Innseiling Oslo - Frogn, Nesodden, Bærum og Oslo kommune i Oslo og Akershus fylker

Transkript

1 NOTAT OPPDRAG Innseiling Oslo - Frogn, Nesodden, Bærum og Oslo kommune i Oslo og Akershus fylker DOKUMENTKODE EMNE Sprengning på grunne 19 og 21 TILGJENGELIGHET Åpen RIGberg-NOT-001 OPPDRAGSGIVER Kystverket Sørøst OPPDRAGSLEDER Nadja Andreassen KONTAKTPERSON Magnus Rørvik SAKSBEH Nils Ramstad KOPI ANSVARLIG ENHET 1014 Oslo Bergteknikk SAMMENDRAG Notatet gir føringer for planlegging og gjennomføring av sprengningsarbeidene på grunne 19 og 21. Det angir maksimalt tillatt lydtrykk for sprengning og maksimalt tillatt enhetsladning ved sprengning på grunne 19 og 21. INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Innledning Boring og sprengning...2 Generelt...2 Sprengstoff Påvirkning på fisk i sjøen Erfaringsdata...4 Kasusstudie fra Kystverkets utbedringsarbeid i Lovund Havn våren og sommeren Undervannssprengning i nærheten av oppdrettsanlegg begrensninger og krav til gjennomføring...5 Regjeringens veileder for seismiske undersøkelser Beregning av trykkbølger...6 Generelt...6 Grunne Grunne Sammendrag Vedlegg: Datablad for emulsjonssprengstoff vedlegg 1 Datablad for dynamitt vedlegg Lagt inn informasjon om sprengningsnivå og total skjæringshøyde Nils Ramstad Frode Arnesen Nadja Andreassen Lagt inn mer informasjon om sprengstoff og referanser Nils Ramstad Frode Arnesen Elin O. Kramvik Beregning av sikkerhetsavstander for sprengning Nils Ramstad Frode Arnesen Elin O. Kramvik REV. DATO BESKRIVELSE UTARBEIDET AV KONTROLLERT AV GODKJENT AV MULTICONSULT Nedre Skøyen vei 2 Postboks 265 Skøyen, 0213 Oslo Tlf multiconsult.no NO MVA

2 multiconsult.no 1 Innledning Kystverket er i ferd med å utdype innseilingsfarleden til Oslo. Tiltaket omfatter utdyping av totalt 24 grunner og det må utføres undervannssprengning i varierende grad. Sprengningsarbeidene gir trykkbølger i vannet som kan skade fisk. Det er nå gytetid for kysttorsken og Multiconsult er bedt om å vurdere hvilke konsekvenser sprengningsarbeidene kan få for fisken generelt og spesielt for torsken. Dette notatet tar for seg planlagte sprengningsarbeider for grunne nr. 19 og grunne nr Boring og sprengning Generelt Før boring og sprengning tar til på en grunne, vil løsmassene som ligger oppå berget der det skal sprenges, være gravd vekk. Det blir også rensket et stykke utenfor sprengningsområdet for å redusere mengden av slam som virvles opp av detonasjonstrykket, vann i bevegelse og fremkast av sprengstein. Boring utføres fra boretårn montert på en lekter. All sprengning skjer med ladninger som er innelukket i borehullene. Øverst i borehullet er det en uladet del som skal tettes med egnet materiale, for eksempel pukkstein i fraksjon 8-12 mm. Den uladede delen (fordemningen) skal være minimum 15 ganger hulldiameteren eller lik avstanden mellom hullradene avhengig av hva som gir lengst fordemning. Hensikten med fordemningen er å hindre at sprenggassene kan strømme fritt ut i sjøen, noe som øker trykkbølgen rundt sprengningsstedet. Når en ladning detonerer i et borehull i fast berg, går nesten all energien i sprengstoffet med til å bryte løs berget. Det er kun en liten del av energien som slipper ut i vannet i motsetning til når en ladning detoneres fritt i vannet, som for eksempel ved seismiske undersøkelser eller sprengning av påleggsladninger. Ladningene detoneres som intervallopptenning, d.v.s. at kun ett eller noen få hull i en sprengningssalve detonerer samtidig. Forsinkelsen mellom hvert intervall er ca. 25 millisekunder. Trykkbølgen som oppstår på grunn av detonasjonen, er halvert etter ca. 2 millisekunder, slik at det er kun den lademengden som detonerer på hvert intervall som har betydning for styrken på trykkbølgen (Munday et al, 1986). Hvis trykkbølgen kan deles opp i en serie mindre bølger i hurtig rekkefølge som fisken dynamisk kan reagere på som en enkelt hendelse, ville dette enkelt kunne redusere risikoen for dødelighet. Ogava et al, 1976 gjennomførte et laboratorieforsøk på responstiden til fisk på trykkendringer. De fant at trykkpulsperioder under 100 ms ikke gav noen skadelige effekter, men med en gang trykkpulsvarigheten økte over 100 ms, kunne man se utvikling av indre skader hos fisken. Sprengstoff Til sprengningsarbeidene blir det hovedsakelig benyttet emulsjonssprengstoff (Kemiitti) som er et geleaktig sprengstoff bestående av: Ammoniumnitrat Vann Olje Emulsjon Aluminiumpulver Glasskuler RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 2 av 10

3 multiconsult.no Det emulsjonssprengstoffet som benyttes her, har følgende karakteristiske egenskaper: Detonasjonshastighet: ca m/s. Gassvolum: 820 l/kg Energimengde: 4,5 MJ/kg Emulsjonssprengstoff er et meget stabilt sprengstoff som det kreves mye energi for å sette av. Til det benyttes en primer som kan være en spesialladning eller dynamitt (Redex). Dynamitt er et patronert sprengstoff som leveres i forskjellige diametere og lengder. Dynamitt består av: Ammoniumnitrat Nitroglyserin Nitrocellulose Dynamitt har følgende karakteristiske egenskaper: Detonasjonshastighet: ca m/s. Gassvolum: 850 l/kg Energimengde: 4,5 MJ/kg For en mer inngående beskrivelse av sprengstoffene og deres egenskaper vises det til vedlagte datablader. Andelen dynamitt i salvene er ubetydelig. 3 Påvirkning på fisk i sjøen Både mudringsarbeidet og boringen vil forårsake slam som svever i vannet i anleggsområdet. I tillegg vil graving og boring under vann forårsake støy i vannet. Både slammet og støyen vil være ubehagelig for fisken og det er naturlig at den vil trekke vekk fra et anleggsområde. Selve sprengninga utløser en akustisk sjokkpuls karakterisert ved en tilnærmet spontan og meget kraftig trykkøkning etterfulgt av et noe langsommere trykkfall. Sjokkpulsen etterfølges av noen svakere trykkpulser, de såkalte boblepulsene som skyldes oscillasjoner i det gassvolumet som dannes under detonasjonsprosessen. Når detonasjonsdypet blir så grunt at gassvolumet blåses ut gjennom overflaten, uteblir boblepulsene. Når sjokkpulsen, som representerer en trykkøkning som langt overstiger det statiske trykket i vannet, forplanter seg utover i vannet, vil trykkamplituden avta noe raskere enn det som gjelder for vanlige akustiske bølger med moderate amplituder (McPherson, 1991, Kjellsby & Kvalsvik, 1997). Trykkbølga er avhengig av hvor stor ladning som detonerer på hvert intervall og det finnes formler for beregning av trykket som genereres. Størrelsen på trykkbølga er også avhengig av om ladningen detoneres fritt i vannet eller i borehull. En ladning som er innesluttet i et borehull gir et maksimaltrykk som er bare ca. 10% av en frittliggende ladning. Det er gjort en rekke forsøk for å kartlegge hvor store trykkforandringer fisk tåler uten å bli skadet. For fisker med svømmeblære er det fasen med undertrykk etter at overtrykksbølgen har passert, som er mest kritisk. Da utvider svømmeblæra seg, noe som kan forårsake vevsskader og blødninger. Den fiskearten det er mest aktuelt å ta hensyn til nå, er torsk. Torsk har lukket svømmeblære som er mer følsom for trykkforandringer enn for eksempel laks som har åpen svømmeblære. Norconsult har i sin konsekvensutredning for utdypning av farled indre Oslofjord, kapittel vurdert effekten av sprengning på fisk. I tabell 5 i nevnte rapport er det oppgitt at lydtrykk på inntil 100 kpa gir mindre eller ingen fysiske skader på fisk, men stressbelastning ved gjentatte sprengninger. Fisken kan få middels sterke adferdsendringer. Ved et maksimalt lydtrykk mellom 10 kpa blir fisken påvirket, men kan venne seg til støybelastningen ved gjentatte sprengninger. Den får svake til middels adferdsendringer RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 3 av 10

4 multiconsult.no 4 Erfaringsdata Kasusstudie fra Kystverkets utbedringsarbeid i Lovund Havn våren og sommeren 2004 Nordlandsforskning utførte sommeren 2004 en studie for Kystverket i forbindelse med undervannssprengning i Lovund Havn (NF-rapport nr. 19/2004). Laks ble utplassert i bur i anstander på 20, 60, 120 og 320 m fra sprengningsstedet. Trykkøkningen i vannet ble målt på 120 m avstand. Det ble utført registrering fra 5 salver, alle med emulsjonssprengstoff og dynamitt plassert i borehull i fast berg: Salve 1: Største ladning pr. tennerintervall: 16 kg Total salvestørrelse: 369 kg Beregnet trykk: P maks: 23,6 kpa Målt trykk: Varighet: P maks: 5,0 kpa 911 ms Salve 2: Ufullstendige data. Salve 3: Største ladning pr. tennerintervall: 19 kg Total salvestørrelse: 365 kg Beregnet trykk: P maks: 24,9 kpa Målt trykk: Varighet: P maks: 7,2 kpa 963 ms Salve 4: Største ladning pr. tennerintervall: 22 kg Total salvestørrelse: 239 kg Beregnet trykk: P maks: 25,8 kpa Målt trykk: Varighet: P maks: 2,3 kpa 409 ms Salve 5: Største ladning pr. tennerintervall: 16 kg Total salvestørrelse: 286 kg Beregnet trykk: P maks: 23,6 kpa Målt trykk: Varighet: P maks: 2,4 kpa 919 ms Den målte maksimaltrykkamplituden fra de inneborede ladningene var vesentlig lavere enn den beregnede maksimaltrykkamplituden for inneborede ladninger og den utgjorde bare 0,1 til 1,4% av den beregnede trykkamplituden for en fritthengende ladning. Ingen trykkrelatert akutt dødelighet ble registrert hos laksesmolt på noen av observasjonsstedene, men det ble registrert stress hos fisken ved de kraftigste ladningene. Det ble antatt at det store avviket mellom beregnet og målt RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 4 av 10

5 multiconsult.no trykk fra inneborede ladninger kunne ha sammenheng med orienteringen av salva i forhold til målestedet. Trykkøkningen blir større foran salva enn bak og på sidene. Nordlandsforskning konkluderte med at med den lademengden som ble detonert pr. tennerintervall her, var en avstand på ca. 120 m tilstrekkelig for å unngå dødelighet på fisk, selv etter gjentatte eksponeringer. Antall sprengninger pr. dag begrenses til 1. I en avstand på 800 m fra sprengningsstedet lå det et oppdrettsanlegg for torsk. Det ble ikke registrert noen seneffekter her. Undervannssprengning i nærheten av oppdrettsanlegg begrensninger og krav til gjennomføring Foredrag av Arve Fauske, Orica Mining Services på Fjellsprengningskonferansen 2007 Fauske sier at avstanden fra salve til fisk grovt kan deles inn i 3 soner: 1. Nærfeltsonen/dødelighetssonen Sjokkpulstrykket stiger i løpet av kort tid til flere tusen kilopascal (kpa), men toppverdien vil halveres igjen løpet av 1 millisekund. 2. Overgangssonen/Skadesonen Sannsynligheten for momentan dødlighet er liten, helst fisk i overflaten, eller nær bunnen kan dø. Sjokkpulsamplituden er nå under 1000 kpa 3. Fjernsonen Lyden vil bestå av mange lydrefleksjoner og pulstrykket vil være betydelig svekket. Skader forventes normalt ikke i fjernsonen, men en kan ikke utelukke at fisken blir stresset. Stress hemmer immunkapasiteten i fisk. Fjernsonen representerer vanligvis mer enn 1000 meter, og trykket er gjerne mindre enn 100 kpa avhengig av ladningens størrelse. Det er her viktig å merke seg at Fauske opererer med et trykk på 100 kpa i fjernsonen hvor han ikke forventer at det skal oppstå skader på fisken. I foredraget beskrives effekten av inneborede ladninger. Fauske oppgir at ved inneborede ladninger blir dempeeffekten 90% i forhold til fritthengende ladning. Fauske har i sine beregninger av trykkamplitude benyttet Arons formel som han har erfart at stemmer bra overens med det virkelige trykket som oppstår. Han har i sitt foredrag vist til flere utførte sprengninger. På Smøla ble det sprengt ladninger med 25 kg pr. intervall, 800 kg totalt i salva. Her var avstanden til laksemerdene 500 m og det ble målt et trykk på 2 kpa. Det ble ikke registrert skader på laksen. På Duesund ferjekai ble det sprengt 16 kg pr. intervall. Her var avstanden 700 m og det ble målt 2,5 kpa. I disse merdene var det torsk og det ble ikke registrert skader. Det er viktig å merke seg at begge disse sprengningene skjedde i fjæra. Sjokkbølgene hadde derfor bare en veg å gå, noe som gir en mer konsentrert sjokkbølge enn når det sprenges ute i vannet og sjokkbølgene kan forplante seg i alle retninger RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 5 av 10

6 multiconsult.no Regjeringens veileder for seismiske undersøkelser Regjeringen har utgitt en veileder for seismiske undersøkelser. Den beskriver forhold som må hensynstas ved skyting av seismikk. Seismiske undersøkelser omfatter bruk av sprengladninger eller en lydkanon som fremskaffer kraftige smell i vannet og er ikke direkte sammenlignbart med sprengning i inneborede ladninger. Siden noe av sprengninga i indre Oslofjord skjer i nærheten av registrerte gyteplasser, er det likevel viktig å merke seg noen punkter i veilederen. Seismikk har liten påvirkning på egg, larver og yngel, men kan påvirke fiskens adferd og vandringsmønster slik at gyteproduksjonen påvirkes negativt. Det er derfor innført tidsbegrensninger for seismisk aktivitet i områder med viktige gyteplasser og i områder der det foregår konsentrerte gytevandringer. Vi kjenner ikke gytevandringene i detalj, men siden sprengningene på grunne 19 skjer lenger inn i fjorden, ref. figur 1, er det vil ingen konsentrert gytevandring som skjer forbi sprengningsområdet. Risikoen for skader på larver og yngel synes også å avta relativt raskt med økende avstand fra sprengningsstedet slik det fremgår av veilederen. Det pekes også på at den naturlige dødeligheten er så stor i forhold til fisk som skades av sprengning, at det er akseptabelt. Egg, larver og yngel har ikke samme evne til å unnslippe lydkildene som stor fisk. Lydenergien fra seismisk aktivitet kan skade eller drepe larver og yngel i nærheten (kortere enn fem meter) av kilden ved å gi skade på hørsel, nyrer, hjerte og svømmeblære. 20 meter unna er det svært liten sannsynlighet for at yngel påføres skade. Larver og yngel har så stor naturlig dødelighet at seismikkens negative effekt blir liten i sammenligning, og konsekvensene på bestandsnivå vurderes som ubetydelig og usikkerheten er liten. Ut fra dette legges det ikke restriksjoner på seismiske undersøkelser av hensyn til skader på fiskeegg, -larver og -yngel. 5 Beregning av trykkbølger Generelt Sprengning under vann er forskjellig fra sprengning i dagen. Vannet vil bremse opp steinen slik at fremkastet blir relativt kort, normalt 5-15 m, i ekstreme fall 20 m. Forurensede løsmasser fjernes fra utdypingsområdet før sprengning, slik at fremkast av stein ikke vil føre til spredning av forurensning. Det er lite sannsynlig at sprengt stein blir kastet utenfor utdypingsområdet slik at de treffer akkumulasjonsområder. Trykkbølgene som dannes ved sprengning består av en primærbølge som etterfølges av sekundærbølger. Det produseres store mengder gass som først skyver vannet til side, og deretter tar deler av vannet med seg mot overflaten. Dette kan sammenlignes med effekten en får når en åpner en brusflaske. Hastigheten av gass-strømmen er avhengig av størrelse på luftblærene. På grunn av avtakende trykk når luftblærene stiger, vil det si at det er høy hastighet med en gang, men så blir det langsommere. En oppadgående strøm av gass vil også dra med seg vann, og på grunn av strømningsmotstand mot bunnen vil det lettest mobiliserbare vannet være fra den frie vannmassen rett over bunnen. Dette betyr at medriving av sediment fra siden av sprengningsstedet er begrenset. I tillegg vil normalt luftboblene ekspandere når de stiger. Det vil si at hastigheten øker inntil et visst punkt, og når dette pågår fortrenges og medrives vann fra dråpens omgivelser, og ikke fra bunnen. Sprengstoffet utvikler røyk som finnes i boblene og som misfarger vannet, slik at det ser ut som om det følger med mer sediment enn det som er synlig. Når de forurensede sedimentene i tillegg ligger et stykke unna, vurderes det som lite sannsynlig at selve sprengningen vil påvirke sedimentområdene rundt i avstand større enn 5 til 15 m fra sprengningsstedet. Vi anbefaler at sprengningsarbeidene planlegges slik at lydtrykket holdes under 10 kpa RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 6 av 10

7 multiconsult.no For å redusere omfanget av fisk som oppholder seg nær sprengningsområdet, skal den skremmes vekk ved hjelp av små ladninger som detoneres i vannet rett før sprengning. Det kan gjøres ved at det benyttes 5 fenghetter som fyres av fritthengende i vannet med intervall på ca. 30 sekunder. Til beregning av teoretisk trykk ved gytefeltet er følgende formel benyttet (Arons formel, 1954): P = 5, (W 1/3 / r) 1,13 P er trykket i Pascal for frittliggende ladning W er ladning pr. intervall r er avstand Det er viktig å merke seg at denne formelen gir trykket for en ladning som detoneres fritt i vannet. Som nevnt tidligere, vil trykket fra en ladning i berggrunnen gi et trykk som er bare ca. 10% av en frittliggende ladning. Målingene som ble utført i Lovund, viste at trykkreduksjonen var enda større. Grunne 19 Grunne 19 ligger mellom Nakkholmen og Dyna fyr, ref. kart nedenfor. Det er forholdsvis grunt der det sprenges. Kartet, som er utarbeidet av Fiskeridirektoratet, viser at det er viktige gyteområder for torsk syd for Nakkholmen. Grunne 19 Ca. 600 m Figur 1. Grunne 19 og kjente gytefeltområder for torsk (grå skravur) Avstanden fra grunne 19 til angitt gytefeltområde for torsk er ca. 600 m. For å overholde kravet om et maks. trykk på 10 kpa kan det ikke detoneres mer enn 10 kg inneboret ladning pr. tennerintervall RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 7 av 10

8 multiconsult.no På grunne 19 ligger topp berg på ca. kote -3. Det skal utdypes til kote -12,3. For å være sikker på at det ikke blir noe gjenstående berg som stikker opp, må det sprenges fra 2 til 3,5 m dypere avhengig av bormønsteret som justeres etter lengden på borhullene. Det er planlagt totalt 14 salver. Det sprenges en salve pr. dag. Total ladningsstørrelse pr. salve varierer med profilen på bergoverflaten, men i den største salven er det ca kg. Totalt gassvolum i den største salven er ca. 850 m 3. Total energimengde i den største salven er ca MJ. På grunne 19 er det kort avstand til vannoverflaten. Bobleeffekten vil derfor bli moderat, noe som er gunstig med tanke på omrøring i vannet og oppvirvling av løsmasser fra bunnen. Det er dessuten svært lite løsmasser i området og massene består i stor grad av sand som vil resedimentere relativt raskt. Mengen løsmasser er så liten at konsekvensen for miljøet anses som svært liten. Resultatet av ROV-undersøkelsene etter sprengningen på Grunne 20 viste at løsgjort berg fra sprengningen ble i hovedsak liggende på stedet. For en mer omfattende beskrivelse av Grunne 19, utførte undersøkelser, forestående arbeider og overvåkningsprogram, vises det til Multiconsult sitt dokument RIGm-NOT-004, datert RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 8 av 10

9 multiconsult.no Grunne 21 Grunne 21 ligger mellom Kavringen og Tjuvholmen, ref. kart nedenfor. Kartet, som er utarbeidet av Fiskeridirektoratet, viser at det er viktige gyteområder for torsk mellom Gressholmen og Bleikøya og videre sydover. Grunne 21 Ca m Figur 1. Grunne 21 og kjente gytefeltområder for torsk (grå skravur) Avstanden fra grunne 21 til angitt gytefeltområde for torsk er ca m. For å overholde kravet om et maks. trykk på 10 kpa kan det ikke detoneres mer enn 240 kg inneboret ladning pr. tennerintervall. På grunne 21 ligger topp berg på ca. kote -11. Det skal utdypes til kote -12,3. For å være sikker på at det ikke blir noe gjenstående berg som stikker opp, må det sprenges fra 2 til 3,5 m dypere avhengig av bormønster som justeres etter lengden på borhullene. Det er planlagt totalt 11 salver. Det sprenges en salve pr. dag. Total ladningsstørrelse pr. salve varierer med profilen på bergoverflaten, men den største salven er på ca kg. Totalt gassvolum i den største salven er ca m 3. Total energimengde i den største salven er ca MJ. Avstanden til gytefeltet for torsk er stor og i tillegg er det flere øyer som vil fungere som en skjerm mot gytefeltet RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 9 av 10

10 multiconsult.no Bobleeffekten vil bli noe større her enn på grunne 19, men sedimenter over og rundt sprengningsområdet vil bli fjernet før sprengning. Resultatet av ROV-undersøkelsene etter sprengningen på Grunne 20 viste at løsgjort berg fra sprengningen ble i hovedsak liggende på stedet. For en mer omfattende beskrivelse av Grunne 21, utførte undersøkelser, forestående arbeider og overvåkningsprogram, vises det til Multiconsult sitt dokument RIGm-NOT-003, datert Sammendrag Sprengningsentreprenøren må tilpasse bormønster og ladningstørrelse i henhold til forannevnte tillatte lademengde pr. intervall. All sprengning må skje med inneborede ladninger. Alle hull må fordemmes slik at sprengassene ikke kan strømme uhindret ut av borehullene. Det må avfyres varselskudd i vannet for å skremme vekk fisken fra sprengningsområdet. Det må monteres en trykksensor i vannet på gytefeltet for torsken for å kunne kontrollere at trykket fra sprengningene ikke er større enn forutsatt. Dersom det blir overskridelser, må sprengningsopplegget korrigeres. Sprengningsarbeidet skal overvåkes med online turbiditetsmålere RIGberg-NOT mars 2016 / Revisjon 02 Side 10 av 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23