FLOMBEREGNING MAUDAL KRAFTVERK (027.F)

Transkript

1 NVE NRGES VASSRAGS G ENERGIVERK Lars-Evan Petterssn FLMBEREGNING MAUDAL KRAFTVERK (027.F) HYDRLGISK AVDELING NRGES VASSDRAGS G ENERGIDIREKTRAT BIBLITEKET

2 TfITEL NVE NRGES VASSDRAGS G ENERGIVERK FLMBEREGNING MAUDAL KRAFTVERK (027.F) RAPPRT SAKSBEHANDLER Lars-Evan Petterssn Hydrlgisk avdeling, Seksjn Vannbalanse PPDRAGSGIVER Lyse Kraft DAT RAPPRTEN ER åpen PPLAG 15 SAMMENDRAG Flmberegning etter bestentmeisene i "Frskrifter fr dammer" er utført fr dam Myrtjem tilhørende Maudal Kraftverk. Dammen ligger øverst i Bjerkreimsvassdraget i Rgaland. Resultatet av beregningen ble: DIMENSJNERENDE FLM Avløpsflm Flmvannstand Flmstigning m 3 /s m.h. m ver HRV MyrtjernlStre Myrvatnet PÅREGNELIG MAKSIMAL FLM Avløpsflm Flmvannstand Flmstigning m 3 /s m.h. m ver HRV MyrtjernlStre Myrvatnet Avløpsflm g flmvannstand ved påregnelig maksimal flm er ne usikre på grunn av at vannstanden når pp til en gangbane ver verløpet g vil stues pp ne. EMNERDISUBJECf TERMS PPDRAGSRAPPRT Kntradresse: Middelthunsgate 29 Pstadresse: Pstbks Maj sl Telefn: Telefax: ANSVIG UN. Kjel epp Fung. avder gsdirektør Pstgir:

3 mslagsbilde: verløpet på dam Myrtjem Ft: Lyse Kraft

4 FRRD "Frskrifter fr dammer" ble fastsatt ved kngelig reslusjn av 14. nvember 1980 g gjrt gjeldende fra 1. januar Kapittel 7 i frskriftene beskriver de flmberegninger sm skal utføres i frbindelse med dammer. Hydrlgisk avdeling utfører selv slike flmberegninger, g kntrllerer g gdkjenner flmberegninger sm er utført av andre. Freliggende rapprt beskriver fremgangsmåten g gir resultatene aven flmberegning bestilt av Lyse Kraft fr Dam Myrtjern i Bjerkreimsvassdraget i Rgaland.

5 INNHLD Side L INNLEDNING 3 2. DIMENSJNERENDE TILLØPSFLM Flmfrekvensanalyser Hydrlgisk mdell 6 3. MAGASIN G AVLØPSKURVE 9 4. DIMENSJNERENDE AVLØPSFLM PAREGNELIG MAKSIMAL TILLØPSFLM PAREGNELIG MAKSIMAL AVLØPSFLM SAMMENDRAG LITTERATUR 14

6 3 1. INNLEDNING Hydrlgisk avdeling ble i brev av fra Lyse Kraft bedt m å utføre flmberegning fr Dam Myrt jern tilhørende Maudal kraftverk. Dam Myrt jern demmer pp Myrt jern g Stre Myrvatnet til ett magasin g ligger øverst i Bjerkreimsvassdraget i Rgaland. øvre delen av feltet ligger i Vest-Agder. Det er ikke nen andre magasiner i feltet. Dimensjnerende g påregnelig maksimal flm skal beregnes etter bestemmelsene i "Frskrifter fr dammer". Kartet i figur 1 viser det aktuelle nedbørfeltet. I tabell ler de viktigste feltparametrene listet. på grunn av feltets karakter er det ppdelt i tre deler. Den øvre delen av feltet, t..m. Lille Myrvatnet, utgjører 33.6 km 2 g har en rekke vatn med str flmdempende effekt. Den nedre delen av feltet består av de bratte fjellsidene ned mt magasinet, hvr flmmer vil ha et raskt frløp. Denne del av feltet utgjører km 2 I tillegg kmmer selve magasinet, sm har et areal på 4.08 km 2 Ttalt feltareal er 49.8 km 2 Figur 1. Myrt jern/stre Myrvatnets nedbørfelt

7 4 Tabell l. Feltparametre Felt Feltareal Nrmal- Eff.sjø- Relieffavløp prsent frhld A (km2 ) QN (1/s*km 2 ) E (i) HL (m/km) Øvre del Nedre del Magasinet DIMENSJNERENDE TILLØPSFLM Tilløpsflm er flm til magasinet fra et felt, når det er tatt hensyn til flmdempningen i venfrliggende magasiner g eventuelle verføringer. Dimensjnerende tilløpsflm er den tilløpsflm sm har et gjentaksintervall på 1000 år, Q1000. Denne beregnes enten i hvedsak ut fra frekvensanalyser av bserverte flmmer, eller ut fra nedbør-snøsmeltedata ved bruk aven nedbør-avløpsmdell. Avløpsflm beregnes ved å rute tilløpsflm gjennm magasinet fr å ta hensyn til magasinets g flmavledningsrganenes flmdempende innvirkning. 2.1 Flmfrekvensanalyser Det finnes en målestasjn straks nedenfr Myrt jern/stre Myrvatnet, Maudal, med data fr periden Det freligger gså vannstandsavlesninger, strt sett en gang i uken, fra både Myrt jern g Stre Myrvatnet fra det meste av periden. Tilsiget til Maudal er beregnet på dette grunnlag. Siden vannstandsavlesningene ikke er daglige vil tilsigsberegningen ikke være helt tilfredsstillende når det gjelder døgnlig tilsig. Det betyr at flmmene er ne underestimerte. Flmfrekvensanalyser er utført fr avløp g tilsig til Maudal, g fr data fra seks nærliggende målestasjner, se kartet i figur 2. Analyser av flmdata fra målestasjner på Sørvestlandet viser at de største flmmene vil frekmme m høsten i det aktuelle høydenivået, g flmfrekvensanalysene er derfr utført kun fr sesngen august-desember. Resultatene fra flmfrekvensanalysene er vist i tabell 2.

8 5, Figur 2. Hydrlgiske målestasjner Tabell 2. Flmfrekvensanalyser fr sesngen august-desember Avløpsstasjn Felt- Antall Varig- Middelflm, areal bs.år het QM Q1000 km 2 døgn m 3 /s 1/s*km 2 QM 27.3 Hetland Maudal,avløp Maudal,tilsig Gya Gjedlakleiv Haugland Mluf bru Byrkjedal b

9 6 Flmdata fr Gjedlakleiv består gså av data fra den nedlagte målestasjnen 27.2 Bjerkreim bru, sm lå litt ppstrøms den nåværende målestasjnen. Middelflmverdiene, QM, fr Maudal, tilsig er ne lave sammenlignet med tilsvarende verdier fr de fleste nærliggende stasjnene. Sm nevnt er kvaliteten på tilsigsberegningen ne dårlig på grunn av at magasinvannstandene ikke er avleste hver dag. Flmmene er strt sett ne underestimerte g representative QM-verdier fr tilløpet til Myrt jern/stre Myrvatnet bør være ne høyere enn de sm er nevnt i tabellen fr Maudal. Nedbørfeltet har imidlertid frhldsvis str sjøprsent, hvilket medfører dempede flmmer, g av den grunn kan man frvente frhldsvis lave QM-verdier. Faktren Ql000/QM varierer ne i mrådet. Midlet av Ql000/QM fr de seks stasjnene med lange serier er 3.3 fr ett døgn, g 2.8 fr t døgn. Hvis disse tall g QM-verdiene fr Maudal, tilsig legges til grunn, blir Ql000 fr tilløpet til Myrt jern/ Stre Myrvatnet anslått til henhldsvis: Ql000, 1 døgn 3.3 * /s*km 2 Ql000, 2 -døgn = 2.8 * 332 = 930 1/s*km Hydrlgisk mdell Ql000 kan sm nevnt gså beregnes ved bruk aven nedbøravløpsmdell. Denne er nærmere beskrevet i rapprten "Hydrlgisk mdell fr flmberegninger". Det antas at Ql000 frårsakes av nedbør med" gjentaksintervall 1000 år, Ml000. Mdellparametrene er beregnet ut fra frmler basert på feltparametrene effektiv sjøprsent AsE' relieff-frhldet HL g nrmalavløpet QN. Relieff-frhldet HL er definert sm høydefrskjellen i meter mellm 25%- g 75%-passasjen på feltets hypsgrafiske kurve, dividert med feltaksens lengde. Nedbørfeltet til Myrt jern/stre Myrvatnet er sm nevnt delt i tre, hvr det beregnes en nedbør-avløpsmdell dels fr den øvre delen av feltet g dels fr den nedre delen. Flm simuleres i disse deler ut fra et nedbørfrløp, mens nedbøren på selve magasinet regnes m til vannføring direkte. De beregnede mdell-parametrene er vist i tabell 3. Tabell 3. Mdellparametre Felt Feltareal Øvre tømme- Nedre tømme- Terskelkm 2 knst. Kl knst. K2 verdi,t øvre del Nedre del Ekstreme nedbørverdier kan beregnes etter en metde sm Det

10 7 Nrske Meterlgiske Institutt, DNMI, har beskrevet i blant annet rapprten 21-92, "Manual fr beregning av påregnelige ekstreme nedbørverdier". Ut fra antatt nrmal årsnedbør fr feltet på 2600 mm ble nedbør med gjentaksintervall 1000 år, M1000, g påregnelig maksimal nedbør, PMP, fr høsten beregnet. Arealreduserte ekstreme nedbørverdier, hvr det er tatt hensyn til feltstørreisen, er vist i tabell 4. Tabell 4. Arealredusert ekstrem nedbør fr frskjellige varigheter, høstnedbør Varighet (timer) M1000 (mm) PMP (mm) Et nedbørfrløp basert på M1000-verdiene knstrueres med tidsskritt 2 timer. Ut fra dette nedbørfrløp simuleres flm sm antas å ha gjentaksintervall 1000 år fr øvre g nedre del av feltet. Se figur 3 g 4. Summen av disse simulerte flmmer g nedbøren direkte på magasinet mregnet til vannføring antas å tilsvare dimensjnerende tilløpsflm til Myrt jern/stre Myrvatnet. Se figur 5. AREAL 33.6 KM2 TERSKEL 74.1 MM Ne<!bør V... {.. t;.. TIDSSKRITT 2 TIMER T0MMEKNST l/time 36p sa NEDB.KRR 1.00 T0MMEKNST l/time SIM. ei "<j" Vj'n n "::;: ei er n N!Si !l. N rn !Si ' w ei > Z <i N ei < Il) ei <JJ ei '<t Il) ei N , l ei TID.TIMER Figur 3. Simulering av Q1000 fr øvre del av feltet. Tidsskritt 2 timer.

11 8 /"'. III "- r') ::i IL IS! C --' > «t b AREAL TIDSSKRITT NEDB.KRR 12.1 KM2 2 TIMER TERSKEL 20.7 TØMMEKNST TØMMEKNST SIM. 48. MM l/time l/time ei ::i ::i ei N!Sl CD w ei Z ei C ei t ei ei N ei TID.TIMER. Ndblltt Va_(rlt;"', 36pl01 36sb S S Z H Figur 4. Simulering Tidsskritt av QI 2 timer. fr nedre del av feltet. l N '" ); " z g '" <SI - " Z Z «> <Xl "'.. te se. r,lid hle ØVI'" dl:.l ""<e-jr d(..l J6se ) ' _ , sb 36sc 36tc B.SaG ) HB ) ) aB a _ lb B B _ S $ J S.610 $ $ ) b B ) e D "1.21S 2. B3) ) n ]4.61S C}l N ' '., ---_ TI.TIMER. Figur 5. Dimensjnerende tilløpsflm til vatnet med frskjellige bidrag. Myrt jern/stre Myr Tidsskritt 2 timer.

12 9 Den sammensatte flmmen følgende verdier: Kulminasjnsvannføring: Ett-døgnsmiddel T-døgnsmiddel til Myrt jern/stre Myrvatnet fikk m 3 /s eller 2301 l/s*km m 3 /s eller 1209 l/s*km m 3 /s eller 981 l/s*km 2 De spesifikke middelvannføringene ut fra simulering i nedbøravløpsmdell ver både ett g t døgn verensstemmer brukbart med hva sm i avsnitt 2.1 ble anslått ut fra flmdata fra Maudal g fra nærliggende målestasjner, når man tar hensyn til at QM-verdiene fr Maudal, tilsig er ne underestimerte. Den sammensatte flmmen ut fra simulering antas derfr å representere dimensjnerende tilløpsflm. 3. MAGASIN G AVLØPSKURVE Fr å beregne avløpsflmmene rutes tilløpsflmmene, tillagt eventuelle verføringer, gjennm magasinet. Flmdempningen avhenger bl.a. av magasinets størrelse g flmavledningsrganenes kapasiteter, dvs. avløpskurven. Ved rutingen, sm utføres ved bruk av et dataprgram ved Hydrlgisk avdeling, frutsettes magasinvannstanden ligge på HRV ved flmmens begynnelse. Den magasinstørreise sm er interessant ved flmberegning er vlumet ver HRV. Magasinet beskrives av vlumet ved t frskjellige vannstander. Verdiene kan tas ut fra en magasinkurve eller beregnes ut fra sjøarealet ved HRV. Sjøarealet av Myrtjern/Stre Myatnet er planimetrert til 4.08 km 2 Damkarakteristika er funnet fra damtegninger g ligger til grunn fr beregningen av avløpskurven. verløpskeffisientene er fastsatte etter drøfting med Vassdragssikkerhetsseksjnen. Det er ikke regnet med nen tapping gjennm luker, men flmmen frutsettes gå i verløp g eventuelt ver damkrna. Dammen ved Myrt jern har et verløp med terskel på m.h. En del av verløpet, under en gangbane, har lengden 11.0 m g verløpskeffisient Gangbanen vil virke ppstuende ved vannstand ver ca m.h. En annen del av verløpet, sm er helt fri, har lengden 35.7 m g samme verløpskeffisient. Det er regnet med at den krte del av verløpet sm ligger nærmest terrenget ikke vil være effektivt under flmmen. Damkrna ligger på m.h. g har lengden ca 85 m g verløpskeffisient 1.6. Effektiv lengde av damkrna er anslått skjønnsmessig til 75 m fr å kmpensere fr den ppstuing sm vil ppstå på grunn av gangbanen. Avløpskurven blir: Q = Q = H ) H ) < H < s H

13 10 Det er ikke nen verføringer innenfr denne del av vassdraget. 4. DIMENSJNERENDE AVL0PSFLM Den i avsitt 2.2 sammensatte flmmen ut fra simuleringer med gjentaksintervall 1000 år fr Myrt jern/stre Myrvatnets felt tilsvarer dimensjnerende tilløpsflm. Den rutes gjennm magasinet g avløpsflm g flmvannstand beregnes, se figur 6. Dimensjnerende avløpsflm blir 46.8 m 3 /s med dimensjnerende flmvannstand m.h., dvs flmstigningen blir 0.75 m..0 r. N Ul "- () z L. Z IX! Z < > å l ei -.t N te TILLØP hl VANNSTAND al AVLØP 36tc J6hl J6al B.5B BB l _... Ul 31. )75 36.B76 l Z Z "..-::::.::V:l:p==::::::========,-,-.-.- ei ;;; TlD.TlMER. å ;;; < > B B1B ; B7 38. B B7 36.B B B B )) B B BB ) l J BBB 9.1Bl B ' B B 3 B ) B6 Figur 6. Dimensjnerende flm Myrt jern/stre Myrvatnet. Tidsskritt 2 timer. 5. PÅREGNELIG MAKSIMAL TILL0PSFLM Påregnelig maksimal tilløpsflm, PMF, kan ikke knyttes til ne bestemt gjentaksintervall. Den fastsettes på grunnlag aven analyse av ugunstige kmbinasjner av meterlgiske g hydrlgiske frhld g beregnes på tilsvarende måte sm dimensjnerende tilløpsflm. De beregnede verdiene fr påregnelig mak-

14 11 simal nedbør, PMP, i tabell 4, legges til grunn fr et nedbørfrløp. I tillegg må det regnes med et bidrag fra snøsmelting. Det aktuelle feltet antas å kunne ha snødekke av betydning i nvember. bservasjner ved klistasjn 4350 Ualand-Bjuland, 196 m.h., viser at temperaturen under str nedbør i nvember kan være 9 C. Feltet til Myrt jern/stre Myrvatnet har en middelhøyde ca 600 m høyere enn Ualand-Bjuland g temperaturen antas derfr å være 6 C ved str nedbør. Med en graddagsfaktr på 5 mm/c* døgn anslås snøsmeltebidraget til 30 mm vann/døgn. Ut fra det kmbinerte nedbør-snøsmeltefrløpet simuleres påregnelig maksimal flm i øvre g nedre del av Myrt jern/stre Myrvatnets felt. Se figur 7 g 8. Summen av disse simulerte flmmer tillagt nedbøren g snøsmeltingen på magasinet mregnet til vannføring tilsvarer påregnelig maksimal tilløpsflm. Se figur 9. Det er antatt at det er isdekke på magasinet i nvember. AREAL KM2 TERSKEL 74.1 MM TIDSSKRITT 2 TIMER TØMMEKNST l/time N e.dl..,f f 5V\w\N\t Hi"" NEDB.KRR 1.00 TØMMEKNST l/time 36pmp. QSIM. Il fil1/) :::l :::l " P') N :::l : !Sl (L m !Sl.J w > Z «11) P') N ) TlD. TIMER V... "'(ttfi,,'} 36Gpm!a Figur 7. Simulering av PMF fr øvre del av feltet. Tidsskritt 2 timer.

15 ... III "-,., :l '>J n.!sl...j > <C(...,.... ry 0 '... ' lb fø,. ' r?' b AREAL TIDSSKRITT NEDB.KRR KM2 TIMER TERSKEL 20.7 TØMMEKNST TØMMEKNST QSIM. MM l/time l/time l--ll--+-l-ll--i-l-lt--r TID.TIMER. N Il) Il) NeJbfllf + SV\!Ø""'t.\\;<'\ 36pmps r Ir !Sl m a w Z "... {.r;.. 36spmfb BH Figur 8. Simulering Tidsskritt av PMF fr nedre 2 timer. del av feltet. ci 111,-l '" 6 " er l>... Z Z «> n - tpm1c epmfa apmfb sr-h 36spmfa ) hl (.lik s ø.,.t. dt.l "'...ln.. ch.l ""..,,;,,,.. t 2B G S ) H <'4.BB5,5.042 S.195 < BB < ':5.597 'S.495 '5.)96 ' "pmfb 36spmfc ) lq J S S S lj ) tpmfc !H ju. Ull JS U 94.97) S ] ) n = =-----=----= TID. TIMER. Figur 9. Påregnelig maksimal tilløpsflm til Myrt jern/stre Myrvatnet med frskjellige bidrag. Tidsskritt 2 tim.

16 13 Den sammensatte flmmen følgende verdier: Kulminasjnsvannføring: Ett-døgnsmiddel T-døgnsmiddel til Myrtjern/Stre Myrvatnet fikk 181. m 3 Is eller 3634 l/s*km m 3 /s eller 2005 l/s*km m 3 Is eller 1676 l/s*km 2 Tilløpsflmmens kulminasjn er 60% større ved PMF enn ved Q1000. Middelvannføringene ver henhldsvis ett g t døgn er 66% g 71% større ved PMF enn ved Q PÅREGNELIG MAKSIMAL AVLØPSFLM Beregningen av påregnelig maksimal avløpsflm fregår på tilsvarende måte sm ved dimensjnerende flm. Den sammensatte flmmen ut fra simuleringer fr Myrt jern/stre Myrvatnets felt tilsvarer påregnelig maksimal tilløpsflm. Den rutes gjennm magasinet g avløpsflm g flmvannstand beregnes, se figur 10. Påregnelig maksimal avløpsflm blir 84.7 m 3 /s med maksimal flmvannstand m.h., dvs flmstigningen blir 1.11 m. Avløpsflmmen g flmvannstanden er ne usikre på grunn av at vannstanden når pp til gangbanen ver verløpet g vil stues pp ne. "':'0 VIN "-.., ::l '-' () Z -I/) - l. Z Z - l/) tpmfc TILLØP 36tpmfc 36hpmfl hpmfl VANNSTAND - prnfl AVLØP ) , :I ( ",'" Z « I '1;)0 til Z Z ",'" « > 142.3H H "' ll '" cwllfl' ",'" 68.8H f ll g( '" ' ",'" e TI.TlMER Figur 10. Påregnelig maksimal flm Myrt jern/stre Myrvatnet. Tidsskritt 2 timer. 30apm!l l H ( H.lt J

17 14 7. SAMMENDRAG Resulterende avløpsflmmer, flmvannstander g flmstigninger ver HRV er sammenfattet i tabell 5. Tabell 5. Resultater av flmberegning fr Maudal kraftverk Dimensjnerende flm Dam Avløpsflm r/s Myrt jern/ Stre Myrvatnet 47 Påregnelig maksimal flm Dam Myrt jern/ Stre Myrvatnet Avløpsflm m/s 85 Flmvannstand m.h Flmvannstand m.h Flmstigning m ver HRV 0.75 Flmstigning m ver HRV LITTERATUR ED/NVE: 1981: Frskrifter fr dammer. Universitetsfrlaget. DNMI: 1992: Manual fr beregning av påregnelige ekstreme nedbørverdier. Rapprt nr. 21. KLIMA. NVE: 1978: Reginal flmfrekvensanalyse fr nrske vassdrag. Rapprt. nr.2, Hydrlgisk avdeling. NVE: 1983: Hydrlgisk mdell fr flmberegninger. Rapprt nr.2, Hydrlgisk avdeling. NVE: 1986: Beregning av dimensjnerende g påregnelig maksimal flm. Retningslinjer. V-publikasjn nr.1, Vassdragsdirektratet.

18 Denne serien utgis av Nrges vassdrags- g energiverk (NVE) Adresse: Pstbks 5091 Majrstua, 0301 sl I 1995 ER FØLGENDE RAPPRTER UTGITT: Nr 1 Nr 2 Nr 3 Nr 4 Nr 5 Nr 6 Nr 7 Nr 8 Nr 9 Nr 10 Nr 11 Nr 12 Nr 13 Nr 14 Nr 15 Nr 16 Nr 17 Nr 18 Nr 19 Lars-Evan Petterssn: Flmberegning Fssheimselva (087.B1Z). (11 s.) Jim Bgen g Rlf Tre ttesen: Suldalslågens sedimentkilder. (17 s.) Lars-Evan Petterssn: Flmfrekvensanalyser fr Vestlandet. (15 s.) Bjarne Krkli: Flmberegning fr Finnbuavatn (036.CE) g Vasstølvatn (036.CC). (19 s.) Randi Pytte Asvall: Mel kraftverk. Vanntemperatur i Vetlefjrdelva etter utbygging. (17 s.) Bjarne Krkli: Flmberegning fr Austre g Vestre Middyrvatn (036.G). (19 s.) Bjarne Krkli: Flmberegning fr Vtnamagasinet (036.F). Freløpig rapprt. (12 s.) Leif J. Bgetveit: Vannføringsbservasjner i Hlbekken. (3 s.) le Einar Tveit g Hege Hisdal: Disaggregatin f large scale climatlgical infrmatin. (14 s.) Einar Sæterbø: Rsketiltak i Litledalselva. (10 s.) Rune Dahl, Hans tnes g Frde Trengereid: Årsrapprt fr Nrges vassdrags- g energiverks (NVEs) havarigruppe. (19 s.) Truls Erik Bønsnes g Jim Bgen: Sedimenttransprt i Sgna, Vikka g Risa ved Gardermen hvedflyplass i (23 s.) Lars-Evan Petterssn: Flmberegning Sviland Kraftverk (029.2Z). (16 s.) Bjarne KjølImen: Massebalansemålinger Trllbergdalsbreen (161.F) Sluttrapprt. (27 s.) Lars-Evan Petterssn: Flmberegning Råsjøen (002.CABB). (16 s.) Jar Skauge g Einar Sæterbø: Ersjn i rkla ved Ekli. (18 s.) Bjarne Kjøllmen g Mike Kennett: Breundersøkelser på Svartisheibreen (35 s.) Knut Hfstad (red.): Distribusjnsnett i grisgrendte mråder - investeringsbehv. (16 s.) Lars-Evan Petterssn: Flmberegning Maudal Kraftverk (027.F). (14 s.)