Sett opp hydraulisk modell
En hydrologisk modell forteller hvor stor vannføringen vil være fremover i tid, men ofte er vi interessert i å vite hvilke områder som blir oversvømt. En hydraulisk modell kan gi vannstand, vannhastighet og oversvømt areal, basert på vannføringen fra en hydrologisk modell.
Det krever hydraulisk kompetanse for å sette opp, kjøre og tolke resultater fra en hydraulisk modell.
Hva er en hydraulisk modell?
En hydraulisk modell er en datamodell som beregner hvordan vannet beveger seg gjennom et vassdrag eller over et område. Den hydrauliske modellen viser hvilken vannstand du vil få ved en en bestemt vannføring. Denne vannstanden kan presenteres på kart og da vise hvilke områder som kan bli oversvømt.
For å etablere en pålitelig hydraulisk modell er det ikke nok med gode vannføringsprognoser i form av vannføring (m3/s). Det må også lages geometri til den hydrauliske modellen som beskriver terrengoverflaten, elvebunn og annen viktig infrastruktur som kan påvirke hvordan vannet beveger seg.
Mer detaljerte anbefalinger og beskrivelser av hvordan sette opp en hydraulisk modell finnes i NVE Veileder 3/2022 Sikkerhet mot flom – Utredning av flomfare i reguleringsplan og byggesak. Se spesielt kapittel 9 for hvordan sette opp en hydraulisk modell.
Ulike typer hydrauliske modeller
Det finnes ulike typer hydrauliske modeller. Modelløren kan bruke en 1 eller 2D-modell, eller en kombinasjon av disse.
I en hydraulisk 1D-modell beregnes vannstrømmen langs én retning, typisk nedover et elveløp. Modelløren må da velge tverrprofiler som er viktige for å beskrive endringer i de hydrauliske forholdene i elva, f.eks. ved elveinnsnevringer og broer. Den hydrauliske modellen vil da beregne vannstand og vannføring fra profil til profil. En 1D-modell egner seg best når vannet stort sett følger et tydelig elveløp.
En 2D‑modell lar vannet bevege seg både framover, sideveis og i ulike retninger over terrenget. Den krever et beregningsnett som gjengir alle relevante terreng- og konstruksjonselementer. Terrenget deles gjerne opp i et nett av beregningsceller. For hver celle beregnes blant annet vannstand, vanndybde og strømretning/-hastighet. En 2D-modell krever mer data og tar lenger tid å kjøre enn en 1D-modell. Siden en 2D-modell er god på å simulere hvordan vannet strømmer og finner nye veier gjennom terreng, veier og rundt bygninger, egner den seg godt på steder der vannet går ut av elveløpet og flommen sprer seg ut over større områder.
Slik lages geometrien til den hydrauliske modellen
Nasjonale terrengmodeller fra for eksempel hoydedata.no, inneholder normalt ikke data om elvebunn og innsjøbunn. Der slike data mangler, må modelløren eller kommunen bestille innmåling av elvebunn, eller modelløren må justere terrenget basert på observert normalvannstand og oversvømt areal eller flomutbredelse under kjente flommer. I en rekke større vassdrag er elvebunnen allerede kartlagt slik at terrenget under vann også til en viss grad er kartlagt.
Infrastruktur som bruer og kulverter, terskler, veifyllinger og dammer bør også inkluderes i den hydrauliske modellen.
Alle data må transformeres til samme høydesystem (for eksempel NN2000) og kvalitetssikres for hull, overlapp og urealistiske verdier før de integreres i geometrien.
En systematisk prosess for innhenting, kontroll og sammensetting av geometridata er avgjørende for å redusere usikkerhet og sikre realistiske beregninger av vannstand, hastighet og flomutbredelse.
Hvordan kalibrere en hydrauliske modell?
En hydraulisk modell må også trenes, eller kalibreres, for å sikre at den gir pålitelige simuleringer av vannstanden.
Modelløren må kalibrere den hydrauliske modellen mot observert vannstand og vannføring. En godt kalibrert modell kan gi en presise vannstandsprognoser ved en viss vannføring, forutsatt at modellen har gode vannføringsprognoser.
Les mer om kalibrering av hydrauliske modeller i kapittel 9.9 Kalibrering og kalibreringsdata i NVE Veileder 3/2022 Sikkerhet mot flom – Utredning av flomfare i reguleringsplan og byggesak.
Lokale målinger av vannstand under flom er meget viktig når en hydraulisk modell skal kalibreres. Les mer om hvordan kommunen kan samle inn slike data i veileder for feltobservasjoner av flomdata.
Gir modellen gode eller dårlige vannstandsprogoser?
Vannstandsprognosene kan være usikre selv om du har en godt kalibrert hydraulisk modell. Dette er fordi usikkerheten i vær- og vannføringsprognosene videreføres i vannstandsprognosene.
Som regel øker usikkerheten i værprognosene jo lengre fram i tid man ønsker prognoser. Les mer om usikkerhet knyttet til vær- og vannføringprognosene i forrige steg Sett opp hydrologisk modell.
En hydraulisk modell fungerer generelt bedre i større elver enn for små, bratte vassdrag
De store elvene oppfører seg ofte mer slik de hydrauliske modellene forutsetter. I en stor elv endres vannstand og vannføring gjerne relativt gradvis, og det gjøre det lettere å beskrive strømningen med grunnleggende hydrauliske ligninger. De store elvene er heller ikke så sårbare for små unøyaktigheter i terrenggrunnlaget fordi usikkerheten i terrenghøyden er liten sammenlignet med vanndybden i elva.
I et lite, bratt vassdrag kan vannstanden og vannføringen endre seg svært raskt under en flom. Dette gjør det også vanskelig å få tak i gode data som modellen kan kalibrerer mot. Små unøyaktigheter i terrenggrunnlaget vil også kunne få større betydning i små vassdrag fordi høydefeilen kan føre til at vannet lettere ledes "feil" vei.