Storm water management has become a more important matter as urban areas are expanding and natural areas are being exploited. As nature landscapes are being converted into hard surface areas storm water flow is affected both in terms of velocity and size. A flow increase can easily result in a flooding if the dimensions of the pipeline system are inadequate. Considering predicted upcoming climate changes, flooding’s may become more common in urban areas in the future. A storm water model can be used to investigate the flooding risk in an area. A model, however, is always a simplification of reality. The models ability to describe a real system is determined by the quality of input data and model design. This thesis aim was to demonstrate how a combined storm water and surface flow model can be used when planning solutions for storm water management in an area subjected to exploitation and climate change. The report also intends to investigate which model parameter and what input data that gives raise to the greatest uncertainty in the model. By building a storm water model in the computer program Mike Flood, the risk of flooding in the area investigated, Västra Länna, could be examined. A sensitivity analysis was performed on the constructed model to identify sensitive input data and model parameters that may affect results due to their fluctuation. With the method used in this study the scale and volume of a flood can be calculated at the same time as wells in which the water level reaches the ground level can be identified. Such information can be used to determine where there is a need for new storm water solutions and for estimating new dimensions. The study has shown that the use of Mike Flood is suitable in urban areas where the water infiltration is limited and the storm water system is dominated by pipelines. The results show that exploitation and climate change may have huge impact on a storm water system designed to handle a 10-year rain. In the simulation with future climate changes the number of flooded wells increased by 30 percent, being the scenario with greatest impact on the storm water system in Västra Länna. The volume of flooding water increased 1.8 times in the exploitation scenario and 2.3 times when climate change was simulated. Based on the sensitivity analysis performed, it could be concluded that when modeling in Mike Flood, certain parameters need to be treated with greater accuracy than others. In the hydraulic model it is important that the imperviousness area used is thoroughly investigated. The parameters in the surface flow model that need to be handled with great accuracy are flooding/drying and damping factor. The construction of ditches and CDS-rain in the model also played an important part when obtaining results concerning the flooding magnitude.

As a result of the global climate change, extreme precipitation is occurring more frequently which increases the risk of flooding, especially in urban areas. Urbanisation is widely discussed regarding urban flooding where an increase of impervious surfaces limits the infiltration and increases the surface runoff. Flooding events in urban areas are increasing around the world and can cause large damages on infrastructure and buildings, which makes the cities vulnerable. Urban flood models are an important tool for analysing the capacity of the drainage systems, to predict the extent of the events and to find optimal locations to implement measures to prevent damages from flooding. In this project, a sensitivity analysis in MIKE FLOOD, a coupled 1D-2D flood model developed by DHI is presented, where sewer- and surface systems are integrated. The aim with this project is to investigate how the result of a coupled flood model vary in relation to changes in input parameters. The sensitivity analysis is performed to evaluate how different parameters impact the model output in terms of water depth and variations in cost of flooded buildings, roads, rail- and tramways. The analysis is applied in a case study in Lundby-Lindholmen, Gothenburg city, Sweden. The results show that modelling without infiltration influenced the model output the most, with the largest increase both in terms of cost and water depth over the investigated area. Here the correlation between the initial water saturation and location of the applied pre-rain was highlighted. The model outputs were less sensitive to changes in surface roughness (expressed as Manning value) than without infiltration but did lead to measurable changes in surface water depth and distribution while the flood damage cost didn’t show any major changes. Additionally, the coupled flood model was evaluated in terms of handling changes in magnitudes of rain-events. Data indicates the shorter the return period, the smaller the flood propagation, as well as the flood damage cost decreases with shorter return periods. The data evaluated supports the use of this coupled model approach for shorter return periods in terms of flood propagation.

Gävle kommun har planer på att exploatera Gävle stad söderut. Planerna finns enligt översiktsplanen Gävle Stad 2025 för bland annat områdena Järvsta och Ersbo. Dessa områden avvattnas mot Järvstabäcken. Detta examensarbete är en utredning av Järvstabäckens avrinningsområde med hänsyn till avrinningsområdets beskaffenhet, klimatförändringar och planerad exploatering. Utifrån dessa faktorer analyseras riskpunkter för översvämning inom avrinningsområdet. Utredningen av avrinningsområdet har genomförts via fältbesök, litteraturstudier och modellering i MIKE FLOOD.   Problematiken kring avrinningsområdet ligger i att Järvstabäcken redan är högt belastad. Med utökade exploateringsområden för bostäder och handelsområden i Hemlingby och Järvsta förväntas Järvstabäcken belastas ytterligare. Ersbo industriområde förväntas även påverka dagvattenflödena då mer andel hårdgjorda ytor tas i anspråk vid utökat handelsområde i kombination med planerad snötipp på industriområdet. Snötippen förväntas påverka flödet under smältperioden.   Riskpunkter för översvämningar återfinns i lågpunkter och passager under E4, Södra Kungsvägen, Upplandsleden och Bomhusvägen. I dessa punkter bör fördröjning av dagvattnet anläggas för att öka kontrollen över flödena och minska risken och kostnaderna för återställande av byggnader och infrastruktur vid översvämning. Riskpunkter i anslutning till befintlig bebyggelse och planerade bostadsområden bör prioriteras för utredning. / Gävle municipality's plans to exploit the city to the south are under the general plan for the areas Järvsta and Ersbo, these areas are dewatered to Järvsta stream. This thesis is an investigation of the Järvsta stream regarding flood risk areas within the basin with consideration to the planned development areas. Investigation of the catchment area has been carried out through field visits, literature studies and modeling with MIKE FLOOD. The problem with Järvsta stream is that it is already heavily loaded. With increased development areas for housing and commercial areas in Hemlingby and Järvsta expected Järvsta stream to be even more loaded in case of extreme rainfall. Ersbo industrial area is also expected to affect surface water flows, hence higher proportion paved surface in combination with the planned landfill for snow in the industrial area expect to impact the flow frequencies. The landfill for snow in Ersbo affects the flow frequencies during the melt period. Risk Points of flooding is found in low points and passages under E4, Södra Kungsvägen, Upplandsleden and Bomhusvägen. These points should delay stormwater to increase control over flows and reduce the risk of flooding and cost of restoration of the buildings and infrastructure. Risk points adjacent to the existing residential areas and planned residential areas should be prioritized for investigation.

Les contours théoriques en hydrologie, hydraulique et les outils de calcul correspondants sont largement développés et utilisés dans le monde. Cependant en parallèle, des problématiques importantes surviennent pendant les crises sans pouvoir être résolues et des solutions développées peinent à être implémentées. En plus, le changement climatique ne va pas faciliter les choses. Pour noircir le tableau, les moyens économiques locaux en France ne vont pas augmenter pour aider les communes à s’attaquer au problème. L’objectif de cette thèse est de conduire une investigation des moyens à disposition pour améliorer notre connaissance locale des concepts en lien avec le pluvial pour permettre une modélisation efficiente. La méthodologie proposée est composée de trois étapes évolutives incluant : 1. Une analyse approfondie des données topographiques locales ; 2. L’évaluation des interactions entre les écoulements de surface et le souterrain ; 3.Une approche intégrée permettant de modéliser les inondations générées par la pluie en zone urbanisée. Les résultats de l’étape 1 montrent que la donnée topographique est essentielle pour la définition des chemins d’écoulement et impactent significativement les résultats de modélisation hydrauliques. Ceci conduit à l’étape 2 lors de laquelle on observe que les débordements provenant du réseau souterrain contribuent à l’inondation mais seulement en partie. Les volumes d’inondations générés par le ruissellement de surface devraient être inclus dans les modèles d’inondation. L’étape 3 présente une configuration possible de modèle intégré permettant de mieux représenter les processus réels en jeu. / Theoretical background about hydrology, hydraulics and computational tools and methods are widely developed and worldwide used. In the same time however, important issues during flood crisis are not solved and practical solutions take time to be implemented. On top of that, ongoing climatic change will not make things easier and intense events will increase in frequency. To worsen the picture, local economic means in France will not increase to help municipalities and local communities to tackle the issue. The objective of this thesis is to investigate on the available ways to improve our local knowledge of stormwater related concepts to allow an efficient modelling. The proposed methodology consists in a three-step-approach including: 1. A thorough analysis of local topography data; 2. The assessment of sewer-surface interactions; 3. An integrated approach to model pluvial flood in urban areas. The results of Step 1 show that topography data is essential in flow path definition and significantly impacts hydraulic modelling results. This leads to Step 2 where it is seen that sewer overflow is one aspect of urban flood issues but represents only part of flood sources. Overland flow generated by runoff should be included in flood models. Then Step 3 presents that integrated urban pluvial modelling is possible with existing tools and can represent the real processes better. This proposed modelling approach should not be disconnected from the reality of stormwater management practical aspects and current constraints. It is shown how complementary actions can be taken to enrich local knowledge and memory thus allowing a more efficient and wiser modelling process.

Flooding has been identified as the most widespread and most frequently occurring natural disaster by the United Nation. Sweden is no exception when it comes to being affected by flooding, and several major flood events have been seen in recent years. The Swedish National Board of Building, Housing and Planning published a report on climate adaption in 2010 where they stated that Sweden is missing over all strategies and goals meet the demands of more frequent and intense rain events. Present thesis aimed to develop planning support for integration of hydrological perspectives in urban planning to manage water related risks such as flooding and high water levels. This was done through hydrodynamic modelling in MIKE FLOOD, developed by the DHI, where a 1D stream model was coupled with a 2D free-surface flow model. The model was run for three different scenarios reflecting current conditions (Scenario 1), climate change (Scenario 2) and land use change (Scenario 3). The study area chosen for present study was Kista residential area, located northwest of Stockholm, and part of Igelbäcken stream that runs by Kista. Igelbäcken stream was represented by a 1D stream model in the software MIKE 11 provided by DHI and Järfälla municipality, whereas a 2D model in MIKE 21 for Kista and the stream surroundings was setup throughout the project. Data was provided by Stockholm Vatten och Avfall and processed in ArcMap before it could be used in the modelling. The MIKE 21 model required data regarding topography, land use, and precipitation. A 100-year flood, based on a series of designed rain events with various duration and intensity, was used as precipitation input to replicated a hypothetical major rain event. Flooding in Scenario 2 was more extensive than flooding in Scenario 1, which was expected since Scenario 2 was based on a 100-year flood with a climate change factor of 1.25 and projection for year 2100. Scenario 3, which represented a “worst case” scenario with all planned exploitation of Kista identified as impermeable surface, forced the water to move further down in the topography compared with Scenario 1. Several buildings were more or less surrounded by at least 0.3 meter of water in Scenario 3. Water levels in Igelbäcken stream were strongly affected by the rain events and showed an increase of 0.4, 0.9, and 0.4 meter for the three scenarios at the end of the simulations which lasted for six hours. In conclusion, findings of present study show larger flooding extent that previously performed studies in the area and they reflect fast response in Igelbäcken stream with respect to increased water level. Indicating that effects from major rain events should not be underestimated. Furthermore, the findings could prove useful for identification of major runoff pathways and identification of suitable locations for multifunctional with respect to infiltration and retardation, if available at an early stage in the planning process. Thus, this type of study could prove useful for integration of hydrology in the urban planning process. / Översvämningar har identifierats som världens mest utspridda och vanligast förekommande naturkatastroftyp av FN. Sverige är inget undantag när det kommer till påverkas av översvämningar, under de senaste åren har flera stora översvämningar förekommit i landet. Boverket publicerade 2010 en rapport gällande Sveriges hantering av klimatanpassning. Slutsatsen av denna rapport var att övergripande strategier och mål för klimatanpassning saknas när det gäller hantering av kraftiga skyfall och att bättring krävs för en hållbar samhällsutveckling. Denna studie syftade till att utveckla planeringsstöd för integrering av ett hydrologiskt perspektiv i urban planering för att hantera vattenrelaterade risker så som översvämning och höga vattennivåer. Detta gjordes genom hydrodynamiks modellering i mjukvaran MIKE FLOOD, utvecklad av DHI, där en 1D vattendragsmodell kopplades till en 2D ytavrinningsmodell. Modellen kördes för tre scenarion: nuläget (Scenario 1), klimatförändring (Scenario 2) och förändrad markanvändning (Scenario 3). Förorten Kista, belägen nordväst om Stockholm, och den del av Igelbäcken som passerar Kista valdes som studieområde. Igelbäcken representerades av en 1D vattendragsmodell, MIKE 11, som tillhandahölls av DHI, medan en 2D ytavrinningsmodell i MIKE 21 sattes upp för Kista och Igelbäckens omgivning under projektets gång. Data tillhandahölls av Stockholm Vatten och Avfall och bearbetades i ArcMap innan den kunde användas i modelleringen. MIKE 21 modellen baserades på data rörande topografi, markanvändning och nederbörd. Ett 100-års regn, baserat på en serie möjliga 100-års regn med varierande intensitet och varaktighet, användes som nederbördsdata för att efterlikna ett hypotetiskt kraftigt skyfall. Översvämning i Scenario 2 hade en större utbredning än Scenario 1, vilket var väntat då Scenario 2 baserades på ett 100-års regn med en klimatförändringfaktor på 1.25 och en klimatprojektion för år 2100. Scenario 3, vilket representerade ett ”värsta möjliga” scenario med all planerad exploatering i Kista definierad som icke genomsläpplig yta, tvingade vatten som ansamlats på ytan att röra sig längre ner i topografin eller fångade det på nya ställen i studieområdet jämfört med Scenario 1. Ett flertal byggnader var till stor del omringade av ett vattendjup på åtminstone 0.3 meter i Scenario 3. Vattennivåer i Igelbäcken var inledningsvis väldigt låga, men påvisade sedan en ökning av 0.4, 0.9 samt 0.4 meter i respektive scenario vid simuleringens slut (vilken varade i sex timmar). Sammanfattningsvis påvisade studien större översvämningsspridning än tidigare genomförd översvämningsmodellering i området. Vidare visade resultaten en snabb respons i Igelbäcken med avseende på vattennivåförändringar vid simuleringens slut. Detta indikerar att påverkan från kraftiga skyfall inte bör underskattas. Resultaten ses som användbara i ett tidigt stadie av planeringsprocessen för identifiering av viktiga ytavrinningsvägar i landskapet samt för lokalisering av lämpliga ytor för etablering av multifunktionella ytor, till exempel parker, med avseende på infiltration och fördröjning av dagvatten. Denna typ av studie kan därmed ses som användbar för integration av ett hydrologiskt perspektiv i den urbana planeringsprocessen.

Urban flood models are an important tool in designing and analyzing municipalities sewer drainage systems and predicting the effect of potential extent and depth of future floods. In urban areas, coupled 1D-2D flood models are particularly useful as they can represent the surface- and sewer system and their interactions. But it iss common practice to simplify the sewer system by only simulating water exchange between both systems at manholes while neglecting the effect of grate inlets. To investigate the effect grate inlet representations have in flood models, the simulation results of different models created in the software MIKE FLOOD with the number of nodes and inlet sizes adjusted according to the location of actual grate inlets were compared. In addition, a comparison between the flood modeling softwares MIKE FLOOD and FLO-2D was performed, based on a case study in Motala.. It was found that both MIKE FLOOD and FLO-2D can predict similar flood propagation and maximum water depths. The MIKE FLOOD models predicted larger amounts of drained water via the sewer system. This was likely caused by the extra water added through water level correction in the MIKE FLOOD models combined with numerical instabilities in the FLO-2D sewer models. Adjusting the number and dimensions of nodes according to actual grate inlets proved to have little effect on the predicted maximum surface water depths. But it did result in decreased drainage capacity together with less sewer inflow compared to the models neglecting grate inlets. The inlet representation did have a significant effect on predicted flood durations, with the models neglecting grate inlets having shorter flood durations in downstream areas and longer flood durations in upstream areas compared to the other models. It was also found that that the effect inlet node representations has on flood durations heavily depends on their locations with nodes located in water gathering areas such as depressions with ponding water having the most effect.

Översvämningar som orsakats av kraftiga regn, så kallade skyfall, har på senare tid drabbat flera städer runt om i världen. Klimatförändringarna för med sig att skyfallen väntas tillta i styrka och översvämningsrisken kan därmed öka i framtiden. Konsekvenser som följer av kraftigare skyfall kan utredas med hydraulisk modellering, vilket gör det möjligt att simulera framtidsscenarion och ger information om både vattenutbredning och händelseförlopp. Skapandet av pålitliga modeller som genererar trovärdiga resultat kräver stor tillgång till information om vattendjup och utbredning från tidigare översvämningar. Data som hämtas från traditionella mätstationer är i regel inte tillräcklig för ändamålet och uppgifter från allmänheten kan i dessa fall vara en värdefull informationskälla. Ett område som utforskats allt mer de senaste åren är hur data kan extraheras från allmänheten via inlägg på sociala medier. Vattenutbredning och djup kan uppskattas från bilder och filmer på dessa plattformar. Den här studien syftade till att undersöka hur information från sociala medier kan användas för att kartlägga översvämningar samt för att förbättra hydrauliska modeller av översvämningar. En översvämning som inträffade i Hallsberg 2015 simulerades med en hydraulisk modell och kartlades även med information som hämtats från bilder och filmer på sociala medier. Vattenutbredningen och djupet som uppskattats med de två metoderna jämfördes därefter. Den hydrauliska modellen bestod av en 2D-modell över ytavrinningen i Hallsberg tätort och en 1D-modell över Storån som rinner genom staden. Dessa kopplades samman så att vatten tilläts flöda mellan modellerna varvid samverkan mellan ytavrinningen och flödet i Storån kunde beskrivas. Kartläggningen som gjordes med information från sociala medier skapades med interpolation av vattendjup som uppskattas på olika platser i Hallsberg. Informationen från sociala medier gav en god överblick över de värst drabbade områdena i centrala Hallsberg och kunde användas i början av studien för att uppskatta översvämningens utbredning samt i slutet för att förbättra modellen. Vattendjupet som estimerades från sociala medier var något större än det som genererades med den hydrauliska modellen, vilket sannolikt delvis kan härledas till att de simulerade scenarierna skilde sig något från den verkliga översvämningen 2015. De uppskattade vattendjupen var ett mycket bra komplement till övrig tillgänglig mätdata. Information från sociala medier kan således användas för att förbättra modeller och kontrollera deras kvalitet, det finns troligen mycket att vinna på att fortsätta utforska detta område i framtiden. / Flooding caused by heavy rain has in the recent past affected several cities around the world. Because of climate change heavy rains are likely to increase in intensity and the risk of flooding may therefore increase in the future. The consequences of heavy rains can be studied with hydraulic models, which enables simulation of future scenarios and provides information regarding both flood spread and the course of events. The making of reliable models that generate trustworthy results requires great access to information about water depths and the extent of previous floods. Data from traditional monitoring systems are usually not sufficient for this purpose and information from the public can in these cases be valuable. In recent years studies have explored how data can be extracted from pictures and movies posted on social media by witnesses to catastrophes like floods. The water spread and depth can be estimated from images and movies on these platforms. This study aimed to investigate how information from social media can be used to map the floods and how it can be utilized to improve hydraulic modelling of floods. A hydraulic model was created of Hallsberg, which suffered severe floods after heavy rains in 2015. The flood was also mapped with information of water depths that were estimated from pictures and movies on social media. The water spread and depth estimated by the two methods were then compared with each other. The hydraulic model consisted of a 2D-model describing the runoff in Hallsberg and a 1D-model of the river Storån that runs through the city. The models were linked together so that the water was allowed to flow between the models and the interaction between surface runoff and water flow in Storån could be described. The flood map generated with information from social media was created by interpolation of water depths estimated at various locations. The information from social media gave a good overview of the severely affected areas in central Hallsberg and was utilized in the process of making and improving the model. The water depths estimated with information from social media were slightly greater than those generated by the hydraulic model, which might be due to that the simulated scenarios differed slightly from the actual flood event in 2015. The water depth estimated from social media was a useful complement to other available data. The information can be used to improve models and control the quality of the results. The extraction and utilization of information from social media is an area of great potential and there might be much to gain from investigating this further in the future.

Pluvial floods are formed directly from surface runoff after extreme rain events. Urban areas are prone to suffer from these floods due to large portions of hardened surfaces and limited capacity in the stormwater infrastructure. Previous research has shown that catchment response is influenced by the spatio-temporal behaviour of the rainstorm. A rainstorm moving in the same direction as the surface flow can amplify the runoff peak and temporal variability of rainfall intensity generally results in greater peak discharge compared to constant rainfall. This research attempted to relate the effect of storm movement on flood propagation in urban pluvial flooding to the effect from different distributions of rainfall intensity. An additional objective was to investigate the flood response from recent findings on the temporal variability in Swedish rain events and compare it to the flood depths produced by a CDS-rain (Chicago Design Storm), where the latter is the design practice in flood modelling today. A 2D surface model of an urban catchment was coupled with a 1D model of the drainage network and forced by six different hyetographs. Among them were five empirical hyetographs developed by Olsson et al. (2017) and one a CDS-rain. The rainstorms were simulated to move in different directions: along and against the surface flow direction, perpendicular to it and with no movement. Maximum flood depth was evaluated at ten locations and the model results show that storm movement had negligible effect on the flood depths. The impact from the movement was likely limited by the big difference in speed between the rainstorm and the surface flow. All evaluated locations showed a considerable sensitivity to changes in the hyetograph. The maximum flood depth increased at most with a factor of 1.9 depending on the hyetograph that was used as model input. The CDS-rain produced higher flood depths compared to the empirical hyetographs, although one of the empirical hyetographs produced a similar result. Based on the results from this case study, it was concluded that storm movement was not as critical as the temporal variability of rainfall when evaluating maximum flood depth. / Pluviala översvämningar skapas från ytavrinning vid intensiva nederbördstillfällen. De uppstår ofta i urbana miljöer till följd av den höga andelen hårdgjorda ytor och ledningsnätets begränsade kapacitet. Forskning har visat att ett regnmolns rörelseriktning och hastighet påverkar avrinningsförloppet. Om molnet rör sig längs med flödesriktningen i terrängen kan en ökning i vattenlödet nedströms ett avrinningsområde uppstå. Denna effekt har visat sig vara störst om hastigheten hos regnmolnet och vattenflödet är likvärdiga. Ytterliggare en faktor som påverkar avrinningsförloppet är hur regnintensiteten är fördelad över tid. Olsson et al. (2017) har tagit fram fem empiriska regntyper som speglar tidsfördelning inom ett Svenskt regntillfälle. Inom översvämningsmodellering är det vanligt att använda ett så kallat CDS-regn (Chicago Design Storm), vilken har en given tidsfördelning. Med anledning av detta är det intressant att jämföra översvämningar genererade av ett CDS-regn och av de empiriska regntyperna. Syftet med denna studie var att utreda hur regnmolns rörelse påverkar urbana pluviala översvämningar med avseende på vattendjup, samt att jämföra denna påverkan med effekten från olika tidsfördelningar av regnintensiteter. En kombinerad dagvattenmodell (1D) och markavrinningsmodell (2D) av en mindre svensk tätort användes för att simulera olika regnscenarier. De fem empiriska regntyperna och ett CDS-regn simulerades med en rörelseriktning längs med, emot och vinkelrätt i förhållande till flödesriktningen. Även scenarier med stationära regnmoln simulerades. Maximala översvämningsdjup utvärderades i tio punkter spridda över hela modellområdet. Resultatet från simuleringarna visade att regnmolnets rörelse hade försumbar påverkan på översvämningsdjupen. De olika tidsfördelningarna av regnintensitet hade däremot betydande påverkan på de maximala översvämningsdjupen. Som mest var det det maximala översvämningsdjupet 1.9 gånger större beroende vilken regntyp som användes som indata. CDS-regnet genererade i regel de största översvämningsdjupen, även om utfallet från en av de fem empiriska regntyperna var förhållandevis likvärdigt. Regnintensitetens tidsfördelning var därmed en kritisk parameter vid den hydrauliska modelleringen av urbana pluviala översävmningar, till skillnad från molnrörelse som hade försumbar påverkan.