NOTAT Lafteråsen Høydebasseng - Flomvurdering del 2

Transkript

1 Oppdragsgiver: Kongsberg Kommune Oppdragsnavn: Lafteråsen Høydebasseng DP Oppdragsnummer: Utarbeidet av: Hege Merete Kalnes Oppdragsleder: Anders Puntervold Hammer Tilgjengelighet: Åpen NOTAT Lafteråsen Høydebasseng - Flomvurdering del 2 1. INNLEDNING METODE OG ANTAGELSER Generering av terrengmodell Flomvannføring Oppsett i HEC-RAS RESULTATER Tømming av høydebasseng Vannlinjeberegninger Resultat for oppstrøms område Resultater for nedstrøms område Beskrivelse av hendelsesforløp VEDLEGG 1 RESULTATER FOR LUKKEDE KULVERTER... 1 VEDLEGG 2 RESULTATER FOR ÅPEN JERNBANEKULVERT... 2 VEDLEGG 3 RESULTATER FOR ALLE KULVERTER ÅPEN... 3 side 1 av 16

2 1. INNLEDNING Det skal bygges nytt høydebasseng på Lafteråsen i Kongsberg kommune. Som en del av prosjekterende arbeider, skal det foretas en flomvurdering av et potensielt brudd i høydebassenget. Prosjektert plassering og utforming av høydebasseng er vist i Figur 1-1. Høydebassenget består av to like basseng som ligger rett ved en bekk, som går igjennom fire kulverter før den renner ut i Numedalslågen. Figur 1-1 Oversiktskart med plassering av høydebasseng (svart boks) og kulverter (i rødt) og planskisse av høydebassengene med adkomstvei. side 2 av 16

3 Flomvurderingen er delt opp i to leveranser, hvorav dette notatet inngår i leveranse del II. Leveranse del I: Notat med kart som viser hvor vannet tar veien som følge av brudd i bassenget. Kort beskrivelse av metode og antakelser. Leveranse del II: Revidert notat med litt mer utfyllende informasjon om fremgangsmåte/beregningsmetodikk, samt hvordan vannet passerer Gomsrudveien og toglinje i dalen. Siden leveranse del I var nokså utfyllende på fremgangsmetodikk, er store deler av notatet videreført i del II. Fremgangsmåten og resultatene er noe endret i del II, da det var problemer med å hente ut flomsoner i SOSI-format fra simuleringene i del I. Siden nye simuleringer måtte utføres, ble det funnet hensiktsmessig å forbedre beregningsgrunnlaget. Dette er forklart videre i notatet. side 3 av 16

4 2. METODE OG ANTAGELSER Grunnlaget for flomvurderingen er beregnede vannlinjer/flomsoner med HEC-RAS Vannlinjeberegningen er basert på en generert terrengmodell og beregnet vannføring ut av bassengene ved brudd. Det er valgt å gi vannføringen som en input i den hydrauliske modellen heller enn å simulere et «dambrudd», da prøve-simuleringer viste at dambrudd gir et noe feilaktig utfall. Fremgangmåte og antagelser er presentert i det følgende Generering av terrengmodell En terrengoverflate i form av en TIN-modell ble generert fra motatte SOSI-filer i Novapoint Nødvendige SOSI-objekter som høydekoter og kanter til vei, jernbane, innsjø og elv ble valgt ut som høydegrunnlag. Terrenget ble generert ved å triangulere mellom disse linjene. TIN-modellen ble eksportert til ArcMAP 10.6, og her brukt til å lage en raster-fil som videre ble konvertert til TIFF-format som kan leses av HEC-RAS. I leveranse del I ble det brukt en automatisk generert raster-fil, som hadde nokså grov oppløsning på 6,868 m, og førte til feilmeldinger i konverteringen av flomsoner til SOSI-format. I denne leveransen, del II, er det brukt en finere oppløsning på 1 m Flomvannføring Flomvannføringen som følge av brudd er beregnet med nokså enkle forutsetninger; - Bidraget fra vannføring i bekk er satt til null (antatt neglisjerbart). - Bruddet skjer momentant (eks. ved sprengning). - Hele høyden til bassengene (7.5 m) går i brudd slik at bruddet fungerer som et bredt overløp hvor alt vann i bassenget tømmes. - Brudd på begge basseng har en bredde på 5 m, og bruddene opptrer samtidig. - Enkel overløpsformel kan brukes (se ligning i Figur 2-2) og høy C-verdi er valgt for å gi et konservativt anslag (C = 1.66). - Vannet fra bruddene samles, og endelig flomvannføring er vannføringen fra de to bassengene lagt sammen, og fordelt over en bredde på ca. 60 m. Bruddtilfellet beskrevet ovenfor er illustrert i Figur 2-1 og Figur 2-2. Flomvannføringen ut fra bassengene er beregnet over tid som en funksjon av vannstanden i bassengene som synker etter hvert som bassengene tømmes. Det er valgt å bruke tidssteg på 1 sekund, da en slik oppløsning er nødvendig for å simulere vannføringen godt nok. side 4 av 16

5 Figur 2-1 Illustrasjon av brudd på høydebasseng. Figur 2-2 Illustrasjon av overløpstilfellet med formler fra Vassdragshåndboka brukt i beregninger (Fergus m.fl., 2010). side 5 av 16

6 2.3. Oppsett i HEC-RAS Det er satt opp en todimensjonal vannlinjemodell i HEC-RAS på bakgrunn av den genererte terrengmodellen, vist i Figur 2-3. Avstanden mellom beregningspunkt er satt til 5 m. Linjen som representerer utløpet til bassengene, definerer innløpet til modellen, hvor de beregnede flomvannføringene over tid er gitt som inngangsdata. Det er valgt kun en ruhetsverdi for hele området, da bekken er liten, og området i hovedsak består av skog. Valgt ruhetsverdi er n=0.11 basert på anbefalinger for flom over åpent landskap fra Vassdragshåndboka (Fergus m.fl.,2010). Figur 2-3 Oppsett for 2D vannlinjemodell som viser definert flomområde og innløp og utløp. Data for kulvertene brukt i modellen er gitt i Tabell 2-1, hvor ruhetsverdier er valgt basert på anbefalinger i Vassdragshåndboka (Fergus m.fl.,2010). Jernbanekulverten har en større høyde i innløpet enn i utløpet, og det er valgt å bruke gjennomsnittlig verdi i modellen. I leveranse del I ble det brukt en mindre størrelse på kulverten under traktorvei/sti siden en diameter på 800 mm var for stor i forhold til tilgjengelig plass i terrenget. Med en finere oppløsning på terrengmodellen, var dette ikke et problem, og faktisk størrelse på kulvert ble modellert i del II. side 6 av 16

7 Tabell 2-1 Data for kulverter brukt i vannlinjemodell. Kulvert Materiale Dimensjoner Jernbanekulvert Murt stein (n = 0.024) B x H = 600 x 900 mm Kulvert under traktorvei/sti Betong (antatt) (n=0.012) D = 800 mm Kulvert under Gomsrudveien Betong (antatt) (n=0.012) D = 800 mm Det ble brukt finere oppløsning på beregningspunkt ved kulvertkrysningene, vist i Figur 2-4,. Dette gir mer nøyaktige beregninger for de kritiske punktene uten å måtte bruke svært fin beregningsoppløsning på hele området. Prøvesimuleringer viste at dette var spesielt nødvendig for krysningene ved veiene for å unngå at vannet tar veier det i realiteten ikke vil gå. Figur 2-4 Utsnitt av vannlinjemodell som viser kulvertkrysninger med finere oppløsning på beregningspunkt. Det er utført tre analyser i henhold til hvilke kulverter som er åpne og fungerende. I den første analysen er alle kulverter tette. I den andre analysen er jernbanekulverten åpen. I den tredje analysen er alle kulvertene åpne, dvs. også kulvertene under traktorvei/sti og Gomsrudveien. Da det er ingen informasjon om dimensjoner på den nedre kulverten ved Laugeruddalen er denne antatt tett i alle tilfeller. Analysene ble utført for et 24-timers hendelsesforløp med 1-sekunds beregningsintervall. side 7 av 16

8 3. RESULTATER 3.1. Tømming av høydebasseng Figur 3-1 viser en graf over total vannføring ut av bassengene og vannstand i bassengene som en funksjon av tid etter brudd, basert på beregningene av flomvannføring. Figuren gir et innblikk i hendelsesforløpet ved brudd. Rett etter brudd slippes ut store vannmengder som fører til at bassenget tappes relativt fort. Etter hvert som vannstanden synker blir vannføringen følgelig mindre. Etter to minutter er vannstanden mindre enn 1 meter, og vannføringen nokså liten. Figur 3-1 Flomvannføring og vannstand i basseng som en funksjon av tid etter brudd Vannlinjeberegninger Resultatene fra vannlinjeberegningene er presentert todelt, først for området oppstrøms senkningen i terrenget før jernbanekrysningen, og så området nedstrøms dette. Dette er grunnet at resultatene oppstrøms er like for alle de tre analysene, mens nedstrøms varierer de etter om kulverter holdes tette eller åpne i analysen (se kapittel 2.3). Flomsoner for hver av analysene er også gitt i vedlegg 1 til Resultat for oppstrøms område Figur 3-2 viser vannlinje for maksimal vannstand for alle tre analyser i oppstrøms område. En kan se at adkomstveien til høydebassengene vil mest sannsynlig bli oversvømt, men da sidene er så bratte vil ikke det vestlige boligfeltet bli det. Vannet følger i hovedsak det naturlige bekkeløpet, med unntak av der sideterrenget er såpass flatt at vannet tar alternative veier. Terrenget er utformet slik at vannet føres tilbake til det naturlige bekkeløpet, slik at det ikke opptrer et flomløp som går utenfor bekkeløpet ned til jernbanelinjen. Ingen infrastruktur som ikke er bygget i forbindelse med høydebassengene vil bli oversvømt i oppstrøms område, og det er ingen effekt av at kulverter er åpne eller lukkede. side 8 av 16

9 Figur 3-2 Vannlinje som viser maksimal vannstand i oppstrøms område. Samme resultat uavhengig om kulverter er åpne eller tette. side 9 av 16

10 Resultater for nedstrøms område Figur 3-3 viser vannlinjer for maksimal vannstand for de tre analysene. En kan se at resultatene varierer stort med hvilke kulverter som holdes åpne. Figur 3-3 Vannlinjer som viser maksimal vannstand i nedstrøms område. Vannlinje som opptrer dersom alle kulverter er lukket er i blått, vannlinje for åpen jernbanekulvert er i lilla, og vannlinje for alle åpne kulverter er i rødt. side 10 av 16

11 Figur 3-4 viser tverrsnitt av maksimal vanndybde og terreng ved jernbanen. Dersom jernbanekulverten ikke er åpen, vil vannet stige nokså høyt, men ikke høyt nok til at vannet går over jernbanelinjen, eller tar andre alternative flomveier. Dette skyldes at nedsenkningen i terrenget har såpass stort volum. Kulverten har allikevel en viktig funksjon, da den bidrar til å redusere vannstanden som igjen reduserer trykk og fare for vanninntrengning som potensielt kan føre til brudd og utvasking av fyllingen. Figur 3-4 Tverrsnitt av maksimal vanndybde og terreng ved jernbanen. Effekten av om kulverten under Gomsrudveien er lukket eller åpen, kan sees allerede ved jernbanen. Dersom den er lukket, vil det opptre en oppstuvning av vann som når helt opp til foten av jernbanefyllingen. Store deler av området mellom jernbanelinjen og Gomsrudveien vil bli oversvømt, inkludert deler av privat vei. Oppstuvningen vil imidlertid ikke forplante seg gjennom jernbanekulverten. Effekten av om kulverten under traktorveien er åpen eller lukket er nokså liten, da traktorveien ligger såpass lavt. Figur 3-4 viser tverrsnitt av maksimal vanndybde og terreng ved Gomsrudveien. Dersom kulverten er lukket, vil det opptre høy vannstand foran fyllingen, og følgende farer slik som beskrevet for jernbanen. I tillegg vil vannet gå i overløp over veien. Dette kan gi fare for erosjon og utglidning på nedstrøms side av fyllingen. Altså har kulverten her en svært viktig funksjon. Nedstrøms Gomsrudveien vil vannet samles opp i Laugeruddalen. Vannet føres ikke videre, da nedsenkningen i terrenget har nokså stort volum. Vannoppsamlingen er større dersom kulverten under Gomsrudveien er åpen, siden en får mindre lagring av vann i området mellom veien og jernbanelinjen. side 11 av 16

12 Figur 3-5 Tverrsnitt av maksimal vanntybde og terreng ved Gomsrudveien Beskrivelse av hendelsesforløp Tabell 3-1 gir et bilde av hvor raskt vannet beveger seg nedover dalen, og hvor rask vannet stiger foran fyllingene ved vei og jernbane. Merk at det er tid til vannstand opp mot maksimal vannstand oppnås, og ikke nøyaktig når maksimal vannstand oppnås. Dette skyldes at vannstanden stiger lite og sakte etter den oppgitte tiden. En kan se at vannstander opp mot maksimal vannstand oppstår allerede etter halvannen time. Et potensielt brudd burde derfor varsles raskt for å stoppe trafikk på jernbane og vei, og da unngå potensielle faresituasjoner. Tabell 3-1 Tid etter brudd til vann fra høydebasseng når infrastruktur og gir maksimal oppsamling av vann. Sted Tid til vann når sted Tid til vannstand opp mot maksimal vannstand oppnås Lukket kulvert Åpen kulvert Jernbane 15 min 1 time 30 min 40 min Gomsrudveien 30 min 1 time 30 min 1 time side 12 av 16

13 KILDER Fergus, T., Hoseth K.A., Sæterbø, E «Vassdragshåndboka». Tapir akademisk forlag Lafteråsen høydebasseng Flomvurdering del II HMK ÅGH VERSJON DATO BESKRIVELSE UTARBEIDET AV KS side 13 av 16

14 VEDLEGG 1 RESULTATER FOR LUKKEDE KULVERTER side 1 av 16

15 VEDLEGG 2 RESULTATER FOR ÅPEN JERNBANEKULVERT NOTAT side 2 av 16

16 VEDLEGG 3 RESULTATER FOR ALLE KULVERTER ÅPEN NOTAT side 3 av 16