Analysis of climate change impacts on the urban drainage system in Charlottenlund and Ranheim, Trondheim municipality - Norway

Det er knyttet stor usikkerhet ved analyse av sårbarhet overfor klimaendringer og fremtidige endringer i landoverflaten. Begge prosesser vil kunne endre hydrologiske forhold slik at urbane oversvømmelser og overløpsutslipp vil øke i omfang og frekvens. Dette vil da oppleves som et lavere servicenivå for de som måtte bli pårørt. Forskning som har blitt gjort angående klimaendring er ment for å løse andre spesifikke problemer angående dette temaet, og oppløsningen resultatene leveres i, passer ikke til simulering i urbane avløpsmodeller. Det finnes da flere metoder som tilpasser klimamodeller til det stedlige og tidsmessige oppløsningen urbane avløpsmodeller krever. En enkel metode blir gjennomført i denne oppgaven, men dette resultatet må ikke benyttes uten at beslutningstakere er innforstått med usikkerheten og antakelsene knyttet til metoden. En annen angrepsmåte for å analysere sårbarhet ovenfor eventuelle klimaendringer vil være å gjøre en enklere følsomhetsanalyse hvor registrerte regn skaleres med økende faktorer, der større faktorer representerer større klimaendringer. Ved denne måten omgås utfordringer med klimamodellene, og det faktum at faktiske klimaendringer er umulig å forutse sikkert, da utslippsscenarioene de baseres på er per definisjon like usannsynlige, styrker denne angrepsmåten. I denne oppgaven ble utvalgte regn valgt etter størrelse, og intensiteten ble skalert med opptil 50 %. Dette resulterte i at, avhengig av regn, antall kummer økte med kritisk oppstuvning med mellom 70 og 110 % i avløpsmodellen som dekker Charlottenlund og Ranheim i Trondheim kommune. Endret oppstuvningsnivå i hver enkelt kum varierer for alle kummene, og dette fører til at enhver kum må vurderes individuelt for å kartlegge eventuelle behov for lokale tiltak. På grunn av tidsbegrensninger ble det kun utført en analyse av korte regn med en varighet på maksimalt to timer. Regnene ble da valgt fra datasettet etter hva som ble antatt å gi mest oppstuvning i kummer i modellen. Parameteren som regnene ble valgt etter var total nedbørsmengde over et gitt intervall, hvor et intervall på 15 minutter viste seg å gi regn som gav mye oppstuvning. Dette er et tidsintervall i størrelsesorden lik konsentrasjonstiden til flere flaskehalser i avløpssystemet. Utvelgelsen av regn ble gjort med et MATLAB-skript, som gir maksimale nedbørshendelse per år klargjort for import til urbanhydrologisk simuleringsprogramvare. Ved siden av det hydrologiske aspektet gir denne oppgaven en presentasjon av norsk VA-sektors finansieringsmåte og en generell samfunnsøkonomisk kommentar til den økonomiske posisjonen sektoren befinner seg i. Aktuelle retningslinjer rundt selvkostprinsippet har en ordlyd som åpner for diskusjon om hvorvidt vedlikehold- og investeringsetterslep er ulovlig, men dette må eventuelt vurderes i en rettssal. VA-sektorene er en naturlig monopolist i sitt marked, og samfunnsøkonomisk sett mangler det naturlige intensiver til å få monopolisten til å yte samfunnsøkonomisk optimalt. Selvkostprinsippet sikrer at monopolistisk tilpasning unngås, men det er ikke et instrument til å sikre minimering av kostnader eller maksimering av servicenivå alene. Dette kan være grunnlag for et behov for større kontroll av VA-sektoren, for å beskytte abonnementene, slik at de betaler en rettferdig pris for tjenestene som utføres. There is considerable uncertainty in an analysis of the vulnerability of climate change and land use change. Both processes may change the hydrologic conditions in such way that urban flooding and overflow discharge will increase. The people affected by these effects will most certain experience a decreased level of service. Climate research tends to focus on other aspects than urban flooding, and thus the results from these climate models and predictions are on a different temporal and spatial scale than needed for urban hydrologic models. Several methods have been developed to adjust climate predictions on a scale suited for the mentioned models. One method, simple in structure, has been carried out in this thesis, but this result cannot be interpreted and used by any decision makers without their understanding of the uncertainties and assumptions related to the method. Another approach to analyze the vulnerability to any climate change scenario may be to do a simpler sensitivity analysis, where empirical rain intensity data is scaled by given factors. Larger factors represent more significant climate change. In this way, the challenges introduced by the climate models are omitted. De facto is that the actual climate changes are impossible to estimate, because the emission scenarios are equally improbable to happen per definition. In this thesis, the selected rain events is chosen by total precipitation, and the intensities where uniformly increased up to 50 %. The results from this analysis were that the total number of manholes with critical levels of flooding increased between 70 and 110% depending on rainfall event. The urban hydrologic model covers Charlottenlund and Ranheim in Trondheim municipality. The change in maximum level of water table in each manhole is different for almost every manhole, and this requires each manhole to be individually evaluated to determine any need for local measures of climate change mitigation. Because of time constraints, only a hydrologic truncated analysis was performed, where the analysis only simulated rain events with total duration less than two hours. The rain events were then selected from the data set after what was assumed to provide the most critical water table levels in the manholes of the model. The parameter, which the rain events were selected for, was the cumulated precipitation over a desired interval, where an interval of 15 minutes proved to give precipitation events which caused critical water table levels in the manholes. This time interval is almost equal to the time of concentration upstream bottlenecks identified in the system. The selection of the precipitation events was done with a MATLAB-script, which selects maximum precipitation events per year, ready for import into urban hydrologic simulation software. Besides the hydrological aspect of this thesis, it also gives a presentation of Norwegian storm water management financing and a general economic commentary on the financial position of this sector. Recent guidelines around the cost of service principle are written in such a way that it allows for discussion on whether the maintenance and investment lag is illegal, but this needs to be considered in a courtroom. Water and sanitation management is a natural monopolist in its market, and the monopolist lacks natural incentives to act for society's greater good. Cost of service principle ensures that true monopolistic market behavior is mitigated, but it is not an instrument to minimize costs or maximize service level alone. This could be the basis for a need of another regulatory regime of the water and sanitation sector, to protect all of its subscriptions and ensure that they pay a fair price for the services performed.ExFloo