E6 Flagstadelva hydraulisk modellering

Transkript

1 E6 Flagstadelva hydraulisk modellering Returperiode for oversvømmelse av E6 ved Vienkrysset, designvannstand langs E6, vannstand ved Arnkvern MIKE 21 modell Aas-Jakobsen Trondheim AS Rapport April 2018

2 Denne rapport er utarbeidet under DHIs ledelsessystem, som er sertifisert av Bureau Veritas for overensstemmelse med ISO 9001 (kvalitetsstyring) Godkjent av X Approved by

3 E6 Flagstadelva hydraulisk modellering Returperiode for oversvømmelse av E6 ved Vienkrysset, designvannstand langs E6, vannstand ved Arnkvern MIKE 21 modell Utarbeidet for Representert ved Aas-Jakobsen Trondheim AS Hans-Petter Hansen E6 ved Vienkrysset Prosjektleder Utførende Kvalitetsansvarlig Kristina Tvedalen Søren Tjerry Finn Hansen Prosjektnummer Godkjennelsesdato Revisjon 2.0 Klassifikasjon Begrenset DHI AS Abels gate Trondheim Telefon: Telefax: dhi@dhi.no

4 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Introduksjon Metode Generell datainnsamling... 7 Vannføringer i Flagstadelva og Dalbybekken... 7 Vannstand i Mjøsa... 8 Veier... 9 Terrengmodell... 9 Arealbruk Tverrsnitt Brugeometrier Høydekoter langs E Valideringsdata 23. og 24. mai Modellutvikling Modellområde Batymetri Grensebetingelser Hydraulisk motstand Validering for mai Oversvømmelse ved Vienkrysset for eksisterende vilkår Flombutbredelse H(Q)-kurve ved Vienkrysset Effekt av vannstanden i Mjøsa Detaljert beregning og fortolkning Oppstuvning oppstrøms Flagstad bru Sammenligning med energiligning for Flagstad bru stuvning Bestemmelse av returperiode for oversvømmelse Oppsummering Flomsikring oppstrøms Vienkrysset Varianter av Flagstad bru Flomsikring øker vannstanden Effekter av øket strømningsareal gjennom Flagstad bru Analyse av koter og vannstand langs E Kotevariasjon på tvers av E Koter i selve Vienkrysset Rensebasseng og flomvoller oppstrøms og nedstrøms Resultater med fremtidig E6 og klimafaktor Endelig design av flomsikker E Oppsummering Flomsikring nedstrøms Vienkrysset Designhendelser Eksisterende E6 og (foreløpig) fremtidig Sælid bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt / i

5 7.2.1 Brugeometrier Endring av E6 nedstrøms Resultater med ny Sælid bru med E6 kote hevet til minimum m Resultater med ny bru, E6 implisitt flomsikret Oppdatert eksisterende Sælid bru fra Geoplan 3D med klimafaktor Endelig fremtidig Sælid bru med klimafaktor Batymetrirevisjoner Simulerte 2-dimensjonale vannstander Simulerte vannstandsprofiler langs E Lokale variasjoner ved Sælid bru Viktigheten av Disen bru og jernbanebrua Endelig design Oppsummering Beregning av flomutbredelse ved Arnkvern...89 Tverrsnitt i Flagstadelva oppmålt av Geoplan 3D Batymetri Hydraulisk motstand Randbetingelser Resultater for 200-års flom og med klimapåslag Resultater med klimapåslag og høy motstand Oppsummering Konklusjoner Oversvømmelse ved Vienkrysset for eksisterende vilkår Flomsikring oppstrøms Vienkrysset Flomsikring nedstrøms Vienkrysset Flomutbredelse ved Arnkvern Referanser FIGURER Figur 1-1 E6 er nær ved å oversvømmes grunnet høy vannstand i Flagstadelva (Aas-Jakobsen)... 1 Figur 1-2 Oversiktskart over lokaliteter nevnt i rapporten Figur 3-1 Dalbybekkens nedbørfelt markert i blått polygon, generert i NEVINA (NVE 2017b) Figur 3-2 Batymetri basert på 1 m konturer (venstre) og laserscan (høyre). Modellområdet er mindre enn det endelige, men 1 m konturer ble aldri brukt på det endelige modellområde Figur 3-3 Venstre: Skisse av måleprogram i Flagstadelva ved Vienkrysset, høyre: TIN batymetri for Flagstadelva levert av Geoplan 3D Figur 3-4 TIN batymetri for Disen bru og jernbanebrua levert av Geoplan 3D Figur 3-5 Eksisterende Sælid bru (Aas-Jakobsen) Figur 3-6 Tegning av Sælid bru fra Aas-Jakobsen. Denne ble kun benyttet til å bestemme Figur 3-7 brupilarene posisjon, mens tverrsnittet under bruen ble målt av Geoplan 3D Lokal elvebunn ved Sælid bru oppmålt av Geoplan 3D, samt mosaikk-batymetri basert på laserscandata med elvebunnen inkludert Figur 3-8 Sælid bru revisjon 20/02/2018, venstre: gammel, høyre: ny Figur 3-9 De 3 punktene benyttet av Sweco er markert (Flagstad bru markerer også NVEs stasjon) Figur 4-1 Batymetri Figur 4-2 Hydraulisk motstand Manning M Figur 4-3 Simulert flomutbredelse 23. og 24. mai Figur 4-4 Validering 23. mai Figur 4-5 Validering 24. mai flagstadelva hydraulisk modellering / snt / ii

6 Figur 5-1 Flombutbredelse ved utvalgte vannføringer med vannstand i Mjøsa m Figur 5-2 Simulerte H(Q)-kurver for Mjøsa m ved de tre stasjonene markert i Figur Figur 5-3 Effekt av vannstanden i Mjøsa på H(Q)-kurver Figur 5-4 Beregnede flomutbredelser for 60, 100, 134 m 3 /s, Mjøsa H200= m Figur 5-5 Lokaliteten i modellområdet som antas å være det mest risikoutsatte for oversvømmelse (pilen viser omtrentlig kameravinkel) Figur 5-6 Lokal flomutbredelse ved Vienkrysset m 3 /s Figur 5-7 Simulerte vannstandsprofiler Figur 5-8 Lokal batymetri ved Flagstad bru oppmålt av Geoplan 3D Figur 5-9 Simulert flomutbredelse for Q200 og m Mjøsa vannstand, eksisterende forhold Figur 5-10 Tverrsnitt uttrukket gjennom Flagstad bru fra 2D modellen Figur 5-11 Sammenligning av Q-H kurver med MIKE 11 og MIKE Figur 6-1 Lokal batymetri ved Flagstad bru for eksisterende forhold Figur 6-2 Varianter av Flagstad bru Figur 6-3 Tverrsnitt gjennom Flagstad bru for ulike bruvarianter Figur 6-4 Detaljer i flomutbredelse oppstrøms Vienkrysset for alle seks simuleringer, Q200+H Figur 6-5 Effekt av flomsikring på Q-H kurver ved Vienkrysset, Flagstad bru og nedstrøms Figur 6-6 Simulert vannstand ved Vienkrysset Figur 6-7 Vannstand ved Vienkrysset for Q200 og forskjellige varianter Figur 6-8 Bruk av nordlige koordinater 1,313,700-1,314,300 m i profiler langs E Figur 6-9 Vannstandsprofiler oppstrøms langs E6 sammenlignet med E6 koter Figur 6-10 Tverrsnitt av E6 oppstrøms Vienkrysset, hentet fra raster basert på laserscan Figur 6-11 Batymetri (eksisterende) og simulert 200-års vannstand ved Vienkrysset med flomsikret E Figur 6-12 Rensedam og 20-års vannstand nord for Vienkrysset Figur 6-13 Rensedam og 20-års vannstand sør for Vienkrysset Figur 6-14 Fremtidig E6 basert på E6 TIN (landxml) fra Vianova ( ), også vist nordlige koordinater benyttet i profiler langs E Figur 6-15 Simulert vannstand for Q200b+H20 og Q200k+H20, utvidelse av E6 vist i rosa Figur 6-16 Simulerte vannstandsprofiler langs E6 oppstrøms, man bemerker at E6 er hevet betydeligt, men oppstrøms 1,314,200 m er koten faktisk lavere i det nye E6 designet Figur 7-1 E6-koter nedstrøms Vienkrysset uttrukket fra DEM basert på laserscan-data Figur 7-2 Nordgående tverrsnitt for Sælid bru, ny bru, tegninger levert av Aas-Jakobsen Figur 7-3 Lokal batymetri ved Sælid bru, eksisterende Figur 7-4 Lokal batymetri ved Sælid bru, ny bru Figur 7-5 Simulert vannstand og hastighetsfelt for Q200+Hm ved Vienkrysset Figur 7-6 Simulerte flomutbredelser med ny Sælid bru, oppstrøms flomsikring, nedstrøms E6-kote minimum m, venstre: Q5+H200, høyre: Q200+Hm. Bemerk: Forskjellige fargeskalaer grunnet store forskjeller i vannstand Figur 7-7 Vannstandsprofiler langs Flagstadelva Figur 7-8 Simulerte flomutbredelser med ny Sælid bru, E6 implisitt flomsikret, venstre: Q5+H200, høyre: Q200+Hm. Bemerk: Forskjellige fargeskalaer grunnet store forskjeller i vannstand Figur 7-9 Nordlige koordinater langs E6 nedstrøms Figur 7-10 Simulerte vannstander som funksjon av nordlige koordinater langs E6 sammenlignet med E6-koter, Q200+Hm og Q50+H200, E6 flomsikret, eksisterende og foreløpig fremtidig Sælid bru Figur 7-11 Vannstandsprofiler sør for Sælid bru Figur 7-12 Markering (rektangel) av strekningen hvor E6 må heves mer enn til m Figur 7-13 Simulerte flomutbredelser for Q5-H200, Q200-Hm, Q200b-Hm, Q200k-Hm, flomsikret E6, revidert eksisterende Sælid bru Figur 7-14 Vannstandsprofiler for revidert eksisterende Sælid bru, nord for Sælid bru Figur 7-15 Vannstandsprofiler for revidert eksisterende Sælid bru, sør for Sælid bru Figur 7-16 Utvidet strekning langs E6, hvor koten skal heves over m, basert på Q200k Figur 7-17 Simulert lokal vannstandsvariasjon ved Sælid bru for Q200k+Hm, med brupilarer Figur 7-18 Simulert lokal hastighetsvariasjon ved Sælid bru for Q200k+Hm (hver 3. vektor vist i hver retning, altså 1/9 av alle vektorer, ellers blir det for utydelig), med brupilarer flagstadelva hydraulisk modellering / snt / iii

7 Figur 7-19 Oversikt over endringer i nedstrøms batymetri for beregninger med fremtidig 1) E6, 2) Sælid bru, 3) Disen, 4) Rv Figur 7-20 Datagrunnlag for fremtidig E6 bestående av 4 landxml filer (TIN) Figur 7-21 Fremtidig Sælid bru vist sammen med fremtidig E6, brupilarer og veibane Figur 7-22 Datagrunnlag for fremtidig Disen bru Figur 7-23 Datagrunnlag for fremtidig Rv25 bestående av flere landxml-filer (TIN) Figur 7-24 Simulerte 2-dimensjonale vannstandsvariasjoner, bemerk forskjellige fargeskalaer grunnet de store forskjellene på de to situasjonene Figur 7-25 Simulert vannstand langs E6, nord for Sælid bru Figur 7-26 Simulert vannstand langs E6 sør for Sælid bru Figur 7-27 Lokal vannstandsvariasjon ved Sælid bru Figur 7-28 Lokal hastighetsvariasjon ved Sælid bru Figur 7-29 Vannstandsprofiler trukket ut langs østlig kant av Sælid bru, kotene med armering benyttes til endelig design. Variationen er ganske kompleks ettersom 2-dimensionale modeller beskriver effekter af strømlinjekrumning, ackselerasjoner og bropilarer. De to lokale toppene i vannstanden er således oppstrøms bropilarene, hvor vannstanden skal være lokalt økt (stagnasjonstrykk) for å presse vannet inn mot elvens hovedløp Figur 7-30 Luftfoto og batymetrier (Geoplan 3D) av Jernbane og Disenbrua Figur 7-31 MIKE 21-strømningsmønster ved Disen og Jernbanebrua for Q200k+Hm Figur 7-32 Simulert vannstand som funksjon av vannføringen oppstrøms de to bruene Figur 7-33 Vannstandsprofiler fra Mjøsa til oppstrøms Sælid bru Figur 8-1 Lokasjoner og oppmålt batymetri i Flagstadelva Figur 8-2 Modellområder for Flagstadelva og Arnkvern Figur 8-3 Batymetri for Arnkvern-modellen, kun laserscan Figur 8-4 Q-H kurve ved nedstrøms rand for Arnkvern-modellen uttrukket fra Flagstadelvamodellen Figur 8-5 Simulert 200-års flom, konstant M=12 m 1/3 /s Figur 8-6 Simulert flomutbredelse for Q200k=212 m 3 /s, konstant M=12 m 1/3 /s Figur 8-7 Arnkvern modellområde og DEM som dekker hele laserscan-datasettet, samt simulert flomutbredelse for Q200k Figur 8-8 Tverrsnitt 1-5 hvor batymetri og vannstand ble sammenlignet Figur 8-9 Tverrsnitt trukket ut av modellen, posisjonen til E6 er markert med rød sirkel TABELLER Tabell 3-1 Revidert flomstatistikk fra Multiconsult (2018). 200: første beregning, 200b: revidert beregning, 200k: revidert beregning med klimafaktor (k) Tabell 3-2 Dimensjonerende vannstander i Mjøsa (Asplan Viak, 2014) Tabell 3-3 Innsamlet data fra flommen i Flagstadelva 23. og 24. mai Tabell 3-4 Vannføringsmålinger 23. (NVE, 2016) og 24. (Sweco, 2016) mai 2016, se også Figur 3-9 for de tre nevnte posisjonene flagstadelva hydraulisk modellering / snt / iv

8 1 Introduksjon DHI har blitt forespurt av Aas-Jakobsen, representert ved Hans-Petter Hansen, om å utføre hydrauliske beregninger i området Arnkvern-Vien-Sælid-Mjøsa. I utgangspunktet omfattet oppgaven å bestemme returperiode for oversvømmelse av Flagstadelva ved Vienkrysset, men dette ble utvidet til å bestemme designvannstand til flomsikring både oppstrøms og nedstrøms den fremtidige E6 som skal utvides med dobbeltspor i begge kjøreretninger Ettersom nye E6 går gjennnom Åkersvika naturreservat er det strenge miljøkrav til utformingen av den nye veien. Figur 1-1 E6 er nær ved å oversvømmes grunnet høy vannstand i Flagstadelva (Aas-Jakobsen). Asplan Viak (2014) har tidligere foretatt en flom- og vannlinjeberegning med en HEC-RAS 1Dmodell av Flagstadelva og konkludert med at E6 ikke vil bli oversvømt ved en 200-årsflom på den aktuelle strekningen, men at vannet vil stå nær veien (vegstrekning 1300 til 2000, Asplan Viak (2014)). 200-årsverdien (Q200) beregnet av Asplan Viak (2014) ser ut til å være svært usikker. E6 ved Vienkrysset har i de siste årene vært nær ved å oversvømmes, slik som under flommen 23. mai 2016 (Figur 1-1). Ifølge Aas-Jakobsen skal dette skal ikke ha vært en 200- årsflom. Multiconsult (2018) har derfor på oppdrag av DHI og Aas-Jakobsen utført en ny flomberegning for Flagstadelva ved Vienkrysset. Mutlticonsult (2018) sine flomverdier er benyttet i de hydrauliske beregningene. I validering av modellen er det benyttet vannføringer målt av NVE (2016) og Sweco (2016). Lokaliteter nevnt i rapporten er vist i et oversiktskart i Figur flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

9 Figur 1-2 Oversiktskart over lokaliteter nevnt i rapporten flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

10 To separate modeller ble utviklet og benyttet: Flagstadelva. Arnkvern. Modellene er benyttet til å utføre følgende hovedoppgaver: Beregning av flomutbredelse for nåværende forhold, samt fastsettelse av returperiode for oversvømmelse av E6 ved Vienkrysset (kapittel 5). Flomsikring oppstrøms Vienkrysset (kapittel 0). Flomsikring nedstrøms Vienkrysset (kapittel 7). Flomutbredelse ved Arnkvern (kapittel 8). Det understrekes at studien har hatt fokus på hydraulisk analyse og at morfologiske forhold og eventuel erosjon ved flom ikke er vurdert i denne studien. Analysene med tilhørende oppsummeringer er presentert i separate kapitler (se over). Kapittel 2 beskriver metode, kapittel 3 datagrunnlag, kapittel 4 modellutvikling, kapittel 5-8: se over, og konklusjonene er gitt i kapittel flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

11 2 Metode I tilbudet ble det antatt at prosjektet skulle utføres i en 1-dimensjonal hydraulisk modell. 1Dmodeller er imidlertid ikke best egnet i situasjoner med meget bred flomslette i forhold til elven. DHI har teknologi som muliggjør hurtig utvikling av 2D-modeller for flom. En 2D MIKE 21-modell er derfor benyttet i stedet for en 1D-modell, uten endringer i det opprinnelige budsjettet. Normalt vil man benytte MIKE FLOOD, som er en koblet 1D-2D modell. Men i dette tilfellet vurderte vi at man med fordel kan lage en 2D-modell med meget fint nett som kan representere flomsletten og elven. MIKE 21-modellen over Flagstadelva ble etablert med følgende karakteristikker: Kvadratisk nettstørrelse med oppløsning 1 m x 1 m. Topografi/batymetri basert på laserscan, elvetverrsnitt og polygoner. Justerte Manning M-tall fra standard verdier og arealbruk. Oppstrøms vannføring Q, delt på Flagstadelva og Dalbybekken. Nedstrøms vannstand H i Mjøsa. Validert mot flommen mai Modellen ble benyttet til å bestemme vannføringen som resulterer i oversvømmelse av E6 ved Vienkrysset, samt å bestemme designvannstanden langs E6 til flomsikring. Den samme Flagstadelva-modellen til å besvare flere spørsmål. Analysen ved Arnkvern ble utført uavhengig av anaylsen ved Vienkrysset. All dokumentasjon for Arnkvern-modellen er derfor samlet i et separat kapittel for å unngå sammenblanding. De to modellene er i hovedsak etablert med samme metode. DHIs teknologi gjør det mulig å håndtere GIS og hydrodynamiske beregninger i MIKE 21 på en meget effektiv måte flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

12 3 Generell datainnsamling Koordinatsystemet i modellen er ETRS_1989_NTM_Zone_11, datum NN2000. Noen data er i andre projeksjoner eller datum, men alt er konvertert til samme system, ETRS_1989_NTM_Zone_11. Følgende data er innsamlet: 200-års vannføring i Flagstadelva (Multiconsult, 2018). Q(T)-tabell for Flagstadelva med returperioder fra år (Multiconsult, 2018). Vannstand i Mjøsa mai 2016, innhentet av DHI via NVEs webtjeneste Sildre (NVE, 2017a). Terrengdata: oversendt DHI av Geoplan 3D AS i form av både høydekoter og laserdata. Arealbruk: SOSI-filer oversendt DHI av Geoplan 3D AS. Tverrsnitt: innsamlet av Geoplan 3D AS etter DHIs måleprogram beskrevet i seksjon 3.6. Geometrier for alle bruer (ved jernbanen, Disen, Sælid, Flagstad bru): innsamlet av Geoplan 3D AS etter DHIs måleprogram beskrevet i seksjon 3.6. Noen data er spesifikke for oppgavene uført under de enkelte aktivitetene, og er i slike tilfeller rapportert under de aktuelle deloppgavene. Vannføringer i Flagstadelva og Dalbybekken Dimensjonerende flomvannføringer utarbeidet av Multiconsult (2018) er oppgitt i Tabell 3-1 (se også tilhørende rapport (Multiconsult, 2018)). Returperioder mindre enn 5 år flom ikke er opplyst. Normalt er de minste returperiodene ikke relevante, men i dette tilfellet er de det. Dialog med Multiconsult resulterte i enighet om å ikke beregne returperioder mindre enn 5 år, da disse er usikre. Multiconsults Q200 er oppjustert med om lag 100 m 3 /s sammenlignet med Asplan Viak (2014) sine beregninger, fra 134 m 3 /s til m 3 /s 200-års flommen er oppjustert til m 3 /s fra 134 m 3 /s. Tabell 3-1 Revidert flomstatistikk fra Multiconsult (2018). 200: første beregning, 200b: revidert beregning, 200k: revidert beregning med klimafaktor (k). T [år] b 200k Vienkrysset [m3/s] Arnkvernkrysset [m3/s] Multoconsult (2018) angir klimapåslag i størrelsesorden 0-20 % for det aktuelle nedbørfeltet, i henhold til NVEs retningslinjer (Lawrence, 2016). I dialog med byggherren ble det besluttet å benytte 20 % klimapåslag i beregningene: Q200k = 228 m 3 /s x 1.2 = 274 m 3 /s. Nedbørfeltet til Dalbybekken er 25.6 km 2 (NVE, 2017b, se Figur 3-1), mens Flagstadelva er 174 km 2 ved NVEs målestasjon (ved Flagstad Bru). Bekken løper sammen med Flagstadelva like oppstrøms Vienkrysset (ved den røde prikken i Figur 3-1). Multiconsult (2018) har inkludert Dalbybekken i sine beregninger. I modellen inkluderes Dalbybekken som korreksjon, noe som gir korrekt vannføring ved Vienkrysset og Arnkvern, men ikke korrekte vannstander i Dalbybekken flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

13 Figur 3-1 Dalbybekkens nedbørfelt markert i blått polygon, generert i NEVINA (NVE 2017b). Vannstand i Mjøsa Asplan Viak (2014) indikerer at vannstanden i Mjøsa har innflytelse nedstrøms Flagstad bru, men ikke oppstrøms. Modellberegninger vil dermed vise mer oversvømmelse nedstrøms Flagstad bru ved høy vannstand i Mjøsa. Prosjektet inneholder som nevnt fire forskjellige deloppgaver. For flomsikring nedstrøms Flagstad bru har vannstanden i Mjøsa innflytelse. Den opprinnelige modellen ble konstruert kun til bruk oppstrøms Vienkrysset, men ble likevel forlenget til Mjøsa, hvor det finnes gode vannstandsdata. Vi har også det klassiske joint probability -problemet: Hvordan korrelerer Mjøsa og Flagstadelva ved ekstremhendelser? Historiske data viser at høye vannstander i Mjøsa forekommer om våren. Store flommer i Flagstadelva kan opptre både om våren og høsten (Sweco, 2016; Multiconsult, 2018). Tabell 3-2 oppgir dimensjonerende vannstander i Mjøsa flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

14 Tabell 3-2 Dimensjonerende vannstander i Mjøsa (Asplan Viak, 2014). T [år] H [m] Middel Oppførselen til hydraulikken er klassisk: Oppstrøms Flagstad bru: vannføringsbestemt, ingen innflytelse fra Mjøsa Mellom Flagstad og Sælid bru skifter oppførselen til vannstandsbestemt (Mjøsa tilbakestuvning) Veier Utstrekningen til veiene i modellområdet ble levert som SOSI-filer, men disse manglet høydekoter. Laserdataene ble derfor benyttet til å representere veikoter i modellen. Veier er viktige i en flommodell. Vannstrømmen kan bli oppdelt dersom veien ikke oversvømmes, og dersom veien blir oversvømt kan strømretningen endres merkbart. I denne modellen er naturligvis E6 viktigst, men også Sælidvegen og de mindre veiene på flomsletta har betydning som potensielle flombarrierer. DHI modtok også veidata i form av DWG-filer og landxml-filer. Disse var for spesifikke revisjoner av veier, og er derfor ikke nevnt i dette kapitel som omhandler generell datainnsamling. Terrengmodell DHI mottok terrengdata av Geoplan 3D AS. I første omgang bestod disse av 1 m høydekonturer. 1 m konturer er imidlertid ikke egnet til etablering av flommodeller, ettersom usikkerheten er stor i forhold til typiske vanndybder på flomsletta. DHI mottok deretter laserdata som ble konvertert til en batymetri på 1 m x 1 m rasterformat i GIS. Figur 3-2 viser batymetrien i området, basert på 1 m konturer sammenlignet med laserscan. I modellen benyttes laserscan og man kan se at 1 m konturer gir en mer irregulær batymetri grunnet den grove vertikale oppløsningen. Den endelige batymetrien kan imidlertid ikke lages ut ifra laserscan alene, da disse dataene ikke inneholder korrekte nivåer av elvens bunnprofil. Bunnprofilet ble derfor oppmålt separat (se seksjon 3.6) flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

15 Figur 3-2 Batymetri basert på 1 m konturer (venstre) og laserscan (høyre). Modellområdet er mindre enn det endelige, men 1 m konturer ble aldri brukt på det endelige modellområde. Arealbruk Vegetasjon i form av trær er det viktigste i arealbruk med tanke på strømningsmotstand i modellen. Vegetasjonen ble digitalisert av DHI ut ifra laserdata som inneholder trær, kombinert med luftfoto av området, som vises i GIS. Tverrsnitt Innmålte tverrsnitt i Flagstadelva ble levert av Geoplan 3D. DHI formulerte et måleprogram som Geoplan 3D tok utgangspunkt i da de samlet inn tverrsnitt til dette prosjektet. Måleprogrammet er skissert i Figur flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

16 Figur 3-3 Venstre: Skisse av måleprogram i Flagstadelva ved Vienkrysset, høyre: TIN batymetri for Flagstadelva levert av Geoplan 3D. Måleprogrammet inneholdt følgende: Åkersvika ble vurdert som tilstrekkelig dyp til å være irrelevant som hydraulisk motstand. Ingen tverrsnitt ble innsamlet nær Åkersvika. Tverrsnitt ble innsamlet i Flagstadelva og levert som TIN (Figur 3-3). Disen og Jernbanebruen ble oppmålt og levert som TIN (Figur 3-4). DHI poengterte overfor Geoplan 3D at de ikke nødvendigvis måtte følge måleprogrammet slavisk, så lenge det ble innsamlet nok tverrsnitt til å kunne beskrive elvebunnen, og tilstrekkelig detaljer ved bruene til å kunne beskrive bakevjer. Geoplan leverte også batymetridata for Disen bru og jernbanebrua (Figur 3-4) flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

17 Figur 3-4 TIN batymetri for Disen bru og jernbanebrua levert av Geoplan 3D flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

18 Brugeometrier Det er 4 bruer i modellområdet: Jernbane Disen Figur 3-5 Sælid (Figur 3-5 og Figur 3-6) Flagstad bru (to bruer) Geometri ble oppmålt samtidig med innmåling av tverrsnittene. Figur 3-5 Eksisterende Sælid bru (Aas-Jakobsen). Figur 3-6 Tegning av Sælid bru fra Aas-Jakobsen. Denne ble kun benyttet til å bestemme brupilarene posisjon, mens tverrsnittet under bruen ble målt av Geoplan 3D flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

19 For noen bruer mottok DHI data i form av tegninger eller lokale TIN (landxml) for spesifikke oppgaver, som fremtidig Sælid bru. Denne er ikke rapportert her, da den er spesifikk for en oppgave under nedstrøms flomsikring (kapittel 7). Figur 3-7 viser lokal batymetri ved Sælid bru. Målingene til Geoplan 3D gir omkring 2 m lavere kote, noe som har stor betydning for vannstanden. Elven er ganske smal gjennom Sælid bru, og Aas-Jakobsen har forklart DHI at dette er korrekt, ettersom målingene viser fylling fra Sælid bru. Figur 3-7 Lokal elvebunn ved Sælid bru oppmålt av Geoplan 3D, samt mosaikk-batymetri basert på laserscandata med elvebunnen inkludert flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

20 Elven virker ganske bred i forhold til målingene når man i Figur 3-7 ser på elvens utforming. Forklaringen på dette er at elvens kantlinjer stammer fra luftfoto som er tatt om sommeren, når vannstanden i Mjøsa er høy. Basert på kantlinjene og laserscan kan man estimere at vannstanden i Mjøsa på tidspunktet for flyfotoene var omkring m. Figur 3-8 Sælid bru revisjon 20/02/2018, venstre: gammel, høyre: ny DHI mottok en oppdatert lokal batymetri av Sælid bru fra Geoplan 3D. Denne er vist sammen med gammel versjon i Figur 3-8. I den nye versjonen er batymetrien til Sælid bru blitt interpolert mellom målinger og laserscan, mens det i den gamle versjonen ikke benyttes noen overgang. Den gamle versjonen ga en for bratt overgang og et for lite strømningsareal gjennom Sælid bru. Effekten av denne revisjonen viste seg å ikke være særlig stor. Høydekoter langs E6 Høydekoter langs E6 er inkludert i laserdataene. I noen studier vil man blokkere alle celler i en vei tilsvarende E6. Dette er for eksempel gjort implisitt i HEC-RAS-modellen (Asplan Viak, 2014), mens man i enkelte 2D-modeller gjør dette ved å sette koter i veien høyere enn de i virkeligheten er. Årsaken er at dette er mer konservativt, da oversvømmelse av vei resulterer i lavere vannstander for elven og flomsletten. I denne modellen regner vi E6 for å være meget nøyaktig representert, slik at strømningsmønstre på vestlig side av E6 finner lett veien til Åkersvika. Vi beholder dermed E6 som topografisk enhet som ikke er blokkert med landverdier. Simuleringer med såkalt implisitt flomsikring utføres med modellen i de tilfellene hvor E6 skal flomsikres. Implisitt flomsikring betyr at det antas at E6 ikke kan oversvømmes, mens den nødvendige E6-koten for flomsikring får vi fra simulert vannstand. Valideringsdata 23. og 24. mai 2016 Innsamlede data fra flommen i Flagstadelva 23. og 24. mai er oppgitt i Tabell flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

21 Tabell 3-3 Innsamlet data fra flommen i Flagstadelva 23. og 24. mai Datatype Dato Verdi Kilde Vannstand i Mjøsa m NVE (2017a) Vannføring i Flagstadelva m 3 /s NVE (2016) Vannføring i Flagstadelva m 3 /s Sweco (2016) Flomutbredelse ved Flagstadelva Sweco (2016) Vienkrysset Flagstad Bru Nedstrøms Figur 3-9 De 3 punktene benyttet av Sweco er markert (Flagstad bru markerer også NVEs stasjon). Tabell 3-4 Vannføringsmålinger 23. (NVE, 2016) og 24. (Sweco, 2016) mai 2016, se også Figur 3-9 for de tre nevnte posisjonene. Tidspunkt Northing [m] Easting [m] Vannstand [m] Vannføring [m 3 /s] ADCP tid Stasjon kl. 09: :00 Flagstad bru kl. 09: :00 Flagstad bru kl. 14: :00 Vienkrysset kl. 14: :00 Vienkrysset kl. 14: :00 Nedstrøms kl. 14: :00 Nedstrøms kl. 09: :00 Flagstad bru kl. 09: :00 Flagstad bru kl. 19: :00 Flagstad bru kl. 19: :00 Flagstad bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

22 Vi ble informert om at Åkersvika har en vannstandsmåler. Åkersvika oppfattes ikke som viktig for flomutbredelse mai 2016 grunnet den lave vannstanden i Mjøsa samt relativt lave vannføringer, som ikke gir noen betydelig oppstuvning ved utløpet til Mjøsa. Vi har derfor ikke innhentet data fra Åkersvika for flommen mai NVEs vannføringsmåling (Figur 3-9 og Tabell 3-4) utført med ADCP 23. mai ble av NVE karakteriseretkarakterisert som dårlig (NVE, 2016). Det samme gelder ADCP-data innsamlet av Sweco (2016). På tross av dårlig kvalitet virker disse målinger korrekte ut fra betraktningen om at de gir gode resultater i en 2D-flommodellen, ved sammenlikning av simulert og målt vannstand og vannføring. Swecos målinger er svært verdifulle for denne studien og ble benyttet til å validere flommodellen. Vannstandata fra 23. mai ser meget konsistente ut, og er derfor benyttet i validering av 2Dmodellen. Den usikre vannføringen er likevel problematisk, ettersom vannføringen har meget stor betydning for vannstanden. Oppmålingene 24. mai har to separate vannstandsmålinger ved NVE-stasjonen (NVE, 2016). ADCP-målingen 24. mai ble utført om morgenen. Kun vannstanden om morgenen er benyttet i valideringen flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

23 4 Modellutvikling Modellutviklingen gjennomgås i dette kapittelet og innebærer: Batymetri Hydraulisk motstand Grensebetingelser Kalibrering/validering Kun Flagstadelva-modellen beskrives, mens Arnkvern modellen er dokumentert i kapittel 8. Modellområde Flagstadelva modellen dekker følgende område: Østlige koordinater: 77,600 79,300 m Nordlige koordinater: 1,311,500 1,314,900 m Opprinnelig modellversjon dekte northing 1,311,500 1,314,400 m. Den reviderte modellen er altså forlenget 500 m oppstrøms. Batymetri Batymetrien er etablert med bakgrunn i følgende data: Laserdata levert av Geoplan 3D i.las-format. Tverrsnitt av Flagstadelva innsamlet av Geoplan 3D levert som TIN. Geoplan 3D TIN for Flagstadelva dekker kun til omkring northing 1,314,400 m. Elvens polygon ble benyttet til å generere estimert elvebunn for de oppstrøms 500 m ved å trekke 0.5 m fra laserscan-kotene (0.5 m forskjell mellom laserscan og elvebunn ble estimert omkring den nordlige grensen). Polygon som representerer høydekoter ved Mjøsa og Åkersvika er satt til 120 m. For Åkersvika er 120 m et høyt estimat sammenlignet med Disen-data, men prinsippet er gjeldende. Åkersvika har meget stor hydraulisk ledningsevne, særlig ved høye vannstander. Ved lave vannstander i Mjøsa har vannstanden i Åkersvika større betydning. Vannstanden i området nedstrøms Flagstad bru er likevel ikke relevant ved lave vannstander i Mjøsa Oppmålt batymetridata ved Disen levert som TIN Oppstrøms grense er satt ut ifra en naturlig forhøyning i terrenget. Oppstrøms grense ved E6 starter omkring 1,314,700 m (Figur 4-1). Den nordlige grensen til flomvollen er dermed naturlig inkludert i modellen. Ved 1,314,900 m er Flagstadelva også naturlig innsnevret mellom denne forhøyningen og en forhøyning lengere øst. Man kan også se at terrenget stiger mye ved oppstrøms grense flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

24 Figur 4-1 Batymetri flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

25 Grensebetingelser Følgende grensebetingelser er anvendt i modellen: Oppstrøms vannføring, Flagstadelva ved Arnkvern (gjeldende oppstrøms Dalbybekken) Oppstrøms vannføring, Dalbybekken korreksjon Nedstrøms vannstand, Mjøsa Dalbybekken er inkludert, men kun som en korreksjon for å oppnå korrekt vannføring i Flagstadelva oppstrøms og nedstrøms samløp mellom de to elvene. Ettersom vi arbeider med ekstremverdier, kan man ikke bare legge ekstremverdier for Flagstadelva og Dalbybekken sammen. Framgansgmåten gir korrekte vannføringer og vannstander i Flagstadelva, mens ikke i Dalbybekken, som likevel ikke er av interesse. Angående målingene utført av Sweco (2016), er Dalbybekken inkludert ettersom ADCPmålingene ble utført ved Flagstad bru, nedstrøms samløpet mellom Flagstadelva og Dalbybekken. Dalbybekken kun er inkludert fordi det var nødvendig å forlenge modellen oppstrøms for å kunne følge flomnivåer oppstrøms samløpet. For Arnkvernmodellen benyttes kun vannføringen ved Arnkvern, mens grensebetingelsene formuleres som Q-H med H hentet fra Flagstadelva-modellen. Hydraulisk motstand Den hydrauliske motstanden (Manning M) ble etablert som en raster med følgende inndelinger (Figur 4-2): Elv M=24 m 1/3 /s Flomslette M=12 m 1/3 /s Vegetasjon M=9 m 1/3 /s Vannforekomster (Mjøsa and Åkersvika) M=30 m 1/3 /s M-verdiene ble justert ut fra standardverdier, og kalibrert ved å benytte observasjoner utført av Sweco 23. mai 2016 (Sweco, 2016). Modellen utviser svært lav sensitivitet overfor motstandstallet. Flere varianter ble testet. Selv med relativt store variasjoner i M-verdier varierte vannstanden ved Vienkrysset 23. mai 2016 kun innenfor 10 cm. Eksempelvis gir konstant M=20 m 1/3 /s samme vannstand ved Vienkrysset ( m) som den endelige modellen. De valgte Manning M-verdier er relativt lave, noe som innebærer høy hydraulisk motstand. Modellen er dermed konservativ ettersom de valgte motstandstallene vil gi høye vannstander heller enn lave flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

26 Figur 4-2 Hydraulisk motstand Manning M flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

27 Validering for mai 2016 Modellen ble kalibrert og validert mot målingene utført av Sweco (2016) (Figur 4-3). I den første modellversjonen ble det antatt uniform motstand M=20 m 1/3 /s i hele modellområdet. Denne antakelsen ga nesten korrekte vannstander for situasjonen 23. mai 2016, mens overestimert vannstand var tilfelle ved Flagstad bru 24. mai 2016 (Figur 4-4 og Figur 4-5). Målingene 24. mai er tydeligvis utført på en dag hvor vannføringen i Flagstadelva er på vei ned. Det gir mening at Manning M=20 m 1/3 /s er for lavt for Flagstadelva. Manningtallet ble derfor justert opp til M=24 m 1/3 /s (lavere ruhet). Ved å benytte M=24 m 1/3 /s i elven, blir vannstanden korrekt ved Flagstad bru 24. mai Det eneste problematiske punktet for 23. mai 2016, er nedstrøms Vienkrysset, hvor modellen gir 4 cm for høy vannstand for M=20 m 1/3 /s og 8 cm for høy vannstand med M(x,y). Vi valgte å akseptere dette, da 4 cm for høy ved M=20 m 1/3 /s ikke med rimelighet kan lede til et høyere Manning M (M=20 m 1/3 /s er for høyt for flomsletta). Merk at en vannstandsfeil på 4-8 cm normalt anses som akseptabelt i en flomberegning. 76 m 3 /s 23. mai m 3 /s 24. mai 2016 Figur 4-3 Simulert flomutbredelse 23. og 24. mai flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

28 Validering 23. mai Vannstand [m] Observeret 23. mai 2016 M=20 m^1/3/s M(x,y) Vienkrysset Flagstadbrua Nedstrøms Figur 4-4 Validering 23. mai Validering 24. mai 2016 Vannstand [m] Observeret 24. mai2016 M=20 m^1/3/s M(x,y) Flagstadbrua Figur 4-5 Validering 24. mai 2016 Begge vannføringsmålinger (ADCP) er i de respektive rapporter markert som dårlig (NVE, 2016; Sweco, 2016), men for 23. mai angir modellen at målt vannføring er rimelig. I 2Dmodellen er vannstanden i stor grad styrt av vannføring. Det er derfor lite trolig at man kan få de samme vannstandene med svært forskjellige vannføringer flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

29 5 Oversvømmelse ved Vienkrysset for eksisterende vilkår I dette kapitlet gjennomgås resultatene av beregning av returperiode for oversvømmelse av Vienkrysset for eksisterende vilkår. Disse beregninger ble utført med en versjon av modellen, hvor oppstrøms grense er 500 m lengere mot syd. Forlengelsen med 500 m ble utført efter disse beregninger for å gi korrekt vannstand i Flagstadelva oppstrøms samløp med Dalbybekken, men dette har ingen betydning for vannstand ved Vienkrysset, og derfor ble beregningene ikke oppdatert. Flombutbredelse Flombutbredelse vises som referanse i dette avsnittet. 60 m 3 /s 90 m 3 /s 100 m 3 /s 110 m 3 /s 134 m 3 /s 233 m 3 /s Figur 5-1 Flombutbredelse ved utvalgte vannføringer med vannstand i Mjøsa m flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

30 Simulerte flomutbredelser er vist i Figur 5-1 for vannføringer fra m 3 /s. Vi vet allerede at Vienkrysset ikke er oversvømt for 76 m 3 /s (observasjoner 23. mai 2016), men man kan se av disse resultatene at det strømmer vann ned gjennom Vienkrysset ved Q=110 m 3 /s, og det er tydelig oversvømmelse ved 134 m 3 /s (Q200, Asplan Viak (2014)) og naturligvis enda mere oversvømmelse ved Q200=233.4 m 3 /s (Multiconsult, 2018). Bemerk at Q200=233.4 m 3 /s ble senere nedjustert til Q200b=228 m 3 /s, men beregningene presentert her ble lagd før denne justering. Justeringen har ingen innflytelse på konklusjonene i dette kapitlet. H(Q)-kurve ved Vienkrysset Modellen ble benyttet til å utregne flomutbredelser for vannføringer mellom 32 m 3 /s (observert av Sweco ) til 274 m 3 /s (Q200k, Multiconsult (2018)). Simulerte H(Q) kurver for Vienkrysset er vist i Figur 5-2. Den offisielle høydekoten ved Vienkrysset er m, og ut ifra disse kurver bestemte vi at denne kote overstiges ved vannføringer større enn 116 m 3 /s Simulerte H(Q) kurver 32 m 3 /s til Q 200k m Vannstand [m] m 3 /s Vannføring [m 3 /s] Vienkrysset Flagstadbru Nedstrøms Validering 23. mai 2016 Validering 24. mai 2016 Figur 5-2 Simulerte H(Q)-kurver for Mjøsa m ved de tre stasjonene markert i Figur 3-9. Effekt av vannstanden i Mjøsa Simuleringene ble i første omgang utført med en vannstand i Mjøsa på m, målt mai 2016 (NVE-stasjon Hamar). Denne vannstanden er meget lav, men indikerer også at det ikke er Mjøsa som er bestemmende for vannstanden ved Vienkrysset flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

31 Simuleringene ble også utført med vannstand H200= m i Mjøsa for å dokumentere at Mjøsa ikke har noen effekt oppstrøms Vienkrysset. Figur 5-3 viser effekten av vannstanden i Mjøsa. Vannstanden ved Vienkrysset er uavhengig av Mjøsa. Vi forventet dette resultatet ettersom Asplan Viak (2014) rapporterte nettopp det samme Simulerte H(Q) kurver, effekt av Mjøsa vannstand Vannstand [m] Vannføring [m 3 /s] Mjøsa H 200 = Vienkrysset Flagstadbru Nedstrøms Vienkrysset (Mjøsa H200) Flagstadbrua (Mjøsa H200) Nedstrøms (Mjøsa H200) Figur 5-3 Effekt av vannstanden i Mjøsa på H(Q)-kurver Nedstrøms Vienkrysset er det betydelig oppstuvning fra Mjøsa. Dette var også forventet ettersom Asplan Viak (2014) bemerket det samme. Kombinasjonen 200-års vannføring i Flagstadelva Q200 og 200-års vannstand i Mjøsa, H200= m, kan forekomme samtidig, ettersom høy vannstand i Mjøsa forekommer om våren, mens høye vannføringer i Flagstadelva kan inntreffe om våren og høsten. Ifølge Asplan Viak (2014) vil det ved en 200-årsflom i Flagstadelva være overveiende sannsynlighet for at det også er betydelig flom i Mjøsa. Basert på flommen i 1995, vil en samtidig flomsituasjon foregå ved at Flagstadelva kulminerer noen dager før Mjøsa. Beregnede flomutbredelser er vist i Figur 5-4. Oppstrøms Flagstad bru er det i praksis ingen forskjell, mens nedstrøms vil høy vannstand i Mjøsa gi betydelig oversvømmelse. Denne oversvømmelsen er ikke relevant i dette prosjektet flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

32 60 m 3 /s 100 m 3 /s 134 m 3 /s Figur 5-4 Beregnede flomutbredelser for 60, 100, 134 m 3 /s, Mjøsa H200= m. Den viktigste konklusjonen angående betydningen av vannstanden i Mjøsa, er at vannstanden ved Vienkrysset er styrt av vannføringen i Flagstadelva og ikke Mjøsas vannstand. Asplan Viak (2014) konkluderte med det samme. Naturligvis vil Mjøsa ha innflytelse på vannstanden i Flagstadelva oppstrøms Flagstad bru ved meget lave vannføringer, men slike situasjoner er ikke relevante i dette prosjektet. Detaljert beregning og fortolkning Analyse basert på vannstander og koter (især m) gir ikke det fulle bilde av oversvømmelsene. Derfor benyttes i stedet de simulerte flomutbredelser. Analysen baseres på at vannstanden i Mjøsa er m, ettersom denne er irrelevant ved Vienkrysset. Batymetrien i denne analysen vises kun for m intervall for å kunne fokusere på E6-koter ved Vienkrysset. Bildet i Figur 5-5 er antatt å være fra 23. mai 2016, i retning fra påkjøringen ved Sælidvegen. Vi oppfatter dette som det mest kritiske stedet. Vi har undersøkt langs de lokalt lavereliggende konturene (ned til ca m), hvor vannstanden er målt til m flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

33 Figur 5-5 Lokaliteten i modellområdet som antas å være det mest risikoutsatte for oversvømmelse (pilen viser omtrentlig kameravinkel) flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

34 76 m 3 /s 23. mai m 3 /s 90 m 3 /s 92 m 3 /s 94 m 3 /s 100 m 3 /s 106 m 3 /s 108 m 3 /s 110 m 3 /s Figur 5-6 Lokal flomutbredelse ved Vienkrysset m 3 /s flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

35 En mer detaljert analyse viser at: Koten m som er angitt for Vienkrysset er ikke tilstrekkelig. Lokalt ved påkjøring fra Sælidvegen er koten helt nede på omkring m. Dermed er det ikke noen oversvømmelse for 76 m 3 /s, men vannføringen skal ikke mye høyere for å kunne danne en vanndam i kanten av E6 ved denne lokaliteten. Man skal skille mellom to typer av oversvømmelser: Vann i kanten av E6 og strømning langs E6. Den første type forstås som den reelle grense, det vil si dimensjonerende, mens den andre type er langt alvorligere, da vann vil kunne strømme ned langs E6 til forsenkningen i krysset. Figur 5-6 viser simulert flomutbredelser for ulike vannføringer fra m 3 /s, man ser hvordan vannet trenger inn over E6 når vannføringen økes. Ved 90 m 3 /s dannes en dam ved grensen av E6 på påkjøringsveien fra Sælidvegen. Dette er det første stedet som oversvømmelse.det må oppfattes som det vesentligste resultatet for Aas-Jakobsen. Ved 110 m 3 /s strømmer vannet desidert nedover E6 fra denne posisjonen, hvilket vi oppfatter som alvorlig grunnet oppmagasinering av vann i selve krysset mellom Sælidvegen og E6 (lokal senkning, opplyst av Aas-Jakobsen). Konklusjon: Oversvømmelse av E6 starter ved 90 m 3 /s. Oppstuvning oppstrøms Flagstad bru DHI har informert Aas-Jakobsen om effekten av Flagstad bru som tydelig er en flaskehals. Vannstandsprofiler Disen Jernbane Sælid bru Vannstand [m] Vienkrysset Flagstad bru Avstand fra Mjøsa [m] bunnnivå [m] 32 m3/s 76 m3/s 134 m3/s 134 m3/s H200 Figur 5-7 Simulerte vannstandsprofiler flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

36 For å illustrere oppstuvning er vannstandsprofiler hentet ut langs Flagstadelva, fra Mjøsa til oppstrøms grense, altså som i en 1D-model (Figur 5-7). Lokaliteter er vist i figuren. Vienkrysset ligger ikke langt fra Flagstadelva, og derfor er lokalitetene estimert ut fra en normal fra elven. Vannstanden ved Vienkrysset i Figur 5-7 er derfor ikke vannstanden ved selve punktet, men i elven tett på Vienkrysset. Alle bruer ligger over elven, og tilhørende posisjoner er derfor nøyaktige. Bemerk at vannstandsprofilene for 134 m 3 /s er meget forskjellige ved lave vannstander og H200 i Mjøsa, men de er identiske oppstrøms Flagstad bru. Vannstandsprofilene viser følgende: Vannstanden i Mjøsa har ikke innflytelse på vannstanden oppstrøms Flagstad bru ved store flommer. Dette er en viktig konklusjon, da den kombinerte sannsynlighetsproblematikken elimineres. Ved ekstrem høy vannstand i Mjøsa, har det følger for vannstanden nesten hele veien fra Mjøsa fram til Flagstad bru. Sælid bru fører til oppstuvning for alle flommer, med unntak av ekstreme vannstander i Mjøsa. Flagstad bru fører til oppstuvning for store flommer, men svært lite for vannføringer under 76 m 3 /s. Utløpet til Mjøsa fra Åkersvika fører også til oppstuvning. Man kan også se på stuvningskurven fra Flagstad bru at Vienkrysset ligger et godt stykke oppstrøms i kurven, og dermed vil det antageligvis være begrenset hvor mye man kan få ut av å øke strømningsarealet ved Flagstad bru. Sammenligning med energiligning for Flagstad bru stuvning Flagstad bru har avgjørende betydning for vannstanden ved Vienkrysset. Derfor foretok DHI en ekstra beregning av vannstanden oppstrøms Flagstad bru ved bruk av energiligning (det er derimot benyttet impulsligning i MIKE 21). DHI rapporterte for MIKE 21 i første versjon 4 m/s hastighet i bruåpningen for Q200, basert på m 3 /s og 60 m 2 strømningsareal. Dette medførte tvil ved gjennomgang av resultatene. En hastighet på 4 m/s er meget høyt, og estimatet er også litt for høyt i forhold til virkeligheten, da ikke hele flommen går gjennom Flagstad bru. Følgende er kjent for Flagstad bru av DHI: Vi har ikke detaljerte opplysninger i form av as-build eller lignende. Bruens veibane har relativt høy kote estimert ut ifra Sælidvegens koter. Underkanten av bruen er estimert til minst kote 129 m, som er høyere end Q200 vannstand omkring 128 m. Geoplan 3D oppmålte batymetri i bruåpningen (Figur 5-8) etter DHIs ønskes om å samle ekstra detaljer i bruåpninger. Det er antatt at det ikke er brupilarer i elven (bruen er meget kort, ca. 20 m) flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

37 Figur 5-8 Lokal batymetri ved Flagstad bru oppmålt av Geoplan 3D. Figur 5-9 viser simulert flomutbredelse for Q200. Kun en del av flomvannføringen går faktisk gjennom Flagstad bru: E6: 25 m 3 /s Flagstad bru: 190 m 3 /s Sælidvegen: 18 m 3 /s Total: 233 m 3 /s Det betyr at 190 m 3 /s av de m 3 /s strømmer gjennom Flagstad bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

38 Figur 5-9 Simulert flomutbredelse for Q200 og m Mjøsa vannstand, eksisterende forhold. Et tverrsnitt gjennom Flagstad bru er vist i Figur 5-10: Vannstanden er omkring m. Maksimalhastighet er 4.1 m/s, mens genomsnitt er 3.36 m/s. Vanndybden er opp til 3.8 m. Froude tall er opp til Tversnitt gjennom Flagstad bru Hastighet [m/s] og Froude tal [ ] Hastighet 129 Vannstand Batymetri Froude Avstand [m] Kote [m] V [m/s] Fr z [m] H [m] Figur 5-10 Tverrsnitt uttrukket gjennom Flagstad bru fra 2D modellen flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

39 En MIKE 11-modell ble etablert for å sammenligne følgende: Tverrsnitt oppstrøms og nedstrøms Flagstad bru. Kote-bredde-relasjon for bruåpningen til energiligning. Lengde av innsnevret strømning estimert til 60 m (høyt verdi). Samme Manning M=24 m 1/3 /s som MIKE 21 i elva. For Q200 strømmer 190 m 3 /s igjennom bruåpningen, og MIKE 11 angir 5 m/s middelstrømningshastighet, samt m oppstrøms vannstand. Altså angir MIKE 11 langt større hastighet end MIKE 21 (3.36 m/s). Figur 5-11 viser en sammenligning av oppstuvningen beregnet med 2D-modell og med energiligning i MIKE 11 (1D-modell) (Sweco (2016) er kun vist som referanse; vannstanden ( m for 76 m 3 /s) er målt ved Vienkrysset): Resultatene for 2D-modellen viser kun vannføring gjennom Flagstad bru for å kunne sammenligne. Strømningen ved Flagstad bru er i hovedsak 2-dimensional og vanskelig å representere i en 1D-modell; MIKE 11 er meget forenklet i denne situasjonen. Likevel stemmer MIKE 11 og MIKE 21 svært godt overens. Vi kjenner ikke detaljene i Asplan Viak (2014) sin beregning, men de rapportertee betydelig mindre oppstuvning oppstrøms Flagstad bru. Punktet i grafen (Figur 5-11) er ikke ment til sammenligning, men som referanse. Asplan Viak (2014) angir 3.96 m/s hastighet gjennom bruåpningen, men det er ikke klart av deres rapport hva denne hastighet dekker. Vannstand opstrøms for Flagstad bru [m] MIKE 11 MIKE 21 Asplan Viak (2014) Sweco (2016) Sweco (2016) er målt ved Vienkrysset, og dermed høyere vannstand. Kun vist som referanse Vannføring gjennom Flagstad bru [m 3 /s] Figur 5-11 Sammenligning av Q-H kurver med MIKE 11 og MIKE flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

40 Bestemmelse av returperiode for oversvømmelse Ifølge Multiconsult (2018) tilsvarer Q=110 m 3 /s Q5 (jf. Figur 5-6). 110 m 3 /s er kritisk ettersom denne vannføring vil medføre strømning langs E6, altså desidert overløp av E6-koten (Figur 5-6). Ved 90 m 3 /s vannføring oppstår dannelse av dammer ved tilkjørselen fra Sælidvegen. En slik situasjon må antas å måtte medføre stenging av E6, selv om det teknisk sett kun er Sælidvegen som er oversvømt. Vi kan konkludere at 90 m 3 /s vil være overskredet oftere enn hvert 5. år. Vi mener at det ikke er rimelig å estimere returperioden til Q = 90 m 3 /s mer nøyaktig basert tilgjengelig informasjon, selv om denne vannføringen er klart lavere enn en 5-års hendelse ifølge Multiconsult (2018). Dermed kan vi konkludere at Vienkrysset vil være oversvømt oftere enn hvert 5. år. Oppsummering Flomutbredelser viste at det strømmer vann gjennom Vienkrysset ved 110 m 3 /s, mens det er tydelig oversvømmelse for både 134 m 3 /s (Q200, Aplan Viak (2014)) og m 3 /s (Q200, Multiconsult (2018)). H(Q)-kurver ble beregnet fra modellresultatene ved Vienkrysset. Vannstanden ved Vienkrysset overstiger den formelle E6-koten på m ved 116 m 3 /s. Dette er altså høyere enn 110 m 3 /s, hvor vi allerede ser strømningen nedover E6. Nærmere analyse viste, at m ikke er representativ grunnet helning på tvers av E6. H(Q)-kurvene oppstrøms Vienkrysset er uavhengige av vannstanden i Mjøsa, og dermed er problemet oppstrøms Vienkrysset utelukkende styrt av vannføringen. Den korrekte metoden til å fastsette vannføring for oversvømmelse av E6 ved Vienkrysset, er å bruke flomutbredelser. Analysen viser at det er oppstår dammer ved påkjøringsrampen fra Sælidvegen allerede ved 90 m 3 /s. Dette er ikke er mye mer enn 76 m 3 /s, som var målt vannføring i Flagstadelva 23. mai Flagstad bru fungerer som en flaskehals med innflytelse på H(Q)-relasjonen ved Vienkrysset. Oppstuvning er veldig ulineært og beregnes tradisjonelt ved bruk av energiligning. I denne rapporten er det benyttet impulsligning. Det er mere nøyaktig, men ikke standard (impulsligning krever høyere oppløsning, noe vi har i modellen). Derfor foretok DHI en sammenligning (som også er foretatt ved alle andre bruer i modellen) av impulsligning som benyttet i den 2- dimensionale modell (MIKE 21) og energiligning med 1-dimensional modell (MIKE 11). Sammenligningen viser god overensstemmelse mellom de to metodene. E6 oversvømmes ved Q = 90 m 3 /s. Det tilsvarer oftere enn hvert 5. år, ettersom Q5=111 m 3 /s (Multiconsult, 2018). Basert på våre beregninger må dagens E6 ved Vienkrysset stenges oftere enn hvert 5. år flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

41 6 Flomsikring oppstrøms Vienkrysset I dette kapitlet rapporteres analysen av vannstanden oppstrøms Vienkrysset med flomsikret E6: E6 flomsikres implisitt ved å lukke veien fullstendig i batymetrien (koten settes i prinsippet så høyt, at det aldri kommer vann på E6). Vannstandsprofiler beregnes oppstrøms og sammenlignes med E6-koter. Analysen foretas med forskjellige varianter av Flagstad bru. Beregningene ble i første omgang utført med følgende kombinasjoner: Q20 og H20 : m 3 /s og m Q100 og H20: m 3 /s og m Q200 og H20: m 3 /s og m Beregningene ble utført før det ble besluttet å legge til 20 % klimafaktor til 200-års flommen. Simuleringer med klimapåslag ble utført senere. Varianter av Flagstad bru Flagstad bru er identifisert som betydelig flaskehals med to forverrende effekter: Strømningsarealet i bruåpningen er kun omkring 60 m 2 for Q200, noe som tilsvarer i underkant av 4 m/s strømningshastighet gjennom bruen. Strømningen er konsentrert over 60 m på grunn av Sælidvegen og sykkelstien som går over Flagstadelva. Koten for Flagstad bru er estimert relativt høy (omkring m), og vannet kommer dermed ikke i kontakt med underkanten. Figur 6-1 Lokal batymetri ved Flagstad bru for eksisterende forhold flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

42 Eksisterende FBru-v2 FBru-v1 FBru-v3 FBru-v4 Figur 6-2 Varianter av Flagstad bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

43 Tværsnit Flagstadbru eksistende og FBru v1 v2 v3 v Kote [m] Easting [m] Eksisterende FBru v1 FBru v2 FBru v3 FBru v4 Figur 6-3 Tverrsnitt gjennom Flagstad bru for ulike bruvarianter. Alle utvidelser av tverrsnittet er laget med antagelsen om at koten på hver side av elven hvor bruen forlenges senkes til 127 m, og bunnmotstanden er den samme som for eksisterende flomslette. Reduksjon av flaskehalseffekten handler om å øke strømningsareal. Største effekt oppnås ved laveste kote, men ut ifra konturene (Figur 6-1) er det vanskelig å se en senkning av batymetrien til en kote lavere end 127 m. Reduksjon til f.eks. 126 m vil gi betydelig større reduksjon i vannstand for samme brulengde, men vil innebære en mye større utgravning. Seks forskjellige situasjoner ved Flagstad bru ble undersøkt i beregningene (Figur 6-2 og Figur 6-3): Eksisterende uten flomsikret E6: 37 m Eksisterende med flomsikret E6: 37 m Flagstad bru forlenget variant 1 (v1): 49 m Flagstad bru forlenget v2: 66 m Flagstad bru forlenget v3: 92 m Flagstad bru forlenget v4: 180 m De ulike bruvariantene utelukkende laget for å øke tverrsnittsarealet. Det er ikke tar høyde for, om utvidelsen er gjennomførbar. Vi regner likevel v4 for å være urealistisk. Figur 6-4 viser simulerte flomutbredelser for alle seks bruvarianter med Q200+H20. Disse er vist som referanse, ettersom det kan være vanskelig å se forskjellene ut ifra 2D-variasjoner. Simuleringene viser at: Nedstrøms Flagstad bru er det ingen effekt av flomsikring og/eller endring av Flagstad bru. Flomsikring øker vannstanden. De forskjellige variantene av Flagstad bru gir varierende vannstandsreduksjon flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

44 Eksisterende Flomsikret Fbru-v1 Fbru-v2 Fbru-v3 Fbru-v4 Figur 6-4 Detaljer i flomutbredelse oppstrøms Vienkrysset for alle seks simuleringer, Q200+H flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

45 Flomsikring øker vannstanden Det er viktig å understreke at flomsikring fører til økt vannstanden ved Vienkrysset, og effekten stiger med vannføringen Q H effekt av flomsikring Vannstand [m] Vienkrysset Vienkrysset flomsikret Flagstadbru Flagstadbru flomsikret Nedstrøms Nedstrøms flomsikret Vannføring [m 3 /s] Figur 6-5 Effekt av flomsikring på Q-H kurver ved Vienkrysset, Flagstad bru og nedstrøms. Figur 6-5 viser endring i Q-H ved flomsikring: Vannstanden øker 20 cm ved Q200 når E6 flomsikres, fra m til m. Nedstrøms har nesten ingen stigning i vannstand. Det stemmer overens med at flomsikring av E6 nedstrøms ikke har stor betydning for Mjøsa H20. Effekter av øket strømningsareal gjennom Flagstad bru Endring i strømningsareal under Flagstad bru gir (Figur 6-6 og Figur 6-7 (Q200)): Flomsikring øker, som allerede vist, vannstanden med 20 cm. De forskjellige varianter av forlenget Flagstad bru gir reduksjoner i vannstanden. Variant v2 reduserer vannstanden 25 cm i forhold til flomsikret E6 og 5 cm i forhold til eksisterende. Variant v2 reduserer vannstanden 47 cm i forhold til flomsikret E6 og 27 cm i forhold til eksisterende. Variant v3 reduserer vannstanden 74 cm i forhold til flomsikret E6 og 53 cm i forhold til eksisterende. Variant v4 reduserer vannstanden 101 cm i forhold til flomsikret E6 og 81 cm i forhold til eksisterende flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

46 Vannstand ved Vienkrysset, Flagstad bru varianter Vannstand [m] Eksisterende forhold Flomsikret E6 Fbru v1 Fbru v2 Fbru v3 Fbru v Vannføring [m 3 /s] Figur 6-6 Simulert vannstand ved Vienkrysset. Vienkrysset [m] som funktion af Flagstad bru lengde Vannstand ved Vienkrysset for Q 200 [m] Flomsikret v1 Eksisterende v2 v3 v Lengde av Flagstad bru [m] Figur 6-7 Vannstand ved Vienkrysset for Q200 og forskjellige varianter flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

47 Reduksjonene i vannstanden er altså betydelige for lengre Flagstad bru. Den fulle analysen bør ikke kun ta vannstandendring ved Vienkrysset i betraktning. Et vannstandsprofil langs E6 er også undersøkt, ettersom det er antatt at den største effekten av endring i Flagstad bru finnes ved Vienkrysset som følge oppstuvning. Analyse av koter og vannstand langs E6 Vi velger å benytte nordlige koordinater lang E6. Figur 6-8 viser nordlige koordinater oppstrøms Vienkrysset. Koordinatene er vist sammen med flomutbredelse for Q200, H20 og flomsikret E6. Dette er maksimal flomutbredelse, og gir dermed en indikasjon av flomvollens lengde. Figur 6-8 indikerer 600 m flomvoll ca. 1,313,700-1,314,300 m, men dette er kun indikasjon. Figur 6-8 Bruk av nordlige koordinater 1,313,700-1,314,300 m i profiler langs E flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

48 Analysen ble utvidet med simulert vannstand langs E6 kombinert med eksisterende E6-koter for å kunne vurdere verdien av en forlenget Flagstad bru. Resultatene gir (Figur 6-9): Stuvningskurven fortsetter noe lengere oppstrøms, og er tydelig 300 m oppstrøms Vienkrysset, og forsvinner 400 m oppstrøms. Variantene av Flagstad bru reduserer i økende grad oppstuvingen (husk at v4 er langt dyrere end v3). Flomvoll skal bygges fra Vienkrysset til omkring 1,314,200 m, omkring 500 m. Vi uttrak både minimum- og middelkote for eksisterende E6, da det er forskell på tvers av veien (se avsnitt 6.5) flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

49 Kote [m] Vienkrysset (Sweco) Vannstand og E6 koter langs E6, Q Q20_H20_E6 Q20_H20_E6_Fbru v Q20_H20_E6_Fbru v2 Q20_H20_E6_Fbru v Q20_H20_E6_Fbru v4 Minimum E6 kote Gennemsnitlig E6 kote Northing [m] Kote [m] Vienkrysset (Sweco) Vannstand og E6 koter langs E6, Q Q100_H20_E6 Q100_H20_E6_Fbru v Q100_H20_E6_Fbru v2 Q100_H20_E6_Fbru v Q100_H20_E6_Fbru v4 Minimum E6 kote Gennemsnitlig E6 kote Northing [m] Kote [m] Vienkrysset (Sweco) Vannstand og E6 koter langs E6, Q Q200_H20_E6 Q200_H20_E6_Fbru v Q200_H20_E6_Fbru v2 Q200_H20_E6_Fbru v Q200_H20_E6_Fbru v4 Minimum E6 kote Gennemsnitlig E6 kote Northing [m] Figur 6-9 Vannstandsprofiler oppstrøms langs E6 sammenlignet med E6 koter flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

50 Kotevariasjon på tvers av E6 Det er ofte stor forskjell på middel- og minimumkote for E6 (opp til 40 cm). Undersøkelse av tverrsnitt bekrefter at høydeforskjellen er stor på tvers av E6 (Figur 6-10), og skyldes ikke feil i f.eks. prosseseringen. E6-koten faller mot øst (Figur 6-10) m m Kote [m] m m m m Vienkrysset (Sweco) m Avstand langs Northing linje [m] Figur 6-10 Tverrsnitt av E6 oppstrøms Vienkrysset, hentet fra raster basert på laserscan flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

51 Koter i selve Vienkrysset I selve Vienkrysset er høydekotene ofte under 200-års flomnivå. En hevning av E6 vil demed innebære en flomvoll i selve Vienkrysset. Figur 6-11 Batymetri (eksisterende) og simulert 200-års vannstand ved Vienkrysset med flomsikret E flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

52 Eksisterende batymetri sammen med vannstand for 200-års flom med flomsikret E6 gir følgende resultater (Figur 6-11): Oppstrøms er vannstanden øst for E6 opp til 2 m høyere enn E6-koten i selve Vienkrysset. Nedstrøms er vannstanden meget lavere enn E6 koten. En vanndam kan fortsatt forekomme langs E6 i selve Vienkrysset. Ved sykkelstien (se sirkelen i Figur 6-11):) er 200-års vannstanden omkring m. Det er lavere enn ved sykkelstien. Sykkelstien er dermed flomsikker ved Q200. Dersom den ikke hadde vært det, ville sykkelstien under E6 ha fungert som et rør som transporter vann fra flomsletta til Vienkrysset. Rensebasseng og flomvoller oppstrøms og nedstrøms DHI har utarbeidet designvannstand for to rensebasseng ved Vienkrysset for situasjonen Q20+H20 og flomsikret E6. Aas-Jakobsen leverte tegninger av de to rensebassengene oppstrøms og nedstrøms Veinkrysset. Disse ble inntegnet i GIS. Det tas ikke høyde for at rensebassengene eller flomvollene vil påvirke vannstanden. Samme beregning er benyttet til fastsetting av designvannstanden til begge rensebassengene. Beregningene er ikke basert på endelig design, men på flomsikret eksisterende E6 og eksisterende Sælid bru. Figur 6-12 Rensedam og 20-års vannstand nord for Vienkrysset flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

53 Figur 6-13 Rensedam og 20-års vannstand sør for Vienkrysset. Resultatene er vist i Figur 6-12 og Figur 6-13: Nord for Vienkrysset: m; kompleks 2D vannstandsvariasjon grunnet terreng og vei på tvers av flomsletta. Sør for Vienkrysset: m; meget liten gradient ved rensebassenget fordi det er plassert i en liten dam samtidig som elven går i motsatt retning. Eventuelle adkomstveier til rensebassengene kan ligge lengre oppstrøms med høyere designvannstand. Resultater med fremtidig E6 og klimafaktor Flomnivåer oppstrøms Vienkrysset ble beregnet basert på følgende inndata: Fremtidig E6 mottatt fra Vianova som TIN (landxml), brent inn i baseline batymetri. Baseline batymetri inneholder revidert Sælid bru med brupilarer flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

54 Implisitt flomsikret E6 oppstrøms via «vegskulderkant» i.dwg-fil over E6. Q200b og Q200k. Mjøsa H20 (ingen innflytelse). Implisitt flomsikret E6 nedstrøms Vienkrysset via E6.shp (eksisterende E6); ingen effekt oppstrøms Flagstad bru. Eksisterende Flagstad bru. E6 design ble mottatt ( E6KA_N ). Her er E6-koten økt oppstrøms Vienkrysset, mens senere revisjoner av E6 har flomvoll langs østlig kant av E6. Forskjellen på disse designene er svært liten når man kikker på vannstandsprofiler langs E6. Designvannstandsprofil utregnet for dette designet kan dermed også brukes til andre design, forutsatt at det ikke oppstår store endringer på flomslettea øst for E6 eller endres på Flagstad bru.det er meget tidskrevende å utregne diverse designs i 2D modellen, og der er ingen grund til at gjøre det, da resultatene vil være stort sett identiske. Figur 6-14 viser fremtidig E6 oppstrøms Vienkrysset: Først og fremst utvides E6 til dobbeltspor i begge retninger. De nye banene bygges mot øst oppstrøms, og medfører reduksjon av strømningsareal øst for E6 (liten effekt). DHI og Aas-Jakobsen avtalte å oppdatere simuleringene, ettersom dette er forholdsvis enkelt å gjøre med tanke på analysen av resultatene. Korrekt E6 er påkrevd til 3D flombilder, noe man også kan prosessere seg ut av flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

55 Figur 6-14 Fremtidig E6 basert på E6 TIN (landxml) fra Vianova ( ), også vist nordlige koordinater benyttet i profiler langs E flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

56 Figur 6-15 viser simulert vannstand som ble prosessert til variasjoner langs E6 som funksjon av nordlige koordinater på samme vis som beskrevet tidligere. Figur 6-15 Simulert vannstand for Q200b+H20 og Q200k+H20, utvidelse av E6 vist i rosa. E6 koter ble uttrukket fra tegninger (DWG) levert av Nye Veier. Dette ble gjort ved at ta den østlige vegskulderkant fra dwg filen åpnet i GIS og benytte koten som funksjon av nordlige koordinater i sammenligningen med vannstand. De prosesserte resultatene er vist i Figur 6-16: Den oppdaterte E6 er flomsikker for Q200b på hele strekningen. E6 er ikke flomsikker for Q200k, men det er heller ikke meningen, da designet ble laget flomsikkert for Q200. Vannstandsforskjellen mellom Q200b og Q200k er cm. Vannstandsprofilet for Q200 med eksisterende E6 er vist som referanse. De nye resultater har lavere vannføring og E6 grense flyttet mot øst; lavere vannføring skal gi lavere vannstand, mens E6 lengre mot øst skal gi høyere vannstand. Det er +/- 5 cm forskjell mellom disse. Den eksisterende minimumkote til E6 er også vist som referanse. Man kan se at E6 er hevet betydelig (i denne variant) ved Vienkrysset for at oppnå flomsikring. Senere varianter har flomvoll i stedet, men det er likegyldig fra et hydraulisk perspektiv, da hevet E6 og flomvoll hydraulisk er nesten identiske flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

57 Vannstandsprofiler opstrøms for Vienkrysset Vienkrysset (Sweco) Kote [m] Q200b+H20 Q200k+H20 Q200 eksisterende E6 (referanse) Kote langs øst vegskulderkant fremtidig E6 Eksisterende minimum E6 kote (referanse) Northing [m] Figur 6-16 Simulerte vannstandsprofiler langs E6 oppstrøms, man bemerker at E6 er hevet betydeligt, men oppstrøms 1,314,200 m er koten faktisk lavere i det nye E6 designet. Endelig design av flomsikker E6 Resultatene for 200-års flomsikker E6 med klimapåslag ble levert til Vianova, først og fremst i form av designvannstandsprofil langs E6. Dernest ble designet revidert, bl.a. med introduksjon av en flomvoll langs østlig kant av E6. Det er mulig, at flere revisjoner er foretatt i designet, men der oppnåddes enighet om ikke at beregne flere flomutbredelser, da arbeidet er ganske tidskrevende, og det oppnås ikke noe nytt. Det er designvannstanden langs E6 som teller, og denne endres meget lite ved endringer i E6-design. Designvannstandsprofilet beregnet med fremtidig E6 posisjon og først og fremst E6 implisitt flomsikret antas derfor med stor rimelighet gyldig, også for revisjoner inkludert flomvoll. På papiret vil en flomvoll flytte grensen for E6 noe mot øst. Det vil gi høyere vannstand, men effekten er meget liten. Det avgjørende i styringen av vannstandsprofilet er inkludert i de foretatte beregningene flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

58 Oppsummering Situasjonen oppstrøms Flagstad bru er hydraulisk karakterisert ved følgende to hovedelementer: Vannlinjen langs E6 er kun en funksjon av vannføring i Flagstadelva, og uavhengig av vannstanden i Mjøsa Vannlinjen er svært påvirket av stuvning fra Flagstad bru. Ut over dette vet vi fra de initiale modellberegninger at vannstanden er ganske betydelig høyere enn E6 koten ved Vienkrysset. Flomsikring av E6 oppstrøms Vienkrysset kan derfor løses ved flere tiltak som også kan brukes i kombinasjon: Hevning av E6. Flomvoll (hydraulisk ekvivalent til hevning). Utvidelse av Flagstad bru. En viktig punkt er at flomsikring av E6 i seg selv øker vannstanden, da hele flommen skal strømme øst for E6. Denne økningen er ved Q200 bestemt til 20 cm ved Vienkrysset. I første omgang ble potensialet for å redusere vannstanden undersøkt ved å utvide Flagstad bru. Fire varianter av utvidet Flagstad bru ble simulert. Vannstanden ved Vienkrysset kan senkes omkring 1 m med den bredeste variant av Flagstad bru (det ikke er realistisk). Det vil løse en stor del av problemet, men hevning/flomvoll er stadig påkrevd. Simuleringer med varianter av Flagstad bru ble også utført med 20-års vannføring for å kunne bestemme designvannstand for rensebassengene nord og sør for Vienkrysset: Nord for Vienkrysset: m Sør for Vienkrysset: m Utvidelse av Flagstad bru er altså potensielt en effektiv måte å flomsikre E6 oppstrøms Vienkrysset, men den kan ikke stå alene. Byggherren valgte å se bort fra utvidelse av bruen, og dermed skulle flomsikring framskaffes utelukkende ved hevning av E6 og/eller flomvoll. Egentlige designberegninger med fremtidig E6 og klimafaktor ble deretter iverksatt. I samme revisjon ble den oppdaterte Sælid bru implementert (ingen effekt oppstrøms Flagstad bru). Beregninger med klimafaktor gir naturligvis høyere vannstand enn for Q200. Forskjellen ble fastsatt til cm. Beregninger av vannstandsprofiler langs E6 som funksjon av nordlige koordinat ble foretatt av DHI, og disse vannstandsprofiler ble benyttet i det endelige designet av E6. Beregningene ble foretatt av DHI med hevet E6, men senere er dette ble endret til flomvoll i Vianovas design. Det er mulig at flere revisjoner er foretatt i designet. Det oppnåddes enighet om ikke å beregne flere flomutbredelser, ettersom arbeidet er ganske tidskrevende, og det oppnås ikke noe nytt. Det er designvannstanden langs E6 som teller. Vannstanden endres svært lite ved endringer i E6-design, så lenge der ikke endres radikalt på designet flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

59 7 Flomsikring nedstrøms Vienkrysset Beregningene for Sælid bru presenteres i dette kapittelet. Kapittelet tjener som dokumentasjon av arbeidet, og har derfor en karakter av progresjon, hvor det endelige designet oppnås som sluttprodukt. Flomsikring av E6 oppstrøms har innflytelse på vilkårene nedstrøms, men ikke omvendt. Hele nalysen er derfor foretatt sekvensvis fra oppstrøms til nedstrøms. Oppstrøms ble håndtert i forrige kapittel, mens dette kapitel omhandler vilkårene nedstrøms. Situasjonen nedstrøms Vienkrysset er langt mer kompleks enn oppstrøms: Vannstanden er styrt av både Flagstadelvas vannføring og vannstanden i Mjøsa. Miljøkrav gjør det vanskelig å endre på designet. Underkantkoten for Sælid bru skal være +50 cm over vannstanden, men underkanten kan ikke løftes vilkårlig, noe som gjør Disen bru og Jernbanebroen problematiske. Flomvoll kan kun brukes i begrenset omfang, da Mjøsa H200 vil oppleves på begge sider av E6. Løsningen med flomvoll kan i praksis godt anventes like sør for Vienkrysset, men ikke lengre nedstrøms hvor vannstanden er kontrollert av Mjøsa. I motsetning til Flagstad bru, hvor underkanten er over designvannstand, er ikke dette gjeldende for Sælid bru. Underkantkoten for Sælid bru er derfor inkludert i modellen via en hydraulisk struktur, selv om underkantkoten viste seg å ha en veldig liten innflytelse: Lav vannstand: Sælid bru gir betydelig oppstuvning, især med nåværende konstruksjon, men vannet er ikke i kontakt med underkanten. Høy vannstand (H200): Sælid bru gir vedlig liten oppstuvning. Underkanten har kun betydning for høy vannstand, hvor oppstuvningseffekten er veldig liten. For alle beregninger i dette kapittelet antas det at hele E6, fra Vienkrysset og oppstrøms, er flomsikret. Det antas også at Flagstad bru ikke endres, hvilket er fullt akseptabelt da Flagstad bru ikke har noen innflytelse på vannstanden nedstrøms. Bemerk at Flagstad bru faktisk ikke ble endret i det endelige designet, men noen av beregningene ble utført før denne beslutningen ble tatt. Designhendelser Både Flagstadelva og Mjøsa har innflytelse på vannstandsprofilene langs E6 nedstrøms Vienkrysset. I nærheten av Mjøsa (uten presist å definere hva dette betyr) er 200-års vannstanden identisk med Mjøsas 200-års vannstand, mens tett på Vienkrysset er 200-års vannstanden identisk med vannstanden for en 200-års flom i Flagstadelva. Kombinasjonen av de to er meget kompleks, da de ikke er uavhengige, men har noen statistisk/fysisk avhengighet. Dette omtales ofte som joint probability. I praksis velges realistiske kombinasjoner, hvor f.eks. Q200 i Flagstadelva kombineres med Mjøsa lavere enn H200, og Mjøsa H200 kombinert med Flagstadelva lavere end Q200. Følgende hendelser benyttes i første omgang i beregningene: Q200 =233.4 m 3 /s og Hm = m. Q5 =110.9 m 3 /s og H200 = m. E6 skal være flomsikker for begge hendelser. Designhændelserne er valgt efter dialog med bygherren flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

60 Senere ble det besluttet at det skal benyttes klimafaktor på 200-års flommen, noe som gir: Q200k =274 m 3 /s og Hm = m. Q5 =110.9 m 3 /s og H200 = m. I dette kapittelets underavsnitt fremgår det hvilke designhendelser som er benyttet. Det er lærerikt å se på eksisterende E6-koter nedstrøms Vienkrysset, se : E6-koten er godt over H200 helt nedstrøms og ved Vienkrysset. E6-koten ligger mellom H100 og H200 på hele strekningen. Koten varierer på tvers av E6 for at sikre drenering. E6 koter [m] sammenlignet med Mjøsa H 100 og H Mjøsa "Nedstrøms" Kote [m] Sælid bru Mjøsa H 200 Vienkrysset 126 Mjøsa H Northing [m] Nedstrøms (Sweco) Minimum kote E6 [m] Middelkote E6 [m] Figur 7-1 E6-koter nedstrøms Vienkrysset uttrukket fra DEM basert på laserscan-data. Eksisterende E6 og (foreløpig) fremtidig Sælid bru I dette avsnittet presenteres de første beregningene av flomsikker E6 for eksisterende og fremtidig Sælid bru. Disse beregninger er rapportert som dokumentasjon, men ble ikke benyttet i det endelige designet. Likevel ga beregningene noen viktige konklusjoner som kunne brukes i det videre arbeidet. I dette avsnittet er den eksisterende Sælid bru representert i modellen via tverrsnitt oppmålt av Geoplan 3D, og overflaten er basert på TIN før revisjon Det bemerkes at den nye Sælid bru ikke oppfyller krav fremsatt i Hamar Arbeiderblad (2014) flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

61 7.2.1 Brugeometrier Den eksisterende Sælid bru er i dette avsnittet basert på den opprinnelige versjonen av batymetrien til Sælid bru, som senere ble revidert av Geoplan 3D. MIKE 21-modellen viser at Sælid bru gir oppstuvning for lav vannstand i Mjøsa, hvilket også gjelder for Disen bru og Jernbanebrua. Asplan Viak (2014) angir ikke oppstuvning fra Sælid bru, men vi vet ikke hvorfor, og vi vet ikke, om de nåværende resultatene er mer nøyaktige. Det kan likevel sies at hvis Sælid bru er så smal som angitt i målingene til Geoplan 3D, så vil bruen være flaskehals ved lave vannstander i Mjøsa. Aas-Jakobsen har videre opplyst at underkanten for eksisterende Sælid bru er m, altså tett på H50. Aas-Jakobsen leverte tegningen til den nye Sælid bru, men kun for nordgående veibane (se Figur 7-2). Tegningen er nok til å danne et nytt tverrsnitt igjennom bruåpningen: Underkanten ligger på kote m. Veibanen ligger over kote m (Mjøsa H200). Figur 7-2 Nordgående tverrsnitt for Sælid bru, ny bru, tegninger levert av Aas-Jakobsen. Koten for Flagstadelva er i tegningen oppgitt til ca. 120 m. Her har man mer nøyaktig informasjon fra Geoplan 3D, som viser at elvebunnkoten er omkring m. Tverrsnittsarealet er økt betydelig i den fremtidige konstruksjonen. Energitapet, og dermed oppstuvningen, er styrt av hastighetshøyden, altså omvendt proporsjonalt med kvadratet på strømningsarealet. Fordoblingen av arealet ved den nye brua betyr at oppstuvning kan forventes redusert til 25 % av eksisterende oppstuvning, dersom oppstuvningen altså hovedsakelig styres av strømningshastigheten igjennom bruåpningen. Utover tverrsnittet for ny Sælid bru skal det også lages en blanding av den nye lokale batymetrier i tverrsnittet og den eksisterende. Dette behovet er gjort klart av Aas-Jakobsen, men ikke i detaljer. DHI interpolerte derfor en rimelig overflate ut i fra dataen. Figur 7-3 og Figur 7-4 viser de to variantene av Sælid bru som er betraktet i dette avsnittet: Eksisterende (underkant m), gjeldende før revisjon Ny bru er inkludert i batymetrien og interpolert (underkant m) flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

62 Figur 7-3 Lokal batymetri ved Sælid bru, eksisterende. Figur 7-4 Lokal batymetri ved Sælid bru, ny bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

63 Det skal sies at alle simuleringer viser store vannstandsgradienter ved og gjennom selve bruen, og langt mindre gradienter lengre vekk fra bruen. Dermed har det liten betydning hvordan den lokale batymetrien sammenflettes med Flagstadelva et stykke vekk fra bruen. Det skal også sies at det er brukt 120 m kote for bunnen i brutverrsnittet, noe som er en klar utdypning i forhold til de eksisterende vilkårene, og dette kan også ses i mosaikk-batymetrien. Den eksisterende bunnkoten er omkring m Endring av E6 nedstrøms Følgende endringer utføres på E6 nedstrøms: E6-koten heves til minst m. Det foretas i første omgang ikke noe mer, da analysene av modellresultatene indikerer at en heving til m ville være nok, og ved kun å heve til m kan vi også identifisere hvorvidt det er bruk for ytterligere endringer av E6-kotene. Vi gjør også oppmerksom på at m bør være minimumkote, da det fremdeles skal være tverrhelning på E6 for å sikre drenering av veibanen. Figur 7-5 Simulert vannstand og hastighetsfelt for Q200+Hm ved Vienkrysset. Figur 7-5 viser simulert flomutbredelse for Q200+Hm. Detaljen er vist ved Vienkrysset for å illustrere hvordan strømningen nedover E6 gir anledning til oversvømmelse av E6 også nedstrøms Vienkrysset. Det bemerkes at hastighetsvektorene peker vekk fra E6 like nedstrøms Vienkrysset, noe som antyder at oversvømmelsen like nedstrøms Vienkrysset er styrt av strømningen langs E flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

64 I første omgang antas det at det ikke er nødvendig å bygge en flomvoll nedstrøms Vienkrysset, dersom E6-koten bare økes til minimum m. Naturligvis stiger vannstanden øst for E6 når der flomsikres oppstrøms Vienkrysset. Det kan bety at det skal flomvoll eller hevning av E6-kote fram til like nedstrøms og ikke kun lengere nedstrøms til minimum kote m. Dette undersøkes med modellen Resultater med ny Sælid bru med E6 kote hevet til minimum m Simuleringsresultater med ny Sælid bru gjennomgås i det følgende: Ny Sælid bru benyttes. E6 flomsikret oppstrøms Vienkrysset. E6-kote nedstrøms Vienkrysset hevet til minimum m. Flomsimuleringer er foretatt for Q5+H200 og Q200+Hm. Figur 7-6 Simulerte flomutbredelser med ny Sælid bru, oppstrøms flomsikring, nedstrøms E6-kote minimum m, venstre: Q5+H200, høyre: Q200+Hm. Bemerk: Forskjellige fargeskalaer grunnet store forskjeller i vannstand flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

65 Vannstandsprofiler langs Flagstadelva, ny Sælid bru Jernbane Disen Sælid bru Flagstad bru Vienkrysset Kote [m] Avstand fra Mjøsa [m] Bunnkote [m] Q5+H200 E6min=126.80m, ny bru v1 E6 kote nedstrøms Vien Q200+Hm E6min=126.80m, ny bru v1 Figur 7-7 Vannstandsprofiler langs Flagstadelva. Figur 7-6 viser simulerte flomutbredelser, mens vannstandsprofiler langs Flagstadelva er vist i Figur 7-7: Oppstuvningseffekten fra Sælid bru er ganske betydelig ved Q200+Hm, mens det er snakk om få cm oppstuvning for Q5+H200. Vannstandsgradienten over Sælid bru reduseres med den nye brua i forhold til eksisterende bru. E6-koten stiger opp mot Vienkrysset, så m gjelder kun til omkring 2900 m oppstrøms Mjøsa. Inntil 2900 m oppstrøms Mjøsa er H200 dimensjonerende, og m er tilstrekkelig kote til å flomsikre E6. Tett på Vienkrysset, fra 2900 m og oppstrøms, er Flagstadelva dimensjonerende. Like nedstrøms Vienkrysset er E6 ikke flomsikker med denne metoden, og det er derfor nødvendig å utføre ekstra beregninger med flomsikret E6 for å bestemme koteøkning like nedstrøms Vienkrysset. For Q5+H200 er E6 flomsikker nesten langs hele strekningen, men det er et lite stykke hvor vannstanden er like over m, hvor det dermed kommer en oversvømmelse når E6- koten fremdeles kun er m. Dette stykke er heller ikke flomsikkert med Q200+Hm. Da resultatene viser oversvømmelse av E6, foretas nye simuleringer med implisitt flomsikret E6, som presenteres i neste avsnitt Resultater med ny bru, E6 implisitt flomsikret For å bestemme nødvendige koter for E6-flomvoll nedstrøms Vienkrysset kjøres modeller med implisitt flomsikring både oppstrøms og nedstrøms, altså med E6 blokkert. Simulerte vannstander sammenlignes med E6-koter for å bestemme begge designhendelser: E6-kote m er nok langs E6 nedstrøms flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

66 Tett på Vienkrysset skal E6 heves mer eller det skal bygges en flomvoll. Sistnevnte er faktisk mulig, ettersom vannspeilet presses opp av terrenget ved Flagsadelva. Vannspeilet er presset opp av Flagstadelva terreng og ikke Mjøsa (med høy vannstand i Mjøsa står vannet på begge sider av E6, og man kan ikke lage en flomvoll mot oversvømmelse fra Mjøsa). Figur 7-8 viser simulerte flomutbredelser for de to hendelsene: Vannet vest for E6 skyldes Mjøsa; vannet trenger helt opp til Vienkrysset for H200 grunnet lave koter. For begge hendelser strømmer det vann ned langs E6 fra Vienkrysset. Dette skyldes topografien. Figur 7-8 Simulerte flomutbredelser med ny Sælid bru, E6 implisitt flomsikret, venstre: Q5+H200, høyre: Q200+Hm. Bemerk: Forskjellige fargeskalaer grunnet store forskjeller i vannstand. For å kunne analysere resultatene, benyttes eksisterende koter langs E6 som funksjon av nordlige koordinater, se Figur 7-9. Dermed har man et koordinatsystem til sammenligning med vannstandsprofiler, og vi unngår igjen å skulle operere med f.eks. et lokalt koordinatsystem langs E6. E6-kotene tett på Vienkrysset er ikke tatt fra E6, men fra avkjøringen mot Sælidvegen; dette ble også gjort oppstrøms Vienkrysset flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

67 Figur 7-9 Nordlige koordinater langs E6 nedstrøms flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

68 Figur 7-10 viser vannstanden sammenlignet med E6-koter som funksjon av nordlige koordinater langs E6, det er fortsatt den høyeste vannstanden som skal benyttes: Igjen bekreftes det at m er tilstrekkelig E6-kote et stort stykke av strekningen fra Sælid bru mot Vienkrysset. Fra nordlige 1,313,240 m blir vannstanden for Q200+Hm høyere enn m, og dermed må E6 heves til høyere kote, eller det må bygges flomvoll. Ved nordlige 1,313,445 m blir vannstanden igjen lavere enn E6-koten (som altså er avkjøringen mot Sælidvegens kote). Ved sammenligning med eksisterende Sælid bru, finner vi: Det er betydelig mer oppstuvning fra Sælid bru med eksisterende bru for Q200+Hm, mens effekten av ny bru er veldig begrenset for Q5+H200. På strekningen, hvor Q200+Hm er dimensjonerende, er det stort sett ingen forskjell på de to bruene. Det er altså den nordlige strekningen, 1,313,240 m 1,313,445 m (205 m), hvor E6 må heves til en høyere kote enn m. Dette kan skje via heving av E6 eller en flomvoll, som godt kan la seg gjøre her. En flomvoll er ikke mulig lengre nedstrøms da det er vann på begge sider av E6. E6-koten må økes med opp til 50 cm på denne strekningen for å flomsikre E6. Det bemerkes at Q5+H200 også gir en vannstand som er høyere enn E6-koter i noen punkter langs E6, men for disse er Q200+Hm vannstanden høyere, og dermed dimensjonerende (men E6 er altså ikke flomsikker for Q5+H200 ved heving til minimumkote m). Syd for Sælid bru er situasjonen triviell, da det ikke er noen vannstandsgradienter. Figur 7-11 viser simulert vannstand og E6-koter, og det konkluderes med at E6 er flomsikker med minimumkote m langs hele denne strekningen. Sammenlignes den med eksisterende Sælid bru, kan det konkluderes med at E6 syd for Vienkrysset kan flomsikres med samme design for eksisterende og ny bru, men det må tas med i betraktningen at den eksisterende bruen ikke har høy nok veikote. Figur 7-12 viser det lokale området, 1,313,240 1,313,445 m, hvor E6-koten (mot øst) må heves høyere enn m flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

69 Vannstande og koter langs E6, nord for Sælid bru m Kote [m] Mjøsa H 200 Mjøsa H Minimum kote E6 [m] Middelkote E6 [m] Q5+H200 flomsikret E6, foreløbig fremtidig Sælid bru Q200+Hm flomsikret E6, foreløbig fremtidig Sælid bru Q5+H200 flomsikret E6, eksisterende Sælidbru Q200+Hm flomsikret E6, eksisterende Sælidbru Northing [m] Figur 7-10 Simulerte vannstander som funksjon av nordlige koordinater langs E6 sammenlignet med E6-koter, Q200+Hm og Q50+H200, E6 flomsikret, eksisterende og foreløpig fremtidig Sælid bru. Vannstande og koter langs E6, sør for Sælid bru m Kote [m] Mjøsa H 200 Mjøsa H Minimum kote E6 [m] Middelkote E6 [m] Q5+H200 flomsikret E6, foreløbig fremtidig Sælid bru Q200+Hm flomsikret E6, foreløbig fremtidig Sælid bru Q5+H200 flomsikret E6, eksisterende Sælidbru Q200+Hm flomsikret E6, eksisterende Sælidbru Northing [m] Figur 7-11 Vannstandsprofiler sør for Sælid bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

70 Figur 7-12 Markering (rektangel) av strekningen hvor E6 må heves mer enn til m. Oppdatert eksisterende Sælid bru fra Geoplan 3D med klimafaktor I dette avsnittet benyttes revidert eksisterende Sælid bru (Geoplan 3D 21/2/2018, se også Figur 3-8) og klimafaktor. Figur 7-13 viser de 2-dimensjonale vannstandsvariasjonene, mens vannstandsprofiler er trukket ut langs E6 i Figur 7-14 og Figur 7-15: Eksisterende Sælid bru kan gjøres flomsikker med m fra Sælid bru og et langt stykke oppstrøms. Mjøsa H200 er dimensjonerende inntil 1,313,175 m, hvor Q200k blir dimensjonerende. Q200k gir betydelig høyere vannstand langs m strekningen enn Q200b, men vannstanden for Q200k er fremdeles langt under Mjøsa H200. Q200k gir noe økt vannstand fra 1,313,175 m og oppstrøms i forhold til Q200, altså må E6 heves litt mer (og hevingen må fortsettes lengre nedstrøms), Figur Q200 og Q200b er kun vist sammen som referanse; endelige resultater skal være med Q200b. E6 må heves inntil 1,313,448 m basert på Q200k, altså over 273 m. Ser man på forskjellene mellom Q200b og Q200k: Ved Sælid bru er forskjellene omkring 40 cm høyere vannstand med klimapåslag. E6 må heves cm mer med Q200k enn med Q200b. Syd for Sælid bru er konklusjonene uendret: Eksisterende Sælid bru er flomsikker med m E6-kote på hele strekningen. Q200k vannstanden er langt under H200 langs hele strekningen; Mjøsa er dimensjonerende flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

71 Figur 7-13 Simulerte flomutbredelser for Q5-H200, Q200-Hm, Q200b-Hm, Q200k-Hm, flomsikret E6, revidert eksisterende Sælid bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

72 Vannstande og koter nord for Sælid bru m Kote [m] H 100 H Minimum kote E6 [m] Middelkote E6 [m] Q5+H200 flomsikret E6, revideret eksisterende Sælid bru Q200+Hm flomsikret E6, revideret eksisterende Sælid bru Q200b+Hm flomsikret E6, revideret eksisterende Sælid bru Q200k+Hm flomsikret E6, revideret eksisterende Sælid bru Northing [m] Figur 7-14 Vannstandsprofiler for revidert eksisterende Sælid bru, nord for Sælid bru m Vannstande og koter sør for Sælid bru Minimum kote E6 [m] Middelkote E6 [m] Q5+H200 flomsikret E6, revideret eksisterende Sælid bru Q200+Hm flomsikret E6, revideret eksisterende Sælid bru Q200b+Hm flomsikret E6, revideret eksisterende Sælid bru Q200k+Hm flomsikret E6, revideret eksisterende Sælid bru Kote [m] H 200 H Northing [m] Figur 7-15 Vannstandsprofiler for revidert eksisterende Sælid bru, sør for Sælid bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

73 Uden klimafaktor Med klimafaktor Figur 7-16 Utvidet strekning langs E6, hvor koten skal heves over m, basert på Q200k. Lokale variasjoner ved Sælid bru er vist i Figur 7-17 og Figur 7-18: Vannstandsforskjell: m m = 75 cm. Hastighet gjennom Sælid bru: Opptil 3.6 m/s. Bemerk: Høyeste hastighet finnes ved laveste vannstand i Mjøsa. Kontraksjon av strømlinjer mot senter av åpning, dermed betyr fylling og brupilarer mindre flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

74 Figur 7-17 Simulert lokal vannstandsvariasjon ved Sælid bru for Q200k+Hm, med brupilarer. Figur 7-18 Simulert lokal hastighetsvariasjon ved Sælid bru for Q200k+Hm (hver 3. vektor vist i hver retning, altså 1/9 av alle vektorer, ellers blir det for utydelig), med brupilarer flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

75 Endelig fremtidig Sælid bru med klimafaktor De endelige designberegningene presenteres i dette avsnittet; alle beregninger er med klimapåslag. Følgende revisjoner er utført for modellen: Fremtidig E6 (4 spor i stedet for de nåværende 2). Implisitt flomsikret E6 oppstrøms. Implisitt flomsikret E6 nedstrøms. Rv25 revisjon (øker vannføringen gjennom Disen for H200). Fremtidig Sælid bru. Fremtidig Disen bru. Det bemerkes at Sælid bru i denne beregningen er gjort så bred som mulig, og altså er revidert i forhold til foreløpig fremtidig Sælid bru presentert i avsnitt Batymetrirevisjoner Batymetrirevisjoner dokumenteres i detalj i dette avsnittet: 1) E6, 2) Sælid bru, 3) Disen, 4) Rv25. Det er stort sett umulig å sikre 1:1 mellom overflater i GIS og overflater i CAD. Derfor ble overflatene i GIS laget ut ifra følgende grunnleggende prinsipper: Endringer tas med, hvis de endrer vannstanden, hvor det betyr noe. Endringer tas med, hvis de anses for nødvendige for 3D-modellfigurer av flommer. Det er spesilet endringer langs veier som er veldig komplisert når de skal konverteres fra CAD til GIS. Det er tilfeller hvor f.eks. en rampe forsvinner, og det ikke tas med. De kombinerte endringene er vist i Figur 7-19, og denne rasteren brennes inn i den eksisterende batymetrien med følgende notis: Det er tilfeller hvor den nye E6 ikke har overlapp med den gamle, og i disse få områder faller koten sannsynligvis. Disse er det ikke tatt høyde for. Sælid bru er fra tidligere beregninger identifisert som flaskehals, og det nye designet er fokusert på å oppnå så stort strømningsareal som mulig med de gitte restriksjoner på koter og lengde. E6 er basert på DWG- og landxml-filer mottatt fra Vianova , se Figur 7-20: E6 hevet til m på det meste av strekningen. E6-kote hevet ekstra fra ca. 1,313,175 m. Avkjøringsrampe til Sælidveien hevet. Kotene er basert på beregning for eksisterende vilkår, men det må forventes at ny Sælid bru gir lavere vannstand, men neppe ved avkjøringsrampen hvor vannstanden er topografistyrt flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

76 (1) (2) (4) (3) Figur 7-19 Oversikt over endringer i nedstrøms batymetri for beregninger med fremtidig 1) E6, 2) Sælid bru, 3) Disen, 4) Rv flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

77 Figur 7-20 Datagrunnlag for fremtidig E6 bestående av 4 landxml filer (TIN) flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

78 Fremtidig Sælid bru ble mottatt som landxml fil, se Figur 7-21: TIN-import via landxml ga problemer, så flatene ble importert separat. Brupilarer ble identifisert via (x,y)-posisjoner fra landxml. Veibanen er likegyldig; kun underkantkoten teller ( m). Sælid bru er noe bredere i denne varianten; ca. 50 m. Koten for flomslette på hver side av elvebunnen er 121.5, hvilket er markant lavere enn nåværende kote på omkring m. Lengden av den kontraherende strømningen gjennom bruåpningen er naturligvis også økt, da E6 er bredere; lengden er omkring 25 m. Den økte lengde gir større friksjonstap, mens den økte bredden gir større areal, og spesielt med den reduserte bunnkoten. Det er klart fra tidligere beregninger at det skal et stort strømningsareal til for å sikre tilstrekkelig liten vannstandsforskjell over E6. Figur 7-21 Fremtidig Sælid bru vist sammen med fremtidig E6, brupilarer og veibane flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

79 Figur 7-22 Datagrunnlag for fremtidig Disen bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

80 DHI mottok følgende for Disen, se Figur 7-22: TIN i landxml-format for fylling på hver side. TIN i landxml for Rv25. Brupilarer (xyz format). Veibane (til underkant). LandXML skapte problemer, og derfor ble de forskjellige datakildene separert i mindre TINflater. Disse kombineres med eksisterende data: Batymetri levert av Geoplan 3D. Laserscan. Dataene ble kombinert til en batymetri ved Disen: Fyllinga og Geoplan 3D-elevasjoner ble kombinert, så den lokale kote ble satt til maksimum av fylling og batymetri. Figur 7-23 Datagrunnlag for fremtidig Rv25 bestående av flere landxml-filer (TIN). Rv25 består av mange revisjoner, hvor vi kun tok med de viktigste. Det viktigste ved Rv25 er at den fremtidige veien er flomsikker for Mjøsa H200, og dermed kan vann aldri strømme over. Dette skjedde i tidligere modellversjoner, da den eksisterende koten langs denne veien er lavere enn H200. Figur 7-23 viser datagrunnlaget, og det bemerkes at ikke alle datafiler er tatt med, så der er ikke 1:1 mellom CAD og GIS her flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

81 7.4.2 Simulerte 2-dimensjonale vannstander De 2-dimensjonale resultatene er vist her som referanse. Figur 7-24 Simulerte 2-dimensjonale vannstandsvariasjoner, bemerk forskjellige fargeskalaer grunnet de store forskjellene på de to situasjonene. Figur 7-24 viser vannstandsvariasjoner: For Q5-H200 er det stadig vekk oversvømmelse mellom Mjøsa og Åkersvika, men det strømmer ikke vann; vannet kommer fra Mjøsa (strømmer over hva det som oppfattes som jernbanen). Q200-Hm gir lavere vannstand ved Sælid i forhold til den eksisterende, og dette var et klart mål; dette analyseres nærmere med vannstandsprofiler. Oppstuvning fra Disen er sammenlignbar med den eksisterende. Den nye Disen bru er ikke en forbedring når det gjelder oppstuvning av vann i Åkersvika. Det kan også kan ses av batymetrien til den nye Disen bru.i Bemerk at det kun er fremtidig E6 som er vist korrekt som polygon; Rv25 er det ikke Simulerte vannstandsprofiler langs E6 Vannstandsprofiler sammenlignes med E6-koter i dette avsnittet. Vannstanden ved Sælid bru skal ikke tas som representative for fribord; dette analyseres i neste avsnitt flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

82 Vannstandsprofiler og E6 koter nord for Sælid bru m Kote [m] H H 100 E6 kote baseret på DWG 21/3/2018 Eksisterende minimumkote Eksisterende middelkote Q5 H200 Q200k Hm Q200k Hm øst for grøft Northing [m] Figur 7-25 Simulert vannstand langs E6, nord for Sælid bru. Vannstandsprofiler og E6 koter sør for Sælid bru E6 kote baseret på DWG 21/3/2018 Eksisterende minimumkote Eksisterende middelkote Q5 H200 Q200k Hm Kote [m] m H H Northing [m] Figur 7-26 Simulert vannstand langs E6 sør for Sælid bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

83 Figur 7-25 viser simulerte vannstandsprofiler langs E6, nord for Sælid bru: Først og fremst skal det sies at vannstanden for Q200k-Hm er mer kompleks i denne situasjonen enn for den eksisterende situasjonen. Årsaken er at vannet strømmer i grøften langs E6, som er oppløst i modellen. På grunn av dette har vi prosessert resultatene slik at vannstanden er trukket ut langs grøften og øst for grøften. Dette medfører også at DHI må poengtere at grøftene skal være veldrenerte, da de ellers vil kunne oversvømme E6 grunnet høyere vannstand oppstrøms, som man også kan se i profilet. E6 er flomsikker og kotene ser fremdeles ut til å være overdrevnt høye i forhold til vannstanden. Årsaken til dette er sannsynligvis at vannstanden er styrt av grøftekoten langs E6. Det er et langt gap i vannstanden for Q5 på strekningen, hvor Q200k er dimensjonerende; dette kan også ses på 2D-figuren. Figur 7-26 viser simulerte vannstandsprofiler langs E6 sør for Sælid bru: Her er situasjonen triviell; E6 er flomsikker med m. Q200k har vannstand i grøft og øst for grøft; ingen strømning. E6 er flomsikker sør for Sælid bru Lokale variasjoner ved Sælid bru De lokale variasjonene ved Sælid bru analyseres i det følgende. For å oppfylle designkravet ved Sælid bru skal det være 50 cm fribord mellom vannstand og bruens underkant. Med underkantkote på m skal vannstanden altså være under m. Dersom man bruker en 1D hydraulisk modell er det mulig at dette designkravet kan være problematisk å evaluere grunnet manglende oppløsning. Siden det her benyttes 2D og høy oppløsning, kan vi evaluere designkravet nøyaktig ved å trekke ut vannstanden i et tverrsnitt langs østlig kant av Sælid bru. De lokale vannstandsvariasjonene er vist i Figur 7-27, mens tverrsnittene som er trukket ut langs østlig kant av Sælid bru er vist i Figur 7-29: Oppstuvningen er betydelig redusert i forhold til eksisterende. Nedstrøms påvirkes av oppstuvning fra Disen, hvor vannstanden er omkring m. Oppstrøms er vannstanden omkring m, hvilket er markant lavere enn for eksisterende, hvor vi fant omkring m; dette er først og fremst grunnet det langt større strømningsarealet. Ved østlige kant av bruen er vannstanden omkring m, noe som altså ikke fullt ut oppfyller designkrav. De siste centimeterne av designkravet er veldig vanskelige å hente ved Sælid bru, da oppstuvning allerede er redusert til nesten ingenting. Den nye Disen bru er faktisk ikke noen forbedring i forhold til eksisterende. Det er derfor sannsynligvis et potensiale for å redusere vannstanden i Åkersvika, som vil gi den endelige løsningen på fribordproblemet ved Sælid. Det er vanskelig å forestille seg dette helt korrekt løst ved Sælid bru. Vi bemerker også at det er usikkerhet ved oppstuvningen, da det er veldig ulineært flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

84 Figur 7-27 Lokal vannstandsvariasjon ved Sælid bru. Figur 7-28 Lokal hastighetsvariasjon ved Sælid bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

85 Designkrav ved østlig kant av Sælid bru Underkant med armering m Underkant m Designkrav med armering m Designkrav m Kote [m] Mjøsa H m Simulert vannstand [m] langs østlig kant af Sælid bru Avstand langs tverrsnitt [m] Figur 7-29 Vannstandsprofiler trukket ut langs østlig kant av Sælid bru, kotene med armering benyttes til endelig design. Variationen er ganske kompleks ettersom 2-dimensionale modeller beskriver effekter af strømlinjekrumning, ackselerasjoner og bropilarer. De to lokale toppene i vannstanden er således oppstrøms bropilarene, hvor vannstanden skal være lokalt økt (stagnasjonstrykk) for å presse vannet inn mot elvens hovedløp. Hastighetsvariasjoner er vist ved Sælid i Figur 7-28: Disse er vist som referanse. Hastigheten er markant lavere enn for eksisterende, hvor vi fant opptil 3.6 m/s, og nå finner vi opptil 2.2 m/s. Hastigheten er nøkkelen til reduksjon av oppstuvningen ved Sælid. Dette er også utnyttet, men etterlater også et tydelig problem med oppstuvning ved Disen flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

86 Viktigheten av Disen bru og jernbanebrua Analysen viser at utløpet fra Åkersvika til Mjøsa har stor betydning ved Sælid bru fordi det er en øvre grense for hvor høyt underkanten av Sælid bru kan settes. Flaskehalseffekten ved utløpet gir en vannstand i Åkersvika som er veldig tett på designkravet for vannstanden under Sælid bru. Dette har gjort det vanskelig å finne et design som oppfyller kravene. Geoplan 3D Ekkolodd Figur 7-30 Luftfoto og batymetrier (Geoplan 3D) av Jernbane og Disenbrua flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

87 Man kan forøvrig bemerke at dette problemet ikke nødvendigvis ville oppstå. Beregninger uten klimapåslag viser ikke problematiske vannstandsnivåer i Åkersvika, men det oppstår altså problemer med Åkersvika med 200-års flom og klimafaktor. Det er en del usikkerhet rundt oppstuvningen fra bruer grunnet avhengigheten av hastighetshøyden igjennom bruåpningen. Derfor utføres det i dette avsnittet først en beregning med energiligning, og deretter demonstreres det at utløpet, fra Åkersvika til Mjøsa igjennom Disen og Jernbane bruene, kan reduseres betraktelig. Energiligninger ble løst med MIKE 11. Figur 7-30 viser luftfoto og batymetri av de to bruene. Det skal sies at de to bruene er ydelige flaskehalser med strømningsarealer sammenligbare med Flagstad bru. Dette gjelder spesielt jernbanebrua som er veldig smal. Batymetrien er basert på ekkolodd-data fra Geoplan 3D, innsamlet høsten 2017, kombinert med laserscan. Det bemerkes også at det er kraftig erosjon nedstrøms jernbanebrua, noe som ikke er like markant ved Disen, en klar indikator for kontraksjonen av strømlinjene i selve bruåpningen for jernbanebrua. Figur 7-31 MIKE 21-strømningsmønster ved Disen og Jernbanebrua for Q200k+Hm flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

88 Figur 7-31 viser simulerte 2D-strømningsmønstre ved de to bruene: Oppstuvning ses oppstrøms begge bruer i form av vannstandsgradient fra bruåpning til oppstrøms; i impulsligningen skjer dette for å kunne akselerere strømningen opp til hastigheten i bruåpningen. Strømningene er klart kontraherte mellom bruene, hvilket reduserer akselerasjonen i åpningen av jernbanebrua. Nedstrøms jernbanebrua er strømningene også kontraherte, men dette skyldes at randen i Mjøsa med vilje er laget smal for å unngå hvirveldannelse ved denne randen (veldig brede vannstandsrender er problematiske i MIKE 21). Dette har ingen merkbar innflytelse (modellteknisk). Sammenligning av MIKE 21 og energiligning, Mjøsa H m MIKE 21 opstrøms for Disen MIKE 21 opstrøms for Jernbane MIKE 11 opstrøms for Disen, standard energitab MIKE 11 opstrøms for Disen, lavere energitab for Jernbane MIKE 11 opstrøms for Jernbane, standard energitab MIKE 11 opstrøms for Jernbane, lavere energitab for Jernbane Vannstand [m] Mjøsa H m Vannføring [m 3 /s] Figur 7-32 Simulert vannstand som funksjon av vannføringen oppstrøms de to bruene flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

89 Figur 7-32 viser at MIKE 21 (2-dimensional) og energiligningen (MIKE 11, 1-dimensional) gir sammenlignbare resultater. MIKE 21-beregningene antyder at energitapene over de to bruene er forholdsvis sammenlignbare (veldig like vannstandsforskjeller), mens beregningen basert på energiligningen angir at jernbanebrua har klart større energitap. En mulig forklaring på dette kan finnes i det beregnede strømningsmønsteret med MIKE 21 (Figur 7-31), som viser at strømningen mellom de to bruene er kontraherte. Hvis dette er korrekt, skal energitapet ved innløpet til jernbanebrua være langt mindre enn beregnet med energiligningen. Energitapet stammer fra en akselerasjon som altså er overvurdert i energiligningen; strømningshastigheten er allerede høy oppstrøms jernbanebrua. Dette innebærer også at jernbanebrua vil bli mer problematisk isolert sett, dersom Disen utvides. Dette må likevel ikke oppfattes som at utvidelsen av Disen ikke vil fungere; den vil bare fungere mindre effektivt. Det er ingen garanti for at en utvidelse av Disen bru vil kunne forbedre situasjonen ved Sælid bru. Vannstanden i Åkersvika vil kunne senkes, men det betyr ikke at vannstanden oppstrøms Sælid bru vil kunne senkes. Årsaken er at Sælid bru er flaskehals, og dermed er vannstanden oppstrøms Sælid bru styrt av vannføringen og uavhengig av vannstanden i Åkersvika. Dette forholdet kan endres ved å utvide Sælid bru, slik at denne ikke lengre er en flaskehals, og dermed vil vannstanden oppstrøms Sælid bru kunne påvirkes av Åkersvika. Vi vet ikke ennå om dette kan la seg gjøre. Det er mulig at man finner ut at Sælid bru må utvides så mye for å gjøre vannstanden i Åkersvika betydningsfull for vannstanden oppstrøms Sælid, at Sælid bru i seg selv gir tilstrekkelig reduksjon i oppstuvning slik at en utvidelse av Disen bru ikke er nødvendig. Analysene av situasjonen viste at en utvidelse av Disen-brua resulterer i relativt større energitap ved jernbanebrua, hvilket også kan forventes ut ifra geometrien, se Figur Vannstandsprofiler fra Mjøsa til opstrøms for Sælid bru Mjøsa Jernbane Disen Sælid Vannstand [m] Avstand fra Mjøsa [m] Bed level [m] Q200k+Hm Udvidet Disen Q200k+Hm Q200k+Hm Udvidet Disen + Jernbane Figur 7-33 Vannstandsprofiler fra Mjøsa til oppstrøms Sælid bru flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

90 Figur 7-33 viser beregnede vannstandsprofiler fra Mjøsa til oppstrøms Sælid bru, for tre situasjoner: Eksisterende Disen bru og jernbanebru. Utvidet Disen bru. Utvidet Disen bru og jernbanebru. Beregningene er basert på fremtidig E6 med utvidet Sælid bru og ny Disen bru. Et viktig poeng, som har vært diskutert noen ganger i prosjektet, er at en utvidelse av Disen bru vil gi mer energitap ved jernbanebrua, da Disen bru kontraherer strømmen. Dette er klassisk bruhydraulikk; kontraksjonen av strømningen gjennom Disen bru krever høyere vannstand oppstrøms Disen (oppstuvning), mens den bevarte kontraksjon mellom Disen bru og jernbanebrua betyr at vannet ikke skal oppstuves så mye oppstrøms jernbanebra. Når Disen bru utvides, skal vannet oppstuves oppstrøms jernbanebrua, og dermed stiger dennes energitap. I praksis betyr dette at man skal avhjelpe hele flaskehalseffekten i utløpet fra Åkersvika til Mjøsa, hvis vannstanden i Åkersvika for alvor skal reduseres. En utvidelse av Disen bru og Jernbanebrua er ikke realistisk, da byggherren ikke kan endre på jernbanebrua. Disen bru i seg selv er komplisert nok grunnet vei, ifølge Aas-Jakobsen. Designkravet ved Sælid m er nesten oppfylt med foreslått design, men med stor gradient og dermed noe usikkerhet i fortolkning. Hvis man formelt bruker vannstanden like under østlig kant av fremtidig E6, varierer vannstanden på tvers av elva m. Studerer man vannstandsprofilene i Figur 7-33, ser man at vannstanden i Åkersvika er bestemt av oppstuvning fra Disen- og Jernbane bru, og denne vannstanden er ca m. Dermed må Sælid bru bygges med en veldig liten vannstandsgradient, altså stort strømningsareal, og dette er nøyaktig det designet går ut på. Ser man på de ikke-praktiske løsningene som involverer endringer av utløpet til Disen bru og jernbanebrua, kan man se at en utvidelse av Disen bru reduserer vannstanden i Åkersvika til omkring m, mens en utvidelse av begge bruer i utløpet kan redusere vannstanden i Åkersvika til omkring m, altså 32 cm og 1 m reduksjon. Med disse løsningene ville en oppfyllelse av m vannstand ved østlig kant av Sælid bru være trivielt, men det er ikke gjennomførbart. DHIs mening om dette er at situasjonen i Åkersvika skal påpekes. Vi forstår designbegrensningene, men disse har gjort oppgaven ganske kompleks. Endelig design Resultatene viser at vannstanden ved østlig kant av Sælid bru varierer fra m, altså oppfyller ikke vannstanden designkravet på m. Det er nesten umulig å få vannstanden langs hele østlig kant under m, da Åkersvika med dette designet har omkring m vannstand for Q200k+Hm. Videre økning av tverrsnittarealet for Sælid bru vil ikke kunne gi stor nok effekt, men den økningen som er foretatt har redusert gradienten over Sælid bru. Dersom problemet formelt skal løses med designkravet på m, må dette gjøres ved Disen bru og Jernbanebrua, men dette er veldig vanskelig å gjennomføre grunnet diverse begrensninger på disse bruene. Aas-Jakobsen opplyste at underkant kan økes med 10 cm ved å armere. Dermed er designkravet på m oppfylt i modellen, se også Figur flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

91 Man skal være oppmerksom på at det endelige designvannstandsprofilet ikke er like uavhengig av endringer i E6-designet, som det som er gjeldende oppstrøms Vienkrysset. Langs E6 nedstrøms Vienkrysset er vannstanden neppe problematisk avhengig av E6-designet, da vannstanden enten er styrt av Flagstadelva Q200 eller Mjøsa H200. Vannstanden i Åkersvika er avgjørende for oppfyllelse av designkravet på m vannstand (med armering av tverrsnittet for Sælid bru). Dermed kan endringer i bruene (Sælid, Disen og Jernbane) ha innflytelse på hvorvidt Sælid bru oppfyller designkravet på vannstand ved østlig kant. Oppsummering I dette kapittelet dokumenteres arbeidet uført for flomsikring nedstrøms Vienkrysset. Situasjonen nedstrøms er noe mer kompleks enn oppstrøms: Vannstanden langs E6 er ikke kun en funksjon av Flagstadelva, men også av Mjøsa. Miljøkrav setter grenser for utvidelse av Sælid bru. Det er en øvre grense på underkantkoten for Sælid bru, noe som gir en øvre grense på vannstanden ved bruens østlige kant som er vanskelig å oppfylle. Flomsikring nedstrøms innebærer følgende tiltak: Heving av E6-koten til m på det meste av strekningen. Ytterligere heving av E6-koten lengre oppstrøms. Utvidelse av Sælid bru for å redusere oppstuvning fra denne. Revidert Disen bru. Rv25 veikote langs sydlig kant av Åkersvika løftes til over Mjøsa H200. Designhendelser for flomsikring er alltid problematiske å velge i en situasjon hvor to effekter (Flagstadelva og Mjøsa) skal tas i betraktning for designvannstanden, da den kombinerte sannsynlighet for to ikke-uavhengige hendelser er meget kompleks. Eksempelvis, kombinasjonen Q200+H200 representerer ikke statistisk det samme som Q200; det er langt mer sjeldent og derfor ikke en 200-års hendelse. Følgende designhendelser ble valgt: Q200+Hm: Styrt av Flagstadelva. Q5+H200: Styrt av Mjøsa. Q200 kan pålegges klimafaktor, som ble gjort i det endelige designet. DHI foretok opprinnelig beregninger uten klimapåslag og med eksisterende og foreløpig fremtidig E6. Disse ga innsikt i hvordan det hydrauliske systemet opptrer. Koten m er tilstrekkelig til flomsikring. Koten skal økes ytterligere lengre oppstrøms. Utvidelse av Sælid bru er nødvendig for å møte designkravet på vannstand, som ikke må overstige underkantkoten minus 50 cm. Etter de første beregningene ble det besluttet at klimafaktor skal tas med i designet. Sammen med dette ble eksisterende Sælid bru revidert, og derfor ble beregninger for denne foretatt med klimafaktor. Beregningene viste: E6-koten på m er fremdeles flomsikker på det meste av strekningen fra Sælid bru til Vienkrysset; dette skyldes at Mjøsa H200 er dimensjonerende. E6 må heves ytterligere lengre oppstrøms som følge av klimafaktor, og denne økningen må fortsettes lengre sydover grunnet den høyere vannføringen som presser Mjøsadimensjonerende strekning lengre nedstrøms flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

92 Eksisterende Sælid bru kan ikke oppfylle designkravet for underkantkoten; Sælid bru må gi veldig liten vannstandsgradient for å oppfylle dette designkravet. Det endelige designet ble deretter testet i modellen med de to endelige designhendelsene Q5+H200 og Q200+Hm: E6 ble implementert som fremtidig med 2x2 spor. E6-koter bestemt for eksisterende Sælid bru ble benyttet, da bredere Sælid bru naturligvis ikke kan gi høyere vannstand langs E6. Rv25-koten ble løftet som gitt av tegninger (har ingen innflytelse på designvannstanden, da Rv25 kun kunne oversvømmes for Mjøsa H200, hvor det er veldig lite oppstuvning i systemet). Sælid bru ble revidert til så bred som mulig med de gitte begrensningene; dette var identifisert som avgjørende under tidligere beregninger. Disen bru ble oppdatert til fremtidig design (dette er viktig, da Disen har betydning for vannstanden i Åkersvika for Q200+Hm). Beregninger med dette designet viste: Kotene for E6 bestemt for eksisterende Sælid bru er flomsikre. Oppstuvning fra Disen og Jernbane (utløp fra Åkersvika til Mjøsa) gir problematisk vannstand i Åkersvika på omkring m, noe som gjør det veldig vanskelig å møte designkravet på m ved østlig kant av Sælid bru. Nøyaktig evaluering av vannstanden ved østlig kant av Sælid bru kan foretas i 2D grunnet den høye oppløsningen. Et tverrsnitt trukket ut langs denne kanten viste en vannstand mellom m, mens designkravet er m. Disen- og Jernbaneutløpet fra Åkersvika til Mjøsa har en avgjørende betydning, og med klimafaktor kommer vannstanden i Åkersvika veldig tett opp mot m. Det kan nevnes at uten klimafaktor kan eksisterende Sælid bru oppfylle designkravet. For å være sikre på oppstuvningsberegningene ble disse sammenlignet med energiligningen, og resultatene viste at MIKE 21 og MIKE 11 gir meget sammenlignbare oppstuvninger for disse to bruene. Altså har man et design som ikke oppfyller kravet på m vannstand ved østlig kant av Sælid bru. Aas-Jakobsen opplyste til DHI at underkantkoten til Sælid bru kan økes til m ved bruk av armering, noe som reduserer designkravet til m, og dette er oppfylt med designet flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

93 8 Beregning av flomutbredelse ved Arnkvern Flomberegningen ved Arnkvern ble utført separat og for å unngå sammenblanding rapporteres hele arbeidet med Arnkvern-modellen i dette kapittelet. Arnkvern-modellen er konstruert slik at den deler rand med Flagstadelva-modellen (Figur 8-2). Det bemerkes at det ikke er gunstig å forlenge Flagstadelva-modellen, da dette gir økt regnetid uten å gi en bedre modell. Siden Arnkvern-modellen har mål som er helt uavhengige av Flagstad-modellen, kan Arnkvern-modellen med fordel isoleres fra Flagstad-modellen. Den opprinnelige planen var å bruke Arnkvernvegen som oppstrøms rand med bruen som vannføringsrand, siden det beste er å bruke en smal rand. Bruen viste seg å ikke være en flombarriere, og dermed er Arnkvernvegen et dårlig valg som oppstrøms rand. Modellen ble derfor utvidet 300 m lengre oppstrøms, hvilket ble vurdert som den beste posisjonen for oppstrøms rand. Strømningen her er naturlig kontrahert, og det er ikke mulig å utvide noe lengre oppstrøms, da tilgjengelig data fra laserscan ikke er dekkende. Figur 8-1 Lokasjoner og oppmålt batymetri i Flagstadelva flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

94 Arnkvern modell Flagstadelva modell. Figur 8-2 Modellområder for Flagstadelva og Arnkvern flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

95 Tverrsnitt i Flagstadelva oppmålt av Geoplan 3D Geoplan 3D meddelte at det var mye snø og is i området og kunne derfor bare måle noen få tverrsnitt, vist i Figur 8-1. I denne sammenhengen bør man huske på at elvens tverrsnitt betyr mindre for store flommer, og dersom man bruker elvens batymetri, estimert fra laserscan, vil man få en høyere vannstand. Dermed blir en modell uten elvens korrekte batymetri konservativ. Dette skal vise seg å være irrelevant, da alle resultater viser at hele strekningen til E6, fra Arnkvernkrysset og nedstrøms, er fullt flomsikret for eksisterende vilkår, altså selv med høye estimater på vannstanden. Batymetri Batymetrien er basert på data fra laserscan. Figur 8-3 Batymetri for Arnkvern-modellen, kun laserscan flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

96 Batymetrien er vist i Figur 8-3 og her kan man se at kotene langs E6 er høye i forhold til kotene på flomsletten. Modellen er forlenget så langt oppstrøms som mulig, og er 1300 m x 1300 m: Easting: 77,000 m 78,300 m. nordlige: 1,314,900 m 1,316,200 m. Lengre oppstrøms er det ikke dekning av data fra laserscan. Det bemerkes også at E6 antas som flomsikret i alle beregninger, altså gjøres det ikke noen beregninger for eksisterende E6-koter. Årsaken er først og fremst modellteknisk; det er vanskelig å bestemme vannets skjebne når det strømmer over E6, hvor Flagstadelva-modellen tillot vannet å finne Åkersvika fra vestsiden av E6. Det bemerkes at dette punktet har blitt irrelevant, da kotene på vestsiden av E6 er meget høye; det kommer ingen strømning på vestsiden. Hydraulisk motstand Motstanden er i første omgang satt til konstant M=12 m 1/3 /s. Dette er ikke korrekt, men gir forholdsvis høy vannstand. I prinsippet bør modellen konstrueres med samme motstandstall som for Flagstadelva-modellen, altså M=9 m 1/3 /s i vegetasjon, M=12 m 1/3 /s på flomslette, og M=24 m 1/3 /s i elva. Siden konklusjonene er ganske sikre, ble konstant M=9 m 1/3 /s benyttet i en separat simulering med 200-års flom pluss klimapåslag. Randbetingelser Randbetingelsene er svært enkle: Ved oppstrøms rand benyttes de beregnede Q(T)-verdier fra Multiconsult (2018) for Arnkvernkrysset Tabell 3-1. Nedstrøms genereres en Q-H relasjon fra Flagstadelva-modellen, hvor oppstrøms rand er identisk med nedstrøms rand for Arnkvern. Det er ingen sideelver eller avstikkere. Der er ikke noen ideell oppstrøms rand innenfor området som er dekket av laserscandata. For en beregning av flomutbredelse er det best å benytte en oppstrøms rand med så liten flomutbredelse som mulig. Dette ble gjort for Flagstadelva-modellen, hvor Flagstadelva har høye koter på hver side ved oppstrøms rand. For Arnkvern-modellen ville det naturlige være å fortsette modellen oppstrøms til en posisjon hvor elven har lignende vilkår. Dette er imidlertid vanskelig på grunn av at dekningen av laserdata ikke dekker lenger enn 200 m oppstrøms den valgte randen oppstrøms. Sweco (2015) presenterte resultater for samme område, og disse viser at DHI oppnår en lignende flomutbredelse ved Arnkvernvegen, selv om det er store forskjeller mellom randen oppstrøms i de to modellene. Dermed er ikke modellen anvendelig oppstrøms Arnkvernvegen, men den er nøyaktig nedstrøms Arnkvernvegen, hvor resultatene benyttes i analysen. Modellens rand nedstrøms er identisk med oppstrøms rand for Flagstadelva-modellen. Modellen er meget enkel med designvannføringen til Arnkvern oppstrøms, og Q-H rand nedstrøms uttrukket fra Flagstadelva-modellen. Q-H kurven er vist i Figur flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

97 Q H kurve nedstrøms rand i Arnkvern modell Vannstand [m] Vannføring [m 3 /s] Figur 8-4 Q-H kurve ved nedstrøms rand for Arnkvern-modellen uttrukket fra Flagstadelva-modellen. Nedstrøms rand har meget liten innflytelse. Resultater for 200-års flom og med klimapåslag Resultater for 200-års flom presenteres i dette avsnittet. Flomberegning med batymetri med M=12 m 1/3 /s og Q200 er vist i Figur 8-5: Arnkvernvegen er ikke en flombarriere, som først antatt, og dermed kan man ikke bruke bruen som randbetingelse; første versjon av modellen ble laget med bruen, men altså forlenget ytterligere 300 m oppstrøms. Sammenligning med Sweco (2015) viser at modellen skal forlenges oppstrøms å fange opp flomutbredelse korrekt. Begge modellene viser samme bilde for E6 nedstrøms Arnkvernkrysset, selv om det antas at Swecos beregninger er for høyere vannføring. Swecos resultater antyder oppstuvning oppstrøms bruen, men ikke oversvømmelse ved E6 oppstrøms. Modellen viser at E6 allerede er sikker mot den oppdaterte Q200=183.5 m 3 /s. Oppstrøms Arnkvernkrysset er modellen for kort til å kunne si noe endelig om en oversvømmelse av E6, men kotene i terrenget tyder klart på at Flagstadelva ikke vil gi oversvømmelse flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

98 Figur 8-5 Simulert 200-års flom, konstant M=12 m 1/3 /s. Simulert flomutbredelse for Q200k er vist i Figur 8-6. Denne figuren viser at E6 også er flomsikker for Q200k. Forskjellene mellom flomutbredelse for Q200 og Q200k er veldig små flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

99 Figur 8-6 Simulert flomutbredelse for Q200k=212 m 3 /s, konstant M=12 m 1/3 /s. Som tidligere beskrevet er modellen fortsatt så langt oppstrøms som mulig. Laserscan dekker litt videre oppstrøms, som vist på Figur 8-7, men i dette området er det en sideelv. Modellen ble derfor kun forlenget til denne sideelven. Formålet med Figur 8-7 er å vise: Hele datsettet fra laserscan er inkludert i DEM. E6 dreier vekk fra Flagstadelva oppstrøms Arnkvernkrysset. Kotene er markant høyere vest for Flagstadelvas flomslette, hvilket gir en klar vestlig grense for flommens utbredelse. Sweco (2015) viste også at det ikke er en oversvømmelse ved E6, selv for Q %. Sweco viste oversvømmelse langs sideelven, men ikke ved E flagstadelva hydraulisk modellering / snt /

100 Figur 8-7 Arnkvern modellområde og DEM som dekker hele laserscan-datasettet, samt simulert flomutbredelse for Q200k. Resultater med klimapåslag og høy motstand For å være sikker på at E6 er flomsikker ble flomutbredelse beregnet for 200-års flom med klimapåslag, samt med den høyeste estimert motstanden for vegetasjon, altså M=9 m 1/3 /s. Dette representerer de vilkårene som gir den høyeste vannstanden. Simulert flomutbredelse er vist i Figur 8-8, sammen med 5 tverrsnitt hvor batymetri og vannstand trekkes ut for å illustrere at E6 er flomsikker, og at det er temmelig mye fribord for denne flomsikringen flagstadelva hydraulisk modellering / snt /