Bølge og vindvurdering ved Ånstadsjøen, Sortland

Transkript

1 VEDLEGG 2 Bølge og vindvurdering ved Ånstadsjøen, Sortland OPPDRAGSGIVER Sortland Havn DOKUMENTKODE: RIMT-RAP-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 20

3 RAPPORT OPPDRAG DOKUMENTKODE RIMT-RAP-001 EMNE Bølge- og vindvurdering ved Ånstadsjøen i Sortland TILGJENGELIGHET Åpen OPPDRAGSGIVER Sortland Havn KF OPPDRAGSLEDER Hilde Grimstad KONTAKTPERSON Hugo Næss UTARBEIDET AV Øyvind Nilsen og Juni Vaardal Lunde ANSVARLIG ENHET 4042 Tromsø Marint miljø og havbruk SAMMENDRAG Sortland Havn ønsker en studie som gir informasjon om bølgeforhold/rolighet/regularitet ved mulig godsog industrihavn ved Ånstadsjøen. I denne studien er det gjort en innledende kartlegging ved den skisserte lokaliteten av: hvilke bølger som oppstår under ulike vindforhold (vindretning og vindhastighet) ved bruk av simulering av vindbølgetilstand bølgeeksponering ved skissert kaianlegg sammenliknet med dagens kaianlegg i Sortland hvor ofte ulike vindforhold oppstår, ved analyse av meteorologisk data fra Sortland om det er kan være innslag langperiodiske havdønninger Ved vindhastigheter opp til 15 m/s ser det ut til at den planlagte kaia vil oppleve bølgeforhold som er forholdsvis like bølgeforholdende ved dagens kaianlegg med maksimal signifikant bølgehøyde på ca 1,1 m (Topperiode på 4 s) ved vind fra nord. Dagens kaianlegg har beregnet signifikant bølgehøyde på 0.8 m ved vindhastighet 15 m/s fra sør For vindforhold over 15 m/s ser det skisserte kaianlegget ut til å være betydelig mer bølgeutsatt enn dagens kaianlegg i Sortland. Ved full storm (vindhastighet på 25 m/s )er det beregnet en signifikant bølgehøyde på 2.1 m ved det skisserte kaianlegget mens dagens kaianlegg har en beregnet signifikant bølgehøyde på 1.2 m under samme forhold. Vindforholdene ved Sortland er analysert ut fra vinddata hentet fra Meteorologisk Institutt sin målestasjon ved Sortland ( N og ) (eklima.no). Tidsserien med vinddata fra Sortland målestasjon strekker seg over 29 år fra 1985 til Værstasjonen ligger i nærheten av det skisserte kaianlegget og anses som representativ for området. Vinden ved Sortland er stort sett rettet mot nord eller sør, med en dominerende sørlig vindretning. Vindretningen er som forventet ut fra topografien i området. Maksimal vindhastighet (10 min middelvind) målt ved Sortland målestasjon er 26 m/s. Forplantning av høvbølgesituasjon i havet med offshore bølgetilstand med signifikant bølgehøyde opp til 14 m ble undersøkt. Største resulterende langperiodiske bølgetilstand ved skissert havneområde ble beregnet til 0.1 m. Det er mulig dette vil kjennes som rolige drag på stille dager, men det vurderes slik at langperiodiske bølger (periode over 8 s) ikke vil ha betydning for bruk av kaianlegget ved Ånstadsjøen Bølge- og vindvurdering Ånstadsjøen, Sortland OYN / JVL EH / RK RK REV. DATO BESKRIVELSE UTARBEIDET AV KONTROLLERT AV GODKJENT AV MULTICONSULT Sjølundvn 2 Postboks 2274, 9269 TROMSØ Tlf NO MVA

4 Bølge og vindvurdering Ånstadsjøen, Sortland Bølge- og vindvurdering ved Ånstadsjøen, Sortland INNHOLDSFORTEGNELSE INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Introduksjon Bakgrunn og lokalitet Begrep og definisjoner Bølgeforhold Bunnmodell Resultat av vindbølgeberegninger Vurdering av havbølger Beregningsgrunnlag Beregningsresultater Vindforhold Vind data Resultat vindanalyse Konklusjon - vurdering av bølgeforhold ved planlagt kaianlegg Betraktning av hyppighet Sammenlikning av bølgeresultater skissert kaianlegg vs. dagens kaianlegg Referanser RAP-RIMT / 00 Side 4 av 20

5 Introduksjon 1 Introduksjon 1.1 Bakgrunn og lokalitet Sortland Havn ønsker en studie som gir informasjon om bølgeforhold/rolighet/regularitet ved mulig gods- og industrihavn ved Ånstadsjøen. I denne studien er det gjort en innledende kartlegging av følgende forhold ved den skisserte lokaliteten: hvilke bølger som oppstår under ulike vindforhold (vindretning og vindhastighet) ved bruk av simulering av vindbølgetilstand hvor ofte ulike vindforhold oppstår, ved analyse av meteorologiske data fra Sortland om det er kan være innslag langperiodiske havdønninger bølgeeksponering ved skissert kaiområde sammenliknet med dagens kaianlegg i Sortland. Figur 2 viser tre punkter hvor bølgetilstand er beregnet. Lokalitetsopplysninger: Lokalitet Ånstadsjøen Geografisk koordinat N Ø Datum Kommune Fylke WGS84 Sortland Nordland Figur 1 Kartutsnitt hav- og fjordområder rundt Langøya. Aktuelt havneområde Ånstadsjøen markert med sirkel RAP-RIMT / 00 Side 5 av 20

6 Figur 2. Mulig plassering av industrihavn. Tre referansepunkt for bølgeberegninger ar anvist. 1.2 Begrep og definisjoner Hs Signifikant bølgehøyde. Gjennomsnittlig bølgehøyde for den høyeste tredjedelen av bølgene i en sjøtilstand. Tp Topperiode. Tid [s] mellom to bølgetopper for de mest energirike bølgene i en sammensatt bølgetilstand. Definisjoner fra ordlisten til Kartverket: HAT Vannstand Høyeste astronomiske tidevann. Høyeste mulige vannstand uten værets virkning (det vil si uten påvirkning fra blant annet vind, lufttrykk og temperatur). 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 6 av 20

7 Bølgeforhold 2 Bølgeforhold Bølgemodellen SWAN (SWAN 2006) er benyttet for å beregne havbølger og vindbølger rundt Ånstadsjøen. Programmet er utviklet av Delft Technical University for å beregne utvikling og forplantning av bølger i kystområder, og er utstrakt brukt over hele verden for simulering av bølger. Input til bølgeberegningen: Vannstand HAT ved Ånstadsjøen 3.38 m relativ sjøkartnull. HAT er brukt for å undersøke bølgetilstand når grunning fra grunner og skjær er redusert pga høyvann. Bølgehøyder utenfor kysten: delvis understøttet av ekstremverdianalyse av hindcast data (BC 2009) Topografiske bunndata fra Kystkartverket (Kystkartverket 2007) Estimert stedsvind på 5, 10, 15 og 20 m/s 25 m/s. 25 m/s er antatt som maksimum operasjonell vindhastighet for havna. 2.1 Bunnmodell Bunnmodellene vist i Figur 3, Figur 4 og Figur 5 er benyttet for å beregne bølger. I bunnmodellen er stillevannsnivå satt til høyeste astronomiske tidevann (HAT). For Sortland er HAT 3.38 m over sjøkartnull (sehavniva.no) 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. Bølgeberegningene er gjort i tre steg: Først er bølger regnet med grov oppløsning på ca. 400 m x 400 m i et område som dekker havområdet utenfor Langøya (Figur 3, ytterste ramme Figur 6). I dette steget beregnes generering av vindbølger inn mot Gavlfjorden. Resultatene fra første steg er brukt som input til ny beregning der et beregningsgitter med oppløsning på ca. 60 m x 60 m dekker fjordområdet rund Ånstadsjøen (Figur 4, blå ramme Figur 6). I dette steget beregnes generering og forplantning av bølger fra fjordområdet inn mot nærområdet rundt lokaliteten. Andre steg danner til slutt input for tredje og siste beregningssteg der et beregningsgitter med en oppløsning på ca. 25 m x 25 m dekker nærområdet rundt Ånstadsjøen (Figur 5, grønn ramme Figur 6). I dette steget beregnes forplantning av vindbølger påvirket av detaljer i den nærmeste bunntopografien rundt lokaliteten RAP-RIMT / 00 Side 7 av 20

8 Bølgeforhold Figur 3 3D bunnmodell av hele Sortlandfjorden og Sørøysundet (x-akse og y-akse i geografiske koordinater, z-akse i meter). Figur 4 3D bunnmodell av fjordområdet rund Ånstadsjøen, Sortland. X-akse og y-akse er i grader (geografiske koordinater), z-akse i meter RAP-RIMT / 00 Side 8 av 20

9 Bølgeforhold Figur 5 3D bunnmodell av nærområdet rundt Ånstadsjøen, Sortland. X-akse og y-akse er i grader (geografiske koordinater), z-akse i meter. Figur 6 Tre inndelinger brukt i bølgeberegningen, akser er i grader (geografiske koordinater): steg 1: Havområdet utenfor Langøya (ytre ramme) steg 2: fjordområde rundt Ånstadsjøen, Sortland (blå ramme) steg 3: nærområdet rundt Ånstadsjøen, Sortland (grønn ramme) RAP-RIMT / 00 Side 9 av 20

10 Bølgeforhold 2.2 Resultat av vindbølgeberegninger Vindbølgetilstand ved Ånstadsjøen, Sortland er estimert for åtte vindretninger med vindhastighet på 5, 10, 15, 20 og 25m/s. Sjøtilstand (signifikant bølgehøyde, topperiode og retning) ved Ånstadsjøen punkt1 for undersøkte vindretninger og hastigheter er listet i Tabell 1 - Tabell 5. Bølgespekter som beskriver hvordan bølgeenergien er fordelt over bølgefrekvenser i punkt 1 ved maksimal bølgehøyde er vist i Figur 12. Bølgefrekvens = 1/bølgeperiode. Sjøtilstand er beregnet for området rundt Ånstadsjøen, Sortland for hvert av 300 x 300 punkter som utgjør tredje beregningsgrid (Figur 6) for 8 vindretninger. Beregnet signifikant bølgehøyde oppsummert for alle undersøkte vindretninger er vist for hver vindhastighet 5 m/s, 10 m/s, 15 m/s og 20 m/s i Figur 7 - Figur 10. Ved nordlige vindretninger er punkt 1 og 2 (Ånstadsjøen) mer bølgeutsatt enn punkt 3 som representerer dagen kaianlegg i Sortland. Tabell 6 viser beregnet sjøtilstand for punktene 1 og 2 (Ånstadsjøen) og dagens kaianlegg i Sortland punkt 3 (se Figur 7 ved vindhastighet 15 m/s fra åtte forskjellige retninger. Største beregnede sjøtilstand ved vindhastighet 15 m/s ved planlagt kaianlegg har beregnet sjøtilstand med Hs 1.1m / Tp 4.0 s mens største sjøtilstand under samme vindforhold ved dagens anlegg er beregnet til Hs 0.8 m / Tp 3.9 s. Tabell 7 viser beregnet sjøtilstand for punktene 1, 2(Ånstadsjøen) og dagens kaianlegg i Sortland punkt 3 ved full storm - vindhastighet 25 m/s fra åtte forskjellige retninger. Største beregnede sjøtilstand under full storm ved planlagt kaianlegg har beregnet sjøtilstand med Hs 2.1m / Tp 5.2 s mens største sjøtilstand under samme vindforhold ved dagens anlegg er beregnet til Hs 1.2 m / Tp 5.3 s. Figur 7 Signifikant bølgehøyde for området rundt Ånstadsjøen, Sortland vist som koter. Kartet oppsummerer resultater for vindhastighet 5 m/s fra 8 retninger RAP-RIMT / 00 Side 10 av 20

11 Bølgeforhold Figur 8 Signifikant bølgehøyde for området rundt Ånstadsjøen, Sortland vist som koter. Kartet oppsummerer resultater for vindhastighet 10 m/s fra 8 retninger. Figur 9 Signifikant bølgehøyde for området rundt Ånstadsjøen, Sortland vist som koter. Kartet oppsummerer resultater for vindhastighet 15 m/s vind fra 8 retninger RAP-RIMT / 00 Side 11 av 20

12 Bølgeforhold Figur 10 Signifikant bølgehøyde for området rundt Ånstadsjøen, Sortland vist som koter. Kartet oppsummerer resultater for vindhastighet 20 m/s fra 8 retninger. Figur 11 Signifikant bølgehøyde for området rundt Ånstadsjøen, Sortland vist som koter. Kartet oppsummerer resultater for vindhastighet 25 m/s fra 8 retninger RAP-RIMT / 00 Side 12 av 20

13 Bølgeforhold Tabell 1 Beregnet signifikant bølgehøyde Hs med topperiode Tp ved punkt 1 med input-vind på 5 m/s fra åtte forskjellige retninger. Retning [ ] (fra) Stedvind [m/s] H s [m] T p [s] Retning for høyeste bølge [ ] Tabell 2 Beregnet signifikant bølgehøyde Hs med topperiode Tp ved punkt 1 med input-vind på 10 m/s fra åtte forskjellige retninger. Retning [ ] (fra) Stedvind [m/s] H s [m] T p [s] Retning for høyeste bølge [ ] Tabell 3 Beregnet signifikant bølgehøyde Hs med topperiode Tp ved punkt 1 med input-vind på 15 m/s fra åtte forskjellige retninger. Retning [ ] (fra) Stedvind [m/s] H s [m] T p [s] Retning for høyeste bølge [ ] Tabell 4 Beregnet signifikant bølgehøyde Hs med topperiode Tp ved punkt 1 med input-vind på 20 m/s fra åtte forskjellige retninger. Retning [ ] (fra) Stedvind [m/s] H s [m] T p [s] Retning for høyeste bølge [ ] Tabell 5 Beregnet signifikant bølgehøyde Hs med topperiode Tp ved punkt 1 med input-vind på 25 m/s fra åtte forskjellige retninger. Retning [ ] (fra) Stedvind [m/s] H s [m] T p [s] Retning for høyeste bølge [ ] Tabell 6 Sammenstilling av beregnet signifikant bølgehøyde Hs og topperiode Tp for punktene 1, 2(Ånstadsjøen) og dagens kaianlegg i Sortland punkt 3 (Figur 9). Inputvind 15 m/s fra åtte forskjellige retninger RAP-RIMT / 00 Side 13 av 20

14 Bølgeforhold Vindretning (0 tilsvarer nord) [ ] Punkt 1 Stedvind [m/s] Hs [m] Tp [s] Retning for høyeste bølge [ ] Punkt +2 Stedvind [m/s] Hs [m] Tp [s] Retning for høyeste bølge [ ] Punkt 3 Stedvind [m/s] Hs [m] Tp [s] Retning for høyeste bølge [ ] Tabell 7 Sammenstilling av beregnet signifikant bølgehøyde Hs og topperiode Tp for punktene 1, 2(Ånstadsjøen) og dagens kaianlegg i Sortland punkt 3 (Figur 9). Inputvind 25 m/s fra åtte forskjellige retninger. Vindretning (0 tilsvarer nord) [ ] Punkt 1 Stedvind [m/s] Hs [m] Tp [s] Retning for høyeste bølge [ ] Punkt +2 Stedvind [m/s] Hs [m] Tp [s] Retning for høyeste bølge [ ] Punkt 3 Stedvind [m/s] Hs [m] Tp [s] Retning for høyeste bølge [ ] RAP-RIMT / 00 Side 14 av 20

15 Bølgeforhold Figur 12 Bølgespekter for sjøtilstand ved punkt 1 generert av 25 m/s input-vind fra nord. Bølgeenergi er fokusert rundt toppfrekvensen ( 1 / topperioden). Bølgespekteret viser at også andre bølgeperioder er representert, men assosiert med lavere bølgeenergi. Signifikant bølgehøyde er en funksjon av arealet under kurven. 2.3 Vurdering av havbølger Beregningsgrunnlag Ut fra kartutsnittet i Figur 1 ser det ut at det er mulighet for at havbølger fra åpent hav potensiellt kan trenge inn til Ånstadsjøen. Det er vanskelig å vurdere hvor langt havbølger kan trenge inn basert på kun kart, og det er derfor utført numeriske beregninger med SWAN der havbølgeforplantning fra åpent hav inn mot Ånstadsjøen er simulert. Det er gjort simuliering av forplantning av havbølger ved forskjellige offshore sjøtilstander Hs 1-14 m / Tp s. Dette omfatter daglig bølgesituasjon opp til stormsituasjon med hundre års returperiode. Spredning av havdønninger er simulert over et bredt område. En tredimensjonal modell av havbunnen er brukt i beregningen siden vanndyp vil påvirke demping av havbølger Beregningsresultater Figur 13 viser forplantning av havbølger fra NV inn mot Sortland. Beregningene viser at Ånstadsjøen kan oppleve antydning til drag fra langperiodiske bølger som har forplantet seg inn fra havet utenfor Langøya. Dette kan sje når sjøtilstand ute i havet har signifikatnt bølgehøyde over 3 m og retning fra NV - N. Største signifikante bølgehøyde for langperiodiske bølger ved kaianlegget ble beregnet til Hs 0.1 m. Basert på disse resultatene ser det ikke ut til at langperiodiske bølger (periode over 8 s) vil ha betydning for bruk av kaianlegget ved Ånstadsjøen. Ved simulering av havbølger fra V-SV ble de funnet at disse havbølgene ikke trenger helt fram til dagens kaianlegg i Sortland RAP-RIMT / 00 Side 15 av 20

16 Bølgeforhold Figur 13 Forplanting av havbølger inn mot Sortland. Signifikant bølgehøyde vis som konter. Sjøtilstand ute i havet, Hs = 8 m / Tp 15 s RAP-RIMT / 00 Side 16 av 20

17 Vindforhold 3 Vindforhold 3.1 Vind data Vindforholdene ved Sortland er analysert ut fra vinddata hentet fra Meteorologisk Institutt sin målestasjon ved Sortland ( N og ) (eklima.no), se kart i Figur 14. Tidsserien med vinddata fra Sortland målestasjon strekker seg over 29 år fra 1985 til Værstasjonen ligger i nærheten av dagens havneanlegg og anses som representativ for området. X Sortland målestasjon 3.2 Resultat vindanalyse Figur 14 Kart over området rundt Sortland med Sortland målestasjon markert (svart kryss) Vindrose (fordeling av vindhastighet og vindretning) for Sortland målestasjon er vist i Figur 15. Vinden ved Sortland er stort sett rettet mot nord eller sør, men en dominerende sørlig vindretning. Vindretningen er som forventet ut fra topografien i området. Maksimal vindhastighet (10 min. middel) målt ved Sortland målestasjon er 26 m/s. Tabell 8 angir grovt hvor mange dager i løpet av året gitte vindhastigheter og retninger kan forventes. Verdiene er beregnet ut fra prosentdelen av antall målinger i gitte intervaller som igjen er ganget med 3.65, der vi antar et 1 % tilsvarer 3.65 dager. Dette gir en grov vurdering av vindforholdene per dag, hvor vindens variasjon i løpet av dagen ikke er tatt hensyn til RAP-RIMT / 00 Side 17 av 20

18 Vindforhold Figur 15 Vindrose fra Sortland målestasjon ( ) (retning fra) Vindhastighet [m/s] Tabell 8 Vindstatistikk for Sortland målestasjon , gjennomsnittlig antall dager per år. Retningen er delt opp i 45 intervaller med senterretningen gitt i tabellen Alle retninger Vindretninger [ ] med intervall senter angitt N NØ Ø SØ S SV V NV < 1 < < 1 < 1 < < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < < 1 < 1 < 1 < 1 > 25 < 1 < 1 Sum RAP-RIMT / 00 Side 18 av 20

19 Konklusjon - vurdering av bølgeforhold ved planlagt kaianlegg 4 Konklusjon - vurdering av bølgeforhold ved planlagt kaianlegg 4.1 Betraktning av hyppighet Foregående kapittel om vindforhold viser at S og N er de hyppigste vindretningene ved Sortland. Bølgeberegningen viser at de største bølgene ved planlagt kaiområde blir dannet ved vind fra nordvest til nordøst. Rundt 32 dager i året kan det forventes vind med hastighet 5 m/s 10 m/s fra NV NØ (Tabell 8) med resulterende sjøtilstand med signifikant bølgehøyde opp mot 0.6 m og topperiode rundt 3 s (Tabell 2). Rundt tre - fire dager i året kan det forventes vind med hastighet 10 m/s 15 m/s fra NV NØ (Tabell 8) med resulterende sjøtilstand med signifikant bølgehøyde opp mot 1 m og topperiode rundt 4 s. (Tabell 3). Èn dag i året kan det forventes vind med hastighet mellom 15 m/s og 25 m/s, fra NV NØ (Tabell 8) med resulterende sjøtilstand med signifikant bølgehøyde opp mot 2 m og topperiode rundt 5 s. (Tabell 5). 4.2 Sammenlikning av bølgeresultater skissert kaianlegg vs. dagens kaianlegg. Resultatene viser at planlagt kaianlegg generelt opplever noe høyere bølgetilstand enn dagens kaiområde ved vindretninger fra NV til NØ og noe roligere bølgetilstand ved vindretninger fra S SV. Planlagt kaiområde ser ut til å være betydelig mer utsatt ved ekstremvær fra Nord enn dagens kaianlegg (Tabell 7). I videre studier bør sannsynlighet for ekstremvær studeres mer inngående. Vind- og bølgeforhold under ekstremvær må vurderes opp mot planlagt bruk av kaianlegget. Regularitetsstudier av bølgetilstand med sesongvariasjoner bør utføres RAP-RIMT / 00 Side 19 av 20

20 Referanser 5 Referanser BC (2009) Statistisk analyse av offshore Hindcastbølgehøyder. Barlindhaug Consult Internt notat. eklima Meteorologisk data fra stasjonsnettverket til Meteorologisk institutt Kystkartverket (2007) Kystkartverket (2007): Dybdegrunnlag fra Statens kartverk sjø. Gjengitt med tillatelse 571/07. SWAN (2006) Technical documentation SWAN Cycle III. Delft University of Technology RAP-RIMT / 00 Side 20 av 20