Utvikling av GIS-verktøy for overvannsberegninger : hva kan oppnås gitt få inngangsverdier?

Abstract

I flere år har overvann vært et tema som har blitt vurdert for sent i flere utbyggingsprosjekter i Norge, noe som igjen har ført til at løsningene som implementeres blir mer kostbare eller har dårligere funksjonalitet enn det som kunne ha vært oppnådd. Modelleringsverktøy kan være hjelpsomt til vurdering av overvann i tidlig fase, men av flere ulike årsaker er det ofte høy terskel for å benytte verktøyene som er tilgjengelige i dag. Hensikten med denne gradsoppgaven har vært å utvikle et brukervennlig verktøy for overvannsvurderinger som beregner flest mulig relevante resultater i tidlig fase, samtidig som det krever et minimum av input til gjennomføring av beregningene.

Verktøyet i denne gradsoppgaven er blitt utviklet i form av et modell-verktøy via GIS-verktøyet ArcGIS Pro, da ArcGIS Pro er en flerfunksjonell plattform som er tilgjengelig for de fleste private og offentlige instanser i Norge. Modellen er en sammensetning av innebygde verktøy i ArcGIS Pro utviklet av ESRI og selvlagde skript-verktøy som gjennomfører beregninger det ikke eksisterer noen innebygde verktøy til. Ved hjelp av kun tre inngangsparametere kan modellen, for et gitt planområde, beregne et bredt utvalg av feltkarakteristikker samt dimensjonerende vannføringer for ulike gjentaksintervall. Metodikken i modellens beregninger er hovedsakelig basert på den rasjonale metode, og er derfor best egnet på små, urbane felt.

Igjennom gradsoppgaven er det blitt gjennomført en grundig testing av modellen på flere ulike områder med varierende størrelse, topografi og ulik grad av urbanisering. I tillegg er modellens beregninger blitt kontrollert mot resultater fra både manuell beregning via den rasjonale metode og resultater fra modelleringsverktøyet HEC-RAS. Høy korrelasjon mellom resultater fra modellen og manuelle beregninger tyder på at modellen er egnet til bruk for vurdering av overvann på de aller fleste mindre områder der manuelle metoder ellers ville ha blitt benyttet. Enkelte større avvik mellom beregningsresultater fra modellen og fra HEC-RAS indikerer imidlertid at det bør gjennomføres ytterligere testing av modellen i fremtiden slik at flere årsaker til avvik kan avdekkes, og også reduseres.

For å redusere terskelen for å benytte modelleringsverktøy i tidlig fase er verktøyets anvendelighet, og visualisering av resultatene, vel så viktig som beregningsresultatene i form av tall. Modellen er derfor programmert til å kreve minst mulig innsats fra brukeren, samtidig som den beregner alle nødvendige resultater. I tillegg presenteres og visualiseres resultatene automatisk når beregningene er ferdig. På denne måten tilfredsstiller modellen målet om et lettvint verktøy som kan benyttes i tidlig fase og som i tillegg krever få forkunnskaper fra brukeren.

Ut ifra den ferdig utviklede modellen, slik den er ved avslutningen på denne gradsoppgaven, kan det konkluderes med at det har lyktes i å utvikle et verktøy som kan automatisere flere av overvannsberegningene som gjennomføres i dag. Samtidig som verktøyet ikke er avhengig av store mengder inngangsdata, vil det kunne gi brukeren essensiell informasjon for vurdering av overvann i et planområde. Det kan dermed forventes at et verktøy liknende denne modellen kan redusere terskelhøyden for å benytte modelleringsverktøy i tidlig fase.

In Norway, stormwater management has for many years been considered too late in process of urban development. This has often resulted in more costly solutions, or solutions of less functionality than what could have been achieved with better planning. Modelling tools can be very useful when assessing stormwater problems in the early phase of a project. However, for several reasons, modelling tools are often refrained from being used. The intention with this master thesis has been to develop a user-friendly tool for assessment of stormwater, which calculates as many relevant results as possible, while at the same time requiring a minimum of input.

The tool has been developed in the form of a model tool using ArcGIS Pro software. ArcGIS Pro was chosen because of its multifunctionality, and because it is one of the most commonly used platforms by private companies, municipalities etc. This model tool combines the integrated geoprocessing tools developed by ESRI and self-made script tools. The tool performs calculations that cannot be done by any available geoprocessing tool. Using only three input-parameters, the model tool can, for a given area, calculate several hydrological parameters, in addition to stormwater peak flows for different recurrence intervals. The calculations are mainly based on the rational method, and the modelling tool is therefore best suited for small, urban areas.

Through this master thesis, the model tool has been thoroughly tested on several different areas of varying size, topography and level of urbanization. Additionally, the results calculated by the tool have been compared against results from manual calculation using the rational method, and results from the modelling tool HEC-RAS. High correlation between results from the model tool and the manual calculations indicates that the model tool can be used for stormwater assessments in most types of small areas, with a few limitations. However, deviations between the results from the model tool and HEC-RAS indicate that further testing of the tool should be conducted to uncover the cause of the deviations and further reduce them.

The applicability of the tool, and the visual presentation of the results, will be just as important as the results in the form of numbers in order to prevent people of refraining from using it. Hence, the tool has been programmed to demand as little effort as possible by the user, while simultaneously provide all the necessary results. In addition, the results are visualized automatically when the calculations are completed. In this way, the model tool fulfills the role of an easy to use tool in early phases which demands little prior knowledge from the user.

Based on the capabilities of today’s developed model tool, it can be concluded that the development of a tool which can automatically conduct many of the stormwater calculations done manually today has been successful, using only software like ArcGIS Pro. Furthermore, the tool provides sufficient information for stormwater assessments in a given area, independent of large amounts of input data. It is therefore expected that a tool similar to this model tool is less likely to be refrained from being used compared to other available modelling tools today.