INNHOLDSFORTEGNELSE 1 INNLEDNING...

Transkript

1

2 2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 INNLEDNING KONKLUSJONER ALTERNATIVER METODE DATAGRUNNLAG NUMERISK MODELLERING Kalibrering RESULTATER Alternativer Bølgehøydeobservasjoner REFERANSER... 24

3 3 1 INNLEDNING I forbindelse med Statens vegvesen sitt anbud for drift av fergeforbindelsen over Vestfjorden: Bodø Moskenes Værøy Røst Bodø, viser det seg at man har behov for å foreta justeringer av innseilingen til Moskenesvågen for å tilpasse innseilingen til størrelsen på de nye gassfergene som skal settes inn i trafikk mai /juni Vegvesenet ønsker å avkorte moloen fra Breiland og evt. legge en kort arm inn i vågen for å kompensere for utvidelsen av innseilingen. De nye gassfergene er lengre, har noe større dybde og adskillig større PBE kapasitet. I følge Torghatten Nord (fergeselskapet) må de ha en seilingsbredde på 90 m med dybde 6 m for å kunne trafikkere innseilingen. Kystverket ønsker å vurdere hvordan en utvidelse av seilløpet vil endre bølgemønster etc. inne i selve vågen, og har bedt om en vurdering av en eventuell endring sett i forhold til de anbefalinger anlegget ble bygd etter i sin tid, og øvrige faktiske forhold. I denne rapporten har vi undersøkt konsekvensen av ulike måter å sørge for en innseilingsbredde som er tilfredsstillende for de nye fergene. Analysen er gjort med bakgrunn i numerisk modellering utført i forbindelse med dette prosjektet, og det er sammenlignet med resultater fra en laboratorie-undersøkelse utført i 1979 ved SINTEF. Vurderingen av de enkelte alternativer er gjort ved å sammenligne med dagens situasjon.

4 4 2 KONKLUSJONER Det er foretatt en analyse av mulige tiltak for å utvide bredden av innseilingen til Moskenesvågen samtidig som bølgeforholdene inne i vågen ikke blir merkbart dårligere. Analysen er foretatt med en numerisk modell som er en såkalt fase-modell, der enkeltbølger med gitt høyde, retning og periode kan studeres i detalj. Det er også foretatt en kalibrering av modellen med utgangspunkt i laboratorieforsøk som ble utført av SINTEF i 1979/1980. I kalibreringen er det vurdert en spektral modell og en fasemodell. 1. Kalibreringsstudien viser at fasemodellen gir best resultat. Fasemodellen gir estimater på bølgehøyder som er nær resultatene fra modellforsøkene, og den gir også riktig tendens i spredningen av bølger inne vågen. Generelt synes det som om effekten av diffraksjon er undervurdert i fasemodellen. Spektralmodellen gir et grovt bilde av bølgene inne i havna, og både refraksjon og diffraksjon synes å være undervurdert. 2. Både østre og vestre molo er viktige for å opprettholde gode forhold i havna, og det er ikke realistisk å oppnå den ønskede seilingsbredde på 90 m ved bare å redusere lengden på moloene. 3. Den effektive seilingsbredden kan økes til nær 90 m ved å fjerne deler av Lyktodden slik at den nødvendige svingemanøveren reduseres og ferga får en mer rett innseiling. En fjerning av inntil 70 m av Lyktodden ned til en dybde på 7 m gir ingen eller svært små negative effekter inne i havna. 4. Dersom en effektiv seilingsbredde på 90 m skal oppnås, må man (i tillegg til tiltak på Lyktodden) foreta mindre justeringer av moloene. Analysene viser at det er mest gunstig å redusere lengden på østre molo med ca 15 m, samtidig som moloen forlenges med ca 40 m i nordlig retning. Dette vil gi en liten økning i bølgehøydene i innseilingen og midt i bassenget, men for øvrig uforandrete eller bedre forhold ved kaiene.

5 5 3 ALTERNATIVER Prosjektet og mulige løsningsalternativer ble diskutert i et møte i Trondheim , der representanter for Kystverket (inkludert los), Torghatten Trafikkselskap og SINTEF deltok. Noen innledende studier av bølgene var utført og ble presentert i møtet. Man konstaterte at bredden i dagens innseiling er svært nær 90 m, men på grunn av at seilingsretningen er skrå i forhold til midtlinjen blir den effektive bredden redusert til anslagsvis m. I møtet ble det konkludert med følgende: 1. Vestre molo fanger opp den største delen av bølge-energien og bør ikke endres vesentlig. Vestre molo ligger også på en tidligere grunne. 2. De nye fergene trenger 90 m bredde (vinkelrett på seilingsretningen) og har 4.5 m dyptgående. Dybden i havna bør være 6.0 m. 3. Følgende alternativer undersøkes: A. Dagens forhold undersøkes som referansetilfelle B. Ny, kort molo fra Sjåholmen i retning sørvest C. Fjerning av deler av Lyktodden. D. Dersom fjerning av deler av Lyktodden er vellykket, eventuelle andre tiltak som ansees som nødvendige for å opprettholde akseptable bølgeforhold i havna. 4. Nye seilingsmerker (fyr, lykter, indirekte belysning installeres etter behov). 4 METODE Man benytter numerisk modellering til å undersøke de nye tilfellene. I dette tilfellet er to ulike numeriske modeller aktuelle STWAVE, som er en spektral element-modell der et bølgespektrum sendes inn mot modellområdets render, og det resulterende spektrum i ulike punkter i modellområdet beregnes. Modellen tar hensyn til refraksjon, grunning og brytning. Modellen regnes som god for større områder, men mindre godt egnet for studier av detaljer omkring f eks moloer, mindre formasjoner på land, etc. CGWAVE, som er en fasemodell der hver enkelt bølges bevegelse over bunnen beregnes. Fordelen er at man oppnår en meget god og detaljert beskrivelse av refraksjon, diffraksjon, grunning og brytning, men en ulempe er at beskrivelsen i et tilfelle bare gjelder for en bølgehøyde, en bølgeperiode og en innkommende retning. I vårt tilfelle har vi benyttet STWAVE til å bestemme bølgeretningen inn mot havna. Deretter er det gjort noen studier av forholdene inne i havna ved hjelp av begge modeller, og disse resultatene er sammenlignet med resultater fra modell-forsøkene i laboratoriet ved SINTEF i 1979 (1). Denne kalibreringen gir grunnlaget for å velge hvilken modell som benyttes i den videre analysen. Deretter er det undersøkt ulike alternativer med den best egnede modellen. Alternativene vurderes etter hvor stor endring det blir i forhold til dagens situasjon.

6 6 5 DATAGRUNNLAG Datagrunnlaget for denne studien er i det vesentlige kartdata. 1. Diverse kart og opploddinger foretatt av Kystverket 2. Dybdedata fra Arealis.no (NGU) 3. Bølgedata fra gridpunkt LP (DNMI) 6 NUMERISK MODELLERING 6.1 Kalibrering Kalibreringen er utført for dagens situasjon i Moskenesvågen, dvs et alternativ i rapporten fra 1979/1980 (1) tilsvarende alternativ f eller f2. Vi er usikker på hvilket av disse alternativene som endelig ble valgt, men forskjellen er liten, og betyr i praksis lite. Kalibreringen er foretatt ved et valgt tilfelle som er dokumentert i laboratoriet. Tabell 1 Data for kalibreringsstudium Parameter Laboratorium STWAVE CGWAVE Inngående bølgehøyde H s = 3.8 m H s = 1.0 m H = 1.0 m Inngående periode T p = 12 s T p = 12 s T = 12 s Inngående bølgeretning 167.5º 150º 150º Oppløsning (rutestørrelse) -- 6 x 6 m m Inngående bølgehøyde er ulik i de tre tilfellene, men bølgehøyden normaliseres uansett ved å introdusere en bølgehøydekoeffisient: ; der H x er (signifikant) bølgehøyde i punkt x, og H inn er inngående (signifikant) bølgehøyde. Avviket i retning spiller ingen rolle fordi testene viser at retningen ved innløpet til havna vil være ca 145º uansett retning på de innkommende bølgene. Målepunktene fra modellforsøkene er vist i Figur 1, der punktene C J ligger inne i dagens havn. Observasjonen i et punkt er middelverdien fra 4 individuelle målere. Alternativet f er vist i Figur 2. Alternativ f2 er identisk med f, bortsett fra at det mangler den ytterste buede delen av den vestre moloen.

7 Figur 1 Plassering av målesoner i modellforsøkene fra 1979/1980 (1). 7

8 Figur 2 Noen av alternativene fra modellforsøkene 1979/1980 (1). 8

9 9 Figur 3 Modellering av bølger med spektral modell (STWAVE), innkommende retning 150, signifikant bølgehøyde H s = 1.0 m og spektral topp-periode T p = 12 s. Et eksempel på bruk av den spektrale STWAVE-modellen er vist i Figur 3, og eksempler på bruk av CGWAVE-modellen er vist senere i kapittel 7.2. I kalibrerings-studien er noen styringsparametere variert for å se hvilket sett som gir best tilpasning. Variasjonene er vist i Tabell 2, og det endelige resultat er vist i Figur 4. Som forventet er det CGWAVE med sin detaljerte modellering ev enkeltbølger som gir best resultat. STWAVE gir et resultat i korrekt størrelsesorden, men har litt avvikende tendenser, spesielt for punktene E (for høy) og H og I (for lav). Man kan også merke seg at for disse bølgene i dønningsområdet s gir det best samsvar å neglisjere både bunnfriksjon og refleksjon fra land. For det videre arbeid vil vi derfor benytte CGWAVE-modellen uten bunnfriksjon og med refleksjonskoeffisient = 0.0.

10 Bølgehøydekoeffisient 10 Tabell 2 Varianter av undersøkte modeller Symbol Variant CG12_1 CGWAVE med refleksjonskoeffisient 0.0 og avlest verdi i midten av hver sone CG12_2 CGWAVE med refleksjonskoeffisient 0.0 og karakteristisk verdi i hver sone CG12/0.5 CGWAVE med refleksjonskoeffisient 0.5 CG12/0.25 CGWAVE med refleksjonskoeffisient 0.25 CG12 CGWAVE med refleksjonskoeffisient 0.0 og bunnfriksjons koeffisient 0.12 ST12 30 STWAVE med retningsspredning 30 ST12 45 STWAVE med retningsspredning 45 ST12 60 STWAVE med retningsspredning 60 og retning 167.5º f f2 CG 12_1 CG12_2 CG12/0.5 CG12/0.25 CG12 ST 12/30 ST 12/45 ST 12/60 Sammenligning av resultater fra numerisk modell og laboratorium 0.00 Figur 4 C D E F Punkt nr G H I J Resultat fra sammenligning av laboratoriemodell og numeriske modeller. Laboratoriedata vist som fet svart strek, spektralmodellen STWAVE som stiplet farget strek, og fasemodellen CGWAVE som hel, farget strek.

11 11 7 RESULTATER 7.1 Alternativer De alternativene som er testet er beskrevet i Tabell 3. Figur 10 viser posisjoner der bølgehøyden er observert og brukt som sammenligningsgrunnlag for alternativene. Disse posisjonene er steder der en fra flyfoto kan konstatere at det finnes kaier. Tabell 3 Beskrivelse av alternativer Alternativ Beskrivelse Figur 0 Eksisterende Figur m molo mot SV fra Sjåholmen Figur 6 2 Fjernet 70 m av Lyktodden Figur 7 3 Fjernet 70 m av Lyktodden, forkortet vestre molo med 40 m + Figur 8 vinklet forlengelse med 35 m mot nord 4 Fjernet 70 m av Lyktodden, forkortet østre molo med 15 m + vinklet forlengelse med 40 m mot nord Figur 9 Figur 5 Eksisterende situasjon

12 12 Figur 6 Alt 1: Molo fra Sjåholmen Figur 7 Alt 2: Fjerning av deler av Lyktodden

13 13 Figur 8 Alt 3: Fjerning av deler av Lyktodden + omlegging av vestre molo Figur 9 Alt 4: Fjerning av deler av Lyktodden + omlegging av østre molo

14 Figur 10 Posisjoner for observasjon av bølgehøyder 7.2 Bølgehøydeobservasjoner Resultat fra analysene for de ulike alternativene ved en periode på 12 s er vist i Figur 11 - Figur 15. Figurene viser vannoverflaten (bølgeformen) i et tilfeldig valgt øyeblikk med innkommende bølger fra retning 150. Ved å gjennomføre slike simuleringer for periodene 8, 10, 12, 14, 16 og 18 s kan vi lese av bølgehøyden i punktene 1 9 og få et begrep om hvor effektive de enkelte løsningene er. Bølgehøydekoeffisienten for eksisterende situasjon + 3 alternativer er vist i Figur 16 - Figur 18 for periodene 12, 14 og 16 s, som antas å være det området der de høyeste bølgene forekommer. Vi ser at forskjellene er små mellom de ulike alternativene, og at Alt 3 og Alt 4 er de som peker seg ut som tydelig bedre enn de andre. Vi merker også at Alt 1 (molo fra Sjåholmen) ikke synes å ha noen positiv effekt, og stedvis kan ha en negativ effekt. Vi ønsker også å se på den relative endringen i bølgene i havna, sammenlignet med hvordan tilstanden er i dag. Vi beregner derfor endringen i bølgehøydekoeffisienten, uttrykt ved: ; der C x er bølgehøydekoeffisienten for alternativ x og C 0 er bølgehøydekoeffisienten for eksisterende situasjon, begge ved en gitt periode T og i et bestemt punkt. Generelt vil en a-verdi mindre enn 1.0 bety en redusert bølgehøyde og oppfattes som positivt.

15 15 For å gi en bedre oversikt, har vi delt inn Moskenesvågen i 3 soner: 1. Vest (punktene 1, 2, 3) 2. Sentralt (punktene 4, 8, 9) 3. Øst (punktene (5, 6, 7) Koeffisienten a er vist for Alt 1(Figur 19 - Figur 21), Alt 2 (Figur 22 - Figur 24), Alt 3 (Figur 25 - Figur 27) og Alt 4 (Figur 28 - Figur 30). Av disse figurene ser vi at Alt 1 kun gir en signifikant forbedring i den sentrale delen av havna. For både øst og vest er det ingen endring eller en økning i bølgehøyde. For Alt 2 er bildet noe mer nyansert. Vi ser at bølgehøyden øker noe i vestre del av havna, er uforandret den sentrale delen, og går litt ned i østre del. Alt 3 er en tilpasning og forbedring av svakhetene ved Alt 2, og her ser vi at man stort sett har klart å redusere bølgehøydene i den østre delen ved hjelp av den lille forlengelsen av vestre molo. For den sentrale delen er det oppnådd en merkbar reduksjon med unntak av periodeområdet rundt 18 s. For 18 s er det en økning, men så høy periode er sjeldent forekommende her, i tillegg til at de høyeste bølgene i åpent hav vil komme ved perioder rundt s. For den østre delen er det også en merkbar forbedring, med unntak av punkt 7, som vil få en viss økning i bølgehøyden på grunn av refleksjoner fra den nye molo-forlengelsen. Alt 4 er svært likt Alt 3, og gir generelt en forbedring i hele havna. Vi unngår refleksjonen i Alt 3 fra vestre molo som gir en økning i Punkt 7. Samtidig gir ikke forlengelsen av østre molo i Alt 4 en tilsvarende refleksjon mot vest både fordi bølgene ikke treffer denne moloen med en vinkel som gir refleksjon, og fordi vestre molo stikker så langt mot nord at den vil fange opp den refleksjonen som kommer. Sammenligner vi disse resultatene med kalibreringsresultatene (Figur 4), kan vi forvente at den numeriske modellen gir litt for høye bølgehøyder i den sentrale delen, og litt for lave verdier i øst og vest. Det kan synes noe unaturlig at man skal få en redusert bølgehøyde inne i havna i Alt 3 og Alt 4 etter at man har både utvidet havneinnløpet (fjernet deler av moloen) og åpnet området utenfor innløpet (fjernet deler av Lyktodden). Forklaringen er sannsynligvis at ved å fjerne deler av Lyktodden ledes mer bølge-energi inn i bukta mellom Lyktodden og vestre molo (Brøsselvåg). Det oppstår refraksjon av bølgene over det utdypede partiet på Lyktodden, slik at mindre energi når fram til molo-åpningen.

16 16 Figur 11 Alt. 0: Bølger med periode T = 12 s, bølgehøyde H = 1.0 m, retning 150º Figur 12 Alt. 1: Bølger med periode T = 12 s, bølgehøyde H = 1.0 m, retning 150º

17 17 Figur 13 Alt. 2: Bølger med periode T = 12 s, bølgehøyde H = 1.0 m, retning 150º Figur 14 Alt. 3: Bølger med periode T = 12 s, bølgehøyde H = 1.0 m, retning 150º

18 Bølgehøydekoeffisient 18 Figur 15 Alt. 4: Bølger med periode T = 12 s, bølgehøyde H = 1.0 m, retning 150º Periode T = 12 s Alt 0 (eks) Alt 1 Alt 2 Alt 3 Alt Punkt nr Figur 16 Bølgehøydekoeffisient, alle alternativ, periode 12 s

19 Bølgehøydekoeffisient Bølgehøydekoeffisient 19 Periode T = 14 s Alt 0 (eks) Alt 1 Alt 2 Alt 3 Alt Punkt nr Figur 17 Bølgehøydekoeffisient, alle alternativ, periode 14 s Periode T = 16 s Figur Alt 0 (eks) 0.4 Alt Alt Alt Alt Punkt nr Bølgehøydekoeffisient, alle alternativ, periode 16 s

20 Koeffisient Koeffisient Koeffisient 20 2 Vest: Alt 1/ Eksisterende Punkt 1 Punkt 2 Punkt Bølgeperiode s Figur 19 Alt 1, Vest. Relativ endring i bølgehøyder 2.00 Sentralt: Alt 1/ Eksisterende Punkt 4 Punkt 8 Punkt Bølgeperiode s Figur 20 Alt 1, sentralt. Relativ endring i bølgehøyder 2.00 Øst: Alt 1/ Eksisterende Punkt 5 Punkt 6 Punkt Bølgeperiode s Figur 21 Alt 1, Øst. Relativ endring i bølgehøyder

21 Koeffisient Koeffisient Koeffisient Vest: Alt 2/ Eksisterende Punkt 1 Punkt 2 Punkt Bølgeperiode s Figur 22 Alt 2, Vest. Relativ endring i bølgehøyder 2.00 Sentralt: Alt 2/ Eksisterende Punkt 4 Punkt 8 Punkt Bølgeperiode s Figur 23 Alt 2, Sentralt. Relativ endring i bølgehøyder 2.00 Øst: Alt 2/ Eksisterende Punkt 5 Punkt 6 Punkt Bølgeperiode s Figur 24 Alt 2, Øst. Relativ endring i bølgehøyder

22 Koeffisient Koeffisient Koeffisient Vest: Alt 3/ Eksisterende Punkt 1 Punkt 2 Punkt Bølgeperiode s Figur 25 Alt 3, Vest. Relativ endring i bølgehøyder 2.00 Sentralt: : Alt 3/ Eksisterende Punkt 4 Punkt 8 Punkt Bølgeperiode s Figur 26 Alt 3, Sentralt. Relativ endring i bølgehøyder 2.00 Øst: : Alt 3/ Eksisterende Punkt 5 Punkt 6 Punkt Bølgeperiode s Figur 27 Alt 3, Øst. Relativ endring i bølgehøyder

23 Koeffisient Koeffisient Koeffisient Vest: Alt 4/ Eksisterende Punkt 1 Punkt 2 Punkt Bølgeperiode s Figur 28 Alt 4, Vest. Relativ endring i bølgehøyder 2.00 Sentralt: Alt 4/ Eksisterende Punkt 4 Punkt 8 Punkt Bølgeperiode s Figur 29 Alt 4, Sentralt. Relativ endring i bølgehøyder 2.00 Øst: Alt 4/ Eksisterende Punkt 5 Punkt 6 Punkt Bølgeperiode s Figur 30 Alt 4, Øst. Relativ endring i bølgehøyder

24 24 8 REFERANSER 1. Bjørdal S: Moskenesvågen Havn Modellforsøk, SINTEF rapport nr STF60 F80043, levert til Statens Havnevesen, 4. Distrikt, april 1980.