KLIMASIKRINGSPLAN FOR ASSENS INDHOLD BESTEMMELSE AF EKSTREM VANDSTAND VED ASSENS. 1 Indledning. 1 Indledning 1

Transkript

1 KLIMASIKRINGSPLAN FOR ASSENS BESTEMMELSE AF EKSTREM VANDSTAND VED ASSENS ADRESSE COWI A/S Visionsvej Aalborg TLF FAX WWW cowi.dk TEKNISK NOTAT INDHOLD 1 Indledning 1 2 Bestemmelse af ekstrem vandstand ved Assens 2 3 Eustatisk havspejlsstigning 4 4 Isostatisk landhævning 7 5 Højvandsstatistik 8 6 Historiske Stormfloder i Østersøen 10 7 Levetider og Sandsynligheder 13 8 Referencer 17 1 Indledning I forbindelse med udarbejdelsen af designgrundlag for et klimakatalog for Assens Havn er der i nærværende notat foretaget en bestemmelse af ekstreme vandstande i området ved Assens Havn. Der er i notatet vurderet på sandsynligheden for ekstreme vandstandsniveauer grundet globale havspejlsstigninger, landhævninger samt opstuvning af havvand pga. storme. Til bestemmelsen af de ekstreme vandstandsniveauer er der anvendt de seneste prognoser for global havspejlsstigning, målte stormflodshændelser fra Assens Havn og Fynshav samt historiske stormflodshændelser i de indre danske farvande. PROJEKTNR. A DOKUMENTNR. - VERSION 2.0 UDGIVELSESDATO Juni 2016 UDARBEJDET HGLN KONTROLLERET THGI GODKENDT CQN

2 2/18 2 Bestemmelse af ekstrem vandstand ved Assens De generelle vandstandsforhold i Lillebælt er beskrevet i COWIs rapport vedr. Vurdering af Designvandstand i Havet ved Sandager Næs [ref. (COWI A/S, 2015)]. Notatet beskriver, både de målte ekstremvandstande indenfor de seneste 63 år, og globale (Eustatiske) havspejlsstigninger, isostatisk landhævning, historiske hændelser og ekstremt bølge-/vindsetup. Delafsnit fra COWIs tidligere rapport er gengivet i dette notat. Formålet med nærværende notat er at tilvejebringe et grundlag for Assens Kommunes fastlæggelse af sikringsniveau (kote) for klimasikring af Assens Havn og indre by (i det følgende betegnet "højvandssikringen"). Højvandssikringen som er skitseret i Figur 1 er en betydelig økonomisk investering, hvis omfang og udstrækning i høj grad afhænger af højvandssikringens højde. Dertil kommer, at højvandssikringen vil blive en fysisk forhindring at krydse og derfor har kommunen interesse i at kunne integrere højvandsikringen i byens infrastruktur uden, at den bliver til gene for f.eks. ældre medborgere, kørestolsbrugere m.fl. Assens Kommune skal derfor vælge en kronekote/sikringsniveau, som giver det bedste kompromis mellem konstruktionens pris og "genevirkning" på den ene side samt de menneskelige og økonomiske konsekvenser i forbindelse med en oversvømmelse på den anden side. I forbindelse med kommunens risikovurdering er det vigtigt at skelne mellem risiko og sandsynlighed. I henhold til Naturstyrelsens og Kystdirektoratets direktiv 2007/60/EF om vurdering og styring af risikoen for oversvømmelser [ref. (Miljøministeriet, Naturstyrelsen og Transportministeriet, Kystdirektoratet, 2011)] skal en vurdering af oversvømmelsesrisiko bestå af to faktorer: 1 Sandsynligheden for oversvømmelse og 2 de potentielle konsekvenser af oversvømmelsen for mennesket og dets værdier. Begge faktorer skal således være til stede, før der kan tales om en oversvømmelsesrisiko. Der kan således godt forekomme oversvømmelser i lavt befolkede områder, uden at der er en oversvømmelsesrisiko. Nærværende notat forholder sig udelukkende til sandsynligheder for oversvømmelser og ikke oversvømmelsesrisiko. Notatet angiver således sandsynligheden for at et givet sikringsniveau (kote) vil blive overskredet i løbet af en given årrække, under hensyntagen til en antaget udvikling af den globale havspejlsstigning. Denne sandsynlighed for oversvømmelse skal kombineres med de potentielle konsekvenser af en oversvømmelse, for at kommunen kan danne sig et billede af oversvømmelsesrisikoen og dermed et grundlag for at kunne træffe en endelig beslutning om valg af passende sikringsniveau.

3 3/18 Figur 1 Udkast til etapeplan for klimasikring af Assens

4 4/18 3 Eustatisk havspejlsstigning Ved fastlæggelse af designvandstande, skal der tages højde for den forventede vandstandsstigning som følge af den globale opvarmning indenfor konstruktionernes levetid. De forventede vandstandsstigninger er vurderet af DMI på baggrund af IPCCs seneste klimarapport, se Tabel 1 og Figur 2 [ref. (Danmarks Klimacenter, 2014)]. Ændringer i middelvandstand [m] Global middel [m] Danmark [m] Kilde RCP2.6 0,40 (0,26-0,54) 0,34 (0,1-0,6) IPCC AR5 RCP4.5 0,47 (0,32-0,62) 0,43 (0,2-0,7) IPCC AR5 RCP6.0 0,47 (0,33-0,62) 0,44 (0,2-0,7) IPCC AR5 RCP 8.5 0,62 (0,45-0,81) 0,61 (0,3-0,9) IPCC AR5 AIB 0,52 (0,36-0,69) - IPCC AR5 AIB-BACC - 0,64 (0,3 1,1) BACC2 (2014, in press) DMI s øvre bud - 1,2 DMI Tabel 1 Eustatisk havspejlsstigning globalt og for Danmark, til [m], [ref. (Danmarks Klimacenter, 2014)] De forskellige senarier i Tabel 1 refererer til forskellige forudsætninger vedrørende fremtidig udledning af CO₂ og temperaturstigning.

5 5/18 Figur 2 Eustatisk havspejlsstigning for Danmark, DMI [ref. (Danmarks Klimacenter, 2014)]. Figur 2 viser, at middelvandstanden i Danmark om 20 år forventes at ville være forøget med +20 cm, om 50 år med +34 cm og om 100 år med +57 cm for et middelscenarie (RCP4,5) i forhold til Allerede i dag (2015) er vandstanden ca. 6 cm højere end den var i 1990, men vandspejlsstigninger er accelererende, svarende til en forventet årlig stigning på 0,4-0,6 cm/år de næste år. Der er dog en betydelig usikkerhed på estimaterne. Hvis usikkerheden på middelscenariet (RCP4,5) regnes med, viser de nyeste beregninger, at middelvandstanden i Danmark om 20 år kan være forøget med +33 cm, om 50 år med +55 cm og om 100 år med +92 cm i forhold til 1990 [ref. (Danmarks Klimacenter, 2014)]. DMI vurderer, at den øvre grænse for havspejlsstigningen er +1,2m frem mod år Dette er dog noget over forudsigelserne for IPCCs bedste bud. DMI forventer ikke, at stormflodsamplituden øges i de indre farvande i fremtiden som følge af ændrede vindmønstre m.m. [ref. (Danmarks Klimacenter, 2014)]. Den fremtidige designvandstand ved Assens forventes således primært øget som følge af den globale havspejlsstigning. Der er stor usikkerhed på størrelsen af den globale havspejlsstigning i fremtiden. I forbindelse med almindelige kystprojekter, hvor der ikke er den store risiko for alvorlige skader i forbindelse med stormfloder og det er forholdsvist let senere at forstærke konstruktionerne anbefaler COWI at benytte IPCCs bedste middelesti-

6 6/18 mat i beregningen af designvandstanden. Dette bør allerede i dag indarbejdes i konstruktionernes udformning. I de tilfælde, hvor der er større værdier på spil eller de planlagte tiltag er dyre og besværlige at forstærke i fremtiden anbefaler COWI at inkludere usikkerheden på det centrale estimat (RCP4,5) i designvandstanden.

7 7/18 4 Isostatisk landhævning I forbindelse med udregningen af den absolutte havspejlsstigning, skal der også tages højde for, at der er sket landhævning i Danmark siden sidste istid og at dette stadig foregår. Den årlige landhævning er vist på Figur 3, som for området ved Assens er ca. 0,8 mm pr. år. Dette giver en landhævning på 1,6 cm de næste 20 år, 4 cm de næste 50 år og 8 cm de næste 100 år. I forhold til 1990 har landhævninger givet anledning til vandspejlssænkninger på ca. 2 cm. Landhævningerne skal således modregnes i den fremtidige designvandstand. Figur 3 Isostatisk landhævning i Danmark, KDI, DMI, DTU Space

8 8/18 5 Højvandsstatistik Kystdirektoratets højvandsstatistikker fra 2012 indeholder kun 12 års vandstandsmålinger i Assens, hvilket ikke er tilstrækkeligt til nærværende vurdering. Til gengæld eksisterer der tilsvarende statistikker fra Fynshav beliggende ca. 30 km sydøst for Assens baseret på 63 års målinger (1949 til 2012). Ved sammenligning af vandstandene i Assens og Fynshav (se Tabel 2) findes at vandstandene ved Fynshav i gennemsnit er 2,3% højere end ved Assens. Ved at nedskalere de målte ekstreme vandstande fra år 1949 til år 2001 ved Fynshav med 2,3%, kan man derfor estimere hvad vandstanden omtrentlig har været ved Assens i forbindelse med samme hændelse. På den måde er vandstandsmålingerne fra Fynshav anvendt til at skabe 63 års ekstreme vandstande ved Assens, som er præsenteret i Bilag A. Tabel 2 Sammenligning af ekstreme vandstande ved Assens of Fynshav i perioden 2001 til Dato Assens Vandstand (cm) Fynshav Vandstand (cm) Forskel [%] 20. December ,9% 02. Januar ,8% 21. Februar ,4% 06. December ,1% 02. November ,0% 06. Januar ,2% De 63 års vandstande er fittet til en Weibull ekstremfordeling som vist i Figur 4 og på den baggrund er karakteristiske ekstreme vandstande svarende til 1, 20, 50, 100, 500 og 1000 års returperiode 1 beregnet og vist i Tabel 3. Tabellen indeholder ligeledes de officielle vandstandsstatistikker fra Kystdirektoratets højvandsstatistikker fra [ref. (Kystdirektoratet, 2013)] 1 Returperioden er det antal år der i gennemsnit går imellem vandstande af en given højde optræder.

9 9/18 Tabel 3 Ekstreme vandstande ved Assens og Fynshav baseret på 12 og 63 års data. */ Statistik fra Kystdirektoratets Højvandsstatistikker (2012) [ref. (Kystdirektoratet, 2013)]. **/ Ikke tilstrækkelige data til at gennemføre en pålidelig fremskrivning af returperioder på denne størrelse Returperiode Assens (63 år) Assens (12 år)* Fynshav (63 år)* [år] Vandstand [mdvr90] Vandstand [mdvr90] Vandstand [mdvr90] 1-1,09 1, ,59 1,52 1, ,70 1,62** 1, ,77** 1,69** 1, ,91** ,97** - - Som det fremgår, findes 100 års vandstanden ved Assens til 1,77 mdvr90 med udgangspunkt i 63 års data, mens Kystdirektoratets statistik på 12 års data viser en 100 års vandstand på 1,69 mdvr90. Den længere tidsserie fra Fynshavn giver dermed anledning til, at man statistisk må forvente en højere ekstrem vandstand ved Assens end rapporteret af Kystdirektoratet i [ref. (Kystdirektoratet, 2013)]. 2.5 Analyse af ekstrem vandstand (Assens) Vandstand [mdvr90] Data Centralt Estimat Standard Afvigelse Standard Afvigelse Returperiode (år) Figur 4 Statistisk vurdering af den ekstreme vandstand ud fra 63 års vandstandsmålinger fra 1949 til 2012 (se Bilag A). Kurven viser den statistiske ekstremfordeling (Weibull) som er tilpasset målingerne.

10 10/18 6 Historiske Stormfloder i Østersøen På trods af at vandstandsstatistikken ovenfor er baseret på målinger helt tilbage fra 1949, så indeholder målingerne ikke egentlige stormfloder, som forekommer yderst sjældent i Østersøen. Den seneste virkelige stormflod i Østersøen forekom november 1872, og gav anledning til en vandstand på 9,5 fod (2,9 m) ved Assens. Men man har ligeledes kendskab til følgende historiske stormfloder: Den 1. november 1304 Den 10. februar 1625, (hvor der iht. kilder var cm højere vandstand i Travemünde end i 1872) Den 13. oktober 1760 (hvor vandstanden i Køge var ca. 4 m over det normale). Figur 5 Skaderne i Flensborg efter stormfloden i november 1872 [ref. (Wikipedia.org, u.d.)]. Disse stormfloder optræder i forbindelse med yderst sjældne og vedholdende storme fra øst-nordøst (ØNØ). Stormen i november 1872 opstod som følge af et højtryk over Mellemskandinavien og et lavtryk over Mellemeuropa som gav anledning til en kraftig ØNØ-vind på m/s. Den kraftige ØNØ-vind pressede enorme mængder vand igennem Østersøen og mod VSV, hvor stormen forårsagede vandstande på 3-3,5 m i det Sydfynske øhav og de Sydøstjyske fjorde. Der har således de seneste 700 år været mindst fire stormfloder i Østersøen, som gav anledning til vandstande på 3 m over det normale. Men ikke desto mindre har vandstanden de sidste 100 år ikke være over 2 m, hvilket kan give anledning til en falsk tryghed om, at man ikke behøver tage højde for stormflod i Østersøen. Men rent statistisk er det sikkert, at man før eller siden vil opleve en stormflod med vandstande på op til 3 m eller derover i Østersøegnene og at en sådan stormflod vil resultere i uoverskuelige økonomiske konsekvenser i bl.a. det Sydfynske øhav og i Assens.

11 11/18 Spørgsmålet der står tilbage er, om man ønsker at forberede en højvandssikring i Assens til at kunne modstå en historisk stormflod, som kun med lille sandsynlighed vil forekomme i konstruktionens levetid. Kystdirektoratet har i december 2011 udpeget "risikoområder" på baggrund af en vurdering af oversvømmelsesrisikoen fra havet [ref (Miljøministeriet, Naturstyrelsen og Transportministeriet, Kystdirektoratet, 2011)]. I denne rapport angives at 1872 stormfloden antageligt havde en returperiode på ca. 700 år ved Aabenraa. Hvis man medtager denne viden, og inkluderer stormfloden i 1872 i ekstremværdianalysen, som vist i Figur 6, så ændrer 50, 100, 500 og 1000 års hændelserne sig markant. Men analysen underestimerer ikke desto mindre stormfloden i år 1872, fordi vandstandene de seneste 63 år har været så markant lavere. Det må derfor konkluderes, at de 63 års data ikke er repræsentative for stormflodshændelser med returperioder på mere end ca år, og at der er behov for en meget længere dataserie, hvis man skal tage højde for dem. Dette konkluderes også af DHI i deres rapport vedr. ekstreme vandstande i Køge Bugt, hvor man bl.a. har analyseret stormfloder fra de sidste 1000 år i Køge [ref. (DHI, 2008)]. Bestemmelsen af ekstremvandstande ved Assens bør tage hensyn de historiske stormfloder (dvs hændelsen), hvilket således er forudsat i de efterfølgende analyser. Tabel 4 Ekstreme vandstande ved Assens og Fynshav baseret på 12 og 63 års data, samt inkl. Stormfloden i år */ Statistik fra Kystdirektoratets Højvandsstatistikker (2012) [ref. (Kystdirektoratet, 2013)]. **/ Ikke tilstrækkelige data til at udføre en pålidelig fremskrivning af returperioder på denne størrelse Returperiode [år] Assens (63 år) inkl stormflod Vandstand [mdvr90] Assens (63 år) Vandstand [mdvr90] Assens (12 år)* Vandstand [mdvr90] Fynshav (63 år)* Vandstand [mdvr90] ,09 1, ,59 1,52 1, ,70 1,62** 1, ,77** 1,69** 1, ,91** ,97** - -

12 12/18 År 1872 Figur 6 Ekstremstatistik for Assens hvis man tager højde for stormfloden i år 1872 (rød stiplet), sammenholdt med en statistik baseret på 63 års data (blå).

13 13/18 7 Levetider og Sandsynligheder Returperioder angiver hvor lang tid der i gennemsnit er imellem at vandstanden overstiger et givet niveau. Hvis man dimensionerer en højvandssikring til at skulle modstå en 100 års hændelse, er der derfor ikke desto mindre en risiko på 1/100 (1%) for at denne vandstand forekommer allerede det første år efter konstruktionen er bygget og ca. 10% risiko for at vandstaden forekommer i løbet af de første 10 år. Figur 7 viser sammenhængen mellem levetid, returperiode og sandsynlighed for, at en hændelse (et niveau) overskrides i løbet af levetiden. Når man skal vælge hvilket vandstandsniveau (hvilken returperiode) en højvandssikring skal dimensioneres for, er man derfor nødt til at tage stilling til, hvilken sandsynlighed der kan accepteres for at designhændelsen optræder i løbet af levetiden. Hvis der eksempelvis er risiko for at store tætbefolkede områder bliver oversvømmet under stormflod og at der dermed vil være stor risiko for tab af menneskeliv, så kan man måske kun acceptere under 0,1-1% sandsynlighed for oversvømmelse af højvandssikringen indenfor de næste år, og i så fald skal konstruktionen dimensioneres for en år hændelse. Men hvis værdierne, som man beskytter med højvandssikringen er begrænsede og der ikke er risiko for tab af menneskeliv, så kan man måske acceptere 25% sandsynlighed indenfor 10 år, og i så fald skal konstruktionen dimensioneres for en ca. 40 års hændelse. Figur 7 Sammenhæng mellem levetid, NL, returperioden, TR, og sandsynligheden, PE.

14 14/18 Sammenhængen mellem sikkerhedsniveau og returperiode kompliceres af, at vandstandene i de indre danske farvande stiger i løbet af konstruktionens levetid pga. havspejlsstigninger. Hvis man som beskrevet i afsnit 3 og 4 skal forvente 28 cm (34-6 cm) klimatiske vandstandsstigninger de næste 50 år og 4 cm landhævninger, så svarer det til, at vandstanden sammenlagt vil være 24 cm højere i 2066 end i 2016 og at der sker en effektiv vandstandsstigning på ca. 0.5 cm/år i perioden. Dermed svarer en 100 års vandstand til 2,03 mdvr90 (199cm + 4 cm) 2 i år 2016, mens en 100 års vandstand er 2,27 mdvr90 ( cm) i år Det skal bemærkes, at sandsynligheden for at denne vandstand på 2,27 m overstiges allerede det første år (i år 2016) ikke er 1/100 (1%), men 0,45%, fordi vandstanden "kun" er steget med 0,5 cm i løbet af det første år. Den samlede sandsynlighed for at vandstanden overstiger 2,0 m, 2,2 m, 2,5 m og 3,0 m i perioden frem til et givent år ( ) under hensyntagen til effektive havspejlsstigninger og vandstandsstatistik som inkluderer 63 års måledata og 1872-stormfloden (Weibull-fordelingen i Figur 6) fremgår af Figur cm svarer til den effektive forøgelse af vandstanden i år 2016 sammenlignet med år 1990, idet SLR = 6 cm og landsænkninger er 0.8mm/år x 26år = 1.6 cm.

15 15/18 Figur 8 Sandsynlighed for at vandstanden ved Assens overstiger 2,0 m, 2,2 m, 2,5 m og 3,0 m i perioden frem til et givent år ( ). De stiplede røde kurver viser returperioder. Dvs. at en vandstand på 2,0 m svarer til ca. en 100 års hændelse i år 2016 og en 50 års hændelse i år 2050, forudsat at der har været en lineær havspejlsstigning på 24cm fra Endvidere kan aflæses at der er 30% sandsynlighed for at vandstanden har været over 2,0 m i år Figur 8 viser f.eks. at der i år 2050 vil være 30% risiko for at vandstanden har oversteget 2,0 mdvr90 i løbet af de foregående 26 år, mens sandsynligheden for at vandstanden har været over 2,2 og 2,5 mdvr90 kun er hhv. 22% og 10%. Figuren viser også, at en vandstand på 2,0 mdvr90 vil svare til en 100 års hændelse i år 2016, men kun en 50 års hændelse i år 2042, hvis der i den mellemliggende periode har været havspejlsstigninger på 0,5 cm/år (24 cm på 50år). Med udgangspunkt i Figur 8 vil Assens Kommune således kunne vurdere hvilken kote højvandssikringen bør have, for at sikringsniveauet står mål med værdien af det som beskyttes og konsekvenserne af en oversvømmelse.

16 16/18 Det anbefales, at forøge koten til højvandssikringen med ca. 10 cm i forhold til det niveau som findes i Figur 8 for at tage højde for usikkerheden af den anvendte metode, herunder nedskaleringen af målingerne fra Fynshav og den begrænsede viden vi har om historiske stormfloder i Østersøen. Endvidere skal der, hvis højvandsikringen er eksponeret for bølger, tages hensyn til evt. bølgeslag og bølge setup.

17 17/18 8 Referencer COWI A/S. (2015). Vurdering af designvandstand i havet ved Sandager Næs. Teknisk Notat. Danmarks Klimacenter. (2014). Fremtidige klimaforandringer i Danmark. DHI. ( ). Vandstandsstatistik i Køge Bugt under klimaændringer. Teknisk Notat. Kystdirektoratet. (2013). Højvandsstatistikker Miljøministeriet, Naturstyrelsen og Transportministeriet, Kystdirektoratet. ( ). Endelig udpegning af risikoområder for oversvømmelse fra vandløb, søer, havet og fjorde. Wikipedia.org. (u.d.). Hentet fra

18 18/18 Bilag A Liste over ekstreme vandstande ( ) */ Vandstand fra Fynshav nedskaleret med 2.34%. Dato Vandstand Dato Vandstand 4. november * 21. januar * 15. februar * 12. februar januar * 7. november * 2. november november * 30. november * 16. november januar * 22. marts november * 23. november februar januar januar * 28. november december * 10. januar december oktober januar * 29. november februar * 1. februar december * 29. januar januar * 27. januar december marts februar * 28. september januar februar februar * 15. oktober november * 17. november januar * 22. marts december * 30. oktober januar * 24. september december * 9. november januar * 28. oktober december * 19. januar februar * 12. december november * 25. januar november * 19. november januar januar december * 9. februar april * 3. februar januar * 22. december februar * 12. maj januar * 22. december januar * 15. januar november * 24. januar