SMHI Sten Bergström
SMHI Sten Bergström
SMHI Sten Bergström
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
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