VEDLEGG: HYDROLOGISKE OG HYDRAULISKE BEREGNINGER BEREGNINGER REGULERINGSPLAN FV. 17 KVARVING - ØSTVIK. Steinkjer kommune

Transkript

1 VEDLEGG: HYDROLOGISKE OG HYDRAULISKE BEREGNINGER BEREGNINGER REGULERINGSPLAN FV. 17 KVARVING - ØSTVIK Steinkjer kommune Region midt Steinkjer kontorsted

2 III FORORD Asplan Viak er engasjert av Statens vegvesen Region midt for å utarbeide detaljregulering for Fv. 17 Dyrstad- Østvik. Denne rapporten omhandler hydrologiske og hydrauliske beregnigner som danner grunnlag for omlegging av Kvavingbekken i forbindelse med planleggingen av strekningen Kvarving Østvik. Truls Tharalsen har vært oppdragsleder for Asplan Viak. Rapporten er utarbeidet av Haregewoin Haile Chernet og Åsta Gurandsrud Hestad. Tone Bromstad er kontaktperson for oppdraget hos Statens vegvesen. Trondheim, Truls Tharalsen Oppdragsleder Haregewoin Haile Chernet Åsta Gurandsrud Hestad NN Hydrolog Hydrolog Kvalitetssikrer Statens vegvesen Asplan Viak AS

3 IV INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Sammendrag Bakgrunn Feil! Bokmerke er ikke definert. 2.2 Prosjektområdet Flomberegning Forutsetninger Oppsummering av flomberegning utført av Statens vegvesen Oppdatert flomberegning Sammenligning av resultater Anbefalt verdi til videre beregninger Forslag til utforming av ny bekkestrekning Forslag til utforming av nytt bekkeløp Hydraulisk kapasitet av nytt bekkeløpet Kalibrering av modell Kvarving bru Data for ny kulvert Resultater Flomsikkert nivå for ny Fv Kapasitetsvurdering av ny kulvert Erosjonssikring Dimensjonering av bunnplastring ved kulvertinnløp Dimensjonering av plastring ved kulvertutløp Dimensjonering av bunn og sideplastring av nytt bekkeløp Sikring av fyllinger og skjæringer Referanser Vedlegg...22 Statens vegvesen Asplan Viak AS

4 1 1 SAMMENDRAG I forbindelse med planlegging av ny Fylkesvei 17 mellom Kvarving og Østvik, skal legges om på deler av strekningen. Det er satt opp en hydraulisk modell for den aktuelle bekkestrekningen. Modellen er brukt som grunnlag for å prosjektere nytt bekkeløp. Plassering og utforming av bekkeløpet er gjort i samarbeid mellom hydrolog, veiplanlegger og landskapsarkitekt. Det nye bekkeløpet er dimensjonert for å ha kapasitet til å avlede 200- årsflom uten at nye eller gammel veistrekning blir berørt. Beregnet 200-årsflom er inkludert et klimatillegg på 50 % for å ta hensyn til fremtidige klimaendringer. Det nye bekkeløpet blir ca. 820 m langt. Som grunnlag for beregningene er det benyttet bunnbredde på 2 m og helning på sideskråning 1:1,5. Det er planlagt en ny kulvert på strekningen. Kulverten vil lede det nye bekkeløpet gjennom ny veistrekning slik at det kan kobles sammen med eksisterende bekkeløp. Den nye kulverten vil ha bredde 3,5 meter, og høyde 3 meter. Dette er den samme dimensjonen som for kulverten som er planlagt gjennom Østvikkrysset. Denne kulverten er prosjektert av Statens vegvesen. Det er kontrollert at den nye kulverten vil ha kapasitet til å avlede 200-årsflom med klimatillegg. Innløp og utløp for den nye kulverten må erosjonssikres. Ved utløpet av kulverten er det også planlagt et energidreperbasseng. Bunn og sideskråninger i det nye elveløpet plastres for å hindre erosjon. Fyllinger og skjæringer mot må også erosjonssikres. Prinsipp for dimensjonering av erosjonssikring er basert på veileder fra NVE.

5 2 2 BAKGRUNN I forbindelse med planlegging av ny Fylkesvei 17 mellom Kvarving og Østvik, skal legges om på deler av strekningen. Dette notatet omfatter hydrologiske og hydrauliske beregninger som danner grunnlag for prosjektering av nytt bekkeløp. 2.1 har et nedbørfelt ned til Østvikkrysset på 9,5 km², og en middelvannføring på 0,25 m³/s. Feltegenskaper for nedbørfeltet er vist i Tabell 2-2. Figur 2-1: Nedbørfelt til ved Østvikkrysset (Kilde: NVE Atlas) 2.2 Prosjektområdet Figur 2-2 viser prosjektområdet for ny Fv 17, og strekningen der det skal etableres et nytt bekkeløp for. Statens vegvesen Asplan Viak AS

6 3 Figur 2-2: Prosjektområdet for Fv 17 og strekning for nytt bekkeløp for. Kilde: NVE Atlas Statens vegvesen Asplan Viak AS

7 4 3 FLOMBEREGNING 3.1 Forutsetninger Dimensjonerende flomstørrelse/returperiode Aktsomhetskart i NVE Atlas viser at områdene langs er flomutsatt, se Figur 3-1. Anbefalt sikkerhetsnivå for infrastruktur i flomutsatte områder er 1/200, dvs. et gjentaksintervall på 200 år (NVE, 2008). 200-årsflom er benyttet som dimensjonerende flomstørrelse for nytt bekkeløp for. Figur 3-1: Flomutsatt område langs. Kilde: NVE Atlas Klimafaktor Statens vegvesen har benyttet klimafaktor på 1,4 i sine beregninger. NVE anbefaler at det benyttes klimafaktor på 1,4 for mindre nedbørfelt (< 50 km²) (NVE, 13/2015). I henhold til Statens vegvesens Håndbok N200, skal det benyttes klimafaktor på 1,5 for konstruksjoner med levetid 100 år (Statens vegvesen, 2014). Det er derfor benyttet klimafaktor på 1,5 i Asplan Viak sine beregninger. 3.2 Oppsummering av flomberegning utført av Statens vegvesen I forbindelse med dimensjonering av kulvert gjennom Østvikrysset har Statens vegvesen beregnet flomstørrelse for 200-årsflom med tre ulike metoder. Resultatene er vist i Tabell årsflom lik m³/s ble benyttet i dimensjonering av kulverten. Statens vegvesen Asplan Viak AS

8 5 Tabell 3-1: Flomberegninger utført av Statens vegvesen Beregningsmetode Q200 (m³/s) Q200 inkludert klimatillegg, 40 % (m³/s) Kommentar Rasjonelle metode 9,05 Gyldighet for formel er for felt <5 km² NEVINA 15,1 21,1 Flomfrekvensanalyse 26,56 Beregningsmetode er trolig flomfrekvensanalyse, men dette kommer ikke tydelig frem 3.3 Oppdatert flomberegning Fremgangsmåte for beregning av valgt flomstørrelse kommer ikke tydelig frem i notatet fra SVV. Det er derfor utført en oppdatert flomberegning for å kontrollere resultatene i notatet. Det er benyttet flomfrekvensanalyse og flomformler for små nedbørfelt Referansestasjoner Det finnes ikke vannføringsdata fra. Det er derfor benyttet vannføringsdata fra en av NVEs målestasjoner i nærheten. Det er få målestasjoner i området rundt. Det er sett på nedbørfelt og feltparemetere for to aktuelle målestasjoner. Data for disse stasjonene er vist i Tabell Øyungen har et nedbørfelt som er mye større enn. Nedbørfeltet har høyere effektiv sjøprosent og spesifikk avrenning, og ellers lite sammenfallende egenskaper med feltet til Moen har mindre nedbørfelt enn Øyungen, men det er fortsatt en god del større enn nedbørfeltet til. Effektiv sjøprosent er sammenlignbar, ellers er det lite samsvar mellom feltegenskapene til de to nedbørfeltene. Det er likevel vurdert at Moen er den målestasjonen som best representerer. Vannføringsdata fra denne målestasjonen er derfor benyttet i videre beregninger for Moen har data fra perioden Vannføringskurven er beskrevet som middels i NVEs database Hydra II. Statens vegvesen Asplan Viak AS

9 6 Tabell 3-2: Data for nedbørfelt til og NVEs målestasjoner Stasjonsnr Navn/nedbørfelt Moen Øyungen Dataperiode Areal på nedbørfelt, A (km²) Middelvannføring, QN (m³/s) Spesifikk middelvannføring, qn (l/s/km²) Spesifikk middelvannføring, qn (l/s/km²) (måleserie) 9,5 64,3 239,6 0,25 4,04 12,3 26, , ,5 Laveste punkt i feltet, Hmin (moh.) Høyeste punkt i feltet, Hmax (moh.) Høydeintervall, H (m) Feltlengde, L (km) ,9 14,5 21,7 Effektiv sjøprosent, ASE 0 0,02 1,4 Sjøprosent (%) 0,1 1,25 6,1 Snaufjellsprosent, ASF 0 57,1 26,6 Skogprosent (%) 50,2 30,1 39,6 Myrprosent (%) 5,5 9,0 18,7 Urbanprosent (%) 0,6 0 0 Dyrket mark (%) 41,6 0 0,2 Spesifikk middelflom (l/s/km²) NEVINA Spesifikk middelflom (l/s/km²) FFA Flomfrekvensanlyse Flomfrekvensanalysen er utført ved bruk av programmet DAGUT (ekstremverdianalyse) i NVEs database Hydra II. Det er beregnet middelflom og vekstfaktorer Moen ligger i et område der de fleste flommer forekommer vår, høst og vinter. Flomfrekvensanalysen er gjort med årsverdier. (Pettersson, 2009) Middelflom og vekstfaktor Middelflommen er gjennomsnitt av største flom hvert år eller hver sesong. q M er spesifikk middelflom, dvs. flom per areal (l/s/km 2 ). Beregnet spesifikk middelflom er 599 l/s/km 2. Statens vegvesen Asplan Viak AS

10 7 Vekstfaktor er forholdet mellom middelflom og flom med ulike gjentaksintervall. Beregningene bruker flommenes middelvannføring over et døgn (døgnmiddel). Det er benyttet Weibullfordeling. Vekstfaktorer fra flomfrekvensanalysen er vist i Tabell 3-3. Tabell 3-3: Vekstfaktorer, QT/QM QT/QM Moen K2 Flomformler for små nedbørfelt Q50/QM 1,37 1,9 2,07 Q100/QM 1,41 2,1 2,39 Q200/QM 1,44 2,3 2,74 Q1000/QM 1,51 2,7 3,78 For sammenligning er også tilsvarende vekstfaktorer beregnet ved hjelp av regionale flomfrekvenskurver for flomregion K2 (NVE, 2011) og flomformler for små nedbørfelt (NVE, 2015) Flomformler for små nedbørfelt (NIFS) NVE har utviklet et nasjonalt formelverk for beregning av middelflom og vekstkurver for felt <50 km 2 (NVE, 7/2015). Formelverket er basert på regresjonsanalyser, og er testet på over 4000 nedbørfelt. Inngangsparameterne til formelen er feltareal, midlere avrenning og effektiv sjøprosent. Det henvises til NVE (2015) for beskrivelse av formelverket. Formlene blir benyttet for nedbørfeltene når feltarealene er < 50 km 2. Resultatene gitt av flomformlene fra NVE (7/2015) er vist i Tabell 3-4. (medianverdi) er gitt som kulminasjonsverdier. Flomverdiene 3.4 Sammenligning av resultater Sammenstilling av resultater for beregnede flomstørrelser med ulike beregningsmetoder er vist i Tabell 3-4 Tabell 3-4: Sammenligning av resultater Beregningsmetode Q200 (m³/s) q200 (l/s/km²) Flomfrekvensanalyse 16, ,7 Flomformler små felt 15, ,94 NEVINA kartverktøy 15, ,7 Q200 inkludert klimatillegg, 50 % (m³/s) Kommentar Flomstørrelse fra SVV ,56 Klimafaktor 1,4 Flomstørrelse fra SVV ,5 Statens vegvesen Asplan Viak AS

11 8 3.5 Anbefalt verdi til videre beregninger Tabell 3-4 viser at det er rimelig samsvar mellom beregnede flomstørrelser. Resultatene vurderes derfor å være rimelige. Flomstørrelsen beregnet av Statens vegvesen korrigert for klimafaktor på 1.5 har høyest verdi. For å være på den sikre siden, anbefales det derfor å benytte denne flomverdien i videre beregninger. Beregnet 200-årsflom inkludert klimafaktor på 1,5 er beregnet til 28,5 m³/s. 4 FORSLAG TIL UTFORMING AV NY BEKKESTREKNING 4.1 Forslag til utforming av nytt bekkeløp Det nye bekkeløp blir ca. 820 m langt. Som grunnlag for beregningene er det benyttet bunnbredde på 2 m og helning på sideskråning 1:1, Hydraulisk kapasitet av nytt bekkeløpet Det er gjort en hydraulisk beregning av nytt elveløpet ved bruk av programmet Hec-Ras. Beregningene er gjort for å fastsette dimensjonerende vannstandsnivåer og vannhastigheter som danner grunnlag for vurdering av kanalens kapasitet og flomsikkerhet for ny Fv Oppsett av modell Elveløpet er modellert med programvaren Hec-Ras. Det er generert en terrengmodell basert på kartdata og tegninger for den planlagte nye veistrekningen for FV17. Elvebunn og terrenget i den hydrauliske modellen er representert i form av tverrprofiler som er tatt ut fra terrengmodellen. Tverrprofilene benyttet i modellen er vist på Figur 4-1. Manningstall, n, (hydraulisk ruhet) er bestemt på grunnlag av litteratur (Chow, 1988). Ruheten (n = 1/M) i åpne kanalen er satt til n = 0,035 (Mannings tall, M = 28) og utenfor elveløpet er n = 0,013 (M = 76). Som oppstrøms og nedstrøms grensebetingelse er normalstrømning benyttet. 4.3 Kalibrering av modell Det foreligger ikke kalibreringsdata, det vil si samtidig innmåling av vannføring og vannstand, for elvestrekningen. Det er derfor ikke mulig å kalibrere modellen mot observerte data. For å vurdere usikkerheten i beregningsresultatene er det gjort en sensitivitetsanalyse av beregningene der ruheten (Mannings tall) er økt med 25% for samme vannføring. Resultatet er vist i Tabell 4-1. Analysen viste at en 25 % økning av ruhet i elveløpet ga en økning i vannlinje for nytt elveløp opptil 36 cm ved 1,5*Q 200. På bakgrunn av en vurdering av sensitivitetsanalysen, anbefales det å benytte en sikkerhetsmargin på minimum 50 cm over beregnet 200-års vannlinje. Beregnet vannlinje pluss 0,5 meter angir derfor flomsikkert nivå. Statens vegvesen Asplan Viak AS

12 9 Tabell 4-1: Beregnet vannstand for 1,5*Q200 med 25% økning i Mannings tall (n). Profil [nr] Vannstand [m.o.h] Differanse [m] n n+25% Profil 1 43,51 43,51 0 Profil 2 42,94 42,94 0 Bru Profil 3 40,86 40,86 0 Profil 4 40,66 40,81 0,15 Profil 5 40,99 41,01 0,02 Profil 6 39,69 39,76 0,07 Profil 7 38,22 38,31 0,09 Profil 8 37,14 37,24 0,1 Profil 9 36,05 36,14 0,09 Profil 10 34,56 34,62 0,06 Profil 11 32,99 33,08 0,09 Profil 12 32,09 32,18 0,09 Profil 13 31,48 31,58 0,1 Profil 14 30,42 30,5 0,08 Profil 15 29,51 29,61 0,1 Profil 16 27,97 28,05 0,08 Profil 17 26,03 26,09 0,06 Profil 18 23,83 23,88 0,05 Profil 19 22,72 22,81 0,09 Ny Kulvert Profil 20 22,59 22,67 0,08 Profil 21 22,48 22,69 0,21 Profil 22 22,49 22,5 0,01 Profil 23 21,87 21,95 0,08 Profil 24 20,5 20,86 0,36 Profil 25 19,81 19,92 0,11 Profil 26 19,9 19,96 0,06 Statens vegvesen Asplan Viak AS

13 Figur 4-1: Figuren viser plassering av tverrprofiler benyttet i Hec-Ras modellen for nytt bekkeløpet. 10

14 Kvarving bru Kvarving bru ligger på den eksisterende Fv17, og ligger på starten av den modellerte bekkestrekningen. Data for Kvarving bru er vist i Tabell 4-2 og Figur 4-2. Data er hentet fra ferdigbrutegning fra Statens vegvesen. Tabell 4-2: Data for Kvarving bru. Lengde Lysåpning Bredde Høyde, underkant 8,17 m 3,23 m 3,10 m Figur 4-2: Skisse av Kvarving bru. 4.5 Data for ny kulvert Forslag til dimensjoner for den nye kulverten er vist i Tabell 4-3. Topp veg bør ligge minst 0,5 m over topp av kulvert (SVV, HB N200). Tabell 4-3: Data for ny kulvert. Høydereferanse NN2000. Type Vingemur Rektangulær betongkulvert 30 o 75 o Lengde (m) 15,5 Lysåpning: H x B (m) 3,0 x 3,5 Innløpshøyde Kote +21,5 Fall i gjennomløp (%) 1,68 %

15 Resultater Modellen er kjørt for en 200-årsflom med klimafaktor 1,5 beregnet til 28,5 m 3 /s. Resultatene for hydrauliske beregningen er vist i Tabell 4-4. Figur 4-3 viser beregnet vannlinje som lengdeprofil. Tabell 4-4: Beregnede vannstander, vannhastigheter og Froude tall ved tverrprofilene (Profil 1 til Profil 27). Høydereferanse NN2000. Profil [nr] Veg Profil Nr. Innvendig bunn [m.o.h] Vannstand [m.o.h] 1,5*Q200 = 28,5 m 3 /s EG Høyde* [m.o.h] Hastighet [m/s] Froude tall Profil 1 40,02 43,51 43,54 0,82 0,15 Profil 2 39,76 42,94 43,48 3,25 0,59 Bru Profil 3 39,36 40,86 43,21 6,79 1,79 Profil ,34 40,66 42,32 5,68 1,7 Profil ,27 40,99 41,48 2,7 0,7 Profil ,42 39,69 40,86 4,53 1,38 Profil ,96 38,22 39,46 4,7 1,46 Profil ,81 37,14 38,17 4,22 1,26 Profil ,76 36,05 37,12 4,3 1,3 Profil ,36 34,56 35,85 4,81 1,52 Profil ,8 32,99 34,34 4,93 1,56 Profil ,86 32,09 33,42 4,9 1,52 Profil ,22 31,48 32,82 4,91 1,52 Profil ,19 30,42 31,78 5 1,56 Profil ,29 29,51 30,95 5,13 1,61 Profil ,81 27,97 29,5 5,3 1,69 Profil ,85 26,03 27,52 5,23 1,67 Profil ,69 23,83 25,95 6,4 2,1 Profil ,50 22,72 25,18 6,94 2,05 Ny Kulvert Profil 20 21,23 22,59 24,63 6,33 1,78 Profil ,99 22,48 23,48 4,14 1,15 Profil ,71 22,49 23,04 2,95 0,75 Profil ,37 21,87 22,7 3,84 1,07 Profil ,21 20,5 21,99 5,27 1,6 Profil ,5 19,81 20,98 4,55 1,36 Profil ,15 19,9 20,54 2,73 0,69 Statens vegvesen Asplan Viak AS

16 13 Lengdeprofil 40 EG 1,5*Q Profil 25 (8368) Profil 24 (8335) Profil 23 (8305) Profil 22 (8270) Profil 21 (8235) Profil 20 Ny Kulvert Profil 18 (8235) Profil 17 (8175) Main Channel Distance (m) Figur 4-3: Lengdeprofil av elva med beregnet vannlinje (WS) og energjlinje (EG) for 1,5*Q200,. Profil 16 (8150) Profil 15 (8100) Profil 14 (8060) Profil 13 (8035) Profil 12 (8000) Profil 11 (7980) Profil 10 (7950) Profil 9 (7900) Profil 8 (7850) Profil 7 (7800) Profil 6 (7750) Profil 5 (7700) Profil 4 (7650) Profil 3 (7600) Profil 1

17 Flomsikkert nivå for ny Fv17 Tabell 4-5 angir flomsikkert nivå for 200-årsflom med klimafaktor 1,5. Det er kontrollert at veikanten i hvert profil ligger høyere enn beregnet flomsikkert nivå. Tabell 4-5: Flomsikkert nivå for 1,5* 200-årsflom ved tverrprofilene i Figur 4-1 (høyde referanse NN2000). Profil [nr] Veg Profil Nr. Vannstand [m.o.h] Flomsikkert nivå [m.o.h] Høyde Veikant [m.o.h] Profil ,66 41,16 44,4 Profil ,99 41,49 43,0 Profil ,69 40,19 41,61 Profil ,22 38,72 40,10 Profil ,14 37,64 38,35 Profil ,05 36,55 36,60 Profil ,56 35,06 35,07 Profil ,99 33,49 33,54 Profil ,09 32,59 32,63 Profil ,48 31,98 32,00 Profil ,42 30,92 31,00 Profil ,51 30,01 30,08 Profil ,97 28,47 29,06 Profil ,03 26,53 27,49 Profil ,83 24,33 26,64 Profil ,72 23,22 23,53 Ny Kulvert Profil 20 22,59 23,09 23,60 Profil ,48 22,98 24,82 Profil ,49 22,99 23,75 Profil ,87 22,37 22,52 Profil ,5 21,00 21,63 Profil ,81 20,31 21,21 Profil ,9 20,40 20,86

18 4.8 Kapasitetsvurdering av ny kulvert Dimensjonerende kapasitet (Q kap) må være større eller lik den dimensjonerende avrenningen fra nedbørsfeltet (Q dim). Samtidig må ikke vannstanden foran kulverten (Hw) være så høy at fyllingen tar skade eller at vann ledes ut av vannveien. Generelt anbefales det at oppstrøms vannstand H W ikke overstiger toppen av innløpet. Dimensjoneringskravet blir da H W/D 1,0, det vil si at oppstrøms vanndybde ikke skal bli større enn kulvertens høyde: Dimensjoneringskrav: H W/D 1 15 Der: H W = Oppstrøms vanndybde [m] D = Kulvertdimensjon (høyde) [m] Anbefalt minimum dimensjon for kulverten er vist i Tabell 4-6. Tabell 4-6: Forslag til minimum kulvert tverrsnittsareal. 1,5*Q200= 28,5 m 3 /s Høyde til topp av veg Kote +26 Lengde [m] 15,5 Anbefalt innløpshøyde [moh.] 21,5 Anbefalt fall i gjennomløp [ %] 1,7 Anbefalt W x H [m] 3,5 x 3,0 Hw [m] 1,46 Hw/D [m] 0,49 Kapasitet *Alle høyder er i forhold til elvebunn. Tilstrekkelig Ny Kulvert Oppstrøms profil.012 EG 1,5*Q Ineff Figur 4-4: Tverrprofil av kulverten med beregnet vannlinje på oppstrøms side for 1,5*Q200.

19 16 5 EROSJONSSIKRING Resultatene fra vannlinjeberegningen er brukt til å vurdere nødvendige steinstørrelser for erosjonssikring. NVEs veileder for dimensjonering av erosjonssikring av stein (Jenssen og Tesaker, 2009) er benyttet. 5.1 Dimensjonering av bunnplastring ved kulvertinnløp Når en bratt elvebunn (hellingen >2 %) skal sikres med rauset stein, kan Robinsons formel for ensgradert, rauset stein brukes til å beregne teoretisk steinstørrelsen. Robinsons formel forutsetter at sikringen er minst 2 D 50 tykk. Tabell 5-1 viser steinstørrelser D50 og tykkelse (t) av erosjonssikringslaget for bekkestrekningen ved kulvertinnløpet. Tabell 5-1: Beregnet vanndybde, vannhastighet og steinstørrelse. Profil Fall = 9,3 % 1,5*Q200= 28,5 m 3 /s Vanndybde, yo (m) 1,22 Vannhastighet, vo (m/s) 6,94 Bunn: Side: D50 dim (m) 0,60 t (m) 1,20 D50 dim (m) 0,72 t (m) 1, Dimensjonering av plastring ved kulvertutløp For kulverter større enn 1,5 m i diameter kan det være aktuelt å sikre utløpet med energidreperbasseng formet som erosjonsgropen ved et kulvertutløp. Det er størrelsen på sikringssteinen som bestemmer hvor stort bassenget må være. Hvis steinen er liten må bassenget gjøres stort, og omvendt. Følgende formel gir sammenhengen mellom basseng- og steinstørrelse (Thompson 2006): Der: hs = bassengets dybde (m) ye = ekvivalent dybde i kulverten (m) D50 = steinstørrelse (m) Vo = utløpshastighet fra kulverten (m/s) Co= undervannskoeffisient For rektangulære kulverter settes ekvivalent dybde lik vanndybden i kulverten ved utløpet, y e = y. Tabell 5-2 viser beregnet nødvendig dimensjon på energidreperbassenget. Tabell 5-2: Beregnet nødvendig bassengets dimensjonering.

20 17 Rektangulær kulvert 1,5*Q200= 28,5 m 3 /s Strømningsarealet ved utløpet, A (m 2 ) 10,5 Ekvivalent dybde i kulverten, ye (m) 1,35 Nivå på undervannet, TW (m) 1,24 Undervannskoeffisient, Co 2,07 Utløpshastighet, Vo 6,03 D50 (m) 0,52 Bassengets dybde, hs (m) 1,18 Basseng lengde, Ls (m) 11,77 Terskel lendge, LA (m) 5,89 Figur 5-1: Prinsippskisse for energidreperbasseng, plan og lengdeprofil etter Jenssen og Tesaker, Dimensjonering av bunn og sideplastring av nytt bekkeløp Det oppstår store vannhastigheter i bekken som en følge av stort fall, og det vil være behov for plastring av bunn og sider i det nye bekkeløpet. Hec-Ras-beregningene viser at

21 vannhastigheter opp mot 2,7-6,8 m/s kan forekomme. Ved dimensjonering av erosjonssikring anbefales det å benytte 6,8 m/s som dimensjonerende vannhastighet. Når en bratt elvebunn (helning >2 %) skal sikres med rauset stein, kan Robinsons formel for ensgradert, rauset stein brukes til å beregne teoretisk steinstørrelse. Robinsons formel forutsetter at sikringen er minst 2 D50 tykk. 18 Her er: D 50 = steinstørrelse (m); S 0 = bunnhelling (-); q = enhetsvannføring (m 3 /s/m) Tabell 5-3 viser steinstørrelser (D 50) og tykkelse av erosjonssikringslaget for delene av elva mellom profil 3-18 og profil Det benyttes større stein i sideskråning enn på flat bunn fordi sidene er mindre stabile. I mangel av gode beregningsmetoder benyttes korreksjonsfaktor. I en skråning med helning 1:1,5 antas stabil steinstørrelse å være 1,5 ganger stabil størrelse i bunnplastring. I praksis vil det for bratte sideskråninger (brattere enn 1:2) være aktuelt å legge en ordnet/stablet plastring, da det kan være vanskelig å få til god utførelse med rauset steinplastring der skråningen blir for bratt. Beregninger og steinstørrelse gitt i tabellen under gir likevel en indikasjon på nødvendig steinstørrelse for å unngå erosjon. Tabell 5-3: Beregning av erosjonssikring (plastring med ensgradert, rauset stein) fra profil 3 18 og profil Dimensjonerende steinstørrelse (m) D50 bunn 0,50 D50 side 0,75 Tykkelse, bunn (t=2*d50) 1,00 Tykkelse, side (t=2*d50) 1,50 Det kan være aktuelt å benytte et filterlag i forbindelse med erosjonssikringen. Filteret skal hindre at finstoff fra underlaget vaskes ut mellom steinene i sikringslaget. Filterlag kan være løsmasse (grusfilter) eller syntetisk material (geotekstil). Krav til filter er gitt i NVEs veileder for erosjonssikring (Jenssen og Tesaker, 2009).

22 19 Figur 5-2: Prinsippskisse av sikring med samfengt stein med fotgrøft og vegetasjon. Kilde: Jenssen og Tesaker, Figur 5-3: Prinsippskisse av erosjonssikring av bekkeløp. 5.4 Sikring av fyllinger og skjæringer Veifyllinger og skjæringer sikres etter samme prinsipp som for bekkeløp beskrevet i kapittel 5. Nødvendige steinstørrelser er gitt i Tabell 5-3

23 Ved Kvarving bru vil det være mest hensiktsmessig å anlegge en tørrmur av stein i skråningen fra brua og ned til det nye bekkeløpet, da elveløpet er for trangt til å utforme vanlig sideskråning, eller der en ønsker å bruke kantene til andre formål. Tørrmur gir en fleksibel mur som vanligvis tåler en del sesongbevegelse pga. påkjenning fra frost og flom. Tørrmur kan utføres nesten vertikalt, men kan også brukes til å sikre skråninger med brattere helling enn vanlige skråninger av løsmasser. Det er ikke faste regler for hvilke hellinger som skal brukes. Hellinger mellom 3:1 og 5:1 er stabile. (Jenssen og Tesaker, 2009). Støttemuren bør utformes som vist på prinsippskissen i Figur 5-3. Steinstørrelse i støttemuren er avhengig av helning på skråning. 20 Figur 5-4: Utforming av tørrmur som erosjonssikring (Jenssen og Tesaker, 2009).

24 21 6 REFERANSER Chow, V.T., 1988: Open-Channel Hydraulics, Caldwell, New Jersey: The Blackburn Press. Fergus m.fl. 2010: Vassdragshåndboka. Tharan Fergus, Knut Aune Hoseth, Einar Sæterbø. Vassdragshåndboka. Håndbok i vassdragsteknikk. Tapir Akademisk Forlag Jenssen og Tesaker, 2009: Lars Jenssen og Einar Tesaker. Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein. Veileder 4/2009. Norges vassdrags og energidirektorat. Lawrence og Hisdal, 2011: Deborah Lawrence og Hege Hisdal. Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. Report nr. 5/2011. Norges vassdrags og energidirektorat. Lawrence, 2016: Deborah Lawrence. Klimaendring og fremtidige flommer i Norge. Rapport nr. 81/2016. Norges vassdrags og energidirektorat. HEC-USACE, 2016: HEC-RAS River Analysis System, Hydraulic Reference Manual, U.S. Army Corps of Engineers, Hydraulic Engineering Center (HEC), Davis, CA, USA. NVE, 2008: Planlegging og utbygging i fareområder langs vassdrag. Retningslinje 1/2008. Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, 2011: Retningslinjer for flomberegninger til 5-7 i forskrift om sikkerhet ved vassdragsanlegg. Retningslinje 4/2011. Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, 13/2015: Nasjonalt formelverk for flomberegning i små nedbørfelt. Rapport nr. 13/2015. Norges vassdrags og energidirektorat. NVE, 97/2015: Anbefalte metoder for flomberegninger i små uregulerte felt. Rapport nr. 97/2015. Norges vassdrags og energidirektorat. Pettersson, 2009: Flomforhold I Nord-Norge. Rapport 11/2009. Norges vassdrags- og energidirektorat. Statens vegvesen, 2014: Håndbok N200 Vegbygging Statens vegvesen, 2017 a: Vannføringsberegninger for ved Fylkesveg 17 Østvik-Beitstadsundet I Steinkjer kommune. Notat Statens vegvesen, 2017 b: Hydrologirapport Østvik kulvert. Vedlegg til konkurransegrunnlag Databaser og kartverktøy: databasen Hydra II, NVE Atlas, NEVINA

25 22 7 VEDLEGG Tverrprofiler av elva med beregnede vannlinjer

26 Kvarvings bru Oppstrøms profil Kvarvings bru Nedstrøms profil Ineff Ineff Profil 3 (7600) Profil 4 (7650) Ineff

27 Profil 5 (7700) Profil 6 (7750) Levee Profil 7 (7800) Profil 8 (7850)

28 Profil 9 (7900) Profil 10 (7950) Levee Profil 11 (7980) Profil 12 (8000)

29 Profil 13 (8035) Profil 14 (8060) Levee Profil 15 (8100) Profil 16 (8150) Levee Levee

30 Profil 17 (8175) Profil 18 (8235) Profil 19 Ny Kulvert Oppstrøms kulvert prof il Ineff Ineff

31 Profil 20 Profil 21 (8235) Ineff Profil 22 (8270) Profil 23 (8305) Levee

32 Profil 24 (8335) Profil 25 (8368) Levee Profil 26 (8395)