Raufoss Industripark ANS. Flom- og vannlinjeberegning for Hunnselva ved Raufoss Industripark

Transkript

1 Raufoss Industripark ANS Flom- og vannlinjeberegning for Hunnselva ved Raufoss Industripark November 2015

2 RAPPORT FLOM- OG VANNLINJEBEREGNING HUNNSELVA V/ RAUFOSS NÆRINGSPARK

3 RAPPORT Flom- og vannlinjeberegning Rapport nr.: Oppdrag nr.: Dato: FLOM Kunde: Raufoss eiendomsforvaltning AS Flom- og vannlinjeberegning for Hunnselva ved Raufoss Industripark, Vestre Toten og Gjøvik kommune Sammendrag: Rapporten inneholder detaljer rundt flomsonekartlegging for områderegulering langs Hunnselva ved Raufoss Industripark i Vestre Toten og Gjøvik kommune. Det er utarbeidet flom- og vannlinjeberegning for 200-årsflom og 200-års flom inkludert 20% klimapåslag. Kulminasjonsverdien til 200-årsflommen er beregnet til m³/s, kulminasjonsverdien til 200- årsflom med 20% klimapåslag er beregnet til m 3 /s. Flomsonekartet for 200-års flom med klimapåslag er vist i Figur 14. På de beregnede høydene (vedlegg 2) skal det legges til en sikkerhetsmargin på 30 cm. Flomsonekartet for 200-årsflom med klimapåslag og 30 cm sikkerhetsmargin er vist i Figur 15. Utarbeidet av: Sølvi Amland Kontrollert av: Sign.: Sign.: Jan-Petter Magnell FLOM- OG VANNLINJEBEREGNING FOR HUNNSELVA VED RAUFOSS NÆRINGSPARK

4 Innhold 1 Innledning 5 2 Vannlinjeberegning Beregningsprogram Grunnlag og forutsetninger Flomberegning 200-årsflom for Hunnselva ved Raufoss Industripark Elvas geometri Elvas ruhet Grensebetingelser 19 Resultater 20 3 Erosjon og masseavlagring 23 4 Konklusjon 23 5 Usikkerhet 24 Referanser 25 Vedlegg 26 Vedlegg 1 Flomberegning for Hunnselva ved Raufoss Industripark utskrift fra DAGUT Vedlegg 2 Vannlinjeberegning for Hunnselva ved Raufoss Industripark (Q200 og Q200 med klimapåslag) Vedlegg 3 Sensitivtetsanalyse +/- 10% i Manning`s n (for Q200) Vedlegg 4 Flomsonekart 4 (49)

5 1 Innledning Flomfaren er vurdert for Hunnselva ved Raufoss Industripark i Vestre Toten og Gjøvik kommune, dette er gjort på oppdrag fra Raufoss eiendomsforvaltning AS i forbindelse med områderegulering. Figur 1 viser området ved Raufoss Industripark. Vurdering av flomfare innebærer beregning av hvor mye vann som kommer ved en 200- årsflom og hvor høyt vannet vil stige i Hunnselva ved planområdet. I planlegging og utbygging i fareområder langs vassdrag (NVE, 2008) stiller NVE krav til flomsikkerhet for ulik arealbruk langs vassdraget. Bolig, skole og næringsbebyggelse skal sikres mot 200-års flom. Vannlinjeberegning og vurdering av flomfare innebærer beregning av hvor mye vann som kommer og hvor høyt vannet vil stige ved en 200-årsflom. Denne rapporten omfatter: Beregning av 200-årsflom med og uten klimapåslag for Hunnselva Vannlinjeberegning for 200-årsflom med og uten klimapåslag for Hunnselva ved Raufoss Industripark Et flomsonekart som viser områder som er oversvømt ved en 200-årsflom med klimatillegg ved planområdet Et flomsonekart som viser områder som er oversvømt ved en 200-årsflom med klimatilleg og 30 cm sikkerhetsmargin ved planområdet 5 (49)

6 Figur 1 Reguleringsområde ved Raufoss Industripark (kart hentet fra ArcMap) 6 (49)

7 2 Vannlinjeberegning 2.1 Beregningsprogram Beregningen av 200-års vannstand ved planområdet er utført ved hjelp av den hydrauliske modellen HEC-RAS (US Army Corps of Engineers). Programmet er en endimensjonal modell for beregning av stasjonære og ikke stasjonære strømninger. Programmet beregner gjennomsnittlig vannstand og hastighet i profilene. For mer opplysninger om programmet, se Grunnlag og forutsetninger Grunnlag og forutsetninger for vannlinjeberegningen: Vannføring (beregnet 200-årsflom) Elvas geometri Elvas ruhet (strømningsmotstand) 2.3 Flomberegning 200-årsflom for Hunnselva ved Raufoss Industripark I forbindelse med en vannlinjeberegning er det beregnet tilløpsflom med gjentaksintervall 200 år for nedbørsfeltet til Hunnselva ved Raufoss Industripark. Nedbørfeltet ligger i Vestre Toten kommune og er vist i figur 2, feltparametere for nedbørfeltet er gitt i tabell 1. 7 (49)

8 Figur 2 Nedbørsfelt for utløpet til Hunnselva ved Raufoss Industripark (hentet fra NVEs lavvanssapplikasjon) 8 (49)

9 Tabell 1 Feltparametere til nedbørsfeltet til Hunnselva (hentet fra NVEs lavvanssapplikasjon) Hunnselva Areal, nedbørfelt (km 2 ) Laveste punkt i feltet, Hmin (moh) 277 Høyeste punkt i feltet, Hmax (moh) 753 Effektiv sjøprosent, Ase (%) 4 Skog (%) 62.4 Flomberegningen er utført ved bruk av flomfrekvensanalyse i henhold til «Retningslinjer for flomberegninger» (NVE 2011a). For beregning av middelflom og flommer med ulike gjentaksintervall er det gjort en vurdering av sammenlignbare målestasjoner. Målestasjonen Einavatn ligger i nedbørsfeltet til Hunnselva ved Raufoss Industripark, denne målestasjonen er regulert og er derfor ikke benyttet i denne flomfrekvensanalysen. Omkringliggende målestasjoner er derfor benyttet, disse er valgt basert på geografisk beliggenhet og feltparametere. Kart som viser plassering av målestasjonene er vist i figur 3, feltparameter for målestasjonenes nedbørsfelt er vist i Tabell 2. Feltparameterne for nedbørfeltet til målestasjonene er hentet fra ArcMap og Hysopp. 9 (49)

10 Figur 3 Viser geografisk plassering av vannmerkene (rød trekant), vannmerkenes nedbørsfelt (blå) og nedbørsfeltet til Hunnselva ved Raufoss Industripark (lilla) 10 (49)

11 Tabell 2 Feltparametere for nedbørsfeltene til Urula, Jaren ndf, Vismunda og Kringelerdal Stasjons nr Navn Urula Jaren ndf Vismunda Kringlerdal Uregulert dd dd 1986-dd 1966-dd dataperiode Areal på nedbørfelt, A (km 2 ) Laveste punkt i feltet, Hmin (moh) Høyeste punkt i feltet, Hmax (moh) Effektiv sjøprosent, Ase (%) Skog (%) Middelflom og 200-årsflom er beregnet for de 4 vannmerkene , , og ved bruk av flomfrekvensanalyse utført ved bruk av programmet DAGUT. Resultatene er presentert i tabell 3 og i vedlegg (49)

12 Tabell 3 Middelflom og 200-årsflom for de tre vannmerkene. Resultater fra flomfrekvensanalysen Nr Navn QM (l/s pr. km²) QM (m 3 /s) Q200 (l/s pr. km 2 ) Q200 (m 3 /s) Valgt frekvens fordeling Urula Gumbel Jaren ndf Gumbel Vismunda Weibull Kringlerdal Gumbel Erfaringstall fra flomberegninger for Østlandet (NVE 2011a) gir flomverdiene for Q1000 mellom l/s pr. km 2 for middels store felt ( km 2 ). Q1000 for de fire vannmerkene Urula, Jaren ndf, Vismunda og Kringlerdal er henholdsvis l/s pr km 2, l/s pr. km 2, l/s pr. km 2 og l/s pr. km Jaren ndf har derfor en årsflom som ligger lavere enn NVEs erfaringstall. Vannmerket er derfor ikke benyttet for videre beregninger. Det er store gradienter i spesifikke flomstørrelser, det velges derfor å bruke et snitt av to vannmerker for videre beregninger av flomstørrelser i Hunnselva. Målestasjonene Urula og Kringlerdal er de to vannmerkene med høyest effekt sjøprosent, det er derfor benyttet et snitt av flomverdiene til disse målestasjonene. 12 (49)

13 Flomfrekvensanalysen er utført på døgnmiddelverdier. Flommens kulminasjonsverdi kan estimeres fra forholdet mellom flommens kulminasjonsverdi (Qmom) og døgnmiddel (Qdøgn). Forholdet mellom kulminasjonsverdi og døgnmiddelverdi for høstflom er gitt ved følgende regresjonsligning (NVE 2011a): Høstflom: Qmom/Qdøgn = 2,29 0,29 * loga 0,290*Ase 0.5 (1) Vårflom: Qmom/Qdøgn = 1,72 0,17 * loga 0,125*Ase 0.5 (2) I tillegg er det oppgitt observerte kulminasjonsverdien for noen vannmerker i NVEs «Retningslinjer for flomberegninger» (NVE 2011a). Tabell 4 Forholdstall mellom momentan- og døgnmiddelflom beregnet ved bruk av regresjonsligning (1) og (2), observerte verdier er hentet fra NVEs retningslinjer for flomberegninger Qmom/Qdøgn Observerte (V/H) Beregnede (V/H) Urula 1.18 / Jaren ndf Vismunda Kringlerdal Hunnselv 1.09/ / / / / 1.06 Verdiene fra formel (1) og (2) kan gi urealistiske verdier, spesielt for felt med høy effektiv sjøprosent (NVE 2011a). Nedbørsfeltet til Hunnselva ved Raufoss Industripark har en ganske høy Ase, dette vil gi en stor demping av flommen og 13 (49)

14 man kan forvente at forholdet mellom momentan- og døgnflom er lavere enn i et område med mindre flomdemping. De fire vannmerkene har ikke veldig stor variasjon for beregnet forholdstall mellom momentan- og døgnmiddelflom. Bare har observerte forholdstall, som ligger lavere enn de beregnede verdiene. Hunnselv har en høyere effektiv sjøprosent sammenlignet med de fire vannmerkene, og vil derfor ha en større demping av flommen. Det er derfor valgt å bruke beregnet forholdstall lik lik 1.07 for Hunnselv. Klimaendringer Det pågår forskning på hvordan klimaendringer vil påvirke beregnede dimensjonerende flommer. NVE har estimert forventet endring i 200- og årsflom mot slutten av dette århundret basert på tilgjengelige klimafremskrivninger og kalibrerte hydrologiske modeller (HBV-modeller) (NVE, 2011b). Generelt er det forventet at flommer forårsaket av regn vil øke, mens snøsmelteflommer i større vassdrag vil avta. Ekstremnedbøren er forventet å øke i hele landet. For Vestre Toten og Gjøvik kommune anbefales det at det regnes med 20% økning i flomverdier for 200-, 500-, og 1000-årsflom i nedbørfelt (NVE, 2011b) 14 (49)

15 Oppsummering Beregnede verdier for Q200 er vist i tabell 5, det er også tatt med en beregning av Q200 med 20% klimapåslag. Det anbefales å benytte flomverdiene med klimapåslag. Tabell 5 Beregnede flomverdier for målestasjon Hunnselv ved Raufoss Industripark Stasjonsnr. Hunnselv Navn A (km 2 ) QM (m 3 /s) 46.5 qm (l/s/km 2 ) Qmom/Qdøgn 1.07 Q200 (m 3 /s) Q200 (l/s/km 2 ) Q200, momentanverdi (m 3 /s) q200, mom (m 3 /s) + 20% klimatillegg NVE har tidligere gjort en flomberegning for Vigga i Gran og Brandbu (NVE 2004), verdiene for middelflom varierer frå 97 l/s pr. km 2 til 165 l/s pr. km 2. Beregnet middelflom for Hunnselva er lik l/s pr. km 2. Disse nedbørsfeltene ligger lenger sør sammenlignet med nedbørsfeltet til Hunnselva ved Raufoss Industripark. Vannmerkene viser at spesifikke flomstørrelser øker frå sør til nord, det stemmer derfor bra at middelflommen til Hunnselva ligger noe høyere sammenlignet med beregningene gjort ved Gran og Brandbu. 2.4 Elvas geometri En beskrivelse av elva og terrengets form må inn i beregningsmodellen. FKB data er mottatt fra oppdragsgiver. En digital terrengmodell med fin oppløsning er laget fra høydepunktene med hjelp av ArcGIS tilleggsmodulene 3D Analyst og Spatial Analyst. Figur 4 viser nummereringen til tverrprofilene og oversikt over HEC-RAS modellområdet. Numrene til tverrprofiler tilsvarer avstander langs elva, målt fra nedstrøms og er i meter. Dermed er første profil i modellen, som finnes lengst nedstrøms, nummer 21.9 og profil er siste profil, lengst oppstrøms. Dermed er lengden til modellerte strekningen lik = m. 15 (49)

16 2.5 Elvas ruhet I beregningsmodellen må elva og terrengets ruhet (strømningsmotstand) uttrykt ved Mannings koeffisient, n, legges inn. Følgende verdier er benyttet: Elveløpet: n = Elvekanter: n = (49)

17 Figur 4 Tverrprofiler i HEC-RAS (endimensjonal hydraulisk modell) 17 (49)

18 Figur 5 Bildet viser vegetasjonen i og rundt Hunnselva (befaring ) 18 (49)

19 Figur 6 Vegetasjon i og rundt Hunnselva (befaring ) 2.6 Grensebetingelser Resultatene fra flomberegningene er brukt som øvre betingelse i den hydrauliske modellen. Normalstrømning er benyttet som nedre grensebetingelse, det er antatt at elven renner videre med samme helning som for modellert område. 19 (49)

20 Resultater Vannlinjeberegninger er utført for en 200-års flom med og uten klimatillegg på 20 %, hydrauliske parametere er vist i vedlegg 2. Gjennomsnittlig vannhastighet i elveløpet for de to vannlinjeberegningene varierer mellom 0.4 m/s til 3.5 m/s. Flomsonekart for 200-årsflom med 20% klimatillegg og 30 cm sikkerhetsmargin er vist i figur 7, flomsonekart for 200-årsflom med 20% klimatillegg er vist i figur 8. Noe mer detaljerte kart er vist i vedlegg (49)

21 Figur 7 Flomsonekart for en 200-års flom med klimatillegg på 20 % og 30 cm sikkerhetsmargin i Hunnselva 21 (49)

22 Figur 8 Flomsonekart for en 200-års flom med 20% klimapåslag i Hunnselva ved Raufoss Industripark 22 (49)

23 3 Erosjon og masseavlagring Erosjon og masseavsetning oppstår oftest der hvor man har en endring i elveleiet, for eksempel innsmaling av elveløpet. Oppstrøms og nedstrøms Persholmen er Hunnselva meandrerende. I meandrerende elver er vannhastigheten størst i yttersvingen, her kan det oppstå erosjon. Innersvingen har en lavere vannhastighet og det kan oppstå masseavlagring. Tabellen i vedlegg 2 viser Frouds tall hver hver tverrprofil, Froudes tall er definert slik: - Fr < 1 underkritisk strømning - Fr = 1 kritisk strømning - Fr > 1 ved overkritisk strømning (NVE 2010) Tverrprofilene langs Hunnselva ved Raufoss Industripark har stort sett Froudes tall lavere enn 1, det vil si at strømningen er underkritisk. 4 Konklusjon For å ta høyde for usikkerheter i beregningen er det lagt til en sikkerhetsmargin på 30 cm. Det anbefales også å bruke resultatene for 200-års flom med klimatillegget på 20 % og 30 cm sikkerhetsmargin i reguleringsplanen. Ved en 200-årsflom med 20% klimapåslag og 30 cm sikkerhetsmargin blir følgende områder berørt: - Fra tverrprofil 3696 til 3451 vil det renne vann ut av modellen. Her anbefales det å sette opp en flomvoll med kote fra (tverrprofil 3696) til kote ved tverrprofil Deler av bygning mellom tverrprofil 3422 og Bygninger mellom tverrprofil 2868 og Bygning ved tverrprofil (49)

24 - Fra tverrprofil 2264 og 2146 vil det renne vann ut av modellen, det anbefales derfor å sette opp en flomvoll med kote fra ved tverrprofil 2264 til kote ved tverrprofil I tillegg vil to bygninger mellom nevnte tverrprofil være flomutsatt - En bygning blir oversvømt ved tverrprofil Fra tverrprofil 226 til 167 er det flere bygninger som blir oversvømt, disse ligger utenfor planområdet 5 Usikkerhet Nøyaktighet i tverrprofiler, avstand mellom tverrprofiler, usikkerhet i estimat av ruhet, usikkerhet i estimat av 200-års flom og helning på elva er blant de viktigste faktorene for kvalitet på modellen. Det er foretatt beregninger for å se hvordan ruheten i elva og elveslettene innvirker på de beregnede vannstander. Ruheten er variert med +- 10% med utgangspunktet i de valgte verdiene for de to modellene. Resultatene viser at ruheten har svært liten innvirkning på de beregnede vannstander i Hunnselva (vedlegg 3). I forhold til usikkerheten i dette prosjektet anbefales det å benytte flomsonekart som viser 200-årsflom med 20% klimatillegg og en sikkerhetsmargin på 30 cm. 24 (49)

25 Referanser NVE, 2011a: Retningslinjer for flomberegninger til 5-7 i forskrift om sikkerhet og tilsyn med vassdragsanlegg. Retningslinje 4/2011. Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, 2011b: Deborah Lawrence og Hege Hisdal. Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. Report nr Norges vassdrags og energidirektorat. NVE, Fergus, T., K. A. Hoseth og E. Sæterbø. Vassdragshåndboka: håndbok i vassdragsteknikk. Ny rev. Utg. Trondheim. Tapir akademisk forlag. NVE, Planlegging og utbygging i fareområder langs vassdrag. Retningslinje 1/2008. Norges vassdrags- og Energidirektorat. NVE, 2004: Erik Holmqvist. Flomsonekartprosjektet Flomberegning for Vigga. Rapport nr US Army Corps og Engineers, 2014, HEC-RAS, 25 (49)

26 Vedlegg 26 (49)

27 Vedlegg 1 Flomberegning for Hunnselva ved Raufoss Industripark utskrift fra DAGUT 27 (49)

28 Flomfrekvensanalyse for Urula Periode Middelverdi m3/s Flomkvantiler (absoluttverdier i m3/s) Gjentaksint. Fordelingsfunksjon Gumbel GEV Weibull Gen. Log. log- log (49)

29 Flomfrekvensanalyse for Vismunda Periode Middelverdi m3/s Flomkvantiler (absoluttverdier i m3/s) Gjentaksint. Fordelingsfunksjon Gamma GEV Weibull Gen. Log. log- log (49)

30 Flomfrekvensanalyse for Jaren ndf Middelverdi 9.34 m3/s Flomkvantiler (absoluttverdier i m3/s) Periode Gjentaksint. Fordelingsfunksjon Gumbel GEV Weibull Gen. Log. log- log (49)

31 2.280 Flomfrekvensanalyse for Kringlerdal Middelverdi m3/s Periode Flomkvantiler (absoluttverdier i m3/s) Gjenatiksint. Fordelingsfunksjon Gamma Gumbel GEV Weibull Gen.-Log (49)

32 Vedlegg 2 Vannlinjeberegning for Hunnselva ved Raufoss Industripark (Q 200 og Q 200 med klimatillegg) 32 (49)

33 Elv Tverrprofil Profile Q Total W.S. Elev Froude (m3/s) (m) Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % (49)

34 Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % (49)

35 Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q (49)

36 Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Bridge Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % (49)

37 Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q (49)

38 Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % (49)

39 Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Bridge Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % Raufoss Q Raufoss Q % (49)

40 Vedlegg 3 Sensitivitetsanalyse +/- 10% i Manning s n (for Q 200 ) 40 (49)

41 Vannstand (m.o.h) Vannhastighet (m/s) Tverrprofil n n - 10% n + 10% n n - 10% n + 10% (49)

42 (49)

43 (49)

44 Vedlegg 4 Flomsonekart 44 (49)

45 45 (49)

46 46 (49)

47 47 (49)

48 48 (49)

49 49 (49)