Tilgjengelig tid - Hvor kort tid tar det?

Tiden en har på seg fra en eller flere triggermålinger stiger over et fastsatt aktiveringsnivå til et organisatorisk tiltak må være på plass, avhenger av ulike forsinkelsesmekanismer i vassdraget, sjøen eller fjorden. For noen av disse mekanismene er kunnskapsgrunnlaget tilstrekkelig til å beregne den forsinkelsen en kan vente seg, for andre er det vesentlig mindre. Tilgang på målte data vil alltid være en fordel enten for å få bekreftet eller avkreftet antakelser og for å kalibrere og validere modeller.

Vi kan skille mellom tre forsinkelsesmekanismer:

• Transporttid
• Fordrøyning
• Tidsutviklingen av hendelsen [kan vi skrive noe annet enn tidsutvikling av hendelsen? høres litt rart ut: Noen som har et godt alternativt forslag?]

Vanligvis er tilgjengelig tid en kombinasjon av transporttid, fordrøyning og hvordan hendelsen utvikler seg over tid. Analysene av tilgjengelig tid må gjennomføres med utgangspunkt i vannføringsdata. Til bruk ved dimensjonering og prosjektering av de konkrete tiltakene må disse regnes om til vannstander med hjelp av en hydraulisk modell. 

Lokale forhold må alltid tas hensyn og det er lurt å ha kontakt med personer som kjenner området godt. For eksempel kan det i noen vassdrag gå hyppig isganger eller det kan oppstå havnesvingninger i noen havner. Vær spesielt oppmerksom på restfelt mellom trigger og det organisatoriske tiltak.

Under beskriver vi de ulike forsinkelsesmekanismer felles for både vassdrag, sjøen og fjorder. Vi har tilføyet noen korte eksempler og henviser utover det til eksempeldelen.

Transporttid

Vi kaller tida det tar for at vann beveger seg med bølgehastigheten fra et sted til et annet for transporttid. Det er en av de mekanismene en både har grove tommelfingerregler for og kan simulere mer presist med en hydraulisk modell. Å sette opp en slik modell vil normalt inngå i prosjekteringen av ethvert flomsikringstiltak. Ved vurdering av organisatoriske tiltak vil det ofte kreve at en større del av vassdraget eller sjøen modelleres, fordi en må ta med hele strekningen(e) til der triggermålingene er etablert. Dersom transporttiden mellom triggerlokalitetene og tiltaksstedet er tilstrekkelig, trenger en ikke å gjøre antagelser om hvor fort eller langsomt vannet kan stige.

Det er godt grunnlag og metodikk for å beregne transporttid fordi den er avhengig av den fysiske avstanden og bølgehastigheten i vann.

Eksempler hvor transporttid dominerer i tilgjengelig tid er strekninger i vassdrag uten større innsjøer i forhold til nedbørsfeltstørrelse som Glommavassdraget oppstrøms samløpet med Vorma. I sjøen og fjorder er det typisk lange fjorder uten særlig innsnevringer som for eksempel Sognefjorden. I fjorder må en huske at tidevannet både skal inn og ut fjorden, noe som fører til at vannstrømningen skifter retning.

Fordrøyning

Fordrøyning er også kalt flomdemping i vassdrag eller forsinkelser i fjorder og sjøen. Den er avhengig av oppfyllingshastigheten for en stor innsjø, et magasin, eller et basseng som for eksempel en fjord.

Oppfyllingshastigheten er en annen forsinkelsesmekanisme som det er overkommelig å sette tall på. Den avhenger av tre forhold:

• tidsutviklingen for samlet tilsig inn,
• innsjøens eller bassengets areal, og
• hvordan vannstanden stiger og synker som følge av vannførings- eller strømningsendringer. 

Av disse forholdene er de to siste enkle å sette tall på gjennom geometrien av det kritiske profilet, typisk en magasin- og vannføringskurve i vassdrag. Den første, tidsutviklingen av vannstrømningen inn, er vanskeligere å kvantifisere. Jo større innsjøen er i forhold til nedbørfeltet eller et trangt sund i forhold til vannvolumet bak, jo mindre viktig er det å kjenne presist hvor fort tilsiget eller vannstrømningen inn øker. Store flomsletter kan ha en lignende effekt som innsjøer, noe som må beregnes.

Det er vanligvis godt grunnlag og metodikk for å beregne fordrøyning når en har lokalisert det bestemmende profilet, kjenner profilgeometrien og tilgjengelig volum til fordrøyning er stor sammenlignet med vannmengdene som ventes.

Drammensvassdraget like nedstrøms Tyrifjorden og Vorma nedstrøms Mjøsa er eksempler der fordrøyning utgjør en stor andel av tilgjengelig tid i vassdrag. Vannstrømningen inn og ut Drammensfjorden blir sterk påvirket av Svelvikstraumen.

Tidsutvikling av hendelsen

Der verken fordrøyning eller avstandene fra triggerlokaliteter til tiltakssted gir tilstrekkelig forsinkelse til at et organisatorisk tiltak kan bli montert i tide, må resten av den nødvendige forsinkelsen ligge i selve tidsutviklingen av hendelsen. Her er det større forskjell fordi tidsutviklingen styres av nedbør og snøsmelting i vassdrag, mens større værsystemer avgjør værets bidrag i sjøen og fjorder.

I vassdrag har vi svakt kunnskapsgrunnlag for å estimere vannføringsendringen per tid, spesielt fordi vi

• må tallfeste hyppigheten av sjeldne hendelser, og
• ofte må ta utgangspunkt i dataserier med fin tidsoppløsning, som er betydelig kortere enn de døgn-dataseriene vi har.

I prinsippet kunne en gjøre en frekvensanalyse på vannføringsendring per tidsenhet på samme måte som en flomfrekvensanalyse, men det massive erfaringsgrunnlaget som over tid har muliggjort en tradisjon for å beregne for eksempel en 100-årsflom basert på en 50-års dataserie, er ikke til stede for vannføringsendringer per tid.

Dermed kan det vanligvis ikke tilrås å estimere maksimal vannføringsøkning per tidsenhet direkte fra en måleserie alene. Det en kan gjøre er å sette opp og kalibrere en hydrologisk modell som simulerer den flomdempende effekten av vassdraget, og så kjøre denne modellen med syntetiske input-dataserier som beskriver de nedbørhendelser som kan resultere i dimensjonerende flom. Det ligger et omfattende arbeid og betydelig usikkerhet i å sikre at ulike scenarier for rom/tid-fordeling av nedbør blir representert i de syntetiske tidsseriene, og at modellen er godt nok kalibrert. Det anbefales å bruke vide sikkerhetsmarginer ved slik analyse, særlig der den stigningstakten en skal estimere utgjør hele eller en stor del av den forsinkelsen en trenger.

Konvektive nedbørhendelser, såkalt styrtregn, er typiske eksempler der tidsutviklingen av hendelsen fører til vannstander reagerer raskt og at dette gir lite til ingen bidrag til tilgjengelig tid.

I sjøen og fjorder xxxxxx, ev. koble til vannstandsvarsel. [@Oda: kan du skrive noe mer her?]

Tidevann

[hvis vi kan skrive dette avsnitt om forsinkelsesmekanismer for både vassdrag og sjø/fjord, så bør vi også omtale tidevannet her, samt værets bidrag under tidsutvikling av hendelsen]

1. Skaff oversikt over grunnlagsdata

Mål: Ha oversikt over hva som finnes av data, modeller og planer, og å ha god forståelse for hvordan vassdraget oppfører seg. Det er behov for data over mulige dimensjonerende flommer med vannføringer og vannstander.

Denne type data skal i utgangspunktet være tilgjengelig etter å ha utredet permanente sikringstiltak. Relevante veiledere og moduler i sikringshåndboka er:

• NVE veileder 1/2022: Veileder for flomberegninger
• NVE veileder 3/2022: Sikkerhet mot flom
• Hovedside i sikringshåndboka om planlegging av sikringstiltak mot flom og erosjon
  • Modul F1.001: Flomberegning
  • Modul F1.002: Hvordan lese et vassdrag? – Grunnleggende vassdragshydraulikk
  • Modul F1.003: Hydraulisk analyse og vannlinjeberegning

2. Finn relevante målestasjoner

Mål: Finne en eller flere målestasjoner som kan fungere som trigger for det organisatoriske sikringstiltaket.

Hvis sikringstiltaket er langs en stor innsjø, kan målinger fra innsjøen benyttes som trigger. Ligger sikringstiltaket langs en elv, bør triggeren ligge oppstrøms sikringstiltaket. Jo lenger oppstrøms triggeren er plassert i forhold til sikringstiltaket, jo lenger tid for etablering av det organisatoriske tiltaket vil du få. Samtidig vil usikkerheten knyttet til vannføringen fra feltet mellom sikringstiltaket og triggeren øke med økende avstand. Disse forholdene må veies mot hverandre i hvert enkelt prosjekt. Det kan være behov for flere triggere, for eksempel i både oppstrøms hovedelv og i en eller flere sideelver for å redusere denne usikkerheten.

Generelt anbefales det at en triggeren ligger så langt oppstrøms at det tar minimum 4 timer for en «flombølge» å bevege seg fra triggeren til sikringstiltaket. Som en første grov antagelse kan du  anta en bølgehastighet på ca. 2 m/s for flombølgen. Det gir anslagsvis en minste avstand mellom sikringstiltak og trigger på 25-30 km. For en aktuell elv, kan bølgehastigheten være både større og mindre enn dette. Innsjøer vil fordrøye vannføringen og dermed øke tilgjengelig tid. Forholdene må vurderes i hvert enkelt prosjekt ved bruk av hydrauliske modeller og/eller konkrete måleserier i det aktuelle vassdraget.

Er det ingen målestasjoner i vassdraget, er det viktig å etablere en målestasjon for å få i det minste noen år med data til validering av antakelser i beregningen.

3. Velg nivåer for trigger og basissikring

Mål: Finne egnede nivåer for trigger og basissikring slik at tilgjengelig tid er lenger enn responstiden.

Dette vil vanligvis være en prosess der du må velge et nivå og beregne tilgjengelig tid i neste skritt. Vi anbefaler å lage en tabell med ulike verdier for både trigger og basissikring, for å ha oversikt over mulighetene og å velge en bra kombinasjon. Det er også viktig å notere hvor ofte triggeren vil bli aktivert. Se også steget over om trigger.

4. Beregn tilgjengelig tid

Mål: Beregne tilgjengelig tid for å sammenligne den med responstiden og dermed dimensjonere sikringstiltaket.

Tilgengelig tid er blant annet avhengig av nivå og plassering til både triggeren og stedet for det organisatoriske tiltaket. Siden responstiden også er avhengig av triggernivået og plassering, samt nivået til basissikringen og plasseringen av den organisatoriske delen av tiltaket, vil dimensjoneringen bli en prosess der du flere ganger må gjennom beregningsstegene. Dette gjør du for å finne det best mulige scenarioet for sammenhengen mellom tilgjengelig tid og responstid.

For å beregne tilgjengelig tid, må en ha:

• Triggervannstand
• Nivå på basissikringen
• Målinger, enten ved triggeren, ved sikringsstedet, eller begge steder. Målingene bør være over flere år, for å finne et godt estimat på hvor kort tid stigningen kan ta. 

Eksempel

For eksempelet antar vi at basissikringen dekker flomvannstander opp til 50-årsflom, altså Q_basis=Q₅₀ med tilhørende vannstand H_basis=H₅₀. Dimensjonerende flom er 200-årsflommen, Q_dim=Q₂₀₀. Den organisatoriske delen av sikringstiltaket skal altså beskytte mot flommer fra 50-årsflom og opp til 200-årsflom.

Velger en 5-årsflom som triggernivå, altså H_trigger=H₅, må en gjøre et overslag over hvor kort tid det kan ta for vannføringen og respektive vannstanden å øke fra triggernivå H_trigger ved triggersted til vannnstanden ved basissikringen når H_basis. Trigger og basissikring kan, men trenger ikke å være på samme sted.

Beregning av tilgjengelig tid må i står grad baseres på faglig skjønn fordi det er verken erfaringstall eller noe etablert praksis for å utregne tilgjengelig tid. Noen verdier er imidlertid gitt i forarbeidet til denne veilederen, altså i NVE Rapport 9/2023: Organisatoriske flomsikringstiltak - utredning av forslag om å åpne for organisatoriske flomsikringstiltak.

[Husk også uløst kommentar fra Sjur: "Jeg mener altså vi ikke har godtgjort at tiden fra middel- til 10-årsflom er en iboende egenskap ved feltet som vi har grunnlag for å estimere halekvantiler for. Begrunnelsen er den du også nevner. Det kan tenkes at et eksperiment som tar oss godt på vei ikke trenger voldsom timeinnsats, men vi rekker det ikke før veilederen skal være i boks, og opptelling av tilfeller ved 11 stasjoner er ikke godt nok."

Er dette nå ok løst?]

I NVE rapport 9/2023 er det oppgitt hvor mange timer det har tatt for flommer å øke fra for eksempel middel- til 10-årsflom for elleve stasjoner med nedbørfelt som varierer fra i underkant av 100 km² til drøyt 40000 km². En usikkerhet knyttet til slike analyser er at det er observert relativt få store flommer, og at tiden det tar å stige fra et flomnivå til et annet kan variere mye fra hendelse til hendelse avhengig av både initialtilstanden i feltet (vått/ tørt, snø/ ikke snø osv.) og at nedbørintensiteten kan variere stort mellom ulike hendelser. Det ble for eksempel funnet tilfeller hvor vannføringen i felt på ca. 2000-3500 km² hadde økt fra middel- til 10-årsflom i løpet av et snaut halvt døgn i enkelte flommer og opp mot tre døgn for andre flommer. Det ble i den rapporten også kommentert at European Flood Awareness System (EFAS) har «definert» felt mindre enn 2000 km² som spesielt utsatte i forhold til styrtregnflommer (flash floods).

For svært mange felt vil det derfor kunne være snakk om timer heller enn dager fra en har en 5-årsflom (Qtrigger i eksempelet over) til en har en 50-årsflom (Qbasis i eksempelet over). Det betyr at slike analyser i stor grad bør baseres på data med fin tidsoppløsning. Når analyser utføres på data med fin tidsoppløsning er kvalitetskontroll av dataene ekstra viktig. Dette fordi data på findataarkivet Hykval kan inneholde høye verdier som skyldes oppstuvingseffekter av is eller annet som ikke representerer reelle vannføringer som beskrevet i vedlegg 1.4 i NVE Veileder 1/2022. De lengste tidsseriene med fin tidsoppløsning i NVEs arkiver per 2025 er på noe over 50 år.

Når du har en representativ vannføringsserie som kan benyttes som trigger, må du vurdere hvor raskt vannføringen har steget fra triggernivået til nivå for basissikringen i målt periode. Selv om en har 50 år med findata, er det imidlertid ikke gitt at en har en 50-årsflom i datamaterialet. Det er heller ikke gitt at økningen fra middel- til 50-årsflom for én observert flom er representativ for hvor kjapt det kan gå i en annen situasjon. Det anbefales derfor å gå kritisk gjennom dataene og å vurdere hvor kjapt vassdraget har respondert også på andre flomhendelser. En bør legge til grunn de hurtigste vannføringsøkningene en har hatt i måleperioden for vurdering av hvor mye tid en har til disposisjon. Har en mer enn 50 år med findata, vil en ha et rimelig godt grunnlag for slike vurderinger. Dette gjelder når økningen skyldes tidsutviklingen av hendelsen. Skyldes den målte tidsforskjellen transporttid eller fordrøyning er verdiene mer pålitelige.

Analyse av måledata med fokus på tidsutvikling av hendelser er imidlertid et noe ukjent terreng, og det bør legges inn en ekstra buffer (anta kortere tilgjengelig tid enn det observasjonene tilsier) for å ta høyde for noe av denne usikkerheten. Har en mindre enn 25 år, er datagrunnlaget begrenset, og en bør legge inn en større buffer enn en ellers ville gjort.

I tillegg anbefales det at man utfører analyser med en nedbør-avløpsmodell. For å finne stigningstakten trenger man et flomforløp for å se hvordan vannføringen reagerer på ulike nedbørsscenarioer, og dermed endrer seg over tid. Se avsnittet om tidutviklingen av hendelsen.

1. Skaff oversikt over grunnlagsdata

Mål: Ha oversikt over hva som finnes av data, modeller og planer, og å ha god forståelse for hvordan vannstanden endrer seg på det aktuelle stedet. Data over mulige dimensjonerende vannstander.

Dette skal i utgangspunktet være tilgjengelig fra utredning av et permanent sikringstiltak. Lag en liste over høye vannstander og tilhørende gjentaksintervaller. Disse er tilgjengelige fra Se havnivå under Nivåer. Pass på at nullnivået er satt til NN2000. Standarden på nettsiden er Sjøkartnull, men NN2000 er tilgjengelig for de fleste steder.

2. Finn relevante målestasjoner

Mål: Finne en eller flere målestasjoner som kan fungere som trigger for det organisatoriske sikringstiltaket.

Sjekk ut Kartverkets oversikt over permanente vannstandsmålere samt Kartverkets kvalitetsvurdering. En kan hente ut observasjoner tilbake til slutten av 80-tallet fra Se havnivå eller API, mens en for eldre data kan benytte seg av Copernicus sin portal.

Er det ingen målestasjoner i nærheten, bør du vurdere å etablere en målestasjon for å få i det minste noen år med data til validering av antakelser i beregningen.

3. Velg nivåer for trigger og basissikring

Mål: Finne egnete nivåer for trigger og basissikring slik at tilgjengelig tid er lengre enn responstida.

Dette vil vanligvis være en prosess der en må velge et nivå og beregne tilgjengelig tid i neste skritt. Vi anbefaler å lage en tabell med ulike verdier for både trigger og basissikring, for å ha oversikt over mulighetene og å velge en bra kombinasjon. Det er også viktig å notere hvor ofte triggeren vil bli aktivert. Se også steget over om trigger.

4. Beregn tilgjengelig tid

Mål: Beregne tilgjengelig tid for å sammenligne med responstida og dermed dimensjonere sikringstiltaket.

Tilgengelig tid er blant annet avhengig av nivå og plassering til både triggeren og stedet for det organisatoriske tiltaket. Responstida blir er også avhengig triggernivå og plassering, og av nivå for basissikring og utstrekning av den organisatoriske delen. Dimensjoneringen er derfor en prosess der du trolig flere ganger må gå gjennom det ulike stegene.

For å estimere tilgjengelig tid, må en ha data over tidevannet og værbidraget på det aktuelle stedet. Det er forskjell mellom områder hvor tidevannet dominerer og hvor værets bidra dominerer:

• Hvor tidevannet dominerer, det vil si at tidevannsamplituden er høy, vil det ikke bli ekstremt høy vannstand før en nærmer seg tidevannstoppen – men størrelsen på denne kan endre seg dersom det er en forskyvning i tidspunkt som beskrevet i avsnittet om vannstandsendringer i sjøen og fjorder i innledningen til organisatoriske tiltak mot oversvømmelse. 
• I områder hvor værets bidrag dominerer, vil det ikke nødvendigvis være like godt samsvar mellom tidspunkt for høyt tidevann og tidspunkt for høy vannstand. Derfor kan man ikke ta utgangspunkt i tidevannssyklusen for å si noe om tilgjengelig tid. 

Det er viktig å ha med i betraktningen at det fra et triggernivå overstiges, ofte vil gå kortere tid enn 4 timer før nivå for basissikringen nås. Dette gjelder spesielt i tidevannsdominerte områder, se Figur 4 ettersom lavvann inntreffer omtrent 6 timer før høyvann, men kan også inntreffe i områder med lite tidevann (se Figur 6). Man kan derfor ikke belage seg kun på at et nivå overstiges for å trigge aktiveringen av et organisatorisk tiltak. Se figurer under som viser eksempler på hendelser med ekstremt høy vannstand i tidevannsdominerte områder og i værdominerte områder.

[Figur: tydelig "topp" i tidevannsdominert område]

[Figur: Flere "topper" i tidevannsdominert område]

[Figur: Værdominert område]

Kartverket tilbyr en modell for vannstand og tidevann for de fleste steder langs kysten. Disse modellene bidrar også til at et estimat av varslet vannstand og prognoser er tilgjengelig, i samarbeid med Meteorologisk Institutt. Modellene vil imidlertid ha større usikkerhet enn den man finner i nærheten av de permanente vannstandsmålerne som er beskrevet over. Per nå finnes det ingen tallfestet vurdering av hvor stor usikkerhet som finnes i modeller og varsler. Kartverkets kvalitetsvurdering viser hvilke områder man har vurdert. Merk at det er mindre usikkerhet knyttet til tidevannsmodellen enn til modellen for værets virkning. Generelt sett vil usikkerheten øke jo lenger vekk fra en permanent vannstandsmåler en er, og dersom en vurderer områder hvor en kan anta at de oseanografiske forholdene har endret seg sammenlignet med området den permanente måleren er plassert i. Man kan for eksempel anta at forholdene innerst i en fjord vil kunne være forskjellige fra forholdene ytterst ved kysten.

Denne usikkerheten er viktig å vurdere ved utredning av organisatoriske sikringstiltak. Kartverket har en rekke måleserier fra kysten som per 2025 ikke er tilgjengelige for nedlasting, men det er mulig å kontakte Kartverket for å sjekke om det finnes data for et område som eventuelt kan brukes for å kontrollere/validere varsel og som eventuell trigger. Merk at disse dataseriene vil være korte og av lavere kvalitet enn tidsseriene fra de permanente målerne, og de kan derfor ikke brukes for å si noe om historiske hendelser.

En lokal vannstandsmåler som settes opp i forbindelse med et organisatorisk tiltak, kan brukes for eksempel til å sette i gang et automatisk tiltak. En slik måler vil imidlertid ikke kunne inngå i Kartverkets observasjonsnett og vil dermed heller ikke kunne bidra til Meteorologisk institutts vannstandsvarsel på nåværende tidspunkt.