~ NVE FLOMBEREGNING GJØV (019.CZ) Lars-Evan Pettersson HYDROLOGISK AVDELING NORGES VASSDR4GS OG ENERGIVERK

Transkript

1 NVE NRGES VASSDR4GS G ENERGIVERK Lars-Evan Petterssn FLMBEREGNING GJØV (019.CZ) HYDRLGISK AVDELING

2 NVE NRGES VASSDRAGS G ENERGIVERK TITTEL FLMBEREGNING GjØV (019.CZ) SAKSBEHANDLER Lars-Evan Petters sn Hydrlgisk avdeling, Seks in Vannbalanse PPDRAGSGIVER Arendals Vasdrags Brugseierfrening RAPPRT Il - 97 DAT RAPPRTEN ER pen PPLAG 15 SAMMENDRAG Flmberegning etter bestemmelsene i "Frskrifter fr dammer" er utført fr Gjøv ved inntaket ved Hunem dam i Arendalsvassdraget. Resultatet av beregningen ble: Dimensjnerende flm: uten tapping fra Nesvatn med tapping fra Nesvatn Pregnelig maksimal flm: uten tapping fra Nesvatn med tapping fra Nesvatn EMNERDISUBJECT TERMS ANSVARLIG UNDERSKRIFi PPDRAGSRAPPRT Arne Tllan Avdelingsdirektør Kntradresse: Middelthunsgate 29 Pstadresse: Pstbks 5091, Ma} sl Tefefn: Telefax: Bankgir: Pstgir: rg. nr.: N MVA BI 1011

3 mslagsbilde: Hunemdammen Ft: Arendals Vasdrags Brugseierfrening

4 FRRD "Frskrifter fr darmner" ble fastsatt ved kngelig reslusjn av 14. nvember 1980 g gjrt gjeldende fra 1. januar Kapittel 7 i frskriftene beskriver de flmberegninger sm skal utføres i frbindelse med darmner. Hydrlgisk avdeling utfører selv slike flmberegninger, g kntrllerer g gdkjenner flmberegninger sm er utført av andre. Freliggende rapprt beskriver fremgangsmten g gir resultatene aven flmberegning bestilt av Arendals Vasdrags Brugseierfrening fr Gjøv i Arendalsvassdraget. s_ seks j nffi'f:

5 INNHLD Side L INNLEDNING 3 2. DIMENSJNERENDE TILLØPSFLM Flmfrekvensanalyser Hydrlgisk mdell 5 3. REGULERINGSSYSTEMET 8 4. DIMENSJNERENDE AVLØPSFLM 9 5. PÅREGNELIG MAKSIMAL TILLØPSFLM PÅREGNELIG MAKSIMAL AVLØPSFLM LITTERATUR 14

6 3 1. INNLEDNING Hydrlgisk avdeling ble i brev av fra Arendals Vasdrags Brugseierfrening bedt m utføre flmberegning fr Gjøv ved inntaket ved Hunem dam i Arendalsvassdraget. Dimensjnerende g pregnelig maksimal flm skal beregnes etter bestermnelsene i "Frskrifter fr darmner". Kartet i figur 1 viser det aktuelle nedbørfeltet. I tabell ler de viktigste feltparametrene listet. Effektiv sjøprsent er beregnet eksklusive Nesvatns sjøareal siden det i første mgang er tilløpsflm sm skal beregnes. Det er valgt dele feltet i t delfelt ved beregningen, Nesvatns felt g Gjøvs lkalfelt. Tabell 1. Feltparametre Felt Feltareal Nrmal- Eff.sjø- Relieffavløp prsent frhld A QN ASE HL (km 2 ) (l/s*km 2 ) (%) (m/km) Nesvatn Gjøv, lkalfelt Figur 1. Gjøvs nedbørfelt

7 4 2. DIMENSJNERENDE TILLØPSFLM Tilløpsflm er flm til magasinet eller et punkt i vassdraget fra et felt, nr det er tatt hensyn til flmdempningen i venfrliggende magasiner g eventuelle verføringer. Dimensjnerende tilløpsflm er den tilløpsflm sm har et gjentaksintervall p 1000 r, Q1000. Denne beregnes enten i hvedsak ut fra frekvensanalyser av bserverte flmmer, eller ut fra nedbørsnøsmeltedata ved bruk aven nedbør-avløpsmdell. Avløpsflm beregnes ved rute tilløpsflm gjennm magasinet fr ta hensyn til magasinets g flmavledningsrganenes flmdempende innvirkning. 2.1 Flmfrekvensanalyser Analyser av flmdata fra mlestasjner i det aktuelle mrdet viser at det er høstflmmer sm er de største i mrdet. Flmfrekvensanalyser er utført fr nen nærliggende mlestasjner, se kartet i figur 2. Resultatene fra flmfrekvensanalysene er vist i tabell 2. Figur 2. Hydrlgiske mlestasjner.

8 5 Tabell 2. Flmfrekvensanalyser fr høstflmmer (aug. -des. ) Avløpsstasjn Felt- Antall Varig- Middelflm, areal bs.r het QM Q1000 km 2 døgn m) Is 1/s*km 2 QM Tvsliøytjønn Jørundland Stigvassi Austen Vikstølvatn Gjerstad Middelflm, QM, fr et felt uten avløpsbservasjner kan beregnes ut fra reginale frmler basert p feltparametre. Disse flmfrmler er utledet i "Reginal flmfrekvensanalyse fr nrske vassdrag". Frmelen fr Hl-mrder ble benyttet fr Nesvatns felt g fr Gjøvs lkalfelt. QM fr Nesvatn ble beregnet til 245 1/s*km 2, g fr Gjøvs lkalfelt til 285 1/s*km 2 Reginale flmfrekvensanalyser antyder et frhldstall p ver 4 fr høstflmmer i den aktuelle reginen. ("A reginal fld frequency analysis f Nrwegian catchments" g "Reginal flmfrekvensanalyse fr nrske vassdrag"). Dette er ne høyere enn hva flmfrekvensanalysene i tabell 2 gir. Med en faktr p 4.0 g middelflmverdiene ut fra flmfrmler blir Q1000 fr Nesvatn / s*km 2 g fr Gjøvs lkal felt /s*km 2 Middelflmverdien 245 1/s*km 2 fr Nesvatn er ne str sammenlignet med QM fr Tvsliøytjønn sm er et delfelt til Nesvatn. Q1000 fr Tvsliøytjønn er 724 1/s*km 2 Middelflmverdien fr Gjøvs lkalfelt p 285 1/s*km 2 vurderes sm rimelig sammenlignet med bserverte flmdata. De nærliggende stasjnene Jørundland g Austen har betydelig større sjøprsent enn Gjøvs lkalfelt g Gjøv bør derfr ha større middelflm enn disse. Stigvassi er et mye mindre felt enn Gjøvs lkalfelt g bør derfr ha større middelflm enn Gjøv. 2.2 Hydrlgisk mdell Q1000 kan sm nevnt gs beregnes ved bruk aven nedbør-avløpsmdell. Denne er nærmere beskrevet i rapprten "Hydrlgisk mdell fr flmberegninger". Det antas at Q1000 frrsakes av nedbør med gjentaksintervall 1000 r, M1000. Mdellparametrene beregnes ut fra frmler basert p feltparametrene effektiv sjøprsent ASE' relieff-frhldet HL g nrmalavløpet QN. Reliefffrhldet HL er definert sm høydefrskjellen i meter mellm 25% g 75%-passasjen p feltets hypsgrafiske kurve, dividert med feltaksens lengde. De beregnede mdellparametrene er vist i tabell 3.

9 6 Tabell 3. Mdellparametre Felt Feltareal Øvre tømme- Nedre tømme- Terskelkm 2 knst. Kl knst. K2 verdi,t Nesvatn Gjøv, lkalfelt Ekstreme nedbørverdier er beregnet av Det Nrske Meterlgiske Institutt fr Øvre del (Telemark) g nedre del (Aust-Agder) av Arendalsvassdraget. Det benyttes ekstreme nedbørtall fr Øvre del fr Nesvatnfeltet g fr nedre del fr Gjøv lkalfelt. Det benyttes samme arealreduksjnsfaktrer fr nedbøren i begge feltene, representerende ttal feltet p 484 km 2 Arealreduserte ekstreme nedbørverdier er vist i tabell 4. Tabell 4. Arealredusert ekstrem nedbør fr frskjellige varigheter, høstnedbør Nesvatn Varighet (timer) M1000 (mm) PMP (mm) Gjøv, lkalfelt Varighet ( timer) M1000 (mm) PMP (mm) Nedbørfrløp basert p M1000-verdiene knstrueres med tidsskritt 2 timer. Ut fra disse nedbørfrløp simuleres flmmer i de t delfeltene. Se figur 3 g 4. Flmmene antas ha gjentaksintervall 1000 r nr man betrakter Gjøvs ttalfelt. Flmmen i Nesvatns felt er ne mindre enn dimensjnerende tilløpsflm til Nesvatn. Resultatet av simuleringene er vist i tabell 5. Tabell 5. Simulering av flmmer ved Q1000 fr Gjøv Nesvatn Gjøv, lkalfelt Maks. m' Is vannføring l/s*km Døgnmiddelvannf. m'/s l/s*km

10 7 ".-.. III " r<j.. \SI...J > «C! N ill C! til AREAL KM2 TIDSSKRITT 2 TIMER NEDB.KRR 1.00 QBS. TERSKEL 35.8 TØMMEKNST TØMMEKNST QSIM. MM l/time 1 /TIME +LDUIrD+=d TID.TIMER. <Xl (Q '<t N ".-.. l')edbl1ll'" 36pHl :3.0': C'!l: (SI CD w Z " v"",,f,,{;,, 36s J :'j': le 11 1 L 38""' -15.';-''':, l ',il JE ,").; 8 13]. h' 128. l> ll}. )3S le 1,'';. jl-l :;i'" "" Figur 3. Simulering av tilløpsflm til Nesvatn ved Ql000 fr Gjøv. Tidsskritt 2 timer. C! ".-.. III '<I " r<j '-'.. (SI..J > r<j «2 AREAL TIDSSKRITT 2 NEDB.KRR QBS. KM2 TIMER 1.00 TERSKEL 23.8 TØMMEKNST TØMMEKNST QSIM. MM l/time l/time <Xl ".-..!l: (SI CD W Z,.,e&b"r 4. C"}0 000 V().... "'f0{i,, 9.5'J EC, N 60. TID.TIMER. (Q '<I N )82 34B ; )01. 94" GJ :,:;5 l 3., 1 4 " l s" ' " Figur 4. Simulering av tilløpsflm i Gjøvs lkalfelt ved Ql000 fr Gjøv. Tidsskritt 2 timer.

11 8 Den spesifikke døgnmiddelvannføringen, ut fra simulering i nedbør-avløpsmdell, er lavere fr Nesvatn enn hva man kan ansl ut fra reginale flmdata, avsnitt 2.1. Fr Gjøvs lkalfelt verensstemmer de bra med hva sm i avsnitt 2.1 ble ansltt ut fra flmdata fra nærliggende mlestasjner. De simulerte flmmene antas representere tilløpsflmmer i delfeltene ved dimensjnerende flm i Gjøv. 3. REGULERINGSSYSTEMET Fr beregne avløpsflmmene rutes tilløpsflmmene, tillagt eventuelle verføringer, gjennm magasinene. Flmdempningen avhenger bl.a. av magasinets størrelse g flmavledningsrganenes.kapasitet, dvs. avløpskurven. Ved rutingen, sm utføres ved bruk av et dataprgram ved Hydrlgisk avdeling, frutsettes magasinvannstanden ligge p HRV ved flmmens begynnelse. Det regnes ikke med nen verføringer innen vassdraget ved denne flmberegning. Den magasinstørrelse sm er interessant ved flmberegning er vlumet ver HRV. Magasinet beskrives av vlumet ved t frskjellige vannstander. Verdiene kan tas ut fra en magasinkurve eller beregnes ut fra sjøarealet ved HRV. Fr Nesvatn benyttes magasintall gitt av Arendals Vasdrags Brugseierfrening. HRV er m.h. Se tabell 6. Inntaksmagasinet ved Hunem har s lite areal at det ikke har nen flmdempende betydning, dvs. avløpsflmmen er lik tilløpsflmmen. Tabell 6. Magasinvlumer fr Nesvatn Vannstand m.h Magasinvlum 10 6 m Dammen ved Nesvatn har et verløp med terskel p m.h., lengde 29.0 m g verløpskeffisient En br ver verløpet ligger s høyt at den aldri vil frstyrre avløpet. Avløpskurven blir: Q = ( H ) l < H Det kan tappes vann ut fra Nesvatn, maksimalt 80 m 3 /s, gjennm en tunnel. Vannet kan g til en kraftstasjn eller direkte ut i elven nedstrøms dammen. Ved flmberegningen regnes det bde uten g med denne tapping.

12 9 4. DIMENSJNERENDE AVLØPSFLM Den i avsnitt 2.2 simulerte flmmen l Nesvatns felt rutes gjennm magasinet g avløpsflm g flmvannstand beregnes, se figur 5. Avløpsflmmen kulminerer meget sent p en vannføring nært 70 m 3 js. " z D:: & Le Z Z III III hl VANNSTAND s1001 TILLØP,... till.t.j> vt. cl AVLØP,- -,,- -, -, ".)... TID. TIMER. 00 '-" 36s1001 3Ghl e. id Z e.740 S « S ".) f Vl Z S Z 22.0:23 SlD.IG3 « > S ".) : Sl.334 "' ".) i? ls S ".) ,f Sl ".) S ()..vlp )6al.ll S BS S Figur 5. Flm i Nesvatn. Tidsskritt 2 timer. Den simulerte flmmen i Gjøvs lkalfelt, tillagt avløpsflmmen fra Nesvatn, tilsvarer dimensjnerende flm i Gjøv ved inntaksdammen ved Hunern. Dimensjnerende flm blir 372 m 3 js. I figur 6 vises dimensjnerende flm i Gjøv ved Hunem med bidragene. Hvis det regnes med tapping fra Nesvatn p maksimalt 80 m 3 js blir dimensjnerende flm i Gjøv ved inntaksdammen ved Hunem 445 m 3 js. Bidraget fra Nesvatn blir alts betydelig større.

13 10 t2 ai.1002 G i "V vt.-d Hu.",e. Fl \I \ '" f NeI v", \ (;- i" v l L.. CA l e 1+ (.!) z t.. z r<) «> N r t==---' , , , TID.TIMER. 3 6 gla ] B B al 36t l ':: B BB. le- 3B HJ Figur 6. Dimensjnerende flm i Gjøv ved Hunem med de frskjellige bidragene. Uten tapping fra Nesvatn. 5. PÅREGNELIG MAKSIMAL TILL0PSFLM Pregnelig maksimal tilløpsflm, PMF, kan ikke knyttes til ne bestemt gjentaksintervall. Den fastsettes p grunnlag aven analyse av ugunstige kmbinasjner av meterlgiske g hydrlgiske frhld g beregnes p tilsvarende mte sm dimensjnerende tilløpsflm. De beregnede verdiene fr pregnelig maksimal nedbør, PMP, i tabell 4, legges til grunn fr et nedbørfrløp. I tillegg m det regnes med et bidrag fra snøsmelting. Nr feltet kan være helt snødekket m høsten, i nvember mned, antas middeltemperaturen i feltet kunne være 4-S C under en str nedbørsituasjn. Med en graddagsfaktr p 4 mm/c * døgn ansls snøsmeltebidraget til 16 mm vann/døgn i Nesvatns felt g til 20 mm vann/døgn i Gjøv lkalfelt. Ut fra de kmbinerte nedbørsnøsmeltefrløpene simuleres pregnelig maksimal flm i de t delfeltene. Se figur 7 g 8. Resultatet av simuleringene er vist i tabell 7.

14 11 /tj'...:.. I/) "J "- I') :::!: ' "J Il.!Sl...J > "J IV ' ' /tj "- ' "- ' /tj 1 AREAL KM2 TIDSSKRITT 2 TIMER NEDS.KRR 1.00 QSS. TERSKEL 35.8 TØMMEKNST TØMMEKNST QSIM. MM 1/TIME l/time ' lud+tiitlq TID.TIMER.,..., :::!: :::< ei III ei ei III tr!sl CD w z..,edb..,.. s",.e""e\\;., vq."'i.\,.i"l 36spmfl e :"JC' 16 48a c :' c' Y)C '92 55,a, ,y;[. 9l a as3 332 ' H5 Bas 1C. :":' 34a c, 343.7) a ,/ E'6 Figur 7. Simulering Tidsskritt av tilløpsflm til 2 timer. Nesvatn ved PMF fr Gjøv. '...:.. I/) " "- I') :::< ' re Il.!Sl...J > "J0' 0 ' ' "J ' 0 ' "- '. 2 AREAL KM2 TERSKEL TIDSSKRITT 2 TIMER TØMMEKNST NEDS.KRR 1.00 TØMMEKNST QSS. QSIM MM l/time /TIME,..., :::!: :::!: ei tr III!Sl CD W Z ei ei l ei TID.TIMER. ".. db",.. \'\Il""cI\;.,:\ v 0.\<'''.(',",,,':l 36pmps2 36spmf B B.aD B9.0D lL ) C' '": Figur 8. Simulering av tilløpsflm l Gjøv. Tidsskritt 2 timer. Gjøvs lkalfelt ved PMF fr

15 12 Tabell 7. Simulering av flmmer ved PMF fr Gjøv Nesvatn Gjøv, lkalfelt Maks. m' Is vannføring l/s*km Døgnmidde1vannf. m 3 Is 1/s*km Døgnmiddelvannføringen ved PMF blir 2.14 ganger døgnmiddelvannføringen ved QI000 fr Nesvatn g 1.93 ganger fr Gjøvs lkalfelt. 6. PÅREGNELIG MAKSIMAL AVL0PSFLM Beregningen av pregnelig maksimal avløpsflm fregr p tilsvarende mte sm ved dimensjnerende flm. Den i avsnitt 5 simulerte flmmen i Nesvatns felt rutes gjennm magasinet g avløpsflm g flmvannstand beregnes, se figur 9. Avløpsflmmen kulminerer meget sent p en vannføring nært 180 m 3 /s. spmf1 TILLØP hpmf1 VANNSTAND apmf1 AVLØP VI fl) (:J Z ::!Sl "- Z Z 4: > ;Ilf' v,;t. 36spmfl 36hpmfl C! B, LI) Z 16.4S '? SS l VI Sla.182 Z Il! Z : > LI) ry C! l.310 Il) "- LI) u2 316.a:;n S SS.941 LI) 511.S2J "- 2S2.5'::; SS S LI) ) ;0 TID.TIMER...vl"p 36apmfl sag t.S J Figur 9. Flm l Nesvatn. Tidsskritt 2 timer.

16 13 Den simulerte flmmen i Gjøvs lkalfelt, tillagt avløpsflmmen fra Nesvatn, tilsvarer pregnelig maksimal flm i Gjøv ved inntaksdammen ved Hunern. Pregnelig maksimal flm blir 727 m 3 /s. I figur 10 vises pregnelig maksimal flm i Gjøv ved Hunem med bidragene. Hvis det regnes med tapping fra Nesvatn p maksimalt 80 m 3 /s blir pregnelig maksimal flm i Gjøv ved inntaksdammen ved Hunem 787 m 3 /s. Bidraget fra Nesvatn blir alts betydelig større. tpmf2 apmf1 apmf2 G- iv v 1-1"'''''''''''0 PI vi.. ", Ne.v.{", G-i "V l L..",I le 14.. (!) z IL Z Z > ID 'V N ci-.===----, , , , TID.TIMER. 36apmfl S S S :;' fi'1pmf ) tpmf ' Figur 10. Pregnelig maksimal flm i Gjøv ved Hunem med de frskjellige bidragene. Uten tapping fra Nesvatn.

17 14 7. LITTERATUR ED/NVE: 1981: Frskrifter fr dammer. Universitetsfrlaget. le Einar Tveit: 1993: A reginal fld frequency analysis f Nrwegian catchments. Institute f Gephysics, Blindern. NVE: 1978: NVE: 1983 : NVE: 1986: Reginal flmfrekvensanalyse fr nrske vassdrag. Rapprt nr.2, Hydrlgisk avdeling. Hydrlgisk mdell fr flmberegninger. Rapprt nr.2, Hydrlgisk avdeling. Beregning av dimensjnerende g pregnelig maksimal flm. Retningslinjer. V-publikasjn nr.1, Vassdragsdirektratet.

18 Denne serien utgis av Nrges vassdrags- g energiverk (NVE) Adresse: Pstbks 5091 Majrstua, 0301 sl I 1997 ER FØLGENDE RAPPRTER UTGITT: Nr 1 Nr 2 Nr 3 Nr 4 Nr 5 Nr 6 Nr 7 Nr 8 Nr 9 Nr10 Nr11 Ingebrigt Bævre: Skjøtselsplan fr vegetasjn i Surna (112.Z) g regulerte sideelver. (17 s.) Anund Sigurd Kvambekk: Temperatur- g saltmlinger g isfrhld i Hlandsfjrden g Glmfjrden før pningen av Svartisen kraftverk ( ). (24 s.) Sverre Husebye: Fysiske g kjemiske frhld undersøkt i frbindelse med vanninntak; Tvillingvatn, Ny-Alesund, Spitsbergen. (21 s.) Hans tnes, Frde Trengereid g Kjetil Strset: Arsrapprt fr Nrges vassdrags- g energiverk (NVEs) havarigruppe. (17 s.) Trger Wisth g Mads Jhnsen: E6 Medi - kshammeren. Vassdragsvurderinger. (11 s.) Bjarne KjølImen: Vlumendringer p Harbardsbreen (17 s.) Lars-Evan Petterssn: Flmberegning Riksheimelva (097.6Z). (15 s.) Eirik Traae: ppfylling av Eikebergrnyra - Vassdragsteknisk vurdering. (12 s.) Randi Pytte Asvall: Nytt Tyin kraftverk. Virkninger p vanntemperatur- g isfrhld samt frekmst av frstrøyk. (18 s.) Hans Christian lsen g Margrethe Cecilie Elster: Sedimentundersøkelser i Mandalsvassdraget (vassdragsnr. 022) (52 s.) Lars-Evan Petterssn: Flmberegning Gjøv (019.CZ). (14 s.)