Nore og Uvdal kommune. Reguleringsplan for Uvdal barnehage Flom- og vannlinjeberegning

Transkript

1 Nore og Uvdal kommune Reguleringsplan for Uvdal barnehage Flom- og vannlinjeberegning Februar 2013

2 RAPPORT Flom- og vannlinjeberegning Rapport nr.: Oppdrag nr.: Dato: Kunde: Statens vegvesen Region midt Sammendrag: Se konklusjon. Reguleringsplan for Uvdal barnehage Flom- og vannlinjeberegning Utarbeidet av: Nils Charles Prieur Kontrollert av: Wolf Marchand Oppdragsansvarlig / avd.: Silje Hermansen Sign.: Sign.: Oppdragsleder / avd.: Silje Hermansen p:\5 15 \ b a r ne ha ge uv dal - r e gul e ri n gs pl an \ 08 r a p po r t e r\ no ta te r\v annl i nj eb e r egni ng e r \n ot at\f l omv u rd e ri n g_ g r ø nnef l å ta _b a r ne ha g e.doc x

3 Innhold 1 Innledning 4 2 Flomberegning årsflom Rolvselva Grønneflåta 6 3 Vannlinjeberegning Beregningsprogram Grunnlag og forutsetninger Elvas geometri Elvas ruhet Grensebetingelser Vannlinjeberegninger Rolvselva Grønneflåta 8 4 Konklusjon 11 5 Usikkerhet 11 Referanser 12 Vedlegg 13 3 (19)

4 1 Innledning Nore og Uvdal kommunestyre vedtok i møte å bygge ny barnehage i Uvdal. I møte vedtok kommunestyret at den nye barnehagen med tilhørende tomteareal skal ligge på Grønneflåta, gnr. 43, bnr. 1. Planområdet omfatter et areal på ca. 50 daa på Grønneflåta i Uvdal, mellom elvene Rolv og Grønneflåta mot henholdsvis vest og øst, og mellom Kirkebygdveien i syd og Bakkanveien i nord (Figur 1). I planlegging og utbygging i fareområder langs vassdrag (NVE, 2008) stiller NVE krav til flomsikkerhet for ulik arealbruk langs vassdraget. Bolig, skole og næringsbebyggelse skal sikres mot 200-års flom. På oppdrag fra Nore og Uvdal kommune og i forbindelse med reguleringsplan av Grønneflåta barnehage, er faren for flom vurdert. Vurdering av flomfare innebærer beregning av hvor mye vann som kommer ved en 200-års flom og hvor høyt vannet vil stige for Rolvselva og Grønneflåta. Denne rapporten omfatter: Beregning av 200-årsflom for Rolvselva og Grønneflåta inkludert forventet klimaendring for området. Vannlinjeberegning for 200-årsflom for Rolvselva og Grønneflåta. Et flomsonekart som viser områder som er oversvømt ved en 200-års flom. Nedbørfeltene til Rolvselva og Grønneflåta er vist i Figur 2. De har en størrelse på henholdsvis 26,8 og 2,8 km 2. Grønneflåta Rolvselva Figur 1 Situasjonskart. De modellerte strekningene er vist i figuren. 4 (19)

5 Figur 2 Oversiktskart med nedbørfelt. 5 (19)

6 2 Flomberegning årsflom Rolvselva Flomberegning for Rolvselva er mottatt av NVE (2011a, vedlegg 2). 200-årsflommen er beregnet til 22,2 m³/s. NVE har, basert på tilgjengelige klimafremskrivninger og modellbetrakninger, estimert en forventet endring for en 200-års flom i ulike områder av Norge mot slutten av dette århundret (NVE, 2011b). For Rolvselva og Grønneflåta er det ikke forventet at flommene vil øke Grønneflåta Flomberegning for Grønneflåta er beregnet av Sweco i vedlegg årsflommen er beregnet til 4,8 m³/s. 3 Vannlinjeberegning NVE har tidligere utført vannlinjeberegninger for Rolvselva for strekningen ved planområdet. Vannlinjemodellen er derfor skaffet av NVE. Det er i tillegg utviklet en hydraulisk modell for Grønneflåta. 3.1 Beregningsprogram Beregningen av flomstigningen er utført ved hjelp av dataprogrammet HEC-RAS (US Army Corps of Engineers). Programmet er en endimensjonal modell for beregning av stasjonære og ikke stasjonære strømninger. Programmet beregner gjennomsnittlig vannstand og hastighet i profilene. 3.2 Grunnlag og forutsetninger Grunnlag og forutsetninger for vannlinjeberegningen: Vannføring (beregnet 200-årsflom) Elvas geometri Elvas ruhet (strømningsmotstand) Rolvselva Endimensjonal modell for Rolvselva er utarbeidet basert på 1m-høydekoter og flere tverrprofiler (Figur 3). Mannings-koeffisienter og grensebetingelser valgte av NVE er benyttet i modellen. For mer opplysninger om forutsetninger i modellen for Rolselva, se «Vannlinjeberegning for Rolvselve, i Nore og Uvdal, Buskerud» (NVE, 2011c og vedlegg 2). Merknad [Wolf1]: Ser at det er en bru I modellen, er denne planlagt? Eller står dette punktet igjen fra et SVV oppdrag? Merknad [Wolf2]: M er Manningstall, n er koeffisient. Merknad [Wolf3]: Mulig at jeg misforstår setningen (og da er det muligens flere som gjør), men det virker naturlig at NVE bruker Manningskoeffisenter som de selv har valgt. Virker derfor rart å skrive dette 2 ganger. 6 (19)

7 Figur 3 Tverrprofiler i modellen. Grønneflåta Grunnlag og forutsetninger for modellen utviklet for Grønneflåta er kort beskrevet her. 3.3 Elvas geometri En digital terrengmodell er lagd fra 1m-høydekoter mottatt fra Nore og Uvdal kommune (rasterceller, 1*1 m). Figur 3 viser plasseringer av tverrprofilene i Grønneflåta og Rolvselva. 3.4 Elvas ruhet I beregningsmodellen må elva og terrengets ruhet (strømningsmotstand), uttrykt ved Manningskoeffisient, n, legges inn. Grønneflåta er en bratt elv og inneholder store steiner. Følgende verdier er derfor benyttet: Elveløpet: n = 0,07 Områder med skog: n = 0,12 7 (19)

8 3.5 Grensebetingelser Vannføringen fra flomberegning er brukt som inngangsdata i den hydrauliske modellen (stasjonær strømning). Det er antatt at det vil være både underkritisk og overkritisk strømming på den modellerte strekningen derfor er det satt grensebetingelser både på oppstrøms og nedstrøms side. Normalstrømning er benyttet som øvre og nedre grensebetingelse i modellen. Helningen på vannspeilet er satt til henholdsvis 0,24 og 0,12 m/m. Helningen til vannspeilet er estimert fra 1m ekvidistanse høydekurver Resultater fra vannlinjeberegning Rolvselva Vannlinjeberegninger er utført for en 200-års flom. Figur 4 viser lengdeprofilen av den modellerte strekningen. Gjennomsnittlig vannhastighet i elveløpet varierer fra 0,9 til 9,1 m/s. Ytterligere hydrauliske parametere er vist i Feil! Fant ikke referansekilden.. Merknad [Wolf4]: Skal vel være kommunen, men det har du allerede nevnet lengre opp. Figur 4 Lengdeprofil (200-års vannstand) Rolvselva Grønneflåta Vannlinjeberegninger er utført for en 200-års flom. Figur 5 viser lengdeprofilen av den modellerte strekningen. Gjennomsnittlig vannhastighet i elveløpet varierer fra 1,0 til 5,7 m/s. Ytterligere hydrauliske parametere er vist i Tabell 1. 8 (19)

9 Figur 5 Lengdeprofil (200-års vannstand) Grønneflåta 9 (19)

10 Tabell 1 Hydrauliske parametere ved 200-års vannstand Grønneflåta Tverrprofil 200-års vannstand (m.o.h) 200-års vannhastighet (m/s) Froude tall Bru (19)

11 4 Konklusjon Flomsonekartet for 200-års flom er vist i Figur 6. En liten del av planområdet vil bli oversvømt ved en 200-års flom (0,4 daa). Dette utgjør at cirka 0,7 % av reguleringsområdet. Oversvømte områder vil være hovedsakelig områder innen cirka 5 meter avstand fra Rolvselva og Grønneflåta. Det antas at denne begrensede oversvømmelse langs elvene ikke vil være et stort problem i dette prosjektet, men man må passe på at bygningene oppføres utenfor det inntegnede området for oversvømmelse og gjerne med noe margin, for å ta høyde for usikkerheter i beregningen. Rolvselva og Grønneflåte er typiske bratte elver med høye vannhastigheter, og overkritiske strømninger (Froude tall større enn 1). Beregningene utført for Rolvselva og Grønneflåta viser store vannhastigheter ved en 200-års flom (opp til henholdsvis 9 og 5,7 m/s). Dette vil føre til en stor fare for erosjon. Det anbefales at nødvendige beregninger for erosjonssikring blir utført og at strekningene som grenser til reguleringsområdet blir sikret. Figur 6 Flomsonekart for Rolvselva og Grønneflåta. 5 Usikkerhet Best mulig kvalitet på vannlinjeberegninger er avhengig av en god kalibrert vannlinjeberegningsmodell. Det vil si at det samles inn(i felt) sammenhørende verdier for vannføring og vannstand, som modellen kan kalibreres etter. Til den gjennomførte 11 (19)

12 beregningen er ingen vannføringsobservasjoner tilgjengelige. Modellen er derfor ikke kalibrert. Nøyaktighet i tverrprofiler, avstand mellom tverrprofiler, usikkerhet i estimat av ruhet, usikkerhet i estimat av 200-års flom og helning på elva er blant de viktigste faktorene for kvalitet på modellen. Det er foretatt beregninger for å se hvordan ruheten i elva og elveslettene innvirker på de beregnede vannstander. Ruheten er økt med +- 10% med utgangspunktet i de valgte verdiene for de to modellene. Resultatene viser at ruheten har liten innvirkning på de beregnede vannstander i Grønneflåta (+- 2 cm). Beregningene for Rolvselva viser en litt større innvirkning av ruheten, spesielt for modellen hvor ruheten er økt med 10% (den største endringen er observert oppstrøms for Øvre Rolvs bru, med en økning i vannstand med 61 cm, gjennomsnitt endring er på +- 3cm). I forhold til usikkerheten i dette prosjektet, skal det ved praktisk bruk av vannlinjene legges på en sikkerhetsmargin på minimum + 50 cm. Referanser NVE, Lawrence og Hisdal, 2011a: Hydological projections for floods in Norway under a future climate, 5/2011, Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, Thomas Væringstad,2011b: Flomberegning for Rolvselve, Nore og Uvdal kommune i Buskerud. NVE, Borsanyi og Ejigu, 2011c: Vannlinjeberegning for Rolvselve (015.JB7A), i Nore og Uvdal, Buskerud. US Army Corps og Engineers, 2014, HEC-RAS, GoogleMaps, 2014, Merknad [Wolf5]: Bedre med 50 cm? Tror det er det som SVV pleier å bruke. 12 (19)

13 Vedlegg Vedlegg 1 Flomberegning for Grønneflåta 13 (19)

14 Flomberegning for Grønneflåta I forbindelse med at det skal bygges en ny barnehage i Uvdal (Nore og Uvdal kommune, Buskerud) er det beregnet 200-års flom for nedbørfeltet til Grønneflåta (Figur 7). Figur 7 Nedbørfelt (kilde: Geodata og NVE). 14 (19)

15 1 Metode Det er de klimatiske og fysiografiske forholdene i vassdraget som påvirker flomforholdene. Som en hovedregel er det regn som skaper flom, og da særlig høye intensiteter med varigheter som tilsvarer konsentrasjonstiden til vassdraget. Dette varierer fra noen minutter i urbane områder til uker i store vassdrag som Glomma eller i innsjøer med trange utløp. Det er likevel ikke en entydig sammenheng mellom store nedbørmengder og flom. Hvert år gir snøsmelting flommer mange steder i landet, men når skadeflommer oppstår, er det stort sett forårsaket av regn eller en kombinasjon av regn og snøsmelting. De største flommene oppstår derfor som regel når nedbør kombineres med andre ugunstige forhold, som snøsmelting, mettet mark på grunn av tidligere nedbør, eller frossen mark. Små vassdrag, og særlig felt med høy grad av urbanisering, er ofte karakterisert ved rask flomstigning og spisse flomforløp. I slike felt opptrer flommer gjerne i forbindelse med intens nedbør. Metodikk for beregning av flom kan hovedsakelig deles inn i to hovedgrupper: Flomfrekvensanalyser Nedbør-avløpsmodellering Flomfrekvensmetoden er hovedsakelig basert på analyser av målte avløpsserier. Nedbør-avløpsmetoden er basert på frekvensanalyser av nedbørdata, hvor nedbør- og eventuelt snøsmelteverdier overføres til flomverdier ved hjelp av hydrologiske modeller. Den rasjonelle formel kan anses enkel som en veldig enkel form av enslik modell. Vanligvis skal flomfrekvensmetoden benyttes for beregning av tilløpsflommer med gitte gjentaksintervall. For små vassdrag og i områder med dårlig datagrunnlag kan det være nødvendig å benytte nedbør-avløpsmetoden for flomberegningen. I slike tilfeller må resultatet likevel vurderes mot observerte flomdata eller erfaringstall for flomstørrelser. For veldig små nedbørfelt (i størrelsesorden 0-5 km 2 ) kan den rasjonelle formelen benyttes. Blir vassdragene særlig større enn dette kan imidlertid denne formelen gi store usikkerheter. I Håndbok 018 Vegbygging (Statens vegvesen januar 2011) er det beskrevet beregninger for flommer med opp til 100 års gjentaksintervall. I beregningen for Grønneflåta er det forutsatt at formelen også kan benyttes for en 200-års flom. Den rasjonelle formel for avrenning: Q = C i A Kf C = avrenningsfaktor, ubenevnt i = dimensjonerende nedbørintensitet, l/(s ha) A = feltareal, ha Kf = klimafaktor 15 (19)

16 2 Den rasjonelle formelen Det finnes ingen direkte observasjoner av vannføring i bekken. Det er derfor vurdert som tilstrekkelig å benytte den rasjonelle formelen. Den rasjonelle formelen baserer seg på målt nedbør og nedbørdata i området er tilgjengelige. Avrenningsfeltet er mindre en 5 km 2. Beregningsmetoden med den rasjonelle formelen anses derfor som godt egnet for flomberegningen for Grønneflåta. 2.1 Estimering av parameterne Terrengparametere og nedbørfeltparameter er vist i Tabell 2 og Tabell 3. Tabell 2: Terrengparametere. Nedbørfelt Symbol Grønneflåta Enhet Areal totalt A 282 ha Største høydeforskjell H 727 m Lengde av nedbørfeltet L 3800 m Klimafaktor Kf Avrenningsfaktor (med 30% tillegg) C For å bestemme en midlere avrenningsfaktor, er det anslått at nær 48 % av feltet er skog, 36 % er snaufjell og 8% er myr. En midlere avrenningsfaktor C for hele feltet er anslått til 0,39. Det er da inkludert et tillegg på ca. 30 % på de avrenningsfaktorverdiene som er oppgitt i Håndbok 018 (Statens vegvesen, 2011), for å få en faktor representativ for en 200-års flom. Tabell 3 Nedbørfeltparametere. Navn Areal km 2 Skog % Myr % Snaufjell % Innsjø % Urban grad % Grønneflåta ,1 0 Merknad [Wolf6]: Hordan vet du at 30% påslag oppfyller dette? En viktig inngangsparameter i en beregning med den rasjonelle formelen er dimensjonerende nedbørintensitet, som må finnes for en nærliggende målestasjon. Det er valgt å benytte nedbørintensiteter fra Nesbyen - Skoglund, med data fra årene mellom 1967 og 1986 (totalt 20 sesonger med data). Met.no stasjonen ligger cirka 35 km nord vest fra planområdet. Nesbyen er den nærmeste stasjonen med tilgjengelige statistikker om nedbørintensiteter. Det er forventet at nedbørintensiteter vil ligge lavere ved Grønneflåta. Nesbyen er likevel benyttet i dette studiet. Fra eklima (Meteorologisk Institutts database) er det hentet inn nedbørintensiteter av ulik varighet, fra 1 minutt til 1440 minutter, og for gjentaksintervall fra 2 år til 200 år (Tabell 4). 16 (19)

17 Tabell 4 Nedbørintensiteter (Kilde: eklima). 2.2 Resultat Feltets konsentrasjonstid er funnet ved bruk av formel for naturlige felt, siden urbaniseringsgraden er mindre enn 1 % av feltet. Formelen er hentet fra Håndbok 018, og angir konsentrasjonstiden tc som: tc = 0,6 L H -0, Ase Ase er andel sjø i feltet. For feltet er Ase beregnet til 0. L og H finnes i Tabell 2. Beregnet Konsentrasjonstid (tc) og nedbørintensitet (i) er oppgitt i Tabell 5. Klimafaktoren skal inkludere en økning i avrenning som følge av forventede klimaendringer. Det er valgt å benytte en Kf (klimafaktor) på 1,0 (ingen forventet økning i denne delen av Norge på grunn av klimaendringen) Tabell 5 Konsentrasjonstidene og nedbørintensitetene for nedbørfeltene. Nedbørfelt Symbol C Enhet Konsentrasjonstid t c 85 min i i 43.5 l/s/ha Med de ovenfor angitte verdiene for parameterne (Tabell 5) som inngår i den rasjonelle formelen, beregnes 200-års flomen (Q200) som følgende: Merknad [Wolf7]: Se kommentar nedenfor. Q = C i A Kf Q200 = , ,0 l/s = 4784 l/s (tilsv l/s/km 2 ) Den beregnede verdien er maksimal timesverdien for 200-års flommen. Spesifikk avrenning for Rolselva (beregnet av NVE, flomfrekvensanalyse) er på 834 l/s/km 2. Merknad [Wolf8]: Jeg vet at dette ofte skrives slikt, men skal man være korrekt må man skrive l/s/km2 eller l/(s*km2). En beregnet kulminasjonsverdi for Q 200 vil med bruk av flomfrekvens gi en del lavere verdier. Avrenningsfeltet for Grønneflåtå er lite, og det er derfor forventet at flom vil opptre med intens nedbør, dvs. høy spesifikk avrenning. Derfor ansees den beregnede verdien som realistisk og flomverdien på Q 200 = 4,78 m 3 /s benyttes videre i den hydrauliske modellen for Grønneflåta. 17 (19)

18 Referanser NVE, Lawrence og Hisdal, 2011: Hydological projections for floods in Norway under a future climate, 5/2011, Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, 2011: Retningslinjer for flomberegninger, 4/2011, Norges vassdrags og energidirektorat. Statens vegvesen, 2011: Håndbok 018 Vegbygging. TEK 10, 2011, Forskrift om tekniske krav til byggverk Database: databasen Hydra II, lavvannsapplikasjon i NVE Atlas. 18 (19)

19 Vedlegg 2 Flom- og vannlinjeberegning for Rolselva (utført av NVE) 19 (19)