Lundbekken, dimensjonering av erosjonssikring og vurdering av massebasseng

Transkript

1 Til: Nord-Fron kommune ved Arne Skuterud Fra: Lars Jenssen Dato/Rev: Kopi: Øivind Pedersen, Norconsult Otta Lundbekken, dimensjonering av erosjonssikring og vurdering av massebasseng 1 BAKGRUNN OG HENSIKT Nord-Fron kommune har utarbeidet reguleringsplan for Rustmoen næringsområde. Lundbekken renner gjennom området. Selskapet Solvang og Fredheim Gudbrandsdalen AS har bistått med flomberegning og forslag til erosjonssikring av Lundbekken. NVE har innsigelse til reguleringsplanen. En av grunnene er at det ikke er tilstrekkelig dokumentert hvordan erosjonssikringen er dimensjonert. En annen grunn er at planen nevner bruk av masseavlagringsbasseng uten at dette er konkretisert. Norconsult har fått i oppdrag fra Nord-Fron kommune ved Arne Skuterud å: Kontrollere og dokumentere erosjonssikringen av Lundbekken gjennom planområdet. Vurdere behovet for masseavlagringsbasseng 2 FORUTSETNINGER 2.1 Avgrensning av oppdraget Vi forutsetter at strekningen som skal vurderes for erosjonssikring er begrenset som følger (se vedlagte lengdeprofil): Oppstrøms avgrensning: Nedstrøms ende av energidreperbasseng ved utløp av stikkrenne under traktorvei (ca. profil 30 på vedlagte lengdeprofil). Nedstrøms avgrensning: Elven Vinstra, men behovet for erosjonssikring mot elven er ikke vurdert. Eksisterende stikkrenne under traktorvei i øvre ende av strekningen er sannsynligvis for liten til å ta dimensjonerende flom (ikke beregnet). Vi har ikke vurdert hva som vil skje, eller hvor flomvannet vil ta veien hvis stikkrennen har for liten kapasitet. Vi forutsetter at dimensjonerende flom renner i Lundbekken ved oppstrøms avgrensning som gitt over. Våre beregninger omfatter ikke dimensjonering av erosjonssikring i tilknytning til stikkrennene på strekningen, bare av bekkeløpet. Bekker og elver er viktige miljøfaktorer, f.eks. som gyteplasser og visuelle element i landskapet. Ved tiltak i vassdrag er det viktig å ta hensyn til miljøet. Dette oppdraget er begrenset til å vurdere erosjonssikring uten å ta spesielle miljøhensyn. 2.2 Flomberegning Vi tar utgangspunkt i Solvang og Fredheim Gudbrandsdalen AS beregning av 200-årsflom med 40 % tillegg for klimaendring (notat datert ) som gir Q dim = 3,7 m 3 /s Side 1 av 12

2 Etter kontroll av beregningene mener vi at nedbørfeltet er undervurdert. Vi legger til området markert med rødt på figuren under, får ny feltstørrelse A = 3 km 2 og skalerer opp dimensjonerende flom tilsvarende. Vi får da Q dim = Q 200 = 4,4 m 3 /s. Figur 1 Nedbørfeltet fra Solvang og Fredheims flomberegning med vårt tillegg (rødt) 2.3 Bekkens geometri Vi forutsetter at bekkens plassering i planet er som vist på Solvang og Fredheims tegning datert og at lengdeprofilet er som vist på tegning datert (begge vedlagt). 2.4 Metode for beregning av vanndybde og hastighet Vanndybde og hastighet er beregnet vha. Mannings formel. For beregning av vanndybde antar vi at M = 25, og for beregning av vannhastighet antar vi at M = 32. Det gir både dybde og hastighet i øvre del av det som er sannsynlig. 2.5 Metode for beregning av steinstørrelse for erosjonssikring For bunnhelling 5 % eller slakere er steinstørrelsen beregnet som beskrevet i Design of Riprap Revetment (HEC11, Federal Highway Administration, US Deparment of transportation, Metric version, 1988). Vi har forutsatt stability factor, SF = 1,2, og angle of repose, φ = 40 o (bruddstein) Side 2 av 12

3 For bunnhelling større enn 5 % har vi også brukt metoden beskrevet i Rock chutes on slopes between 2 and 40 percent (Robinson, K.M., Kadavy, K.C., and Rice, C.E ASAE Annual International Meeting). Fordi metoden gir steinstørrelse i bruddgrense, uten sikkerhetsfaktor, har vi økt beregnet D 50 med 10 %. I bratte elver og i der det er lite plass, slik at sideskråningene må gjøres bratte, er det vanlig å plastre bunnen (store stein som legges i forband) og beskytte breddene med tørrmurer av stein. For disse løsningene har vi ikke metoder for å beregne nødvendig steinstørrelse. Vi vet av erfaring at elvesikring utført som tørrmur gir god beskyttelse om den utføres riktig, men beregningsmetodene vi har er tilpasset rauset stein, og gir alt for stor stein når sideskråningen blir brattere enn ca. 1:1,5. Dimensjonering av sidesikring med tørrmur for Lundbekken er derfor basert på en kombinasjon av beregning og skjønn. NVE har brukt tørrmurer og plastring på en rekke anlegg på Vestlandet, men det finnes ikke beregninger for å dokumentere stabiliteten Side 3 av 12

4 3 BEREGNING AV VANNDYBDE OG EROSJONSSIKRING FOR ULIKE TVERRPROFIL 3.1 Tidligere foreslått soneinndeling og normalprofil Solvang og Fredheim har delt inn strekningen (Lundbekken) i ulike soner. De har og foreslått normalprofil for bekken (tverrsnitt og sikring) for de ulike sonene. Normalprofilene er vist på tegning tom alle Pga. stor variasjon i bekkens fall innenfor sonene fant vi inndelingen lite hensiktsmessig. Vi mener og at de foreslåtte normalprofilene hadde uhensiktsmessig bratte sideskråninger. Vi har derfor foreslått nye tverrprofil som er tilpasset bekkens fall. 3.2 To normalprofil: bredt og smalt bekkeløp Som grunnlag for valg av tverrsnitt har vi beregnet vanndybde, hastighet og nødvendig steinstrørrelse for to ulike tverrsnitt. Ett snitt med slake sideskråninger, heretter kalt bredt bekkeløp, som vi anbefaler å bruke der det er plass, og ett tverrsnitt med bratte sideskråninger (tørrmur), heretter kalt smalt bekkeløp, der det er lite plass. Figur 2 og Figur 3 viser de to standardprofilene. Figur 2 Bredt bekkeløp Figur 3 Smalt bekkeløp Side 4 av 12

5 For hvert profil har vi beregnet vanndybde, hastighet og steinstørrelse som funksjon av bekkens fall. Tabell 1 og Tabell 2 viser resultatene for bredt og smalt løp. Tabellene brukes som grunnlag for anbefalingene i kapittel 4. Tabell 1 Bredt bekkeløp: beregnet dybde, hastighet og steinstørrelse (Q = 4,4 m 3 /s) Fall, S o Vanndybde, Y Vannhastighet, V Bunnsikring, D 50 Sidesikring, D 50 (%) (m) (m/s) (m) (m) 1 0,95 2,0 0,05 0,09 2 0,80 2,5 0,12 0,19 3 0,73 2,9 0,19 0,32 5 0,64 3,6 HEC-11 gir 0,35 Robinson gir 0,27 6,5 0,61 3,9 HEC-11 gir 0,47 Robinson gir 0,33 HEC-11 gir 0,60 Robinson gir 0,42 HEC-11 gir 0,78 Robinson gir 0, ,31 6,6 Robinson gir 0,65 - Tabell 2 Smalt bekkeløp: beregnet dybde, hastighet og steinstørrelse (Q = 4,4 m 3 /s) Fall Vanndybde Vannhastighet Bunnsikring, D 50 Sidesikring, D 50 (%) (m) (m/s) (m) (m) 1 1,00 2,1 0,06 0,6 2 0,81 2,7 0,14 1,5 3 0,71 3,1 0,22 2,4 5 0,6 3,7 HEC-11 gir 0,41 Robinson gir 0,23 6,5 0,56 4,1 HEC-11 gir 0,57 Robinson gir 0,29 HEC-11 gir 2,6 Robinson gir 1,39 HEC-11 gir 3,7 Robinson gir 1,7 31 0,35 7,1 Robinson gir 0,6-3.3 Fribord Vanndybden avhenger av bekkens fall. For fall S o 6,5 % føres erosjonssikringen minst 0,25 m (vertikalt) over beregnet vanndybde. For S o = 30 % føres erosjonssikringen 0,5 m over beregnet vanndybde. Det mest sannsynlige området for masseavlagring er nedstrøms overgangen mellom bratt (30 %) og slakt (1 %) parti, ca pel 115 på lengdeprofilet. Vi anbefaler at sikringen føres 0,5 m over beregnet vanndybde (for slakt parti) til 10 m nedstrøms overgangen. Det vil gi ekstra sikkerhet mot bunnheving pga. avlagring av masse Side 5 av 12

6 Vi anbefaler et fribord (vertikal sikkerhetsavstand) mellom beregnet vann-nivå i bekken og omkringliggende byggverk på minst 0,3 m. For en åpen bekk med slake sider er det liten far for at vannstanden skal bli vesentlig høyere enn beregnet. For et lukket tverrsnitt, f.eks. en kulvert, kan tilstopping føre til at vannstanden stiger mye høyere enn beregnet. Vår vurdering av behovet for fribord forutsetter at bekken er åpen. Fribord nær kulvertene må vurderes særskilt. 3.4 Skråningsstabilitet Vi har ikke vurdert stabiliteten til skråningene langs bekken mot glidning (geoteknisk stabilitet). På deler av strekningen går bekken i foten av en bratt skråning. Vi anbefaler at stabiliteten vurderes. Normalprofilene (neste kapittel) er ikke dimensjonert for høyere jordtrykk enn det som følger av dybden på profilet. 4 FORSLAG TIL TVERRPROFIL OG EROSJONSSIKRING 4.1 Normalprofil for bredt bekkeløp Figur 4 viser prinsippet for oppbygging av et bredt bekkeløp. For Lundbekken skal bunnbredden, B B, være minst 1 m, og sideskråningen ikke brattere enn 1:2 (n 2). De andre dimensjonene avhenger av hellingen og er gitt i tabeller i påfølgende avsnitt. Figur 4 Normalprofil for bredt bekkeløp Side 6 av 12

7 4.2 Normalprofil for smalt bekkeløp Figur 5 viser prinsippet for oppbygging av et smalt bekkeløp. For Lundbekken skal bunnbredden, B B, være minst 2 m, og sideskråningen ikke brattere enn 2:1 (n 0,5). De andre dimensjonene avhenger av hellingen og er gitt i tabeller i påfølgende avsnitt. Sidesikringen utføres som tørrmur som beskrevet i neste avsnitt. Figur 5 Normalprofil for smalt bekkeløp Tørrmuren på sidene For smalt bekkeløp sikres sidene med en tørrmur av stein. Det brukes samme oppbygging for strekninger med opp til 6,5 % fall. Muren utføres av kubisk stein (bruddstein) med minst to plane flater (topp og bunn). Ingen stein skal ha sidekant mindre enn 0,25 m. Sidekanten normalt på overflaten skal være minst 0,5 m og maks 0,75 m. Steinen skal legges i forbandt og ligge stabilt på steinene under. Det skal ikke legges småstein i sand i fugene for å få steinen stabil. Fugeåpningen skal være så liten som mulig, maks 5 cm. Underkant av laveste stein skal være under underkant av bunnsikringen. For å hindre utvasking av masser bak tørrmuren skal det være et filter med steinstørrelse mm, tykkelse minimum 0,5 m. Tilsvarende under bunnsikringen. Mellom filter og stedlige masser skal det være fiberduk klasse 3 av typen "ikke vevet" (non woven). Muren skal være slakere enn 2:1 (n 0,5). Bunnsikringen plasseres etter at tørrmurene er bygget og pakkes godt. Ved overgang fra smalt bekkeløp til bredt bekkeløp skal tørrmuren slakes gradvis ned til den har samme helling som bredt bekkeløp (1:2). Alt sikringsarbeid skal utføres fra nedstrøms mot oppstrøms. Ved å arbeide i motbakke og mot vannstrømmen pakkes sikringen bedre. Hvis tørrmuren gjøres høyere enn 1,5 m må den geotekniske stabiliteten vurderes Side 7 av 12

8 4.3 Strekninger med fall mindre eller lik 2 % Under er to alternative tverrsnitt med tilhørende sikring som kan brukes der bekkens fall, S o, er mindre eller lik 2 %. Bredt bekkeløp Der det er plass anbefaler vi at man velger en løsning med slake sideskråninger. Prinsippet er vist i Figur 4. Tabell 3 gir dimensjonene. Maksimal vanndybde over bunnen vil være 0,95 m. Største vannhastighet vil være 2,5 m/s. Tabell 3 Bredt bekkeløp, sikring på strekning med S o 2 % Bunnsikring Sidesikring Sideskråning (V:H) - 1:2 Midlere steinstørrelse, D 50 (m) 0,15 0,20 Maksimal steinstørrelse, D maks (m) 0,35 0,35 Sikringslagets tykkelse (min.), T s (m) 0,50 0,50 Filter, F 1 Fiberduk klasse 4, ikke-vevet Grusfilter ikke nødv. Fiberduk klasse 4, ikke-vevet Grusfilter ikke nødv. Smalt bekkeløp Der det ikke er plass til slake sideskråninger kan man bruke en løsning med tørrmurte sider. Prinsippet er vist i Figur 5. Tabell 4 gir dimensjonene. Maksimal vanndybde over bunnen vil være 1,0 m. Største vannhastighet vil være 2,7 m/s. Tabell 4 Smalt bekkeløp, sikring på strekning med S o 2 % Bunnsikring Sidesikring Sideskråning (V:H) - 2:1 Midlere steinstørrelse, D 50 (m) 0,15 Tørrmur, se avsnitt Maksimal steinstørrelse, D maks (m) 0,35 - " - Sikringslagets tykkelse (min.), t (m) 0,50 - " - Filter Se avsnitt Se avsnitt Side 8 av 12

9 4.4 Strekninger med fall 3 til 5 % Under er to alternative tverrsnitt med tilhørende sikring som kan brukes der bekkens fall er 3 % S o 5 %. Bredt bekkeløp Der det er plass anbefaler vi at man velger en løsning med slake sideskråninger. Prinsippet er vist i Figur 4. Tabell 5 gir dimensjonene. Maksimal vanndybde over bunnen vil være 0,7 m. Største vannhastighet vil være 3,6 m/s. Tabell 5 Bredt bekkeløp, sikring på strekning med 3 % S o 5 % Bunnsikring Sidesikring Sideskråning (V:H) - 1:2 Midlere steinstørrelse, D 50 (m) 0,30 0,50 Maksimal steinstørrelse, D maks (m) 0,45 0,70 Sikringslagets tykkelse (min.), T s (m) 0,60 1,00 Filter, F 1 Fiberduk klasse 4, ikke-vevet Grusfilter ikke nødv. Fiberduk klasse 4, ikke-vevet Grusfilter ikke nødv. Steinen er så stor at det kan være fare for skader på fiberduken. Utleggingen må derfor skje forsiktig. Fallhøyden fra skuffen gjøres så liten som mulig. Hvis nødvendig kan duken beskyttes med et 0,2 m lag av pukk mm. Smalt bekkeløp Der det ikke er plass til slake sideskråninger kan man bruke en løsning med tørrmurte sider. Prinsippet er vist i Figur 5. Tabell 6 gir dimensjonene. Maksimal vanndybde over bunnen vil være 0,7 m. Største vannhastighet vil være 3,7 m/s. Tabell 6 Smalt bekkeløp, sikring med 3 % S o 5 % Bunnsikring Sidesikring Sideskråning (V:H) - 2:1 Midlere steinstørrelse, D 50 (m) 0,30 Tørrmur, se avsnitt Maksimal steinstørrelse, D maks (m) 0,45 - " - Sikringslagets tykkelse (min.), t (m) 0,60 - " - Filter Se avsnitt Se avsnitt Side 9 av 12

10 4.5 Strekninger med fall 6,5 % Under er to alternative tverrsnitt med tilhørende sikring som kan brukes der bekkens fall er S o = 6,5 %. Bredt bekkeløp Der det er plass anbefaler vi at man velger en løsning med slake sideskråninger. Prinsippet er vist i Figur 4. Tabell 3 gir dimensjonene. Maksimal vanndybde over bunnen vil være 0,6 m. Største vannhastighet vil være 3,9 m/s. Tabell 7 Bredt bekkeløp, sikring av strekning med S o = 6,5 % Bunnsikring Sidesikring Sideskråning (V:H) - 1:2 Midlere steinstørrelse, D 50 (m) 0,40 0,60 Maksimal steinstørrelse, D maks (m) 0,55 0,80 Sikringslagets tykkelse (min.),t s (m) 0,80 1,2 Filter, F1 Fiberduk klasse 5 ikke vevet Grusfilter ikke nødv. Fiberduk klasse 5 ikke vevet Grusfilter ikke nødv. Steinen er så stor at det kan være fare for skader på fiberduken. Utleggingen må derfor skje forsiktig. Fallhøyden fra skuffen gjøres så liten som mulig. Hvis nødvendig kan duken beskyttes med et 0,2 m lag av pukk mm. Smalt bekkeløp Der det ikke er plass til slake sideskråninger kan man bruke en løsning med tørrmurte sider. Prinsippet er vist i Figur 5. Tabell 8 gir dimensjonene. Maksimal vanndybde over bunnen vil være 0,6 m. Største vannhastighet vil være 4,1 m/s. Tabell 8 Smalt bekkeløp, sikring av strekning med S o = 6,5 % Bunnsikring Sidesikring Sideskråning (V:H) - 2:1 Midlere steinstørrelse, D 50 (m) 0,40 Tørrmur, se avsnitt Maksimal steinstørrelse, D maks (m) 0,55 - " - Sikringslagets tykkelse (min.), t (m) 0,80 - " - Filter Se avsnitt Se avsnitt Side 10 av 12

11 4.6 Strekninger med fall % På den bratteste strekningen faller Lundbekken ca. 30 %. Det gir stor erosjonsbelasting så denne strekningen må sikres omhyggelig. Vi anbefaler sikringen utføres som for smalt bekkeløp (Figur 5) men at hellingen på sideskråningen reduseres til 1:1 (n 1), og at bunnen plastres med stein. Muren utføres av kubisk stein (bruddstein) med minst to plane flater (topp og bunn). Ingen stein skal ha sidekant mindre enn 0,4 m. Sidekanten normalt på overflaten skal være minst 0,6 m og maks 0,9 m. For å hindre utvasking av masser bak tørrmuren skal det være et filter med steinstørrelse mm, tykkelse minimum 0,75 m. Tilsvarende under bunnsikringen. Bunnen plastres (legges i forband) med stein med D 50 > 0,7 m. Utførelsen skal ellers være som beskrevet i avsnitt For å ta hensyn til at den høye vannhastigheten fortsetter et stykke nedstrøms skal sikringen føres minimum 5 m nedstrøms overgangen til et slakere parti. 5 SEDIMENTOPPSAMLINGSBASSENG Ett av punktene i NVEs innsigelse til reguleringsplanen for Rustmoen er knyttet til basseng for å fange opp sediment. I planen er bassenget er nevnt som en mulighet, men hverken plasseringen eller dimensjonene er konkretisert. 5.1 Generelt Sedimentbasseng brukes i bratte bekker med stor massetransport. Ofte flater bekker ut når de når dalbunnen, slik at det dannes en vifte av bekkeavsatt materiale. Under stor flom kan det avsettes så mye masse at bekkebunnen heves slik at bekken finner et nytt løp. Det kan føre til skade på bebyggelse nær viften. Også flomskred kan følge bekken og spres utover på viften (skredvifte). For å fange opp massene før de når bebyggelsen kan man bygge basseng eller terskler. 5.2 Behov for sedimentbasseng i Lundbekken Vi har ikke funnet forhold som tilsier at det er behov for sedimentbasseng i Lundbekken. Vi har ikke fått opplysninger om at det er spesielle problem knyttet til massetransport under flom. (Samtaler med Øyvind Pedersen, Norconsult og Arne Skuterud, Nord-Fron kommune.) Vi har fått vite at det legger seg mye slam i bekkeløpet og at det kanskje kommer fra jordene oppstrøms. Bakgrunnen for at man i reguleringsplanen har antydet behovet for sedimentbasseng er at det er planlagt et slikt basseng i Bøslåbekken på Brynsmoen, som ligger i nærheten. Bekkens fall tilsier ikke at vi vil få stor transport av grove masser. Mellom oppstrøms ende av planområdet (traktorvei) og fylkesvei 256 han bekken et fall på anslagsvis 1/50 (tilsvarer 1,15 o ). For vannføring på 4,4 m 3 /s kan vi vente vannhastighet 2 2,5 m/s og transport av stein opp til mm i diameter, men i moderate mengder. Oppstrøms vei 256 er bekken adskillig brattere. Der har bekken mye større transportkapasitet for sediment. Men, vi mener at de grove massene vil stanse mot veifyllingen på vei 256 eller langs bekkens slakere parti, oppstrøms planområdet Side 11 av 12

12 Det er ikke fare for flomskred. Flomskred krever vanligvis at bekken er brattere enn 15 o (Flom- og sørpeskred, Håndbok V139, Statens vegvesen). Bekken kan transportere store mengder fine masser som silt og sand gjennom hele strekningen, men så fine masser greier vi ikke å fange opp i et massebasseng. Sedimentbasseng, konklusjon Opplysningene vi har fått, og beregningene vi har gjort tilsier ikke at det er et spesielt behov for masseavlagringsbasseng i Lundbekken. Det er ikke fare for flomskred. Strekningen oppstrøms planområdet er relativt slak. Men, som alle andre bekker kan Lundbekken transportere mye masse under flom og man må forvente å renske bekkeløpet med jevne mellomrom. Figur 6 Lundbekken oppstrøms planområdet (fra traktorvei mot bygdahuset) Sandvika, Utarbeidet: Fagkontroll: Godkjent: Lars Jenssen Carolina Frias Øyvind Pedersen Dette dokumentet er utarbeidet av Norconsult AS som del av det oppdraget som dokumentet omhandler. Opphavsretten tilhører Norconsult. Dokumentet må bare benyttes til det formål som oppdragsavtalen beskriver, og må ikke kopieres eller gjøres tilgjengelig på annen måte eller i større utstrekning enn formålet tilsier. Vedlegg: Lengdeprofil, og plantegning Side 12 av 12