Vannstands- og bølgevurdering - Brakerøya

Transkript

1 RAPPORT Vannstands- og bølgevurdering - Brakerøya OPPDRAGSGIVER Vestre Viken HF EMNE DATO / REVISJON: / 01 DOKUMENTKODE: RAP-RIMT-001

2 Denne rapporten er utarbeidet av Multiconsult i egen regi eller på oppdrag fra kunde. Kundens rettigheter til rapporten er regulert i oppdragsavtalen. Tredjepart har ikke rett til å anvende rapporten eller deler av denne uten Multiconsults skriftlige samtykke. Multiconsult har intet ansvar dersom rapporten eller deler av denne brukes til andre formål, på annen måte eller av andre enn det Multiconsult skriftlig har avtalt eller samtykket til. Deler av rapportens innhold er i tillegg beskyttet av opphavsrett. Kopiering, distribusjon, endring, bearbeidelse eller annen bruk av rapporten kan ikke skje uten avtale med Multiconsult eller eventuell annen opphavsrettshaver RAP-RIMT / 00 Side 2 av 16

3 RAPPORT OPPDRAG Vannstands- og bølgevurdering - Brakerøya DOKUMENTKODE RAP-RIMT-001 EMNE TILGJENGELIGHET Åpen OPPDRAGSGIVER Vestre Viken HF OPPDRAGSLEDER Lars Hjermstad KONTAKTPERSON Frode Instanes UTARBEIDET AV Juliane Borge ANSVARLIG ENHET 4042 Tromsø Marint miljø og havbruk SAMMENDRAG I denne rapporten vurderes vannstand og overskylling ved Brakerøya i Drammensfjorden. Målet er å estimere 1000-års bølgeoverskylling ved Brakerøya fram mot år 2100 for en karakteristisk profil, på bakgrunn av dimensjonerende vannstand og bølgetilstand. Det ble beregnet 1000-års bølgetilstand ved Brakerøya. Det bør legges til rette for drenering av vannmassen som skyller over fyllingskanten gitt overskyllingsratene og vannstanden i tabell 1. Tabell 1 Oppskyllingshøyde og overskyllingsrater med 1000-års returperiode for år 2100 for gitte fyllingshøyder for utslippsscenario RCP8.5. Alle høyder relativ NN % og 95 % konfidensintervall i parentes, basert på usikkerheten i havnivåstignings- og stormfloestimat. Case A B C D E Fyllingshøyde [m] Stillevannsnivå [m] Ru,2% + stillevann [m] Overskyllingsrate [l/s/m] Vann per storm* [l/m2] 2.3 ( ) 2.3 ( ) 2.3 ( ) 2.3 ( ) 2.3 ( ) 4.1 ( ) 4.1 ( ) 4.0 ( ) 4.0 ( ) 4.0 ( ) 48 (2 490) 5 (0.1 49) 0.4 ( ) 0.04 ( ) (0 0.03) 8622 ( ) 810 ( ) 65 (3 760) 7 (0.2 60) 0.7 (0 6) * basert på 450 m fyllingslengde, 450x20 m areal og 3 t storm Innarbeidet kapittel 5 med tiltak LH JB LH Vannstand og bølgevurdering ved Brakerøya JB ØYN LH REV. DATO BESKRIVELSE UTARBEIDET AV KONTROLLERT AV GODKJENT AV MULTICONSULT Sjølundvn 2 Postboks 2274, 9269 TROMSØ Tlf NO MVA

4 INNHOLDSFORTEGNELSE INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Begrep og definisjoner Stormflo ved Brakerøya Bølgehøyder ved Brakerøya Vindinput til bølgeberegningen Bunnmodell... 7 Resultat av bølgeberegninger Opp- og overskylling Metode Input Resultater Referanser RAP-RIMT / 00 Side 4 av 16

5 1 Begrep og definisjoner 1 Begrep og definisjoner Hs Oppskylling R u,2% Overskylling Tp Tm-1.0 Signifikant bølgehøyde. Gjennomsnittlig bølgehøyde for den høyeste tredjedelen av bølgene i en sjøtilstand. Den vertikale høyden som 2% av bølgene når opp til på en konstruksjon. Dersom noen av bølgene når høyere opp en kanten av konstruksjonen, vil vann skylle over toppen. Topperiode. Bølgeperiode der energien i bølgespekteret er størst Gjennomsnittlig bølgeperiode i en sjøtilstand. Utledet av bølgespekteret. Definisjoner fra ordlisten til Kartverket: Astronomisk tidevann: HAT Havnivå Middelvann NN1954 Stormflo Vannstand Vannstandsendringer som skyldes variasjoner i tiltrekningskreftene fra månen og sola på jorda. Høyeste astronomiske tidevann. Høyeste mulige vannstand uten værets virkning (det vil si uten påvirkning fra blant annet vind, lufttrykk og temperatur). Havets gjennomsnittsnivå målt over en lang periode, slik at variasjoner forårsaket av tidevannskrefter og vær ikke påvirker resultatet. Havnivået er den trege komponenten av vannstand. Gjennomsnitt av alle vannstandsmålinger i en 19-årsperiode. Navn på det nasjonale høydesystemet fra 1954 som varr i bruk i Norge fram til Da ble det erstattes av Normal Null 2000 (NN2000) som ligger 13 cm lavere enn NN1954 i Drammen. I perioder med lavt lufttrykk og kraftig vind fra én retning, kan vann bli stuet opp inne ved kysten, og værets virkning på vannstanden blir dermed stor. Dersom dette faller sammen med en springperiode, kan vannstanden bli ekstra høy, og dette kalles stormflo. Høyden av vannflaten på et bestemt sted på et gitt tidspunkt. For havet påvirkes vannstanden av tidevann og værets virkning (vind, lufttrykk, mm) RAP-RIMT / 00 Side 5 av 16

6 2 Stormflo ved Brakerøya 2 Stormflo ved Brakerøya For Drammen vurderer Kartverket vannstandsnivåene i dag som gitt i tabell 2. I september 2015 er det kommet en ny rapport som gir en samlet og oppdatert presentasjon av forventede havnivåendringer i Norge ut fra tilgjengelige data (Simpson et al, 2015). Rapporten gir havnivåendringer for 3 forskjellige utslippsscenarioer: RCP8.5: CO2 utslipp fortsetter som nå RCP4.5: sterk reduksjon i CO2 utslipp RCP2.6: lave CO2 utslipp, eneste scenario som kan sikre 2 grader-målet. Resultatene for Drammen for det mest konservative scenarioet er gitt i tabell 3. Rapporten gir ikke nye tall for stormflo gjeldene i Stormflo i 2100 estimeres derfor på lignede måte som i Vasskog et al (2009) der det antas at økt stormaktivitet vil føre til en økning av stormflo på +10 cm til 2100 i hele landet. Ved bruk av denne informasjonen ble det funnet oppdaterte stormflonivå for Drammen for scenario RCP8.5 (tabell 4). Usikkerheten som er oppgitt tar hensyn til usikkerheten i havnivåstigning samt i stormfloberegningen for i dag. Havnivåstigningen inkluderer landhevingen. Tabell 2 Vannstandsnivå ved Drammen (sehavniva.no + personlig kommunikasjon Kartverket) Nivå Vannstand [cm rel. NN1954] Middelvann -7 NN HAT (Høyest astronomisk tidevann) 28 Sjøkartnull -64 Tabell 3 Resultatene for Drammen fra Simpson et al (2015), havnivå oppgitt relativ middelvann , stormflo relativ middelvann for scenario RCP8.5, 5 og 95 % konfidensintervall i parentes Havnivå i 2100 [cm] 20 års stormflo 2015 [cm] 1000-års stormflo 2015 [cm] 29 (-5 62) 142 ( ) 189 ( ) Tabell 4 Oppdaterte stormflonivå gjeldene for Drammen, rel. NN2000, scenario RCP8.5, 5 og 95 % konfidensintervall i parentes År års stormflo [cm] 187 ( ) 1000-års stormflo [cm] 234 ( ) RAP-RIMT / 00 Side 6 av 16

7 3 Bølgehøyder ved Brakerøya 3 Bølgehøyder ved Brakerøya Bølgemodellen SWAN (SWAN 2006) er benyttet for å beregne vindbølger ved Brakerøya. Programmet er utviklet av Delft Technical University for å beregne utvikling og forplantning av bølger i kystområder. 3.1 Vindinput til bølgeberegningen Det er brukt vind fra standarden NS-EN som input til bølgeberegningen. For sørøstlig retning er det vurdert at terrengkategorien endrer seg fra II til I i det fjorden starter (ca. 14 km fra Brakerøya). NS-EN gir en formel for endring i stedvindhastigheten etter en endring i ruheten. Denne er brukt for å beregne stedvinden langs det 14 km lange strøket. Gjennomsnittet av stedsvinden langs strøket er brukt som input til bølgeberegningen. Tabell 5 Fra referansevindhastighet (v_b,0) til stedvindhastighet (v_m) for Brakerøya Retning (fra) SØ S V_b,0 [m/s] C_dir C_r, terrengkategori II C_r, terrengkategori I V_m, 1000 år, terrengkategori II [m/s] V_m, 1000 år, terrengkategori I [m/s] V_m, 1000 år [m/s] Bunnmodell Bunnmodellene vist i figur 1 til figur 3 er benyttet for å beregne bølger. Bunndataene som er brukt er fra Kystkartverket (Kystkartverket 2007). Vindhastigheten er justert fra stedvind til strøkvind basert på lokalitetens strøkgeometri. Strøkvinden er middelverdi av vindhastighet ved 10 m høyde over en periode tilsvarende strøkvarigheten. Strøkvarigheten er tiden som bølger trenger for å bli generert over strøket. Bølgeberegningen er gjort i to steg: Først er bølger regnet med en oppløsning på ca. 100 x 100 m i hele Drammensfjorden (figur 1, ytterste ramme figur 3). I dette steget beregnes generering av vindbølger. Resultatene fra første steg er brukt som input til ny beregning der et grid med oppløsning på ca. 30 x 30 m dekker nærområdene rundt Brakerøya (figur 2, blå ramme figur 3). I dette steget beregnes generering og forplantning av bølger inn mot nærområdet rundt lokaliteten RAP-RIMT / 00 Side 7 av 16

8 3 Bølgehøyder ved Brakerøya Figur 1 3D bunnmodell av Drammensfjorden (x-akse og y-akse i geografiske koordinater, z-akse i meter) Figur 2 3D bunnmodell nærområdet rundt Brakerøya, Drammen kommune (x-akse og y-akse i geografiske koordinater, z-akse i meter) RAP-RIMT / 00 Side 8 av 16

9 3 Bølgehøyder ved Brakerøya Figur 3: To bølgeberegningssteg. Steg 1: Drammensfjorden (ytterste ramme), og Steg 2: nærområdet rundt Brakerøya (blå ramme). Akser i geografiske koordinater 3.3 Resultat av bølgeberegninger Maksimal vindbølgetilstand for lokaliteten er estimert for sørøstlig og sørlig vind med en returperiode på 1000 år. Resultatene er vist i tabell 6. Figur 4 viser signifikante bølgehøyder ved i indre Drammenfjorden ved 1000-års vind fra sør. Figur 5 viser bølgespekteret i punkt 1. Strømmen fra Drammenselva kan gjøre bølgene krappere. Tabell 6 Beregnet 1000-års vindbølgetilstand for sørøstlig og sørlig vind Retning (fra) SØ S Strøkvindhastighet [m/s] Hs [m] Tp [s] TM-1.0 [s] Tm [s] Retning for høyeste bølge [ ] RAP-RIMT / 00 Side 9 av 16

10 3 Bølgehøyder ved Brakerøya Figur 4 Beregnet signifikant bølgehøyde (vist som koter i m) for vind fra Sør med 1000-års returperiode Figur 5 Beregnet bølgespektrum ved Brakerøya for vind fra sør med 1000-års returperiode RAP-RIMT / 00 Side 10 av 16

11 4 Opp- og overskylling 4 Opp- og overskylling 4.1 Metode Opp- og overskylling er beregnet for en karakteristisk profil som vist i figur 6. Til beregningene er modellen PC Overtopping benyttet. PC Overtopping er utviklet av EurOtop partners (Pullen et al. 2007) for å estimere oppskylling på kystnære strukturer. Metoden kan brukes for å etablere foreløpige estimater av overskyllingsrater. For detaljert prosjektering av strukturer bør hydrauliske modeller brukes til å verifisere tallene. Avgjørende faktorer for oppskyllingsestimatene er: Bølgehøyde og bølgeperiode for innkommende bølger Vinkel for innkommende bølger relativt profilen Profilenes geometri Ruhetsfaktor for profilenes komponenter Stillevannsnivå 4.2 Input Verdier for innkommende bølger er hentet fra avsnitt om bølgeberegning i denne rapporten (Kapittel 5 bølger med 1000-års vind fra SØ, tabell 6). Vinkel for innkommende bølger relativt profilen er satt til 0. Profilens geometri er basert på bunndata fra NGU (NGU, 2011). Fra kote -2 til 2 er helningen satt til 1:3, over kote 2 til 1:5. Ruhetsfaktorer er satt basert på grunnlagsdokumentasjon for overskyllingsberegninger av kyststrukturer (van der Meer, 2002). Ruhetsfaktor på sjøbunn er satt til 1. I skråningen som består av tunnelstein er ruhetsfaktor satt til 0.55, mens ruhet over kote 2 er satt til 0.7 (rullestein). Stillevannsnivå er satt til 1000-års stormflo i På grunn av at stormflo ved Drammen forventes å oppstå ved sørøstlig vind anses det som rimelig, om enn noe konservativ, å anta at 1000-års bølge opptrer samtidig. I vurderingen om flomoppstuvningen på 0.5 m og rasgenerert vannstandsøkning på 0.19 m bør også legges på, er det viktig å legge merke til at 20 års stormflo med flomoppstuvning ville gitt et lignende stillevannsnivå som 1000-års stormflo. Sannsynligheten for at 1000-års stormflo opptrer samtidig med flomoppstuvning og rasgenerert vannstandsøkning anses som så liten at den kan ses bort fra. Kombinasjonen av 1000-års bølge med 1000-års stormflo anses som tilstrekkelig konservativ. Det er beregnet opp- og overskylling for stormfloestimatet for år 2100, samt øvre og nedre grense av konfidensintervallet (tabell 4) RAP-RIMT / 00 Side 11 av 16

12 4 Opp- og overskylling Figur 6 Profil for undersøkelse av bølgeoppskylling. Høydekoter markert i rødt til gult, relativt sjøkartnull, ekvidistanse 1m. Figur 7 Profil. Akser i meter, høyder rel. sjøkartnull. Se Figur 6 for profilens plassering på kart. Fyllingshøyde 3.5 m rel NN RAP-RIMT / 00 Side 12 av 16

13 4 Opp- og overskylling 4.3 Resultater Resultatene av opp- og overskyllingsberegningen er gitt i tabell 7. Tabellen gir både høyden av oppskylling som 2 % av bølgene vil nå samt overskyllingsrater for forskjellige fyllingshøyder. De gitte overskyllingsratene gjelder rett ved vannkanten. Overskylling kan gi forskjellige konsekvenser: Direkte: Bølgene kan gi o o o skader på personer rett bak fyllingen skader på bygninger og infrastrukturen bak fyllingen skade på selve fyllingen Indirekte: Flom, dersom vannet ikke dreneres bort. ISO 21650:2007 gir kritiske verdier for overskyllingsrater som kan forårsake skader. For eksempel er det farlig for personer å oppholde seg på fyllingskanten ved 0.5 l/s/m overskylling, mens bygninger ved kanten kan ta skade ved 0.03 l/s/m overskylling. De første bygningene på Brakerøya er planlagt mer enn 100 m fra kanten av tomten langs den gitte profilen (se Figur 6). Fra det nordøstlige hjørnet er det ca. 80 m til nærmeste bygning. PC Overtopping gir ingen informasjon om hva som skjer med vannet etter overskyllingen over fyllingskanten. Ifølge Pullen et al. (2007) er det konservativt å anta at 95 % av det overskyllende vannet vil lande innen 0.25 x bølgelengden, som her er 25 m, dvs innen 6 m fra kanten. Gitt de lange avstandene mellom de planlagte bygningene og vannkanten er risiko for skader på bygningene gitt av flom og ikke direkte bølgepåvirkning. Avhengig av den valgte fyllingshøyden må det derfor legges til rette for å drenere bort vann som trenger over fylling (ved den gitte vannstanden). Tabell 7 gir estimerte overskyllingsrater og totalt vann per m 2 for en 3 timers storm gitt en ca. 450 m lang fyllingskant og et 20 m bredt nedslagsfelt. Den store usikkerheten i overskyllingsestimatene skyldes usikkerheten i stormfloestimatene. F. eks. er den øvre grensen for 1000-års stormflo i år m. Ved fyllingshøyder på 3 og 3.5 m og signifikant bølgehøyde på 1.57 m er det store vannmengder som vil skylle over fyllingskanten og muligens skade fyllingen (ISO 21650:2007). Tabell 7 Oppskyllingshøyde og overskyllingsrater med 1000-års returperiode for år 2100 for gitte fyllingshøyder for utslippsscenario RCP8.5. Alle høyder relativ NN % og 95 % konfidensintervall i parentes, basert på usikkerheten i havnivåstignings- og stormfloestimat. Case A B C D E Fyllingshøyde [m] Stillevannsnivå [m] 2.3 ( ) 2.3 ( ) 2.3 ( ) 2.3 ( ) 2.3 ( ) Ru,2% + stillevann [m] 4.1 ( ) 4.1 ( ) 4.0 ( ) 4.0 ( ) 4.0 ( ) Overskyllingsrate [l/s/m] 48 (2 490) 5 (0.1 49) 0.4 ( ) 0.04 ( ) (0 0.03) Vann per storm* [l/m2] 8622 ( ) 810 ( ) 65 (3 760) 7 (0.2 60) 0.7 (0 6) * basert på 450 m fyllingslengde, 450x20 m areal og 3 t storm RAP-RIMT / 00 Side 13 av 16

14 5 Tiltak 5 Tiltak 5.1 Voller Figur 8: Prinsipp for sikring mot bølgeoppskylling I figuren ovenfor er det illustrert hvordan tiltak for å hindre at bølgeoppskylling skal forplante seg innover land ved dimensjonerende stormflo. Tanken er at man ved å forme terrenget med høyde opp til kote 4 vil begrense mengden vann som bryter innover land. Noe vann vil fortsatt slå over, men det vil renne unna i lavbrekk på innsiden og ut i fjorden igjen (1000-års stormflonivå med 95 % sannsynlighet under kote 2,88 for det mest konservative utslippsscenarioet). Terrenget rundt byggene stiger opp mot kote 3, mens gulvene ligger på kote 3,5. Tiltaket kan utformes på flere måter. Geoteknisk prosjektering vil måtte gjennomføres for å verifisere at fyllingen fortsatt er stabil. Området var belastet med grushauger over dette nivået i den perioden fyllingen ble etablert, se figur under RAP-RIMT / 00 Side 14 av 16

15 5 Tiltak Figur 9: Utfyllingen ble brukt som masselager i flere år. Dette fungerte som en forbelastning som påskyndet setningene. Selv om området har vært fylt opp til et høyere nivå tidligere, kan geotekniske beregninger vise at dette ikke hadde tilfredsstillende sikkerhet i forhold til dagens krav. Fyllingene kan da trekkes litt innover land eller prosjekteres med bruk av lette masser under vollene. Dette vil følges opp i videre prosjektering. 5.2 Molo En molo kan formes med bruk av en steinfylling (rausmolo) eller som en konstruksjon. I figur 8 er det vist en liten utfylling for å skjerme bukta og landet lengre oppover Drammenselva. En større molo i stein eller betong er ikke foreslått. 5.3 Flytebrygger/flytende bølgebryter Bølger kan også dempes av flytende bølgebrytere. Disse må imidlertid være svært brede eller dype for å ha særlig effekt i forhold til dimensjonerende bølger. Flytende bølgebrytere krever også vedlikehold. Slike tiltak vil være langt mer kostnadskrevende enn forming av terrenget på land RAP-RIMT / 00 Side 15 av 16

16 6 Referanser 6 Referanser ISO 21650:2007. Actions from waves and currents on coastal structures. International standard. First edition Kystkartverket (2007): Dybdegrunnlag fra Statens kartverk sjø. Gjengitt med tillatelse 571/07. NGU (2011): Undersjøiske landformer og skredprosesser langs strandsonen i Drammensfjorden. NGU Rapport , Norges geologiske undersøkelse Pullen et al., (2007): EurOtop - Wave Overtopping of Sea Defences and Related Structures: Assessment Manual (Die Küste version). Simpson et.al. (2015) Sea Level Change for Norway, Past and present observations and projections to 2100, NCCS report no. 1/2015, Norwegian Centre for Climate Services SWAN 2006: Technical documentation SWAN Cycle III. Delft University of Technology. van der Meer, Technical Report, Wave Run-up andwave Overtopping at Dikes. Technical Advisory Committee on Flood Defence. Delft, May 2002 K. Vasskog, H. Drange, A. Nesje, 2009: Havnivåstigning. Estimater av framtidig havnivåstigning i norske kystkommuner. Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB), Klimatilpasningssekretariatet RAP-RIMT / 00 Side 16 av 16