Urban Snowmelt Processes: Modelling and Observation

Abstract: Popular Abstract in Swedish I Norra Skandinavien, liksom i andra kalla områden, är oftast de urbana dräneringssystemen inte kapabla att föra bort de stora volymer smältvatten som ofta belastar systemet under flera veckor under snösmältningen. Högt vattenflöde till reningsverk, översvämning av kombinerade system och låg vattenkvalitet är några problem förknippade med snösmältning. Trots detta är rapporter om snösmältningsprocesser ovanliga i den hydrologiska litteraturen. Denna avhandling behandlar forskning om snöhydrologi i Luleå. De fyra målsättningarna är: att undersöka (a) det rumsliga förhållandet av snösmältningsegenskaper och landanvändning; (b) urbaniseringens effekter på snösmältningsprocesserna; (c) smältvattnets effekter på hydrologin i den urbana miljön; och (d) möjligheter att modellera urbana snösmältningsprocesser. Dessa målsättningarna är behandlade i fem artiklar (Papers). Artiklarna I och II undersöker hur den urbana miljön påverkar snösmältningen. Artikel III behandlar den säsongsmässiga variationen av vattenflödena inom staden. Artikel IV presenterar en snötaxering som bekräftar antaganden gjorda i artiklarna II och III. Artikel V är en litteratursammanställning som ifrågasätter validiteten av urbana avrinnings modeller baserat på erhållna resultat i de tidigare artiklarna. Urbanisering är förknippad med extrem heterogenitet och minskad ytgenomsläpplighet. Den urbana hydrografen har högt toppflöde som kommer med liten tidsfördröjning till och med efter kortvariga regn med låg intensitet. Snösmältningsprocesserna är de samma i både rurala och urbana områden, men klimatet och snöns egenskaper skiljer sig väsentligt. Till exempel så plogas urbana områden i hög grad. Avrinningen genererad från snösmältning är vidare komplicerad eftersom det finns en mer uttalad termisk komponent av vattenbalansen jämfört med regnhändelser. Energiflödena i snöpacken är i hög grad påverkade av den urbana miljön. Snösmältningen är tidigare och mer intensiv på grund av den ökade strålningen på sydsidan av byggnader jämfört med nordsidan av byggnader eller öppen mark. Urban snö har ett lägre albedovärde och högre densitet än rural snö, vilket leder till snabbare smältning. Effekten av yttyp och snötäckets egenskaper på dag- och avloppsvattenflödena visas. Förutsägelser av avloppsvattenflödet förbättras av ytmässig vägning av snötyp genom a priori antagande om snöegenskaper och täckning. Till exempel så minskar snötäckningen och andelen ostörd snö om landanvändningen intensifieras. Således så brukar snöhögar i förorterna ligga på genomsläppligt underlag, medan snöhögar i centrum brukar ligga på asfalt. Säsongsmässiga skillnader av avrinningsvolymer och flödesvägar till avloppsreningsverk och recipient studerades med en enkel vattenbalansmodel. Ökad avrinning, minskade koncentrationstider och långvariga avrinningshändelser leder till hög belastning i reningsverket. Ytvattenkomponenten av avloppsvattnet kommer från direkt inflöde i brunnar och infiltration till avloppsledningar. Dagens metoder för att förutsäga urban snösmältning befanns vara otillräckliga. Graddagsmetoden är olämplig för urban tillämpning. Men brist på data för att utveckla, testa och använda mer sofistikerade modeller hänvisar den urbana ingenjören till denna metod.