Sammenligning av manuelle og modellbaserte metoder for dimensjonering av fordrøyningsvolum for overvann

Abstract

Hyppigere intensive nedbørshendelser i urbaniserte områder, kombinert med stadig mer fortetting, endrer hvordan tiltak for overvann dimensjoneres. Som følge av dette kan mangel på overvannshåndtering føre til økt skade på bebyggelse og infrastruktur. Upresis og manglende dimensjonering for overvann kan bli kostbart. Beregning og dimensjonering av overvannssystemer som del av byggesaksbehandling er derfor blitt standard i flere norske kommuner. Manuell beregningsmetode basert på empiriske modeller og fysiske formler som regnenvelopmetoden og den rasjonale metode, er den mest vanlige metoden for dimensjonering av overvannssystemer og bestemmelse av fordrøyningsvolum. Metoden har flere forutsetninger og forenklinger som introduserer betydelig usikkerhet knyttet til resultatene. I dag håndteres usikkerheten i liten grad i prosjekt, og det er også ukjent om metoden bidrar til over- eller underdimensjonering av fordrøyningsvolum når en sammenligner med mer detaljerte og realistiske analyser gjennom datasimulert beregningsmetodikk.

Hovedformålet med studien er å vurdere og sammenligne dagens praksis opp mot resultater ved bruk av mer realistiske modeller for dimensjonering. I denne studien er US EPAs Storm Water Management Model (SWMM) benyttet som datasimulert beregningsmetode. Grunnlaget for studien er 31 prosjektutredninger i forbindelse med byggesaksbehandling i perioden 2015-2022, der fordrøyningsvolumet er dimensjonert ved bruk av den rasjonale metode. Inngangsdata i SWMM-modellene er prosjektenes stedlige forutsetninger og karakteristikker, samt modellregn som nedbørshendelser. Ved bruk av modellregn til beregninger antas det at gjentaksintervallet er likt for nedbør og avrenning. Denne antakelsen studeres nærmere for tre ulike modellregn (kasseregn, symmetrisk blokkhyetogram og trekantregn). Modellene dimensjoneres med modellregnene for et 5- års gjentaksintervall, og studien undersøker gjentaksintervallet for overskridelse av fordrøyningsanleggets kapasitet mot lengre tidsserier med historisk nedbør.

Resultatene av studien viser en signifikant forskjell mellom manuelle- og datasimulerte beregningsmetoder ved dimensjonering av fordrøyningsvolum for overvann. Forskjellen gir tydelig indikasjon på at dagens praksis ved bruk av manuelle beregningsmetoder overdimensjonerer fordrøyningsvolum til byggesaksbehandling. Resultatene viser at den rasjonale metode overestimerer volum i 90% av prosjektutredningene. I gjennomsnitt er fordrøyningsvolumet beregnet i SWMM til å være 38% lavere enn ved den rasjonale metode. Forholdet mellom utløp og areal (spesifikt maksimalt utløp (l/(s*ha))), samt andel impermeable og permeable flater er mest utslagsgivende for størrelsen på avviket i beregnet fordrøyningsvolum mellom beregningsmetodene. Studien viser at avviket øker ved økt spesifikt utløp, kombinert med høyere andel permeable flater.

Ved dimensjonering av tiltak med modellregn viser studien at gjentaksintervall for overskridelse av kapasitet er i varierende overenstemmelse med hva en forventer ved historiske nedbørsserier. Gjentaksintervallet var i gjennomsnitt høyere enn forventningen ved historisk nedbør, som resulterer i en underdimensjonering av fordrøyningsvolum. For å få en presis dimensjonering av fordrøyningsvolum basert på historiske tidsserier anbefales det at spesifikt maksimalt utløp er under 80 (l/(s*ha)). Felt med et spesifikt maksimalt utløp over 80 (l/(s*ha)), som samtidig har mer enn 70% andel impermeable flater, kan også gi en presis dimensjonering basert på historiske tidsserier i SWMM. Da er gjentaksintervallet for overskridelse av kapasitet lik forventet overskridelse ved historiske nedbørsserier for alle de tre modellregnene. En nedbørsanalyse av dimensjonerende nedbørshendelser fra historisk nedbør er også foretatt. Der viser resultatene at gjentaksintervallet for dimensjonerende hendelser er av forventet størrelse etter hva som er dimensjonert.

Resultatene i denne studien har betydning for praksis knyttet til dimensjonering av fordrøyningsanlegg. Det anbefales at dimensjoneringen beregnes ved bruk av datasimulerte metoder for å redusere usikkerheten som eksisterer ved manuelle metoder. Ved å bruke denne studiens resultater i fremtidig dimensjonering av fordrøyningsvolum, kan beregningene bli mer presise og optimalisere dimensjoneringen av overvannssystemer til byggesaksbehandling. Videre arbeid vil innebære evaluering av andre databaserte nedbør-avløpsmodeller og vurdering av flere modellregn, samt undersøke forskjell i fordrøyningsvolum beregnet i manuell metode og SWMM for felt der det foreligger en kalibrert og validert datasimulert beregningsmetode.

More frequent and intensive precipitation events in urban areas change how we dimension stormwater solutions. Documentation of calculations for design of stormwater solutions has become a standard part of case processing for construction and spatial planning. Manual calculation methods based on empirical models and physical formulas, such as the rational method, is the most common methodology used for design and estimation of stormwater solutions and the detention volume today. It is unknown whether the methodology contributes to miscalculation of stormwater solutions when comparing it to more detailed and realistic analyses through computer simulated calculation methods. The main objective for this study was to investigate and compare current calculation practice against results from more realistic models of dimensioning (Storm Water Management Model, SWMM). The basis of the study was 31 previous construction projects in the period 2015-2022, where the detention system for stormwater was calculated with manual calculation methods. When using rainfall hyetographsin calculation, it is presumed that the return period between precipitation and runoff is equal. This presumption was further studied for three types of rainfall hyetographs.