NOTAT. Skrevet av: Sigve Næss Dato: / rev Seksjon/avd.: BKK Rådgiving AS Dok. ID:

Transkript

1 NOTAT Skrevet av: Sigve Næss Dato: / rev Seksjon/avd.: BKK Rådgiving AS Dok. ID: Fordeles til: Nesttunvassdragets venner, Jostein Matre Sak: Flomreduserende tiltak i Grimevatnet etter tilbakeføring til naturlig elveløp. Konklusjon: De foreslåtte tiltakene gir både lavere vannstand i Grimevatnet i flomsituasjoner og flomdempning i vassdraget nedenfor, samtidig som elva er tilbakeført til det naturlige elveleiet fra utløpet av Grimevatnet. Det er mulig å oppnå tilsvarende dempning i Myrdalsvatnet uten at tappekapasiteten der økes. Bakgrunn: Bakgrunnen for denne beregningen er: 1) Nesttunvassdraget føres tilbake til sitt naturlige elveleie (fra Grimevatnet til Gobil) 2) Ny tappeluke med tilstrekkelig kapasitet settes inn i kulvert/tunnel 3) Grimevatnet skal i flomsituasjoner tappes ned så mye som mulig i forkant av flommen 4) Tiltakene skal være permanente og også dempe flommer større enn det som i dag er dimensjoneringskriteriet for Bergen kommune (100-årsflom) 5) Kapasiteten til dagens rør under fabrikkområdet til Frank Mohn Services skal utnyttes ved nedtapping, men kapasiteten må ikke overskrides. Hydrologiske/hydrauliske forutsetninger og konsekvenser: Etablert beregningsmetodikk for flomberegninger er benyttet. Det vises blant annet til 4-5 i forskrift om sikkerhet og tilsyn med vassdragsanlegg og tilhørende retningslinje for flomberegninger. BKK Rådgiving har målt opp fallforholdene i rørene under den asfalterte plassen utenfor bygget til Frank Mohn Services i Helldalen og beregnet kapasiteten for disse. Til sammen kan de tre rørene ta unna opp til snaut 12 m³/s når vannstanden ved innløpet er i samme nivå som den asfalterte plassen. Tappekapasiteten i ny forbitappingsluke til bruk i forkant av flomsituasjoner bør ha noe lavere kapasitet enn kapasiteten til disse tre rørene ved Frank Mohn Services, fordi rørene også skal sluke unna tilsig fra restfelt. Vi har derfor forutsatt at den nye luka med eksisterende tunnel/kulvert kan gjøre det mulig å tappe 10 m³/s. Fra den eksisterende tunnelen/kulverten føres i dag vannet gjennom tre stk 12 rør som kommer ut under huset der Gobil holder til. Etter at vi har befart eksisterende utløpsforhold under den gamle jernbanebrua har vi konkludert med: 1) Utløpsforholdene ble betydelig endret i forbindelse med bygging av jernbanebrua. (Tiltak for senkningen av magasinet kan ha blitt uført før anlegging av jernbanebrua.) 2) Kapasiteten gjennom de to åpningene under jernbanebrua er i flomsituasjoner for lav. Dette medfører betydelig høyere flomvannstander enn før jernbanebrua ble bygd. Jernbanebrua bør derfor bygges om og pillaren fjernes. En rett overløpsterskel bygges

2 2 like nedstrøms jernbanebrua. Terskelen vil sikre vannstand på den valgte normalvannstanden, fastsatt til dagens overløpshøyde som er 71,50 (kfr Bergen kommune). For å ytterligere bedre de hydrauliske forholdene bør det renskes opp både oppstrøms og nedstrøms den nye overløpsterskelen. Flomforløpet I dette kapittelet vil vi vise flomforløpet både for tilsigsflommen og avløpsflommen ut fra forutsetningene gitt i neste kapittel. Tilsig. Som vist i diagrammet er nedbøren normalfordelt og nedbøren for en flom med to døgn er valgt. Ut fra magasinets overflate og avløpsforhold bør en ikke regne på flomme med mindre enn to døgns varighet. Det vanlige er også å normalfordele nedbøren. Vi har også regnet gjennom en situasjon hvor nedbøren flyttes frem med tyngdepunktet omkring 1/3 av flommen, men dette gav ikke vesentlig endring i resultatene. Tilsigsflommen som er vist er resultatet av nedbøren i det den kommer frem til Grimevatnet. Grimevatnet Dimensjonerande tilløpsflom 100 år Vassføring (m 3 /s) Tid (timer) Nedbør (mm) Nedbør Tilløpsflom Avløp Situasjon 1): Flomluka står åpen også under flommen. Avløpet er tilsiget fra diagrammet over etter at det har blitt dempet gjennom Grimevatnet. På grunn av nedtapping av Grimevatnet i forkant av flommen er startvannstanden satt til kote 70,45, se ellers ytterligere forklaring i neste kapittel. Vi ser at vannstanden stiger ut over normalvannstanden etter i underkant av 30 timer. Det betyr at vi får et bidrag fra overløpet, slik at fra Gobil og ned vil den totale avløpsflommen bli på knappe 14 m³/s.

3 Grimevatnet. Dimensjonerande avløpsflom 100 år - flomluka er åpen under flommen Vassføring (m3/s) Vasstand (moh) Tilsigsflom Avløpsflom Overløp Vannstand Tid (timer) 69.5 Situasjon 2): Flomluka stenges i det flommen starter og holdes stengt under hele flommen. Startvannstanden er den samme som i situasjon 1). Her stenges flomluka i det nedtappinga er ferdig. Vannstandsstigningen skjer raskere og vi får overløp etter ca. 23 timer. Vannstanden stiger til nærmere to meter over normalvannstanden Grimevatnet. Dimensjonerande avløpsflom 100 år - flomluka er stengt under flommen Vassføring (m3/s) Vasstand (moh) Tilsigsflom Avløpsflom Overløp Vannstand Tid (timer) 69.0

4 Forutsetninger og forklaringer til flomberegningen. Flomberegningen er basert på at et beregnet tilsig rutes (~ beregnes) gjennom magasinet og avløpet (utløpet) bestemmes av flomdempingsmulighetene i magasinet og utløpsforholdene. Startvannstanden når flommen starter er viktig. I normale flomberegninger er det krav om at magasinet er fullt når flommen starter. Den planlagte flomluka skal imidlertid her brukes aktivt for å senke magasinet i forkant av flommen. Hvor fort vannstanden senkes og til hvilket nivå vil være avhenging av: 1) Vannstand når luka åpnes 2) Tilsig til Grimevatnet i tappeperioden 3) Hvor lenge nedtappinga pågår (før flommen kommer) Det vil være en viss vannføring ut fra Grimenvatnet i det flomluka åpnes. Vi antar en situasjon med jevnt tilsig i forkant av en flom; det vil si at det i utløpet fra Grimevatnet er like stor vannføring som tilsiget til Grimevatnet. Hvor stor vi setter denne vannføringen vil påvirke nedtappingen og også resultatet, se diagrammet under. Flomluka er tenkt brukt kun i situasjoner hvor det er varslet betydelige nedbørmengder og flom. Derfor har vi som en forutsetning sagt at vi ikke ser for oss at flomluka åpnes før tilsiget er større enn 2 x middelvannføringen. Diagrammet under viser også at det etter tre døgns full tapping kun er mulig å tappe til kote 69,20 dersom tilsiget er lik middeltilsiget eller lavere. Vi har tatt utgangspunkt i 2 x middeltilsig (Q middel ) og at vi har to døgn til å tappe ned Grimevatnet med full lukeåpning. Selve flomforløpet varer ca to døgn og da har vi ett døgn som buffer i forhold til et fem-døgns nedbørvarsel. Med nøyaktigheten i dagens varsler trenger vi nok et døgn på å vurdere nedtapping eller ikke og å sette i gang nedtappingen. Med vårt forslag til ny terskeldam nedstrøms jernbanebrua og 2 x middeltilsig (Q middel ) som (stabilt) tilsig/avløp er vannstanden i det tappingen starter 72,08. Etter to døgn med åpen flomluke er vannstanden sunket med 1,63 m til 70,45. Dette blir startvannstanden i flomberegningen. Vi vil få andre startvannstander avhenging av hvor lenge nedtappingen pågår og det forventede middeltilsiget i tappeperioden. 4 Tappeforløp med tapping under ulike tilsigsalternativer. Startvannstand er gitt av tilsiget til Grimevatnet Luka har maks kapasitet ( 10 m³/s) i hele flomperioden Vannstand Qmidd x 1 Qmidd x 2 Qmidd x 4 Naturlig vannstand LRV i flomsituasjoner Tid i timer Resultater av flomberegningen Situasjon 1): Flomluka står åpen også under flommen. Ut fra det som er beskrevet over er kote 70,45 satt til startvannstanden i flomberegningen. For en 100-årsflom vil vannstanden under flommen stige til kote 71,38 som er 12 cm under

5 5 overløpsterskelen. Det vil si at ut fra forutsetningene vil det være plass til 100-årsflommen. Avløpet vil bli lik lukekapasiteten fastsatt til 10 m³/s. 500-årsflommen vil stige til 72,38 og her vil det komme bidrag på snaut 4 m³/s over terskelen, slik at totalt ut fra Grimevatnet blir avløpet på 13,7 m³/s. Situasjon 2): Flomluka stenges i det flommen starter og holdes stengt under hele flommen. Nedtappingen foregår over to døgn som i situasjon 1) og startvannstanden er også her satt til kote 70,45. For en 100-årsflom vil vannstanden under flommen stige til kote 72,50 som er 100 cm over overløpsterskelen. Avløpsflommen fra Grimevatnet blir 4,5 m³/s årsflommen vil stige til 73,55 og det er like i underkant av jernbanebrua. Avløpsflommen for 500-årsflommen vil med stengt luke bli 13,2 m³/s. Dette er 0,5 m³/s lavere vannføring på maks enn det situasjon 1) med åpen flomluke gir. Flomberegning og tappekapasitet for Myrdalsvatnet. Vi har også utført en tilsvarende flomberegning fra Myrdalsvatnet. I første omgang har vi vurdert om Myrdalsvatnet kan brukes til flomdemping. Etter det vi kan måle er arealet på tappeluka i dammen på 1,58 m². Laveste punkt i tappeluka er ca 7 m under flomløpet, det vil si under høyeste vannstand. Kurve for tappekapasiteten gjennom denne luka er vist i diagrammet under. Ut fra denne tappekapasitetsberegning vil 17,5 m³/s gå ut gjennom tappeluka ved vannstand lik topp dam. Kapasiteten avtar med vannstanden, fordi trykkhøyden avtar. Myrdalsvatn. Tappekapasitet for bunnluke i dammen Areal av tappeluke er 1,6 m², bunn av tappeluke ligger på kote 66,68 75,00 74,00 Vannstand, kotehøyde 73,00 72,00 71,00 70,00 69,00 68,00 67,00 66,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Vannføring, m³/s Tappekapasite t Topp dam Tappeluke, bunn Feltstørrelsen til Myrdalsvatnet er noe større enn den til Grimevatnet, 13,9 mot 11,5 km2. Det samme gjelder tappekapasiteten gjennom den eksisterende luken i forhold til den som er planlagt ved Grimevatnet. Overflater av Myrdalsvatnet er mindre enn halvparten av den til Grimevatnet. Vatnet vil bli raskere tappet ned i forkant av en flom, men har omtrent samme kapasit til demping som i Grimevatnet forutsatt 2 * Q middel i tilsig før flommen starter. Konklusjonen av dette blir at dagens reguleringsmuligheter i Myrdalsvatnet er like gode som dem som er planlagt i Grimevatnet.

6 6 Vurdering av observasjoner gjort under flommene 14. september og 14. november i forhold til våre beregninger I løpet av to måneder var Nestunvassdraget utsatt for to flomsituasjoner. Vi vil her kommentere flommene i fjor høst i forhold til flomberegningene vi har utførte etter standard metodikk. Bildene er tatt av Fritjof Stangnes i 13-tiden den like i nærheten av flommens kulminasjonsverdi. Høyder angitt under i forbindelse med observasjonene avviker med 30 cm i forhold til den normalvannstanden Bergen kommune (og BKK Rådgiving) opererer med. 14. september Det hadde vært en tørr værtype i forkant av flomsituasjonen, det vil si jordsmonnet var langt fra mettet med fuktighet. Det var dermed god dempning i magasinet og i jordsmonnet. Vannstanden var (kfr Jim Heldal) på kote 71,8 (tilnærmet lik normalvannstanden) før den kraftige nedbøren startet. Ventilene ved Gobil (tre stk 12 rør) var alle helt åpne, men den ene hadde kun 1/3 av kapasiteten pga funksjonsfeil. Nedbøren i dette (knappe) døgnet var på 156,5 mm målt ved Florida målestasjon, men trolig var den høyere (opp mot 30 % er antydet) i Helldalen. Vannstanden i Grimevatnet steg til 73,37. Tapperørene ved Frank Mohn Services gikk fulle, og vannstanden steg slik at det var like før vannet ville gå utover den asfalterte plassen. Bildet under fra flommen 14. november illustrerer virkningen. På bildet skimtes den asfaltert parkeringsplassen foran bygget til Frank Mohn Services og rørene under plassen ligger under det nederste vannspeilet, like hitenfor bilen til høyre. Grimevatnet var nedtappet og den kraftige nedbøren kom i en ellers tørr periode. Kapasiteten i den opprinnelige utløpsosen er etter bygging av jernbanebrua redusert, slik at vi fikk en god effekt av dempingen. Resultatet ble en betydelig flomdempning på Nesttun i forhold til hva resultatet kunne blitt under tilsvarende flommer med andre initialbetingelser. Bildet under viser avløpet fra Grimevatnet, også dette bildet er fra flommen 14.november.

7 7 14.november Under flommen 14.november var situasjonen annerledes. Det var kommet en del nedbør i forkant (bla dagen) før slik at jordsmonnet var mettet. Ved Florida ble det målt 126 mm (ikke kontrollert med DNMI) dette døgnet. Vannstanden i Grimevatnet var om lag på kote 72,7 ved flommens start. Nedbøren dagen før resulterte i at flommen steg først til kote 72,85. Det sluttet å regne og vannstanden sank til kote 72,7 før nedbøren igjen tok til den 14. november. I løpet av flommen steg vannstanden siden til kote 73,8 på det høyeste. Også denne gangen var ventilene (tre stk 12 rør) i tappetunnelen (tunnel/kulvert) åpne under hele flommen. Kapasiteten er ikke kjent. Vannføringen ved Frank Mohn Services består av summen av vannføringen gjennom ventilene, avløpet under jernbanebrua og tilsiget i restfeltet. Restfeltet er lite og bidraget her er av mindre betydning. Hvor mye vann som gikk under jernbanebrua (se bildet over) er vanskelig å si eksakt pga uryddige strømningsforhold. Våre beregninger viser at det med slik vannstand har gått en vannføring ut under jernbanebrua på 13 m³/s på det meste. Med tillegg for det som tappes gjennom rørene ved Gobil og et mindre bidrag fra restfeltet, kan den totale vannføringen ha vært opp i en m³/s. Denne vannføringen er over den beregnede kapasiteten til rørene og dette medførte at vannet oversvømte den asfalterte plassen utenfor Frank Mohn Services. Begge bildene over viser denne situasjonen i nærheten av flomtoppen. Usikkerhet, nødvendige avklaringer og videre diskusjoner Vår klare anbefaling er at kapasiteten under jernbanebrua må økes ved å fjerne midtpillaren og bygge ny overløpsterskel nedstrøms brua. Om vi med dette tiltaket oppnår den kapasiteten som var i den naturlige utløpsosen før jernbanebrua ble bygd er vanskelig å si noe om uten at naturtilstanden dokumenteres gjennom kart og byggetegninger for brua. Fjerning av pillar og opprensking generelt vil bedre kapasiteten betraktelig i forhold til dagens situasjon. Dette betyr at flomvannstandene i Grimevatnet gjennomgående blir lavere enn i dag.

8 8 I det videre arbeidet blir det viktig å finne ut om det er mulig å få den forutsatte tappekapasiteten gjennom dagens tappesystem (kulvert/tunnel) etter innsetting av ny flomluke. Dette er det vanskelig å si noe om uten at vi har målt opp dimensjoner og høydeforskjeller. I følge en person som var på lakkeringsverkstedet da vi var på befaring først uka i juli, hadde Bloms oppmåling vært og målt opp her like i forkant. I det videre arbeidet trenger vi tilgang til oppmålingsresultatene, slik at vi får vurdert kapasiteter og muligheter/begrensninger her. Litt mer om forutsetninger i beregning av startvannstand og vannstandsstigningen Det er lite trolig at en flomsituasjon innledes med helt tørt vassdrag. Vi kan derfor ikke forutsette at tapping kan skje uten ett visst tilsig i vassdraget. Forutsetningen om en vannføring på det dobbelt av gjennomsnittet over et midlere år mener vi er et minimum. Det er flere andre faktorer som påvirker de endelige resultatene. Vi vet per i dag ikke om det er mulig å få ønsket kapasitet gjennom ny flomluke fra Grimevatnet, siden vi ikke kjenner de fysiske forutsetningene gitt av kanal og tunnel. Resultatene blir derfor å betrakte som foreløpige. I de modellene vi har etablert er det nå enkelt å variere flere av forutsetningene. Vi kan dermed relativt enkelt se hvordan endringer i forutsetningene påvirker resultatene. Generelt om hydrologien i vassdraget Som også diskutert på møtet på Kokstad i midten av juni i år, viser analyse av flommene i representative vassdrag med vannføringsobservasjoner at store flommer kan opptre hele vinterhalvåret fra september til og med mars. Dette kommer blant annet frem av flomrosen for Dyrdalsvatn basert på observasjonsdata fra , som er vist under Dyrdalsvatn vannføring ver:1 middelverdier HYDAG_POINT April Døgn-verdier m 3 /s 8 Mai Mars Tid 6 Februar Juni 4 2 Januar m 3 /s m 3 /s Juli 2 Desember 4 August 6 November September 8 m 3 /s Oktober

9 9 Annet: Generell opprensking av vassdraget er viktig. Rydding av trær (noen bør stå igjen og gi skygge/skjul for fisk). Trær og rask kan tette rør og kulverter og dette kan gi dramatiske konsekvenser i en flomsituasjon. Myrdalsvatnet og dempning der er ikke vurdert i denne omgang. Modell for flomberegning er etablert. Hvor stor dempningen som kan oppnås blir avhenging av valgte tappeløsninger og utforming av eventuelt nytt overløp. Vi har ikke vurder endring i tilsig som følge av urbanisering. Dette kan imidlertid i betydelig grad ha endret på flomforløpet, både i forhold til våre beregninger og også NVE sin flomfrekvensanalyse basert på ikke urbane observasjonsserier. Om urbaniseringen også har medført mer erosjon og sedimenttransport har vi heller ikke vurdert. Ut fra kart for utbygging av Bybanen i Bergen (kart 5-101) er det ikke vist utfylling i Nesttunvatnet. Om bygging av bybanen er mulig uten utfylling kan vi ikke si noe om i dag, men det presenterte kartet viser ikke utfylling i Nesttunvassdraget.