Strømningsforhold i Hillevågsvatnet etter utbygging

Transkript

1 Til: Fra: Ingvald Berntsen Arne E Lothe Dato Strømningsforhold i Hillevågsvatnet etter utbygging BESKRIVELSE AV OMRÅDET Hillevågsvatnet i Stavanger Kommune er en bukt tilknyttet Gandsfjorden. Hillevågsvatnet er åpent mot sjøen og har fri sirkulasjon av sjøvann ved alle forhold, se Figur 1. Området benyttes til marina-formål og er fast plass for et stort antall mindre båter. Hillevågsvatnet er tilknyttet sjøen via et smalt sund. Figur 1 Kartskisse ROM Eiendom ønsker å utvikle området på vestsiden av sundet fra brua og sørover. Planen er vist i Figur 2, og forutsetter en utfylling i sjøen i en sone som strekker seg fra ca 40 m sør for brua og videre ca 250 m mot sør. Ved dette punktet er det en liten fjellknaus, der fyllingen fortsetter sør for knausen, men området sør for dette punktet angår ikke denne problemstillingen Side 1 av 8

2 Hillevågsvatnet er omtalt i rapport fra Multiconsult (ref 1), og avsnitt 2.5 Naturforhold herfra er sitert nedenfor. «2.5 Naturforhold Tiltaksområdet er en del av vannforekomsten «Stavangerfjorden-Indre» og grenser til vannforekomster «Hillevågen» ( Kontakten mellom Hillevågsvatnet («Hillevågen») og Gandsfjorden («Stavangerfjorden-Indre») er gjennom et smalt sund. Sundet er ca. 25 m bredt og vanndybden er 3 m, [se figur 1]. Det er derfor begrenset vannutskiftning mot Hillevågsbukta og Gandsfjorden fra Hillevågsvatnet. Begge vannforekomstene er beskrevet som delvis lagdelt, beskyttet fjord med svak strømhastighet (< 1 knop). Hillevågen har en udefinert økologisk tilstand og en kjemisk tilstand som «dårlig», mens Stavangerfjorden-Indre har en økologisk tilstand «antatt moderat» og kjemisk tilstand «dårlig». Dette skyldes både forurensede sedimenter og diffus avrenning fra industri/by/tettsted. Kystarealene er registrert som en del av det lokalt viktige gyteområdet «Gandsfjorden» for torsk i Fiskeridirektoratets database ( Gyteperioden i distriktet er satt fra januar til april. Miljødirektoratet opplyser i sin nettbaserte database (Naturbasen, at det ikke er noen verneområder eller viktige naturtyper i tiltaksområdet, [se figur 3]. Det er derimot flere registreringer langt Stavangerhalvøya mot nordøst og på holmene (Stora og Litla Marøya) i øst. Nærmeste registrering er ca. 700 m i luftlinje øst for tiltaksområdet ved Godalen friluftsbad/tjuaskjeret. Her er det registrert viktige naturtyper (ålegrassamfunn og bløtbunnsområder). I følge artsdatabasen/naturbasen er det i Hillevågsbukta- og vatnet registrert rødlistearter av fugler ( I dette notatet undersøkes det om den planlagte utfyllingen kan ha en negativ effekt på vannutskifting eller sirkulasjon i Hillevågsvatnet. I den analysen som utføres nedenfor tar vi ikke stilling til hvorvidt vannkvaliteten og sirkulasjonen er tilfredsstillende, men ser på hvilke endringer en eventuell utbygging kan medføre Side 2 av 8

3 Figur 2 Utbyggingsplan Side 3 av 8

4 METODE OG ANALYSER Data fra området Data fra området er hentet fra tilgjengelige kart og tidevannstabeller fra Kartverket, se Tabell 1. Tabell 1 Utvalgte verdier for videre analyse Parameter Enhet Størrelse i dag Ny størrelse i plan Areal av Hillevågsvatnet innenfor brua m 2 90,000 90,000 Lengde av «kanal» inn til vatnet (under brua) m Dybde i kanal under brua m Bredde av kanal m 20 uendret Antatt tidevannsamplitude tilsvarende månedlig maksimalverdi m Vi ser at den eneste praktiske endring i betingelsene for Hillevågsvatnet er at kanalen som leder inn til vatnet muligvis kan sies å være forlenget til ca 300 m. Da bør man også betrakte at kanalens dybde og bredde er endret, men det er ikke vist i Tabell 1 foreløpig. Analysemetode Vi benytter en metode der vi antar at strømmen inn i Hillevågsvatnet drives av tidevannet som stiger i et punkt utenfor innløpet. Det fører til en nivåforskjell mellom innside og utside, som driver vannet inn. Nivåforskjellen representerer en potensiell energi, som under prosessen må fordeles på å skape en hastighet på vannet og overvinne motstand (friksjon) i innløpet. Dette kan uttrykkes som der: ΔH Δu L M R : høydeforskjell fra utside til innside H = u2 2g + : strømhastigheten som forårsakes av ΔH : kanalens lengde u2 L M 2 R 4 3 : Manning-tall; uttrykk for friksjonskoeffisienten 35 for kanal med noe steiner : hydraulisk radius; tverrsnittsareal / våt omkrets = Bd/(B+2d) Med denne ligningen kan vi lage en modell som viser hvordan vannet strømmer inn i Hillevågsvatnet og fyller det opp, og hvordan strømmen snur når sjøen på utsiden faller og vatnet tømmes Side 4 av 8

5 RESULTAT Resultat av analysen for dagens situasjon er vist i Figur 3 og Figur 4. Figur 3 viser høydeforskjellen mellom endene av den tenkte kanalen, for henholdsvis inne og ute. Det er da antatt at kanalen er 150 m lang og har en konstant dybde (ved middelvann) på 3.0 m. Figuren skulle vist en rød linje for dybden utenfor, og en blå linje for dybden innenfor, men fordi de to linjene er nøyaktig sammenfallende, ser vi bare den blå linja. For Hillevågsvatnet er det signifikant, fordi det betyr at vannet strømmer uhindret inn i og ut av vatnet i takt med tidevannet, og det er altså ingen forsinkelse eller demping av tidevannet. Det sundet som er der i dag, er altså bredt og dypt nok til å sørge for at tidevannet strømmer inn i og ut av vatnet uten at det er nødvendig med en stor overhøyde på den ene sida. Dette er vist i mer detalj i Figur 4. Denne figuren viser høydeforskjellen ute inne (ΔH i ligningen ovenfor) med blå markering, som altså er den forskjellen som ikke kommer fram på Figur 3. Plottet her er noe hakkete fordi det er gjort beregninger med 10 s intervall, og forskjellen fra ett punkt til neste blir dermed svært liten, og vi har kuttet beregningen ved 1/10 mm. Den røde markeringen på Figur 4 viser beregnet strømhastighet, som synes å komme opp i ca 7 cm/s i begge retninger. Vi kan kontrollere denne beregningen ved å betrakte Hillevågsvatnet som et basseng der en viss vannmengde skal inn og ut i løpet av en tidevannsperiode, Hvis vi antar at hastigheten er sinusfordelt, så kan vi beregne maksimal hastighet som hvor: U max = 2πA basina A i T Umax Abasin a Ai T : maksimal strømhastighet som gjennomsnitt over tverrsnittet, inn eller ut : bassengets overflate : tidevannsamplitude inne i bassenget : tverrsnitt av kanal/innløp : tidevannets periode, 12 timer 24 minutter. Med data som gitt i Tabell 1 gir det Umax = 6 cm/s, som er svært nær det som modellen gir. Den planlagte utbyggingen vil ikke gi noen økt innsnevring av innløpets trangeste del under brua. I modellen har vi antatt at innløpet er en kanal med lengde 150 m og konstant tverrsnitt lik det smaleste tverrsnittet under brua. I virkeligheten er det bare en liten del av kanalen som er så trang, og vannutskiftingen er derfor mindre hindret enn det modellen angir. Som et tanke-eksperiment ser vi på en situasjon der kanalens effektive lengde fordobles til 300 m med samme tverrsnittet. Denne situasjonen er vist i Figur 5. Effekten av dette tiltaket vil være at høydeforskjellen øker (med ca 1/10 mm), og strømhastigheten er tilnærmet konstant. Beregningen som er utført ovenfor gir en indikasjon på strømningen inn og ut av Hillevågsvatnet, men verdiene er små og usikre. Beregningene viser imidlertid at strømmen under brua i dagens situasjon er så lite hindret av innløpet at vann-nivået på innsiden er tilnærmet det samme som på utsiden, selv i en situasjon der vi har antatt at innløpet er mye trangere enn det faktisk er. Også ved en fordobling av den antatte lengden på kanalen (fra 150 m til 300 m) fortsetter vann-nivået på innsiden å være tilnærmet identisk med vann-nivået på utsiden Side 5 av 8

6 På dette grunnlaget kan vi korrigere utsagnet i sitatet fra ref 1 der det sies at det «... er derfor begrenset vannutskiftning mot Hillevågsbukta og Gandsfjorden fra Hillevågsvatnet.» Våre beregninger viser at vannutskiftingen er så stor som den kan bli, gitt den begrensede tidevannshøyden i Stavanger. Sirkulasjonen inne i Hillevågsvatnet er imidlertid sannsynligvis svak fordi det innstrømmende vannet er konsentrert i overflaten i de øverste 3 m, og overflatestrømmen inne i vatnet er i betydelig grad hemmet av flytende pirer for småbåtanlegget (Figur 1). Beregningene som er utført viser at den innsnevringen av Hillevågen som er planlagt ikke vil ha noen innflytelse på strømmen i innløpet og vannutskiftingen i Hillevågsvatnet. Den delen av utfyllingen som ligger lenger sør enn det snittet som er betraktet, dvs fyllingen som ligger sør for den tidligere omtalte knausen (og sørøst for den 5-kantede bygningen merket B1 i Figur 2), representerer ikke noen de facto innsnevring og vil derfor ikke påvirke strømforholdene. Figur 3 Beregnet vanndybde i hhv ytre og indre del av en tenkt kanal inn til Hillevågsvatnet. Dybden ved middelvann i kanalen er antatt konstant = 3.0 m. Forskjellen mellom vannstand utenfor og innenfor er så liten at kurvene framstår som en linje Side 6 av 8

7 Figur 4 Forskjell i vann-nivå utenfor og innenfor (blå markering «del H», tilsvarer ΔH ovenfor); og resulterende strømhastighet (rød markering «utot») dagens situasjon. Kurvene er noe ujevne fordi verdiene er svært små, og beregningen er stoppet ved 1/10 mm høydeforskjell. Merk også at venstre og høyre akse har ulik posisjon av 0-nivå for å gjøre bildet tydeligere. Figur 5 Forskjell i vann-nivå utenfor og innenfor (blå markering «del H», tilsvarer ΔH ovenfor); og resulterende strømhastighet (rød markering «utot») antatt situasjon med fordoblet lengde av innløpskanal Side 7 av 8

8 KONKLUSJON 1. Innløpet til Hillevågsvatnet har i dag en så høy kapasitet at vann-nivået inne i vatnet er tilnærmet likt vann-nivået utenfor. 2. Hillevågsvatnet er relativt lite i forhold til innløpstverrsnittet og normal tidevannshøyde, og maksimal strømhastighet i innløpet er derfor så liten at friksjon i innløpskanalen spiller liten rolle for strømmen. 3. Den utbyggingen som er foreslått innebærer ikke en endring i tverrsnittet under brua eller i kanalens lengde, og vil derfor ikke ha noen effekt på vann-utskiftingen i Hillevågsvatnet. 4. Den delen av utbyggingen som grenser mot Bygg B1 s sørøst-side har ingen effekt på vannstrømmen inn og ut av Hillevågsvatnet. REFERANSER 1. Multiconsult: Søknad om utfylling og arbeider i sjø - Paradis, Stavanger, Multiconsult-rapport RIGm-RAP-003, juni Endelig AEL Onno Musch Trond Kostøl Utkast 2 AEL NN NN Utkast Arne E Lothe nn nn Versjon Dato Beskrivelse Utarbeidet Fagkontrollert Godkjent 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 Side 8 av 8