Statens vegvesen Region Midt. Fv. 715 Olsøybrua med tilløpsfylling Flom- og vannlinjeberegning, isproblem og erosjonssikring

Transkript

1 Statens vegvesen Region Midt Fv. 715 Olsøybrua med tilløpsfylling Flom- og vannlinjeberegning, isproblem og erosjonssikring

2

3

4

5 rao4n Innhold 1 Innledning Plassering av den planlagte broen Flomberegning Vannlinjeberegning Beregningsprogram Grunnlag og forutsetninger Elvens geometri Elvens ruhet Grensebetingelser Vannstand og vannhastighet for dagens situasjon Bilder fra storflommen i Vannstand og hastighet for 10-års flom uten veifylling og bro Vannstand og hastighet for 200-års flom uten veifylling og bro Vannstand og vannhastighet med 90 m bro Generelt om beregning av broen Vannstand og hastighet for 10-års flom med bro Vannstand og hastighet for 200-års flom med veifylling og bro Forbehold og usikkerhet Om isproblemene i Skauga Generelt om isgang og ispropp Generelt om broer og is hva må vi tenke på? Hva beboerne på Furuseth forteller om isproblemene i Skauga NVEs observasjoner av isgang Sammendrag av observasjonene Vurdering av isproblem ved Olsøybrua Vil den planlagte veifyllingen og broen føre til at isen setter seg fast? Vil en naturlig ispropp skade broen? Vil bropilarene tåle kreftene fra en isgang? Tapt lagringsplass for is Hva med isen som renner over jordet der veifyllingen kommer? Erosjonssikring og terrengforming Eksisterende erosjonssikring Observerte erosjonsskader Hvilke erosjonsproblem kan den nye veifyllingen og broen føre til? Områdene som bør erosjonssikres Utforming av erosjonssikringen Sammendrag og vurdering Fv. 715, Olsøybrua med tilløpsfylling. Flomli j b i 1 Oppdrag ; p:\251\ olsøybrua, flom og vannlinjeberegninger\08 rapporter\rapporter\ fv715 olsøybrua flom og vannlinjeberegning, isproblem og erosjonssikring.docx

6 Vedlegg Vedlegg 1: Flomberegning Vedlegg 2: Lengdeprofil av broen rao4n Oppdrag ; p:\251\ olsøybrua, flom og vannlinjeberegninger\08 rapporter\rapporter\ fv715 olsøybrua flom og vannlinjeberegning, isproblem og erosjonssikring.docx Fv. 715, Olsøybrua med tilløpsfylling. Flomli j b i

7 1 Innledning På oppdrag fra Statens vegvesen, Region Midt, har Sweco Norge AS (Sweco) i Trondheim utført en hydrologisk og hydraulisk vurdering av den planlagte veifyllingen og Olsøybrua. Denne rapporten omfatter: Beregning av 200-års flom basert på frekvensanalyse av vannføring Økning av flomstørrelsen for å ta hensyn til forventet klimaendring Vannlinjeberegning for 200-års flommen Forslag til vanngjennomløp Vurdering av isgang Vurdering av erosjonssikring Sweco har NVE-godkjenning for flomberegning og beregning av flomavledning for alle typer dammer og flomløp. 1.1 Plassering av den planlagte broen Den planlagte broen og fyllingen ligger på ny fylkesvei 715 i Rissa kommune på Fosen i Sør- Trøndelag. Den krysser elva Skauga. Figur 1 viser plasseringen. Broen vi har beregnet er 9 meter kortere enn broen på figuren. I vedlegg 2 er et lengdeprofil av broen. Figur 1 Plassering av planlagt bro og veifylling 1

8 2 Flomberegning Flomberegning er å bestemme sammenhengen mellom flommens gjentaksintervall og vannføring, f.eks. at 100-årsflommen er på 300 m 3 /s. Vannføringen kan deretter brukes til å bestemme vannstand og hastighet. Vi har beregnet vannføringen for 200-års flommen, og noen mindre flommer. Fordi vi venter at flommene vil bli større i fremtiden har vi gitt et klimatillegg ved å øke vannføringen med 20 %. Resultatene er vist t tabellen under. Beregningene er beskrevet i et eget notat (vedlagt). Gjentaksintervall Vannføring uten klimatillegg (m 3 /s) Vannføring med klimatillegg (m 3 /s) Middelflom års flom års flom års flom Vannlinjeberegning Vannlinjeberegning er å beregne hvor høyt vannet stiger for ulike vannføringer. I tillegg gir beregningene andre viktige opplysninger, f.eks. vannhastighet som vi bruker til å dimensjonere erosjonssikring. 3.1 Beregningsprogram Til vannlinjeberegning er det vanlig å bruke et endimensjonalt beregningsprogram, f.eks. HEC-RAS. Da beskrives elven med tverrprofil med meter mellom, og programmet beregner gjennomsnittlig vannstand og hastighet i hvert profil. Endimensjonal beregning er godt egnet der strømningen er ganske lik i hele tverrprofilet. Til disse beregningene har vi brukt et program som beregner strømningen i to dimensjoner (retninger), River Flo 2D. Todimensjonal beregning er bedre egnet her, fordi vannet strømmer i ulike retninger i elveløpet og på flomslettene, og fordi vi har betydelig sammentrekning og utvidelse når vannet passerer broen. En todimensjonal modell gir også mer detaljerte opplysninger om vanndybde- og hastighet. Figur 2 viser hvordan modellen deler opp beregningsstrekningen i element (mesh). For mer opplysninger om programmet vi brukte, se Grunnlag og forutsetninger For vannlinjeberegningen trenger vi: En vannføring, f.eks. for en 200-års flom Elvens geometri (terrengets form) 2

9 Elvens ruhet (strømningsmotstand) Grensebetingelser Broens størrelse Elvens geometri En beskrivelse av elva og terrengets form må inn i strømningsmodellen. Vi har brukt digitalt kart med 1 m ekvidistanse fra Statens vegvesen. I tillegg har vi målt inn 11 tverrprofil av elveløpet. Begge deler ble kombinert for å lage en modell av terrenget. Vi mener høydemodellen gir en god beskrivelse av elven og terrenget Elvens ruhet I strømningsmodellen må vi legge inn elvens og terrengets ruhet (strømningsmotstand) uttrykt ved Manningskoeffisient, n. Vi har brukt følgende verdier: Elveløpet: n = 0,03 Områder med skog: n = 0,08 Områder med åker/jorder: n = 0,035 Helst vil vi kalibrere modellen mot observerte vannstander, men vi har ikke kalibreringsdata for Skauga. Derfor har vi brukt erfaringstall fra håndbøker Grensebetingelser Vi må legge inn vannstanden i nedstrøms ende av beregningsstrekningen som en forutsetning i modellen. Vi vet ikke vannstanden ved 200-års flom, så den må vi anta. For å unngå at feil i nedstrøms vannstand påvirker vannstanden ved broen, har vi ført modellen ca. 1,5 km nedstrøms den planlagte broen. Det er så langt at selv om vi gjør feil når vi antar vannstanden i nedstrøms ende, så vil ikke feilen forplante seg opp til broen. Figur 2 Todimensjonal beregningsmodell for Skauga (triangelnett) 3

10 4 Vannstand og vannhastighet for dagens situasjon Dette kapitlet viser noen observasjoner fra storflommen i 2006 og beskriver beregnet vannstand og vannhastighet for dagens situasjon (uten veifylling og bro) for 10- og 200- års flom. 4.1 Bilder fra storflommen i 2006 I januar 2006 var det stor flom på Fosen. Vi har ikke målinger i Skauga, men for målestasjonen Krinsvatn, som ikke ligger så langt unna, har NVE anslått at det var en 200-års flom. Stasjonen har vært i drift i 90 år, og flommen i 2006 var den klart største. Otto Alseth, som bor på Furuseth, tok flere bilder under flommen. Et utvalg er vist under. Figur 3 Storflommen i Fra brua til Furuseth og oppover 4

11 Figur 4 Storflommen i Broen og veifyllingen vil komme over jordet i bakgrunnen. Furuseth ligger til høyre, utenfor bildet Figur 5 Storflommen i Skauga sett mot Furuseth 5

12 4.2 Vannstand og hastighet for 10-års flom uten veifylling og bro For å vise situasjonen ved Olsøy for en vanlig flom, har vi gjort vannlinjeberegning for 10-års flom uten klimatillegg. 10-års flom er også viktig fordi vannressursloven definerer vassdraget som området innenfor flomsonen til 10-års flommen. Figur 6 viser vannstand og hastighet. Vi ser at storparten av jordet der veifyllingen kommer er oversvømt, og at noe av vannet kutter svingen og renner over jordet. Figur 8 viser kart med kotehøyder for terrenget. 4.3 Vannstand og hastighet for 200-års flom uten veifylling og bro Den nye broen skal dimensjoneres for 200-års flom. For å vise situasjonen uten bro, og for å ha et grunnlag for sammenlikning, har vi beregnet 200-års flommen. Figur 7 viser vannstand og hastighet. Hele jordet der veifyllingen kommer er oversvømt. Mye vann kutter svingen og renner over jordet. 6

13 Dagens situasjon 10-års flom Vannstand (moh.) 39,25 38,50 39,00 38,75 Vannhastighet (m/s) 3,0 2,0 2,0 1,0 Figur 6 Vannstand og vannhastighet i dagens situasjon (10-års flom) 7

14 Dagens situasjon 200-års flom Vannstand (moh.) Vannhastighet (m/s) Figur 7 Vannstand og vannhastighet i dagens situasjon (200-års flom) 8

15 5 Vannstand og vannhastighet med 90 m bro Dette kapitlet beskriver situasjonene med en 90 meter lang bro for 10- og 200-års flom Generelt om beregning av broen I beregningsmodellen er veifyllingen på nordsiden av elven lagt inn som et blokkert område der vannet ikke kan strømme (Figur 8). Det blokkerte området har vertikale vegger, som følger fyllingsfoten. Den virkelige fyllingen heller 1:7 mot jordene og 1:2 under broen. Derfor har vannet mer plass i virkeligheten enn i beregningsmodellen. Virkelig vannstand vil derfor bli noe lavere enn beregnet. Vi mener forskjellen vil være mindre enn 5 cm. Broen vi har beregnet er 90 m lang. Landkaret ligger på profil (profilnummerering per 22.februar 2013). Fordi veifyllingen heller 1:2 under broen, er lysåpningen i modellen mindre enn brolengden. Etter at vi gjorde beregningene er brolengden økt med 9 m Figur 8 Plassering av planlagt veifylling for 90 m bro. Tallene er kotehøyde i moh. 9

16 5.2 Vannstand og hastighet for 10-års flom med bro Figur 9 viser vannstand og hastighet. Vannstanden der broen kommer er uforandret, ca. 38,75 moh, men broen hever vannstanden oppstrøms med ca. 0,25 m. Fyllingen avskjærer vannstrømmen over jordet og leder vannet mot enden av fyllingen. Der får vi et område med høy vannhastighet. 5.3 Vannstand og hastighet for 200-års flom med veifylling og bro Figur 10 viser vannstand og hastighet. Vannstanden der broen kommer øker til ca. 39,50 moh. Broen hever vannstanden oppstrøms ca. 0,5 m. Fyllingen avskjærer vannstrømmen over jordet og leder vannet mot enden av fyllingen. Der får vi et område med høy vannhastighet. 10

17 Bro med 90 meter åpning 10-års flom Vannstand (moh.) 38,25 39,25 38,50 38,75 39,00 Vannhastighet (m/s) 1,0 3,0 4,0 3,0 Figur 9 Vannstand og vannhastighet med 90 m bro (10-års flom) 11

18 Bro med 90 meter åpning 200-års flom Vannstand (moh.) Vannhastighet (m/s) 1,0 4,5 1,0 4,0 3,0 Figur 10 Vannstand og vannhastighet med 90 m bro (200-års flom) 12

19 5.3.1 Forbehold og usikkerhet Vi har ikke kalibrert modellen mot observerte flomvannstander. Manningskoeffisientene (strømningsmotstand) er erfaringstall fra håndbøker. Slike erfaringstallene bygger på endimensjonale beregninger. Todimensjonale modeller, som vi har brukt her, gir ofte høyere vannstand enn endimensjonale modeller når man bruker samme Manningskoeffisient. Vi mener derfor at vannstandene vi har beregnet, er høyere enn sann vannstand ved 200-års flom. For å vurdere ulike broalternativ er det endringen i vannstand med og uten bro, som er viktigst. Vi mener at endringene vi beregner, f.eks. vannstand med og uten bro, er tilstrekkelig nøyaktig. Vi mener det er tilstrekkelig med sikkerhetsmargin på 0,5 m i forhold til vannstanden for en 200-års flom. 13

20 6 Om isproblemene i Skauga 6.1 Generelt om isgang og ispropp Når vannet i elven kjøles ned dannes iskrystaller (sarr) i vannet. I elver med lite fall flyter isen opp og danner et islag på overflaten. I bratte partier fører turbulens til at sarr blandes ned i vannmassene og fryser fast i bunnen. Bunnisen kan bli så tykk at det dannes isdammer. Isen fører til mindre strømningstverrsnitt og større strømningsmotstand, enten det er overflateis eller bunnis. Vannstanden i en islagt elv blir derfor høyere enn uten is, selv om vannføringen er den samme. Isen i elva kan løsne, f.eks. pga. flom, og vil følge vannet nedover. Hvis isen møter en hindring kan den sette seg fast og danne en ispropp. Når ny is tilføres fra oppstrøms, vil proppen vokse og redusere strømningsarealet i elva. Ispropper kan føre til stor vannstandstigning og oversvømmelse på kort tid. Proppen kan stabilisere seg eller løse seg opp. Et brått sammenbrudd kan føre til en isgang, en bølge av vann og knust is nedover elven. Hvis isgangen møter nye hindringer, f.eks. et smalere løp, en krapp sving eller et fast isdekke, kan det oppstå en ny propp. 6.2 Generelt om broer og is hva må vi tenke på? Ved planlegging av broer i elver med hyppige isganger bør vi tenke på følgende: Broen skal ikke føre til at en isgang setter seg fast (ispropp). Den må være så høy og bred at isgangen kan passere. Hvis det er sannsynlig at det dannes en ispropp nedstrøms broen, så må broen tåle den økte vannstanden. Brokar og pilarer må tåle belastningen fra isgang. Isgang vil føre til ekstra erosjon. Isflak som støter mot elvebredden og presses ned ved pilarer og brokar, kan gi mye større belastning enn strømmende vann. Hvis gjennomløpet proppes med is, presses vannet under isen. Vannhastigheten kan bli større enn under flom. Dette må vi ta hensyn til når vi dimensjonerer erosjonssikringen. Broen / veien bør ikke føre til mindre lagringsplass for is. Under isgang kan mye is bli liggende på slettene langs elva. Når isen ikke følger med isgangen, blir det mindre problem nedstrøms. 6.3 Hva beboerne på Furuseth forteller om isproblemene i Skauga For å forstå isproblemene best mulig, har vi snakket med Otto Alseth og Arnold Furuseth som bor på Furuseth, rett nedstrøms den planlagte broen. Under er et sammendrag av det de sa (slik jeg oppfattet det): 14

21 Det er isganger i Skauga en eller flere ganger i året. Når isen kommer setter den seg ofte fast i den krappe venstresvingen ca. 350 m nedstrøms broen til Furuseth, og danner en ispropp. Ny is som elven fører med seg, hoper seg opp mot isen som har satt seg fast. Elven fylles med is til langt oppstrøms Furuseth. Når isen fyller hovedløpet bremser det vannet så vannstanden stiger slik at vann og is brer seg ut over jordene (Figur 14). Ved Furuset stiger vannstanden 2,5 til 3 m over normalvannstand i elva (til anslagsvis 38 moh.) Nesten hvert år stiger vannet så høyt at det er nødvendig å pumpe for å holde kjelleren tørr. Ca. hvert annet år stiger vannet så høyt at det går over veien mellom den eksisterende broen og hovedveien. En gang steg vannet spesielt høyt. Da kom det isgang tidlig på vinteren. Den dannet en ispropp som frøs til. Senere på vinteren kom en ny isgang som støtte mot den gamle, frosne isproppen. Da steg vannet så det gikk ca. 1 m over veien mellom broen og hovedveien (til anslagsvis 38,5 moh.). Deler av veien mellom gårdene på Furuseth ble også oversvømt. Dette skjedde antagelig i 1995 eller Når isproppen fester seg stiger vannet like høyt som det gjorde under storflommen i januar 2006, men vannhastigheten er mindre. Når vannstanden stiger og vannet renner ut på jordene der den nye veifyllingen kommer, kutter vannet svingen og renner rett over jordet. Vannet får ekstra fart og graver ofte bort jord. Vannet tar med seg mye is ut på jordene. Isen fører med seg grus, stein og kvist. Etter at isen har smeltet er det mye å rydde opp. NVE har foretatt omfattende kanalisering av Skauga lengre oppstrøms. Elva er rettet ut, fallet er økt, den har fått et ensartet tverrsnitt og breddene er erosjonssikret. Dette har forsterket isproblemene betydelig. Fordi forholdene er så like løsner isen samtidig på lange strekninger, og fordi elven er rettet ut blir isen lett transportert nedover. 6.4 NVEs observasjoner av isgang NVEs distriktsingeniør på Steinkjer, Roar Morten Gartland, var på befaring etter isgang i 2012, og tok bilder som vi har fått bruke. Under er noen av bildene han tok. 15

22 Furuseth Figur 11 Erosjonsskade etter isgang i mars Furuseth i bakgrunnen. Broen kommer i venstre kant av bildet. Rød strek viser omtrentlig plassering av broen Olsøygårdene Skauga Fv. 720 Figur 12 Rester etter isgang på jordet mellom Rv 720 og Skauga ved Olsøykrysset 16

23 Figur 13 Rester av isgang på bredden av Skauga. Olsøygårdene i bakgrunnen, Fv. 720 til venstre. 6.5 Sammendrag av observasjonene Skissen på neste side viser situasjonen når en ispropp setter seg fast. Isens avgrensning er ikke nøyaktig, hensikten er å vise prinsippet. Høydene på vannspeilet er anslått fra kart basert på det beboerne fortalte. 17

24 Figur 14 Prinsippskisse som viser virkningen av en ispropp i Skauga 18

25 6.6 Vurdering av isproblem ved Olsøybrua Under vurderer vi typiske isproblem i forhold til den planlagte veifyllingen og broen Vil den planlagte veifyllingen og broen føre til at isen setter seg fast? Broen vil krysse Skauga uten å snevre inn elven. Bropilarene vil bli plassert utenfor hovedløpet. På høyre side av elven (nordsiden) er en stripe med kantskog langs bredden (Figur 15). Mesteparten av isen følger hovedløpet, på elvesiden av kantskogen. Langs kantskog blir det ofte en tydelig skjærsone mellom strandet is og is i bevegelse (Figur 16). Det er broer over Skauga både oppstrøms og nedstrøms. 2,6 km oppstrøms den planlagte broen krysser fylkesvei 720. Åpningen mellom landkarene er ca. 30 m. I den åpningen er en bropilar av stein som er ca. 2 m bred. Ca. 500 m nedstrøms er en kommunal bro. Åpningen mellom pilarene er ca. 25 m og hele åpningen er ca. 35 m. Veifyllingen frem til broen ligger som en voll tvers over flomsletten på nordsiden av elven, 0,3 til 1 m høyere enn terrenget rundt. Vi har ingen opplysninger om at isen setter seg fast ved disse broene. Fordi bropilarene plasseres utenfor hovedløpet, og underkant av broen er høyere enn isgangen, mener vi at broen ikke vil øke faren for ispropper i hovedløpet. Planlagt veitrasé Kantskog Figur 15 Kantskog langs Skauga 19

26 Figur 16 Eksempel på skjærsone mellom strandet og bevegelig is (ikke fra Skauga) Vil en naturlig ispropp skade broen? En isgang kan sette seg fast og danne en ispropp som ikke skyldes broen. Det kan føre til høy vannstand og oversvømmelse oppstrøms proppen. I dette området pleier isgangen å sette seg fast i venstresvingen ca. 350 m nedstrøms broen til Furuseth. Da stiger vannstanden 2,5 3 m. Den største vannstandstigningen kom i forbindelse med en gammel, fastfrosset ispropp. Da steg vannstanden ca. 3,5 m (se avsnitt 6.3) Vi har beregnet forventet vannstandstigning forårsaket av ispropp for ulike forutsetninger. Tabell 1 viser istykkelse og maksimal dybde ved isproppen for ulike vannføringer. Maksimal dybde er avstanden fra elvebunnen til toppen av ismassene. Det er vist som Maximum Depth i Figur 17. Istykkelse er tykkelsen på det knuste islaget i Figur 17. Hvor høyt vannstanden stiger avhenger både av proppens tykkelse og av vannføringen i elven. Mer vann og tykkere ispropp betyr vanligvis høyere vannstand. Vi brukte beregningsmetoden som er beskrevet i Hydraulic and Physical Properties Affecting Ice Jams (K.D. White, Cold Regions Research & Engineering Laboratory). Resultatene ble kontrollert mot observerte dybder for breakup jams i River Ice Jams (Belatos med flere). 20

27 Vi har og brukt isberegningsmodulen programmet i HEC-RAS. Figur 18 viser utvikling av en ispropp i en kanal med samme fall og bredde som hovedløpet til Skauga. Vannstanden stiger ca. 4 m over bunnen. Når vi skal vurdere hvor mye vannet vil stige må vi forutsette vannføringen i elven. Selv om vinterflommer er vanlige i Skauga, så er det usannsynlig at det fester seg en ispropp samtidig som 200-års flommen når toppen. Isen vil bli brutt opp og kommer i bevegelse i begynnelsen av flommen. Det er i tidlig i flommen at ispropper dannes og bryter sammen. En gjennomgang av video fra storflommen i januar 2006 viser isrester langs breddene, men ingen ispropper. Bildene Otto Alseth tok under flommen (kapittel 4.1) viser heller ingen is. Vi mener det er rimelig å kombinere ispropp med vannføring for en 10-års flom (151 m 3 /s). I våre beregninger kan det føre til at vannstanden stiger 4-5,2 m over elvebunnen. Beregningsmodellene er enkle og gir omtrentlige svar. Vi mener at hvis underkant av brubjelkene er over 41,5 moh. så gir det god sikkerhet mot oppstuving som skyldes ispropp nedstrøms broen. Det vil også være tilstrekkelig til å passere en isgang hvis en ispropp lenger oppe i elven bryter sammen. Høyden på omkringliggende vei bør vurderes i forhold til vannstandene som en ispropp kan forårsake. Det har vi ikke gjort. Tabell 1 Is og vanndybde for ulike ispropper Vannføring (m 3 /s) Istykkelse (m) Maksimal dybde (m) 50 1,5 3, ,8 4, ,9 5, ,1 5, ,2 6,6 21

28 Figur 17 Prinsippskisse av ispropp og vannstandsstigning Ispropp Høyde (m) Vanndybde Avstand langs elven (m) Figur 18 Utvikling av ispropp beregnet med HEC-RAS (lengdeprofil av elven, isen er skravert, Q = 100 m3/s) 22

29 6.6.3 Vil bropilarene tåle kreftene fra en isgang? En isgang kan gi stor belastning dersom den treffer bropilarene. Iskreftene må beregnes, men det er ikke del av vårt oppdrag Tapt lagringsplass for is Etter flom og isgang ligger det mye is på jordet på høyre (nordsiden) av elven. Når isen blir liggende og ikke følger med isgangen, kan det bli mindre isproblem nedstrøms. Veifyllingen på høyre (nordsiden) av elva vil redusere arealet som kan lagre is. Vi mener dette har liten betydning. Mengden is som veifyllingen fortrenger er liten i forhold til den totale ismengden i elven Hva med isen som renner over jordet der veifyllingen kommer? Når isgangen setter seg fast blir vannstanden så høy at jordene der veifyllingen kommer, oversvømmes. Selv om isgangen følger hovedløpet renner det også mye vann og is over jordet. Det fører til erosjonsskader (se kapittel 6.5). Fyllingen vil hindre at vannet strømmer over jordet og hindre erosjonsskadene som det fører til. I dag kan flomvannet transportere is over jordet og videre nedstrøms. Den planlagte fyllingen vil hindre dette. Den vil lede vann og is tilbake mot gjennomløpet. Is som har kommet inn på jordet kan bli sittende fast her, men vi mener det vil ha liten betydning. Mesteparten av isen følger elveløpet. Bildene fra NVE som viser forholdene etter isgang, viser at det også i dag ligger mye is igjen på jordene. Veifyllingen avskjærer vannet som strømmer over jordet og leder det mot enden av fyllingen. Her vil hastigheten bli høy og det er fare for erosjon. Dette området må erosjonssikres. Det blir beskrevet i neste kapittel. 23

30 7 Erosjonssikring og terrengforming 7.1 Eksisterende erosjonssikring Det er i dag spredt erosjonssikring og forbygning langs elva ved den planlagte broen. Noe av sikringen er vist på Figur 19, men figuren er ikke fullstendig. Vi har ikke kartlagt dette grundig. Den viktigste sikringen i området er langs yttersvingen der broen vil krysse. Denne sikringen ble anlagt av NVE, antagelig i 2002, som hastetiltak etter erosjonsskade. Sikringen er 220 m lang og har tiltaksnummer 4543 (NVE). 7.2 Observerte erosjonsskader Erosjonsskadene vi så da vi målte inn tverrprofil er vist på Figur 19, men vi har ikke kartlagt dette grundig. Planlagt veitrasé Figur 19 Eksisterende erosjonssikring (svart) og observerte skader (rødt) 24

31 7.3 Hvilke erosjonsproblem kan den nye veifyllingen og broen føre til? Veifyllingen til den nye broen vil, under stor flom, heve vannstanden oppstrøms, hindre vann å strømme over jordet og gi økt hastighet i gjennomløpet. Konsekvensene av dette vil være: Oppstrøms broen blir erosjonsfaren redusert fordi vannstanden øker og vannhastigheten går ned. Fyllingen hindrer vann å strømme over jordet. Det vil hindre erosjonsskader som vist på Figur 11. Fyllingen vil lede vannet som tidligere strømmet over jordet, mot broen. Hastigheten ved enden av fyllingen vil bli vesentlig større enn før, så her øker erosjonsfaren. Hastigheten i elven under og et stykke nedstrøms broen vil øke, og strømmen vil, pga. veifyllingen, bli rettet mer mot yttersvingen enn tidligere. Her øker erosjonsfaren. Rundt bropilarene vil vannhastigheten øke, slik at det kan være fare for lokal erosjon. 7.4 Områdene som bør erosjonssikres Forslag til erosjonssikring er skissert på Figur 20 og beskrevet under. Området som skal sikres er ikke nøyaktig fastlagt, men vi mener det ikke vil være nødvendig å sikre et større område enn det som er vist. Sikring av yttersvingen ved brogjennomløpet Langs svingen er det en høy løsmasseskråning der erosjon ikke kan tillates. Yttersvingen er allerede erosjonssikret, men det kan være behov for å forsterke eksisterende sikring, og utvide det sikrede området. (Nr. 1 på Figur 20) Sikring av innersvingen ved brogjennomløpet Fordi hastigheten i gjennomløpet øker bør elvebredden i innersvingen under broen sikres (Nr. 2 på Figur 20). Yttersvingen på nedstrøms side av broen I yttersvingen, ca.150 m nedstrøms den planlagte broen, der elven går nær fylkesvei 715, er det tydelige erosjonsskader. Beregningene viser at broen vil føre til en svak økning av vannhastigheten i dette området. Vi anbefaler derfor å sikre denne yttersvingen. (Nr. 3 på Figur 20) Sikring av fyllingen og terrenget i gjennomløpet Fyllingen avskjærer vannstrømmen over jordet og leder vannet mot gjennomløpet, slik at hastigheten øker. For å hindre erosjon må terrenget og fyllingen sikres. (Nr. 4 på Figur 20). For å gi gjennomløpet best mulig kapasitet, er det nødvendig å justere terrenghøyden. Det er aktuelt å senke terrenget nær gjennomløpet. Foran og etter kan ledevoller være gunstig. Vi har ikke detaljert hvordan gjennomløpet bør utformes. (Ledevoller = voller av jord parallelt med vannstrømmen.) 25

32 Terskel for å hindre erosjon Ved å bygge en terskel mellom fyllingen og hovedløpet (Nr. 5 på Figur 20), som hever vannstanden på jordet oppstrøms, kan vi redusere vannhastigheten på jordet mot gjennomløpet. Da blir erosjonsfaren mindre, slik at vi kan redusere området som må sikres. Ved å heve vannstanden kan vi kanskje redusere mengden is som flyter inn på jordet, men dette er usikkert. Utforming av terrenget i gjennomløpet må vurderes ifm. detaljprosjekteringen. Terskelen må utformes slik at den ikke hindrer adkomst. Voll som leder vannet tilbake til elven For å hindre erosjon på jordet nedstrøms fyllingen, bør vannet ledes tilbake til hovedløpet. Vi foreslår derfor at det anlegges en ledevoll (Nr. 6 på Figur 20). Vollen må kombineres med sikring av bunn og bredder i gjennomløpet. Vi har foreløpig ikke beregnet hvor høy vollen må være. Dette kan vurderes nærmere ved detaljprosjektering. Vollen må utformes slik at den ikke hindrer adkomst. Hvis det ikke er ønskelig med voll, vil det være nødvendig å sikre et større område på nedstrøms side av fyllingen. Sikring rundt nordre brokar Sikring rundt brokaret er del av terrengsikringen i gjennomløpet (Nr. 4 på Figur 20), men det er viktig at brokaret fundamenteres så lavt at det er plass til sikring og at det er beskyttet mot naturlig bunnsenkning. Sikring rundt bropilarer Bunnen rundt bropilarene må sikres. Platen som pilarene står på må plasseres så lavt at det er plass til erosjonssikring og at naturlig bunnsenking ikke undergraver fundamentene. 7.5 Utforming av erosjonssikringen Vi har ikke detaljprosjektert erosjonssikringen (tykkelse, steinstørrelse etc.), men under er en generell beskrivelse av hvordan sikringen bygges opp. I hovedsak vil sikringen bestå av samfengt bruddstein med midlere diameter mm. Sikringslaget vil normalt være 0,5 1,0 m tykt. Steinstørrelse, sikringstykkelse og utstrekning av området som skal sikres, avhenger av vannhastigheten. Sikringen må detaljeres senere. Deler av erosjonssikringen i terrenget/ på fyllingen utenfor hovedløpet kan dekkes med jord og tilsåes. Ved store flommer kan jorden over sikringen bli vasket bort, men fordi det skjer sjelden 26

33 kan det være en bedre løsning enn å la sikringen ligge i dagen. Dette gjelder spesielt område 4 på Figur 20. Figur 20 Prinsippskisse for erosjonssikring 27

34 8 Sammendrag og vurdering Statens vegvesen planlegger ny bro over Skauga ved Olsøy i Rissa. Sweco har beregnet dimensjonerende flom, med tillegg for klimaendring fram til 2100, til Q 200 = 262 m 3 /s. Vi har beregnet vannstander og vannhastigheter for dagens situasjon og for en ca. 90 m lang bro. Nesten hver vinter er det isganger som setter seg fast ca. en kilometer nedstrøms den planlagte broen, slik at elven fylles med is. Når dette skjer stiger vannstanden ved Furuseth 2,5 til 3,5 meter over normal vannstand. Jordene der veifyllingen kommer fylles med vann og is, og vannet graver bort matjorden. Vannstanden stiger like mye pga. is som den gjør ved store flommer. Vi mener virkningene av den nye broen blir: Under flom vil broen heve vannstanden oppstrøms ca. 0,5 m for 200-års flommen. Veifyllingen avskjærer vannet som ellers vil strømme over jordet, slik at vannhastigheten i gjennomløpet øker. Broen har så stort gjennomløp at isen ikke vil sette seg fast. Isganger kan passere. Hvis det er 5,5 m klaring mellom dypeste del av elvebunnen og underkant bro, vil isgang og vannstandstigning pga. ispropp ikke nå opp til broen. Vi har bare vurdert høyden på broen i forhold til vannstand ved flom og ispropp. Vi oppfordrer Statens vegvesen til å kontrollere høyden på de planlagte veiene. Vi anbefaler følgende tiltak: Broen gjøres tilstrekkelig høy til at isgang og flom ikke når opp til broen. Underkant bro bør ligge over 41,5 moh. Fordi vannhastigheten i gjennomløpet øker, så er det fare for erosjon. Elven og terrenget rundt må erosjonssikres. Terrenget ved gjennomløpet utformes for å redusere faren for erosjon, for å gi god kapasitet og for å lede vannet trygt tilbake til hovedløpet. Figur 20 viser prinsippløsning for sikring og terrengutforming, men dette må detaljeres ytterligere. Brokar og pilarer fundamenteres så dypt at det er plass til erosjonssikring og at de er beskyttet mot naturlig senkning av elvebunnen. 28

35 VEDLEGG 1: FLOMBEREGNING 1

36

37 NOTAT OPPDRAG Fv 715, Olsøybrua, Flom- og vannlinjeberegning OPPDRAGSNUMMER OPPDRAGSLEDER Lars Jenssen OPPRETTET AV Lars Jenssen DATO Flomberegning for Skauga ved Olsøybrua Statens vegvesen planlegger en ny bro over Skauga i Rissa kommune i Sør-Trøndelag. Broen skal dimensjoneres for 200-års flom, og dette notatet beskriver hvordan flommen ble beregnet. I tillegg til 200-års flommen har vi også beregnet noen mindre flommer. Flomberegning er å bestemme sammenhengen mellom flommens gjentaksintervall og vannføring, f.eks. at 100-årsflommen er på 300 m 3 /s. Vannføringen kan deretter brukes til å bestemme vannstand og hastighet. Vi kan bruke to metoder for å beregne vannføringen: 1. Frekvensanalyse (statistisk analyse) av vannføring målt ved nærliggende målestasjoner (NVEs stasjoner). 2. Nedbør-avløpsberegning vha. den rasjonelle metoden eller andre nedbøravløpsmodeller. Der vi har gode, representative målestasjoner i nærheten, gir frekvensanalyse av vannføring sikrest resultat. Det er sannsynlig at klimaendringer vil føre til større flommer i fremtiden. Forventet økning fram til år 2100, er lagt til beregnet 200-års flom for å gi dimensjonerende vannføring. Fremgangsmåten er beskrevet i det følgende. Om nedbørfeltet Feltareal, nedbør og avrenning er bestemt vha. NVEs web-tjeneste Lavvann. Nedbør og avrenning er hentet fra NVE Atlas (atlas.nve.no). Tabellen under viser de viktigste data om feltet. Figur 1 viser nedbørfeltet. 1 (6) memo01.docx Sweco Professor Brochs gate 2 NO-7030 Trondheim, Norge Telefonnummer Faks Sweco Norge AS Org.nr: Hovedkontor: Lysaker Lars Jenssen Dr.ing. Hydraulikk og hydrologi Mobil lars.jenssen@sweco.no a p:\251\ olsøybrua, flom og vannlinjeberegninger\08 rapporter\rapporter\ flomberegning.docx

38 Parameter Verdi Nedbørfeltets areal, A 82.5 km 2 Magasinareal, A m 0 km 2 Feltareal uten magasinareal, A t 82.5 km 2 Spesifikt årsavløp, q N 54.9 l/s/km 2 Laveste punkt i feltet, H min 39 moh. Høyeste punkt i feltet, H maks 626 moh. Effektiv sjøprosent eks. mag. 0.1 % Feltaksens lengde, L F 22 km Figur 1 Skaugas nedbørfelt 2 (6) memo01.docx NOTAT a p:\251\ olsøybrua, flom og vannlinjeberegninger\08 rapporter\rapporter\ flomberegning.docx

39 Flomregion og flomskapende sesong NVE har delt inn landet i flomregioner avhengig av hvilke flommer som dominerer. For eksempel domineres innlandet av vårflommer (snøsmelting) mens kyststrøkene kan få flommer hele året (regn). Skauga ligger i årsflomregion K2. Det kan komme store flommer hele året. Beregning av middelflom, q M (døgnmiddel) q M er spesifikk middelflom. Middelflom er gjennomsnitt av største flom hvert år. Spesifikk betyr at det er flom per areal (l/s/km 2 ). Middelflommen kan beregnes fra flommer ved nærliggende målestasjoner eller vha. regionale formler. Middelflom fra nærliggende målestasjoner Den nærmeste målestasjonen for vannføring er Krinsvatn. Den har en lang serie av god kvalitet. Målingene startet i Feltarealet er 205 km 2, effektiv sjøprosent er A se = 1 % og feltet har 57 % snaufjell. Vi beregnet middelflommen for Krinsvatn for perioden , og fant q M = 649 l/s/km 2. Middelflom fra regionale formler Vi har også beregnet middelflom vha. regionale formler. Formlene gjelder bare for felt større enn 20 km 2, og skal brukes med forsiktighet for felt mindre enn 100 km 2. Regionale formler gav q M = 484 l/s/km 2. Vurdering og valg av middelflom Vi velger å bruke samme middelflom som beregnet for Krinsvatn: q M = 649 l/s/km 2 Beregning av dimensjonerende flom Flomfrekvensanalyse Programmet Ekstrem (NVE) ble brukt til å beregne forholdet mellom middelflommen og flom med ulike gjentaksintervall (vekstfaktor). Tabellen under viser de viktigste resultatene. 3 (6) memo01.docx NOTAT a p:\251\ olsøybrua, flom og vannlinjeberegninger\08 rapporter\rapporter\ flomberegning.docx

40 Stasjon: Krinsvatn Gjentaksint. (år) Relativt til middelflommen * Avrenning (l/s/km 2 ) 10 1, , , , , Funksjon GEW - GOF Good - *Relativt til middelflommen er det samme som vekstfaktoren. Regionale flomfrekvenskurver NVE har utviklet regionale flomfrekvenskurver som gir sammenhengen mellom middelflommen og flom med ulike gjentaksintervall. Resultatet er vist i tabellen under. Skauga er i region K2. Valg av vekstfaktor for dimensjonerende flom Frekvensanalysen for Krinsvatn gav vekstfaktoren q 200 /q M = 2,47. Det er litt høyere enn vekstfaktoren fra de regionale analysene, q 200 /q M = 2,3. Vi velger å bruke vekstfaktoren fra Krinsvatn, q 200 /q M = 2,5. Det gir spesifikk 200-års flom (døgnmiddel) q 200 = 1601 l/s/km 2. 4 (6) memo01.docx NOTAT a p:\251\ olsøybrua, flom og vannlinjeberegninger\08 rapporter\rapporter\ flomberegning.docx

41 Beregning av kulminasjonsverdi for dimensjonerende flom Hittil i beregningene har vi brukt flommens middelverdi over døgnet. For dimensjonering av broen trenger vi flommens maksimalverdi (kulminasjonsverdi). Forholdet mellom kulminasjonsverdi og døgnmiddel kan beregnes av følgende uttrykk: Vårflom: Q mom /Q døgn = 1,72-0,17logA - 0,125A SE 0,5 Høstflom: Q mom /Q døgn = 2,29-0,29logA - 0,270A SE 0,5 Her er: Q mom = kulminasjonsvannføring (m 3 /s) Q døgn = døgnmiddelvannføring (m 3 /s) A = nedbørfeltets areal (km 2 ) A SE = effektiv sjøprosent (%) Beregning og resultat er vist under. Vi bruker forholdet q mom /q døgn = 1,65 Beregning av forholdet Q mom /Q døgn Tilsigsfeltets areal, A (km 2 ) 82.5 Effektiv sjøprosent, A SE (%) 0.1 Vårflom, Q mom /Q døgn (-) 1.35 Høstflom, Q mom /Q døgn (-) 1.65 Virkning av fremtidig klimaendring I rapporten Hydrological projections for floods in Norway under a future climate, gir NVE anbefalinger om flomøkning fram til år For Skauga anbefales å øke beregnet flom med 20 %. Dimensjonerende flom, Q 200, Vi kan nå finne dimensjonerende flom, dvs. kulminasjonsverdien for 200-årsflommen tillagt virkningen av klimaendring fram til år 2100: Det gir Q 200 = 262 m 3 /s Q 200 = A felt q momentan q døgn k klima q (6) memo01.docx NOTAT a p:\251\ olsøybrua, flom og vannlinjeberegninger\08 rapporter\rapporter\ flomberegning.docx

42 Andre flomstørrelser Vi har beregnet andre flommer på samme måte. Tabellen under viser resultatene. Gjentaksintervall Vannføring uten klimatillegg (m 3 /s) Vannføring med klimatillegg (m 3 /s) Middelflom års flom års flom års flom (6) memo01.docx NOTAT a p:\251\ olsøybrua, flom og vannlinjeberegninger\08 rapporter\rapporter\ flomberegning.docx

43 VEDLEGG 2: LENGDEPROFIL AV BROEN 2

44

45 Profil nr. Profilhøyder Vertikalkurv. Horisontalkurv ,972 46,348 45,775 45,251 44,778 44,355 43,981 43,658 43,384 43,180 43,009 42,888 42,818 R=2000,00 R=250,00 A=145,00 R=375,00 Leksvik 1 Pr H = 46,843 2 Pr H = 45,302 3 Pr H = 43,718 4 Pr H = 43,071 Åfjord 42,000 37,250 Norm.vst 39, års flom 1:2,0 37,500 35,500 35, LENGDESNITT 1 : 200 Fundamentering. Stålrørspeler Prosjekteringsgrunnlag. Håndbok 185 nov Bestandighetsklasse MF40 Kontrollklasse. Utvidet kontroll Betong B45 SV-40 Armering. B500NC Rekkverk. Brurekkverk i styrkeklasse H2 Vegtype S3. ÅDT Fartsgrense 60 km/t Alle mål i mm. Alle kotehøyder i m Målestokk som A1-tegning Revisjon Revisjon gjelder Utarb Kontr Godkjent Rev. dato Arkivref. Tegningsdato Bestiller Fv 715 Keiserås-Olsøy Olsøybrua Lengdesnitt Produsert for Produsert av tegjel Statens vegvesen Region midt Prosjektnummer Delprosjektnummer Saksnummer BRICON ver Forprosjekt Utarbeidet av Kontrollert av Godkjent av Konsulentarkiv magnev Byggverknummer Målestokk A1 Tegningsnummer/ revisjonsbokstav 1:200