Watershed delineation in urban catchment areas : Method for delineating catchment areas in ArcMap based on storm-water drains

Växande städer leder till att naturmark omvandlas till stadsmiljöer. Det skapar mer hårdgjorda ytor och därmed ökade volymer dagvatten som behöver hanteras. Modellering av dagvattennätet används ofta för att bedöma kapaciteten och risk för översvämningar. Avrinningsområdets storlek är en avgörande parameter för att bedöma hur mycket vatten som kommer till en viss ledning. Traditionellt har automatisk bestämning av avrinningsområden gjorts enbart utifrån topografin. I områden med dagvattennät styr däremot ledningarnas sträckning i första hand hur vattnet rinner, och de följer inte nödvändigtvis terrängen. ArcHydro Tools, som är ett tilläggsprogram till ArcMap, har utvecklats för att beräkna topografiska avrinningsområden. Genom att programmera en tilläggsfunktion i Python har processen i ArcHydro Tools anpassats för att kunna ta hänsyn till dagvattennätet. Dagvattennätet approximerades som vattendrag. Tryckledningar och tunnlar tillåter inte något inflöde av vatten. Därför beskrevs dessa som ändpunkter i ledningsnätet, varifrån vattnet inte rann vidare. Funktionen som skapades i det här examensarbetet tillät att vattnet stannade i dessa punkter, till skillnad från i den ursprungliga metoden. Den utgick istället från att vattnet rann till kanten av det undersökta området, vilket i de här fallen skulle ha resulterat i felaktigt avgränsade avrinningsområden. Tilläggsfunktionen anpassades för att användas som övriga funktioner i ArcMap och testades på data över Lidingö stad. Resultatet visade att det var möjligt att utnyttja topografiskt baserade metoder för bestämning av avrinningsområden så att avgränsningen istället skedde med utgångspunkt i dagvattennätet. Det är ett steg mot att effektivisera processen för bestämning av avrinningsområden för användning vid hydrologisk modellering av dagvattennätet. Behovet av manuell bearbetning minskas. Ett försök att i ArcMap implementera en funktion för efterbehandling av avrinningsområden gjordes också. Funktionen letar upp avrinningsområden som bedöms som för små och lägger ihop dem med ett närliggande område. Avrinningsområden som beräknats med den modifierade metoden har senare använts vid modellering av dagvattennätet i Molkom, Värmland.Growing populations result in expanding cities. An increase in the amount of impervious surfaces in the area will follow and thereby generate more storm water. The capacity of the drainage system can be evaluated using hydraulic modelling. The model highly depends on the catchment areas, which will determine the water volume each pipe section receive. Watershed delineation is usually done based on the topography. However, if a storm water drainage system is present, it may route the water in a different direction than the slope indicates. ArcHydro Tools is an extension to ArcMap and is commonly used to delineate catchment areas. The method heavily relies on topography during this process. A function has been developed during the course of this project to allow for the drainage system to be the primary source of information for watershed delineation. This function made sure that outlets in the model were to be evaluated as such, even if they happen to be located in the middle of the area of interest. The water is therefore not necessarily routed to the edge of the elevation model, but can be allowed to stay at the appropriate position. In order to do this, the drainage system was represented as a stream network. The new method was applied to test data supplied by Lidingö city, Stockholm, Sweden, and included elevation data and information about the drainage system. The result implies that it is indeed possible to use the drainage system as a base for delineation of catchment areas. A more efficient method of calculating catchment areas will reduce the required amount of manual processing, thereby saving time and resources. Another function, for finishing up the resulting catchment areas, is proposed but not fully implemented. The whole process was used to delineate catchment areas for Molkom, County of Värmland, Sweden. The resulting watersheds were later successfully used for modelling the storm water drains in the area.