Ekstremregn i .ISBN: 87-89220-40-4 Udgivet af: Institut for Milj¸teknologi Danmarks Tekniske Universitet

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Ekstremregn i .ISBN: 87-89220-40-4 Udgivet af: Institut for Milj¸teknologi Danmarks Tekniske...

  • Institut for Strmningsmekanik og VandressourcerInstitut for Miljteknologi

    Danmark Tekniske Universitet

    Statistisk bearbejdning af nedbrsdata fraSpildevandskomiteens regnmlersystem 1979-96

    Ekstremregn i Danmark

    Henrik Madsen

    September 1998

  • Dette er en netpublikation, der kan downloades frahttp://www.imt.dtu.dk/publications/fulltext/1998/imt1998-173.pdf

    ISBN: 87-89220-40-4

    Udgivet af:

    Institut for MiljteknologiDanmarks Tekniske UniversitetBygning 1152800 Kongens LyngbyTlf.: 4525 1610Fax: 4593 2850E-mail: biblioteket@imt.dtu.dk

    i samarbejde med:

    Institut for Strmningsmekanik og VandressourcerDanmarks Tekniske UniversitetBygning 1152800 Kongens LyngbyTlf.: 4525 1400Fax: 4593 2860

  • 1

    Forord

    Nrvrende rapport er udarbejdet under det kommunaltekniske udviklingsprojektDatabearbejdning og stokastisk modellering af regn og regnafstrmning i byer,finansieret af Det Kommunale Momsfond, Spildevandskomiteen og RegnmlersystemetsStyregruppe. Spildevandskomiteens udvalg vedrrende regnafledning (Regnudvalget) harfungeret som styregruppe.

    Projektet er udfrt p Institut for Strmningsmekanik og Vandressourcer og Institut forMiljteknologi p Danmarks Tekniske Universitet. De gennemfrte bearbejdninger ograpportens opbygning og indhold har lbende vret diskuteret med Peter SteenMikkelsen, Institut for Miljteknologi. Desuden har et udkast til rapporten vret forelagtRegnudvalget.

    Data benyttet i rapporten er stillet til rdighed af Spildevandskomiteen og DanmarksMeteorologiske Institut.

    Lyngby, September 1998

    Henrik Madsen

  • 2

  • 3

    Resum

    Til analyse af ekstremregn i Danmark baseret p regndata fra Spildevandskomiteensregnmlersystem er en parametrisk statistisk model blevet introduceret. Den benyttedeparametrisering bestr af henholdsvis det gennemsnitlige antal rlige ekstreme hndelser(overskridelser over et fastlagt niveau), middelvrdien af overskridelsernes strrelse(middeloverskridelsen) og hjere ordens momenter. Baseret p parameterestimater for delokale regnserier er en regional ekstremvrdimodel formuleret til beskrivelse af denregionale variabilitet og til kvantificering af de underliggende estimationsusikkerheder.Som special tilflde af den regionale model benyttes en middelvrdi betragtning tilvurdering af den regionale homogenitet. For de variable der udviser en signifikantregional variabilitet er en regressionsmodel anvendt, hvor potentialet for udnyttelse afforskellige klimatiske og fysiografiske karakteristika til beskrivelse af variabiliteten erundersgt.

    For de indgende parametre i ekstremvrdimodellen konkluderes flgende. Antallet afekstreme hndelser udviser en signifikant regional variabilitet. En betydelig del af dennevariabilitet kan beskrives af rsmiddelnedbren, idet der forekommer flere ekstremehndelser p steder med stor rsmiddelnedbr. Forklaringsgraden er strst forintensiteter med stor varighed og bassin- og overlbsvolumen med sm aflbstal.Middeloverskridelsen kan antages at vre homogen (konstant niveau i hele landet) forintensiteter med sm varigheder (mindre end ca. en time) og bassin- og overlbsvolumenfor store aflbstal. For intensiteter med varigheder over en time og bassin- ogoverlbsvolumen for sm aflbstal er der derimod en signifikant regional variabilitet. Enbetydelig del af denne variabilitet kan forklares af en identificeret storby effekt, derbevirker at middeloverskridelsen i Kbenhavnsomrdet generelt er signifikant hjere endi resten af landet. For de hjere ordens momenter benyttes en middelvrdi betragtning.

    Baseret p de regionale modeller for parametrene i ekstremvrdimodellen kan T-rshndelsen med tilhrende usikkerhed bestemmes p enhver lokalitet i Danmark. Denresulterende usikkerhed udtrykker dels den statistiske usikkerhed, korrigeret for korre-lation mellem stationerne, og dels den eventuelle residuale usikkerhed, grundet regionalvariabilitet, der ikke kan forklares af regressionsmodellen. Med hensyn til effekten afrsmiddelnedbren glder generelt, at jo strre rsmiddelnedbr jo strre er T-rshndelsen. Den relative effekt er strst for sm gentagelsesperioder. Grundet forskelle imiddeloverskridelsen fs et betydeligt hjere niveau af T-rs hndelsen i Kbenhavn endi resten af landet, og forskellen er strre jo strre gentagelsesperiode der betragtes. Detregionale T-rs estimat ligger betydeligt under Landsregnrkken for intensiteter med smvarigheder. For intensiteter med store varigheder ligger T-rs niveauet i Kbenhavnbetydeligt over Landsregnrkken, mens middelniveauet i den resterende del af landetstort set svarer til Landsregnrkken.

    Sluttelig, i forbindelse med brug af historiske regnserier i numeriske modeller, er deanalyserede lokale regnserier klassificeret i forhold til den regionale ekstremvrdimodel,der derved muliggr valg af regnserie p basis af et nsket konfidensniveau fordimensioneringen. Desuden er enkelte stationer udpeget, der br betragtes som outliers iforhold til den regionale model.

  • 4

  • 5

    Indholdsfortegnelse

    1. Indledning ................................................................................................................. 7

    1.1 Baggrund............................................................................................................ 71.2 Projektforml og indhold .................................................................................... 8

    2. Regndata................................................................................................................... 9

    2.1 Automatiske nedbrsmlere ................................................................................ 92.2 Kvalitetskontrol ................................................................................................ 10

    3. Ekstremvrdiserier ............................................................................................... 15

    3.1 Analyserede variable ......................................................................................... 153.2 Ekstremvrdimodel .......................................................................................... 183.3 Basis statistik.................................................................................................... 203.4 Analyse af stationaritet...................................................................................... 223.5 Regional modellering ........................................................................................ 23

    4. L-moment analyse................................................................................................. 27

    4.1 L-moment diagram ........................................................................................... 274.2 Test strrelser................................................................................................... 284.3 Resultater ......................................................................................................... 32

    5. Regional middelvrdimodel .................................................................................. 37

    5.1 GLS model ....................................................................................................... 375.2 Estimation af den spatiale korrelationsstruktur .................................................. 405.3 Estimation af regionale parametre ..................................................................... 455.4 Regional T-rs estimation ................................................................................. 49

    6. Modellering af regional variabilitet ........................................................................ 55

    6.1 Regionale modeller ........................................................................................... 556.2 Regressorer ...................................................................................................... 576.3 Modellering af PDS parametre.......................................................................... 586.4 Estimation af T-rs hndelse ............................................................................ 67

    7. Klassificering af historiske regnserier....................................................................... 75

    8. Konklusion.............................................................................................................. 85

    9. Referencer............................................................................................................... 87

    Appendiks A: Oversigt over regnmlere tilknyttet DMIs net af automatiskenedbrsmlere............................................................................................................. 91

    Appendiks B: Nedbrshndelser med ekstreme minutintensiteter ................................ 93

  • 6

  • 7

    1. Indledning

    1.1 Baggrund

    P foranledning af Spildevandskomiteen blev der i januar 1979 oprettet et nyt system tilregistrering af regn for specifik anvendelse indenfor urban hydrologisk modellering(Spildevandskomiteen, 1980). I alt har der siden opstarten vret tilsluttet 90 mle-stationer, og beskrivelsen af den geografiske fordeling af ekstremregn i Danmark erderfor vsentligt forbedret i forhold til tidligere, hvor kun f stationer udgjordegrundlaget for aflbstekniske beregninger.

    Den frste systematiske bearbejdning af data fra regnmlersystemet er rapporteret iBramslev (1989). En vsentlig iagttagelse i dette projekt var, at ekstremregn udviser enbetydelig variabilitet i Danmark. En inddeling af det samlede datast i 4 geografiskeregioner kunne ikke umiddelbart forklare den observerede variabilitet. Harremos et al.(1992), Dahl et al. (1992) og Mikkelsen et al. (1992) pviste, at for sm gentagel-sesperioder (T mindre end 1 r) kunne en del af den regionale variabilitet forklares afrsmiddelnedbren. For st