Norconsult AS Klæbuveien 127 B, NO-7031 Trondheim Notat nr.: 1 Tel: Fax: Oppdragsnr.:

Transkript

1 Til: Moss Havn KF Fra: Arne E. Lothe Dato: Sikring av sjøfront mot stormflo og bølger 1 BAKGRUNN Moss Havn KF planlegger en utvidelse av havneområdet ved en utfylling i Verlebukta, se Figur 1. I planprogrammet er tema stormflo og flomfare omtalt slik: "Utfyllingsområdet med nytt kaianlegg ligger / blir liggende på ca. kote + 2,5. Situasjoner med kombinasjon av springflo, mye nedbør og vind vil kunne medføre oversvømmelser i området. Begrensninger i fremtidig arealbruk pga. flom må utredes." Møtereferat fra møte mellom Moss Havn og Norconsult spesifiserer nærmere: "Høyde på kaiareal NO vurderer minimum høyde på kaiareal basert på scenarier for fremtidig økning i havnivå. Arealet nærmest land må tilpasses høyde på togspor inn til kaiområdet, som antas å komme på minimum + 3,5. Mobilkraner for lossing / lasting må stå på samme nivå. Ferdig terreng inn på kaiområdet kan legges med fall på 1,5-2,0 % (vurderes nærmere). Dette innebærer at største del av utfylt område kommer høyere enn tidligere antagelse på + 2,5." Dette notat inneholder en beregning av ekstreme stormflonivå i dag og etter estimert klimaendring i framtiden, og ekstremverdier av bølgehøyder. l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 1 av 10

2 Figur 1 Oversiktskisse l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 2 av 10

3 2 METODE 2.1 Stormflo Stormflo er beregnet ved å ta utgangspunkt i dagens ekstremverdier av høyt vann-nivå langs kysten, og så legge til estimater for framtidig heving av middelvannstand i havet. Estimatene på stormflo inkluderer ikke effekter av kortvarige fluktuasjoner som f eks bølger eller ulykkeslaster. 2.2 Bølger Bølger er beregnet ved å ta utgangspunkt i lokal vind i Ytre Oslofjord og i Skagerrak. For lokal vind og bølger skapt av denne er det utført en beregning av hvilken skjerming man må regne med fra landkonturene, primært Jeløya og øyene rundt Store Revlingen. Bølger som er generert i Skagerrak og som trenger inn gjennom Ytre Oslofjord er beregnet ved hjelp av en numerisk modell som hele Skagerrak-området. Bølgene er regnet fram il et punkt midtfjords på høyde med Bastøy, og fra dette punktet er det utført en beregning av lokal skjerming, tilsvarende som for vindbølgene. 3 RESULTAT 3.1 Stormflo Den nærmeste standard-havna i Sjøkartverkets nett av målere ligger ved Viker på Hvaler. Vi henter data fra denne stasjonen og ekstrapolerer data til returperioder 25, 50 og 100 år. Til disse estimatene adderer vi forventet økning i middelvannstand i havet fram til 2062 og til Estimater på effekter av klimaendring er hentet fra ref. 1. Hvilket nivå for endelig, dimensjonerende stormflosom skal velges avhenger av hvilke verdier man velger for: returperiode planleggingshorisont (50 eller 100 år fram i tid) generelt sikkerhetsnivå uttrykt ved mest sannsynlige estimat for havnivåstigning eller estimater med 68 % eller 95 % konfidensintervall. Tabellen nedenfor viser resultat av de ulike estimatene, inkludert de verdier som framkommer fra den offisielle publikasjonen NOU: Klima i Norge 2010, utgitt i 2009, ref. 2. Alle estimater er gitt som cm over NN1954, som antas å være det referansenivået som er benyttet i sitatene i Kapittel 1. Det nye referansenivået NN2000 ligger 11 cm under NN1954, og verdiene kan konverteres til NN2000 ved å addere 11 cm til verdiene i tabellen. Tabell 1 Returperiode år Estimater i hht Nilsen & al, 2012, ref. 1 Estimater i hht NOU 2009, ref % 68 % 95 % 50 % 68 % 95 % mest sannsynlig med usikkerhet mest sannsynlig med usikkerhet l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 3 av 10

4 Vi ser av Tabell 1 at det er ingen av estimatene som gir høyder over den opprinnelig planlagte høyden på m, selv om NOU for år 2100 med 100 års returperiode og tillegg for største usikkerhet er 249 cm over NN1954. Det er imidlertid upraktisk å bygge en kai med antatt levetid ca 50 år med en høyde som tilsvarer en ekstremsituasjon om 100 år. Fra et realistisk synspunkt ser vi at den mest sannsynlige (50 %, estimater fra Ref. 1) ekstremverdien av stormflo i 2062 er 156 cm og 170 cm over NN1954 med hhv 50 og 100 års returperiode. Vi konstaterer derfor at en planlagt høyde på fyllingen (etter ferdig setning) på +3.5 m NN1954 vil være tilstrekkelig til å hindre oversvømmelse av stormflo, selv i det mest ekstreme tilfellet om 100 år. 3.2 Bølger Bølgene består av lokale vindbølger som er dannet i bassenget mellom Hurum i nord og et område ca ved Tjøme i sør, og av havbølger som kommer inn fra Skagerrak og kan ha opphav fra sørlige del av Nordsjøen vest for Danmark til et område ned mot Læsø og området sør for Gøteborg. De lokale bølgene er beregnet med utgangspunkt i vind-data fra Gullholmen på Jeløy, mens havbølgene er basert på vind-data fra Måkerøy, som er mer utsatt for vind enn Færder. For å beregne hvor stor andel av havbølgene som kommer inn mot Moss-området, har vi benyttet en relativt grov havmodell med oppløsning på 500 x 500 m 2. Modellen er benyttet fram til et punkt ca midtfjords på høyde med Bastøy. Figur 2 viser et utsnitt av modellen med bølger som kommer inn rett fra sør. Lokale vindbølger er høyest ved vindretning 210º, og bølger fra havet i Skagerrak når en maksimalverdi (ved Moss) for retning 180º. Vindbølgene er beregnet i et punkt ca midtfjords mellom sørspissen av Jeløy og Horten. Deretter er det beregnet hvor stor andel av denne bølge-energien som kan komme inn mot Verlebukta og Moss. Resultat for hhv havsjø og lokale vindbølger er vist i Figur 4 og Figur 5. Beregningen er utført for et punkt som ligger ca 100 m vest for det sørvestre hjørnet av prosjektområdet, se Figur 1. Figur 4 og Figur 5 viser at maksimal bølgehøyde for hhv havsjø og lokal sjø inntreffer ved retning 180º og 210º. Disse retningene ligger nær nok til hverandre til at man må forutsette at de kan opptre samtidig. Under disse forutsetningene kan vi addere bølge-energien i de to sjøtilstandene, og får en samlet bølgebelastning som vist i Tabell 2. Tabell 2 Tabell som viser kombinert bølgebelastning fra lokal vindsjø og rester av havsjø mot et punkt ca 100 m vest for det sørvestre hjørnet av prosjektområdet. Returperiode R p år Rp, år Hs,total, m l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 4 av 10

5 Figur 2 Bølgemodell for Ytre Oslofjord og Skagerrak, vist med bølger fra sør. Figur 3 Prosjektområdet. Verlebukta ligger til venstre for "M" i Moss. l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 5 av 10

6 Figur 4 Figur 5 l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 6 av 10

7 3.3 Flomfare på grunn av bølger Bølgene som ble beregnet i foregående kapittel vil treffe den søndre fronten av anlegget omtrent vinkelrett på stranda mot sør, merket med grønt på Figur 1. Bølgene vil også treffe det grå industri/kai-området lenger nord, men her vil angrepet komme skrått på kaifronten. Graden av flom beregnes etter en metode gitt i EurOtop Manual (ref. 3) fra Denne metoden gir som resultat en overskyllingsrate q angitt i l/(sm), (liter pr sekund pr lengdemeter). Vi antar følgende mål for fronten mot sjøen: 1. Høyde over NN1954 for voll mot sjøen er antatt lik 2.5 m, 3.0 m og 3.5 m (terrenget bakenfor kan være lavere) 2. Bredde i toppen av vollen: 5.0 m 3. Helning på front mot sjøen 1 : Angrepsvinkel på fronten: 45º 5. Periode for bølger som angriper Tp = 10.0 s. Under disse forutsetninger kan vi beregne overskyllingsraten q for kombinasjoner av stormflo gitt i Tabell 1 og bølgehøyder gitt i Tabell 2. Resultatet er gitt i Tabell 3. Kriterier for hva som utgjør akseptabel overskylling vil variere fra tilfelle til tilfelle og fra sted til sted. Ref. 3 gir imidlertid en viss indikasjon på vanlige grenseverdier, se Tabell 4. Hvis vi setter akseptabel overskyllingsrate qmax = 10 l/(sm) vil det gi akseptable forhold for tyngre og langsomgående kjøretøy (traktor, lastebiler, trucker) og for trenet og godt utstyrt kaipersonale. Tabell 3 viser at med en høyde på 2.5 m over NN1954 vil en allerede i dag ligger nær eller over en grense på 10 l/(sm), avhengig av om man velger returperiode 50 eller 100 år, som gir hhv 9.5 og 23.0 l/(sm). Vi ser nærmere på et alternativ der fronten er hevet til 3.0 m. Dette alternativet er vist grafisk i Figur 6. Denne framstillingen viser at med en høyde på 3.0 m vil fronten være trygg mot skadelig overskylling for alle scenarier fram til midten av århundret. Dette gjelder også for det mest pessimistiske scenariet, dvs estimatet fra NOU (ref. 2) for år 2100 med tillegg for største grad av usikkerhet. Basert på en betraktning av antatt levetid for denne typen anlegg, vil vi anbefale å legge til grunn et scenario i 2050 eller l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 7 av 10

8 Tabell 3 Høyde Tabell som viser beregnet overskyllingsrate q angitt i l/(sm), (liter pr sekund pr lengdemeter) for kombinasjon av bølger og stormflo, og for ulike terrenghøyder Returperiode år Estimater for stormflo i hht Nilsen & al, 2012, ref. 1 Estimater for stormflo i hht NOU 2009, ref % 68 % 95 % 50 % 68 % 95 % mest med mest med sannsynlig usikk sann- usikk er-het synlig er-het 3.5 m m m Tabell 4 Kriterier for akseptabel overskylling i hht ref.3. De angitte verdiene gjelder kun for vannstrømmen, og ikke tilfeller der vann magasineres eller fryser. Gruppe Spesifikasjon Akseptabel overskyllingsrate q l/(sm), Kommentar Fotgjengere Vanlig publikum 0.03 Ikke-forberedte personer Forberedt publikum 0.1 Personer med tilpasset bekledning Profesjonelle 1-10 Personer med trening og utstyr Kjøretøy Lav hastighet Vanlig til høy hastighet Bygninger Skade på utstyr og utendørsanlegg 0.4 Skade på bygninger 1 Bygninger uten spesielt vern mot vann l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 8 av 10

9 Figur 6 Estimert overskyllingsrate fra bølger med framskriving til 2112 fra ulike klimascenarier for et tilfelle der høyden av fylling/voll er 3.0 m. Kurver merket "NOU" er basert på tall fra ref. 2, og kurver merket "Ny" er basert på tall fra ref KONKLUSJONER OG KOMMENTARER 1. Analysen av stormflo viser at forventet 100-årsverdi av stormflo med høyeste sikkerhetsnivå i 2112 er ca 230 cm over NN1954 i hht data publisert i Tidligere estimater fra NOU gir en høyeste verdi på 249 cm over NN Ferdig overflate på området er planlagt på kote +2.5 med noe fall, og noen steder kote Områder er derfor sikret mot flom forårsaket av stormflo. 3. Bølger inn mot anlegget kan gi overskylling og mindre flomdannelser nær sjøen. Beregningene viser at beregnet overskylling over nivå +3.0 m er innenfor akseptable grenser for alle undersøkte tilfeller og scenarier fram til I perioden etter midten av dette århundret kan økning i middelvannstanden i havet føre til at overskyllingen overstiger en antatt akseptabel verdi på 10 l/(sm) dersom en benytter 100 års verdier med høyest mulige sikkerhetsnivå. 5. På et tidspunkt nær 2060 er det derfor aktuelt å finne ut i hvor stor grad vannstanden i havet stiger, og eventuelt sette inn tiltak mot bølgeoverskylling. Ett slikt tiltak, som vil være tilstrekkelig, kan være å heve vollen mot sjøen med ca m Analysen som er utført av bølger og stormflo er nøyaktig nok til å benyttes i det videre arbeid med området. Det gjelder f eks utforming av friområdet mot sør og dimensjonering av fyllingsfronter og sikring av kaifronten mot vest. l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 9 av 10

10 En bør være særskilt oppmerksom på muligheten for at bølger fra sør kan skape store oppløftkrefter på kaidekket dersom forholdene er slik at bølgene kan gå under kaia og slå oppover under kaidekket. REFERANSER 1. J.E.Ø. Nilsen, Drange, H., Richter, K., Jansen, E., Nesje, A. (2012). Endringer i fortidens, dagens og framtidens havnivå med spesielt fokus på vestlandskysten. NERSC Special Report 89, Bergen, Norge. 48 s 2. NOU: Klima i Norge 2010, Norsk Klimasenter, EurOtop Wave overtopping of Sea Defences and Related Structures: Assessment Manual 2007 Trondheim, Arne E. Lothe l:\ \7-prod\geoteknikk\notat sikring av sjøfront mot st_b.docx Side 10 av 10