsttid så är avrinningskoefficienten större, det vill säga mer vatten rinner av till ledningsnätet. Däremot var det en del undantag vilket kan förklaras med att avrinningskoefficienten beror på många fler faktorer än endast återkomsttid. Andra faktorer som kan påverka är bland annat hur mycket det regnat dagarna innan, vilken mark området består av samt hur regnet föll. Därav behövs ytterliggare studier med fler regn, gärna med långa återkomsttider.

• author: Enger, Nina
• supervisor: Magnus Persson
• organization: Division of Water Resources Engineering
• course: VVRM05 20232
• year: 2024
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Runoff coefficient, Return period, Modelling, MIKE+, Floodings
• publication/series: TVVR 5000
• report number: TVVR 23/5008
• ISSN: 1101-9824
• language: Swedish
• additional info: Examiner: Linus Zhang
• id: 9147439
• date added to LUP: 2024-02-01 10:55:52
• date last changed: 2024-02-01 10:55:52