SMHI Sten Bergström

Nya klimatscenarier för Vänern och
Göta älv
Sten Bergström

Historik
1937 Vattendom för Vänerns reglering fastställs
2000 Svår översvämning i södra Norrland och i Arvika.
2001 Kritiskt läge för Vänern.
2005 Stormen Gudrun. Regeringen tillsätter Klimat- och sårbarhetsutredningen.
2006 Klimat- och sårbarhetsutredningen lägger fram sitt delbetänkande om översvämningar främst runt
Vänern och Mälaren. Utredningen föreslår bland annat restriktioner för bebyggelse under 47,40 runt Vänern.
2007 Klimat- och sårbarhetsutredningen lägger fram sitt slutbetänkande.
2008 Ny regleringsstrategi för Vänern börjar tillämpas.
2010 SMHI får i uppdrag att genomföra en fördjupad studie avseende framtida översvämningsrisker kring Vänern och
längs Göta älv. Uppdragsgivare är länsstyrelserna, vänerkommunerna och Länsförsäkringar AB.
SMHI får också i uppdrag av SGI att analysera hydrologiska och meteorologiska förhållanden i Göta älvdalen

2010-12-08
Klimat- och sårbarhetsutredningens uppskattning
av dimensionerande nivå 2006
1. Utgångspunkten var en Klass I -nivå som bedömts som rimlig av Vattenfall för
sitt projekteringsarbete av dammen i Vargön: 46,2 m. Den byggde delvis på en
rad genomförda testberäkningar enligt Flödeskommitténs riktlinjer.
2. Till detta lades en relativt grovt beräknad klimateffekt för år 2100 på 0,5 m
3. Vindeffekten uppskattades till 0,7 m (25 m/s) för hela Vänern.
Summan av detta blir 47,4 m
OBS! Rikets system RH 00!
3

2010-12-08
Nya förutsättningar
1. En ny metod för beräkning av dimensionerande nivåer för Vänern har tagits
fram.
2. En ny metod för omräkning av klimatsignalen till hydrologiska konsekvenser har
utvecklats med stöd av Elforsk.
3. Nya regionala klimatscenarier har kommit fram, bland annat genom det
internationella Ensemblesprojektet.
4. En ny regleringsstrategi testas för Vänern. Tidigare gick det inte att fastsälla
denna fullt ut vid dimensioneringsberäkningen.
5. Vattendomen beskrevs något förenklat i underlaget till KS-utredningen.
Korrigerat nu.
6. Anpassningen till riktlinjerna för dimensionerande flöden för dammar innebär att
vindhastigheten kan sänkas från 25 till 20 m/s vid dimensionerande nivå i
Vänern.
7. En ny sannolikhetsbedömning ger resultat som liknar de som gäller vid
tillämpningen av riktlinjerna för dimensionerande flöden för dammar.
4

2010-12-08
Nytt förslag på reglering efter diskussioner
mellan Länsstyrelsen, Sjöfartsverket, SMHI och
Vattenfall
Principerna från Klimat- och sårbarhetsutredningen, men justerad
kurva
Förutsätter hydrologiska prognoser från SMHI
Ryms inom vattendomen
Sattes i drift hösten 2008
5

2010-12-08
Vänerns vattenstånd 2009
6

Vänern 2010

2010-12-08
Ny upplaga kom 2007
Den största skillnaden mot
1990 års upplaga är att
det nu föreskrivs att
hänsyn skall tas till klimatförändringar.
8

2010-12-08 Flödesdimensioneringsklasser för bestämning av dimensionerande flöden.
Tabell 1. Flödesdimensioneringsklasser för bestämning av dimensionerande flöden.
Flödes-
dimensionerings-
klass *)
Konsekvens vid dammbrott
(utöver de konsekvenser som följer
av flödet i sig om dammen inte rasat)
I • Icke försumbar sannolikhet för
förlust av människoliv eller annan
personskada
eller
• Beaktansvärd sannolikhet för
allvarlig skada på viktig trafikled,
dammanläggning eller därmed
jämförlig anläggning eller på
betydande miljövärde
eller
• Hög sannolikhet för stor ekonomisk
skadegörelse
II • Icke försumbar sannolikhet för skada
på trafikled, dammanläggning eller
därmed jämförlig anläggning,
miljövärde eller annan än
dammägaren tillhörig egendom
i andra fall än som angetts vid
flödesdimensioneringsklass I.
Avbördningskrav
• Dammanläggningen ska,
utan allvarlig skada på
dammanläggningen, kunna
motstå och framsläppa ett
dimensionerande flöde, som
beräknas enligt anvisningarna
i avsnitt 5 **) .
• Dammanläggningen ska vid
dämningsgränsen även kunna
framsläppa ett tillrinnande
flöde med en återkomsttid av
minst 100 år.
• Dammanläggningen ska vid
dämningsgränsen kunna
framsläppa ett tillrinnande
flöde med en återkomsttid av
minst 100 år.
• Dammanläggningen ska
dessutom anpassas till ett
flöde som bestäms genom
kostnads-/nyttoanalys.
*)
Beteckningen ”flödesdimensioneringsklass” ersätter beteckningen ”riskklass” som användes i
Flödeskommitténs slutrapport från 1990.
**)
Flödenas återkomsttid kan inte anges med denna metod. Jämförelser med frekvensanalys indikerar att
flöden som beräknas på detta sätt i genomsnitt har återkomsttider över 10 000 år.
9

2010-12-08
Grundprincipen för beräkning av ett
dimensionerande flöde i
Flödesdimensioneringsklass I
Beräkningen bygger i stort sett på uppmätta händelser som synkroniseras så att
de ger maximalt kritiska förhållanden utan att enskilda variabler extrapoleras
alltför långt.
Landet delas in i fem regioner med olika dimensionerande nederbördssekvenser.
Hänsyn tas schablonmässigt till vattenkraftindustrins regleringsstrategi.
Hänsyn tas till snedställning av vattenytan på grund av vind.
Återkomsttiden för ett Klass I - flöde kan inte beräknas i detalj men hittills gjorda
utvärderingar tyder på att den i genomsnitt är betydligt längre än 10 000 år.
En utvärdering gjord 2005 visade att metoden inte är fullt tillämpbar för Vänern.
Den dimensionerande nederbördssekvensen är alltför beskedlig i detta fall.
10

Klimatsimuleringar av Klass I-flöden i KS-utredningen

2010-12-08
En ny metod har utvecklats som bibehåller filosofin i
riktlinjerna för dimensioneringsberäkningar för dammar, men
är anpassad till Vänerns förhållanden.
1. En grundläggande utgångspunkt är att året 2000/2001 skall ingå i
beräkningsunderlaget. Eftersom det var så extremt så innebär detta att inga
andra år behöver räknas.
2. De flesta beräkningsmomenten hämtas från riktlinjerna, t.ex. dimensionerande
snö och nederbörd samt korrektionerna för höjd, areal och årstid.
3. Den iterativa beräkningsprocessen med ett flytande fönster där den
dimensionerande nederbörden läggs in bibehålls.
4. Regleringsrutinen ändras för att bli mer realistisk för Vänern. Startvattenståndet
läggs på en medelnivå för startdagen på våren, utan den avsänkning som
föreskrivs i riktlinjerna. Den höjning till dämningsgränsen den 1 augusti, som
också föreskrivs, genomförs inte för Vänern.
5. Beräkningar genomförs med såväl den rekonstruerade tappningsstrategi som
gällde före oktober 2008 som med den modifierade strategi som prövats sedan
dess. Dock antas att hydrologiska prognoser inte är tillgängliga. Detta är nog den
största effekten av den nya strategin.
6. Vindsnedställning beräknas enligt riktlinjerna för ett magasin beläget under
trädgränsen. Det innebär att beräkning sker för en vindhastighet på 20 m/s i
ogynnsammast tänkbara riktning.
12

2010-12-08
Dimensionerande nivåer i dagens klimat
utan vindeffekt
Maxtappning vid
DG+30 cm: 1030
Gamla regleringen 46,16
Ny reglering (utan
prognoser) 46,08
Klimat- och
Sårbarhetsutredningen 46,20
Förutsättningar:
•MW 12/4 gamla regleringen: 44,26
•MW 12/4 nya regleringen: 44,29
•Samma starttillstånd i samtliga fall (förutom W då)
•Fullständig dimensionering körd i samtliga fall, sekvensstart blir den 9/9 i alla fall utom Q1500 då det blir den 10/9.
13

2010-12-08
Dimensionerande nivåer i dagens klimat
utan vindeffekt
Maxtappning vid
DG+30 cm: 1030 1200 1400 1500
Gamla regleringen 46,16
Ny reglering (utan
prognoser) 46,08 45,86 45,65 45,57
Klimat- och
Sårbarhetsutredningen 46,20
Förutsättningar:
•MW 12/4 gamla regleringen: 44,26
•MW 12/4 nya regleringen: 44,29
•Samma starttillstånd i samtliga fall (förutom W då)
•Fullständig dimensionering körd i samtliga fall, sekvensstart blir den 9/9 i alla fall utom Q1500 då det blir den 10/9.
14

2010-12-08
Hypotetiskt ökad tappning till 1200 m3/s
redan vid dämningsgränsen
Gamla
regleringen 46.16
DimW 1200 1400 1500
1200
från DG
stegvis
ökning
Nya
regleringen 46.08 45.86 45.65 45.57 45.70 45.81
Minskning 0.08 0.22 0.43 0.51 0.38 0.27
15

2010-12-08
Vindpåverkan
Vågor och snedställning av vattenytan på grund av vindpåverkan beaktas under
antagande av vind i ogynnsammaste riktning med hastigheten 25 m/s för
damm-anläggningar ovanför trädgränsen och med 20 m/s för övriga
dammanläggningar.
16

Beräkning av effekten av stationär vind
Om man antar att vinden blåst tillräckligt länge så att ett stationärt tillstånd uppstår
kan vattenståndshöjningen beräknas enligt formeln:
där ∆h är vattenuppstuvningen räknat från magasinets medelvattenyta,
c är en konstant
u är vindhastigheten,
l är stryklängden (bassängens längd)
H är bassängens medeldjup
Referens:
Δ h =
2
c* u * l
H
U.S.Army Coastal Engineering Research Center; Shore protection manual.
Volume 1; Third Edition 1977.

2010-12-08
Beräknad stationär
vinduppstuvning (m)
Vindhastighet 20 m /s
0,3
0,3
0,5
0,3
0,3
0,2
0,2
0,3
0,4
0,5
0,3
18

Återkomsttider (år) för vindhastigheten 20.0 m/s, beräknat med
fördelningsfunktionernaGEV och Gumbel
Anpassning
Alla vindriktningar
Nordlig vind
Ostlig vind
Sydlig vind
Västlig vind
Gumbel
1.1
4.1
6.2
4.5
2.7
GEV
1.05
3.42
5.66
4.51
2.24
Tidsserien baseras på observationer av 10 minuters medelvind vid Pålgrunden och Sotenäs
var tredje timme.

Tillägg för temporär uppstuvning?
50-75% ?

2010-12-08
Global modelling
Regional modelling
Local-regional
Local regional
studies

2010-12-08
Nya klimatberäkningar
Nation Institut Scenario GCM RCM Upplösning Period
SMHI A1B ECHAM5(1) RCA3 50 km 1961-2100
SMHI A1B ECHAM5(2) RCA3 50 km 1961-2100
SMHI A1B ECHAM5(3) RCA3 50 km 1961-2100
SMHI A1B ECHAM5(3) RCA3 25 km 1961-2100
SMHI B1 ECHAM5(1) RCA3 50 km 1961-2100
SMHI A1B CNRM RCA3 50 km 1961-2100
SMHI A1B CCSM3 RCA3 50 km 1961-2100
CNRM A1B ARPEGE Aladin 25 km 1961-2050
KNMI A1B ECHAM5(3) RACMO 25 km 1961-2100
MPI A1B ECHAM5(3) REMO 25 km 1961-2100
C4I A2 ECHAM5(3) RCA3 25 km 1961-2050
HC A1B HadCM3(Q0) HadRM3 25 km 1961-2100
C4I A1B HadCM3(Q16) RCA3 25 km 1961-2100
METNO A1B BCM HIRHAM 25 km 1961-2050
METNO A1B HadCM3(Q0) HIRHAM 25 km 1961-2050
DMI A1B ECHAM5(3) HIRHAM 25 km 1961-2100
22

2010-12-08
Ändring av 100-årsflödet från 1963-1992…
Resultat från pågående projekt finansierat av Elforsk
…till 2021-2050 …till 2069-2098
Medelvärde
av 16 klimatberäkningar
Medelvärde
av 12 klimatberäkningar
23

Tillrinningsområdet för
Vänern och
Göta älv

Ändrad medeltillrinning till Vänern

Ändrad årstidstillrinning till Vänern
Vinter
Sommar
Vår
Höst

Framtidens nivåer, dagens
tappningsstrategi

Framtidens tappningar, dagens
tappningsstrategi

Hypotetiskt ändrad reglering med tappning 1200
m3/s redan vid dämningsgränsen. Nivåer

Skillnaden mellan dagens strategi och en
hypotetiskt ändrad reglering med tappning 1200
m3/s redan vid dämningsgränsen. Nivåer

Framtidens dimensionerande nivå för
Klass I förhållanden

2010-12-08
32

2010-12-08
33

2010-12-08
Analys av 12 scenarier
Blått = 1030 m 3 /s
Rött = 1200 m 3 /s
= medelvärde
34

2010-12-08
Analys av 12 scenarier
Blått = 1030 m 3 /s
Rött = 1200 m 3 /s
= medelvärde
KS-utredningen
35

2010-12-08
Alternativa bedömningar för Karlstad? (Lägg till 30 cm
för vinden i Vänersborg)
OBS! Rikets system RH 00!
Dagens tappningsförhållanden utan vind 46,08
Dagens tappningsförhållanden+stationär vind 46,38
Dagens tappningsförhållanden+kortvarig vind (+50%) 46,53
Dagens tappningsförhållanden+stationär vind+medelklimat 2100 46,58
Dagens tappningsförhållanden+kortvarig vind+medelklimat 2100 46,73
1200 vid dg utan vind 45,70
1200 vid dg+stationär vind 46,00
1200 vid dg+kortvarig vind (+50%) 46,15
1200 vid dg+stationär vind+medelklimat 2100 46,20
1200 vid dg+kortvarig vind+medelklimat 2100 46,35
KS-utredningens dimensionerande nivå (inkl. vind och klimat) 47,40
KS-utredningens 100-års nivå (inkl. vind) 46,50
Max observerat 2001 45,67
36

Fortsättning följer…
Temporär vinduppstuvning bör studeras
Kraft och gruvindustrins rekommendationer rörande klimateffekten på
dimensionerande flöden kommer under 2011
Möjliga tappningsstrategier kan diskuteras och studeras
SGIs utredning i Göta älv kommer under 2011
Övergripande fråga: Vilken nivå strävar vi efter?

Tack för uppmärksamheten

46.0
45.5
45.0
44.5
44.0
43.5
43.0
Vattenstånd i Vänern
1910
Vattendom 1937
1846-01-01 1871-01-01 1896-01-01 1921-01-01 1946-01-01 1971-01-01 1996-01-01

2010-12-08
Tappning från Vänern
1250
1000
750
500
250
0
1846-01-01 1871-01-01 1896-01-01 1921-01-01 1946-01-01 1971-01-01 1996-01-01
40

m.ö.h. (RH 00)
46,50
46,00
45,50
45,00
44,50
44,00
43,50
43,00
Vänerns vattenstånd år 2000 - 2002
Medelvärde 1935-2002
Vänerns vattenstånd 2000-2002
Dämningsgräns
Sänkningsgräns
Rekonstruerat naturligt vattenstånd
jan-00 jul-00 jan-01 jul-01 jan-02 jul-02

2010-12-08
Den nya strategin
42

2010-12-08
Så här påverkas vattenstånden i Vänern
43

2010-12-08
Så här påverkas tappningen i Göta älv
44

2010-12-08
Principen för beräkning av klass I flöden
45

2010-12-08
Dimensionerande flöden (Klass I) i ett
förändrat klimat
46

Kommittén för dimensionerande flöden för dammar i
ett klimatförändringsperspektiv bildades 2008 genom
en överenskommelse mellan Svenska Kraftnät,
Svensk Energi, SveMin och SMHI.
Rekommendationer kommer under 2011!

Kommittén för dimensionerande flöden i ett framtida klimat
Sten Bergström, SMHI
Gun Åhrling Rundström, Svensk Energi
Maria Bartsch*, SvK
Claes-Olof Brandesten*, Vattenfall
Jan Liif, Statkraft
Björn Norell*, VRF
* Ingår i styrgrupp för forskningsprojekten
Agne Lärke*, Fortum
Olle Mill*, SvK
Sigrid Eliasson*, E.ON
Lars-Åke Lindahl*, SveMin
Gunnar Sjödin, VRF
Johan Andréasson, SMHI
2009-09-22

2010-12-08
Vattenståndsändring / Landhöjning (cm)
100
80
60
40
20
0
-20
Göteborg
-40
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
År
Global
vattenståndshöjning
Landhöjning
Nettoändring
49

2010-12-08
Tankar om sannolikheten
Den dimensionerande snöns återkomsttid: ca 30 år (x 0,5?)
Den dimensionerande nederbördens återkomsttid: ca 100 år (x 0,5?)
Återkomsstid för nederbörden oktober-december: ca 200 år
Vindens återkomsttid (20 m/s): ca 2 år ???
Till detta kommer en svårbedömd effekt av att dessa faktorer inträffar under den
mest kritiska tidsperioden under detta år. Det minskar sannolikheten ytterligare.
Ett exempel är sannolikheten för att det dimensionerande regnet skall inträffa just
under den period där det ersätter den observerade nederbörden på det mest
flödesskapande sättet.
Antagandet om att vinden infaller någon gång under 3 månader av vinterhalvårets 6
ökar vindens återkomsttid till ungefär det dubbla.
50

2010-12-08
Some recent assessments of sea level rise by 2100
Date Source Reference
period
SLR about 2100 (cm)
January 2007 IPCC 1980-1999 18-59 (excl. ice
dynamics)
Autumn 2008 Dutch Delta committee 1990 55-120
April 2009 Rummukainen och Källén 2009 ”About 1 m in 100
years”
June 2009 Ministry of Natural Resources and
Environment, Vietnam
June 2009 UK Climate Projections science
report
November
2009
November
2009
November
2009
1980-1999 75 (65-100)
1980-1999 11,6 – 75,8 around UK
and Ireland
Copenhagen diagnosis 1980-1999 “ at least twice as much
as projected by Working
Group1 of the IPCC
AR4”
“it may well exceed 1
m”
NOAA ”by the end of
this century”
Netherlands Environmental
Assessment Agency PBL m.fl.
3 – 4 feet (90-120 cm)
1990 55 -110 (40 -105 locally
for Holland)
51

2010-12-08
Vänerns och Göta älvs problem
Vattendom från 1937, baserad på dåtidens kunskap
Stort exploateringstryck längs stränderna, vattenkraft, sjöfart, miljö,
vattenförsörjning, jordbruk
Stor sårbarhet under dagens klimatförhållanden (2000/2001!)
Det krävs en ökning av avbördningskapaciteten
Göta älv är skredkänsligt och havet hindrar höga tappningar
Problemen förvärras troligen av en global uppvärmning
Landhöjningen håller inte jämna steg med havsnivåhöjningen
52