Hydrological modelling of grey roof during winter: Case study of a pilot project in Trondheim

Klimaendringene har medført overvannsproblemer. Samtidig har urbaniseringen også forandret den meste parten av permeable overflaten i byområdet til tett overflate for eksempel vei, parkeringsplasser og boligområde. Disse har satt stor utfordring for urbane dreneringssystemet. For å løse overvannsproblemet har mange institusjoner lagt vekt på å utvikle nye løsninger for å håndtere overvannet i ulike faser. Klima 2050 har gjennomført flere prosjekter for å håndtere overvann i tidlig fase i byområdet. En av løsningene er naturbasert tak som er ettermontert fra konvensjonelt tak, for eksempel blågrønne- og blågråetak. En artikkel har vist stor vannforsinkelses- kapasitet og noe lagringskapasitet i varme årstiden av pilot gråetaket lokalisert på Høvringen i Trondheim. Men hydrologiske ytelser i kaldere tid med snø på taket og frossent underlag er mindre kjent. For å få mer fagkunnskap om pilot gråetaket spesielt om vinteren, skal denne masteroppgaven fokusere på hendelsesbasert analyse og hydrologisk modellering av taket. Forskningsperioden ble satt fra 1. desember 2017 til 15. april 2018. Åtte hendelser med stor mengde avrenning ble valgt for å analysere hydrologiske ytelsene. Det var rimelig å inkludere lagringskapasitet og fordrøyningskapasitet. Videre ble det opprettet en konseptmodell for å simulere avrenningen fra gråetaket. Modellen var bygget opp på tre modeller: snø prosess ved energibalanse metoden, is-vann fase endring og modellering for underlaget. En modell i EPA SWMM var brukt for å sammenligne simulert avrenningen med konseptmodellen. Kalibreringsperioden var også forskningsperiode. Simuleringsresultater etter kalibreringen ble vurdert ved NSE og RPD of Volume. Analysen fra hendelsene viste at gråetaket kunne redusere den største avrenningen ved 34,62% i gjennomsnitt (fra -20,44 til 82,26%), og forsinket den største avrenningen i 12 timer og 10 minutter i gjennomsnitt (fra -21 t 29 min til 73 t 05 min). Det var under snøsmelting hendelser som ble ekstremt vanskelig å profetere om den største avrenningen da en større største avrenningen kunne forekomme på forskudd. Dette har gjort overvannshåndtering enda verre enn det på vanlige tak. Den konseptuelle modellen oppnådde NSE på 0,84 og RPD på -3,1% i motsetning til SWMM med NSE på 0,39 og RPD på -7,1%. Simulerte avrenningen av konseptmodellen viste seg å være den beste representanten for observerte avrenningen. Men gjennom forskningshendelsene ble det funnet at hendelsene med større avrenning hadde fått bedre simuleringer ved konseptmodellen enn dem som har mindre avrenning. På grunn av lav oppløsning og uegnete metoden for snø prosessen (delvis energibalanse), klarte ikke SWMM å følge fluktuasjoner av avrenningen. Simulerte snødybden ved konseptmodellen viste også god korrelasjon til snøforhold registrert av kamera på taket. Siden data for eksempel snødybde, ismengde og initialbetingelse ikke ble gitt, ble ytterligere forbedringen av konseptmodellen vanskelig for dagens arbeid. Til tross for tidsbegrensning og stedsspesifikke problem, evnet konseptuelle modellen å beskrive til en viss grad vannprosessen fra nedbør til avrenning. Det var også veldig lovende for forbedringer for å profetere om hydrologiske ytelsene til gråetak