INNHOLD Bakgrunn og problemstilling... 3 Informasjon om vassdraget... 3 Befaring og møte 8. juni... 5

Transkript

1

2 2 INNHOLD 1. Bakgrunn og problemstilling Informasjon om vassdraget Befaring og møte 8. juni Vurdering og kommentarer til del 1 av omleggingen Kanalen slik den er i dag Vurdering av trasé for øverste del av ny kanal Kanalen etter omleggingen Helning og vannhastighet Situasjonen etter at delstrekning 1 er ferdig Vurdering og kommentarer til nedre del ( del 2 ) av kanalomleggingen Beskrivelse av traseen for del Valg av bunnhelning og kanalbredde Prøveberegning av kanaldimensjoner og terskelnivå Beregningsforutsetninger Dybde og hastighet i trapesformet kanal Kanal BC Kanal AB Terskel ved punkt B Kanal BC Oppsummering Referanser... 19

3 3 1. Bakgrunn og problemstilling Det vises til bestilling fra teknisk enhet, Marnardal kommune, datert 8. juni 2010 Tesaker Vann AS har fått som oppdrag å vurdere virkningen av foreslåtte bekkeomlegginger på Heddeland. Oppdraget omfatter to deler 1. Vurdering av en mindre omlegging for å frigjøre areal for et nærstående byggeprosjekt. Dette er tema for dette notatet. I første omgang er vi bedt om en rapport med kommentarer fra en befaring som ble foretatt 8. juni, men med en åpning for å revurdere omfanget dersom det finnes faglig nødvendig for å gi et kvalifisert råd. 2. Vurdering av en mer omfattende omlegging som en videreføring av første del av oppdraget. Denne vurderingen vil bli tatt opp igjen etter sommeren og er bare løselig kommentert her. Del 1 ble behandlet i et notat datert 21 juli (ref 4). Del 2 av oppdraget behandles nedenfor. Mye av notatet av 21 juli er relevant også for del 2, og en vesentlig del av notatet er derfor inkludert i rapporten. Man håper med omleggingene ikke bare å frigjøre industriareal, men også å kunne forbedre livsvilkårene for sjøørret, som det i dag er en god bestand av, og som Songåna fungerer som gyteområde for. Problemstillingen er kort beskrevet i et notat av Øyvind Jorstad datert 28 jan 2010: Plan for omlegging av Songåna ved Heddeland Industriområde (ref 1). En detaljert vurdering av tilstanden mhp. livsvilkår for laksefisk og muligheter for forbedringer på den nedre 5 km av Songåna er gitt i en rapport av Tor Kviljo, Terrateknikk (2007): Miljøvurdering av Songåna Mandalsvassdraget (ref 2). Begge deler av omleggingen er tegnet inn på et utsnitt av reguleringskart over Heddeland Industriområde. Dette er gjengitt som figur 1. På figuren er eksisterende kanal og bekk gjengitt lyseblått, mens forslagene til omlegging er farget sterkere blått. Del 1 av omleggingen vises øverst til høyre på figur 1 som en kileformet utbukting mot vest. Den omgår det mest aktuelle tomteområdet, som er vist med stiplet strek, og møter deretter kanalen igjen etter ca 240 m der den gjør et ca. 90º bend mot sør. Del 2 utgjør en vesentlig lengre utbukting mot vest, og følger delvis løpet til Entredalsbekken, som munner ut i Songåna i søndre del av det aktuelle industriområdet. I telefonsamtaler med Øyvind Jorstad i uke 51, 2010 ble det opplyst at kanaldel 1 nå er utført, og at industriområdet øst for Songåna og kanaldel 1 nå er oppfylt til minimum kote 29,1 så langt oppover som der kanaldel 1 grener av fra det tidligere løpet. Fyllingsnivået er tilpasset maksimalt antatt flomnivå i Mandalselva.. Det er planlagt videre oppfylling av hele området øst for kanaldel 1 og 2. Kanaldel 2 må tilpasses dette 2. Informasjon om vassdraget Songåna er et tilløp til Mandalselva. Nedre del ble omlagt i forbindelse med anlegg av Sørlandsbanen, slik at det meste av vannføringen nå ledes gjennom en tunnel til Mandalselva. Det er imidlertid ordnet med en forbipassering til det opprinnelige elveløpet gjennom et overdekket rør. I flg. oppgave i Jorstads notat varierer vannføringen i røret mellom 50 og 200 l/s, avhengig av vannstanden ved overføringsstedet.

4 4 Nedenfor overføringen er det oppgitt tilsig til Songåna fra 3,2 km 2 uregulerte areal. En stor del av dette er løsmasser med langsom avrenning. 10 års gjentaksverdi (Q 10 ) for avrenning er oppgitt til 0,5 m 3 /s pr km 2. Ut fra vanlige erfaringstall tilsier det 1000-års gjentaksverdi mellom 0,7 og 1,0 m 3 /s pr km 2 og antatt ekstremverdi mellom 1,2 og 1,65 m 3 /s pr km 2. Det gjør at den strekningen som vurderes omlagt, bør dimensjoneres for kortvarige flomtopper i Songåna på 3-4 m 3 /s, avhengig av hvor store oversvømmelser som unntaksvis kan aksepteres. Dert er ikke oppgitt noen vannføringsverdier for Entredalsbekken. Ut fra kart (kart.norge.no) vurderes nedslagsfeltet til ca 3 km 2. Feltet er brattere enn for Songåna og skogvokst. I mangel på andre data antas de samme avrenningsverdier for Entredalsbekken som oppgitt for Songåna. Det er oppgitt at bekken periodevis er helt tørr. Figur 1. Utsnitt av reguleringskart for Heddeland Industriområde, med forslag til omlegging av Songåna. Rutenett 100 m

5 5 3. Befaring og møte 8. juni Som innledning til oppdraget ble det gjennomført en befaring 8. juni sammen med Hanne Alnes fra firmaet grønn strek as, med påfølgende møte på stedet der miljøansvarlig Øyvind Jorstad deltok fra kommunen. Befaringen startet langs en skogsveg som følger kanalen sørover fra adkomstvegen til området. Her kunne en observere hvordan den kunstige kanalen nå hadde et sterkt overgrodd løp med ganske langsom vannhastighet. Figur 2 viser kanalen langs østsiden av skogsvegen. Bilen i bakgrunnen står ved sammenløpet mellom Entredalsbekken og kanalen. Figur 2. Kanalen sørover mot sammenløpet med Entredalsbekken. Figur 3. Sammenløpet mellom Entredalsbekken og kanalen. Kanalen ses til venstre i bildet.

6 6 Entredalsbekken har vannføring som varierer betydelig, og reagerer raskt på nedbør. Der bekken krysser skogsvegen er løpet forsterket med stor stein, men under befaringen var vegen skadet av erosjon så bekken ikke kunne passeres med bil. Figur 3 viser sammenløpet like nedstrøms vegen og figur 4 viser bekken like oppstrøms vegen. Fra samløpet fortsatte befaringen til fots oppover langs bekken. Denne delen av bekken inngår som nedre del av kanaliseringens del 2. De nærmeste ca 100 m ovenfor samløpet går den gjennom relativt flatt terreng i et nærmest rettlinjet løp med lave kanter. Videre oppover er bekkeløpet mer uryddig med kurver og kulper i en bredere renne, delvis med bratte skråninger i løsmasser mot høyere terreng. Figur 5 viser en lokal avleiring og figur 6 og 7 en typisk elvebredd, ikke av de høyeste. Figur 4. Entredalsbekken sett oppover fra skogsvegen. Figur 5. Avleiring i Entredalsbekken vel 100 m oppstrøms samløpet.

7 7 Befaringen fortsatte fra figur 7 tvers over terrenget tilbake til skogsvegen og videre oppover langs kanalen til brua. Figur 8 viser en typisk situasjon med gjengrodd kanal med lite kantvegetasjon, og figur 9 et bilde nedover kanalen fra brua, der vegetasjonen er tettere. Figur 6 og 7. Bilder fra samme standplass tatt litt ovenfor figur 5. Viser typisk elvebredd. Figur 8. Sterkt begrodd kanalstrekning litt nord for sammenløpet med Entredalsbekken Figur 9. Kanalen sett nedover fra brua mot den første 90º - kurven, sml. figur 1.

8 8 Ved brua møtte Øyvind Jorstad for et kort møte i naturen. Han redegjorde for forhistorien og omleggingsprosjektet og de detaljer om vannføring og flomforhold som er referert foran, og det ble avtalte omfang og tidsramme for vurderingen. Etter møtet fortsatte befaringen oppover (nordover) langs kanalen, til noe forbi det stedet hvor første del av den nye kanalen er tenkt å grene av fra dagens kanal, se figur 1. Figur 10. Strekning uten kantsikring, nedenfor planlagt avgreningspunkt for del 1 Figur 10 viser først en nesten horisontal kanalstrekning uten synlig kantbeskyttelse. Merk at terrenget er noe høyere til venstre på bildet. Lenger oppe ligger kanalen dypere i terrenget enn det som vises på figur 8, 9 og 10, særlig mot terrenget på vestsiden, der det er et fredet gravfelt. Kanalen er stykkevis utført med murte steinkanter, se figur 11. Disse er delvis i bra tilstand, men er noen steder undergravd og rast ut, og andre steder dekket av utrast skråningsmasse, se figur 12. Det er bra med åpninger mellom de grove kantsteinene som fisk kan bruke til skjul, men ellers gir elvebunnen lite skjulesteder. Figur 11. Steinsatt kanalbredd med åpninger.

9 9 Figur 12. Erodert og utrast parti mot gravfeltet. 4. Vurdering og kommentarer til del 1 av omleggingen 4.1 Kanalen slik den er i dag Kanalen består på noen strekninger av en åpen grøft med naturlige skråninger, på andre strekninger er kantene beskyttet med grov stein. Kanalen bærer sterkt preg av at vannføringen er beskjeden store deler av tiden. Sand, vegetasjon og nedfall danner små øyer, terskler og kulper som til dels demmer opp og gir et uryddig strømforløp. Men dette gjør også at vanndybden de fleste steder blir å leve med for småfisk som ikke alltid er avhengig av å passere fritt mellom alle deler av kanalen. En må regne med at sporadiske flommer vil rydde og åpne opp løpet, for de helninger av vannflaten som er målt, vil gi betydelige vannhastigheter ved større vannføringer, se tabell 1, avsnitt 4.4. Vegetasjonslaget på bunnen vil i stor grad bremse erosjon ved kortvarige flommer, men når det tidvis brytes opp, er det stor kapasitet for transport av sand og fin grus under flom. Denne samles så som midlertidige banker i øvre ende av langstrakte kulper demmet opp av nedfall og bunnvegetasjon. Ny sandtilførsel kommer dels fra erosjon i sideskråninger som undergraves og glir ut, dels vaskes sand ut gjennom de åpne murene av stein. 4.2 Vurdering av trasé for øverste del av ny kanal Den første delen av omleggingen består av en ca 250 m lang sløyfe mot vest og sør til den igjen møter dagens kanal ved den andre 90º - kurven, sml. figur 1. På plankartet er den tegnet med to skarpe bend og ellers med et småkurvet forløp som skal illudere et uregelmessig bekkeløp. Terrenget ser ved overfladisk befaring ganske uproblematisk ut for graving av ny kanal, med løsmasser i overflaten langs hele traséen. Kanalen er tenkt å følge foten av et område med noe høyere terreng, til høgre i figur 13. Traséen går først omtrent diagonalt i figuren langs skogkanten, og bøyer så sørover, mot venstre i bildet, på sletten i bakgrunnen. Vi har ikke opplysninger om dybden til fjell, og det anbefales å kontrollere dette med enkle stangsonderinger til dyp under planlagt kanalbunn.

10 10 De naturlige massene i grunnen er neppe grove nok til å hindre bekken i å ta seg til rette med tilfeldig sideerosjon i ubeskyttede skråninger når det er flom. For å beholde hovedtraséen intakt er det derfor nødvendig å sikre i alle fall de to skarpe bendene mot erosjon i yttersving. Om det er nødvendig med mer sikring av bekkeløpet mot naturlig utvikling, må vurderes når en får opplysninger om sammensetningen av grunnen. Så vidt vi forstår er det ønskelig med en viss naturlig tilpasning av bekkeløpet. Figur 13. Oversikt over det området som skal omsluttes av øvre sløyfe av ny kanal. 4.3 Kanalen etter omleggingen Del 1 av den nye kanalsløyfen erstatter ca 180 m av dagens kanal med stort sett rette kanter utenom et 90º bend midtveis. I Øyvind Jorstads notat er ønskelig utforming av den omlagte bekken beskrevet slik i fem punkter, sitat: 1. Bekken anlegges med varierende bredde og dybdeforhold. 2. Større steiner plasseres gruppevis i bekken for å sikre variasjon og skjul for fisken. 3. Hvis nødvendig tilføres minimum 10 m 3 elvegrus på utvalgte steder med en passende kornfordeling for å etablere gyteplasser. 4. Langs hele strekningen plantes svartor i en sone på minst 2,0 meter på hver side. 5. Innenfor svartorbeltet, mot gravfeltet plantes furu i spredte grupper. De tre første punktene har direkte betydning for bekkens evne til å transportere vann og sand og til å utvikles naturlig ved erosjon i bunnen og elvebreddene, men de to siste indirekte har betydning for vannstrømmen ved å produsere nedfall og røtter som kan demme opp eller avlede bekkeløpet. En må regne med gjentatt vedlikehold av et bekkeløp som i utgangspunktet er lagt opp etter et så detaljert program. Dagens opprinnelig rettlinjede kanal har utviklet noen mindre uregelmessigheter, stort sett som følge av lokale avleiringer og begroing. Det virker lite sannsynlig at begroing og avleiring vil kunne reduseres mye i den nye bekken, selv med tett planting av strandvekst som skygge for sola. Det bør derfor vurderes om det kan legges til rette for regelmessig vedlikehold med maskinelt graveredskap langs kanalen, noe som burde være lett å ordne i nabolaget til et industriområde.

11 Helning og vannhastighet I del 1 av planen blir ca. 180 m av dagens kanal erstattet med 240 m nytt løp. Dette vil gi en kanalstrekning med mindre fall enn før. Det er likevel snakk om et bekkeløp med godt fall. På et luftfoto, se figur 14, er det påført kotehøyder for vannflaten langs dagens kanal og Entredalsbekken. Vi antar at disse er målt ved en normal vannføring, utenom flom, og derfor tilnærmet angir bunnens nivå. Høydeforskjellen over del 1 av omleggingen er angitt til 70 cm. Dert gir gjennomsnittlig helning 0,7:180 = 1:250 før omleggingen og 0,7:240 = 1:340 etter. Dette er en helning som ikke skiller seg ut fra dagens kanal: For de første 80 m av strekningen som skal erstattes, nord for brua, se figur 10, er det målt 0,2 m fall, dvs. helning 1:400, mens de neste 100 m under brua og gjennom kurven nedenfor har 0,5 m fall og helning 1:200. Den 240 m lange rette strekningen som utgjør del 2, videre langs skogsveien ned til samløpet med Entredalsbekken, se figur 8, har oppgitt fall på 0,7 m, dvs. helning 1:340. Hele strekningen del 1 + del 2 fra planlagt sted for avgrening ved gravfeltet til sammenløpet med Entredalsbekken (figur 3) har midlere fall 1,4:420 = 1:300. Figur 14. Luftfoto av området med oppmålte kotehøyder på vannflaten.

12 12 Med slik helning vil det kunne være sandbevegelse selv ved normal vannføring. Se tabell 1-2 nedenfor. Lokalt kan det oppstå erosjon dersom vannstrømmen innsnevres av grener eller ras så det oppstår små stryk når vannet passerer. Under flom vil større vannføring først og fremst kompenseres av øket vanndybde langs hele kanalen, men på korte strekninger kan også helningen bli forandret under flom, slik at vannstanden stiger mer i øvre ende av kanalen enn nederst. Typiske vannhastigheter kan vises ved regneeksempel: Vi bruker Mannings formel: Q = A M R 2/3 I 1/2 der Q = vannføring (m 3 /s), A = strømareal, B = bunnbredde, H = dybde, I = helning, R= A/P = hydraulisk radius, P = våt periferi = B + 2H/sinα, alt målt i meter, α = sideskråning, M = en falltapsfaktor som finnes i litteraturen. Eksempel 1: Ut fra kartet er typisk kanalbredde før omleggingen B = 3-4 m. Vi bruker B = 3 m på den sikre siden. Samlet lengde for dagens del 1 og del 2 er 420 m og samlet fall 1,4 m. Det gir gjennomsnittlig helning I = 1,4:420 = 1:300. For rette kanaler med noen kulper, planter og stein velges M = 20. Med kanalbredde B = 3 m, sideskråning 1:2 (cotg α = 2) og helning I = 1:300, får vi verdiene i tabell 1 ved prøve og feile -metoden. Tabell 1. Hele kanalen før omlegging. L = 420 m, fall på bunnen 1,4 m. Dybder og vannføringer ved B = 3 m, I = 1:340, cotg α = 1:2 og M = 20 Vannføring Q (m 3 /s) Vanndybde H (m) Vannhastighet V (m/s) Flytter løse gruskorn med diameter d (mm) 0,2 0,19 0,33 6 0,5 0,32 0, ,68 0, ,85 0, ,98 0,85 20 For del 1 av den nye kanalstrekningen med midlere fall 1:340 vil samme vanndybder tilsvare ca 6 % mindre vannføring, men dette kan lett kompenseres ved å lage kanalen tilsvarende bredere. Dersom kanalen utformes med store steinblokker eller terskler og mange kurver og kulper, vil det også øke nødvendig vanndybde eller bredde. Eksempel 2: For å vise virkningen av større kanalbredde velges nå B = 6 m, men samme helning og ruhet som i eksempel 1. Det gir følgende tabell: Tabell 2. Kanalen før omlegging. L = 420 m, fall på bunnen 1,4 m. Dybder og vannføringer ved B = 6 m, I = 1:340, cotg α = 1:2 og M = 20 Vannføring Q (m 3 /s) Vanndybde H (m) Vannhastighet V (m/s) Flytter løse gruskorn med diameter d (mm) 0,2 0,12 0,26 4 0,5 0,21 0, ,48 0, ,61 0, ,72 0,76 18

13 13 I siste kolonne i tabell 1 og 2 er angitt de største gruspartikler som kan bevege seg med strømmen når de ligger enkeltvis og fritt på bunnen. Disse verdiene er tatt fra empiriske diagram og gjelder bare for vannflater som heller 1: Situasjonen etter at delstrekning 1 er ferdig Delstrekning 1 er nå bygget og så vidt vi har fått opplyst, tilpasset de opprinnelige bunn-nivåene i begge ender, kote 28,0 og 27,3, som gir helning 1:340. Det tilsier samme dybder og som vist i tabell 1. Men tabell 2 beholdes for illustrasjon. Terrenget øst for kanalen er som nevnt hevet til kote 29,6 ved det industribygg som er under utførelse, og til ca kote 29,0 på resten av området. Det er opplyst at dette nivået er valgt ut fra største kjente flom i Mandalselva for å unngå at en gjentakelse kan oversvømme industriområdet. Det er meningen at også arealet øst for del 2 av omleggingen skal fylles opp tilsvarende. Vannspeilet i del 1 av den omlagte kanaltraseen ligger etter utfyllingen i en 1 1,7 m dyp grøft ved liten vannføring. Det er derfor antydet i telefonkontakt med Øyvind Jorstad at neste del av omleggingen med fordel kan utføres slik at vannflaten løftes noe nederst i delstrekning 1. Om dette lar seg gjøre avhenger av tverrsnittet på den ferdige kanaldelen, og hvordan omleggingen videre dimensjoneres. Dette drøftes nærmere i avsnitt Vurdering og kommentarer til nedre del ( del 2 ) av kanalomleggingen 5.1 Beskrivelse av traseen for del 2 Befaringen 8 juni omfattet også noe av del 2 av kanalforslaget. Denne kanaldelen blir etter lengste forslag ca. 510 m, mer enn dobbelt så lang som den rette strekningen på ca 225 m den skal erstatte, vist på figur 2. Vannhastigheter, vanndybder og sandtransport blir vesentlig annerledes, spesielt etter at kanalen går sammen med Entredalsbekken. Vi bruker nå følgende betegnelser: Punkt 0 = der kanaldel 1 grener av fra Songeåna Punkt A = nederst i kanaldel 1 der den skal føres videre i kanaldel 2. Punkt B = der kanaldel 2 møter Entredalsbekken (se figur 2). Punkt C = nåværende samløp mellom Songåna og Entredalsbekken. Strekning 0-A utgjør den ferdige del 1 av omleggingen. Figur 14 angir følgende kotehøyder på vannflatene, antatt målt ved liten vannføring: Punkt 0 kote 28,0 Punkt A kote 27,3 Punkt B kote 28,9 (interpolert mellom to målepunkt i Entredalsbekken) Punkt C kote 26,6 Disse kotehøydene refererer til vannflaten i en ukjent situasjon, men vi antar at det har vært liten vanndybde under målingen, slik at de også representerer midlere fall på bunnen. Del 2 kan deles inn i to strekninger: Strekning AB er ca 180 m lang og går i nytt terreng. Her ligger det opprinnelige terrenget stort sett på et høyere nivå enn ved punkt A, slik at kanalen må senkes ned i terrenget for å oppnå fall. Samtidig må også nedre del av Entredalsbekken senkes slik at det nye samløpet kommer lavere enn kanaldel 1. Alternativt må en godta å heve vannstanden i kanaldel 1, se avsnitt 5.2.

14 14 Strekning BC er antydet med to alternativ: BC1: Kanalen fortsetter langs Entredalsbekken helt til nåværende samløp, som ses på figur 3, til sammen ca 250 m. BC2. Kanalen (og bekken) følger dagens bekkløp bare ca 160 m, mens resten, ca 170 m, går i ny trase i en bue sør for dagens bekkløp, som vist i plan på figur 1. Siden strekning BC2 er lengst, 330 m, vil vi hovedsakelig se på denne nedenfor. Før utgraving faller kanalbunnen ca 0,7 m på strekningen AB + BC2 fra kote 27,3 til kote 26,6. Det gir et midlere fall på 0,7/510 = 1:730. For strekningen AB er høydeforsjellen negativ. Mens punkt A har bunn på ca kote 27,3, har punkt B i Entredalsbekken bunnivå mellom kote 29,3 og 28,5, dvs ca kote 28,9, i flg figur 14. Dersom det ikke skal bli oppstuvning bakover i kanaldel 1 må derfor bunnen av bekken i sammenløpspunktet senkes mer enn 1,6 m. Det er imidlertid ikke nødvendig å stille dette som krav. Vannivået kan godt stuves opp bakover fra punkt B uavhengig av bunnkoten ved A så lenge vannstanden ved øvre ende av kanaldel 1 ikke overstiger det som var situasjonen før omleggingen, samtidig som vannstanden i hele kanaldel 1 og 2 ikke må overstige kote 29,1 ved flom. 5.2 Valg av bunnhelning og kanalbredde Vurdert ut fra kartmaterialet i ref 1 er det neppe mulig å senke bunnen og vannspeilet i Songåa nedstrøms samløpet med Entredalsbekken, figur 3, for å gi den nye kanaliserte strekningen større fall. Kanalen må derfor tilpasses de høydeforhold som eksisterer. Et viktig sted er punkt B, det nye sammenløpet med Entredalsbekken. Her kommer det tilførsel som tilnærmet kan doble samlet vannføring i kanalen. Nedstrøms punkt B vil det derfor være behov for større kanaltverrsnitt enn oppstrøms. En mulig optimal løsning er å tilpasse kanalen slik at det blir tilnærmet lik helning på overflaten mellom punktene 0 og C ved maksimal vannføring. Midlere fall på bunnen langs hele denne strekningen er (28-26,6)/( ) = 1:535. Samtidig er det som nevnt et uttalt ønske om å holde vannstanden oppstrøms B rimelig høy også ved mindre vannføringer. Det kan best oppnås ved å lage en lokal terskel like oppstrøms sammenløpet ved B. Høyden og bredden av terskelen må tilpasses slik at det blir tilnærmet likt nivå oppstrøms og nedstrøms ved største vannføring, mens det blir et nivåsprang ved mindre vannføringer. Prinsippet vises på skissen i figur 15. Vannivå når det er: Vannnivå: flom i Entredalsbekken Nytt sammenløp, ved flom i Songåna tørt i Entredalsbekken punkt B ved lite vann i Songåna Før sammenløp: Etter sammenløp: Ca. dobbel vannføring, Terskel og stryk Liten helning, bredde og dybde liten helning, stor bredde og dybde med bunnsikring Figur 15: Prinsippløsning for sammenløp med Entredalsbekken. Høyeste vannstand etter sammenløpet må være lik eller mindre enn høyeste akseptable vannstand oppstrøms.

15 15 For å sikre at stryket ikke skal erodere seg bakover og skade terskelen, må overgangen sikres med et steinlag eller ordnet rampe. Samtidig er det viktig at terskelen og stryket får en utforming med langstrakt forløp som gir fisk mulighet for å passere når det er liten vannføring. 5.3 Prøveberegning av kanaldimensjoner og terskelnivå Beregningsforutsetninger Siden vi vet så lite om samtidig forekomst av store vannføringer i de to grenene som løper sammen, må vi velge noen verdier for bruk i et regneeksempel. I mangel på bedre kjennskap til avrenningen velges å se på en situasjon med like store flomvannføringer 4 m3/s i Entredalsbekken og i Songåna før sammenløpet. Vi ser i den videre analyse på en 510 m lang kanal ( del 2 ) fra A til C med trapesformet tverrsnitt, bunnbredde 3 m ned til punkt B og 6 m videre til punkt C med sideskråning 1:2 som i tabell 3 og 4. Denne tenkes kombinert med en allerede utført 240 m kanal ( del 1 ) oppstrøms punkt A. Maksimal vannføring settes til 4 m 3 /s før sammenløpet og 8 m 3 /s etter. Siden del 1 er ferdig, lar vi denne være som utført, men vurderer å heve vannstanden ved punkt A og oppover ved hjelp av en terskel ved B, så den tilsvarer midlere helning 1:535 fra punkt 0 til punkt B, fortsatt med maksimal flomvannstand 29,1 ved punkt 0. Med kanallengde 240 m for del 1 kan da flomnivået ved punkt A heves til kote (29,1 240/535) = kote 28,65. Videre nedover, fortsatt basert på helning 1:535, får vi flomvannstand ved B lik kote (28,65 180/535) = kote 28,31, flomvannstand ved C lik kote (28,31 330/535) = kote 27, Dybde og hastighet i trapesformet kanal. Tabell 1 og 2 er basert på helning 1:340 som er gjennomsnittlig bunnhelning mellom punkt 0 og punkt A i den ferdige kanaldel 1. Den mye lengre nye kanalen får gjennomsnittlig bunnhelning 1:535. Pga forskjellig vannføring på strekningene AB og BC2 må disse få forskjellige tverrprofil. Det naturlige er å velge forskjellig bunnbredde, men ha samme helning på sideskråningene. Tabell 3 og 4 gjengir resultat av beregninger i et regneark med forskjellige parametre. Tabell 3. Strømning i trapesformet kanal med bunnbredde 3 m. Helning bunn 1:535, Mannings M: 20, Sideskråning 1:2 Bunnbredde 3 m, Vanndybde D (m) 1,1 0,95 0,7 0,5 0,2 0,1 Vannhastighet V (m/s) 0,70 0,64 0,55 0,46 0,27 0,18 Vannføring Q (m 3 /s) 3,98 3,00 1,68 0,91 0,18 0,06 Tabell 4. Strømning i trapesformet kanal med bunnbredde 6 m. Helning bunn 1:535, Mannings M: 20, Sideskråning 1:2 Bunnbredde 6 m, Vanndybde D (m) 1,2 1,02 0,7 0,5 0,2 0,1 Vannhastighet V (m/s) 0,80 0,73 0,59 0,49 0,28 0,18 Vannføring Q (m 3 /s) 8,05 5,99 3,07 1,71 0,36 0,11

16 Kanal BC2 Kanal BC skal føre summen av vannføringen i Songåna og Entredalsbekken, som vi har anslått til 8 m 3 /s ved dimensjonerende flom. Vi viser til avsnitt Tabell 4 viser at en flom på 8 m 3 /s i en trapesformet kanal med bunnbredde B = 6 m, sidehelning 1:2 og bunnhelning 1:535. vil kreve vanndybde 1,2 m. En hypotetisk vannflate med helning 1:535 og kote 27,7 ved punkt C vil nå kote 28,31 ved B. Kote 27,7 er 1,1 m over oppgitt vannivå på figur 14, og stemmer derfor med vanndybde 1,2 om vi antar at målingen gjengitt i figur 14 er utført ved 0,1 m vanndybde. Bunnen ved punkt B blir på kote 28,31-1,2 = 27,11. I kanalen ovenfor endres bunnbredden til 3 m, men det er naturlig å fortsette bunnen videre bare med et lite sprang i nivået, se avsnitt og figur 16. Vannstanden ved C er i virkeligheten påvirket av flomvannstanden i Mandalselva. Er denne lavere enn det som gir kote 27,7 ved punkt C, vil det medføre at vannflaten ved flom faller raskere enn 1:535 på nederste del av eller hele strekning BC2. Omvendt vil en høyere vannstand ved C enn kote 27,7 medføre at vannflaten flater ut nedover mot punkt C. Skulle vannstanden i elva nærme seg kote 29,0, vil hele fallet på den omlagte kanalstrekningen omtrent forsvinne, og vannet vil kunne trenge innover industriområdet Kanal AB Kanal AB har maksimal flomvannføring 4 m 3 /s og må utføres slik at vannstanden ovenfor A ikke blir så høy at det oppfylte området oppstrøms blir oversvømt, dvs den må ikke overstige kote 29,1 øverst ved punkt 0. Vannstanden ved B er gitt fra strekning BC og av hvordan sammenløpet ved B tilpasses, se avsnitt Strekning 0-A er dimensjonert for antatt bunnhelning ca 1:340, med bunnivå på kote 28 ved punkt 0 og kote 27,3 ved punkt A. I følge munntlig opplysning er bunnbredden i den nye kanalen ca 3 m og sideskråningen slak, og vi antar det omtrent tilsvarer tabell 3, som viser at vanndybden blir 1,1 m med 4 m 3 /s vannføring. Det gir vannstand 29,1 ved punkt 0 og 28,4 ved A så lenge det er fri strømning mot A. Den nye kanaldelen videre ned til B med antatt bunnkote 27,11 må bygges med jevnt hellende bunn som tilpasses nivåene i begge ender. Tabell 3 viser at en kanal med bredde 3 m, sideskråning 1:2 og helning 1:535 på bunn og vannflate vil få vanndyp 1,1 m for vannføring Q = 4 m 3 /s. En hypotetisk vannflate med helning 1:535 og kote 29,1 ved punkt 0 vil nå kote 28,31 ved B. Dette forutsetter imidlertid at vanndybden er 1,1 m på hele strekningen ned til B. Vanndybden vil imidlertid være større ovenfor punkt A fordi kanalbunnen alt er utført med brattere helning der. Det er også naturlig å legge bunnen mellom A og B med jevn helning, som også gir større dybde enn 1,1 m. Dette gir en situasjon med forskjell mellom vannflatens og bunnens helning. Vannflaten vil starte med helning ca 1:340 ved punkt 0 og et stykke nedover og så gradvis flate av med økende vanndyp og redusert. Falltapet på strekningen blir dermed mindre enn nå, og det oppstår ingen oversvømmelse så lenge dybden videre fra A til B er minst 1,1 m.

17 17 Ferdig kanaldel 1 Ny kanaltrasé Kanal i samløp med Entredalsbekken Vannflate ved flom Vannflate med terskel ved liten vannføring liten vannføring Alternativ terskel ved B Foreslått bunn Figur 16 Skisse som viser bunn og flomvannstand i foreslått kanal, lengste alternativ Alternativ med terskel er tegnet med stiplet strek Rød strek viser vannflate med terskel ved liten vannføring Terskel ved punkt B Ved små vannføringer i Songåna vil vannstanden i de dypeste nedskjæringene bli mye lavere enn det oppfylte terrenget. Som nevnt i avsnitt 4.5 og 5.1, kan dette bøtes på ved å legge en terskel like oppstrøms B. En terskel ved B har ingen annen hensikt enn å heve vannstanden ovenfor B for å unngå at vannflaten blir liggende unødig dypt i kanalløpet oppstrøms B ved små vannføringer. Uten terskel ved B vil vannstanden langs AB tilpasse seg vannstanden nedenfor B. Tabell 5 viser situasjonen ved forskjellige terskelnivåer. Dersom det bygges en terskel ved B fra utvalget i tabell 5, vil den ha innflytelse på vannstanden oppover mot A ved alle vannføringer. Jo høyere terskelnivå, jo dypere og stillere vannstrøm vil vi få oppstrøms B. Dette kan ha både positive og negative sider, og bør vurderes nærmere. Ved små vannføringer vil det være et konsentrert fall over terskelen, og nivået oppstrøms bestemmes av overløpsformelen H o = (q/c) -1,5 der H o = høydeforskjell mellom vannflaten oppstrøms B og terskeltoppen Q = vannføring q = vannføring pr breddenhet = Q/L t L t = terskellengden tvers på kanalen. C = overløpskonstant, som i dette tilfelle kan sette til 1,7. Ved flom vil det ikke være nok høydeforskjell fra oppstrøms til nedstrøms terskelen til at en kan bruke vanlige regneformler for overfall. I stedet brukes hastighetshøyden som kontroll:

18 18 h v = V 2 /2g Q/ L t = q = V (H o - h v ) h v = hastighetshøyde V = vannhastighet over terskelen g = tyngdens akselerasjon = 9,91 m/s 2 (Egentlig skal H o regnes til energinivået oppstrøms, men ved stort tverrsnitt i kanalen vil vannhastigheten bli så mye mindre enn over terskelen at energinivået bli lite forskjellig fra vannstanden.) Med Q = 4 m 3 /s og oppstrøms vannflate på kote 28,31 finner vi for noen valgte terskelnivå og terskellengder (tabell 5): Tabell 5. Utvalgte terskelnivå og terskellengder for å gi vannstand 28,31 oppstrøms B H o - h v (m) L t (m) V= Q/L t / (H o - h v ) (m/s) h v = V 2 /2 (m) H o (m) Terskelnivå (28,31- H o ) (m) 1,0 15 0,27 0,004 1,004 27,31 1,0 8 0,50 0,013 1,013 27,30 0,8 15 0,33 0,006 0,806 27,50 0,8 8 0,63 0,020 0,820 27,49 0,5 15 0,53 0,014 0,514 27,80 0,5 8 1,00 0,051 0,551 27,76 Vi ser at terskellengden betyr lite for flomvannstanden oppstrøms, men påvirker vannhastigheten over terskelen. Dette kan ha betydning for passering av fisk under flom. En lengde som i eksemplet på 15 m vil kreve utvidelse av kanalen, dvs en liten kulp foran sammenløpet Ved små vannføringer i Songåna, vil vanndybden og vannhastigheten over terskelen og på nedstrøms skråning bli liten. Skråningen bør derfor i praksis tilpasses med liten helning og et smalt lavere parti så det oppstår en konsentrert strøm som fisken kan bruke. I figur 16 er skissert en terskel med krone ca 0,5 m over bunnen og nedstrøms skråning ca 1:50. Med en 3 m bred kanalbunn vil det tilsi 5 m lengde uten utvidelse. Det kan være en løsning å ta utgangspunkt i, med bistand av fiskeeksperter Kanal BC1 Kanal BC1 er kortere enn BC2. Bygges den med samme tverrsnitt og nedstrøms bunnkote som foreslått for BC2, vil flomvannstanden like nedstrøms punkt B bli ( )/535 = 0,15 m lavere enn beskrevet i avsnitt Uten terskel vil dette forplante seg oppover mot A, men ha liten praktisk betydning. 6. Oppsummering a. Den øverste sløyfen av omleggingen er nå bygget ferdig uten å møte fjell i traséen. Den er i samråd med entreprenøren utført med skråningssikring av stein også mellom kurvene. Elvebunnen er forsøkt utformet på en måte som skal være gunstig for trivsel av sjøørret. En slik utforming foreslås videreført i den nederste sløyfen. b. Den nederste sløyfen får mindre fall og blir mer komplisert fordi den møter Entredalsbekken midtveis. En trapesformet kanal som vil fungere med bunnbredde 3 m oppstrøms

19 19 og 6 m nedstrøms sammenløpet er bearbeidet og beskrevet. Det er antatt maksimal flom på 4 m 3 /s fra hver av de to løpene som møtes. c. Bunnen i Entredalsbekken må senkes ca 1,6 m i sammenløpet. Ovenfor samløpet oppstår derfor en strekning med brattere løp som må tilpasses og sikres mot erosjon ved store vannføringer. d. Vannflaten både i den utførte kanalen og i videreføringen vil ligge 1,7-2,5 m under oppfylt nivå ved liten vannføring. Dette kan modifiseres ved å anlegge en eller flere terskler, som må dimensjoneres slik at de ikke hindrer flom å passere. Terskler vil redusere vannhastigheten og gi tilnærmet stillestående vannflate ved små (og relativt vanlige) vannføringer. Et eksempel ved samløpet med bekken er beskrevet og analysert. e. Dersom det bygges terskel, må nedstrøms terskelskråning utformes som et konsentrert stryk som gir passasje for fisk. I eksemplet er antydet fall ca 1:50, men dette må tillempes av fiskeeksperter. 7. Referanser 1. Øyvind Jorstad (2010): Plan for omlegging av Songåna ved Heddeland Industriområde. Notat, Marnadal kommune, 28 jan 2010, 3 s. 2. Tor Kviljo (2007): Miljøvurdering av Songåna Mandalsvassdraget. Terrateknikk utredning nr , 22 s. 3. Plankart Heddeland Industriområde, , 1: Einar Tesaker (2010): Omlegging av Songåna ved Heddeland industriområde. Rapport fra befaring 8. juni Notat, Tesaker Vann AS, 21 juli 2010