Samanlikning av HEC-RAS og MIKE 21 Flow Model FM to-dimensjonal hydraulisk modelleringsevne med utprøving av funksjonar i nedbørsfeltet Nadderud

Abstract

Modellering av hydrodynamikken på overflaten har fått større fokus dei siste åra. Dette fordi ekstremnedbør forårsaka av fortetting og klimaendringar har store samfunnsøkonomiske konsekvensar for Noreg. NVE har utgitt første av tre rettleiarar for å hjelpe kommunar med denne problematikken. Nå som kommunar i større grad begynner å få eit nytt forhold til hydrauliske overflatemodellar er det viktig å belyse dette fagfeltet. Introduksjon av funksjonalitet for 2D hydraulisk modellering i HEC-RAS byr på spørsmålet om verktøyet er i stand til å lage modellar som er samanliknbare med andre etablerte verktøy, som til dømes MIKE 21. Oppgåva har som formål å samanlikne 2D modelleringsevne til HEC-RAS og MIKE 21. Dette ved å anvende begge verktøy på analysefeltet Nadderud der funksjonelle svakheita og styrka av dei enkelte verktøya beskrivast i lys av at kandidaten ikkje har tidlegare erfaring med verktøya. Desse funksjonane vart utforska ved å introdusere nye parameter i dei enkelte modellane for å sjå korleis dette påverke resultat. Parameter som vert utforska er tettheit på berekningsnett, bruk av detaljområde, bruk av varierte verdiar for botnfriksjon og berekning av simulasjonar ved forskjellige likningssett/metodar. For å kunne ha eit grunnlag for samanlikning av resultata på tvers av verktøy, vart 7 punkt plassert i feltet der punktseriar vart registeret i desse punkt for alle resultat. Korleis introduksjon av desse parameter påverke både vassdjup og hastigheit blei samanlikna på tvers av verktøy på grunnlag av desse tidsseriar. Videre vart resultat frå forskjellige modellar presentert grafisk. I HEC-RAS vart resultat frå paramter-introduksjon samanlikna også grafisk. Resultat frå samanlikningspunkt påpeike behovet for gode terrengmodell og berekningsnett. Tettheita på berekningsnett har stor betydning for resultat i HEC-RAS, der grov berekningsnett plassert utan omhug kan introdusere grove feil. Resultat frå simulering gjort i MIKE 21 viser å ha ein viss usikkerheit ved bruk av høg ordens likningsløyser. Fordi modellen ikkje vart kalibrert, kunne ikkje noko resultat validerast. Det kunne likevel observerast betydeleg samsvar mellom resultat i MIKE 21 og HEC-RAS i fleire punkt, noko som kan forventast gitt riktig bruk av verktøy. Brukarvenlegheita til begge verktøy vart også diskutert frå ein nybegynnar perspektiv, der HEC-RAS viste seg å vere meir brukarvenleg. Dette delvis på grunn av oversikteleg dokumentasjon, rettleiarar og video og ein meir intuitiv oppsett av funksjonar.

Hydrodynamic modelling of surface water runoff has received greater focus in recent years. This is due to extreme precipitation caused by densification and climate change that has resulted in major socio-economic consequences for Norway. NVE has published the first of three guidelines to help municipalities deal with this problem. Now that municipalities are to a greater extent starting to have to reconsider their understanding of hydraulic surface runoff models, it is important to shed light on this field of study. The introduction of functionality for 2D hydraulic modeling in HEC-RAS raises the question of whether the software can create models that are comparable to other established tools in the modelling 2D runoff, such as MIKE 21. This thesis aims to compare 2D modeling ability of HEC-RAS and MIKE 21. This is done by applying both tools to the catchment area Nadderud. This is done by comparing strengths and weaknesses of both software, while also taking into consideration that the candidate has no previous experience with the software. These strengths and weaknesses were explored by introducing new parameters in the individual models to see how this affects the result. Parameters that are explored are density of calculational grid, use of detail area, use of varied values for bottom friction and calculation of simulations by different equation forms. To have a basis for comparing the results across both software, 7 points were placed in the catchment area. These points registered timeseries for all results. The effects of introducing new parameters on water depth and water velocity were compared across both software based on these time series. Furthermore, results from different models were presented graphically. Results from introduction of new parameters in HEC-RAS were also compared graphically. Results indicate the need for good terrain models and calculational grids. The density of the calculational grid is of great importance for the results in HEC-RAS, as rough calculation grid placed without consideration can introduce serious errors. Results from simulation run in MIKE 21 show that there is a considerable uncertainty when using high-order equation solvers. Because the model was not calibrated, no results could be validated. Nevertheless, a significant correlation could be observed between the result in MIKE 21 and HEC-RAS in several points, something that can be expected given that the software is being used correctly. The user-friendliness of each software was assessed from a beginner's perspective, where HEC-RAS proved to be more user-friendly. This is partly due to good scientific documentation, user-guides and informative videos and a more intuitive set-up of interface.