Hydraulisk analyse for Eidsdalselva ved Øye

Transkript

1 OPPDRAGSRAPPORT B Nr 9/2018 Hydraulisk analyse for Eidsdalselva ved Øye Per Ludvig Bjerke 2018

2 Report nr Hydraulisk analyse for Eidsdalselva ved Øye Utgitt av: Forfatter: Norges vassdrags- og energidirektorat Per Ludvig Bjerke Trykk: NVEs hustrykkeri Forsidefoto: Eidsdalselva. Foto: PLB ISBN: Sammendrag: Flomberegningen viser at 200 års flommen er på 100 m3/s ved Øye. En 200 års flom vil stå mellom 3 og 4 m over bunnen av elva. Dersom deponiet legges 10 m fra elvebredden vil en stor flom komme i berøring med deponiet og i teorien føre til en lokal oppstuing av vannstand oppstrøms og en økende hastighet på grunn av innskrenking av strømningsarealet. På grunn av at elva er så bratt og at det ved flom er store hastigheter i elvetrauet og små utenfor vil dette kun ha teoretisk betydning. Emneord: Flomberegning, hydraulikk, Eidsdalselva Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstua 0301 OSLO Telefon: Epost: nve@nve.no Internett:

3 Forord På oppdrag for Statens Vegvesen Region Midt har NVE, Hydrologisk avdeling, utført flomberegning og hydraulisk analyse i forbindelse med planlagt deponi ved Øye i Nordal. Denne rapporten beskriver dette arbeidet. Arbeidet er blitt utført i juni i 2018 med Per Ludvig Bjerke som ansvarlig for oppdraget fra NVE sin side. Byman Hamududu har kvalitetssikret arbeidet. Rapporten er utført på oppdragsbasis og er ikke en del av NVE sin forvaltningsmessige behandling av saken. Trondheim, september 2018 Sverre Husebye Seksjonssjef Per Ludvig Bjerke Prosjektleder

4 Sammendrag Det er utført flomberegning og hydraulisk analyse i forbindelse med et planlagt deponi ved Øye i Eidsdal i Nordal. Flomberegningen viser at 200 års flommen er på 100 m 3 /s ved Øye. Det er da inkludert klimapåslag på 20 % for å ta høyde for fremtidige klimaendringer. Det er funnet at en 200 års flom vil stå mellom 3 og 4 m over bunnen av elva. For å være sikker på å unngå berøring med vannstrømmen ved 200 års flom må deponiet legges minimum 4 m over bunnen av elva. Dersom deponiet legges 10 m fra elvebredden vil det kunne komme i kontakt med vannstrømmen, men i praksis ha ingen påvirkning på flomforholdene hverken oppstrøms eller nedstrøms. I teorien vil en stor flom der elva kommer i berøring med deponiet føre til en lokal oppstuing av vannstand oppstrøms og en økende hastighet på grunn av innskrenking av strømningsarealet. På grunn av at elva er så bratt og at det ved flom er store hastigheter i elvetrauet og små utenfor vil dette kun være av teoretisk karakter.

5 1 Innledning Statens Vegvesen Region Midt har i forbindelse med planlegging av et deponi langs elva i Eidsdal engasjert NVE til bistand til flomberegning og hydraulisk analyse. En grov skisse over området som er tenkt brukt til deponi er vist i figur 1. Deponiet er planlagt å ligge minimum 10 m fra elvebredden. Det er beregnet 200 års flom med sammenhørende hastigheter, dyp og vannstand. Figur 1 Kartet under er bare en grov skisse av hvor deponiet er tenkt.

6 2 Datagrunnlag Til beregningene er det benyttet kartdata mottatt fra Statens Vegvesen, informasjon fra Norgeskart og NVE Atlas. Laserdata er hentet fra hoydedata.no hos Statens kartverk. Det er ingen målestasjoner i elva og data og informasjon fra nærliggende felt er benyttet i flomberegningen. Feltkarakteristikker er hentet fra NVE Atlas ved hjelp av programmet Nevina, se vedlegg 1 og 2. NVE utførte en befaring elva den 7 juni. Det ble målt inn høyder av elvebunnen like nedenfor og like ovenfor det planlagte deponi området. Disse er vist i vedlegg 3. Bilder av elva tatt under befaringen er vist figur 2 og 3. De viser at den er 4 til 5 m bred, bratt og storsteinet. NVE har i 2014 utført en lignende analyse for Geirangerelva, og resultat fra dette vil bli brukt i dette arbeidet. Figur 2 Typiske forhold i elva. Tatt oppover fra nedre befaringspunkt. Foto: PLB

7 Figur 3 Typiske forhold i elva. Tatt nedover fra kraftstasjonen. Foto: PLB 3 Flomberegning Flomformler og målestasjoner Nedbørfeltet til Eidsdalselva ved Øye er vist i vedlegg 1. Det er 53.3 km2 stort og ligger mellom 180 og 1800 moh. Det består av 60 % snaufjell og18 % skog. Da det ikke finnes kjente vannføringsobservasjoner i vassdraget er de dimensjonerende vannmengder basert på observerte flommer i nærliggende vassdrag og eksisterende formelverk. Regionale flomformler er gitt i NVE (14/1997). Formlene gjelder for felt > 20 km 2, men bør brukes forsiktig for felt < 100 km 2. Formlene som er benyttet i beregningene for Eidsdalselva er gjengitt under: H1: ln(q M ) = 1,2805*ln(q N ) 0,2267*ln(A/LF) 0,0664*A SE + 0,0053* ST + 1,00 K2: ln(q M )=1,1524*ln(q N ) 0,0463*A SE + 1,57 q M = spesifikk middelflom, q N = midlere spesifikk årsavløp, A SE = effektiv sjøprosent, A = feltareal, LF = feltlengde, ST = elvegradient. Vannføringsstasjoner som er nær og kan være representative er 98,4 Øye nedbørfelt, i Bygdaelva innerst i fjorden ved Hellesylt, og 88,15 Grasdøla, i Stryn kommune. Feltkarakteristika for disse pluss Geirangerelva og Eidsdalselva er gitt i tabell 2. Tabell 2: Feltkarakteristika til referansefeltene, Geirangerelva og Eidsdalselva. Sted Feltareal [km 2 ] Eff. Sjø [%] Bre [%] Q N * [l/s*km 2 ] Høydeintervall [moh] Grasdøla 34,2 2,1 7,9 70, Øye nedbørfelt 139,3 0,3 3,7 61,

8 Geirangerelva Eidsdalselva * Normalavrenning beregnet fra NVEs lavvannsapplikasjon for normalperioden Grasdøla nedbørfelt er ganske likt Eidsdalselva, men har bre i feltet og har et mindre høydespredning. I tillegg er feltarealet noe mindre. Det foreligger her få år med målinger noe som vil øke usikkerheten i beregningene Øye nedbørfelt er større enn Eidsdalselva, men virker å ha mer lik feltkarakteristikk og bør kunne gi en god indikasjon på vannføringen i Eidsdalselva. Målestasjonen har en måleserie på 97 år. Figur 3: Kartet viser feltgrensene til målestasjon Grasdøla, 98.4 Øye nedbørfelt og Geirangerelva nedstrøms samløpet med Vesteråselva. NVE gjorde en analyse for Geirangerelva i 2015 og feltet er derfor tatt med på kartet. Beregning av dimensjonerende flommer Det er gjort flomfrekvensanalyse av måledata fra Grasdøla og 98.4 Øye nedbørfelt basert på årsflommer da flommer i regionen kan forekomme hele året. I tabell 3 er resultatene fra frekvensanalysen og fra de regionale flomformlene vist basert på spesifikk døgnmiddelflom. Flomformler for både region 1 (H1, høstflom) og K2 (årsflom) er benyttet da nedslagsfeltet ligger på grensen mellom disse regionene.

9 Ved flomfrekvensanalyse av data fra Grasdøla og 98.4 Øye nedbørfelt er en Gumbelfordeling (L-momentmetode) benyttet. I måleserien fra 98.4 Øye nedbørfelt er det en flomverdi som avviker vesentlig fra de andre verdiene ( m 3 /s). På bakgrunn av kjennskap til målestasjonen og målepraksisen er denne verdien vurdert til å være en momentanverdi. Den representerer ikke døgnmiddelflom som flomfrekvensanalysen baserer seg på. Verdien er derfor utelatt i flomfrekvensanalysen og blir benyttet ved vurdering av resultatene for momentanflom. Tabell 3: Resultater fra flomfrekvensanalyse av data fra målestasjonene og fra de regionale flomformlene (døgnmiddelverdier). Beregningspunktet nedstrøms samløpet er benyttet i flomformlene. Målestasjon / flomformel q M [l/s*km 2 ] Q 20 /Q M Q 100 /Q M Q 200 /Q M Grasdøla ,53 1, Øye nedbørfelt 412 1,81 1,98 2,15 Årsflom, K Høstflom, region De regionale flomformlene gir både høyere spesifikk middelflom og høyere verdier for Q T / Q M. Middelflom fra 98.4 Øye nedbørfelt virker på bakgrunn av betraktning av feltkarakteristika og den lange måleserien å gi en god indikasjon på middelflom i Eidsdalselva. Verdien for middelflom fra Øye nedbørfelt blir derfor benyttet i beregningen av Eidsdalselva. Forholdstall gitt av formelverk for høstflom (region 1) er vurdert å gi de mest realistiske verdiene for Q T /Q M og benyttet for Eidsdalselva. Kulminasjonsvannføringen kan være adskillig større en døgnmiddelvannføringen. NVE (14/1997) presenterer formler som gir forholdet mellom momentanflom (Q mom ) og døgnmiddelflom (Q døgn ) for vår- og høstflom. Formlene er benyttet her ettersom målinger fra Eidsdalselva ikke foreligger. Formelen for høstflom gir den høyeste verdien og er dermed benyttet videre. Denne er gjengitt under. Høstflom: Q mom /Q døgn = 2,29 0,29*logA 0,270*A SE 0,5 Det er funnet et forholdstall (Q mom / Q døgn ) på 1,46. Ved Øye nedbørfelt viser observasjoner at kulminasjonsvannføringen kan være % større enn døgnmiddelvannføringen. Dette stemmer godt overens med faktoren funnet gjennom formelverket. Resultatene fra flomberegningen er presentert i tabell 4 som døgnmiddel i linje 1 og kulminasjon i linje 2.

10 Tabell 4: Dimensjonerende døgnmiddel og kulminasjonsvannføringer for Eidsdalselva ved Øye. Areal Q M Q 20 Q 100 Q 200 km 2 l/s*km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Eidsdalselva I henhold til NVE (2011/5) skal det legges på et klimatillegg til beregningene for å ta hensyn til forventede fremtidige klimaeffekter. For felt i Møre og Romsdal anbefales det å legge på 20 % på beregnet 200 års flom. Klimatillegget inkludert i 200 års flomverdien gir da en 200 års flom på 100 m 3 /s. 4 Beregning av flomnivå For å beregne oversvømt areal er den hydrauliske modellen Hec-Ras benyttet. Hec-Ras er et numerisk simuleringsprogram for elvestrømning. Programmet er frivare og utviklet av US Army Corps of Engineering. Modellen krever inngangsdata i form terrengdata for å representere elva, vannføringer, grensebetingelser oppstrøms og nedstrøms og ruhet. Terreng og elv er lagt inn med verdier fra laserdata med en oppløsning på 5 punkt pr m 2. Data på Laz format er hentet fra hoydedata.no og konvertert til GeoTiff fil før den legges inn i Hec-Ras modellen. Modellen kalibreres mot målte vannstander ved å justere ruheten slik at det blir samsvar mellom observasjoner og målte verdier. For Eidsdalselva finnes ikke vannføringsmålinger og det er brukt erfaringsverdier for å beskrive ruheten. Vannstander innmålt ved befaringen er brukt som et hjelpemiddel for å justere modellen. Figur 4 Bildet som viser bredden ved siden av elva fra nedre befaringspunkt. Foto: PLB

11 Elva renner bratt nedover lia mot fjorden og typisk bildet er vist i figur 2 og 3. Figur 4 viser hvordan området ved siden av elva kan være. Resultat fra Hec-Ras beregningene for en 200 års flom lik 100 m 3 /s er vist i figur 5. Det blir stor oversvømmelser på hver side. Figur 6 viser helninga av elva og flomlinja for en 200 års flom langs aksen som vist på figur 5. Figur 7, 8 og 9 viser vanndybden på 3 utvalgte steder langs elva. Figur 7 viser ved profil 683 og viser at vannstanden står over 3 m over bunnen av elva. Figur 8 viser vanndybden ved profil 883 som er ca 3 m over bunnen. Figur 9 viser vanndypet på tvers av elva ved Øye som er ca 4 m over bunnen. Figur 5 Figur som viser utbredelsen av 200 års flommen. Piler viser til figur 7, 8 og 9.

12 Figur 6 Figur som viser helningen av bunnen i brunt og helningen av 200 års flommen i blått. Flommen ligger 3 m over bunnen øverst og 4 m over bunnen nederst. Figur 7 Figur som viser vanndybden for en 200 års flom på tvers av elva ved profil 683 og vist med den nederste pila på figur 5.

13 Figur 8 Figur som viser vanndybden for en 200 års flom på tvers av elva ved profil 883 som vist med den midterste pila på figur 5. Figur 9 Figur som viser vanndybden for en 200 års flom på tvers av elva ved profil 1009 ved Øye som vist med den øverste pila på figur 5.

14 Figur 10 Figur som viser koter med høyde av vannstand. Linje for kote 170 moh deretter linje for hver 5 meter opp til 210 moh også vist med pil. 5 Virkning av deponi på flomfaren Et deponi som legges 10 m fra elva vil ved en 200 års flom kunne komme i berøring med vannstrømmen. Den vil derfor i prinsippet kunne påvirke vannstanden oppstrøms og nedstrøms deponiet. Imidlertid er elva bratt med en helning på 45 m på en 1 km lang strekning som gir en helning på 4.5 %. Dette gir store vannhastigheter ved flom i elvetrauet. Virkningen av at deponiet kommer i kontakt med flomvannføringen blir derfor begrenset til en liten vannstandsstigning noen få titalls meter opp for deponiet og litt økende hastighet like ved deponiet.

15 Nedenfor deponiet vil det ikke ha noen konsekvenser for hastighet eller vannhøyde. Eneste teoretiske mulighet er at flommen drøyes og derved redusere flomhøyden nedenfor, men dette er bare teori så lenge deponiet ligger godt klar av hovedstrømmen i elva. 6 Konklusjon Det er foretatt en hydraulisk analyse av forholdene ved Øye i Nordal. Det er beregnet at 200 års flommen er 100 m 3 /s. Ved en 200 år flom vil vannet stå mellom 3 og 4 m over bunnen av elva. Deponiet vil ikke ha noen praktisk påvirkning på flomforholdene hverken oppstrøms eller nedstrøms. I teorien vil en stor flom der elva kommer i berøring med deponiet føre til en lokal oppstuing av vannstand oppstrøms og en økende hastighet på grunn av innskrenking av strømningsarealet. På grunn av at elva er så bratt og at det ved flom er store hastigheter i elvetrauet og små utenfor vil dette kun være av teoretisk karakter. Referanser (1) Sælthun, N.R. med flere (NVE rapport 1997/14): Regional flomfrekvensanalyse for norske vassdrag. (2) NVE (2008): Retningslinjer for flomberegninger. (3) NVE Report Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. (4) NIFS (2014): Regionalt formelverk for flomberegning i små nedbørfelt. (5) NVE (2010): Vassdragshåndboka. (6) NVE (2009) Rapport nr. 4: Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein. (7) Terratceh (2017): Laseskanning for nasjonal detaljert høydemodell. NDH Nordal- Rauma (8) NVE (2014): Flom og vannlineberegning for Geirangerelva ved Norsk Fjordsenter