Climate change is predicted to cause an increase in cloudbursts and heavy precipitation, which makes urban flooding an issue that needs to be dealt with. The term Sponge city is a theory that intends to deal with urban flooding and worsening water quality in urban areas with absorption. The study area Hemlingby is an area that has been prone to flooding before, for instance on the 17–18 of August 2021. The area is located about 3 km from the city center Gävle with Hemlingbybäcken running north through the study area. The study was performed in several parts, the first was to use the GIS tool ArcMap 10.8 and hydraulic software CAESAR-lisflood 1.8 to investigate which areas are considered sensitive. In ArcMap 10.8, a bluespot map was created to estimate how much water is needed to fill different areas of Hemlingby, and in CAESAR-lisflood 1.8, the flood inundation area was mapped based on different water flow scenarios. Subsequently, two site visits were made to the study area to photograph and validate the results from the GIS analyses. Based on the GIS analyses, an interview with the municipality of Gävle and an extensive literature analysis, measures were identified that suited both the concept and the study area. The results show what affects the drainage in Hemlingby and how it could be improved through the use of Sponge city. Hemlingbybäcken, which is easily flooded by large water flows, and the topography of the area are factors that have been identified as particularly problematic for the study area's drainage. To show how the area could be planned after the Sponge city concept, proposals for both types of measure and location have been presented, also restrictions and how similar concepts can be applied in other areas are presented. Given that the frequency and intensity of future cloud bursts are not known, there is no answer as to whether the measures presented in the study would stop the study area from being flooded in the future. Especially when data and statistics from previous rainfall were missing, the area's exact reaction to a cloud burst could not be analyzed. On the other hand, it is possible to determine from the analyzes in the method that the study area was not adapted to the type of downpour it was affected by. Therefore, measures aimed at Hemlingbybäcken become significant as the topography or soil type of the area is much more difficult to influence. In order to investigate exactly what impact the proposed measures would have on Hemlingby, further studies need to be carried out to map both the collection capacity and the impact on Hemlingbybäcken the proposal has. / Klimatförändringar förutspås i framtiden leda till en ökning av antalet skyfall och kraftig nederbörd generellt, vilket gör översvämningsproblematiken i urbana områden till ett allt större problem som måste hanteras. Konceptet Sponge city syftar på en teori vars huvuduppgift är att hantera urbana översvämningar och försämrad vattenkvalitet i städer med hjälp av absorberande ytor. Studieområdet Hemlingby i Gävle är ett område som tidigare drabbats av kostsamma översvämningar vid skyfall, bland annat 17–18 augusti 2021. Studieområdet ligger cirka 3 kilometer från Gävle stadskärna och har Hemlingbybäcken rinnandes norrut genom området. Studien utfördes i flera delar, där den första var att med hjälp av GIS-verktyget ArcMap 10.8 och den hydrologiska programvaran CAESAR-lisflood 1.8 utreda vilka områden som bedöms känsliga för översvämning. I ArcMap 10.8 skapades en bluespot-karta för att uppskatta hur mycket vatten som krävs för att fylla olika områden av Hemlingby och i CAESAR-lisflood 1.8 karterades översvämningsutbredningen utifrån olika vattenföringsscenarion. Därefter utfördes ett platsbesök i studieområdet för att fotografera och validera resultatet från GIS-analyserna. Utifrån GIS-analyserna, intervju med Gävle kommun samt omfattande litteraturanalys identifierades åtgärder som både passade konceptet och studieområdet. Resultatet visade vad som påverkar dräneringen i Hemlingby och hur den skulle kunna förbättras genom implementering av konceptet Sponge city. Hemlingbybäcken, som lätt översvämmas vid stora vattenflöden, samt områdets topografi är egenskaper som identifierats som särskilt problematiska för studieområdets dränering. För att visa hur området skulle kunna planeras efter Sponge city har förslag på både åtgärdstyp och placering presenterats, men även begränsningar och hur liknande koncept kan appliceras i andra områden presenteras. Med tanke på att frekvensen och intensiteten på framtida skyfall inte går att veta exakt, finns inget svar på om åtgärderna presenterade i studien skulle stoppa studieområdet från att översvämmas i framtiden. Eftersom data och statistik från tidigare skyfall till viss del saknats har områdets exakta reaktion på ett skyfall inte kunnat analyseras. Däremot går det att utifrån analyserna i metoden fastställa att studieområdet inte var anpassat för den typen av skyfall det drabbats av. Därför blir åtgärder riktade mot Hemlingbybäcken av mycket stor vikt, eftersom områdets topografi eller jordarter är betydligt svårare att förändra. För att undersöka exakt vilken påverkan föreslagna åtgärder skulle ha på Hemlingby behöver ytterligare studier genomföras för att kartlägga både uppsamlingsförmågan och påverkan på Hemlingbybäcken förslaget har.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第21743号 / 工博第4560号 / 新制||工||1711(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)教授 田中 茂信, 准教授 田中 賢治, 教授 中北 英一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Les revêtements perméables se développent en France et à l’étranger comme une technique d’avenir en réponse aux enjeux de la protection des sols et de l’amélioration du cycle de l’eau en milieu urbain. Le développement de pavés drainants au sein du laboratoire de l’ESITC Caen a mis en évidence le besoin de quantifier les apports des revêtements perméables pour répondre aux attentes des acteurs locaux et favoriser l’utilisation de ces techniques par les aménageurs. Dans ce but, ce travail de thèse porte sur la description des processus hydrologiques au sein des revêtements perméables et la quantification de leurs bénéfices sur le ruissellement urbain. Deux modèles ont été développés pour répondre à ces objectifs.Le premier permet de modéliser les processus hydrologiques au sein des structures perméables avec une approche physique basée sur la résolution de l’équation de RICHARDS par la méthode des éléments finis. Cette modélisation apporte des éléments de compréhension sur l’influence des propriétés de la structure et de son environnement sur ses performances. Elle a abouti à la proposition d’une représentation conceptuelle du comportement hydrologique des structures perméables. Le second modèle permet de modéliser le comportement hydrologique d’un bassin versant avec une approche par systèmes multi-agents. Différents scénarios d’implantation de revêtements perméables ont été simulés sur un site d’étude réel situé à Ouistreham en Normandie. L’exploration de ce modèle apporte des éléments de quantification des bénéfices de l’implantation des revêtements perméables sur le ruissellement de surface. Les résultats obtenus mettent en évidence le lien entre le ratio de surface perméable sur la surface imperméable et la réduction du ruissellement. Ils soulignent l’importance de la dispersion des zones de revêtements perméables pour optimiser leurs bénéfices. / Permeable pavements are developing in France and abroad as a promising response to the growing issues of ground protection and the improvement of the water cycle in urban areas. The development of pervious concrete within the laboratory of ESITC Caen had highlighted the need to quantify the contributions of the permeable pavement, and thus meeting the expectations of local authorities and encouraging the use of these techniques by urban planners. In this purpose, this Phd aims at describing the hydrological mechanisms of the permeable pavements and quantifying their benefits on surface runoff. Two models were developed to respond to these objectives. The first one allows modeling the hydrological processes inside permeable pavement structures with a physically-based approach, which solves RICHARD’s law with a finite element method. This modeling enables the understanding of the influence of the properties of the structure and its environment on its performances. Results have led to the proposal of a conceptual representation of permeable structures. The second model allows modeling the hydrological behavior of an urban catchment with an agent-based approach. Various scenarios of permeable pavement implemantations were simulated on a real study site located at Ouistreham in Normandy. The analysis of this model enables the quantifying of the benefits of the implementation of permeable pavements on surface runoff. Results highlight the link between the permeable surface on the impermeable surface ratio and the reduction of runoff. They emphasize the importance of dispersing permeable pavement areas to maximize their benefits.

Förekomsten av vattenrelaterade problem som extrem nederbörd, översvämningar, torka och vattenbrist kommer att öka i urbana områden till följd av de globala klimatförändringarna. Sponge city-konceptet är ett urbant dagvattenhanteringssystem som lanserades i Kina och syftar till att förbättra vattenhanteringen i städer genom att återställa stadens kapacitet att absorbera, infiltrera, lagra och rena vatten. Den här studien syftade till att undersöka om sponge city-konceptet hade kunnat implementeras i Malmö genom att besvara frågeställningen ” Vilka möjligheter respektive hinder finns det för Malmö att implementera sponge city-konceptet?”. Genom en systematisk litteraturstudie och innehållsanalys i kombination med det teoretiska ramverket som baserades på konceptet sårbarhet för klimatförändringar visade resultatet på att det både finns en del möjligheter men också hinder. Det huvudsakliga hindret som identifierades är att en stor del av marken i Malmö består av täta moränleror vilket utgör ett hinder för de infiltrationsåtgärder som ingår i sponge city-konceptet. Några möjligheter som identifierades är att sponge city-konceptet kan minska känsligheten för skada som uppstår i förhållande till exponeringsnivån, samt att Malmös anpassningskapacitet är relativt hög. På grund av att den här studien enbart undersökte specifika fysiska/miljömässiga aspekter inom sponge city-konceptet krävs däremot fler studier som tar hänsyn till fler aspekter om en implementering av konceptet skulle bli aktuell. / The occurrence of water related problems such as extreme precipitation, floods, drought and water scarcity will increase in urban areas as a result of global climate change. The sponge city-concept is an urban stormwater system launched in China and aims to improve the water management in cities by restoring the city’s capacity to absorb, infiltrate, store and purify water. This study aimed to investigate if the sponge city-concept could be implemented in Malmö by answering the question “What possibilities and obstacles exist for Malmö to implement the sponge city-concept?”. Through a systematic literature review and content analysis in combination with the theoretical framework, which was based on the concept climate change vulnerability, the results showed that there are some possibilities but also obstacles. The main obstacle that was identified is that the ground in Malmö largely consists of dense moraines which forms an obstacle for the infiltration measures that are included in the sponge city-concept. Some possibilities that were identified is that the sponge city-concept can decrease the sensitivity to harm that occurs in relation to the exposure level but also that Malmö’s adaptation capacity is relatively high. However, because this study only investigated specific physical/environmental aspects within the sponge city-concept, more studies that consider more aspects are required if an implementation of the concept would become prevailing.