Vannlinjeberegning for Eidselva (089.Z), Eid kommune i Sogn og Fjordane

Transkript

1 Helleve Åsne Vår dato: Vår ref.: Arkiv: 333 / 089.A Deres dato: Deres ref.: Saksbehandler: Thomas Væringstad 1 Vannlinjeberegning for Eidselva (089.Z), Eid kommune i Sogn og Fjordane Jeg viser til deres henvendelse pr. e-post den 20. november 2017 med bekreftelse av oppdragsavtale for Eidselva, Eid kommune i Sogn og Fjordane. Vedlagt følger rapport som beskriver vannlinjeberegningen, som er basert på oppmåling av SVV og kart/laserdata. Beregningene omfatter vannlinjer for flom med gjentaksintervall 200 og 200-år med klimapåslag. Beregningene er kvalitetskontrollert av Ann-Live Øye Leine og Demissew K. Ejigu, begge NVE. Det som her foreligger er en ren oversendelse av hydrologisk informasjon på oppdragsbasis, og er ikke en del av NVEs forvaltningsmessige behandling av saken. Håper vedlagte informasjon er tilstrekkelig til Deres formål. Ta kontakt dersom det er behov for ytterligere data eller hjelp vedrørende bruken av dataene. Tilknyttet bestillingen er det brukt 40 timer á kr 1 225,- + mva. til analyser, beregninger, kjøring av ulik programvare og rapportering. En faktura pålydende kr ,- + mva. vil bli ettersendt. Med hilsen Sverre Ole Husebye seksjonssjef Thomas Væringstad senioringeniør Dokumentet sendes uten underskrift. Det er godkjent i henhold til interne rutiner. Vedlegg: Oppdragsrapport B E-post: nve@nve.no, Postboks 5091, Majorstuen, 0301 OSLO, Telefon: 09575, Internett: Org.nr.: NO MVA Bankkonto: Hovedkontor Region Midt-Norge Region Nord Region Sør Region Vest Region Øst Middelthunsgate 29 Abels gate 9 Kongens gate Anton Jenssensgate 7 Naustdalsvegen. 1B Vangsveien 73 Postboks 5091, Majorstuen Postboks 2124 Postboks OSLO 7030 TRONDHEIM 8514 NARVIK 3103 TØNSBERG 6800 FØRDE 2307 HAMAR

2 Side 2

3 Vannlinjeberegning for Eidselva (089.Z), Eid kommune i Sogn og Fjordane Thomas Væringstad O P P D R AG S R A P P O R T B

4 Oppdragsrapport B nr Vannlinjeberegning for Eidselva (089.Z), Eid kommune i Sogn og Fjordane Utgitt av: Redaktør: Forfattere: Norges vassdrags- og energidirektorat Thomas Væringstad Trykk: Opplag: Forsidefoto: ISBN NVEs hustrykkeri Skipenes bru. SVV, november 2017 Sammendrag: På oppdrag fra Statens vegvesen region vest har NVE for Eidselva i Eid kommune beregnet vannlinjer for 200-årsflom, samt 200-årsflom i et endret klima frem mot år Emneord: Flomberegning, vannlinjeberegning, Nordfjordeid, Eid kommune, Eidselva, Hornindalsvassdraget Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstua 0301 OSLO Telefon: Telefaks: Internett:

5 Innhold Forord... 4 Sammendrag Beskrivelse av nedbørfeltet Flomberegninger Justering av flomverdier i forhold til ventede klimaendringer Stormflo Vannlinjeberegning Geometri Friksjon og strømningsforhold Kalibrering Grensebetingelser Resultater Konklusjon Usikkerhet Følsomhetsanalyse av modellparametere Referanser Vedlegg: Detaljert utskrift bruer

6 Forord På oppdrag for Statens vegvesen Region vest har NVE, Hydrologisk avdeling, utført vannlinjeberegninger for Eidselva i Eid kommune i Sogn og Fjordane. Middelflom og flommer med gjentaksintervall 10, 20, 50, 100 og 200 år er beregnet. I tillegg er flomverdiene justert i forhold til ventede klimaendringer. Thomas Væringstad har vært ansvarlig for oppdraget fra NVEs side, i tillegg har Ann-Live Øye Leine og Demissew K. Ejigu kvalitetskontrollert arbeidet. Rapporten er utført på oppdragsbasis og er ikke en del av NVE sin forvaltningsmessige behandling av saken. Oslo, januar 2018 Sverre re Husebye seksjonssjef Thomas Væringstad senioringeniør 4

7 Sammendrag Det er utført vannlinjeberegning for Eidselva ved E39 i Nordfjordeid i Eid kommune i Sogn og Fjordane. Middelflom og flommer med gjentaksintervall 10, 20, 50, 100 og 200 år er hentet fra tidligere beregninger (Holmqvist, 2001). I tillegg er flomverdiene justert i forhold til ventede klimaendringer. Høyder på stormflo er hentet fra Gyldigheten av tidligere flomberegningen er kontrollert av Ann-Live Øye Leine og vannlinjemodellen av Demissew K. Ejigu. Det finnes en vannføringsstasjon i vassdraget. Flomberegningene er derfor basert på flomfrekvensanalyser fra denne og sammenligningsstasjoner i regionen. Resultatene ble (kulminasjonsverdier): Sted Areal QM Q10 Q20 Q50 Q100 Q200 km 2 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Eidselva Kulminasjonsvannføringer for flommer i et endret klima (år 2100) er som følger: Areal QM Q10 Q20 Q50 Q100 Q200 Sted km 2 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Eidselva (+ 20 %) Med bakgrunn i det tilgjengelige datagrunnlaget for disse beregningene kan usikkerheten i resultatene klassifiseres i skala fra 1 3, hvor 1 tilsvarer beste klasse, vil resultatene for Eidselva få klasse 2. Eksisterende bru har kapasitet til å ta unna flommer med gjentaksintervall 200 år med klimapåslag. 5

8 1 Beskrivelse av nedbørfeltet Eidselva renner ut i Eidsfjorden ved Nordfjordeid. Høstflommer dominerer i området, men flommer kan forekomme hele året. Feltkarakteristika for nedbørfeltet er vist i tabell 1 og feltgrensene er vist i figur 1. Det må antas at det er stor usikkerhet i middelavrenningen i området da målestasjonene viser til dels store gradienter og enkelte steder til dels store avvik mellom avrenningskart og observasjoner. Tabell 1. Feltkarakteristika for nedbørfeltene. Sted Feltareal, A, km 2 QN* 2 Eff. sjø, A SE % Høydeintervall moh. Feltlengde, L F, km Eidselva , ,0 * Avrenning beregnet fra NVEs avrenningskart for normalperioden Figur 1. Nedbørfelt til Eidselva/Hornindalsvassdraget. 6

9 2 Flomberegninger Flomberegninger for Hornindalsvassdraget er tidligere utført i Holmqvist (2001). Ann-Live Øye Leine har vurdert gyldigheten av flomberegningene i 2017, og nyere data gir ingen grunn for å justere flomverdiene. Disse er derfor benyttet som gitt tidligere, se tabell 2. Tabell 2. Flomverdier for Eidselva, hentet fra Holmqvist (2001). Sted Areal QM Q10 Q20 Q50 Q100 Q200 km 2 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Eidselva Justering av flomverdier i forhold til ventede klimaendringer I Lawrence (2016) er det gitt anbefalinger om klimapåslag på flommer. Ut fra informasjon og anbefalinger i nevnte rapport velges en faktor på 1,2 (20 % økning) for å anslå klimaendringers effekt på flommer med forskjellige gjentaksintervall. Kulminasjonsvannføringer for flommer i et endret klima (år 2100) blir dermed som i tabell 3. Tabell 3. Flomverdier for Eidselva med klimapåslag (20 prosent). Areal QM Q10 Q20 Q50 Q100 Q200 Sted km 2 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Eidselva (+ 20 %) Stormflo Verdier for høyvann er hentet fra Høyvann, 1-års stormflom er funnet å være 1,27 m, mens 200-års stormflo er angitt til 1,63 m. Høyder er angitt i NN Anbefalt høyvann med 200-års gjentaksintervall og tillagt klimapåslag er 2,36 m. 7

10 Figur 2. Sjøvannstander for Nordfjordeid hentet fra høyder er gitt i NN

11 3 Vannlinjeberegning Det hydrauliske modelleringsverktøyet HEC-RAS (versjon 5.03) er benyttet til beregning av vannlinjene. Verktøyet er utviklet av USACE. Datagrunnlaget til arbeidet er fotografier av elveløpene, oppmåling av tverrprofiler, laserdata og brutegninger, samt flomberegningen over. Basert på disse er det utviklet en forenklet representasjon av elven i form av en 1D hydraulisk modell. Chow mfl. (1988) gir detaljer om slike modellsystemer. 3.1 Geometri Alle høyder er gitt i NN Modellen inkluderer en strekning av Eidselva på rundt 1500 m. Elvebunn og terrenget i den hydrauliske modellen er representert ved tverrprofiler. Tverrprofilene er basert på oppmåling av Eidselva utført av Statens vegvesen november 2017, samt brutegninger og laserdata. Området er relativt flatt og med relativt små vannhastigheter. Figur 3 viser plasseringen av oppmålte tverrprofiler/punkter i nærheten av Skipenes bru, mens figur 4 viser endelig plassering av tverrprofiler i modellen. Der det ikke finnes oppmålinger, er det benyttet laserdata. Modellen tar utgangspunkt i eksisterende bru. Figur 3. Oppmåling i Eidselva. 9

12 Figur 4. Tverrprofiler i modellen. Figur 5. Brutegning for Skipenes bru fra Friksjon og strømningsforhold Alle typer energitap som påvirker vannstanden langs elveløpene er representert ved en enkelt faktor, Mannings tallet. Verdiene er estimert basert på bilder fra bekken og vurderinger mot erfaringstall hentet fra litteraturstudier. Se igjen Chow mfl. (1988) for flere eksempler. Følgende Mannings n verdier er benyttet: Tabell 4. Benyttede Manningstall (n) i modellen. Elv Elvebredde Hovedkanal Eidselva 0,04 0,04 Valgte Manningstall er trolig noe konservative. 10

13 3.3 Kalibrering En kalibrering av modellen vil gi mindre usikkerhet i resultatene. Det finns ikke observasjoner av sammenfallende vannstand og vannføringsdata i elva. Det er her ikke mulig å kalibrere modellen mot direkte observerte data. Vannstanden i nedre del av elva vil også være påvirket av sjøvannstanden. 3.4 Grensebetingelser Det vil bli beregnet vannlinjer for 200-årsflom, samt 200-årsflom med klimapåslag. Flomverdiene i Eidselva er antatt å være den samme på hele strekningen for samme gjentaksintervall. Som nedre grensebetingelse er det benyttet 1-års stormflom/høyvannstand i Eidefjorden (hentet fra Fremtidig havnivåstigning er hentet fra samme sted. I vannlinjeberegninger i forbindelse med flomsonekart er det vanlig å benytte 1-års stormflo som nedre grensebetingelse i den hydrauliske modellen. Dette er også benyttet her. 11

14 4 Resultater Resultatene fra vannlinjeberegninger for 200-årsflom er sammenstilt i tabell 6. Det må påpekes at det er noe usikkerhet i simulerte vannstandene. Kapasiteten for de to eksisterende broene ser ut til å være stor nok til å ta unna opp til en 200-årsflom med klimapåslag. For nedre del av elva vil sjøvannstanden være dimensjonerende høyde. Modellverktøyet tillater ikke en detaljert analyse av strømningshastigheter, og det er gjennomsnittshastighet som er oppgitt for hvert tverrprofil. Froude-tallet indikerer hvor kraftig vannstrømningen er: verdiene nær eller over 1 viser potensiell fare for erosjon, mens verdier nær 0 viser aktuelle steder for sedimentering. I nedre del av modellen bremses vannhastigheten mye pga. høy sjøvannstand. Med forutsetning om flom i Eidselva og lav vannstand i sjøen, vil vannhastighetene øke i nedre del av elva sett i forhold til modellresultatene gitt her. Figur 6 viser vannlinjene i Eidselva ved en 200-årsflom med klimapåslag og brukonstruksjonen slik den er i dag (basert på tegning i figur 5). Tverrprofilene er avmerket med vertikale grå linjer. Under tverrprofilene vises enkelte profilnummer benyttet i beregningen og tilsvarer profilene på kart i figur 4. Laveste punkt av elvebunnen er vist med heltrukket svart strek og er interpolert fra oppmålte tverrprofiler. Blå linje og blått område viser beregnet vannlinje (verdier på venstre vertikalakse), energilinja er vist med stiplet grå strek. Det er anbefalt at minimum høyden på energilinja benyttes ved dimensjonering av bruen. Plasseringen av bru er mellom profil 1089 og Vannstrømningen er underkritisk på hele strekningen av modelleringsområdet. Hastigheten vil kunne øke noe i nedre deler av elva om det legges til grunn en lavere sjøvannstand. 12

15 Tabell 5: Beregnet vannlinje, energilinje, vannhastighet og Froude tall for Eidselva ved 200-års flom. Vannstand er gitt i NN 2000 høyde. Simuleringer er basert på dagen bruutførelse. Profil nr. Vannstand (m) Energilinje (m) Q200 = 126 m 3 /s Middelhastighet (m/s) Froude tall ,40 2,47 1,23 0, ,26 2,33 1,18 0, ,21 2,30 1,29 0, ,12 2,18 1,17 0, ,05 2,13 1,28 0, ,07 2,12 0,96 0, Skipenes bru (E39) ,02 2,10 1,23 0, ,01 2,09 1,28 0, ,91 2,01 1,39 0, ,48 1,56 1,23 0, ,32 1,35 0,80 0, Bru Fv ,31 1,34 0,76 0, ,23 1,29 1,09 0,19 0 1,27 1,27 0,02 0,00 Tabell 6. Beregnet vannlinje, energilinje, vannhastighet og Froude tall for Eidselva ved 200-års flom med klimapåslag. Vannstand er gitt i NN 2000 høyde. Simuleringer er basert på dagen bruutførelse. Profil nr. Vannstand (m) Energilinje (m) Q200 = 126 m 3 /s Middelhastighet (m/s) Froude tall ,62 2,69 1,28 0, ,47 2,55 1,27 0, ,42 2,51 1,41 0, ,33 2,39 1,2 0, ,24 2,34 1,44 0, ,26 2,32 1,09 0, Skipenes bru (E39) ,21 2,3 1,37 0, ,18 2,29 1,44 0, ,08 2,2 1,52 0, ,56 1,67 1,42 0, ,34 1,39 0,95 0,2 185 Bru Fv ,33 1,37 0,9 0, ,21 1,3 1,31 0,23 0 1,27 1,27 0,

16 Figur 6. Lengdeprofil med vannlinje og energilinje for en 200-årsflom med klimapåslag. 14

17 Tabell 7: Beregnede vannlinjer ved tverrprofilene for ulike flomstørrelser. Tabellen gir estimert vannstand i NN 2000 høyde. Vannstand, H (m) Profil nr. HM H10 H20 H50 H100 H200 H200 k ,89 2,13 2,20 2,28 2,35 2,40 2, ,78 2,00 2,06 2,14 2,21 2,26 2, ,75 1,96 2,03 2,10 2,16 2,21 2, ,67 1,86 1,92 2,00 2,06 2,12 2, ,64 1,82 1,88 1,95 2,00 2,05 2, ,65 1,84 1,89 1,97 2,02 2,07 2, Skipenes bru (E39) ,63 1,81 1,86 1,93 1,98 2,02 2, ,62 1,79 1,84 1,91 1,96 2,01 2, ,56 1,71 1,76 1,82 1,87 1,91 2, ,35 1,40 1,42 1,44 1,46 1,48 1, ,29 1,30 1,30 1,31 1,32 1,32 1, Bru Fv ,28 1,29 1,30 1,30 1,31 1,31 1, ,26 1,25 1,24 1,24 1,23 1,23 1,21 0 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 15

18 5 Konklusjon Eidselva renner ut i Eidesfjorden og vannstanden i elva vil være påvirket av stormflo i sjøen. Det er lagt til grunn 1-års stormflo som nedre grensebetingelse i modellen. De eksisterende bruene ser ut til å ha tilstrekkelig kapasitet til å ta unna flommer rundt en 200-årsflom + klimapåslag. Endringer i klima frem mot år 2100 er ventet å gi 20 prosent større flommer. Det vil si at flommer vil kunne inntreffe hyppigere og med større vannføring. Høyde på fremtidig stormflo er 2,36 m, og vil være dimensjonerende for nedre del av Eidselva. I den hydrauliske modellen er dagens geometri lagt til grunn. Eventuelle endringer i elveleiet i form av utfyllinger langs siden, eller elementer ute i elva eller langs elvebreddene vil virke oppstuvende på vannspeilet og medføre høyere vannstand enn det som er modellert. Det er satt opp en hydraulisk modell i HEC-RAS og kjørt simuleringer med vannføringer for en 200 års flom på 126 m 3 /s, samt økning som følge av ventede klimaendringer fram mot år 2100 på 20 prosent. Resultatene viser at det vil bli hastigheter i området rundt 1-2 m/s under brua ved en 200-års flom. Dette betyr at en 200-års flom vil kreve et areal på ca. 130 m 2 eller mer. For å ta høyde for at drivgods som is, trær og grener kan drive med elva under flom anbefales at laveste del av brua ikke legges lavere enn minimum høyden på energilinja eller 0,5 m over beregnet vannlinje ved tverrprofil

19 6 Usikkerhet Det er en hel del usikkerhet knyttet til frekvensanalyser av flomvannføringer. De observasjoner som foreligger er av vannstander. Disse omregnes ut fra en vannføringskurve til vannføringsverdier. Vannføringskurven er basert på observasjoner av vannstander og tilhørende målinger av vannføring i elven men direkte målingene er ofte ikke utført på store flommer. De største flomvannføringene er altså beregnet ut fra et ekstrapolert forhold mellom vannstander og vannføringer, dvs. også observerte flomvannføringer inneholder en stor grad av usikkerhet. Andre kilder til usikkerhet er bruk av døgnmiddelverdier og mangel av lange findataserier. Å kvantifisere usikkerhet i hydrologiske data er meget vanskelig. Det er mange faktorer som spiller inn, særlig for å anslå usikkerhet i ekstreme vannføringsdata. I flomberegningen er resultatene for Eidselva plassert i klasse 2 i en skala fra 1 3 og der 1 er beste klasse. 6.1 Følsomhetsanalyse av modellparametere En kalibrering av modellen vil redusere usikkerheten i vannlinjeberegningene. Dette er ikke utført her. Samtidig er det vanlig å vurdere de hydrauliske forholdene basert på erfaring og verdier hentet fra litteraturen for slike prosjekter. Nøyaktigheten i geometriske data (både over og under vannspeilet), helning og hydraulisk ruhet for elveløpet og bruer er de viktigste faktorene som påvirker resultatene. Erosjon og masseavsetning representerer generelt et betydelig usikkerhetsmoment. Større flommer vil kunne gi en forandring av profilene (elveløpet) og dermed endre strømningsforholdene. Det er også fare for at is, trær og busker kan snevre inn eller tette igjen deler av elveløpet, noe som vil redusere vannkapasiteten og medføre oppstuving. For å vurdere effekten av valgte modellparametere for hydraulisk ruhet i elveløpet, ble det utført en følsomhetsanalyse av vannstanden basert på endringer av Mannings tallet. Modellen er kjørt med Manningstall med n + / - 0,01. Analysen viste en relativ økning/reduksjon i vannstanden ved profilet oppstrøms brua på maksimalt +/- 0,23 cm. Resultatene av følsomhetsanalysen er satt sammen i tabell 8. Økte verdier for ruhet i elveprofilet gir relativt små utslag i vannstanden. 17

20 Tabell 8: Følsomhetsanalyse med lav/høy hydraulisk ruhet i elva. Avvikene er relative til vannstandene av en 200-årsflom i tabell 7. Profil nr. Vannstand (moh.) Q200, n + 0,01 Q200, n 0,01 Avvik (m) Vannstand (moh.) Avvik (m) ,65 0,25 2,11-0, ,50 0,24 1,99-0, ,45 0,24 1,95-0, ,35 0,23 1,86-0, ,27 0,22 1,82-0, ,29 0,22 1,84-0, Skipenes bru (E39) ,25 0,23 1,79-0, ,23 0,22 1,77-0, ,13 0,22 1,68-0, ,60 0,12 1,38-0, ,34 0,02 1,30-0, Bru Fv ,34 0,03 1,29-0, ,23 0,00 1,23 0,00 0 1,27 0,00 1,27 0,00 18

21 7 Referanser Chow, V.T., Open-Channel Hydraulics. 1959, Caldwell, New Jersey: The Blackburn Press Chow, V.T., Maidment, D.R. and Mays, L.W., Applied Hydrology. McGraw-Hill Education (ISE Editions). Hanssen-Bauer, I., Førland, E.J., Haddeland, I., Hisdal, H., Mayer, S., Nesje, A., Nilsen, J.E.Ø., Sandven, S., Sandø, A.B., Sorteberg, A. og Ådlandsvik, B. Klima i Norge Kunnskapsgrunnlag for klimatilpasning oppdatert i NCCS report no. 2/2015. Holmqvist, E., 2001: Flomberegning for Hornindalsvassdraget. NVE Dokument nr HEC-USACE, HEC-RAS River Analysis System, Hydraulic Reference Manual, U.S. Army Corps of Engineers, Hydraulic Engineering Center (HEC), Davis, CA, USA. Lawrence, D., Klimaendring og framtidige flommer i Norge, NVE Rapport nr

22 Vedlegg: Detaljert utskrift bruer Figur 7. Skipenes bru, 200-års flom. Figur 8. Skipenes bru, 200-års flom med klimapåslag. 20

23 Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstuen 0301 Oslo Telefon: Internett: