Oseanografiske forhold ved Strømsnes i Hammerfest

Transkript

1 Oseanografiske forhold ved Strømsnes i Hammerfest del 2: Bølgeeksponering Akvaplan-niva AS Rapport:

2 Forsidebilde: Resultat fra simulering med bølgemodellen CMS-Wave. Fargeskalaen viser signifikant bølgehøyde og pilene viser bølgetogenes retning. Simuleringene er fra situasjon med molo ved Polarbase og fokus er på Strømsnes og det planlagte industrikai-området på nordsiden. Innkommende havbølger og vind er fra retning nord-nordvest.

3 Akvaplan-niva AS Rådgivning og forskning innen miljø og akvakultur Org.nr: NO MVA Framsenteret 9296 Tromsø Tlf: , Fax: Rapporttittel / Report title Oseanografiske forhold ved Strømsnes i Hammerfest - del 2: Bølgeksponering. Forfatter(e) / Author(s) Øyvind Leikvin Akvaplan-niva rapport nr / report no Dato / Date Antall sider / No. of pages 18 Distribusjon / Distribution Gjennom oppdragsgiver Oppdragsgiver / Client Rambøll AS Oppdragsg. referanse / Client s reference Maria Wirkola Sammendrag / Summary Simuleringene har vist at det er sterkest eksponering ved lokaliteten for kombinasjon av havdønninger og vindbølger når bølger og vind kommer fra nord-nordvest (345 grader). Største signifikante bølgehøyde (H s ) var da 2.3 m i området ganske langt ute på Strømsnes. Denne bølgen ble dempet til 2.2 m ved etablering av molo ved Polarbase. Størst eksponering med kun vinddrevne bølger tilstede var 2.7 m med vind fra 330 grader et stykke ut på Strømsnes. Denne ble dempet til ca. 2.5 m med molo tilstede. Størst eksponering overfor rene havdønninger, uten vind, var fra 345 grader nesten helt ytterst på Strømsnes, med 1.4 m. Denne ble marginalt dempet med molo tilstede ved Polarbase. Den planlagte moloen ved Polarbase hadde relativt liten innvirkning metpå bølgeregimet ytterst på Strømsnes. Innerst hadde den imidlertid betydelig effekt i form av demping. Perioden til vindbølgene var typisk mellom 3 og 8 s. Havbølgene hadde typisk periode s. Den kombinerte sjøtilstanden var generelt slik at det var lenger bølgeperioder i den ytre delen og kortere bølgeperioder ved den indre delen av Strømsnes. Prosjektleder / Project manager Kvalitetskontroll / Quality control Øyvind Leikvin Ole Anders Nøst

4 2015 Akvaplan-niva AS. Rapporten kan kun kopieres i sin helhet. Kopiering av deler av rapporten (tekstutsnitt, figurer, tabeller, konklusjoner, osv.) eller gjengivelse på annen måte, er kun tillatt etter skriftlig samtykke fra Akvaplan-niva AS.

5 INNHOLDSFORTEGNELSE FORORD INNLEDNING METODIKK Modellbeskrivelse, CMS-Wave Tiltakets beskrivelse Modelloppsett Inngangsdata Bunntopografi Vindhastighet Bølgehøyde Energispekter Fremherskende vind RESULTATER OG VURDERINGER Resultater fra simuleringer Bølgeeksponering ved Strømsnes uten molo ved Polarbase Bølgeeksponering ved Strømsnes med planlagt molo ved Polarbase Endringer i bølgeregime ved Strømsnes ved opprettelse av molo ved Polarbase Fremherskende vind Interaksjon mellom bølger og havstrømmer KONKLUSJON REFERANSER Akvaplan-niva AS Rapport

6 Forord Hammerfest kommune har engasjert Rambøll AS til å lede arbeidet med plan for områderegulering med KU for bolig- og industriområde på Strømsnes. Akvaplan-niva AS er engasjert som underleverandør av utredninger knyttet til strøm- og bølgeforhold, samt marint miljø. De ulike delutredningene har ulike fremdriftsplaner og resultatene presenteres i flere delrapporter. Denne rapporten omhandler bølgeforhold. Akvaplan-niva takker for oppdraget. Tromsø, 24. april 2015 Akvaplan-niva AS Rapport

7 1 Innledning I forbindelse med etablering av industrivirksomhet i havn sør for Polarbase i Hammerfest kommune (se oversiktskart i Figur 1), har Akvaplan-niva AS fått i oppdrag å undersøke de oseanografiske forhold i området. Resultatene som presenteres i denne rapporten omhandler bølgeforhold rundt Strømsneset og er en del av dette arbeidet. Den andre delen av det oseanografiske arbeidet omhandler strømforhold og er presentert i Gaardsted (2015). Det har blitt simulert uten og med planlagt molo ved Polarbase, nord for interesseområdet. Endring i bølgeregime vil kunne være med på å endre det ytre miljø for marine organismer, og miljøforhold vil kunne endres. Utfyllingen vil også kunne gi endringer som vil påvirke skipstrafikk og annen menneskelig aktivitet. Kvaløya Figur 1: Kart over området rundt og nord for Strømsnes i Hammerfest kommune, Vest-Finnmark. Lokaliseringen er merket med rød firkant nede i midten av bildet. Posisjonen hvor inngangsdata fra met.no's regionale bølgemodell (WAM) er hentet fra, er illustrert med rød trekant øverst i bildet. Posisjon hvor vinddata til å finne fremherskende vinder er hentet fra, er vist med grønn trekant ved Ingøya øverst i bildet. Akvaplan-niva AS Rapport

8 2 Metodikk For å vurdere bølgeeksponering på og ved Strømsnes og hvordan bølgeregimet endrer seg mellom nulltiltak og etablering av molo, har det blitt benyttet et numerisk modellverktøy. Det er fokusert på bølger som kommer fra nordvestlige, nordlige og nordøstlige retninger, der man kan forvente å kunne få havdønninger fra farvannet nord for Kvaløya, eller iallfall få en relativt lang strøklengde og en viss høyde på eventuelle vinddrevne bølger. 2.1 Modellbeskrivelse, CMS-Wave Modellen CMS-Wave (Coastal Modeling System Wave model) er benyttet til å kartlegge bølgeeksponeringen for havdønninger kombinert med vindbølger for havneområdet sør for Polarbase. CMS-Wave er en todimensjonal bølgemodell som simulerer forplantning og demping av havdønninger inn mot kystnære strøk. Vind og strøm kan inkluderes i simuleringene. Kildekoden til modellen er skrevet og vedlikeholdt av U.S. Army Corps of Engineers (Sanchez m.fl., 2011). Modellen bruker SMS ( som grafisk brukergrensesnitt. Inngangsdata er bunntopografi, innkommende bølger (høyde, retning og energispekter), vindstyrke og vindretning. Modellen antar konstante grensebetingelser (vind, bølger, strøm) og beregner en statisk, konstant løsning (steady state). CMS-Wave antar homogene bølgeforhold på ytre rand, der bølgetoget kommer fra. Strømmen antas å være konstant med dypet. Modellen bruker en endelig element-metode med et kartesisk grid. En godt kartlagt batymetri (bunntopografi) er en forutsetning for å få gode simuleringer. Modellen beregner kvantitativt endring i bølgeparametere (bølgehøyde, periode, retning og spektralfordeling) når bølgen beveger seg fra havet og inn mot grunt vann ved kysten (typisk < 40 m dyp). Bølgeeffekter som implementeres i modellsimuleringene er blant annet: 1. Refraksjon (dreining av bølger som følge av endret vanndybde og strøm) 2. Diffraksjon (bølgedreining som følge av obstruksjoner) 3. Grunningseffekter (bølgedemping som følge av friksjon mot bunn) 4. Bølgebrytning (blir ikke benyttet i denne studien, oppnår derfor å få konservative verdier for bølgehøyde) 5. Bølgegenerering på grunn av vind 6. Bølge mot bølge, interaksjon 7. Bølge mot strøm, interaksjon (blir ikke implementert i denne studien, men blir diskutert i kapittel 3.3) 8. Refleksjon Akvaplan-niva har ofte brukt modellen til å simulere bølgepåvirkning på flytende oppdrettsanlegg, spesielt med tanke på dimensjonering av fortøyninger. CMS-Wave-modellen blir også hyppig brukt til å finne gunstige posisjoner for oppdrettsanlegg og andre installasjoner i et valgt område, samt finne endring i bølgeregime ved etablering av installasjon eller objekt i hav. Bølgeeksponeringsgraden i havområdene illustreres med modellresultatene. Akvaplan-niva AS Rapport

9 2.2 Tiltakets beskrivelse Leirvika ligger like sør for halvøya Finnøya hvor industriområdet Polarbase er etablert ved Rypefjord i Hammerfest kommune i Finnmark. Det planlegges molo like nord for Leirvika, i forlengelse av Finnøya (Polarbase). En foreløpig og grov skisse av moloens utstrekning er illustrert i Figur 4b. I tillegg planlegges det mindre utfyllinger inne i Leirvika, samt mudring vest for utfyllinga. Mudringa forventes å strekke seg ut fra moloens ytterside, mot Bukkøy, slik at det minst er ca. 17 m dypt overalt i området like vest for molo. Det ønskes en vurdering av bølgeeksponering ved nordsiden og vestsiden av Strømsnes i den sørøstlige delen av Leirvika både før og etter etablering av molo ved Polarbase. 7 kontrollpunkter er plukket ut nær strandsonen i denne strekningen, se kart i Figur 3 og koordinater i Tabell 1 nedenfor. Tabell 1: Koordinater til 7 punkter langs nordsiden og vestsiden til det planlagte industrikai-området ved Strømsnes, Hammerfest kommune i Finnmark. Koordinatene er gitt både i geografiske koordinater og UTM-koordinater (datum: WGS84) Stasjon Geografiske koordinater UTM, sone 33 N Ø X Y ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' Modelloppsett Modellen har et kartesisk grid med 50*50 m store celler som dekker et rektangulært område på ca. 80*54 km. Dekningsområdet til modellen er antydet i Figur 2. I modellområdet er det 1593x1082 celler, altså ca. 1.7 millioner beregningsceller til sammen. Et utsnitt av beregningscellene ved Strømsnes er gitt i Figur 3. Det har så videre blitt nøstet inn et enda finere grid inn i det grove modellgriddet, med oppløsning 15*15 m, som dekker hovedinteresseområdet rundt den planlagte moloen. Dette minste griddet har 478x307 celler, nesten til sammen, og dekker et område på ca. 7x5 km. Dette griddet kjører med refleksjon inkludert og bølgene er frie til å gå i hvilken som helst retning. Vindfeltene antas å være konstante i tid og over hele modellområdet. 7 målestasjoner er valgt ut i modellen angående bølgehøyde og periode. Disse er også illustrert i Figur 3. Akvaplan-niva AS Rapport

10 Figur 2: Modellområde rammet inn i rødt, for CMS-Wave-simuleringene. Nøstet modellområde er illustrert i grønt. Leirvika ligger til høyre i modellområdet, indikert med spissen til den sorte pilen Figur 3: Illustrasjon av det kartesiske 15m x 15m gitteret (i sort) brukt i CMS-Wave-modelleringene i/ ved Leirvika). Gitteret ses best på land. Det er bunntopografien som er avtegnet i farger, med skala fra 0-50 m. 7 kontrollpunkter i modellen er også illustrert med sorte prikker. Akvaplan-niva AS Rapport

11 2.4 Inngangsdata Bunntopografi Bunntopografi er innhentet fra Statens kartverk, Sjøkartverket. Det er primærdata som først og fremst er benyttet, i denne studien. Bunndata dekker hele modellområdet, og har en oppløsning på typisk m. Selve kystlinja har vesentlig høyere oppløsning. a) b) Figur 4: Bunntopografi for området ved Strømsnes for a) uten molo ved Polarbase og b) med molo ved Polarbase. Skala er vist med maks 50 m, da dypere farvann enn dette ikke vil påvirke overflatebølgene. Akvaplan-niva AS Rapport

12 2.4.2 Vindhastighet Vindhastigheten i modellområdet er beregnet ut fra en 50-års returperiode i henhold til norsk standard for vindlaster (NS3491, 2009). I simuleringene er denne beregnede vindhastigheten brukt som inngangsdata. Vindfeltet antas konstant over hele modellområdet. Vindfeltet er satt i henhold til data fra Hammerfest kommune. Det er omregnet til terrengruhetskategori I (kystnært område), og det er også inkludert retningsfaktorer i henhold til NS3491 (2009). Tabell 2: Statistiske ekstremverdier av referansevindhastighet (m/s) 10 m over bakken i Hammerfest kommune i Finnmark (omregninger fra NS3491, 2009), fra vestlige, nordlige og nordøstlige vindretninger. Returperiode 50 år Vindretning Statistiske ekstremverdier av referansevindhastighet (m/s) Bølgehøyde Innkommende bølger til modellområdet som beregnes i denne studien med CMS-Wave, vist med rød firkant i Figur 2, er hentet fra en regional modell fra Det Norske Meteorologiske Institutts (met.no) som dekker Nordsjøen, Norskehavet og Barentshavet (Reistad m.fl., 2011). Met.no har beregnet verdier med 50-års returperiode fra dette regionale nøstede modelloppsett av bølgemodellen WAM (The global ocean Wave prediction Model). Met.no's modell har horisontal romlig oppløsning på ca. 10 km og retningsoppløsning på 30. Resultater er innhentet fra et modellpunkt til WAM-modellen som ligger ute på det åpne hav, noe vest for Ingøy (se rød trekant i Figur 1 for WAM-modellpunkt og se Figur 2 for plassering av ytre rand nord for Ingøy). Dette gridpunktet i met.no's modell har koordinater 71 08,4'N og 23 28,8'Ø. Bølgeverdiene her antas som representative for bølger som kommer inn fra Barentshavet i nord, og resultatene har blitt brukt som grensebetingelse til CMS-Wavesimuleringene i dette prosjektet (Tabell 3). I CMS-Wave -modelleringene antas det at et bølgetog starter ute på havet og kommer inn mot modellområdet utenfor Ingøya fra retningen og med bølgehøyde og periode som spesifisert i Tabell 3/ Tabell 4. Det antas at havbølger med høy energi som når inn i til farvannet utenfor Hammerfest, Rypefjord og Leirvika først og fremst kommer fra retninger mellom 285 og 45 grader (fra mellom vest-nordvestlig til nordøstlig retning). Bølger fra mer sørvestlige retninger antas å være skjermet av Seiland i vest, mens bølger fra østlige retninger er skjermet av Kvaløya i øst. Bølger fra sørlige retninger antas å være dempet av selve Strømsneset like sør for Leirvika. Tabell 3: Statistiske ekstremverdier for signifikant bølgehøyde (m) fra met.no's WAM hindcast bølgemodell. Posisjonen verdiene er hentet fra er ute i det åpne hav vest for Ingøy (se Figur 1). Returperiode 50 år Bølgeretning Signifikant bølgehøyde [m] Tabell 4: Interpolerte verdier for signifikant bølgehøyde (m) for å samsvare med returperioder for vind i kapittel Returperiode 50 år Bølgeretning Signifikant bølgehøyde [m] Peak-periode [s] Akvaplan-niva AS Rapport

13 2.4.4 Energispekter Resultatene fra den regionale WAM-modellen (se kapittel 2.4.3) gir et estimat for den øvre grensen for bølgehøyde ved modellranden. Denne bølgehøyden brukes til å definere energispekteret på randen, dvs. en typisk fordeling av bølgeenergi som funksjon av periode. Bølgeenergien som kommer inn i modellområdet, vil som regel endre seg etter hvilken retning den kommer fra. Formen til dette energispekteret på randen er valgt til å bli beskrevet ved et JONSWAP energispekter 1. Spekteret forklarer bølgehøyder som funksjon av perioder. Verdien for spredningsfaktoren til frekvensen (gamma) er satt til 2.1, mens spredningsfaktoren for retningen (nn) er satt til 10 (liten spredning), som parametere til det innkommende bølgetog. Disse tallene gir konservative verdier (mye energi, dvs. stor bølgehøyde og lang periode) med hensyn til typiske bølger langs norskekysten (Nygaard & Eik, 2004). 2.5 Fremherskende vind Vinddata for retning og styrke er fremskaffet fra to meteorologiske stasjoner via den webbaserte løsningen til Den nærmeste er ca. 7 km fra Strømsnes, ved Hammerfest Lufthavn (Figur 5). Stasjonen ligger delvis skjermet med en fjellkjede nord og nordvest for stasjonen. Det antas dermed at vinden vil bli påvirket av dette og vesentlig styrt av den lokale topografien. Derfor er det også hentet inn data fra Fruholmen fyr, helt nord i modellområdet ved Ingøy, ca. 50 km unna (se Figur 1). Det er lang avstand fra hovedinteresseområdet, men vil likevel gi en grov veiledning på vanlige vindretninger i regionen når topografi ikke spiller vesentlig inn. Figur 5: Topografisk kart over området med nærmeste meteorologiske stasjon til Strømsnes, ved Hammerfest Lufthavn. Posisjonen er merket med rød sirkel. 1 JONSWAP (Joint North Sea Wave Project) spektre er en empirisk sammenheng som definerer distribusjonen av energi over frekvens i havet. Se for øvrig Hasselmann m.fl. (1973). Akvaplan-niva AS Rapport

14 3 Resultater og vurderinger 3.1 Resultater fra simuleringer Bølgeeksponering ved Strømsnes uten molo ved Polarbase Først ble den grove CMS-Wave-modellen med 50 m beregnings-celler kjørt for havområdene nord for Hammerfest og ved Leirvika og Polarbase slik den fremstår i dag uten planlagt fylling (nulltiltak) (Figur 6). Deretter ble den fine CMS-Wave-modellen med høyere oppløsning (15 m) kjørt for området lokalt ved og like nord for Strømsnes. 7 kontrollpunkter i interesseområdet for etablering av kai til industriområdet ble plukket ut, illustrert i Figur 7. Alle punktene ligger sør for planlagt molo, på nord- og vestsiden av det planlagte industrikaiområdet på Strømsnes. Det er simulert for vindbølger, havbølger og kombinasjonen av disse, med respektive resultater gitt i Tabell 5, Tabell 6 og Tabell 7. Simuleringer med bølger og vind fra 9 ulike retninger er inkludert ( grader), med 15 graders sektorer. Illustrasjon av resultatene ved det planlagte industrikai-området for retningen med kraftigst bølgeeksponering i interesseområdet for kombinert bølgetilstand er gitt i Figur 7 (345 grader). I Tabell 5 kan det leses at største bølgehøyder på over 2 m med kun vind som drivkraft (vinddrevne bølger) fant sted på Strømsneset da vind kom fra nordvestlige retninger (mellom 315 og 345 grader). Høyeste bølge ble funnet til å være 2.7 m ved kontrollpunkt 5 med vind fra 330 grader. I nabosektorene mot øst og vest (285, 300 og 0 grader), ble bølgehøyden noe mindre enn 2 m, mens vind fra nord-nordøst og mot nordøstlige retninger ga bølger på under 1 m. Største bølgehøyder med kun innkommende havdønninger som drivkraft fra den nordlige modellrand nord for Ingøy, var fra mellom 330 og 0 grader (Tabell 6). Bølgehøyde var da godt over 1 m. Den største bølgehøyden kom fra 345 grader (1.4 m). I de andre sektorer var bølgehøyden under 1 m. Spesielt fra nordøstlige retninger (30 og 45 grader) var havdønningene lave ved Strømsnes. Resultater fra kombinert sjøtilstand av havdønninger og vindgenererte bølger er vist i Tabell 7. Her utmerker retningen 345 grader seg, fra nord-nordøst, med bølger på 2.3 m. De to nabosektorene, 330 og 0 grader, ga bølger på henholdsvis 1.6 og 1.7 m. De andre sektorene som er blitt undersøkt, viste bølger under 1 m. Spesielt av Figur 6 og Figur 7 blir det illustrert hvordan bølgehøyden reduseres kraftig når bølgen kommer inn på grunt vann og spesielt når den treffer øyer. Området ved Polarbase som er tiltenkt utfylling er et slikt gruntområde (se bunntopografi i Figur 4a) som gir effektiv bølgedemping på le side av bølgeretningen. Akvaplan-niva AS Rapport

15 Tabell 5: CMS-Wave modellresultater for simuleringer uten molo ved Polarbase (nulltiltak). Bølgehøyde (m) fra 7 kontrollpunkter i planlagt industrikaiområde på nord- og vestsiden av Strømsnes Hammerfest kommune er presentert. Det er simulert for 50-års returperioder av vind, samt at det er inkludert simuleringer for 9 ulike retninger av disse ytre kreftene. Posisjon (punkt) Periode [s] Tabell 6: Samme som i Tabell 5, men med kun innkommende havdønninger som drivkraft. Posisjon (punkt) Periode [s] Tabell 7: Samme som i Tabell 5, men med kombinert sjøtilstand som drivkraft (vind og havdønninger). Posisjon (punkt) Periode [s] Akvaplan-niva AS Rapport

16 Figur 6: CMS-Wave-modellering for området ved og nord for Strømsnes (markert med stor, sort pil) i Hammerfest kommune i Vest-Finnmark, med havbølger og vind som kommer fra nord-nordvest (345 grader). Det er fra denne retningen at størst bølgehøyde inntreffer ved Strømsnes (Tabell 5) ved kombinert sjøtilstand. Bølgeretning er indikert med pilenes retning. Signifikant bølgehøyde (H s ) er gitt med fargekonturer, og fargeskala er til venstre. Det grove griddet (stor firkant) og det fine griddet (liten firkant) er illustrert Figur 7: Resultater fra bølgemodellering for det fine griddet ved Polarbase, uten utfylling. Fargeskala angir signifikant bølgehøyde (m). Tallene står for lokalisering av de 7 kontrollpunkter. Akvaplan-niva AS Rapport

17 3.1.2 Bølgeeksponering ved Strømsnes med planlagt molo ved Polarbase Deretter ble det simulert med en grovskisse av en eventuell fremtidig molo ved Polarbase like nord for Leirvika og det planlagte industrikai-området. Resultatene for bølgehøyden i de samme 7 punktene er gitt i Tabell 8 - Tabell 10, og scenario for høyeste bølgeeksponering til Strømsnes med kombinert sjøtilstand er vist i Figur 8. Tabellene og spesielt Figur 8 illustrerer tydelig at det er svært effektiv demping av bølger innerst i Leirvika på grunn av moloen. Kontrollpunktene 1-3 fikk nå maksimalt 0.6 m høye bølger, som inntraff med kun vind som drivkraft. Med kun havbølger som drivkraft, var bølgehøyden innerst i Leirvika kun et par desimeter. Lenger ute på Strømsnes ble bølgehøyden imidlertid vesentlig større. Med kun vind tilstede og ingen innkommende havbølge, var det bølger fra 315 grader som ga størst bølgehøyde ved kontrollpunktene (2.4 m). Det ble imidlertid observert bølgehøyde på 2.6 m med vindbølger fra 330 grader mellom kontrollpunkt 5 og 6. Med kun havdønninger tilstede, kom bølgehøyden opp i 1.4 m ved kontrollpunkt 6 da disse kommer fra 345 graders retning. Med kombinert sjøtilstand var igjen bølgehøyden størst med vind og havdønninger fra 345 grader, nå på 2.2 m fra 345 graders retning. Helt ute i Straumen (kontrollpunkt 7), vest for Strømsnes, kom bølgehøyden opp i 1.4 m med kombinert sjøtilstand og 1.5 m med kun vind tilstede. Akvaplan-niva AS Rapport

18 Tabell 8: CMS-Wave modellresultater for simuleringer med molo og mudring ved Polarbase. Bølgehøyde (m) fra 7 kontrollpunkter i planlagt industrikai-område på nord- og vestsiden av Strømsnes i Hammerfest kommune er presentert. Det er simulert for 50-års returperioder av vind, samt at det er inkludert simuleringer for 9 ulike retninger av disse ytre kreftene. Posisjon (punkt) (2.5)* Periode [s] *høyeste eksponering som ligger noe vest for punkt 5. Tabell 9: Som i Tabell 8, men her er det kun simulert for 50-års returperioder av innkommende havbølger ved modellranden nord for Ingøy. Posisjon (punkt) Periode [s] Tabell 10: Som i Tabell 8, men her er det simulert for kombinert sjøtilstand, med 50-års returperioder av vind i modellområdet og innkommende havbølger. Posisjon (punkt) Periode [s] Akvaplan-niva AS Rapport

19 Figur 8: Resultater fra bølgemodellering for det fine griddet ved Polarbase, med utfyllinger/ molo. Fargeskala angir signifikant bølgehøyde (m). Kombinert sjøtilstand er med vind og havdønninger fra 345 grader, retningen som gir høyest bølger ved Strømsnes. Akvaplan-niva AS Rapport

20 3.1.3 Endringer i bølgeregime ved Strømsnes ved opprettelse av molo ved Polarbase Det ble observert stor demping angående relativ bølgehøyde (prosent av opprinnelig bølge uten molo) med opprettelse av molo ved Polarbase, spesielt ved kontrollpunkt 1 3 innerst på Strømsnes. Vindbølger fra grader ble effektivt dempet med moloen i forhold til ingen molo, med som regel under halvparten av bølgen tilbake innerst på Strømsnes. Fra nord-nordvestlige retninger ble det imidlertid en økning i den lille bølgehøyden (Tabell 11). Havbølger ble svært effektivt dempet med molo innerst på Strømsnes (kontrollpunkt 1 3), uansett hvilken retning de kom fra. Ofte var det ikke noe havbølger tilbake (Tabell 12). Kontrollpunkt 4 og 5 fikk generelt betydelig demping, mens kontrollpunkt 6 og 7 fikk små endringer som følge av etablering av molo ved Polarbase. Den kombinerte sjøtilstand viste generelt stor demping for kontrollpunkt 1 3 innerst på Strømsnes med vind og havdønninger fra sektorer mellom 285 og 345 grader. Med drivkrefter fra nordlige og nordøstlige retninger, ble endringen mindre. Helt innerst ved kontrollpunkt 1 var det en liten relativ økning i bølgehøyde som følge av moloutbyggingen med vind og havdønninger fra 45 grader. Det skal poengteres at da var bølgehøyden kun ca. 0.2 m. Den største endringen av absoluttverdien til bølgehøyden var ved kontrollpunkt 3 med vind og havdønninger fra 345 grader, med 1.3 m demping. Kontrollpunkt 4 fikk noe relativ demping med etableringen av molo, spesielt med vind og havdønninger fra 345 og 0 grader. Endringen i absoluttverdi var stor, og var opp til 1.2 m med vind og havdønninger fra 345 grader. Kontrollpunkt 5 fikk betydelig demping med vind/ havdønninger fra 345 og 0 grader, som tilsvarte en demping på ca. 0.5 m. Kontrollpunkt 6 og 7 fikk marginale endringer i bølgehøyde som følge av etableringen av molo ved Polarbase, uansett retning. Det var noe relativ økning i bølgehøyde med drivkrefter fra grader, men bølgehøyden var da svært liten. Tabell 11: Prosentvis endring av bølgehøyde i forhold til før etablering av utfylling/ molo ved Polarbase med kun vind som drivkraft. 100 % viser at det er ingen endring i bølgehøyde. Tall mindre enn 100 viser demping i bølgehøyde og tall høyere enn 100 viser økning i bølgehøyde. Endringene er beregnet utfra resultatene i Tabell 5 og Tabell 8. De samme 7 kontrollpunktene er benyttet, som er illustrert blant annet i Figur 7. Fargekodeindeksen viser følgende: oransje: 0-59 % av bølgehøyde fra nulltiltak, blå: 50-89%, grønn: % og rosa: over 110 %. Posisjon (punkt) Akvaplan-niva AS Rapport

21 Tabell 12: Samme som i Tabell 11, men her er det kun havdønninger som er drivkraft. Endringene er beregnet utfra resultatene i Tabell 6 og Tabell 9. Posisjon (punkt) Tabell 13: Samme som i Tabell 11, men her er det den kombinerte bølgetilstand av vindgenererte bølger og havdønninger som er fokus. Endringene er beregnet utfra resultatene i Tabell 7 og Tabell 10. Posisjon (punkt) Fremherskende vind Utfra Figur 9a kan man konkludere at vinden er sterkest fra vest-sørvest ved Hammerfest, og at dette også er den hyppigste vindretning. På grunn av lokal topografi, er det sannsynlig at relativt hyppigere og sterkere vind kommer fra vestlige og nordvestlige vindretninger ved Strømsnes-området. Vinddata fra Fruholmen (Figur 9b), et stykke unna, bekrefter at det uansett er sannsynlig at hovedvindretningen er fra vest-sørvest generelt i området. Vinddata fra Hammerfest Lufthavn er altså ikke optimale for å finne fremherskende vinder ved Strømsnes, men andre data viser at det er sannsynlig at det er sterkest og oftest vinder fra vest-sørvest. Vinder fra mer nordlige retninger ( grader), som ifølge kapittel 3.1 gir størst bølger, er trolig ofte forekommende, og kan være ganske sterke, men er ikke fremherskende vindretning. Akvaplan-niva AS Rapport

22 a) b) Figur 9: Vindrose-diagram fra a) Hammerfest Lufthavn og b) Fruholmen Fyr, basert på vinddata fra (Datakilde: Størrelsen på hver sektor forteller hvor mange prosent av datamaterialet som består av vind som kommer fra den retningen sektoren ligger i. Fargeinndelingen i hver sektor forteller om relativ andel av vindstyrken, illustrert med fargeskala til høyre. 3.3 Interaksjon mellom bølger og havstrømmer Når kraftige havstrømmer har retning motsatt av bølger, kan det oppstå brottsjø. Da vil bølgene reise seg og gi økt bølgehøyde, samt at bølgelengden vil bli kortere. Ifølge Smith m.fl. (1998) er dette et fenomen som først blir betydelig når det er snakk om havstrømmer opp imot 1 m/s. Ifølge Gaardsted (2015) vil havstrømmene ved Bukkøy komme opp mot 1 m /s både med og uten etablering av molo ved Polarbase. I det ønskede molo-området, vil det også kunne oppstå slike kraftige strømmer, i tillegg til helt ytterst ved Strømsnes. Kart over områder hvor det ofte kan oppstå kraftige strømmer er gitt i Gaardsted (2015). Disse områdene er også aktuelle for generering av brottsjø. Strømmålinger behandlet i Gaardsted (2015) har vist at det er sannsynlig med maksimale tidevannsstrømmer mot nord ved Strømsnes noenlunde samtidig eller litt før flo sjø ved Hammerfest. De kraftigste strømmene vil vare i 1-2 timer. Altså er det risiko for brottsjø i spesielle områder ved Strømsnes 1-2 timer omkring tidspunktet for flo sjø ved Hammerfest. Akvaplan-niva AS Rapport

23 4 Konklusjon Bølgemodelleringene for det planlagte industrikai-området i den sørlige delen av Leirvika har vist at både vind- og havbølger er viktige for den kombinerte sjøtilstand ved de ytre delene av Strømsnes. Innerst i Leirvika er det vindbølgene som er viktigst, spesielt med molo ved Polarbase. Simuleringene har vist at det er sterkest eksponering ved lokaliteten for kombinasjonen av havdønninger og vindbølger når bølger og vind kommer fra nord-nordvest (345 grader). Største signifikante bølgehøyde (H s ) var da 2.3 m i området ganske langt ute på Strømsnes. Denne bølgen ble dempet til 2.2 m ved etablering av molo ved Polarbase. Størst eksponering med kun vinddrevne bølger tilstede var 2.7 m med vind fra 330 grader et stykke ut på Strømsnes. Denne ble dempet til ca. 2.5 m med molo tilstede. Størst eksponering overfor rene havdønninger, uten vind, var med innkommende havdønninger fra 345 grader og posisjonen nesten helt ytterst på Strømsnes, med 1.4 m. Denne ble marginalt dempet med molo tilstede ved Polarbase. Den planlagte moloen ved Polarbase hadde relativt liten innvirkning på bølgeregimet ytterst på Strømsnes. Innerst hadde den imidlertid betydelig virkning, med stor demping. Vindbølgene fikk stor demping i absoluttverdi fra vestlige og nordlige retninger, men ellers var bølgene allerede lave før etablering av molo, slik at det ikke ble noen drastiske endringer. Perioden til vindbølgene var typisk mellom 3 og 8 s. Havbølgene hadde typisk periode s. Den kombinerte sjøtilstanden var ofte slik at det var lenger bølgeperioder ved den ytre delen og kortere bølgeperioder ved den indre delen av Strømsnes. Meteorologiske stasjoner i regionen har vist at fremherskende vindretning i området ved Strømsnes trolig er fra vestlige retninger, både når det gjelder styrke og hyppighet. Det vil trolig tidvis, som følge av at tidevannsstrømmen går i retning mot bølgene, kunne oppstå brottsjø i bestemte deler av farvannet nord for Strømsnes. Akvaplan-niva AS Rapport

24 Referanser Hasselmann, K., T.P. Barnett, E. Bouws, H. Carlson, D.E. Cartwright, K. Enke, J.A. Ewing, H. Gienapp, D.E. Hasselmann, P. Kruseman, A. Meerburg, P. Müller, D.J. Olbers, K. Richter, W. Sell, and H. Walden, Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP).Ergnzungsheft zur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift Reihe, A(8) (Nr. 12), p.95. Gaardsted, F., Oseanografiske forhold ved Strømsnes i Hammerfest - del 1: Strømforhold. Akvaplan-niva rapport no sider. Nygaard, E., Eik, K. J., Application of STWAVE in Norwegian coastal water. In: Proceedings, 8th International Workshop on Wave Hindcasting and Forecasting. 9 sider. Reistad, M., Breivik, Ø., Haakenstad, H., Aarnes, O.J., Furevik, B. and Bidlot, J.-R., A high resolution hindcast of wind and waves for the North Sea, the Norwegian Sea, and the Barents Sea. Journal of Geophysical Research, Vol. 116, C05019, doi: /2010jc006402, Sanchez, A., Lin, L., Demirbilek, Z., Beck, T., Brown, M., Li, H., Rosati, J.D., Wu, W. and Reed, C., Draft CMS User Manual, June 20, (No. ERDC/CHL-TR-11-X). Engineer Research and Development Center Vicksburg MS Coastal and Hydraulics Lab. pp 332. Smith, J. M., Militello, A., and Smith, S. J., "Modeling waves at Ponce de Leon Inlet, Florida." Proc. 5th International Workshop on Wave Hindcasting and Forecasting, Environment Canada, Downsview, Ontario, Akvaplan-niva AS Rapport