Tysse kai - Vurdering av flomvannføring og flomforhold

Transkript

1 Til: Fra: Etne kommune Jon Olav Stranden Dato Tysse kai - Vurdering av flomvannføring og flomforhold Sammendrag/ konklusjon I forbindelse med detaljreguleringsplan for ny kai på Tysseholmen i Åkrafjorden er det utført en analyse av flomforhold og vurdering av isforholdene i området ved utløpet av Bakkabekken og Eikemoelva. Omriss av planområdet er vist i Figur 1. Analysene viser at området i bukta ved de to utløpselvene er lite utsatt for flom, og generelt er det relativt lave vannhastigheter inn mot kaiområdet ved store flommer. Dette skyldes i hovedsak at det blir relativt raskt dypere utover i bukta. Vannstandene i bukta forhøyes ikke nevneverdig som følge av store flomvannføringer. Det er derfor minst like viktig at 200-års stormflo med klimapåslag tas høyde for i planene. Dersom det er ønskelig å redusere vannføringene i bukta, anbefales det å øke kapasiteten til det naturlige flomløpet rett mot sør på fossenakken nederst i Eikemoelva. Bakkabekken, som kommer fra nordvest, er tidvis masseførende (elvestein), og kan ved stor flom danne sideløp ned gjennom deler av kaiområdet. Her anbefales det å øke kapasiteten i elva ved å enten fjerne masser i elveløpet eller bygge en mindre flomvoll. Det er gjort en vurdering av isforholdene, og det er ikke grunnlag for å tro at is fra isganger i Eikemoelva eller Bakkabekken vil gi isproblematikk i utløpsområdet, i hovedsak fordi eventuell is fra isganger vil brytes opp før utløpet. Åkrafjorden kan delvis islegges i kalde vinterperioder, og kombinasjonen høy fjordvannstand og fjordis er derfor noe som må hensyntas. Figur 1 Planområdet ligger i Etne kommune i Hordaland. x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 1 av 10

2 Flomvannføring Nøkkeldata for nedbørfeltet til Bakkabekken og Eikemoelva er vist i Tabell 1, sammen med fire antatt sammenlignbare vannføringsstasjoner/ vannmerker, hvor den ene (Baklihøl) har registrert vannføring i Eikemoelva frem til Bakkabekken er et vesentlig mindre felt enn Eikemoelva, slik at en flomhendelse generert av den samme nedbørhendelsen ikke nødvendigvis kulminerer på samme tidspunkt i de to vassdragene. Samtidig er begge feltene å regne som små nedbørfelt, og vi har derfor valgt å se bort i fra mulig tidsforskyvning og anta samtidig flomkulminasjon, noe som vil være en konservativ antakelse. Ca. 8,1 km² er ført ut av feltet til Eikemoelva mot Blåfalli kraftverk. Dette utgjør 27 % av nedbørfeltet. Inntak for overføring til reguleringsmagasin for kraftproduksjon er normalt dimensjonert for kapasiteter fra 5-10 ganger årsmiddelvannføringen og oppover. Det er som en konservativ tilnærming antatt at det fraføres 5 ganger årsmiddelvannføringen ved hvert av bekkeinntakene. Totalt utgjør dette en fraført vannmengde ved flom på ca. 7 m³/s, som er fratrukket beregnet flomvannføring i Eikemoelva. I henhold til NVEs avrenningskart er årsmiddeltilsiget på 101 og 133 l/(s*km²) ved utløpet av hhv. Bakkabekken og Eikemoelva. Ved vannmerket Baklihøl lenger opp i Eikemoelva er det registrert 113 l/(s*km²) referert til de siste 30 år, og korrigert for fraføring av vann hele l/(s*km²). Målingene er i samme størrelsesorden som nivået fra NVEs avrenningskart for 42.6 Baklihøl (154 l/(s*km²)). Vi vurderer derfor verdiene for årsmiddeltilsiget ved utløpet av Bakkabekken og Eikemoelva fra NVEs avrenningskart som rimelige (hhv. 101 og 133 l/(s*km²)). Tabell 1 Nøkkeldata. Areal (km 2 ) Eff. sjø (%) Høyde moh (min-med-max) Skog (%) Årsavløp (l/s/km 2 ) Bakkabekken Eikemoelva Grimsvatn Hellaugvatn Baklihøl * Fjellhaugen *Korrigert for fraføring av vann, antatt 5*årsmiddelvannføring. For bestemmelse av flomvannføring er det tatt utgangspunkt i: Flomfrekvensanalyse på nærliggende vannmerker Sammenligning med verdier fra nasjonalt formelverk (NVE-rapport ) Flomverdien som skal beregnes, er 200-årsflom. Tabell 2 viser en oppsummering av flomfrekvensanalyse på de utvalgte vannmerkene (Gumbel-tilpasning), samt verdier beregnet med formelverket for små nedbørfelt (NIFS) For Baklihøl er det kun benyttet data etter 1998, da NVE vurderer dataene før dette som for usikre. Flomestimatet er i tillegg korrigert mot gjennomsnittlig forskjell i flomverdi fra årene med data i perioden og til en lengre tidsperiode ved hjelp av frekvensanalyser på tilsvarende perioder ved Grimsvatn og Hellaugvatn. Flomdata fra Fjellhaugen er dessverre meget usikre på grunn av dårlig oppmålt vannføringskurve på flom. x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 2 av 10

3 Det er omregnet fra momentanverdi til døgnmiddelverdi ved hjelp av ligningen for høstflom i NVEs retningslinjer for flomberegninger (NVE-rapport ): Qmom/Qdøgn = 2,29-0,29*log(A)-0,27*ASE 0,5 Der A er feltareal og ASE effektiv sjøprosent. Forholdet Qmom/Qdøgn beregnet med formelen fra NVEs retningslinjer stemmer brukbart med det som observasjonene tilsier. Verdier fra formelen legges derfor til grunn. For tre av vannmerkene (Fjellhaugen utelatt) gir NIFS i gjennomsnitt 15 % høyere verdi enn frekvensanalysen tilsier, for Baklihøl er NVE-tilsiget lagt til grunn, men forskjellen er likevel på hele 50 %. For Fjellhaugen er 200-årsflom fra frekvensanalyse vesentlig høyere enn NIFS-verdien. Høyeste døgnmiddelverdi fra frekvensanalyse er fra Fjellhaugen på over 3000 l/(s*km²), mens de andre feltene har verdier på l/(s*km²). Verdien for Fjellhaugen virker kunstig høy, og vektlegges ikke fordi vannføringskurven er usikker. Tabell 2 Frekvensanalyse og nasjonalt formelverk Areal (km 2 ) Eff. sjø (%) Årsavløp (l/s/km 2 ) Q200 frekv.analyse l/(s*km²) Q200 NIFS l/(s*km²) Qmom/Qdøgn NVE-formel Bakkabekken Eikemoelva Grimsvatn Hellaugvatn Baklihøl * Fjellhaugen *Verdien er korrigert opp for antatt fraført vannmengde (5*QN) og kort tidsperiode. Valg av flomstørrelse For feltet i Eikemoelva vurderer vi at en døgnmiddel 200-årsverdi på 2200 l/(s*km²) er rimelig. Denne verdien er nær verdiene fra flomfrekvensanalyse på seriene som vurderes mest pålitelige, inkludert observasjoner i vassdraget. Vi har valgt å sette den spesifikke flomverdien noe lavere enn for Baklihøl, på grunn av nærmere 50 % større nedbørfelt. Kulminasjonsfaktoren settes til 1,7, og med fratrekk for fraført vannmengde får vi da 104 m³/s. Største observerte momentanvannføring ved 42.6 Baklihøl ( ) er 81,6 m³/s. For Bakkabekken settes døgnmiddel 200-årsverdi til 2400 l/(s*km²), for selv om feltet er mindre, er også årsmiddeltilsiget lavere, og dermed kan den spesifikke flomverdien være litt høyere enn for Eikemoelva. Med en kulminasjonsfaktor på 2,2, blir flomverdien ved utløpet i sjøen på 9,8 m³/s. Klimapåslaget for nedbørfelt på Vestlandet er av NVE anbefalt til «minst 20 %» for små nedbørfelt mindre enn 100 km². NVE er i ferd med å utarbeide en mer differensiert anbefaling av klimapåslag for små felt basert på analyser av mulige klimaendringer i småfelt med rask hydrologisk respons. Vi mener det med foreliggende datagrunnlag og anbefalinger bør legges til grunn et 20 % klimapåslag i dette tilfellet. Dette gir endelige flomverdier med klimapåslag for Eikemoelva og Bakkabekken på henholdsvis 126 og 12 m³/s. Disse verdiene er lagt til grunn i beregningene. x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 3 av 10

4 Hvorvidt klimapåslag skal legges til flomverdien er foreløpig ikke et krav, men en anbefaling fra NVE. Vi har derfor også valgt å vise resultater fra sensitivitetsanalyser med ± 20 % vannføring, i praksis svarer dette til om lag 0 % klimapåslag og 40 % klimapåslag. Hydraulisk modell Det er satt opp en hydraulisk 2-dimensjonal (2D) modell for nedre deler av Bakkabekken og Eikemoelva. Selv om resultatene fra 2D-modellen vil være usikre og feilaktige i de bratteste partiene av elvene (gjelder særlig fossen ved utløpet av Eikemoelva), så er det i hovedsak utløpsområdet og indre deler av bukta ut mot Åkrafjorden som er av interesse i denne beregningen. Vi har derfor vurdert en 2D-modell som en akseptabel tilnærming i dette tilfellet, og bedre enn en 1D-modell. HEC-RAS tar ikke hensyn til forskjellen i tetthet mellom saltvann og ferskvann, noe som vil innebære en forenkling i denne sammenhengen. Vi venter imidlertid ikke store usikkerheter i resultatene som følge av dette. 2D-modellen er satt opp på grunnlag av en terrengmodell for Etne skannet i 2011 med 0,5 m oppløsning (NN2000, UTM32 WGS89). Elveløpene, særlig i Bakkabekken, består av elvestein, og er masseførende. I utløpet har det derfor dannet seg et delta av elvestein. Dermed kan også elvegeometrien være endret siden terrenget ble kartlagt i I tillegg er det noe vegetasjon langs elvene, og noe usikkerhet i terrengmodellen må derfor påregnes. Beregningsgriddet er satt opp med oppløsning 1*1 m² for områdene i og langs elveløpene og et Mannings tall på 25. Dybdene et kort stykke ut mot Åkrafjorden er basert på tidligere innmålinger kommunen har utført. Disse er vist i Figur 2 og integrert i høydemodellen. Et bilde av utløpsområdet er vist i Figur 3. Nedre grensebetingelse ved 200-årsflom er satt til vannstand 0,87 m (NN2000), som svarer til 1-års stormflo. Aktuelle flomvannføringer er lagt inn som øvre grensebetingelse sammen med antakelse om tilnærmet normalstrøm. x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 4 av 10

5 Figur 2 Oppmålte dybder i utløpet av Bakkabekken/ Eikemoelva. Dybdedata er levert av Etne kommune. Figur 3 Utløpet av Bakkabekken er fra venstre i bildet. Eikemoelva kommer ut i bakgrunnen (foss). Åkrafjorden til høyre. Resultater Resultater for 200-årsflom inklusive 20 % klimapåslag og stormflo i Åkrafjorden er vist i Figur 4. Ser vi på Bakkabekken, så følger i all hovedsak flomvannføringene bekkeløpet, men på det flatere og siste partiet mot fjorden er det to steder det er sannsynlig at vann kan overtoppe elvebankene og gå ut av bekkeløpet. I tillegg må det forventes at selve elveviften ved utløpet får tilført masser og endret løp. Vannføringen som går ut av det naturlige bekkeløpet er imidlertid beskjeden, ca. 0,5 m³/s nærmest x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 5 av 10

6 dagens båtnaust og mindre enn 0,05 m³/s i løpet som går nærmere det naturlige utløpet. Størsteparten av vannføringen som går ut av Bakkabekken går ut like vest for der kraftlinjen krysser Bakkabekken. I Eikemoelva følger vannføringene elveløpet, men på fossenakken ved utløpet tilsier modellberegningene at m³/s går rett sørover og direkte ut i Åkrafjorden. Flyfoto fra området bekrefter et naturlig flomløp i dette området. Vannstanden er beregnet til kote 0,95-1,0 fra det sørligste av dagens båthus og bort til det andre sideløpet fra Bakkebekken kommer ut i Figur 4. Vannstanden er dermed 0,1-0,15 m over nivået for stormflo (0,87 moh). Det er altså en beskjeden vannstandsstigning som følge av utløpet av elvene innerst i bukta. Vannhastigheten fra like sør for utløpet og ned mot eksisterende båtnaust er på mindre enn 1 m/s inntil m ut fra land. Ettersom vannmengdene som går ut av bekkeløpet i Bakkabekken er beregnet å være beskjedne, kan det være et aktuelt tiltak å gjøre mindre flomtiltak, som for eksempel en mindre flomvoll, på de utsatte punktene, alternativt om kapasiteten til selve bekkeløpet kan økes ved å fjerne stein i bekkeløpet. Eventuelle tiltak må ta høyde for massetransporten i bekken, samt at elvegeometrien kan være noe annerledes enn på tidspunktet for laserscanning. Fra «Detaljregulering Tysse kai II skisse til planframlegg datert » heter det: I området mellom Bakkabekken og Eikemoelva er det teikna inn ein mogleg steinvoll. Tanken er at denne i periodar med svært stor vassføring i Eikemoelva kan styre vatnet i sørleg retning (pil), vekk frå hjørnet av småbåthamna. Røynsler syner at fossevatnet kan gå langt ut frå elveosen. Vi ønskjer ei vurdering av behovet for ein slik voll som skydd for hamna. De hydrauliske beregningene tilsier at vannstrømmen i utløpsområdet konsentreres mot og skrått langs dypålen i bukta (Figur 2), med strømningsretning mot sørvest. Dette skyldes dybdeforholdene (kartlagt tidligere). Modellen tilsier at strømningen fra Bakkabekken bremses raskt opp ved utløpet på grunn av den store elveviften, samt relativt brå overgang til noe større dybde. Terrengmodellen er imidlertid usikker i dette området, og resultatene dermed også usikre. Et tiltak som naturlig kunne bøyd av vannstrømmen fra Eikemoelva i dette området ville vært å fjerne masser sentralt i steinviften ut fra Bakkabekken for å konsentrere vannstrømmen fra Bakkabekken med det formålet å bøye av strømmen fra Eikemoelva. Ved et slikt tiltak vil man måtte fjerne masser jevnlig. Forskjellen i vannføring mellom de to elvene er imidlertid såpass stor at tiltaket ikke vil ha betydelig effekt. Fjerning av masser kan eventuelt gjøres i kombinasjon med å bygge en større steinmur/ røys mellom de to elvene, men dette vil kreve bruk av stor stein og god fundamentering, da vannhastighetene er relativt høye i dette området (opp mot 5-6 m/s). Et annet tiltak som kan fjerne en betydelig mengde flomvann fra bukta er å lage en forbygning eller sprenge bort fjellmasser slik at en vesentlig større del av vannet i Eikemoelva drenerer rett sørover på toppen av fossenakken. x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 6 av 10

7 Figur 4 Flomsone (øverst til venstre). Vannhastighet (m/s) og flomutbredelse ved 200-årsflom (inkludert 20 % klimapåslag) og 1-års stormflo. Planområdet er rødmerket. Vurdering av sensitivitet For å vurdere sensitiviteten til resultatene av en endring i havvannstanden er beregningene også kjørt med vannstand på kote 0, se Figur 5. Sammenligner vi med Figur 4, så er det noe høyere vannhastigheter innerst i bukta ved lavere vannstand, på grunn av at det da er grunnere. Den høyere friksjonen med bunnen gjør samtidig at vannhastigheten bremses litt raskere enn ved stormflo. Vannstandsnivået ved dagens naust er 0,9-1 m lavere enn ved samtidig stormflo og flom. Vannstanden i bukta ved utløpet er altså i størst grad bestemt av vannstanden i fjorden (initialvannstanden), og bare i liten grad påvirket av flomvannføringene. Dette skyldes at dypålen i bukta ligger midt i bukta, slik at sonen med høyest vannhastighet forskyves mot dette området. 20 % usikkerhetspåslag på flomstørrelsen (tilsvarende totalt 40 % klimapåslag) gir neglisjerbar økning av vannstandene i bukta ved dagens båthus, og 5-10 cm økning i vannstanden helt bort mot Bakkabekken. Vannføringen i terrenget forbi dagens båtnaust om lag dobles (til ca. 1 m³/s). x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 7 av 10

8 Figur 5 Vannhastighet (m/s) og flomutbredelse ved 200-årsflom (inkludert 20 % klimapåslag) og vannstand kote 0. Planområdet er rødstiplet. Klimapåslag og havnivåstigning Klimapåslaget på flomvannføringene er inkludert i beregnede flomstørrelser. I følge er 200-års høyvann for Åkrafjorden ved Tysse på kote 1,19, og med klimapåslag er anbefalt nivå fra DSB på kote 1,81 (NN2000), se Tabell 3. DSB anbefaler at tallene som er oppgitt, rundes av til nærmeste 10 cm før bruk. Tabell 3 Fra "Havnivåstigning og stormflo - samfunnssikkerhet i kommunal planlegging» ( Isforhold Dannelse av is i vassdrag er en svært kompleks prosess, og lokal og historisk kjennskap over flere år er nødvendig for å si noe konkret om hvor utsatt en elvestrekning er for isganger. Generelt kan vi grovt skille mellom to typer av isganger 1. Isganger som følge av sarrdannelse i vannet og senere at bunnisdammer dannet av sarr kollapser og skaper dominoeffekt ved at isdammer nedover vassdraget suksessivt brytes opp x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 8 av 10

9 (skjer gjerne ved brå overgang fra kaldt vær til mindre kalt vær eller til mildvær tidlig på vinteren) 2. Isganger på våren som følge av raskt økende vannføring og lufttemperatur, som gjør at isdekket på vassdraget brekker opp og følger elva nedover. Disse isgangene skjer i vårløsningen, men vil langs kysten også forekomme i forbindelse med vinterflommer. Type 1 forutsetter at det dannes ispartikler (sarr) i vannet som følge av lav lufttemperatur og stor avkjøling av vannoverflaten, mens type 2 forutsetter at det dannes et solid isdekke på deler av vassdraget vinterstid. Begge typene isgang har den konsekvensen at en isfront gradvis kan hope seg opp og bevege seg nedover vassdraget, med forhøyet vannstand i bakkant. Ved innsnevringer i elvetverrsnittet eller retningsendringer kan det danne seg en opphopning av is, en såkalt ispropp. Oppstrøms proppen vil det da kunne dannes en isdam som har oversvømmelse (oppstrøms) og mulig bruddflom (nedstrøms) som konsekvens, i tillegg til skader fra selve ismassene. Type 1-isganger oppstår typisk i innlandsvassdrag med stabilt og kaldt vinterklima, ofte også i kombinasjon med kunstig høy vintervannføring som følge av vannkraftutbygging. Eikemoelva og Bakkabekken har relativt mildt kystklima, med varierende vintertemperaturer. Figur 6 for Hellaugvatn gir et bilde av en vanntemperatur på 0-2 grader fra desember/januar til april, med hyppige flommer, særlig november-desember. Kombinasjonen med relativt høy vanntemperatur i november og mye av desember gjør type 1 isganger mindre sannsynlige enn type 2. Bakkabekken har kun korte partier/ kulper med stilleflytende vann. I strykene i elva vil det kunne dannes sarr ved kaldt vær tidlig på vinteren, og små bunnisdammer kan nok sporadisk dannes på den flatere og helt nederste delen av elva. Beskjeden vannføring i kalde perioder gjør likevel at isproblematikk ventes å være en liten problemstilling i dette vassdraget. Is fra isganger kan ifølge lokalkjente stuves opp i Eikemoelva forbi gårdene ved Eikemo. Dette harmonerer godt med fallforholdene i elva. De flate og stilleflytende partiene i Eikemoelva forbi Eikemo vil kunne gi dannelse av bunnisdammer fra drivende sarr tidlig på vinteren (type 1), og gjennom vinteren et isdekke som slipper ved vinterflom eller i vårløsningen (type 2). Normalt vil mildværsepisoder i løpet av vinteren gi flere mindre isganger. I kalde og stabile vintre vil det nok likevel kunne gå isganger med noe størrelse. Lokal kjennskap til elva viser imidlertid at is fra isgang brytes opp på strekningen fra Eikemo til sjøen. Dette virker også rimelig, ettersom det er 160 m fall med fosser og stryk fra flatene ved Eikemo og ned til fjorden. Dybdeforholdene i bukta ved Tysse gjør at vannstrømmen konsentreres et stykke ut i bukta, og den hydrauliske modellen antyder ikke større bakevjer inn mot kaiområdet, selv om bakevjene som dannes, øker i størrelse ved lavere fjordvannstand. Eventuelle gjenværende mindre isflak fra Eikemoelva ventes derfor å føres ut av bukta og ut på fjorden. Isproblematikk ventes derfor å være et beskjedent problem knyttet til utløpsområdet ved Tysse. Åkrafjorden islegges sjelden på vinteren på grunn av sin eksponering mor sørvest, men kan i kalde og stabile vintre få noe lokal islegging, og da innenfor Rafdal (Rådgivende Biologer (2013). Nytt Fjæra settefiskanlegg i Etne kommune i Hordaland fylke. Rapport 1792). Kaianlegget må derfor også ta høyde for krefter som påføres av kombinasjonen av fjordis, eventuell vind og/ eller bølgelast. x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 9 av 10

10 Figur 6 Registrert vanntemperatur/vannføring ved målestasjonen 41.8 Hellaugvatn på sørsiden av Åkrafjorden. N Til oppdragsgiver Jon Olav Stranden Henrik Opaker Reidar Blesvik Versjon Dato Beskrivelse Utarbeidet Fagkontrollert Godkjent Dette dokumentet er utarbeidet av Norconsult AS som del av det oppdraget som dokumentet omhandler. Opphavsretten tilhører Norconsult. Dokumentet må bare benyttes til det formål som oppdragsavtalen beskriver, og må ikke kopieres eller gjøres tilgjengelig på annen måte eller i større utstrekning enn formålet tilsier. x:\nor\oppdrag\sand\518\39\ \5 arbeidsdokumenter\52 flom\ tysse kai - flomvurdering.docx Side 10 av 10