Modellering av grønt tak med mengdekontroll ved hjelp av SWMM : casestudie Vega Scene

Abstract

Historisk sett har man i Norge håndtert overvann i byer ved å lede det ned i sluk til rørsystemer. Klimaendringene vil føre til flere og kraftigere regnbyger, og kapasiteten til ledningsnettene vil overskrides. Dette vil forårsake skader på miljø og infrastruktur til store summer hvert år. Som et alternativ til utbygging og oppdimensjonering av det eksisterende ledningsnettet kan tiltak som fordrøyer vannet lokalt implementeres. Blågrønne tak er vegeterte tak med mengdekontroll, som tillater tilbakeholdelse av store mengder nedbør. Med tilstrekkelig kunnskap om tiltakets funksjon og evne til å fordrøye kan blågrønne tak være fremtidsrettede overvannsløsninger med stort potensiale. Et viktig steg i denne kunnskapsprosessen er utviklingen av hydrauliske modeller, som beskriver sammenhengen mellom nedbør og avrenning, og dermed hvor mye og hvor lenge vann kan holdes tilbake på taket. Forutsetningene for en god modell er først og fremst gode grunnlagsdata. For at resultatene skal være pålitelige er det også essensielt at modellen kalibreres med hensyn til nedbør-avrenning. Til denne oppgaven er det blågrønne taket på Vega Scene i Oslo brukt som utgangspunkt for en hydraulisk overvannsmodell i SWMM. Taket består av et grønt toppdekke, som har som oppgave å infiltrere og fordampe hverdagslige regn. I tillegg har taket et magasinerende sjikt, som kombinert med strupede utløp gjør at det har kapasitet til å holde tilbake vann. NVE har utstyrt taket med ulike måleinstrumenter. Nedbørmålingene ble brukt som input i modellene og vannføringsdataene ble benyttet til kalibrering. Det finnes ingen opplagt måte å modellere blågrønne tak på i SWMM, og flere modelloppsett ble derfor testet ut. Rekkefølgen på komponenter i modellen og inkludering av programmets LID-modul viste seg å ha stor innvirkning på resultatene. Kritiske parametere for kalibreringsprosessen var tykkelsen på jordlaget, overflateruhet og gropmagasinering. Modellresultatene viste at det blågrønne taket hadde en gjennomsnittlig retensjonsevne på 34%. Ved en dimensjonerende hendelse med gjentaksintervall 20 år ble spissavrenningen redusert med 95% sammenlignet med et tradisjonelt svart tak. For fremtidig arbeid foreslås det blant annet å etterprøve modellen for lignende tak og høyere nedbørintensiteter.

Storm water in Norwegian cities has historically been led to pipes and drainage systems. Climate change will cause an increase in precipitation, both regarding amount and intensity. The capacity of the pipes will hence be exceeded, and environmental and infrastrucural damages may end up costing the society several billions every year. As an alternative to upgading the existing systems, initiatives that arrange for local retention of rainwater can be implemented. Blue-green roofs are vegetated roofs with discharge control and can serve as such initiatives. With sufficient knowlengde about their functionality they can be solutions with great potential in the future. The development of hydraulic models which describe the relationship between rainwater and run-off is an important step in this process of acquiring knowlengde. Prerequisite for a good model is basic data of high quality, and calibration of the model with regard to rainwater - run-off is essential. The hydraulic stormwater model in SWMM is based on the blue-green roof on the top of Vega Scene in Oslo. The roof consists of a vegetated top layer with a storage layer underneath. Combined with regulated outlets, the storage layer has the capasity to retent high volumes of water. The Norwegian Water Resources and Energy Directorate has provided the roof with measuring instruments. The measured precipitation was used as input in the model, and the discharge flow was utilized for calibration. There are no evident and builtin methods to model blue-green roofs in SWMM, and different designs and set-ups were therefore examined and evaluated. The consecutive sequence of components in the model and the application of the program’s LID-module had a considerable impact on the results. Parameters critical for the calibration process were the thickness of the soil layer, surface roughness and the depth of depression storage. The simulations resulted in an average retention of 34% for the blue-green roof. Compared to a traditional black roof, the maximum flow was reduced by 95% when simulating a rainfall with a return period of 20 years. Suggestions for further work include verifying the model for similar roofs and higher rainfall intensities