Intensivt regn och översvämningsrisk

Hydrologiska processer påverkas starkt av häftig nederbörd och det finns behov av bättre förståelse för hur häftig nederbörd beskrivs i observationer, prognoser och klimatprojektioner. Det behövs också en förbättrad metodik för att kombinera olika källor till integrerade produkter som senare kan användas i hydrologisk modellering och urbanhydrologiska prognoser. Detta är ett forskningsområde vi fokuserar långsiktigt på.

Häftig nederbörd

Bakgrund

Alla hydrologiska processer styrs i varierande grad av nederbörd i allmänhet och i synnerhet de mest intensiva regnen (skyfall).

Ösregn

Tillförlitliga regndata är därför en förutsättning för god hydrologisk modellering, på alla skalor, som dock är svår att uppfylla. Detta beror på de svårigheter det innebär både att mäta och att modellera regn.

Regnets extrema variation i både tid och rum ställer mycket höga krav på datainsamlingen vid mätningar:

  • Hög upplösning i både tid och rum (över ett stort område, t.ex. hela Sverige)
  • Hög noggrannhet med avseende på regnintensitet

Dessa krav kan i dagsläget inte uppfyllas av ett enskilt instrument utan olika datakällor, t.ex. mätningar från stationer och väderradar, har olika styrkor och svagheter.

För att förutsäga intensivt regn och skyfall på olika tidshorisont, från de närmast följande timmarna (korttidsprognoser) till dess förändring fram till slutet på seklet (klimatprojektioner), används meteorologiska prognos- eller klimatmodeller. Simulering och prognosering av skyfall kompliceras både av att de atmosfäriska processer som skapar denna typ av regn sker på mycket liten skala (i detta sammanhang) och av att processerna är svåra att formulera i matematiska termer.

Intensivt regn och skyfall skapar översvämningsrisk i t.ex. små, branta, kala avrinningsområden samt framför allt i städer med stor andel hårdgjord yta, där förändringar i flödet kan ske väldigt snabbt och leda till s.k. pluviala översvämningar. För att beräkna dessa risker för höga flöden och översvämningar krävs en hydrologisk modell, också den med hög upplösning i både tid och rum. Den nationella hydrologiska modellen S-HYPE som idag används för simulering och prognosering har en rumslig upplösning som gör det möjligt att hantera dessa typer av områden. Det tidssteg som används idag är emellertid vanligtvis 1 dygn, vilket begränsar möjligheterna att beskriva hastiga och kortvariga flödesförändringar.

Det är dock inte alltid regnen med högst korttidsintensitet som skapar störst problem utan det är ett tämligen komplext samspel med tidigare väderlek, som t.ex. styr den aktuella markfuktigheten och fyllnadsgraden i ledningsnät, och olika områdesegenskaper såsom grad av hårdgjordhet. 

Forskningsfrågor

  • Med vilken noggrannhet är intensiv nederbörd beskriven i olika typer av observationer och prognoser?
  • Hur kan olika typer av observationer och prognoser kombineras och korrigeras för att minska osäkerheten?
  • Vilket mervärde kan erhållas genom att använda ett kort tidssteg (≤ 1 timme) vid simulering och prognosering med hydrologisk modell (HYPE), jämfört med ett längre tidssteg (1 dygn)?
  • Hur kan högupplösta hydrologiska simuleringar användas för att ta fram ett förbättrat underlag för samhällelig planering och dimensionering?
  • Hur kan HYPE-modellen utvecklas för att leverera tillförlitliga och praktiskt användbara flödesprognoser med kort tidssteg i urban miljö?
  • Hur samverkar hydro-meteorologiska processer på olika skalor med olika egenskaper hos (semi/urbana) avrinningsområden när höga flöden och översvämningsrisk inträffar?
  • Analysera nederbördsdata av olika typer, med fokus på hög upplösning i tid och rum samt ny teknik (radar, mikrovågslänkar, m.m.).
  • Utvärdera nya högupplösta nederbördsprognoser och klimatprojektioner med fokus på intensiv nederbörd och resulterande hydrologiska konsekvenser.
  • Utveckla metodik för att minska osäkerheter genom att t.ex. kombinera olika typer av observationer och att korrigera prognoser och projektioner.
  • Ta fram högupplösta databaser med nederbörd, temperatur och vattenföring (inkl. metodutveckling vid behov) för kalibrering och simulering av högupplöst S-HYPE.
  • Utvärdera simulerade och prognoserade flöden från högupplöst S-HYPE med fokus på urbana avrinningsområden.
  • Förbättra beskrivningen av urban miljö i HYPE, t.ex. genom nya datakällor eller genom att använda koncept från rent urbanhydrologiska/hydrauliska modeller.

Samhällsnytta

Översvämningar är generellt ett stort samhällsproblem och inte minst i stadsmiljö finns stora utmaningar framöver med tanke på både att städerna växer och förtätas och att klimatförändringen förväntas leda till intensivare regn i framtiden.

Konsekvenserna av en översvämning kan vara allvarliga, t.ex. oframkomliga vägar och inläckage i byggnader med känsligt och/eller värdefullt material. För att bättre skydda oss mot dessa risker krävs utveckling med både korta och långa framtidstidsperspektiv.

Det korta perspektivet handlar om att utveckla förbättrade system för att förutsäga plötsliga översvämningar, stödja insatser under själva händelsen genom t.ex. realtidsobservationer, samt att tillgängliggöra data för att i efterhand kunna analysera förloppen.

I det långa perspektivet behövs underlag för att planera och utforma våra städer på ett klimatsäkert sätt, så att både risker för och konsekvenser av översvämningar minimeras. Att bidra till denna utveckling är huvudsyftet med forskningen inom detta område.