Embed Size (px)
Citation preview
-NOTAT
Nr. 1R9WEB9x3RA
1999Ole Einar TveitaDet norske meteorologiske institutt
Døgnarealnedbørfor flomvarsling
ga
a
HYDRA
-ET FORSKNINGSPROGRAM OM FLOM
faBEII5Z·I»
HYDRA- et forskningsprogram om flomHYDRA er et forskningsprogram om flom initiert av Norges vassdrags- og energiverk (NVE)i 1995. Programmet haren tidsramme p 3 ir, med avslutning medio 1999, 0g en kostnadsramme pi ca. 18 mill kroner. HYDRA er i
hovedsak finansiert av Olje· og energidepartementet
Arbeidshypotesen til HYDRA er at summen av alle menneskelige p3v1rkninger i form av arealbruk reguleringerforbygningsarbeider m rn. kan ha økt risikoen for flom.
Målgruppen for HYDRA er statlige og kommunale myndigheter, forsikringsbransjen, utdannings- og forskningsin-stitusjoner og andre institusjoner. Nedenfor gis en oversikt over fagfelt/tema som blir berørt i HYDRA
• Naturgrunnlag og arealbruk
Tettsteder
• Flomdemping flomvern og flomhandtering
• Skaderisikoanalyse
• Miljovirkninger av flom og flomforebyggende tiltak
Databaser og GIS
• Modellutvikling
Sentrale aktører i HYDRAer, Det norske metecrologiske ms ti tutt (DNMI), Glommens og Laagens Brukseierforening(GLB), Jordforsk, Norges geologiske undersøkelse (NGU), Norges Landbrukshøgskole (NLH), Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU), Norges vassdrags- og energiverk (NVE), Norsk institutt for jord- og skogkartlegging(NIJOS), Norsk institutt for vannforskning (NIVA), SINTEF, Stiftelsen for Naturforskning og Kulturminneforskning(NINAfNIKU), Norsk Regnesentral (NR),Direktoratet for naturforvaltning (DN) stlandsforskning (F) og universitetene i Oslo og Bergen
HYDRA - a research programme on floodsHYDRAis a research programme on floods initiated by the Norwegian Water Resources and Energy Administration(NVE) in 1995. The programme has a time frame of 3 years, terminating in 1999, and with an economic frameworkof NOK 18 million. HYDRA is largely financed by the Ministry of Petroleum and Energy.
The working hypotesis for HYDRA is that the sum ofall human impacts in the form ofland use, regulation, floodprotection etc, can have increased the risk of floods.
HYDRA is aimed at state and municipal authorities. insurance rompanies educational and research institutionsand other organization
An overview of the scientific content in HYDRA is
• Natural resources and land use
Urban areas
• Databases and GIS
• Risk analysis
• Flood reduction, flood protection and flood management
• Environmental consequences of floods
and flood prevention measures
• Modelling
Central institutions in the HYDRAprogramme are; The Norwegian Meteorological Institute (DNMI),The Glommensand Laagens Water Management Association (GLB), Centre of Soil and Environmental Research (Jordforsk), The
Norwegian Geological Survey (NGU), The Agriculture University of Norway (NLH), The Norwegian University ofScience and Technology (NTNU), The Norwegian Water and Energy Administration (NVE),The Norwegian Instituteof Land Inventory (NIJOS), The Norwegian Institute for Water Research (NIVA), The Foundation for Scientific andIndustrial Research at the Norwegian Institute of Technology (SINTEF), The Norwegian Institute for Nature andCultural Heritage Research (NINA/NIKU), Norwegian Computing Center (NR), Directorate for Nature Management(DN), Eastern Norway Research Institute (ØF) and the Universities of Oslo and Bergen.
SAMMENDRAG
I denne undersøkelsen er det beregnet arealnedbør på døgnbasis for ti utvalgte nedbørfelt sombenyttes i flomvarsling. Arealnedbøren er beregnet med Thiessen-polygoner, og det er beregnetto serier for hvert felt: en som er basert på stasjoner som rapporterer i sann tid (synoptiskeværstasjoner), og en serie som baserer seg på optimal informasjon om nedbør, som ogsåinkluderer stasjoner som rapporterer i ettertid (nedbør- og klimastasjoner).
Hensikten med undersøkelsen har vert a vurdere effekten av å utnytte all tilgjengeliginformasjon i forhold til den informasjon det synoptiske stasjonsnettet gir. Perioden som erundersøkt er 1988-1997, og resultatene viser at det er systematiske forskjeller mellom de toarealnedbørseriene. Størrelsen og karakteren til denne forskjellen avhenger stasjonsnettetsutforming, og undersøkelsen har også vist at resultatene er følsomme for endringer istasjonsnettet.
Innhold
Innhold I
Introduksjon 2
2 Beskrivelse av datagrunnlag og analysefelt.. 2
3 Beregning av tidsserier av arealnedbør 3
4 Resultater 6
4.1 002.142 Knappom 7
4.2 012.178Eggedal 10
4.3 020.002 Austenå 13
4.4 024.008 Møska 16
4.5 055.004 Røykenes 19
4.6 083.002 Viksvatn 22
4.7 122.009 Gaulfoss 25
4.8 139.035 Trangen 28
4.9 165.006 Strandå 28
4.10 234.018Polmak 32
5 Diskusjon og konklusjoner 36
6 Etterord 38
7 Referanser 3 8
8 Forkortelser 3 8
1 IntroduksjonSom en del av HYDRA-programmet, ble det i 1996 definert et prosjekt der en skulle se pågevinsten av å benytte mest mulig informasjon om nedbørforhold i flomvarsling. Tveita ogFørland (1998) vurderte ulike metoder og strategier for å beregne arealnedbør for episodermed høye nedbørverdier. Denne rapporten beskriver frtsettelsen av dette arbeidet, der det erberegnet tidsserier av arealnedbør for utvalgte nedbørfelt som benyttes i flomvarsling.
I dagens flomvarsling benyttes observasjoner fra enkelte av DNMI's synoptiske værstasjoner.Stasjoner som rapporterer i sann tid, d.v.s synoptiske og automatiske værstasjoner utgjørimidlertid en liten del av det totale antallet stasjoner som observerer nedbør. DNMI hadde pr.1.12.1998 omlag 5 60 nedbørstasj oner som rapporterer på ukebasis og 3 5 klimastasj oner somrapporterer månedlig. Nedbøren blir som regel målt 1 gang daglig på nedbørstasjoner og 2ganger daglig på klimastasjoner. Dette er informasjon som i gitte tilfeller vil være viktig for åoppdatere tilstandsbeskrivelsen i nedbør-avløpsmodellene som benyttes for flomvarsling.
Dette delprosjektet ble igangsatt for nærmere å undersøke representativiteten til de anvendtesynoptiske stasjonene. For dette er det beregnet døgnarealnedbørserier for en rekke nedbørfeltsom benyttes i operativ flomvarsling basert på sanntidsobservasjoner og på optimalinformasjon om nedbøren (sanntidsobservasjoner pluss observasjoner fra nedbør- ogklimastasjoner). De statistiske egenskapene til avviket mellom de to arealnedbørseriene eranalysert og vurdert utfra feltets karakteristika og plassering i forhold til målepunktene fornedbør.
2 Beskrivelse av datagrunnlag og analysefelt.For denne undersøkelsen ble det i samarbeid med NVE Hydrologisk Avdeling plukket ut tinedbørfelt i ulike deler av Norge. Feltene ble plukket ut slik at de representerer ulike nedbør-og avløpsregimer. De varierer i størrelse fra 23 til 14169 km.Tabell 1 viser en oversikt overfeltene, og figur 1 viser lokaliseringen av disse.
Tabell 1. Nedbørfelt anvendt i undersøkelsen.
NVE-Nr.
002.142012.178020.002024.008055.004083.002122.009139.035165.006234.018
Navn
KnappornEggedalAustenåMøskaRøykenesViksvatnGaulfossTrangenStrandåPolrnak
Feltareal (km?) -1625 (1649)304 (309)286(274)119 (121)50 (49)
505 (506)3085(3081)854(858)23(24)
14169(14161)1) De offisielle feltarealene er oppgitt av NVE. Arealetoppgitt i parentes angir feltarealet beregnet fra de digitalefeltgrensene stilt til rådighet av NVE.
2
_...,'-·. t,. I
.. t -..
Sr an d
CQ • , :. ;).. ·. --:--t; +- · ·G
, '
Viksvatn
Roykenes
. _.;JGaulfoss
•;·?
Knapp om
Eggedal
MøskaAustenI
Figur 1: Feltene benyttet i undersøkelsen.
3 Beregning av tidsserier av arealnedbørTveito og Førland ( 1998) har tidligere vurdert ulike metoder for å beregne arealnedbør ogutnyttelse av optimalt stasjonsnett. Undersøkelsen viste at valg av interpolasjonsmetode haddeliten innvirkning på arealnedbørestimatet, det som har betydning er antall observasjons-punkter som blir benyttet i beregningen, og hvor de er plassert i forhold til feltet.Undersøkelsen var dog begrenset til noen få episoder med stor nedbør.
Metodene som ble vurdert var Thiessen polygoner, lineær interpolasjon og kriging. Thiessenpolygoner er den metodisk enkleste metoden av disse, og mye brukt i hydrologi. Enkeltbeskrevet går metoden ut på at hver stasjon tilknyttes et areal. Arealet defineres ved atgrensen mellom to arealer blir satt halvveis mellom to stasjonspunkter. Dersom slike linjerblir satt mellom alle tilgjengelige observasjonspunkter i et område vil det dannes et nett avpolygoner som vist i figur 2.
3
+··································.-• •• •
•-f'································+
Input point coverage
•
g s
I • • •'
--.. i,.es".NI
·:· S 5si s ::· rs,» , s
• •• •
Thiessen polygon coverage Bisected Tl N
Figur 2: Prosedyre for å konstruere Thiessen polygoner i ARC/Info, ESRI (1998)
I dette delprosjektet er arealnedbør beregnet ved å benytte Thiessen-polygoner som beskrevetovenfor. Polygonene etableres utfra de stasjonene som er lokalisert i og rundt det aktuellenedbørfeltet. Etter at polygonene er etablert, "klippes" disse mot digitale feltgrenser, slik atpolygonene representerer det aktuelle feltet. Fremgangsmåten er beskrevet i figur 3. Hvert avpolygonene representerer et delareal innenfor feltet der nedbøren er representert av tilhørendestasjon. For beregning av arealnedbør for et felt, blir bidraget fra de enkeltenedbørobservasjonene vektet med forholdstallet mellom delarealet til nedbørstasjonenspolygon og feltets totale areal. Matematisk kan dette formuleres:
der Q er den estimerte arealnedbøren, A er feltarealet til hele nedbørfeltet, ai er arealet tildelfelt (polygon) i og qi er nedbøren observert på nedbørstasjonen tilhørende dette polygonet.n er antall polygoner i feltet.
Polygoner for de enkelte feltene er presentert i Appendix A.
Beregning av Thiessen-polygoner er en ressurskrevende prosess, og ved beregning av langetidsserier vil det være uhensiktsmessig å beregne Thiessen-polygoner for hver enkelt dag.Samtidig må et slikt system kunne ta hånd om endringer i stasjonsnettet, samt bortfall avenkelte stasjoner i kortere eller lengre perioder.
Dette kan løses på flere måter:
• Predefinere polygoner for alle mulige stasjonskonstellasjoner:En relativt tung metodikk, som innebærer mye testing for velge riktig polygensett.
• Beregne nye polygoner dersom stasjonskonstellasjonen avviker fra forrige dag.
4
1 20
Do
0 D
0 0
0
00
00
0
D 0
0
?0 / 0
1
3 40
0D
D 00
C
00
00
1) Punkter der det observeres nedbør
2) Thiessen polygoner konstrueres p grunnlag av posisjonen til disse
3) Digitalt kart over nedborfeltet legges over Thiessen polygonene, og disse klippes mot feltet
4) De ferdige Thiessepolygonene avgrenset til feltet
Figur 3: Fremgangsmte for å konstruere Thiessen-polygner for et bestemt nedbørfelt, i dette tilfellet002.142 Knappom.
En forholdvis god løsning, krever noe regnetid, men vil fungere bra dersom nedbørobservasjonsnettet erstabilt. Ulempen er at arealvektingen endres, slik at den ikke er homogen, Krever tilgang til GIS ellertilsvarende.
• Interpolere manglende verdier som funksjon av tilgjengelige observasjoner.Den raskeste metoden, en tilfører tilnærmet samme type informasjon til stasjonen med manglendeobservasjoner som i punktet ovenfor, men unngår andring av arealvektene. Sårbart for valg avinterpolasjonsmetode, men samtidig oversiktlig. De samme problemene til homogenitet ved endringer istasjonsnettet som i forrige punkt gjelder også her,
5
I denne undersøkelsen er den siste metoden valgt, siden den kan opereres uten bruk av GIS ien beregningsfase. Manglende verdier beregnes ved hjelp av invers avstand interpolasjonbasert på de tre nærmeste stasjonene. Interpolasjonen kan uttrykkes som:
" qL _!__
1 d9,-L-
» d
der q;er verdien som skal estimeres, qi er observerte verdier og dij er avstanden mellom punktj og i. Dersom færre enn tre stasjoner er tilgjengelig, vil interpolasjonen gjennomføres medden nærmeste eller to nærmeste stasjonene.
Ved å bruke en slik metode kan et fast sett med Thiessen vekter (a/A) benyttes.
Metodikken beskrevet i dette kapittelet ble benyttet for samtlige ti nedbørfelt i undersøkelsen,og i det følgende er resultatene vurdert
4 ResultaterDet ble beregnet arealnedbørserier for IO-års perioden 1.1.1988- 31.12.1997. For hvert felt erdet beregnet to serier, en basert på observasjoner fra stasjoner som rapporterer i sanntid (VST-serie ), og en som beregnet utfra samtlige tilgjengelige observasjoner (ALL-serie). De toseriene er sammenlignet, og differansen mellom dem er studert.
Figurer som viser Thiessen-polygonene benyttet for å beregne de to seriene er vist i AppendixA. Kurver for et av feltene, 002.142 Knappom er presentert i Appendix B.
6
4.1 002.142 Knappom.
Figur 4.1.1 viser feltet og de meteorologiske stasjonene som er benyttet i undersøkelsen, ogfigur 4.1.2 viser datadekningen til disse.
Tabell 4.1 a og 4.1 b viser Thiessen vektene for feltet basert på sanntidsobservasjone og på alletilgjengelige stasjoner. Med unntak av N06440 dekker alle nedbørseriene hele perioden. Tilgjengjeld er N06440 den nedbørstasjonen som bidrar med størst delareal i feltet. For perioden1. l .1988-30.6.1989 er verdier for N06440 beregnet ved invers distanse vekting av stasjoneneN06490 (vekt 0.392), VS06040 (vekt 0.374) og N05800 (vekt 0.235). Feltet er godt dekket avstasjoner som rapporterer i både sann og ettertid. Feltet er heller ikke preget av markanteterrengvariasjoner som skulle tilsi store forskjeller i de to arealnedbørseriene.
Dersom en betrakter spredningsplott (Fig. 4.1.3) av de to seriene, skal de ideelt følge dendiagonale linjen i diagrammet. Spredningen rundt diagonalen er ikke stor, men den indikererat arealnedbøren estimeres høyere for moderate nedbørsummer med bakgrunn i alletilgjengelige observasjonene enn dersom kun sanntidsobservasjoner benyttes. Likeledes vildet for høye nedbørverdier bli estimert høyere verdier basert på sanntidsdata enn tilsvarendeepisoder basert på samtlige tilgjengelige data.
Dersom en betrakter serien basert på samtlige registreringer som referanse, og sorterer allehendelser basert på denne, kan en vurdere hvorvidt det er et systematisk avvik mellom de toseriene utfra størrelsen på nedbørsummen. En slik betrakning, som vist i figur 4.1 .4, bekrefterat det er stor sannsynlighet for at arealnedbøren basert på sanntidsobservasjoner estimereshøyere for lave nedbørverdier. Dette skyldes i hovedsak byge situasjoner der en av desynoptiske værstasjonene registrerer en nedbørepisode som har så liten utstrekning at den ikkeregistreres ved nærliggende nedbørstasj oner som inngår i beregningen av arealnedbør basertpå samtlige stasjoner. I YST-serien vil det være få stasjoner som ligger til grunn for serien, ogdersom disse stasjonene befinner seg i et område som tilfeldigvis treffes av en lokalnedbørepisode vil denne påvirke arealnedbørestimatet betydelig i forhold til et estimat som erbestemt utfra et større antall stasjoner, og hvor slike lokale effekter vil bli glattet ut.
Det er for Knappom-feltet sitt vedkommende også interessant astudere virkningen av N06440på arealnedbørestimatet. Figur 4.1.5 viser et klart knekkpunkt i kurven for akkumulertdifferanse mellom de to seriene. Dette knekkpunktet faller sammen igangsettelsen avnedbørstasjon N06440.
Plott av tidsserier av arealnedbør for Knappom-feltet er vist i Appendix B.
Tabell 4.1a Thiessen-vekter for 002.142 Knappom,basert på synoptiske værstasjoner.
Stasjonsnr:70106040
Delfeltareal:346.59 km?303.35 km?
Vekt:0.2100.790
Tabell 4.lb Thiessen-vekter for 002.142 Knappom,basert på alle tilgjengelige stasjoner.
Stasjonsnr: Delfeltareal: Vekt:100 18.26 km? 0.011
6040 72. 02 km 0.0446440 602.32 km? 0.3656490 551.49 km? 0.3346550 380.02 km? 0.2306620 6.74 km? 0.0047250 19.10 km? 0.011
7
Figur 4.1.1 Nedslagsfeltet til 002.142 Knappom
-NOOIOC
• N06440
N0649%
=-V0604il
-N0662C
eN06550
eN07250
-V07010
-vossoc I
_!
Figur 4.1.2 Datadekningen for stasjonene som er benyttet for Knappom-feltet
8
Knappom
70
60
50
40
l30
20 .... I
·..' '>s ·o, : •
: • 0 .. .ø : 0 D
10 a
t . c 5..e
'I,
10 20 30 40
VST
50 60 70
Figur 4.1.3: Spredningsplott (mm) mellom YST-serien og ALL-serien for Knappom.
70 150.0
60 75.0
50 0.0
40 -75.0
30 -150.0
20 -225.0
10 -300.0
-375.0
-10 -450.0
-Knappom-VST -Knappørn-ALL -Akk.dill
Figur 4.1.4. Akkumulert differanse (mm) mellom VST og All-seriene for Knappom når verdiene er sortert etterøkende arealnedbørverdier i ALL-serien.
100.0
-100.0
-200.0
.400.0
-500.0
? ? ? ?
Figur 4.1.5. Akkumulert differanse (mm) mellom VST og ALL-serien.
9
4.2 012.178 Eggedal
Figur 4.2.1 viser feltet og de meteorologiske stasjonene som er benyttet for å beregnearealnedbørseriene. Samtlige stasjoner dekker hele perioden.
Tabell 4.2a og 4.2b viser Thiessen vektene til henholdvis YST-polygonene og ALL-polygonene. Feltet har en nedbørstasjon sentralt plasert i feltet, og som dekker 92% av arealetnå alle stasjoner benyttes. Når kun sanntidsstasjonene benyttes, bidrar to stasjoner VS24880og V28800, med henholdvis 64 og 36%. Feltet er godt dekket av stasjoner som rapporterer iettertid, mens de nærmeste stasjonene som rapporterer i sann tid ligger relativt langt ut frafeltet.
Spredningsplott (Figur 4.2.2) av de to seriene indikerer at arealnedbøren estimert ved åbenytte alle tilgjengelige observasjoner er høyere enn dersom kun sanntidsrapporterendestasjoner benyttes. Dette bekreftes av serien for akkumulert differanse mellom de toestimatene, vist i Figur 4.2.3. Figur 4.2.4 viser akkumulert differanse når arealnedbøren ersortert etter stigende arealnedbør referert til ALL-serien. Den viser de samme trekkene somfor Knappom. For lave arealnedbørverdier estimeres YST-seriene for høyt, p.g.a av tilfeldigtreff av lokale nedbørepisoder ved en eller begge av de to værstasjonene. Tilsvarende skyldesdet kraftige fallet i akkumulert differanse for høye verdier i ALL-serien lokale nedbørepisoderfor stasjonen sentralt i feltet. Ved astudere tidsserier av seriene, ser en at de store avvikeneoftest forekommer om sommeren, noe som indikerer at avvikene skyldes bygenedbør, medstore lokale forskjeller.
Undersøkelsen viser at det for episoder med høy arealnedbør (referert til ALL-serien) er ensystematisk underestimering av arealnedbøren for Eggedal-feltet dersom kun stasjoner somrapporterer i sann tid benyttes.
Tabell 4.2a: Thiessen-vekter O 12.178 Eggedalbasert på synoptiske værstasjoner.
Stasjonsnr.2488028800
Delfeltareal: Vekt:198.31 km? 0.641111.05 km? .359
Tabell 4.2b Thiessen-vekter for 012.178 Eggedal,basert på alle tilgjengelige stasjoner.Stasjonsnr.
246002638029230
Delfeltareal: Vekt:1.75 km? 0.006
285.08 km? 0.92222.53 km2 0.073
10
\
\\R24880
\
\ \
' ""-·· .·-----------...-/
\
D 28800
Figur 4.2.1 Eggedal feltet
70
80
50
40 ,
30
20
" ·. ' "0•••• 0
o oe e e@·•· " .· ·e ' {4 • . •10 ....
0
0
0 10 20 30 40 50 60 70
VST
Figur 4.2.2 Spredningsplott (mm) mellom YST og ALL-seriene for Eggedal-feltet.
11
0.00
200.00
-400.00
-600.00
-800.00
1000.00
1200.00
·1400.00
- 1600.00
-1800. 00
-2000.00
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1998 1997
Figur 4.2.3 Akkumulert differanse (mm) mellom VST og ALL-serien i Eggedal-feltet.
!l0.00 1000. 00
60.00 500.00
4000 0.00
z20.00 -500.00
0.00 . -1000.00
20.00 ---------------------------- -1500.00
40 00 -2000.00
--Differanse.Eggedal-ALL _ Akk.dill
Figur 4.2.4 A umu ert 1 eranse mm) og eregnet area ne ør mm sortert etterstigende verdier på ALL-serien,
12
4.3 020. 002 Austenå
Feltet og de omkringliggende stasjonene er vist i figur 4.3.1. Med unntak av en kort periode i1990, der N37750 mangler observasjoner, dekker alle stasjoner hele perioden 1988-1997(Figur 4.3 .2).
Tabell 4.3a og 4.3b viser Thiessen-vektene til henholdvis YST-polygonene og ALL-polygonene. Det er ingen stasjoner plassert i feltet, men det er ganske god dekning rundtfeltet. Værstasjonen som benyttes er den stasjonen som ligger lengst fra feltet, og denne bidrarikke til ALL-polygonene.
Spredningsplott av de to arealnedbørestimatene (Fig 4.3.3) viser at YST-serien systematiskhar høyere verdier enn ALL-serien. Dette kommer også tydelig frem av kurven forakkumulert avvik mellom seriene (Fig. 4.3 .4 ).
Dersom en betrakter normal årsnedbør (1961-90) for stasjonene som inngår i estimatene, ogberegner en "feltnormal" basert på Thiessen-vektene fra tabell 4.3b, fåes en normalverdi på1138 mm for feltet. VS39690 har normalverdi 1290 mm, slik at forholdet mellom feltetsnormalverdi og YST-normalen er 0.88. Dersom YST-serien korrigeres med denne verdien,reduseres det systematiske avviket. Det synes som om det er et systematisk avvik i starten avperioden, men at dette utlignes de siste syv årene. Det akkumulerte avviket når YST-serien erkorrigert er vist i Fig 4.3 .4, og tilsvarende er linjen punktene skal samle seg om når VST-serien er korrigert vist i Figur 4.3.3. Konklusjonen er at nedbørverdiene for VS39690 ikke errepresentative for Austenå-feltet, men en enkel representativitetskorreksjon kan redusere detsystematiske avviket noe. Dog vil det for stor nedbør være tendens til at YST-serien fortsattgir mer nedbør enn ALL-serien. Dette kan medføre problemer i flomvarsling dersom detteikke er tatt hensyn til ved kalibrering av nedbør-avløpsmodellen som benyttes.
Tabell 4.3a Thiessen-vekter 020.002 Austenåbasert på synoptiske værstasjoner.
Tabell 4.3b Thiessen-vekter 020.002 Austenåbasert på alle tilgjengelige stasjoner.
Stasjonsnr:39690
Delfeltareal:274.73 km?
Vekt:1.000
Stasjonsnr:36880369703775038800398404020040270
Delfeltareal:59.24 km?125.32 km?
0.86 km?8.62 km?
42.20 km?38.43 km?0.08 km?
Vekt:0.2160.4560.0030.0310.1530.1400.000
13
'\·, .._)
\ 40270''-)0
J\
•
»L.. ........
<4\!f()
/ !\
\_
I38800
,o\
\
c:J
Figur 4.3.1 Austenå feltet
-39690
40200
-39840
-36970
36880
-38800
-37650
-377S0
-40270
Figur 4.3.2 Datadekningen for stasjonene som benyttes for beregning av arealnedbør for Austenå
14
90
80
70
60
50
.Jd« '40
30 0 • ,·20
·o ,8 e%% s •
10•'e
10 20 30 40 50
VST
60 70 80 90 100
a Austen -ALL Austen -VST ("Sentrallinje" dersom VST-serien korrigeres for systematisk awik)
Figur 4.3.3 Spredningsplott (mm) mellom YST og ALL-seriene for Austenå-feltet.
2000.00
1500.00
1000.00
500.00
0.00
-500.00
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1998 1997
1-Akk.diff(ukorr) -Akk.diff(korr) I
Figur 4.3.4 Akkumulert differanse (mm) mellom YST og ALL-serien i Austenå-feltet.
15
4.4 024.008 Mos ka
Figur 4.4.1 viser feltet og de meteorologiske stasjonene lokalisert i feltets nærhet. Figur 4.4.2viser datadekningen til disse stasjonene. Det er endel variasjon i hvilke stasjoner som tilenhver tid har data, slik at interpolasjon har vært nødvendig for 4 av stasjonene. I feltetsnærhet ligger to verstasjoner (VS41770 og YS42160), men begge ligger helt ute ved kysten.De komplementerende nedbørstasjonene ligger lengre fra kysten, og to av dem ligger sentraltplassert i feltet. Disse to stasjonene har begge manglende verdier, og er følgelig interpolert ienkelte perioder.
Tabell 4.4a og 4.4b viser Thiessen-vektene til YST-polygonene og ALL-polygonene. De tosentralt plasserte nedbørstasjonene bidrar til 93% av vektene for å bestemme arealnedbørenfor ALL-serien.
Figur 4.4.3 viser spredningsplott av YST-serien mot ALL-serien og Figur 4.4.4 viserakkumulert differanse mellom de to seriene. Begge disse to figurene viser at YST-serien girvesentlig lavere arealnedbørestimater enn ALL-serien. Dette henger sammen med at desynoptiske værstasjonene er lokalisert helt ute ved kysten, der normal årsnedbør er rundt 1150mm, mens det i feltet er beregnet normaler på rundt 2000 mm/år. Det blir dermed ensystematisk underestimering av arealnedbøren dersom kun verdier fra de synoptiskestasjonene benyttes uten korreksjon.
Tabell 4.4a Thiessen-vekter 024.008 Møska basertpå synoptiske værstasjoner.
Tabell 4.4b Thiessen-vekter 028.008 Moska basertpå alle tilgjengelige stasjoner.
Stasjonsnr:4177042160
Delfeltareal:92.82 km?
28.55 km?
Vekt:0.7650.235
Stasjonsnr:418204186041870
Delfeltareal:8.66 km?
32.05 km?
80.66 km?
Vekt:0.0710.2640.665
16
Ii
}I
\
)
(\I
Ij
• ass'
0 42350
i i;·_)
1(/L-
t,\9 41850!(VI
/r:
!
)(
J
f41820
416400
42160
41770
Figur 4.4.1 Møska-feltet.
I
-41770
421 60
I 4 182.0
I -41860, 4 1870
-42250
I -42350
-41850
-41640
Figur 4.4.2 Datadekning for stasjonene som benyttes for beregning av arealnedbør til Møskafeltet.
17
140
120
100
80
e 9 :
10 20 30 40 50 eo 70
VST
Figur 4.4.3 Spredningsplott (mm) mellom VST og ALL-serien for Møska.
0.0
-2000.0
-4000.0
-8000.0
-8000.0
-10000.0
-12000.0
1988 1989 1090 1991 1082 1993 1994 1996 19116 1997
Figur 4.4.4 Akkumulert differanse (mm) mellom VST og ALL-serien for Møska.
18
4.5 055.004 Røykenes
Figur 4.5.1 viser feltet og de omkringliggende meteorologiske stasjonene. Figur 4.5.2 viserdatadekningen. Stasjonene omfatter to synoptiske værstasjoner, en klimastasjon og trenedbørstasjoner. Klimastasjonen (VK50460) har data kun de tre første årene. Feltet er omgittav stasjoner på sørvest siden og på nordsiden. Stasjonen på nordsiden (N50860) ble nedlagtved utgangen av 1995.
Tabell 4.5a og 4.5b viser Thiessen vektene for beregning av de to arealnedbørseriene. Det erto stasjoner som bidrar til ALL-serien, VK50460 og N50860. Begge disse stasjonene ernedlagt i løpet av perioden. VK50460 er interpolert ved hjelp av N50450 (vekt 0.80),VS50540 (vekt 0.11) og N50860 (vekt 0.09). N50860 er for perioden 1995-1997 interpolertav N50540 (vekt 0.41), N50250(vekt 0.32) og N50450 (vekt 0.27).
Figur 4.5.3 viser spredningsplott mellom de to estimerte seriene, og figur 4.5.4 denakkumulerte differansen. Fra spredningsplottet sees at ALL-serien i stor grad viser høyerearealnedbør enn YST-serien. Kurven for akkumulert differanse gjenspeiler dette forholdetfram til årskiftet 1995/96, da kurven flater ut. Dette faller sammen med nedleggelse avN50860, som har årlig normal nedbør på hele 3155 mm, sammenlignet med 2250 mm iBergen (VS50540), 2704 mm ved N50250 og 2041 mm ved N50450. De interpolerte verdienefor N50860 i årene 1995-97 er dermed estimert for lavt. Dette kan justeres ved å benytteandre interpolasjonsteknikker enn den enkle avtandsbaserte metoden vi har brukt her.
Tabell 4.5a Thiessen-vekter 055.004 Røykenesbasert på synoptiske værstasjoner.
Stasjonsnr.: Delfeltareal:50540 49.93 km?
Vekt:1. 000
Tabell 4.5b Thiessen-vekter 055.004 Røykenesbasert på alle tilgjengelige stasjoner.
Stasj onsnr. :5046050860
Delfeltareal:12.80 km?37.13 km?
Vekt:0.2560.744
19
\D 50540
050860
50450,504
s"
\
Figur 4.5.1 Røykenes-feltet.
-50540
50300
50450
50460
-50860
50250
Figur 4.5.2 Datadekning for stasjonene som benyttes for å beregne arealnedbør for Røykenes-feltet
20
140
120
100
80
...J
...J«60
40 .ag»
: ,s '20el
. r. ..o
0
20 40 80
VST
80 100 120
Figur 4.5.3 Spredningsplott (mm) mellom VST og ALL-serien for Røykenes-feltet.
1000.0
0.0
-1000.0
-2000.0
-3000.0
-4000.0
-5000.0
-6000.0
1988 1989 1990 1991 1992 1903 1994 1995 1996 1997
Figur 4.5.4 Akkumulert differanse (mm) mellom VST og ALL-serien for Røykenes.
21
4.6 083. 002 Viksvatn
Figur 4.6.1 viser feltet og de omkringliggende meteorologiske stasjoner. Figur 4.6.2 viserdatadekningen til disse stasjonene, og forteller at det har vært mange endringer i stasjonsnettetsom omgir dette feltet.
I feltet har det vært i drift tre synoptiske værstasjoner, hvorav den ene er erstating for denandre (57190 -> 57420). VS53100 ble i 1994 erstattet av en automatisk værstasjon, hvis dataikke er benyttet i undersøkelsen. Det er i utgangspunktet god dekning av stasjoner somobserverer nedbør rundt feltet, men dette bildet lyver litt p.g.a. av alle endringene istasjonsnettet. I selve feltet ligger det to stasjoner, hvorav den ene, N56850 kun har gått halveperioden. Den erstattet nedbørstasjon N56860, men data for denne er fjernet fra DNMI'sklimadatabase på grunn dårlig kvalitet
Tabell 4.6a og tabell 4.6b viser Thiessen vektene som ligger til grunn for de toarealnedbørseriene. I fugur 4.6.3 og figur 4.6.4 oppsummeres forskjellen mellom de toarealanedbørseriene i form av spredningsplott og kurve over akkumulert differeranse. Serienbasert på registreringer foretatt i sann tid viser generelt lavere verdier enn for serien basert påall tilgjengelig informasjon. Denne forskjellen utlignes de fire siste årene (Fig 4.6.4), noe somforklares av endringene i stasjonsnettet
Figur 4.6.5 viser hvordan differansen mellom seriene forløper dersom en sorterer hendelseneetter størrelse på arealnedbøren beregnet fra all tilgjengelig informasjon. Den viser atdifferansen øker med økende arealnedbør, og dette indikerer at det tilgjengeligeværstasjonsnettet ikke representerer nedbørvariasjonene i dette feltet.
Tabell 4.6a Thiessen-vekter 083.002 Viksvatn Tabell 4.6b Thiessen-vekter 083.002 Viksvatnbasert på synoptiske værstasjoner. basert på alle tilgjengelige stasjoner.
Stasjonsnr: Delfeltareal: Vekt: Stasjonsnr: Delfeltareal: Vekt:53100 157.84 km? 0.312 55840 20. 72 km 0.04157190 82. 41km? 0.163 55930 11.14 km? 0.02257420 266.41 km? 0.526 56120 8.52 km? 0.017
56800 39.91 km? 0.07956850 189.24 km? 0.37456960 230.66 km? 0.45557390 6.48 km? 0. 013
22
55840
056120
559\
53100
Figur 4.6.1 Viksvatn-feltet.
-53100
-57420
57190
I
I
-56800
56850
56120
I-56960
55840
-55930
57390
5 74 80
Figur 4.6.2 Datadekning for stasjonene som benyttes til å beregne arealnedbør for Viksvatn-feltet.
23
140
120
100
BO
z60
40
20 .·s$
e
20 40 80
VST
80 100 120
Figur 4.6.3 Spredningsplott (mm) mellom YST og ALL-seriene for Yiksvatn feltet
500.0
0.0
-500.0
-1000.0-
-1500.0
-2000.0
-2500.0
-3000.0 -
-3500.0
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996
Figur 4.6.4 Akkumulert differanse (mm) mellom YST og ALL.serien for Viksvatn- feltet.
140 --7500.0
120 -- O.C
100 -500.0
80 -5000.
80 -1500 0
40 -2000 G
20
Viksvatn-VST Viksvatn-ALL Akk diff •Figur 4.6.5 Akkumulert differanse (mm) når arealnedbøren (mm) er sortert etter ALL-serien.
24
4. 7 122. 009 Gaulf oss
Figur 4.7.1 viser Gaulfoss sitt nedslagsfelt og de meteorologiske stasjonene som befinner seg iog i nærheten av dette. Figur 4.7.2 viser datadekningen til disse stasjonene.
Datadekningen er meget god, av 19 stasjoner er det kun tre serier som ikke dekker heleperioden. Beklageligvis ligger alle disse stasjonene i feltets vestlige og sørvestlige område.Feltet er stort, og det er mange stasjoner som bidrar i beregning av arealnedbør. Til tross forfeltstørrelsen er det kun to stasjoner som ligger i selve feltet, de øvrige 19 er pent dandertrundt feltgrensen.
Tabell 4.7a og tabell 4.7b viser Thiessen-vektene for de to arealnedbørberegningene. I VST-beregningen er det tre store vektingsbidrag og ett mindre. Stasjonene som representerer de firehjørnene av feltet, en ganske gunstig plassering. For ALL-beregningen bidrar en avnedbørstasjonene, N67450, med nesten 37% av vektingen. Dette er en av stasjonene somligger i feltet. Bidragene fra de øvrige stasjonene er forholdsvs små, fra 17% og nedover.
Figur 4.7.3 viser spredningsplottet mellom de to estimerte seriene, og figur 4.7.4 denakkumulerte differansen. Disse viser at YST-serien generelt underestimerer arealnedbørennoe i forhold til ALL-serien. Forskjellen øker med økende ALL-verdier, men forskjellene erikke dramatisk store. Noe annet er heller ikke å vente i et felt med såpass mange stasjonerbåde for VST og ALL-beregningene.
Tabell 4.7a Thiessen-vekter 122.009 Gaulfoss Tabell 4.7b Thiessen-vekter 122.009 Gaulfossbasert på synoptiske værstasjoner. basert på alle tilgjengelige stasjoner.
Stasjonsnr: Delfeltareal: Vekt: Stasjonsnr: Delfeltareal: Vekt:10400 944.59 km? 0.307 10100 99.84 km? 0.03365110 139.06 km? 0.045 10600 512.40 km? 0.16666730 1237.85 km? 0.402 10740 1. 20 km? 0.00068340 759.94 km? 0.247 66620 51. 69 km2 0.017
66730 159.08 km? 0.05266850 53.76 km? 0.01767200 13.25 km? 0.00467240 439.49 km? 0.14367450 1129. 03 km? 0.36668270 2.38 km? 0.00168340 200.56 km 0.06568420 275.50 km2 0.08968450 13.97 km? 0.00568840 129.29 km2 0.042
25
da,-
jI
Figur 4.7.1 Gaulfoss-feltet
-:]-10400
-651IO
-10100
-10600
-10740
68840
-68450
-68420
-68270
e67450
67240
-67200
-66250
e66620
-66600
-66770
66850
----------- ------
Figur 4.7.2 Datadekning for seriene som benyttes til å beregne arealnedbør for GAulfoss-feltet
26
60
50
40
z so
e 9 a
20
10 o eog o
10 20 30
VST
40 50 60
Figur 4.7.3 Spredningsplott (mm) mellom YST og ALL-seriene.
50.00
0.00
-50.00
-100.00
-150.00
-200.00
-250.00
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
Figur 4.7.4 Akkumulert differanse (mm) mellom YST og ALL-serien for Gaulfoss-feltet.
27
4.8 139.035 Trangen
Feltet og de omkringliggende stasjonene er vist i figur 4.8.1. Datadekningen til stasjonene ervist i figur 4.8.2.
Tabell 4.8a og tabell 4.8b viser Thiessen-vektene for de arealnedbør-beregningene. Det er tosynoptiske værstasjoner i datagrunnlaget. En av dem, VS73500, ligger sentralt plassert i feltet,og bidrar med 78% av vektene i YST-estimatene og 66% i ALL-serien. I tillegg bidrar denandre, VS73620 med ytterligere 20% i ALL-serien, slik at nedbørstasjonene kun bidrar medomlag 14% av vektingen i ALL-serien. Det er derfor begrenset tilleggsinformasjon å hente franedbørstasjonene.
Dette bekreftes av spredningsplottet i figur 4.8.3, som viser liten spredning i estimatene.
Tabell 4.8a Thiessen-vekter 139.035 Trangenbasert på synoptiske værstasjoner.
Stasjonsnr:7350073620
Delfeltareal:673.04 km?185.86 km
Vekt:0.7840.216
Tabell 4.8b Thiessen-vekter 139.035 Trangenbasert på alle tilgjengelige stasjoner.
Stasjonsnr:7380074300735007362073250
Delfeltareal:57. 13 km2
25.06 km?566. 49 km2
173.34 km?36.87 km?
Vekt:0.0670.0290.6600.2020.043
4.9 165. 006 Strand@
Feltet og de omkringliggende stasjonene er vist i figur 4.9.1. Dette er undersøkelsens minstefelt, og det er kun to stasjoner som betraktes, VS82290 for bestemmelse av YST-serien, ogN82560 for bestemmelse av ALL-serien. Sistnevnte stasjon ble nedlagt ved årsskiftet1996/97, og det siste året er interpolert på grunnlag av N82840 (vekt 0.426), VS82290 (vekt0.316) og N83300 (vekt 0.258).
Figur 4.9.2 viser spredningen i estimatene mellom de to seriene. ALL-serien (N82560) hargenerelt høyere verdier enn VST-serien (VS82290). Denne tendensen synes å være mindre detsiste året, når N82560 er interpolert. Siden lokale nedbør episoder nødvendigvis vil slå kraftigut i et oppsett som dette, er det enkelte store enkeltavvik mellom de to seriene.
28
Figur 4.8.1 Trangen feltet.
73500
73620
I -73100
732.50
-70930
74320
743 00
Figur 4.8.2 Datadekningen til stasjonene som benyttes for å beregne arealnedbør for Trangen-feltet.
29
70
60
50
40
d
a30
20
10 ..o
. . .g . ... . .: .
• o • •
. ....10 20 30 40 50 60 70
VST
Fugur 4.8.3 Spredningsplott (mm) mellom VST og ALL-serien for Trangen-feltet.
150.0
100.0
50.0
0.0
-50.0
-100.0
-150.0
-200.0
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
Figur 4.8.4 Akkumulert differanse (mm) mellom VST og ALL-serien for Trangen-feltet.
30
»
/i
(Q
}- }
i/
;I
I
Ii
I
/1,fy
bl
)(
Figur 4.9.1 Strandå-feltet.
120
100
80
:::l 60t
40: % ,
.... ..·• ':::.g " a oe •
20 - • • 0
•••
o•d' o•
10 20 30 40
VST
50 80 70 80
Figur 4.8.2 Spredningsplott (mm) mellom YST og ALL-seriene for Strandå-feltet.
31
4.10 234.018 Polmak
Dette er undersøkelsen største felt, og kart over feltet og de meteorologiske stasjonene som erbenyttet i denne undersøkelsen er vist i figur 4.10.1. Figur 4.10.2 viser datadekningen til dissestasjonene.
Feltet ligger delvis i Finland, hvorfra det ikke var tilgjengelige nedbørobservasjonerfor denneanalysen. Stasjonene som inngår i undersøkelsen ligger derfor på norsk side av grensen, medgod dekning av både synoptiske værstasjoner som nedbørstasjoner i og rundt feltet.
Tabellene 4.1 Oa og 4.1 Ob viser Thiessen-vektene som ligger til grunn for de to arealnedbør-seriene. Polygonet knyttet til stasjonen i Karasjok, VS97250, dekker vel 48% av feltet, mensVS97350 dekker ytterligere 24%. Disse to stasjonene er lokalisert i selve feltet. Tilsammenligning dekker ingen stasjon mer enn vel 1 7% for ALL-serien. Dette er stasjonenN97690, som dekker de sydøstlige delene av feltet.
Spredningsplott mellom de to arealnedbørseriene (Figur 4.10.3) viser liten spredning iestimatene. Det er en liten tendens til at ALL-serien gir noe høyere estimater, men dette ernoe som synes å ha en sesongmessig variasjon, jfr. kurven for akkumulert differanse mellomseriene (Figur 4.10.4). Dersom en beregner arealverdier basert på normal månedsnedbør(1961-90) for Polmak-feltet, og beregner forholdet mellom stasjonenes normalverdi og feltetsgir dette en indikasjon på årsaken til denne sesongvariasjonen. Figur 4.10.5 viserforholdstallet mellom normalnedbøren til de enkelte stasjonene og feltets"arealnormalnedbør" for januar, koblet til de tilhørende Thiessen-polygonene. I januar harstasjonene i feltets vestlige deler forholdtall lavere enn 1, mens det i de østlige områdene erhøyere forholdstall. En ser også antydninger til høyere forholdstall for stasjonene som liggernord for feltet. Ser en derimot på samme forhold for juli måned, er bildet byttet om. Det er deøstlige delene som får minst nedbør sommerstid, mens de vestlige og sydlige delene av feltetligger over feltets arealverdi.
Tabell 4.lOa Thiessen-vekter 234.018 Polmak Tabell 4.lOb Thiessen-vekter 234.018 Polmakbasert på synoptiske stasjoner. basert på alle tilgjengelige stasjoner.
Stasjonsnr: Delfeltareal: Vekt: Stasjonsnr: Delfeltareal: Vekt:93300 504.51 km? 0.036 93300 72.09 km? 0.00593710 0.15 km2 0.000 93500 215.68 km? 0.01593900 1572. 22 km? 0 .111 93710 0.15 km? 0.00096800 1760.19 km? 0.124 93900 1421.62 km? 0.10097250 6886.89 km2 0.486 95270 87.52 km 0.00697350 3437.46 km? 0.243 95950 62.10 km? 0.004
96000 9.23 km2 0.00196930 128.92 km? 0.00996970 2089.87 km2 0.14897110 2352.33 km? 0.16697150 918.21 km? 0.06597250 1099.68 km? 0.07897320 792.77 km? 0.05697350 1571.96 km? 0 .11197580 838.51 km 0.05997690 2500.43 km 0.176
32
d
\].............___,
/.. '·\/ /
',:.'),.
\l-----(
j......._____
' \. Ri'-, ·<'Js'c9l \ >
e!\ it ,1v:fl ( 11
j f )·,j,,. • ,,) '-\ .........
,,
, .. .,.«)ej ro
// \.
\...
k -ie68 o%l
\
)6930 {
'l
Figur 4.10.1 Polmak sitt nedslagsfelt.
-96800
-97250
-97350
-93300
-93710
-93900
-95950
-96930
-96970
-97110
'-97150
-95270
-97580
-97320
-97690
-93500
-96000
',Figur 4.10.2 Datadekningen til stasjonene som benyttes for å beregne arealnedbør i Palmak-feltet.
33
45
40
35
30
25
20
15
10 .. ·· ..'·'.. e'.:" .· ,:
es
+--0
0 10 15 20 25 30 35 40 45
VST
Figur 4.10.3 Spredningsplott (mm) mellom YST og ALL-seriene for Polmak-feltet,
20.00
10.00
0.00
-10.00
-20.00 --
-30.00
-40.00
-50.00
-80.00
-70.00 ·
-80.00
-90.00
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1998 1997
Figur 4.10.4 Akkumulert differanse (mm) mellom YST og ALL-serien for Polmak-feltet.
34
cf5950
I
930
-033I\- '-J '
,r,
.,Jor' / ,,..
" fz%
Forholdstall:EE <0.smo.5-0.6EEE0.6-o7CJ0.7-0.8C o.s-o.91,,.£]0.9 - 1-1-1.1- 1.1-1.2- 1.2-1.3- 1.3-1.41.4- 15> 1s
7
[ks7o
00
Januar
/930
7110
Q
1'I
- )·-- ........ --,,._:-,"
#9
('
00
Juli
Figur 4.10.5: Månedlige forholds-tall (januar og juli) mellom nonnal(1961-90) nedbør for polygonene(stasjonene) og normal arealnedbøIfor Polmak sitt nedbørfelt.
5 Diskusjon og konklusjonerI denne undersøkelsen er det beregnet døgnlig arealnedbør for ti ulike nedbørfelt ved bruk avThiessen-polygoner. Seriene dekker perioden 1.1.1988 - 31.12.1997. For hvert felt er detberegnet to serier. Den ene (YST-serien) er basert på nedbørobservasjoner rapportert i sanntid fra synoptiske værstasjoner. Dette tilsvarer de dataene som er tilgjengelige forflomvarsling i dag. I beregningen av den andre serien (ALL-serien) er alle tilgjengeligenedbørobservasjoner benyttet, både de som inngår i YST-serien og de som blir rapportert iettertid fra nedbør- og klimastasjoner.
Bakgrunnen for undersøkelsen har vært å vurdere effekten av a utnytte alle tilgjengeligenedbørobservasjoner sammenlignet med å benytte kun observasjonene fra det synoptiskestasjonsnettet til å bestemme arealnedbør. Hensikten har vært å vurdere representativitetenmed hensyn på beskrivelse av tilstanden i de hydrologiske modellene som benyttes tilflomvarsling. Resultatene viser at :
det er systematiske forskjeller i de estimerte seriene.- bruk av alle tilgjengelige gir en bedre beskrivelse av arealnedbøren.
estimatene er følsomme for endringer i stasjonsnettet
Siden det ikke finnes noe fasitsvar på hva som er riktig arealnedbør, er det ved å studerearealnedbørseriene alene ikke mulig agi et entydig svar på hvilken effekt det har å utnyttesamtlige nedbørstasjoner i forhold til kun synoptiske. Det er flere faktorer som spiller inn:feltets størrelse, stasjonsnettets konfigurering (antall stasjoner, plasseringen av disse,fordelingen VS og NVK), topografi, nedbørgradienter ( orografisk nedbør, hyppighet avbyger). Det er nødvendig å ha alle disse faktorene i tankene når en ser på resultatene.Imidlertid kan en ved å benytte de to seriene som inngangsverdier til nedbør-avløpsmodeller,og knytte de opp til avløpsserier komme nærmere enn full forståelse disse forholdene. Detteforutsetter at de samme modellparameterene benyttes for begge serier, slik at differanser imodellert avløp kan studeres sammen med det observerte. Dersom en kan tilleggemodellparametre i nedbør-avløpsmodellen fysikalske egenskaper kan en ved "forsiktig"tilpassing av modellen danne seg et bilde av representativiteten til de to arealnedborseriene,og hvilke forhold de beskriver.
Ved siden av stasjonsnettets utforming er feltets størrelse den viktigste faktoren. De fleste småfelt har liten selvregulering, og vil dermed gi rask avløpsrespons på en kraftig nedbør episode.En strategisk plassert stasjon som registerer nedbør vil i et lite felt gi en god beskrivelse avarealnedbøren. I og med at antallet stasjoner i Norge som rapporterer nedbør i ettertid er 4-5ganger større enn antallet som rapporterer i sanntid, er det større sannsynlighet for at den/ destasjonene som bidrar mest til arealnedbørestimatet er en nedbør- eller klimastasjon. Blant deundersøkte feltene finner vi et unntak i Trangen-feltet, der værstasjonene er de som er mestsentralt plassert i feltet. Store nedbørfelt dekkes av flere stasjoner, slik at lokalenedbørepisoder på en eller flere av stasjonene vil bli glattet ut.
Ett gjennomgående trekk for de feltene som er undersøkt er at det er et systematisk avvikmellom estimatene i VST og ALL-serien. For de fleste feltene vil YST-serien gi mindrearealnedbør enn ALL-serien. Dette skyldes at de fleste feltene ligger høyere i terrenget enn desynoptiske stasjonene. Nedbørstasjonsnettet er mer representativt i så henseende, men hellerikke disse stasjonene kan forventes beskrive høydevariasjonene fullt ut. Et eksempel pådenne effekten sees i ALL-serien for Røykenes, der forskjellen mellom denne og YST-serienflates ut når nedbørstasjonen plassert mest sentralt i forhold til feltet ble nedlagt.
36
For Austenå-feltet fåes en systematisk overestimering av arealnedbøren i YST-seriensammenlignet med ALL-serien. Dette skyldes at værstasjonen som benyttes ligger sørvest forfeltet, i et område med høyere normalnedbør enn feltet. Det motsatte problemet oppstår iMøska-feltet, som ikke ligger så langt unna. Her ligger værstasjonene helt ute ved kysten,mens feltet ligger et stykke innenfor der nedbøren normalt er høyere på grunn av orografisknedbørforsterkning. Det bør derfor anbefales at forholdet mellom normal arealnedbør basertpå henholdsvis VST og ALL-oppsettet studeres. Et slikt forholdstall bør dog brukes medvarsomhet. Det relative forholdet mellom stasjonene kan endres over tid (Førland et al., 1996)grunnet mulige endringer i den storstilte atmosfæriske sirkulasjonen. Tveita et al. (1997) harvist at dette forholdstallet varierer med sesong. Endelig denne viser analysen at forholdetmellom stasjonene under normalforhold ikke behøver å være dekkende for situasjoner sommedfører store nedbørmengder.
I dette arbeidet er samme Thiessen-polygoner benyttet for hele perioden. Dersom en stasjonmangler verdier for kortere eller lengre perioder, er den interpolert ved å benytte inversdistanse vekting mot de (inntil) tre nærmeste stasjonene med observasjoner. Det er ikke gjortnoe forsøk pa lage mer avanserte interpolasjonsmodeller for hver enkelt stasjon, det liggerutenfor rammene til denne undersøkelsen. Den angrepsmåten som er valgt fører til at denarealnedbørserien som beregnes kan gjenspeile ulike stasjonskonfigurasjoner gjennomperioden. Dette vil også gi utslag i forholdet mellom de to arealnedbørseriene. Ved benytteinformasjon om datadekningen sammenholdt med kurven for akkumulert differanse mellomarealnedbørseriene kan en danne seg en oppfatning av hvordan forskjellig datagrunnlag vilpåvikre arealnedbør-estimatene. Også dette forholdet bør undersøkes ved å se på endretrespons i en nedbør-avløpsmodell, og evt. hvilke justeringer av modellparametre som må tilfor tilpasse modellen til observert avløp.
Ett problem ved aanvende Thiessen-polygoner er at det knyttes et bestemt areal opp til enbestemt stasjon. En bygeepisode med liten geografisk utstrekning som gir stor nedbør på enstasjon, og samtidig ikke registreres på nærliggende stasjoner vil gi stort utslag iarealnedbøren siden denne knyttes opp til hele arealet denne stasjonen representerer. Dettekan f.eks sees i V ST-serien sammenlignet med ALL-serien for Knappom.
Metodene som benyttes for å bestemme arealnedbør tar ikke hensyn til effekter som har klarinvirkning på den romlige fordelingen av nedbør, slik som topografi. Arealnedbørestimatenekan forbedres ved utvikling av metodikk som i bedre grad beskriver denne romligevariabiliteten, der det tas hensyn til topografiske parametre i tillegg til meteorologiske.
37
6 EtterordForfatteren ønsker å takke Eirik J. Førland for gode og konstruktive diskusjoner ogkommentarer i løpet av prosjektet. En stor takk rettes også til Thomas Skaugen og HansChristian Udnæs ved Hydrologisk avdeling, NVE for konstruktivt samarbeide.
Prosjektet er delvis finansiert gjennom FoU-programmet HYDRA F7: Usikkerhet ihydrologiske og meteorologiske prognoser, kontrakt HYDRA F7/98-3, prosjekt nr. 1001 ogdelvis gjennom egeninnsats fra Klimaavdelingen ved Det norske meteorologiske institutt.
7 Referanser
ESRI ( 1998) ARC/INFO Geographical Information System version 7 .1.2, Users Guide. ESRI
Forland,E.J. A.van Engelen, I.Hanssen-Bauer, R.Heino, J.Ashcroft, B.Dahlstrm, G.Demaree, P.Frich,M.Mietus, G.Muller-Westermeier, T.Palsdottir,H.Tuomenvirta og H.Vedin (1996) Changes in"normal" precipitation in the North Atlantic Region, DNMI Report 7/96 KLIMA
Tveito,O.E og E.J.Førland (1998) Areal precipitation for flood forecasting, DNMI Report 8/98 KLIMA
Tveito,O.E, E.J.Forland, B.Dahlstrom, E.Elomaa, P.Frich, I.Hanssen-Bauer, T.J6nsson, H.Madsen,J.Perala,P.Rissanen og H.Vedin (1997) Nordic precipitation maps, DNMI Report 22/97 KLIMA
8 ForkortelserEn oversikt over forkortelser som måtte dukke opp i teksten.
ALL - Betegner arealnedbørserier som er beregnet fra samtlige tilgjengeligenedbørobservasjoner.
VST - Betegner arealnedbørserier som er beregnet fra nedbørobservasjoner rapportert isanntid.
VS Synoptisk værstasjon, rapporterer i sanntid.VK - Klimastasjon, rapporterer i ettertid, månedlig.N - Nedborstasjon, rapporterer i ettertid, ukentlig.
38
Appendix A
Thiessen polygoner benyttet for å beregne arealnedbør basert på synoptiske værstasjoner ogalle tilgjengelige nedbørobservasjoner.
39
002.142 Knappom
or280
07010 07010
{00 100
\ 01550
06620 0 6620
is3
teeo6490·,
.01490
0 0
cg 0
V•r1tHjon1rCJ804007010 . 0 eeoo
All;•lt:on•=9490855088207250
0 eeoo
012.178 Eggedal
0 24880 0 24880
.029600
924770
0 29230 0 29230
0 24770
0 24800 0 24600
0 26240 0 26240
Alle stasjoner:Væntasjoner 11124600.. 24880 EE2263soREE]2ssoo C 28800 029230 C 28800
020.002 Austenå
402700
40270-·40200
0
377500 : 40200
0
3TTSQ0
369700
369700
398400
37650o 39840
0
376500
368800
368800
388000
396900
Væntaøjoner:99o 39690
0
388000
Alle stasjoner:36soCJ369709 377sog seoo
398404020040270
024.008 Møska
0 423500 41850
0 42250
416400
0 42250
0 42350
·:. o41879 880:··\1,
0 41850
416400
42160 41820 42160 41820
41770 41770
Værstasjoner-41770EE] 16o
Allestasjoner:«1socrz:J41860t]so
055.004 Røykenes
- '))
f0 ·8. • 9,o
0 50250 0 50300
0 50540
0450 (ijflet
0 502500 50300
Værstasjoner:-50540
Alle stasjoner:] so6oD so86o
083.002 Viksvatn
0 574800 57300 0 57480
0 57300
574200
P 5719057420
0P 57190
18155840 18156840•·:::.·., ..
056 0
0 56850
056120 058120
559 559
100 100
Alicstasjoner: 5584055930
-=568505696057390
122.009 Gaulfoss
065110 oså270
·es>87z00
#e0 68340
68420. ·o
0 68450
e 680 66TTO O 6 0 <:>67.SO ·-
0
0 65110
0662°67200
0 8P6776
968270088340
68420--o
0 68450 ·
0 688
0 66850940600
o 10400
0 107 0 0 668500 10600
o 10400
0107 0
0 10100 0 10100
Ea;68340
Alleltlljoner10100
:'.,:; 10600107406662066730668.506720067240
·:··· 674.SO
1-:68420684.SO68840
139.035 Trangen
/ I)'4320cry,4300
)'4320d-'74300
o7 - o7 800
0 73620 C7362Q
e70030973250
0709300 -732-50
I I
Værstasjoncr:-73500EE]73620
A!ller:73.SOO
z74300
165 .006 Strandå
Verstagjoner:-82290
Allenaajoner:082560
825
90
82
234.018 Polmak9
":kf. .930 693()
97
·0s270 Os5270
933 /oorsso
t;l9732-·--007350
933 Og755
789
s3710 93710
00
V•stasjoncr:093300CJ93710-93900
9680097250973S0
Alle ltajoner:
1933009350093710
(J:g93900
1952709595096000
læ)96930
I:j oo»CJ97250-97320
973509758091690
AppendixB
Kurver for arealnedbørserier basert på synoptiske værstasjoner og alle tilgjengeligenedbørobservasjoner, samt differansen mellom disse for 002.142 Knappom.
60 1510
50 5E eE 40 0 E...ISl -5 Q)
.0 30 Cl)
o -10 %Q)C ...s 20 -15gQ)
-2o...<(
10-25
0 -301988 1989 1990 1991 1992
70 20
60 15
E 50 10 ee E...40 56 Q).0 Cl)
"C CQ) 30 0Cs Q)
Q) EE...20 -5 Cl<(
10 -10
0 -151993 1994 1995 1996 1997
- Knappom-VST - Knappom - ALL - Differanse
[-ADET NORSKE METEOROLOGISKE INSTITUTT
POSTBOKS 43 BLINDERN, N-0313 OSLO
TELEFON: (+47) 22 96 30 00
TITTEL
ISBN 0805-9918
RAPPORT NR.
31/98 KLIMA
DATO
11.12.98
Døgnarealnedbør for flomvarsling
UT ARBEIDET A V
Ole Einar Tveito
OPPDRAGSGIVER
Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE)Det norske meteorologiske institutt (DNMI)
SAMMENDRAG
I denne undersøkelsen er det beregnet arealnedbør på døgnbasis for tiutvalgte nedbørfelt som benyttes i flomvarsling. Arealnedbøren er beregnetmed Thiessen-polygoner, og det er beregnet to serier for hvert felt: en somer basert på stasjoner som rapporterer i sann tid (synoptiske værstasjoner),og en serie som baserer seg på optimal informasjon om nedbør, som ogsåinkluderer stasjoner som rapporterer i ettertid (nedbør- og klimastasjoner).
Hensikten med undersøkelsen har vært å vurdere effekten av å utnytte alltilgjengelig informasjon i forhold til den informasjon det synoptiskestasjonsnettet gir. Perioden som er undersøkt er 198 8-1997, og resultateneviser at det er systematiske forskjeller mellom de to arealnedbørseriene.Størrelsen og karakteren til denne forskjellen avhenger stasjonsnettetsutforming, og undersøkelsen har også vist at resultatene er følsomme forendringer i stasjonsnettet.
UNDERSKRIFTER
be3AsaEirik J. Før landPROSJEKTLEDER
jømAuneFAGSJEF
UTGITTE NOTAT I HYDRA-SERIEN
1/97 Metoder for kvantifisering av hydrologiske prognosefelts representativitet.Kai Fjelstad, NLH (diplomarbeid).
2/97 Effekter av flomsikringstiltak. En gjennomgang av litteraturen.Magne Wathne, SINTEF.
3/97 Virkningen av lokal overvannsdisponering på tettstedsflommer.Dag Rogstad og Bjørn Vestheim, NLH (hovedoppgave).
4/97 Forslag til kravspesifikasjon av vassdragsmodell.Lars A. Roald, NVE.
5/97 A note on floods in high lattitude countries.Lars A. Roald, NVE.
6/97 Climate change and floods.Nils Roar Sælthun, NIVA.
7 /97 Flomdemping i Gudbrandsdalslågen. Programstruktur og systembeskrivelse.Magne Wathne og Knut Alfredsen, SINTEF.
8/97 Klima, arealbruk og flommer i perspektiv.Arnor Njs, Jordforsk.
9/97 Flood forecasting in practice.Dan Lundquist, GLB.
1/98 Bruk av ensembleprognoser til estimering av usikkerhet i lokale nedbørprognoser.Marit Helene Jensen, DNMI.
2/98 LANDSKAP OG ESTETIKK -et kulturelt perspektiv.Oddrun Sæter, Byggforsk.
3/98 Betydning av vårflommens størrelse for tetthet av laks- og ørretunger i Saltdalselva.Arne J. Jensen og Bjørn Ove Johnsen, NINA.
4/98 Pure Model Error of the HBV-model.Øyvind Langsrud, Arnoldo Frigessi and Gudmund Høst, Norwegian Computing Center(Norsk Regnesentral)
5/98 Analyse av effekter av urbanisering og avrenningsutjevnende tiltak i Svebestadfeltet - Sandneskommune.Jadranka Milina, SINTEF.
6/98 Virkning av urbanisering på avrenningsforhold i Storånavassdraget.Jadranka Milina, SINTEF.
7/98 Metodebeskrivelse for flomsoneanalyse med eksempler fra Flisa og Kirkenær.Søren Elkjær Kristensen og Astrid Voks, NVE.
8/98 Statistical Forecasting of Precipitation Conditional on Numerical Weather Prediction Models.John Bjørnar Bremnes, DNMI
9/98 1995-flommens volum, stigningstid og varighet i Gudbrandsdalslågen.Jan Ove Soderholm (Hovedfagsoppgave ved Geografisk Institutt, Universitetet i Oslo, våren 1998).
10/98 Vårflommer i Glomma. Modellering av maksimalvannføringen på bakgrunn av volum ogflomhydrogrammets form.Grete Orderud Solberg (Hovedfagsoppgave ved Geografisk Institutt, Universitetet i Oslo, våren 1998).
11/98 Flomvolum Østlandet våren 1995. Frekvens og regional fordeling.Grete Orderud Solberg og Kjell Nordseth. Geografisk Institutt, Universitetet i Oslo.
12/98 A Statistical Model for the Uncertainty in Meteorological Forecasts, with Applications to theKnappom and Røykenes Catchments.Turid Follestad og Gudmund Høst. Norwegian Computing Center (Norsk Regnesentral)
13/98 Precipitation estimation using satellite remote sensing.Øystein Godøy, Det norske meteorologiske institutt.
14/98 High Resolution Precipitation Forecasting with Initial and Boundary Conditions from EnsembleForecasts.Viel Ødegaard, Det norske meteorologiske institutt.
1/99 Døgnarealnedbør for flomvarsling.Ole Einar Tveito, Det norske meteorologiske institutt.
ti\ .
I5Z·zJ
Kon taktpersoner
formann i styringsgruppen: Ola SkaugeTlf. 73 58 05 00
E-post: [email protected]
programleder: Amor NjøsJordforskTlf. 64 94 81 70 (Jordforsk)Tlf. 22 95 90 98 (NVE)E-post: [email protected]: [email protected].
naturgrunnlag og arealbruk: Arne GrønlundJordforskTlf. 64 94 81 09E-post: [email protected]
Noralf RyeUniversitetet i BergenTlf. 55 58 34 98E-post: [email protected]
tettsteder: Oddvar LindholmNorges LandbrukshøgskoleTlf. 64 94 87 08E-post: [email protected]
flomdemping, flomvernog f/omhandtering: Dan Lundquist
Glommens og LaagensBrukseierforeningTlf. 22 54 96 00E-post: [email protected]
skaderisikoanalyse: Nils Roar SælthunNorsk institutt for vannforskningTlf. 22 18 51 21E-post: [email protected]
miljøvirkninger av flom ogflomforebyggende tiltak: Olianne Eikenæs
Norges vassdrags- og energidirektoratTlf. 22 95 92 24E-post: [email protected]
databaser og GIS:Lars Andreas RoaldNorges vassdrags- og energidirektoratTlf. 22 95 92 40E-post: [email protected]
model/arbeid: Ånund KillingtveitNorges teknisk-naturvitenskaplige universitetTlf. 73 59 47 47E-post: aanund .ki [email protected]
programadministrasjon: Olianne EikenæsNorges vassdrags- og energidirektoratTlf. 22 95 92 24E-post: [email protected]: http://www.nve.no
Per Einar FaugliNorges vassdrags- og energidirektoratTlf. 22 95 90 85E-post: [email protected]
