SMHI Sten Bergström
SMHI Sten Bergström
SMHI Sten Bergström
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Nya klimatscenarier för Vänern och<br />
Göta älv<br />
<strong>Sten</strong> <strong>Bergström</strong>
Historik<br />
1937 Vattendom för Vänerns reglering fastställs<br />
2000 Svår översvämning i södra Norrland och i Arvika.<br />
2001 Kritiskt läge för Vänern.<br />
2005 Stormen Gudrun. Regeringen tillsätter Klimat- och sårbarhetsutredningen.<br />
2006 Klimat- och sårbarhetsutredningen lägger fram sitt delbetänkande om översvämningar främst runt<br />
Vänern och Mälaren. Utredningen föreslår bland annat restriktioner för bebyggelse under 47,40 runt Vänern.<br />
2007 Klimat- och sårbarhetsutredningen lägger fram sitt slutbetänkande.<br />
2008 Ny regleringsstrategi för Vänern börjar tillämpas.<br />
2010 <strong>SMHI</strong> får i uppdrag att genomföra en fördjupad studie avseende framtida översvämningsrisker kring Vänern och<br />
längs Göta älv. Uppdragsgivare är länsstyrelserna, vänerkommunerna och Länsförsäkringar AB.<br />
<strong>SMHI</strong> får också i uppdrag av SGI att analysera hydrologiska och meteorologiska förhållanden i Göta älvdalen
2010-12-08<br />
Klimat- och sårbarhetsutredningens uppskattning<br />
av dimensionerande nivå 2006<br />
1. Utgångspunkten var en Klass I -nivå som bedömts som rimlig av Vattenfall för<br />
sitt projekteringsarbete av dammen i Vargön: 46,2 m. Den byggde delvis på en<br />
rad genomförda testberäkningar enligt Flödeskommitténs riktlinjer.<br />
2. Till detta lades en relativt grovt beräknad klimateffekt för år 2100 på 0,5 m<br />
3. Vindeffekten uppskattades till 0,7 m (25 m/s) för hela Vänern.<br />
Summan av detta blir 47,4 m<br />
OBS! Rikets system RH 00!<br />
3
2010-12-08<br />
Nya förutsättningar<br />
1. En ny metod för beräkning av dimensionerande nivåer för Vänern har tagits<br />
fram.<br />
2. En ny metod för omräkning av klimatsignalen till hydrologiska konsekvenser har<br />
utvecklats med stöd av Elforsk.<br />
3. Nya regionala klimatscenarier har kommit fram, bland annat genom det<br />
internationella Ensemblesprojektet.<br />
4. En ny regleringsstrategi testas för Vänern. Tidigare gick det inte att fastsälla<br />
denna fullt ut vid dimensioneringsberäkningen.<br />
5. Vattendomen beskrevs något förenklat i underlaget till KS-utredningen.<br />
Korrigerat nu.<br />
6. Anpassningen till riktlinjerna för dimensionerande flöden för dammar innebär att<br />
vindhastigheten kan sänkas från 25 till 20 m/s vid dimensionerande nivå i<br />
Vänern.<br />
7. En ny sannolikhetsbedömning ger resultat som liknar de som gäller vid<br />
tillämpningen av riktlinjerna för dimensionerande flöden för dammar.<br />
4
2010-12-08<br />
Nytt förslag på reglering efter diskussioner<br />
mellan Länsstyrelsen, Sjöfartsverket, <strong>SMHI</strong> och<br />
Vattenfall<br />
Principerna från Klimat- och sårbarhetsutredningen, men justerad<br />
kurva<br />
Förutsätter hydrologiska prognoser från <strong>SMHI</strong><br />
Ryms inom vattendomen<br />
Sattes i drift hösten 2008<br />
5
2010-12-08<br />
Vänerns vattenstånd 2009<br />
6
Vänern 2010
2010-12-08<br />
Ny upplaga kom 2007<br />
Den största skillnaden mot<br />
1990 års upplaga är att<br />
det nu föreskrivs att<br />
hänsyn skall tas till klimatförändringar.<br />
8
2010-12-08 Flödesdimensioneringsklasser för bestämning av dimensionerande flöden.<br />
Tabell 1. Flödesdimensioneringsklasser för bestämning av dimensionerande flöden.<br />
Flödes-<br />
dimensionerings-<br />
klass *)<br />
Konsekvens vid dammbrott<br />
(utöver de konsekvenser som följer<br />
av flödet i sig om dammen inte rasat)<br />
I • Icke försumbar sannolikhet för<br />
förlust av människoliv eller annan<br />
personskada<br />
eller<br />
• Beaktansvärd sannolikhet för<br />
allvarlig skada på viktig trafikled,<br />
dammanläggning eller därmed<br />
jämförlig anläggning eller på<br />
betydande miljövärde<br />
eller<br />
• Hög sannolikhet för stor ekonomisk<br />
skadegörelse<br />
II • Icke försumbar sannolikhet för skada<br />
på trafikled, dammanläggning eller<br />
därmed jämförlig anläggning,<br />
miljövärde eller annan än<br />
dammägaren tillhörig egendom<br />
i andra fall än som angetts vid<br />
flödesdimensioneringsklass I.<br />
Avbördningskrav<br />
• Dammanläggningen ska,<br />
utan allvarlig skada på<br />
dammanläggningen, kunna<br />
motstå och framsläppa ett<br />
dimensionerande flöde, som<br />
beräknas enligt anvisningarna<br />
i avsnitt 5 **) .<br />
• Dammanläggningen ska vid<br />
dämningsgränsen även kunna<br />
framsläppa ett tillrinnande<br />
flöde med en återkomsttid av<br />
minst 100 år.<br />
• Dammanläggningen ska vid<br />
dämningsgränsen kunna<br />
framsläppa ett tillrinnande<br />
flöde med en återkomsttid av<br />
minst 100 år.<br />
• Dammanläggningen ska<br />
dessutom anpassas till ett<br />
flöde som bestäms genom<br />
kostnads-/nyttoanalys.<br />
*)<br />
Beteckningen ”flödesdimensioneringsklass” ersätter beteckningen ”riskklass” som användes i<br />
Flödeskommitténs slutrapport från 1990.<br />
**)<br />
Flödenas återkomsttid kan inte anges med denna metod. Jämförelser med frekvensanalys indikerar att<br />
flöden som beräknas på detta sätt i genomsnitt har återkomsttider över 10 000 år.<br />
9
2010-12-08<br />
Grundprincipen för beräkning av ett<br />
dimensionerande flöde i<br />
Flödesdimensioneringsklass I<br />
Beräkningen bygger i stort sett på uppmätta händelser som synkroniseras så att<br />
de ger maximalt kritiska förhållanden utan att enskilda variabler extrapoleras<br />
alltför långt.<br />
Landet delas in i fem regioner med olika dimensionerande nederbördssekvenser.<br />
Hänsyn tas schablonmässigt till vattenkraftindustrins regleringsstrategi.<br />
Hänsyn tas till snedställning av vattenytan på grund av vind.<br />
Återkomsttiden för ett Klass I - flöde kan inte beräknas i detalj men hittills gjorda<br />
utvärderingar tyder på att den i genomsnitt är betydligt längre än 10 000 år.<br />
En utvärdering gjord 2005 visade att metoden inte är fullt tillämpbar för Vänern.<br />
Den dimensionerande nederbördssekvensen är alltför beskedlig i detta fall.<br />
10
Klimatsimuleringar av Klass I-flöden i KS-utredningen
2010-12-08<br />
En ny metod har utvecklats som bibehåller filosofin i<br />
riktlinjerna för dimensioneringsberäkningar för dammar, men<br />
är anpassad till Vänerns förhållanden.<br />
1. En grundläggande utgångspunkt är att året 2000/2001 skall ingå i<br />
beräkningsunderlaget. Eftersom det var så extremt så innebär detta att inga<br />
andra år behöver räknas.<br />
2. De flesta beräkningsmomenten hämtas från riktlinjerna, t.ex. dimensionerande<br />
snö och nederbörd samt korrektionerna för höjd, areal och årstid.<br />
3. Den iterativa beräkningsprocessen med ett flytande fönster där den<br />
dimensionerande nederbörden läggs in bibehålls.<br />
4. Regleringsrutinen ändras för att bli mer realistisk för Vänern. Startvattenståndet<br />
läggs på en medelnivå för startdagen på våren, utan den avsänkning som<br />
föreskrivs i riktlinjerna. Den höjning till dämningsgränsen den 1 augusti, som<br />
också föreskrivs, genomförs inte för Vänern.<br />
5. Beräkningar genomförs med såväl den rekonstruerade tappningsstrategi som<br />
gällde före oktober 2008 som med den modifierade strategi som prövats sedan<br />
dess. Dock antas att hydrologiska prognoser inte är tillgängliga. Detta är nog den<br />
största effekten av den nya strategin.<br />
6. Vindsnedställning beräknas enligt riktlinjerna för ett magasin beläget under<br />
trädgränsen. Det innebär att beräkning sker för en vindhastighet på 20 m/s i<br />
ogynnsammast tänkbara riktning.<br />
12
2010-12-08<br />
Dimensionerande nivåer i dagens klimat<br />
utan vindeffekt<br />
Maxtappning vid<br />
DG+30 cm: 1030<br />
Gamla regleringen 46,16<br />
Ny reglering (utan<br />
prognoser) 46,08<br />
Klimat- och<br />
Sårbarhetsutredningen 46,20<br />
Förutsättningar:<br />
•MW 12/4 gamla regleringen: 44,26<br />
•MW 12/4 nya regleringen: 44,29<br />
•Samma starttillstånd i samtliga fall (förutom W då)<br />
•Fullständig dimensionering körd i samtliga fall, sekvensstart blir den 9/9 i alla fall utom Q1500 då det blir den 10/9.<br />
13
2010-12-08<br />
Dimensionerande nivåer i dagens klimat<br />
utan vindeffekt<br />
Maxtappning vid<br />
DG+30 cm: 1030 1200 1400 1500<br />
Gamla regleringen 46,16<br />
Ny reglering (utan<br />
prognoser) 46,08 45,86 45,65 45,57<br />
Klimat- och<br />
Sårbarhetsutredningen 46,20<br />
Förutsättningar:<br />
•MW 12/4 gamla regleringen: 44,26<br />
•MW 12/4 nya regleringen: 44,29<br />
•Samma starttillstånd i samtliga fall (förutom W då)<br />
•Fullständig dimensionering körd i samtliga fall, sekvensstart blir den 9/9 i alla fall utom Q1500 då det blir den 10/9.<br />
14
2010-12-08<br />
Hypotetiskt ökad tappning till 1200 m3/s<br />
redan vid dämningsgränsen<br />
Gamla<br />
regleringen 46.16<br />
DimW 1200 1400 1500<br />
1200<br />
från DG<br />
stegvis<br />
ökning<br />
Nya<br />
regleringen 46.08 45.86 45.65 45.57 45.70 45.81<br />
Minskning 0.08 0.22 0.43 0.51 0.38 0.27<br />
15
2010-12-08<br />
Vindpåverkan<br />
Vågor och snedställning av vattenytan på grund av vindpåverkan beaktas under<br />
antagande av vind i ogynnsammaste riktning med hastigheten 25 m/s för<br />
damm-anläggningar ovanför trädgränsen och med 20 m/s för övriga<br />
dammanläggningar.<br />
16
Beräkning av effekten av stationär vind<br />
Om man antar att vinden blåst tillräckligt länge så att ett stationärt tillstånd uppstår<br />
kan vattenståndshöjningen beräknas enligt formeln:<br />
där ∆h är vattenuppstuvningen räknat från magasinets medelvattenyta,<br />
c är en konstant<br />
u är vindhastigheten,<br />
l är stryklängden (bassängens längd)<br />
H är bassängens medeldjup<br />
Referens:<br />
Δ h =<br />
2<br />
c* u * l<br />
H<br />
U.S.Army Coastal Engineering Research Center; Shore protection manual.<br />
Volume 1; Third Edition 1977.
2010-12-08<br />
Beräknad stationär<br />
vinduppstuvning (m)<br />
Vindhastighet 20 m /s<br />
0,3<br />
0,3<br />
0,5<br />
0,3<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,2<br />
0,3<br />
0,4<br />
0,5<br />
0,3<br />
18
Återkomsttider (år) för vindhastigheten 20.0 m/s, beräknat med<br />
fördelningsfunktionernaGEV och Gumbel<br />
Anpassning<br />
Alla vindriktningar<br />
Nordlig vind<br />
Ostlig vind<br />
Sydlig vind<br />
Västlig vind<br />
Gumbel<br />
1.1<br />
4.1<br />
6.2<br />
4.5<br />
2.7<br />
GEV<br />
1.05<br />
3.42<br />
5.66<br />
4.51<br />
2.24<br />
Tidsserien baseras på observationer av 10 minuters medelvind vid Pålgrunden och Sotenäs<br />
var tredje timme.
Tillägg för temporär uppstuvning?<br />
50-75% ?
2010-12-08<br />
Global modelling<br />
Regional modelling<br />
Local-regional<br />
Local regional<br />
studies
2010-12-08<br />
Nya klimatberäkningar<br />
Nation Institut Scenario GCM RCM Upplösning Period<br />
<strong>SMHI</strong> A1B ECHAM5(1) RCA3 50 km 1961-2100<br />
<strong>SMHI</strong> A1B ECHAM5(2) RCA3 50 km 1961-2100<br />
<strong>SMHI</strong> A1B ECHAM5(3) RCA3 50 km 1961-2100<br />
<strong>SMHI</strong> A1B ECHAM5(3) RCA3 25 km 1961-2100<br />
<strong>SMHI</strong> B1 ECHAM5(1) RCA3 50 km 1961-2100<br />
<strong>SMHI</strong> A1B CNRM RCA3 50 km 1961-2100<br />
<strong>SMHI</strong> A1B CCSM3 RCA3 50 km 1961-2100<br />
CNRM A1B ARPEGE Aladin 25 km 1961-2050<br />
KNMI A1B ECHAM5(3) RACMO 25 km 1961-2100<br />
MPI A1B ECHAM5(3) REMO 25 km 1961-2100<br />
C4I A2 ECHAM5(3) RCA3 25 km 1961-2050<br />
HC A1B HadCM3(Q0) HadRM3 25 km 1961-2100<br />
C4I A1B HadCM3(Q16) RCA3 25 km 1961-2100<br />
METNO A1B BCM HIRHAM 25 km 1961-2050<br />
METNO A1B HadCM3(Q0) HIRHAM 25 km 1961-2050<br />
DMI A1B ECHAM5(3) HIRHAM 25 km 1961-2100<br />
22
2010-12-08<br />
Ändring av 100-årsflödet från 1963-1992…<br />
Resultat från pågående projekt finansierat av Elforsk<br />
…till 2021-2050 …till 2069-2098<br />
Medelvärde<br />
av 16 klimatberäkningar<br />
Medelvärde<br />
av 12 klimatberäkningar<br />
23
Tillrinningsområdet för<br />
Vänern och<br />
Göta älv
Ändrad medeltillrinning till Vänern
Ändrad årstidstillrinning till Vänern<br />
Vinter<br />
Sommar<br />
Vår<br />
Höst
Framtidens nivåer, dagens<br />
tappningsstrategi
Framtidens tappningar, dagens<br />
tappningsstrategi
Hypotetiskt ändrad reglering med tappning 1200<br />
m3/s redan vid dämningsgränsen. Nivåer
Skillnaden mellan dagens strategi och en<br />
hypotetiskt ändrad reglering med tappning 1200<br />
m3/s redan vid dämningsgränsen. Nivåer
Framtidens dimensionerande nivå för<br />
Klass I förhållanden
2010-12-08<br />
32
2010-12-08<br />
33
2010-12-08<br />
Analys av 12 scenarier<br />
Blått = 1030 m 3 /s<br />
Rött = 1200 m 3 /s<br />
= medelvärde<br />
34
2010-12-08<br />
Analys av 12 scenarier<br />
Blått = 1030 m 3 /s<br />
Rött = 1200 m 3 /s<br />
= medelvärde<br />
KS-utredningen<br />
35
2010-12-08<br />
Alternativa bedömningar för Karlstad? (Lägg till 30 cm<br />
för vinden i Vänersborg)<br />
OBS! Rikets system RH 00!<br />
Dagens tappningsförhållanden utan vind 46,08<br />
Dagens tappningsförhållanden+stationär vind 46,38<br />
Dagens tappningsförhållanden+kortvarig vind (+50%) 46,53<br />
Dagens tappningsförhållanden+stationär vind+medelklimat 2100 46,58<br />
Dagens tappningsförhållanden+kortvarig vind+medelklimat 2100 46,73<br />
1200 vid dg utan vind 45,70<br />
1200 vid dg+stationär vind 46,00<br />
1200 vid dg+kortvarig vind (+50%) 46,15<br />
1200 vid dg+stationär vind+medelklimat 2100 46,20<br />
1200 vid dg+kortvarig vind+medelklimat 2100 46,35<br />
KS-utredningens dimensionerande nivå (inkl. vind och klimat) 47,40<br />
KS-utredningens 100-års nivå (inkl. vind) 46,50<br />
Max observerat 2001 45,67<br />
36
Fortsättning följer…<br />
Temporär vinduppstuvning bör studeras<br />
Kraft och gruvindustrins rekommendationer rörande klimateffekten på<br />
dimensionerande flöden kommer under 2011<br />
Möjliga tappningsstrategier kan diskuteras och studeras<br />
SGIs utredning i Göta älv kommer under 2011<br />
Övergripande fråga: Vilken nivå strävar vi efter?
Tack för uppmärksamheten
46.0<br />
45.5<br />
45.0<br />
44.5<br />
44.0<br />
43.5<br />
43.0<br />
Vattenstånd i Vänern<br />
1910<br />
Vattendom 1937<br />
1846-01-01 1871-01-01 1896-01-01 1921-01-01 1946-01-01 1971-01-01 1996-01-01
2010-12-08<br />
Tappning från Vänern<br />
1250<br />
1000<br />
750<br />
500<br />
250<br />
0<br />
1846-01-01 1871-01-01 1896-01-01 1921-01-01 1946-01-01 1971-01-01 1996-01-01<br />
40
m.ö.h. (RH 00)<br />
46,50<br />
46,00<br />
45,50<br />
45,00<br />
44,50<br />
44,00<br />
43,50<br />
43,00<br />
Vänerns vattenstånd år 2000 - 2002<br />
Medelvärde 1935-2002<br />
Vänerns vattenstånd 2000-2002<br />
Dämningsgräns<br />
Sänkningsgräns<br />
Rekonstruerat naturligt vattenstånd<br />
jan-00 jul-00 jan-01 jul-01 jan-02 jul-02
2010-12-08<br />
Den nya strategin<br />
42
2010-12-08<br />
Så här påverkas vattenstånden i Vänern<br />
43
2010-12-08<br />
Så här påverkas tappningen i Göta älv<br />
44
2010-12-08<br />
Principen för beräkning av klass I flöden<br />
45
2010-12-08<br />
Dimensionerande flöden (Klass I) i ett<br />
förändrat klimat<br />
46
Kommittén för dimensionerande flöden för dammar i<br />
ett klimatförändringsperspektiv bildades 2008 genom<br />
en överenskommelse mellan Svenska Kraftnät,<br />
Svensk Energi, SveMin och <strong>SMHI</strong>.<br />
Rekommendationer kommer under 2011!
Kommittén för dimensionerande flöden i ett framtida klimat<br />
<strong>Sten</strong> <strong>Bergström</strong>, <strong>SMHI</strong><br />
Gun Åhrling Rundström, Svensk Energi<br />
Maria Bartsch*, SvK<br />
Claes-Olof Brandesten*, Vattenfall<br />
Jan Liif, Statkraft<br />
Björn Norell*, VRF<br />
* Ingår i styrgrupp för forskningsprojekten<br />
Agne Lärke*, Fortum<br />
Olle Mill*, SvK<br />
Sigrid Eliasson*, E.ON<br />
Lars-Åke Lindahl*, SveMin<br />
Gunnar Sjödin, VRF<br />
Johan Andréasson, <strong>SMHI</strong><br />
2009-09-22
2010-12-08<br />
Vattenståndsändring / Landhöjning (cm)<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
-20<br />
Göteborg<br />
-40<br />
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100<br />
År<br />
Global<br />
vattenståndshöjning<br />
Landhöjning<br />
Nettoändring<br />
49
2010-12-08<br />
Tankar om sannolikheten<br />
Den dimensionerande snöns återkomsttid: ca 30 år (x 0,5?)<br />
Den dimensionerande nederbördens återkomsttid: ca 100 år (x 0,5?)<br />
Återkomsstid för nederbörden oktober-december: ca 200 år<br />
Vindens återkomsttid (20 m/s): ca 2 år ???<br />
Till detta kommer en svårbedömd effekt av att dessa faktorer inträffar under den<br />
mest kritiska tidsperioden under detta år. Det minskar sannolikheten ytterligare.<br />
Ett exempel är sannolikheten för att det dimensionerande regnet skall inträffa just<br />
under den period där det ersätter den observerade nederbörden på det mest<br />
flödesskapande sättet.<br />
Antagandet om att vinden infaller någon gång under 3 månader av vinterhalvårets 6<br />
ökar vindens återkomsttid till ungefär det dubbla.<br />
50
2010-12-08<br />
Some recent assessments of sea level rise by 2100<br />
Date Source Reference<br />
period<br />
SLR about 2100 (cm)<br />
January 2007 IPCC 1980-1999 18-59 (excl. ice<br />
dynamics)<br />
Autumn 2008 Dutch Delta committee 1990 55-120<br />
April 2009 Rummukainen och Källén 2009 ”About 1 m in 100<br />
years”<br />
June 2009 Ministry of Natural Resources and<br />
Environment, Vietnam<br />
June 2009 UK Climate Projections science<br />
report<br />
November<br />
2009<br />
November<br />
2009<br />
November<br />
2009<br />
1980-1999 75 (65-100)<br />
1980-1999 11,6 – 75,8 around UK<br />
and Ireland<br />
Copenhagen diagnosis 1980-1999 “ at least twice as much<br />
as projected by Working<br />
Group1 of the IPCC<br />
AR4”<br />
“it may well exceed 1<br />
m”<br />
NOAA ”by the end of<br />
this century”<br />
Netherlands Environmental<br />
Assessment Agency PBL m.fl.<br />
3 – 4 feet (90-120 cm)<br />
1990 55 -110 (40 -105 locally<br />
for Holland)<br />
51
2010-12-08<br />
Vänerns och Göta älvs problem<br />
Vattendom från 1937, baserad på dåtidens kunskap<br />
Stort exploateringstryck längs stränderna, vattenkraft, sjöfart, miljö,<br />
vattenförsörjning, jordbruk<br />
Stor sårbarhet under dagens klimatförhållanden (2000/2001!)<br />
Det krävs en ökning av avbördningskapaciteten<br />
Göta älv är skredkänsligt och havet hindrar höga tappningar<br />
Problemen förvärras troligen av en global uppvärmning<br />
Landhöjningen håller inte jämna steg med havsnivåhöjningen<br />
52