Statens vegvesen Region midt. E14 Ny bru over Forra Flom- og vannlinjeberegning

Transkript

1 Statens vegvesen Region midt E14 Ny bru over Forra Flom- og vannlinjeberegning

2

3

4

5 Innhold 1 Innledning Plassering av den planlagte kryssingen av Forra Eksisterende Forra bru Flomberegning årsflom årsflom... Vannlinjeberegning Beregningsprogram Grunnlag og forutsetninger Elvas geometri Elvas ruhet Grensebetingelser Bru i ett spenn Planlagt bru Hevet bru Bru i to spenn Planlagt bru Hevet bru Anleggstiltak i byggeperioden Is Isganger Historiske data Vinteren 212/ Erosjonssikring Eksisterende erosjonssikring og observerte skader Erosjonssikring mot is Erosjonssikring: Bru i ett spenn Erosjonssikring rundt landkar Erosjonssikring: Bru i to spenn Vurdering av erosjonssikring Erosjonssikring rundt brupilarer Erosjonssikring rundt landkar Sammendrag Sammendrag Vurdering og anbefaling Referanser Vedlegg... 2

6

7 1 Innledning På oppdrag fra Statens vegvesen Region midt, har Sweco Norge AS (Sweco) i Trondheim utført hydrologisk og hydraulisk vurdering for de ulike alternativene for den planlagte kryssinga av Forra. Denne rapporten omfatter: Beregning av 2-årsflom og økning av flomstørrelsen for å ta hensyn til forventet klimaendring. Vannlinjeberegning ved 2-årsflom ved bru i ett og to spenn. Vannlinjeberegning ved 5-årsflom for planlegging av utfylling i elva i anleggsperioden. Innhenting av informasjon om og vurdering av belastning fra is og isganger. Vurdering av behov for erosjonssikring og forslag til steinstørrelser. Sweco har NVE-godkjenning for flomberegning og beregning av flomavledning for alle typer dammer og flomløp. 1.1 Plassering av den planlagte kryssingen av Forra Det planlagte tiltaket ligger i Forra (vassdragsnummer 124.AA), Stjørdal kommune, Nord- Trøndelag. Figur -1 viser et oversiktskart over Forra bru og utløpet av Forra i Stjørdalselva. Den nye brua skal plasseres på samme brosted som eksisterende Forra bru. Forra bru Figur -1 Oversiktskart 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

8 2 Skisse av ny bru er vist i Figur -2. Figur -2 Planlagt ny kryssing av Forra 1.2 Eksisterende Forra bru Hoveddata for eksisterende Forra bru er vist i Tabell -1. Tabell -1 Hoveddata for eksisterende bru Byggeår* 199 Brusystem* Fritt opplagt fagverk i ett spenn med buet overgurt Lengde (fra landkar til landkar)* 6 m Bredde* 4,75 m Høyde, overkant brudekke** 19,2 19,45 moh. Brudekke* Mellomliggende brubane av armert betong, t = 2 cm *Data fra SSVs tegninger. **Opplyst fra A. Christensen. Figur - viser eksisterende Forra bru, sett fra nedstrøms side. 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

9 Figur - Eksisterende Forra bru, sett fra nedstrøms side 2 Flomberegning årsflom Flomberegning for Forra er vist i vedlegg 1. 2-årsflommen er beregnet til 566 m³/s, inkludert klimatillegg på 2 %. Klimatillegget representerer NVEs anbefalinger om flomøkning frem til år 21. For Forra er det ventet at flommene vil øke med 2 % årsflom For å kunne vurdere anleggstiltak i byggeperioden, skal vannstandsstigningen ved 5-årsflom vurderes. 5-årsflommen ved Forra bru er beregnet til 257 m³/s. Beregningen er vist i Vedlegg 1. Anleggsarbeidet skal gjennomføres i løpet av -4 år, og 5-årsflommen er derfor ikke beregnet med klimatillegg. Middelvannføringen for Forra ved Forra bru er 24,1 m³/s (beregnet i vedlegg 1). 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

10 4 Vannlinjeberegning For å vurdere virkningen av ei ny bru, har det blitt beregnet vannstander i elven for to ulike situasjoner ved 2-årsflom: Ny bru i ett spenn Ny bru i to spenn.1 Beregningsprogram Til beregning av flomstigning er programmet HEC-RAS benyttet. Programmet beregner strømning i en dimensjon. Forra er beskrevet med 11 tverrprofiler og Stjørdalselva med 6 tverrprofiler (se vedlegg ). Programmet beregner gjennomsnittlig vannstand og hastighet i profilene. Endimensjonal beregning er godt egnet der strømningen er ganske lik i hele tverrprofilet..2 Grunnlag og forutsetninger For vannlinjeberegningen trenger vi: Vannføring (beregnet 2-årsflom) Elvas geometri (terrengets form) Elvas ruhet (strømningsmotstand) Dimensjoner på planlagt bru.2.1 Elvas geometri Elva og terrengets form må beskrives i strømningsmodellen. En digital terrengmodell fra Statens vegvesen med oppløsning 1x1 m er benyttet for området rundt Forra bru. For området ned mot Hegra bru er det benyttet en modell med oppløsning 2x2 m. Under feltarbeidet 2. april og 15. mai 21, ble det målt opp punkter langs og i elva for å supplere terrengmodellen med data i elveleiet. Oppmålingen ble utført med GPS med nøyaktighet 1 cm, og ADCP utstyr (Acoustic Doppler Current Profiler, måler vannhastighet og dyp) fastmontert på en kajakk. Oppmålingene sammen med høydemodellen gir en god beskrivelse av elva og terrenget. Kart i vedlegg 4 visert resultatet av oppmålingene og benyttede tverrprofiler i Forra..2.2 Elvas ruhet I strømningsmodellen må elva og terrengets ruhet (strømningsmotstand), uttrykt ved Manningskoeffisient, n, legges inn. Følgende verdier er benyttet: Elveløpet: n =, Områder med skog: n =,8 Områder med åker/jorder: n =,5 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

11 Høyde (m).2. Grensebetingelser Som nedstrøms grensebetingelse er vannstand fra NVEs flomsonekartlegging benyttet. NVE har beregnet vannstanden ved Hegra bru ved 2-årsflomen til 11,6 moh. For Forra og øvre del av Stjørdalselva, er helning på normal dybde benyttet som grensebetingelse. Helningen på elvestrekningene ble under feltarbeidet målt til 4,5 % i Forra og 1, % i Stjørdalselva. 5. Bru i ett spenn..1 Planlagt bru Det vurderes å bygge ei bru i ett spenn, hoveddata for denne løsningen er presentert i Tabell -1. Tabell -1 Hoveddata for bru i ett spenn Lengde (fra landkar til landkar) Bredde Høyde, underkant undergurt 75 m 1 m 17, moh. Figur -1 viser lengdeprofil av Forra med vannlinje for Q 2 med ei bru i ett spenn. Vannstanden er 18,6 moh. ved planlagt brosted. Gjennomsnittlig vannhastighet i gjennomløpet er,1 m/s. Forra 2 Forra Forra Planlagt bru Legend 18 WS 2 -årsflom Ground Figur -1 Lengdeprofil av Forra med vannlinje for Q2 med planlagt bru i ett spenn Ved 2-årsflom er vannstanden i Stjørdalselva ved utløpet av Forra 18,6 moh. Denne vannstanden bestemmer vannstanden ved planlagt brosted...2 Hevet bru Avstand fra utløp i Stjørdalselva (km) Dersom undergurten på brua heves til 19, m, vil brua bli hevet over flomvannstanden med en sikkerhetsmargin på,48 m. Flomvannstanden ved hevet bru blir 18,52 moh. Hastighet i gjennomløpet blir omtrent 2,5 m/s. 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

12 Høyde (m) 6.4 Bru i to spenn.4.1 Planlagt bru Hoveddata for brua er presentert i Tabell -2. Tegning av planlagt bru er vist i vedlegg 2. På tegningen er pilaren vist som en lang pilar, men dette er nå planlagt som to frittstående søyler med diameter 1,5 m. Pilarene er planlagt plassert langs samme lengdeakse som er vist på tegningen. Vinkelen mellom lengdeaksen gjennom pilarene og strømningsretningen er ca. 8 o. Dersom ikke pilaren er parallell med strømningsretningen, settes pilarbredden lik bredden normalt på strømningsretningen. Projisert bredde fra de to frittstående pilarene blir samlet, m. Tabell -2 Hoveddata for planlagt bru i to spenn Lengde (fra landkar til landkar) Lengde (ett spenn) Bredde Pilarer Projisert bredde pilarer (normalt på vannstrømmen) Høyde, underkant undergurt 75 m 7,5 m 1 m To frittstående søyler med diameter 1,5 m, m 17, moh. Figur -2 viser lengdeprofil av Forra med vannlinje for Q 2. Forra 2 Forra Forra Planlagt bru Legend 18 WS 2 -årsflom Ground Avstand fra utløp i Stjørdalselva (km) Figur -2 Lengdeprofil av Forra med vannlinje for Q 2 med planlagt bru i to spenn Flomvannstanden ved brua med to pilarer ved 2-årsflom er beregnet til 18,68 moh. Gjennomsnittlig hastighet i gjennomløpet blir omtrent,7 m/s. 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

13 Høyde (m).4.2 Hevet bru Dersom undergurten på brua heves til 19, m, vil brua bli hevet over flomvannstanden med en sikkerhetsmargin på,44 m. Vannstanden ved hevet bru blir 18,57 moh. Hastigheten i gjennomløpet blir omtrent 2,6 m/s. 7.5 Anleggstiltak i byggeperioden Det vil være nødvendig med utfylling i elva under anleggsperioden. Utfyllingen vil skje på oppstrøms side fra akse 1 ut mot akse 2 (se tegning i vedlegg 2). Akse 2 er plassert midt i elveløpet. Høyden på utfyllingen skal være over normalvannstanden, men fyllingen kan overtoppes ved flom. Middelvannføringen er benyttet for å beregne normalvannstanden og 5-årsflom er benyttet til å beregne flomsituasjon. Fyllingen vil bli liggende til bjelkene på den nye brua er montert, og deretter fjernes. Høyden på fyllingen vil avgjøre hvor mye strømningstverrsnittet vil bli redusert, og dermed hvor høy oppstuvning og vannstandsstigning den vil føre til. Figur - viser lengdeprofil for Forra med vannlinje for normalvannføring og 5 årsflom med fylling opp til kote 15. Elvebunnen er på kote 11,89 på det dypeste, dvs. at fyllingen er,11 m tykk på det tykkeste når det fylles opp til kote 15. Simulert fylling er 1 m bred Forra Forra Forra Legend WS 5 -årsflom WS Middelvannføring Ground Avstand fra utløp i Stjørdalselva (km) Utfylling opp til kote 15 Figur - Lengdeprofil av Forra med vannlinje for middelvannføring og Q 5 med utfylling opp til kote 15 Oppstuvning ved ulike høyder på fylling, er oppsummert i Tabell E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

14 8 Tabell - Vannstandsstigning ved utfylling fra akse 1 til akse 2 Topp fylling (moh.) Vannstand (moh.) ved middelvannføring 14 1,6 16, 15 1,6 16,4 16 1,6 16,8 Vannstand (moh.) ved 5-årsflom Utfyllinga vil føre til store hastigheter. Disse bør undersøkes for å bestemme nødvendig steinstørrelse i fyllinga. 4 Is 4.1 Isganger Når vannet i elven kjøles ned dannes iskrystaller (sarr) i vannet. I elver med lite fall flyter isen opp og danner et islag på overflaten. I bratte partier fører turbulens til at sarr blandes ned i vannmassene og fryser fast i bunnen. Bunnisen kan bli så tykk at det dannes isdammer. Isen fører til mindre strømningstverrsnitt og større strømningsmotstand, enten det er overflateis eller bunnis. Vannstanden i en islagt elv blir derfor høyere enn uten is, selv om vannføringen er den samme. Isen i elva kan løsne, f.eks. pga. flom, og vil følge vannet nedover. Hvis isen møter en hindring kan den sette seg fast og danne en ispropp. Når ny is tilføres fra oppstrøms, vil proppen vokse og redusere strømningsarealet i elva. Ispropper kan føre til stor vannstandstigning og oversvømmelse på kort tid. Proppen kan stabilisere seg eller løse seg opp. Et brått sammenbrudd kan føre til en isgang, en bølge av vann og knust is nedover elven. Hvis isgangen møter nye hindringer, f.eks. et smalere løp, en krapp sving eller et fast isdekke, kan det oppstå en ny propp. Isganger fører til stor belastning mot konstruksjoner i elva og elvebredden. Isganger kan forårsake skuring og direkte kontaktrykk. Det er vanskelig å beregne kreftene som oppstår ved isganger Historiske data Vintrene og gjennomførte Vassdrags- og havnelaboratoriet ved Norges tekniske høyskole (NTH) grunnleggende isundersøkelser i Forra. Forra ble valgt som forskingsfelt på grunn av stabilt stor isproduksjon. I etter utdrag fra begrunnelsen for valg av forskingsfelt står det: «Ved vestavindgrep blir ofte kald luft liggende upåvirket over prosjektområdet. I rolige klarværsitasjoner vil kaldluften dessuten lett ta veien fra det kuldeproduserende høyfjellsmassivet ned gjennom det trange dalføret og bidra til å holde temperaturen lav langs elva, selv om det kan være ganske mildt oppe i dalsidene.» 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

15 De to vintrene og ble det ble utført målinger av vannføring, nedbør, vann- og lufttemperatur, snødybde samt været (skydekke, nedbør, snø og lignende). Videre ble isens utbredelse og isganger registrert. Undersøkelsene ble utført oppstrøms Høggås bru, ca. 1 km oppstrøms Forra bru. Her er det et stryk hvor det lett dannes isdammer og er bunnisdannelse hver vinter. Vinteren var Forra islagt fra midten av desember til slutten av april. Det ble observert en isgang i desember. I april var det isløsning. Vinteren var Forra islagt fra midten av november til midten av april. Det ble observert to episoder med isganger, begge i første halvdel av januar. Det var fem episoder med isløsning. Alle de observerte isgangene er vinterisganger. Vinterisganger opptrer på en tid når istemperaturen er lav og isens tykkelse er langt større enn ved vårisganger som skjer under vårløsningen/ vårflommen Vinteren 212/21 Våren 21 ble det observert en isgang ved Høggås bru den 19. april. Isgangen førte til oversvømmelse på jordene nedstrøms Høggås bru. I perioden april var det installert tre automatiske kamera som tok bilder av Forra med intervall på en time. Plassering av kameraene er vist på kart i Figur Figur 4-1 Plassering av automatiske kameraer ved Forra, 15-2 april E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

16 1 Figur 4-2 til Figur 4-8 viser utviklingen 17.april 21 ved brostedet. Bildene gir et inntrykk av hvor raskt situasjonen ved brua endres og hvor mye is som kan tilføres brostedet på kort tid. Bildene viser at det bygger seg opp en ispropp nedstrøms brostedet. Figur 4-2 Bilde fra Acorn 1, 17 april 21 kl E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

17 11 Figur 4- Bilde fra Acorn 1, 17. april 21 kl Figur 4-4 Bilde fra Acorn 1, 17. april 21 kl E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

18 12 Figur 4-5 Bilde fra Acorn 1, 18 april 21 kl. 5:58 Figur 4-6 Bilde fra Acorn 2, 17. april 21 kl E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

19 1 Figur 4-7 Bilde fra Acorn 2, 17. april 21 kl Figur 4-8 Bilde fra Acorn 2, 17. april 21 kl E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

20 5 Erosjonssikring 5.1 Eksisterende erosjonssikring og observerte skader Under feltarbeidet ble det observert erosjonssikring på oppstrøms side av landkarene til eksisterende bru. Langs elveleiet og i elva ble det ikke observert erosjonssikring. Det ble observert noe erosjonsskader langs elva, se Figur Figur 5-1 Erosjonsskader til høyre i bildet NGUs løsmassekart (se Figur 5-2) viser at det er elveavsetninger langs Forra ved planlagt kryssing. 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

21 15 Figur 5-2 Utsnitt fra NGUs løsmassekart. 5.2 Erosjonssikring mot is For å unngå skader av iskrefter er det viktig at det er god innbyrdes låsing av steinen i erosjonssikringen. I elver med isganger bør isens betydning alltid vurderes i forbindelse med dimensjonering av erosjonssikring. Dimensjonerende steinstørrelse i erosjonssikringen bør multipliseres med en sikkerhetsfaktor på mellom 1,2 og 1,5 når sikringen utsettes for iskrefter. Det er også viktig at sikringen dimensjoneres med god gradering av steinmassene. 5. Erosjonssikring: Bru i ett spenn For å vurdere erosjonssikring og foreslå steinstørrelser er det beregnet maksimal hastighet i gjennomløpet. I gjennomløpet blir det størst hastighet når det er flom i Forra, mens vannstanden i Stjørdalselva er lav (1 årsflom). Denne situasjonen betraktes som dimensjonerende Erosjonssikring rundt landkar Stabil steinstørrelse rundt landkarene er beregnet med formel 4. fra NVEs Veileder for dimensjonering av erosjonssikring: [ ] K =,69 for landkar med vertikal frontvegg s = steinens relative tetthet g = tyngdens akselerasjon 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

22 16 y = vanndybde ved foten av landkaret (m) V kar = karakteristisk hastighet (m/s) Ved 2-årsflom i Forra og lav vannstand i Stjørdalselva (1-årsflom) står oppstrøms del av landkarene ved planlagt bru ca. 1,1 m under vann. I gjennomløpet står landkarene utenfor hovedløpet. Dermed kan V kar settes lik,4 m/s (gjennomsnittlig hastighet i gjennomløpet). Dette gir D 5 lik,5 m. Tilfellet med 2-årsflom i både Forra og Stjørdalselva gir mindre steinstørrelse. På grunn av påkjenningen fra is benyttes en sikkerhetsfaktor på 1,5, plastringen bør derfor utføres med stein med D 5 på,8 m. Sikringen må utføres som en plastring med god innbyrdes låsing av steinene og med en Tykkelsen bør være 2*D 5 = 1,6 m. Sikringen må gå minst 5 m ut fra landkarene. 5.4 Erosjonssikring: Bru i to spenn Vurdering av erosjonssikring Område rundt pilarene og landkarene vil bli utsatt for lokalerosjon og må erosjonssikres Erosjonssikring rundt brupilarer Det ble under feltarbeidet ikke observert fjell i tverrprofilet ved planlagt kryssing. For vurdering av erosjonssikring blir det forutsatt at hele profilet er dekket av elveavsattmateriale. Stabil steinstørrelse rundt brupilarene er beregnet med formel 4.27 fra NVEs Veileder for dimensjonering av erosjonssikring: D 5 = stabil steinstørrelse (m) K f = formfaktor (2, ved rund/spisset nese) s = steinens spesifikke tetthet (-) g = tyngdens akselerasjon (9,81 m/s 2 ) V lokal = hastigheten rett oppstrøms brupilaren Vannhastigheten rett oppstrøms brupilaren er dimensjonerende. Den kan anslås ved å multiplisere gjennomsnittshastighet i hovedløpet, V, med en korreksjonsfaktor: V lokal = K v *V. K v er forholdet mellom gjennomsnittshastigheten i hovedløpet og lokal hastighet rett oppstrøms pilaren, og avhengig av hvor pilaren er plassert. For planlagt bru benyttes 1, (pilar i hovedstrøm). Den største gjennomsnittlige hastigheten i gjennomløpet er,5 m/s (ved 2-årsflom i Forra og 1-årsflom i Stjørdalselva). Dette gir D 5 på 1, m. En sikring med så stor stein må praksis utføres som en ordnet plastring. 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

23 17 Det bør legges ett sikringslag over toppen på fundamenteringen av pilaren. Toppsikring plasseres i nivå med eksisterende elvebunn. Hvis sikringen plasseres under vann bør tykkelsen økes 5 %. Største stein bør ikke være større enn 2*D 5 = 2 m. Sikringen bør utføres 5 m i alle retninger rundt begge pilarene. Under sikringen bør det plasseres et filter av geotekstil. Det kan være nødvendig å beskytte geotekstilet med et lag grus før plassering av plastringen Erosjonssikring rundt landkar Stabil steinstørrelse rundt landkarene er beregnet med formel 4. fra NVEs Veileder for dimensjonering av erosjonssikring. Ved 2-årsflom i Forra og lav vannstand i Stjørdalselva (1-årsflom) står oppstrøms del av landkarene ved planlagt bru ca. 1,1 m under vann. I gjennomløpet står landkarene utenfor hovedløpet. Dermed kan V kar settes lik,5 m/s (gjennomsnittlig hastighet i gjennomløpet). Dette gir D 5 lik,5 m. Tilfellet med 2-årsflom i både Forra og Stjørdalselva gir mindre steinstørrelse. På grunn av påkjenningen fra is benyttes en sikkerhetsfaktor på 1,5, plastringen bør derfor utføres med stein med D 5 på,8 m. Sikringen må utføres som en plastring med god innbyrdes låsing av steinene og med god gradering av steinmassene. Tykkelsen bør være 2*D 5 = 1,6 m. Sikringen må gå minst 5 m ut fra landkarene. 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

24 6 Sammendrag 6.1 Sammendrag Statens vegvesen planlegger ny bru over Forra i Stjørdal kommune i Nord-Trøndelag. Brua planlegges å bygges i ett eller to spenn. Sweco har beregnet dimensjonerende flom, med tillegg for klimaendring (2 %) fram til 21, til Q 2 = 566 m³/s. Nedenfor er de viktigste funnene i rapporten. Vannstandsstigning ved planlagt brosted: 18 Ved 2-årsflom er vannstanden i Stjørdalselva, ved utløpet av Forra, 18,4 moh. Ved planlagt brosted er vannstanden ved 2-årsflom 18,6 moh. med ei bru i ett spenn og 18,8 moh. med bru i to spenn. For at ei ny bru skal ha tilstrekkelig kapasitet til av avlede 2-årsflommen, må underkant undergurt heves til minimum 19, moh. Dette vil senke vannstanden til henholdsvis 18,52 for ei bru i ett spenn og 18,57 moh. for ei bru i to spenn og gir dermed en avstand mellom underkant undergurt og vannspeil på,48 m og,44 m. Vannstanden ved brostedet under flom bestemmes av vannstanden i Stjørdalselva, og blir i mindre grad påvirket av om brua bygges i ett eller to spenn. Ved etablering av ei bru i ett spenn må det erosjonssikres ved landkarene med stein med D 5 lik,5 m. Ved etablering av ei bru i to spenn må det erosjonssikres ved landkarene med stein med D 5 lik,5 m og ved pilarene med stein med D 5 lik 1, m. Utfylling i anleggsperioden: Høyden på utfyllingen må bestemmes ut fra hvor høyt det er akseptabelt at middelvannføringen og 5-årsflommen kan stige. Ved flom vil det renne vann over fyllingen. Høyde på utfyllingen vil avgjøre hvor stor hastigheten i gjennomløpet blir. 6.2 Vurdering og anbefaling Basert på de hydrologiske og hydrauliske beregningene anbefales det å heve underkant undergurt på planlagt bru minst til 19, moh. Dersom brua skal bygges i to spenn bør de to pilarene plasseres etter hverandre i strømretningen og gjøres så smale som mulig. Ei bru med pilarer etter hverandre reduserer risikoen for at drivgods som isflak, rester fra isganger oppstrøms, trær og lignende kan sette seg fast under brua eller i pilarene og føre til redusert strømningstverrsnitt, og dermed redusert kapasitet og økt erosjon. I forbindelse med utfyllingen anleggsperioden bør dette arbeidet gjennomføres i et tidsrom som har liten sannsynlighet for flommer. 21 E18, Ny bru over Forra, Flom- og vannlinjeberegning

25 rao4n Referanser Asvall, R. P., 21: Hvordan is i vassdrag dannes og hvordan vassdragsreguleringer påvirker isen i norske vassdrag. Rapport nr Norges vassdrags og energidirektorat. Isundersøkelser i Forra, Undersøkelser utført vinteren , Vassdrags- og havnelaboratoriet ved Norges tekniske høgskole. Oppdrag nr. N-65 (196) Isundersøkelser, Forra vinteren 196/64, Kjølerom NTH 1964, Vassdrags- og havnelaboratoriet ved Norges tekniske høgskole. Oppdrag nr. 65 (1964) Lawrence og Hisdal, 211: Deborah Lawrence og Hege Hisdal. Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. Report nr Norges vassdrags og energidirektorat. NVE, 2/24: Flomsonekart. Prosjekt. Hell. Kartblad: Hegra. 2-årsflom. NVE, 29: Veileder for dimensjonering av erosjonssikring. Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, 211: Retningslinjer for flomberegninger til 5-7 i forskrift om sikkerhet og tilsyn med vassdragsanlegg. Retningslinje 4/211. Norges vassdrags- og energidirektorat. Pettersson, 2: Lars-Evan Pettersson. Flomberegning for Stjørdalselva. Rapport nr Norges vassdrags og energidirektorat. Pettersson, 29: Lars-Evan Pettersson. Flomforhold i Sør- og Midt-Norge. Rapport nr Norges vassdrags og energidirektorat. Vassdragshåndboka, 21, Tapir akademisk forlag Databaser: databasen Hydra II databasen eklima Snøkart NVEs lavvannskart

26 rao4n Vedlegg 1. Notat: Flomberegning 2. Tegning, planlagt bru med pilar. Oversiktskart over benyttede tverprofiler og oppmålte punkt 4. Oversiktskart over benyttede profiler i Forra

27 Vedlegg 1: Flomberegning

28 pmn NOTAT Forra ved Forra bru, flomberegning Notat nr.: Dato Til: Navn Firma Fork. Anmerkning Statens vegvesen Kopi til: Fra: Åsta Gurandsrud Hestad Sweco Norge AS, avd. Trondheim Flomberegning for Forra ved Forra bru Innledning I forbindelse med en vannlinjeberegning er det beregnet tilløpsflom med gjentaksintervall 2 og 1 år for nedbørfeltet til Forra (vassdragsnr. 124.AA) ved Forra bru (Stjørdal kommune, Nord-Trøndelag). Forra har utløp i Stjørdalselva ved Fornes. Nedbørfeltet til Forra ved Forra bru er vist i Figur 1. Data for nedbørfeltet er vist i Tabell 1. Metode Flomberegningen er utført i henhold til Retningslinje for flomberegninger (NVE, 211), så lang dette er relevant. Flomberegningen er utført ved bruk av flomfrekvensanalyse. Det er brukt en dataserie fra NVEs hydrometriske målestasjon VM Høggås bru. Målestasjonen ligger i Forra ved Fossen, ca. 1 km ovenfor Forra bru. Stasjonen ble etablert i april Det pågikk tømmerfløting i Forra frem til 1961, noe som ga kunstige flomtopper om våren. Forra ligger i flomregion K2, det vil si at flomvannføringer kan inntreffe hele året. De fleste flommene kommer i forbindelse med snøsmelting i mai-juni, men de største flommene er registrert om høsten og vinteren (Pettersson, 2). Effekten av tømmerfløting frem til 1961 vil derfor trolig ha liten innvirkning på resultatet av flomfrekvensanalysen Høggås bru har en sammenhengende dataserie på 99 år, og ligger nært punktet det skal beregnes flom for. Flomfrekvensanalyse for denne stasjonen skulle derfor gi gode resultater for Forra ved Forra bru. Data for Høggås bru er vist i Tabell 1. Kart som viser plassering av målestasjonen er vist i Figur 1. Areal og tilsig for nedbørfeltet til er hentet fra Hydra II. Areal på nedbørfeltet til Forra ved Forra bru er beregnet ved bruk av GIS. Tilsig i nedbørfeltet er beregnet fra NVEs avrenningskart for normalperioden Hypsografisk kurve og feltparametere er beregnet med lavvannsapplikasjonen i NVE Atlas. Sweco Norge Professor Brochs gate 2, 7 Trondheim Telefon Telefaks (8) Oppdrag 5821; aeg p:\251\5841 forra, fjerdingelva, litla. flom og vannlinjeberegninger\8 rapporter\notater\flomberegning forra\flomberegning_forra_bru.docx

29 pmn Figur 1 Nedbørfelt til Forra ved Forra bru. Målestasjon Høggås bru er også tegnet inn. Tabell 1 Nedbørfelt og tilsig for VM Høggås bru og Forra ved Forra bru Stasjonsnr Navn Høggås bru Forra ved Forra bru Dataperiode Areal på nedbørfelt, A (km²) 494,7 64,4 Middelvannføring, Q N (m³/s) 21,4 24,1 Spesifikk middelvannføring, q N (l/s/km²) 4, 4, Laveste punkt i feltet, H min (moh.) Høyeste punkt i feltet, H max (moh.) Effektiv sjøprosent, A SE (%) 2,4 1,6 Snaufjellsprosent, A SF (%) 27,5 22,6 Midlere årsflom, Q M (m³/s) 154, - Midlere spesifikk årsflom, q M (l/s/km²) 11 - Flomfrekvensanalysen er utført ved bruk av programmet EKSTREM (Hydra II). Det er beregnet middelflom og vekstfaktorer Forra ved Forra bru, flomberegning 2 (8) Oppdrag 5821; aeg p:\251\5841 forra, fjerdingelva, litla. flom og vannlinjeberegninger\8 rapporter\notater\flomberegning forra\flomberegning_forra_bru.docx

30 pmn 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 middelflom er 11 l/s/km² (Tabell 1). Vekstfaktor er forholdet mellom middelflom og flom med ulike gjentaksintervall. Beregningene bruker flommenes middelvannføring over et døgn (døgnmiddel). Det er benyttet GEV- fordeling (-parameterfordeling). Vekstfaktorer fra flomfrekvensanalysen er vist i Tabell 2. Tabell 2 Vekstfaktorer, Q T/Q M Q T /Q M K Høggås bru Q 5 /Q M 1,2 1,2 Q 2 /Q M 2, 2,2 Q 1 /Q M 2,7 2,6 De benyttede vekstfaktorene Q T /Q M stemmer relativt bra med vekstfaktorene som er beregnet for flomregion K2 (NVE, 211). Det er liten forskjell i areal og effektiv sjøprosent for nedbørfeltene til Høggås bru og Forra ved Forra bru. For Forra ved Forra bru er det derfor benyttet samme spesifikke middelflom, Q M, og forholdstall Q T /Q M som for Høggås bru. Flomfrekvensanalysen er utført på døgnmiddelverdier. Flommens kulminasjonsverdi kan estimeres fra forholdet mellom flommens kulminasjonsverdi (spissverdi), Q mom og døgnmiddel, Q døgn. Forholdet mellom kulminasjonsverdi og døgnmiddelverdi for høstflom er gitt ved følgende regresjonsligning: Høstflom: Q mom /Q døgn = 2,29 -,29 * loga -,27*A SE,5 Der A er nedbørfeltets areal og A SE er effektiv sjøprosent i nedbørfeltet. Q mom /Q døgn for Høggås bru og Forra ved Forra bru er vist i Tabell. Observert forholdstall for Høggås bru er 1,29. Tabell Forholdstall, Q mom/q døgn Q mom /Q døgn Høggås bru Forra ved Forra bru 1,9 1,14 De beregnede flomverdiene er vist i Tabell 4. Observerte årsflommer (døgnmiddelverdier) ved målestasjon Høggås bru fra og flomfrekvenskurver ved ulike fordelinger for målestasjonen er vist i vedlegg Forra ved Forra bru, flomberegning (8) Oppdrag 5821; aeg p:\251\5841 forra, fjerdingelva, litla. flom og vannlinjeberegninger\8 rapporter\notater\flomberegning forra\flomberegning_forra_bru.docx

31 pmn Resultater Tabell 4 viser beregnede flomverdier for VM Høggås bru og Forra ved Forra bru. For å kontrollere beregnet spesifikk tilløpsflom mot erfaringstall fra tidligere utførte flomberegninger, er det også beregnet Q 1. For vassdragsområder i Trøndelag er flomverdiene (q 1 ) stort sett mellom 6-18 l/s/km² for felt mellom 5 km² og 5 km². I felt over 5 km², varierer flomverdiene mellom 6-85 l/s/km². Beregnet q 1 for Forra ved Forra bru er i nærheten av erfaringstall fra Trøndelag. Beregnet tilløpsflom for Forra ved Forra bru synes å være rimelig. Q5 er beregnet for beregning av effekter ved utfylling i Forra under anleggsperioden. Tabell 4 Beregnede flomverdier Stasjonsnr Navn Høggås bru Forra ved Forra bru A (km 2 ) 494,7 64,4 Q M (m³/s) 154, 188, q M (l/(s*km²)) Q 5 (m³/s) 257,2 Q 2/Q M Q 2 (m³/s) q 2 (l/(s*km²)) Q 2, momentanverdi (m³/s) 2,2 2,2 8,8 41, , 471,4 Q 1/Q M Q 1 (m³/s) q 1 (l/(s*km²)) Q 1, momentanverdi (m³/s) 2,6 2,6 4,4 488, ,4 557,1 Klimaendringer Det pågår forskning på hvordan klimaendringer vil påvirke beregnede dimensjonerende flommer. NVE har estimert forventet endring i 2 - års - og 1 - årsflom mot slutten av dette århundret basert på tilgjengelige klimafremskrivninger og kalibrerte hydrologiske modeller (HBV-modeller). Generelt er det forventet at flommer forårsaket av regn vil øke, mens snøsmelteflommer i større vassdrag vil avta. Ekstremnedbøren er forventet å øke i hele landet. Forventede klimaendringer vil gi forskjellige utslag for damsikkerheten avhengig av regionale forskjeller. Forra ligger i et område preget av kystklima. For Forra ved Forra bru, flomberegning 4 (8) Oppdrag 5821; aeg p:\251\5841 forra, fjerdingelva, litla. flom og vannlinjeberegninger\8 rapporter\notater\flomberegning forra\flomberegning_forra_bru.docx

32 pmn Trøndelag anbefales det at det regnes med 2 % økning i flomverdier for 2-, 5- og 1-årsflom i nedbørfelt i områder med kystklima. (Lawrence og Hisdal, 211). Usikkerhet og klassifisering av beregningen Datagrunnlaget for flomberegning for Forra er godt. VM Høggås bru har en lang sammenhengende dataserie, og observasjonene er gjort nær Forra bru. Det er imidlertid noe usikkerhet knyttet til vannføringskurver for målestasjonen. Målestasjonen har vært utsatt for profilendring, og det er derfor usikkert om vannføringskurven er korrekt ved flomvannstander for alle perioder (Pettersson, 2). Beregningen klassifiseres derfor i klasse 2: Brukbart hydrologisk datagrunnlag, med observasjoner i eller nært vassdraget (NVE, 211). Konklusjon Beregnede verdier for Q 2 og Q 1 justert for klimatilpasning er vist i Tabell 5. Det anbefales at flomverdier justert for klimatilpasning benyttes i videre arbeid med Forra bru. Anleggsarbeidet skal gjennomføres i løpet av -4 år, og Q 5 er derfor ikke beregnet med klimatillegg. Tabell 5 Q 2 og Q 1 justert for klimatilpasning Stasjonsnr Navn Høggås bru Forra ved Forra bru Q 5 (m³/s) 257,2 Q 2, klimatilpasset (m³/s) 44,2 565,7 Q 1, klimatilpasset (m³/s) 52,7 668,5 Referanser Lawrence og Hisdal, 211: Deborah Lawrence og Hege Hisdal. Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. Report nr Norges vassdrags og energidirektorat. NVE, 211: Retningslinjer for flomberegninger til 5-7 i forskrift om sikkerhet og tilsyn med vassdragsanlegg. Retningslinje 4/211. Norges vassdrags- og energidirektorat. Pettersson, 2: Lars-Evan Pettersson. Flomberegning for Stjørdalselva. Rapport nr Norges vassdrags og energidirektorat. Pettersson, 29: Lars-Evan Pettersson. Flomforhold i Sør og Midt - Norge. Rapport nr Norges vassdrags og energidirektorat. Databaser: databasen Hydra II databasen eklima Snøkart Forra ved Forra bru, flomberegning 5 (8) Oppdrag 5821; aeg p:\251\5841 forra, fjerdingelva, litla. flom og vannlinjeberegninger\8 rapporter\notater\flomberegning forra\flomberegning_forra_bru.docx

33 pmn Vedlegg Observerte årsflommer ved målestasjon Høggås bru (døgnmiddelverdier) Forra ved Forra bru, flomberegning 6 (8) Oppdrag 5821; aeg p:\251\5841 forra, fjerdingelva, litla. flom og vannlinjeberegninger\8 rapporter\notater\flomberegning forra\flomberegning_forra_bru.docx

34 pmn Forra ved Forra bru, flomberegning 7 (8) Oppdrag 5821; aeg p:\251\5841 forra, fjerdingelva, litla. flom og vannlinjeberegninger\8 rapporter\notater\flomberegning forra\flomberegning_forra_bru.docx

35 pmn Observerte årsflommer (døgnmiddelverdier) og fordelingskurver for Høggås bru Forra ved Forra bru, flomberegning 8 (8) Oppdrag 5821; aeg p:\251\5841 forra, fjerdingelva, litla. flom og vannlinjeberegninger\8 rapporter\notater\flomberegning forra\flomberegning_forra_bru.docx

36 Vedlegg 2: Skisse, planlagt bru

37 PROFIL NR ,5 7,5 5 CL-BRU VERTIKALKURVE 1 HORISONTALKURVE R = BREDDEUTVIDELSE ASFALT 1mm TVERRFALL PROFILHYDER M.O.H % xxxx xxxx xxxx %. % A Kote +1,5.5% CL-VEG : : :1 EKSISTERENDETERRENG ELV KOTE 1,5 1 8 EKSISISTERENDETERRENG 2:1 MERKNADER SNITT A-A 1:2 1. GENERELT 1 NYTT TERRENG NYTT TERRENG Veg: vegtype S2, DT -4, 8km/t Brutype: St lplateb rerbru med samvirkende betongplate. 2. PROSJEKTERINGSGRUNNLAG H ndbok 185 bruprosjektering, utgave NS-EN Eurokode standarder gyldig fra Plitelighetsklasse (NS-EN 199, tabell NA.A1(92) ) A Kontrollklasse : Utvidet i.h.t. NS-EN 199, pkt. NA.A1,.1 Eksponeringsklasse iht. NS-EN , tabell 4.1 / HB185. Utf relsesklasse iht. NS-EN 167. Bestandighetsklasse MF4 N yaktighetsklasse A for kantbjelke/brem; for vrig klasse B... MEMBRAN OPPRISS 1:2 Godkjent PVC-membran iht. HB 16. Spr ytemembran, type MICOREA S eller tilsvarende. 4. FUNDAMENTERING Tegn. nr.: Rev.: K1-1 n g ḍ t it n ; S n g ilḍ f o r p e d g n e ; L n g. d s is r p ;O g w ḍ T R A K _ ;T g w ḍ 1 _ M O E G _ ; T n g. d n l a ;P n g ḍ e m m a R - H J : r e s n a r e f e R - 7 :4 : H L C - n g ḍ K \ r e g in n g e T \ u r b a r o F E 4 1 \ 1 2 :\ O 1: , R Ṇ R P METER 1:5 1:1. R Ṇ R P PLAN 1: , 5 7. R Ṇ R P METER Det dypsprenges for fundamenter. Fundamenter stpes p komprimert avrettet, ikke telefarlig sprengsteinsfylling. 5. BETONG Betong-fasthetsklasser Luftinnhold Tilslagsst Armering 6. FORSKALING Avfasing: 7. UTSTYR 8. ST L rrelse Bolter8.8 typisk, A4-8 syrefast 9.BENEVNELSER Alle ml gis i mm. alle koter i m. HENVISNINGER Revisjon Statens Utarbeidet CLH Revisjonen vegvesen av gjelder E Parsell E FORRA BRU Oversikt KONKURRANSEGRUNNLAG Kontrollert MMS av B45 SV 4 5,+-1,5% D1=22mm B5NC, NS576-2mm trekantlister p synlige utst ende hj rner. St lkvalitet S46 og S55 iht. NS-EN 125- DyblerNelson type SL 22x2 eller tilsv. Overflatebehandling Beleggsystem 1, metallisering og epoxy/polyuretan iht. HB Utarb Saksnr. Tegningsdato Bestiller Produsert Produsert PROF-nummer Arkivnummer Byggverksnummer M lestokk Godkjent av Konsulentarkiv Tegningsnummer/ GUE 14 revisjonsbokstav K1-1 av A1 for Kontr Godkjent Igor Region midt Rev. Johs Holt AS XXX xxx Som Praskac vist dato

38 Vedlegg : Oversiktskart over benyttede profiler

39 Målte punkt Tverrprofiler til HEC-RAS 1:2 Forra, E14 5 Meters Oppdragsgiver: Statens Vegvesen region Midt Kartgrunnlag: N5 Kartdata Prosjektnummer: 5841 Utarbeidet av: SSB

40 Vedlegg 4: Oversiktskart over benyttede profiler i Forra

41 Målte punkt Tverrprofiler til HEC-RAS :5 Forra, E14 5 Meters 1 Oppdragsgiver: Statens Vegvesen region Midt Kartgrunnlag: N5 Kartdata Prosjektnummer: 5841 Utarbeidet av: SSB