Analysis of climate change adaption measures : a case study of the sewer system in Veumdalen, Fredrikstad municipality

Økt forståelse av fortidens klimaendringer og klimasystemet i sin helhet, har gitt forskerne mulighet til å anta fremtidens klimaendringer. Denne økte forståelsen har gitt sikre tegn på at klimaendringene er knyttet til en stor grad av usikkerhet. Det eneste som er sikkert, er at klimaendringer kommer til å skje, og at det er umulig å si med sikkerhet når eller med hvilken kraft de vil inntreffe. Det som derimot kan sies med sikkerhet, er at befolkningen kommer til å øke. Dette vil føre til økt arealbruk og flere flater med impermeable dekker. Både klimaendringer og fremtidige endringer i landoverflaten vil kunne endre de hydrologiske forhold, slik at urbane oversvømmelser vil øke både i omfang og frekvens. Mange eksisterende avløpssystemer er allerede utsatt, og de belastes jevnlig med avrenning over eller nær tålegrensen. Når kapasiteten overskrides, skapes det problemer ved at overvann, ofte blandet med spillvann, finner andre veier enn hva som er planlagt, og strømmer til steder hvor vann kan medføre ulemper. Ulemper kan være midlertidige ved oversvømmelse av veier, parkeringsarealer eller lignende, men kan også gi permanente skader på bygninger, natur og vannressurser, som alle representerer samfunnsmessige og økonomiske kostnader. I denne oppgaven er økningen i antall kjellerskader i Veumdalen (Fredrikstad), som effekt av verst tenkelige klimaendring, om 100 år vurdert ved bruk av simuleringsverktøyet MIKE URBAN. Videre er denne økningen forsøkt redusert til nåværende situasjon ved simulert implementering av tiltak, som virker inn på de mest sentrale faktorene innen urbanhydrologien. Tiltakene som er simulert er frakobling av takflater (Infiltrasjon), økt magasinering på overflaten (fordrøyning) og utvidelse av rørdiametre (hurtigere bortledning). Tiltakene er vurdert etter hydraulisk funksjon og kostnadseffektivitet. Kostnadseffektiviteten er vurdert i en nåverdianalyse av kostnader relatert til kjellerskader, over en 100-års periode. Det vistes i denne oppgaven at økning i de nåværende regnintensitetene med 50 %, fører til en økning i antall kjellerskader i Veumdalen med 68 – 118 %, og at antall kjellere som blir påført skader, som følge av ekstreme nedbørshendelser, øker eksponentielt med økt regnintensitet. Det er også vist at regn med lave gjentaksintervall er de største bidragsyterne til totalkostnaden over 100 år. Tiltakene som er vurdert i denne oppgaven har varierende kostnadseffektivitet, og det viser seg at de enkleste og billigste tiltakene gir høyest lønnsomhet, også på lengre sikt. Klimaendringer har stor innvirkning på antall kjellerskader som oppleves ved ekstremnedbør i Veumdalen, og det vil være mulig å redusere skadene på en kostnadseffektiv måte ved bruk av åpne og lokale overvannsløsninger. Resultatene i oppgaven bygger på data med høy grad av usikkerhet. Resultatene må derfor brukes med skjønn. Increased understanding of past climate changes and climate system as a whole, has given researchers the opportunity to assume future climate changes. This increased understanding has provided definitive evidence that climate change is linked to a large degree of uncertainty. The only thing certain is that climate change is going to happen, and that it is impossible to say with certainty when, or with what impact change will occur. However, it is certain that the population will increase. This will lead to increased land use and more surfaces with impermeable covers. Both climate change and future changes in land surface may change the hydrological conditions, so that urban flooding will increase, both in scale and frequency. Many existing drainage systems are already exposed and charged regularly with runoff over or near the limit of tolerance. When the capacity is exceeded, problems with surface water, often mixed with wastewater, occurs. Water finds other ways than what is planned, and flows to places where water can lead to disadvantages. The disadvantages may be temporary due to flooding of roads, parking areas, etc., but can also cause permanent damage to buildings, nature and water resources, all of which represents social and economic costs. In this thesis, the increase in number of flood damages to basements in Veumdalen (Fredrikstad), as an effect of the worst climate change scenario at year 2100 is assessed using the simulation tool, MIKE URBAN. Furthermore, this increase is reduced to the current situation, with simulated implementation of measures which has an impact on the key concepts in the urban hydrology. The measures simulated are; disconnection of roof surfaces (infiltration), increased storage on the surface (retention) and pipe expansion (increased drainage). The measures that are evaluated is the hydraulic function and cost effectiveness of the different measures. Cost-effectiveness is considered in a present-valueanalysis of costs related to damages to basements, over a 100-year period. It is demonstrated that increases in rainfall-intensity by 50% leads to an increase in the number of basement damages in Veumdalen with 68-118%, and that the number of basements that are damaged, as a result of extreme precipitation events, will increase exponentially with increased rainfall intensity. It is also shown that rainfalls with low return periods are the largest contributors to total cost over 100 years. The measures being considered in this paper have varying cost-effectiveness, and it turns out that the easiest and cheapest measures provide the highest profitability. Climate change has major impact on the number of basement damages in cases of extreme precipitation in Veumdalen, and it will be possible to reduce the damage in a cost effective way by the use of local surface-water adaption measures. The results in this paper are based on data with a high degree of uncertainty. The results must be therefore be used with discretion