Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Every year the Swedish infrastructure is afflicted with more or less severe damages caused by water. The damages are often caused by flooding due to underdimensioned culverts. The fact that an operational infrastructure is needed to maintain a financial and ecological profitable forestry shows the benefit of a less frequency of underdimensioned culverts.
The purpose of the study was to investigate in which proportion the inventoried culverts and road bridges are underdimensioned. Hopefully the study can be used as a new tool for the dimensioning of water passages to decrease the frequency of underdimensioned culverts. The study covers 5 940 culverts and 160 road bridges in five drainage areas located in Gävleborgs County, Sweden.
Thanks to the unique inventory of culverts and road bridges made by Skogsstyrelsen, the study has been possible to perform. The inventory recorded high-resolution coordinates of the culverts and some geometrical information, such as diameter and length. That data combined with the new digital elevation and runoff-information from SMHI has been used to perform the calculations.
Two different water flows has been used, called monthly average run-off and high-flow. The result showed that barely five percent of all the culverts are underdimensioned by the monthly average run-off and just over five percent by high-flow. The fact that the water flow increases several times during high-flow does not show a remarkable impact on the frequency of underdimensioned culverts. Even though, the underdimensioned culverts could cause extensive damage on the infrastructure and to the living organisms which is living in the water.

Varje år drabbas Sveriges infrastruktur av mer eller mindre omfattande skador orsakade av vattenflöden. Skadorna orsakas inte allt för sällan av översvämningar till följd av underdimensionerade vägtrummor. En fungerande infrastruktur är ett krav för ett ekonomiskt och ekologiskt lönsamt skogsbruk, varför en minskad frekvens av underdimensionerade vägtrummor bör medföra ett lönsammare skogsbruk.
Syftet bakom studien har varit att undersöka i vilken omfattning de inventerade vägtrummorna och broarna i Gävleborgs län är underdimensionerade. Studien omfattar totalt 5 940 stycken vägtrummor och 160 stycken broar i avrinningsområdena för Gnarpsån, Nianån, Lötån, Skärjån samt Hamrångeån. En förhoppning är att studien kan användas som ett nytt hjälpmedel för att dimensionera vattenpassagerna och minska den underdimensionerade andelen. Det är möjligt att göra tack vare den nya höjdmodellen.
Studien har varit möjlig tack vare Skogsstyrelsens unika inventering av vägtrummor och broar. Inventeringen medför högupplöst data över deras geografiska position samt geometrisk information, såsom diameter och längd. Förutom Skogsstyrelsens inventerade material har den nya höjdmodellen och avrinningsdata från SMHI använts för att möjliggöra beräkningarna. Den nya höjdmodellen har möjliggjort beräkningar för hur mycket vatten som rinner till varje vägtrumma och bro, vilket tidigare inte varit möjligt att simulera.
Två olika vattenflöden har studerats, månadsvis medelavrinning och högflöde. Den månadsvisa medelavrinningen har utgjorts av medelavrinningen för varje av årets 12 månader, baserat på SMHI:s data mellan åren 1999 och 2013. Högflödet utgörs av ett 50-årsflöde, baserat på SMHI:s data mellan åren 1981 och 2010. Resultatet visade att strax under 5 procent av alla vägtrummor är underdimensionerade vid månadsvis medelavrinning och drygt 5 procent vid högflöde. Trots att vattenflödet ökar flera hundratals procent mellan månadsvis medelavrinning och högflöde är skillnaden mellan flödena endast några promille för andelen vägtrummor som är underdimensionerade. Dock utgör de underdimensionerade vägtrummorna ett problem då de kan orsaka omfattande skador på infrastrukturen vilket i sin tur kan skada habitat för levande organismer, då markparticklar förflyttas med vattnet.
Broarna har en mindre betydande roll i studien, då de endast utgör ca 2,6 procent av samplet. Vid flödesberäkningarna för broarna har ingen vattennivå kunnat beräknas, varför tre fiktiva vattennivåer har antagits. Därför är den delen av studien mindre säker. Resultatet visade att nästan hälften av alla 160 broar skulle påverkas av ett ökat flöde med 1,25 meter. Nämnda vattennivåhöjning representerar ett högflöde.