Greinar
Mynd 1: Landlíkan og vatnasvið.

Flóðatíðni fjögurra vatnasviða

Mat á hönnunarflóði ómældra vatnasviða með notkun svæðisbundinnar tíðnigreiningar

30.7.2013

Ýmis verkefni krefjast útreikninga á svokölluðu T-ára flóði, þ.e.a.s. stærð rennslistopps með T-ára endurkomutíma.

Þessar upplýsingar eru nauðsynlegar við brúar- og stífluhönnun, sem og við hönnun á öðrum straumfræðilegum mannvirkjum og ekki síður við rekstur uppistöðulóna. Upplýsinganna er oft krafist á stöðum þar sem mældar rennslisraðir eru annaðhvort ekki til staðar eða ekki nógu langar til að standa undir útreikningum á sjaldgæfum atburðum.

Ýmsum aðferðum má beita við útreikninga flóðatölfræði. Ein leiðin er nota vatnafræðilíkan.

Vatnafræðilíkan er kvarðað fyrir mælt vatnasvið og notað til að herma rennslisraðir á ómældum svæðum innan þess vatnasviðs eða á öðru nálægu vatnasviði. Sú leið sem notuð er í þessu verkefni byggir á svæðisbundinni tíðnigreiningu flóða. Þessi aðferð hefur víða verið notuð af vatna- og verkfræðingum við flóðahönnun. Hugmyndin er að nota öll tiltæk rennslisgögn af svæði sem er vatnafarslega einsleitt til að bæta upp fyrir takmörkuð gögn á því vatnasviði sem skoða á.

Aðferðafræði

Flóð er skilgreint í þessu tilfelli sem árlegt hámarksgildi augnabliksrennslis. Svæðisbundin tíðnigreining flóða gerir ráð fyrir að á svæði sem er vatnafarslega einsleitt sé dreifing flóðatíðni ólíkra vatnasviða sú sama ef frá er talinn kvörðunarþáttur. Mat á T-ára flóði vatnasviða er fengið með því að endurkvarða svæðisbundið vaxtargraf með svonefndum kvörðunarþætti flóða. Svæðisbundið vaxtargraf er endurkvarðað en það er einingalaus dreifing flóðatíðni sem er reiknuð með því að sameina einstök vaxtargröf fyrir hvert mælt vatnasvið. Kvörðunarþátturinn er skilgreindur með meðalgildi af árlegu hámarksflóði.

Á mældum vatnasviðum er meðalgildi úrtaksins notað. Á ómældum vatnasviðum er kvörðunarþáttur flóða metinn með línulegri aðhvarfsgreiningu og byggist á eðlislandfræðilegum, vatnafræðilegum og veðurfræðilegum þáttum fyrir hvert vatnasvið. Þessir þættir eru til að mynda flatarmál, hæð, halli og ummál vatnasviðs, árleg úrkoma o.fl. Nánar má lesa um aðferðafræðina í meðfylgjandi skjali (pdf 0,7 Mb). Sjá einnig eftirfarandi skýrslur Veðurstofu Íslands (höfundur Philippe Crochet):

Estimating the flood frequency distribution for ungauged catchments using an index flood procedure. Application to ten catchments in Northern Iceland.

Evaluation of two delineation methods for regional flood frequency analysis in northern Iceland.

Rannsóknasvæði

Tíu vatnasvið voru valin til þess að prófa aðferðafræðina (sjá mynd 1 hér efst). Fimm þeirra eru staðsett á eða í nálægð við Tröllaskaga (svæði 1) og hin fimm eru á eða nálægt Vestfjörðum (svæði 2). Bæði svæðin einkennast af fjalllendi og miklum breytileika í úrkomu.

Niðurstöður

Aðferðafræðinni sem lýst er hér var beitt á þessi tvö svæði hvort fyrir sig. Mynd 2 sýnir svæðisbundin og einstök vaxtargröf fyrir Vestfirðina. Sjá má að þessi tíðnigröf falla tiltölulega vel saman sem bendir til þess að ályktunin um einsleitni vaxtargrafanna er gild fyrir þetta svæði.

Sex mismunandi líkön voru prófuð við mat á kvörðunarþættinum. Þar sem fjöldi vatnshæðarmæla var takmarkaður við fimm á hvoru svæði, voru líkönin skilgreind með því að sameina nokkra vatnasviðsþætti í eina breytu. Þættir hvers vatnasviðs voru: flatarmál (A), ummál (L), meðalhæð vatnasviðs (Z), halli (S), meðalársúrkoma (P) og meðalgildi af árlegu hámarksafrennsli (Qs) fengið út frá úrkomu- og hitagögnum í reglulegu reiknineti. Mynd 3 sýnir niðurstöður fyrir bæði svæði. Fyrstu fimm líkönin gefa viðunandi mat á kvörðunarþættinum með háa fylgnistuðla.

Til að meta gæði aðferðarinnar er flóðatíðnigraf hvers vatnasviðs endurgert með því að nota aðeins gögn frá hinum fjórum vatnasviðunum frá tilheyrandi svæði. Niðurstöðurnar eru bornar saman við flóðatíðnigrafið sem fæst með mældum rennslisgögnum, sjá myndir 4 abcd.

Ályktanir

Takmörkuð gögn eru oftar en ekki mesta hindrunin í vatnafræðilegum hönnunarverkefnum. Sú svæðisbundna tíðnigreining flóða sem kynnt er hér er öflugt tól til að meta endurkomutíma flóða á svæðum með takmörkuðum mælingum eða á ómældum svæðum. Helstu erfiðleikarnir eru annars vegar skilgreiningin á einsleitum svæðum og hins vegar mat á kvörðunarþættinum.

Starfsmenn Veðurstofu Íslands, þau Philippe Crochet, Tinna Þórarinsdóttir og Auður Atladóttir, kynntu þessar niðurstöður á rannsóknarráðstefnu Vegagerðarinnar 2012 en rannsóknin var að mestu styrkt af Vegagerðinni.

Myndir

Vestfirðir

Mynd 2: Einstök og svæðisbundin vaxtargröf fyrir vatnasvið á Vestfjörðum.

Tröllaskagi og Vestfirðir
Mynd 3: Líkanreiknaður kvörðunarþáttur fyrir vatnasvið á Tröllaskaga (rautt) og Vestfjörðum (blátt).

Myndirnar hér undir sýna mældar og metnar dreifingar á flóðatíðni fjögurra vatnasviða. Svarta heila línan sýnir viðmiðunardreifingu út frá mældu flóðaúrtaki og skyggða svæðið sýnir 95% öryggisbil. Rauða heila línan samsvarar metinni dreifingu sé gert ráð fyrir takmörkuðum mælingum. Heila græna línan samsvarar metinni dreifingu sé gert ráð fyrir ómældu vatnasviði. Brotnu línurnar lýsa 95% öryggisbili fyrir tiltekna dreifingu. Myndir 4abcd:

Haukadalsá
Dynjandisá
Þverá
Hvalá


Ályktun

Eins og fyrr segir, þá er svæðisbundin tíðnigreining flóða öflugt tól til að meta endurkomutíma flóða á svæðum með takmörkuðum mælingum og á ómældum svæðum.





Aðrir tengdir vefir



Ekkert skjal tengt
Þetta vefsvæði byggir á Eplica