REV. DATO BESKRIVELSE UTARBEIDET AV KONTROLLERT AV GODKJENT AV

Transkript

1 NOTAT OPPDRAG Utvidelse av Otterøy kirkegård DOKUMENTKODE RIVass NOT 002 EMNE Flomberegning, vannlinjeberegning og erosjonssikring TILGJENGELIGHET OPPDRAGSGIVER Siv. Ing. Robert Williamsen AS OPPDRAGSLEDER Mette Wormdal KONTAKTPERSON Bjørn Tore Tufthaug SAKSBEH Ann Kristin Tuseth KOPI ANSVARLIG ENHET 3087 Midt Hydrologi Åpen SAMMENDRAG Det planlegges utvidelse av gravlunden ved Otterøy kirke. I den forbindelse er Multiconsult engasjert til å utarbeide regulerings og byggeplan for tiltaket inkludert ulike faglige vurderinger. Dette notatet omhandler vassdragstekniske beregninger i forbindelse med tiltaket. Det er beregnet 200 årsflom i Vikelva, som renner like forbi planlagt gravlund. Benyttet beregningsmetode for beregning av flomstørrelser er flomfrekvensanalyse. Beregnet 200 årsflom for elva er 27,2 m³/s, inkludert et klimatillegg på 20 % for å ta hensyn til forventet økning av flomstørrelser i området. For å finne vannstand og vannhastigheter er det gjort 1 dimensjonale vannlinjeberegninger i HEC RAS. Kulverten under vegen nedstrøms planlagt gravlund har for liten kapasitet og ugunstig utforming på innløpet, og gir oppstuving av vannet oppstrøms kulvertinnløpet. Erosjonssikringstiltaket i seg selv medfører en ekstra oppstuving oppover elva sammenlignet med eksisterende situasjon, oppstuvingen er maksimalt 0,46 m ved oppstrøms ende av erosjonssikret strekning. For å finne hastigheter for dimensjonering av steinstørrelser i erosjonssikringen er det beregnet vannlinjer for flere ulike vannføringer, da det på grunn av oppstuvingen fra kulverten ikke nødvendigvis er den største vannføringer som gir de største vannhastighetene. Stabile steinstørrelser er beregnet på bakgrunn av resultater fra vannlinjeberegningene og i henhold til NVEs Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein [7]. Strekningen er delt opp i to, der man benytter velgraderte steinmasser med D 30 =0,10 m for det relativt flate partiet lengst oppstrøms, og mer ensgraderte masser med D 50 =0,20 m for den noe brattere strekningen like oppstrøms kulverten. For oppstrøms del var det Q 200 =27,2 m³/s som ga høyeste vannhastigheter, og for nedstrøms del Q=15 m³/s (pga. oppstuving fra kulverten) Flom og vannlinjeberegninger samt dimensjonering av Ann Kristin Tuseth Morten Skoglund Mette Wormdal erosjonssikring REV. DATO BESKRIVELSE UTARBEIDET AV KONTROLLERT AV GODKJENT AV MULTICONSULT Sluppenveien 15 Postboks 6230 Sluppen, 7486 Trondheim Tlf NO MVA

2 1 Innledning Det er planlagt å bygge ut en ny gravlund ved Otterøy kirke, omtrent 11 km nord vest for Namsos i Nord Trøndelag. Like ved planlagte gravlund renner Vikelva forbi, og det er registrert aktiv erosjon og ustabile skråninger i elva. I tillegg viser geotekniske prøvegravinger at det finnes bløt, sensitiv leire i grunnen. Et oversiktskart over området er vist i Vedlegg 1, og noen utvalgte foto av elva er vist i Vedlegg 2. For å bedre den geotekniske stabiliteten og for å beskytte mot erosjon ble det i et geoteknisk notat utarbeidet av Multiconsult [1] anbefalt at bekkeløpet erosjonssikres og at bekken heves med inntil 1 m. Dette for å unngå graving i leire og for at de tilførte massene skal virke som en ekstra motvekt mot skråningen. I følge Vassdragshåndboka [2] bør elveløpet fylles opp og heves 1 2 m der det finnes kvikkleire i grunnen. Det er derfor valgt å fylle opp bunn og sideskråninger i elva med et 1 m tykt erosjonssikringslag. Dette fører til en heving av elvebunnen og innsnevring av elvetverrsnittet på strekningen forbi den planlagte gravlunden, og tiltaket vil derfor påvirke strømningsforholdene i elva. For å kartlegge hvordan vannstand og vannhastigheter i elva blir påvirket av tiltaket ble det av Multiconsult foreslått å utføre vassdragstekniske vurderinger som innebærer flomberegning, vannlinjeberegning og dimensjonering av stabile steinstørrelser i erosjonssikringen. Dette notatet presenterer resultater fra disse beregningene. 2 Flomberegning Nedbørfelt Nedbørfeltet for elva er opptegnet i kartprogrammet QGIS med kartgrunnlag fra Statens kartverk (topografisk norgeskart 2). Oversiktskart for vassdraget med nedbørfeltgrenser er vist i Vedlegg 3. Nedbørfeltet til Vikelva er opptegnet ned til innløp kulvert. Det er gjort noen antagelser med tanke på hvordan dreneringen langs vegene nederst i nedbørfeltet foregår. Tabell 1 viser feltareal og årsavrenning for elva. Avrenningsverdiene er beregnet ut fra NVEs avrenningskart for normalperioden Elva har et relativt lite feltareal og lav middelavrenning. Tabell 1 Nedbørfelt Vikelva Navn Feltareal Spesifikk middelavrenning Middelvannføring Total avrenning [km²] [l/s/km²] [m³/s] [Mm³] Vikelva 5,69 39,1 0,22 7, RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 2 av 33

3 Flomfrekvensanalyse Datagrunnlag Samtlige referansefelt i området har betydelig større feltareal enn Vikelva. Det er forsøkt å finne referansefelt med minst mulig feltareal, samtidig som resten av feltparameterne skal være mest mulig representative. I tillegg til feltareal er effektiv sjøprosent, snaufjellandel, spesifikt årsavløp og geografisk nærhet viktige parametre. Flere referansefelt i området ble vurdert, men var enten regulert eller hadde usikker vannføringskurve. De to referansefeltene som ble vurdert som mest aktuelle i nærheten av Vikelva er Øyungen og Saglivatn, kart over referansefeltene er vist i Vedlegg 4. Øyungen har en veldig lang og aktiv serie, og kvaliteten på flomdelen av vannføringskurva er av NVE oppgitt til å være «middels». Saglivatn har en kortere og eldre serie, men er likevel tatt med i vurderingen av spesifikk middelflom siden Saglivatn har betydelig mindre feltareal enn Øyungen. Kvaliteten på vannføringskurva til Saglivatn er ikke oppgitt fra NVE. Øyungen ligger omtrent 40 km sør vest for Vikelva og Saglivatn omtrent 65 km nord øst. Feltparameterne for Vikelva er funnet ved bruk av NVEs verktøy NEVINA (tidligere Lavvann). Effektiv sjøprosent er i tillegg beregnet manuelt i kartprogrammet QGIS for å få et mer nøyaktig resultat, siden effektiv sjøprosent brukes direkte i flomberegningen. Feltparameterne for de to målestasjonene er hentet fra NVEs database Hydra II. Tabell 2 Feltparametre for Vikelva og referansefelt Felt / målestasjon Måling start slutt Feltareal [km²] Myr [%] Sjø [%] Eff. sjø [%] Skog [%] Snaufjell [%] Bre [%] Høydefordeling minmaks [moh.] Avr. kart [l/s/km 2 ] Vikelva 5,69 4,52 3,31 0,49 65,91 24, , Øyungen Saglivatn 1917 d.d ,07 18,75 6,13 1,44 39,6 26, ,61 31,48 2,35 11,5 7,56 51,35 23, , RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 3 av 33

4 2.2.2 Flomhistorikk Figurene under viser at for Øyungen var de største flommene i 2006 og 1932 med døgnmiddelvannføringer på henholdsvis 377,9 m³/s og 344,6 m³/s. Ved Saglivatn var den største flommen i 1948 med en døgnmiddelvannføring på henholdsvis 28,3 m³/s, deretter kommer flommen i 1919 på 18,8 m³/s Øyungen Maksimal vannføring (m³/s) År Figur 1 Flomhistorikk for Øyungen Saglivatn 25 Maksimal vannføring (m³/s) År Figur 2 Flomhistorikk for Saglivatn RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 4 av 33

5 Figurene under viser årsflommenes fordeling over året ved målestasjonene Øyungen og Saglivatn, både som stolpediagram og som flomrose. Det er en overvekt av høstflommer, men også noen vårog sommerflommer. Det er derfor valgt å beregne dimensjonerende flom basert på årsflommer. Fordeling av flommer (%) 20 % 18 % 16 % 14 % 12 % 10 % 8 % 6 % 4 % 2 % 0 % Øyungen Jan. Feb. Mars Apr. Mai Juni Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Des. Måned Figur 3 Fordeling av flommer over året ved Øyungen Figur 4 Flomrose for Øyungen RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 5 av 33

6 Fordeling av flommer (%) 20 % 18 % 16 % 14 % 12 % 10 % 8 % 6 % 4 % 2 % 0 % Saglivatn Jan. Feb. Mars Apr. Mai Juni Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Des. Måned Figur 5 Fordeling av flommer over året ved Saglivatn Figur 6 Flomrose for Saglivatn RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 6 av 33

7 2.2.3 Statistisk analyse Det er kjørt flomfrekvensanalyser på de aktuelle seriene med ulike fordelingsfunksjoner. Tabellen under viser noen hovedresultater. Tabell 2 Flomfrekvensanalyse Navn Stasj.nr Periode Feltareal [km²] Fordeling Varighet [d] Sesong q M [l/s/km²] Q M [m³/s] Q 200 /Q M Øyungen ,1 Gumbel (I mom) 1 År ,25 2,41 GEV (I mom.) 1 År ,25 2,80 Saglivatn ,5 Gumbel (I mom) 1 År ,14 2,26 GEV (I mom.) 1 År ,14 2,73 Vikelva 5,69 GEV (I mom.) 1 År 750 4,27 2,80 Det er ikke gjort noen beregninger med regional analyse da Vikelvas nedbørfelt er mindre enn 20 km² og dermed for lite for en slik analyse [3]. Middelflom Siden nedbørfeltet til Vikelva er såpass lite i forhold til Øyungen, og Saglivatn har en relativt høy effektiv sjøprosent som gir for stor demping av flommen i forhold til Vikelva, er middelflommen for Vikelva estimert ut fra en formel i NVEs Nasjonalt formelverk for flomberegning i små nedbørfelt [4]. Beregnet middelflom er her avhengig av feltets middelvannføring og effektive sjøprosent. Beregningene gir en spesifikk middelflom på 763 l/s/km² for Vikelva. I et slikt umålt felt er det stor usikkerhet rundt valg av middelflom. Referansefeltene har lavere spesifikk middelflom enn beregnet for Vikelva, dette virker rimelig med tanke på feltarealer og sjøandeler. Det er derfor valgt å benytte en avrundet verdi i nærheten av beregnet middelflom. Vi får da en spesifikk middelflom på 750 l/s/km², dette tilsvarer en vannføring på 4,27 m³/s i Vikelva. Forhold mellom middelflom og 200 årsflom Målestasjon Øyungen har den klart lengste måleserien og benyttes til å estimere forholdet mellom middelflom og 200 årsflom for Vikelva. Frekvensfaktorene for Saglivatn er imidlertid tilnærmet lik Øyungens verdier. Generalized Ekstreme Value (l moment) ser ut til å ha best tilpasning til målepunktene og velges som fordelingsfunksjon. Flomfrekvensplott er vist i Vedlegg 5. Momentan toppverdi Vannføringsdata fra målestasjonene som benyttes i flomfrekvensanalysen er døgnmiddelverdier. Det er derfor gjort en kort vurdering av momentan toppverdi for flommene. Forholdstall mellom momentan og døgnmiddelflom bestemmes fra regresjonsligninger som beskrevet i Retningslinjer for flomberegninger [3]. Beregnede forholdstall for Vikelva er vist i Tabell 3. Siden vi er i et årsflomområde hvor flommene kan komme både vår og høst tar vi utgangspunkt i den høyeste momentanfaktor verdien (høstflom). Valgt momentanfaktor for Vikelva blir dermed 1,90 (avrundet). I tillegg finnes det målte forholdstall oppgitt for en del vannmerker. Det fantes ingen verdier for Saglivatn, men for Øyungen er det registrert momentanfaktorer på 1,10, 1,25 og 1,15 for henholdsvis vår, høst og årsflom. Det er naturlig at Øyungen har et lavere forholdstall for momentanflom enn beregnet for Vikelva på grunn av et betydelig større feltareal som gir en større demping av flommene RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 7 av 33

8 Tabell 3 Forholdstall for momentanflom fra regresjonsligninger, Vikelva Feltareal km² 5,69 Effektiv sjøprosent, A SE % 0,49 Vårflom Q mom /Q døgn = 1,50 Høstflom Q mom /Q døgn = 1,88 Valgt Q mom /Q døgn = 1,90 Tabell 4 viser beregnede ekstremverdier (døgnmidler og momentanverdier) for nedbørfeltet til Vikelva. T er gjentaksintervall, Q T /Q M er forhold mellom flom med gjentaksintervall T og middelflommen. q T og Q T er døgnmiddelverdier for flom med gjentaksintervall T (hhv. per arealenhet og absoluttverdi). Q T,mom er momentanverdi (kulminasjonsverdi) for flom med gjentaksintervall T. 1,2 Q T,mom er momentanverdi inkludert klimafaktor. Resultatene for 200 årsflom er uthevet i tabellene, flomstørrelser for gjentaksintervall fra 5 til 1000 år er også vist for å få en bedre oversikt. Det er valgt å benytte en klimafaktor på 20 %, som er den generelle anbefalingen for alle kystnære nedbørfelt samt alle nedbørfelt med areal mindre enn 100 km² i området [5]. 200 årsflom inkl. klimafaktor (27,2 m³/s) brukes videre i vannlinjeberegningene og kalles heretter Q dim. Tabell 4 Flomfrekvensanalyse Vikelva, kulminasjonsverdier for årsflom T [år] Q T /Q M q T [l/s/km 2 ] Q T [m 3 /s] Q T,mom [m 3 /s] 1,2 Q T,mom [m 3 /s] Q M 1, ,27 8,11 9,73 5 1, ,30 10,1 12,1 10 1, ,37 12,1 14,5 20 1, ,49 14,2 17,1 50 2, ,12 17,3 20, , ,5 19,9 23, , ,9 22,7 27, , ,1 26,8 32, , ,9 30,3 36, RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 8 av 33

9 3 Vannlinjeberegning For å vurdere konsekvenser av masseutlegging i Vikelva er det gjort hydrauliske beregninger i programmet HEC RAS. Modellen er én dimensjonal og beregner vannstand og vannhastighet i elva basert på tverrprofiler og andre hydrauliske inngangsparametere. Det ble gjort oppmåling av noen tverrprofiler i elva ved planlagt gravlund, og det er laget en geometrisk modell basert på disse. I tillegg er det lagt inn en del ekstra tverrprofiler oppstrøms planlagt gravlund da beregningene viste at tiltaket medførte oppstuving oppover elva. Disse ekstra tverrprofilene er basert på 1 meterskoter fra kart og nøyaktigheten til disse er derfor litt dårligere enn de oppmålte profilene, spesielt når det gjelder bunnivå i elveløpet. Tverrprofiler i HEC RAS er vist i figuren under (grønne linjer) med tilhørende profilnummer, blågrønne prikker er oppmålte punkter. I tillegg til tverrprofilene vist i figuren er det interpolert mellom tverrprofilene med intervaller på 2 m. Figur 7 Tverrprofiler i HEC RAS Det ble altså laget en geometrisk modell for eksisterende terreng basert på oppmålte punkter og koter fra kart, og en modell der tverrsnittene er justert slik at de representerer planlagt erosjonssikring (minst 1 m innsnevring i bunn og sideskråninger). Modellen avsluttes i bratt parti nedstrøms kulverten, og grensebetingelse i nedstrøms ende av modellen er normalstrømning ved bunnhelning S=0,12. Modellen er utvidet oppover elveløpet til omtrent 670 m oppstrøms kulverten RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 9 av 33

10 Beregningsforutsetninger Falltap Manningstall brukt i HEC RAS modellen er vist i tabellen under. Verdiene er anslått ut fra flyfoto, bilder og tabell 3 1 «Manning s n Values» i HEC RAS Reference Manual [6]. Det er antatt medium til tett kratt/buskas for sideskråninger langs hele modellen unntatt strekningen fra kulvertinnløpet og ca. 50 m oppover elva, hvor det er mer åpent. I bunnen er det antatt relativt ujevne forhold, med en del steiner, kulper og trær. For strekningen hvor erosjonssikring er lagt inn er det antatt at det erosjonssikrede området (definert som Main Channel) er relativt jevnt og ryddig. Tabell 5 Manningstall benyttet i beregningene Geometrisk modell (HEC RAS) Strekning (beskrivelse) Strekning (profilnr) Mannings n / M "Main channel" Mannings n / M "Banks" Eksisterende terreng (Geom_otteroy_eksist_terr) Hele oppstrøms ende av modellen til og med planlagt utbyggingsområde Siste 50 m oppstrøms kulverten ,071 / 14 0,083 / ,0625 / 16 0,040 / 25 Kulvert (korrugert stålrør) ,017 / 60 0,017 / 60 Nedstrøms kulverten 26 ( 20) 0,071 / 14 0,083 / 12 Oppstrøms erosjonssikringsområde ,071 / 14 0,083 / 12 Erosjonssikret strekning ,030 / 33 0,083 / 12 Med erosjonssikring (Geom_otteroy_ erosjonssikr_kulvertinnlop) Siste 50 m oppstrøms kulverten (erosjonssikret men ikke helt opp til flomsonen) ,030 / 33 0,040 / 25 Kulvert (korrugert stålrør) ,017 / 60 0,017 / 60 Nedstrøms kulverten 26 ( 20) 0,071 / 14 0,083 / 12 I kulvertmodulen i HEC RAS ble det først benyttet en innløpstapskoeffisient på 0,9 for eksisterende kulvert. For å høyde for en fremtidig utbedring av innløpsforholdene er innløpstapskoeffisienten redusert til 0,2, som er den laveste oppgitte verdien for denne kulverttypen i tabell 6 3 «Entrance Loss Coefficients for Pipe Culverts» i HEC RAS Reference Manual [6] Vegkulvert Kulverten som ligger under vegen nedstrøms planlagt gravlund har for liten kapasitet og en hydraulisk ugunstig utforming på innløpet, noe som gir oppstuving av vannet oppover elva. Dersom kulvertens hydrauliske forhold senere forbedres vil man få høyere vannhastigheter og dermed større dimensjonerende steinstørrelser oppstrøms kulverten. Det er etter avtale med utbygger ikke tatt høyde for en utvidelse av kulverten i disse beregningene, men det er tatt høyde for en forbedret utforming av innløpet (f.eks. vangemurer). Dette hadde minimal betydning for resultatet RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 10 av 33

11 og man fikk fremdeles oppstuving oppstrøms kulverten, i modellen må man ned på omtrent 15 m³/s før man får frispeilstrømning i kulvertinnløpet. Dersom kulverten ved en senere anledning skal utvides bør det undersøkes hvilke konsekvenser dette har for de hydrauliske forholdene og vannhastigheter oppstrøm kulverten. Resultater Figur 8 viser beregnede vannlinjer for elva med og uten erosjonssikring ved Q dim. Merk at x og y aksene ikke er like slik at helningene ser brattere ut enn de er. Området som er fylt med lyseblått viser vannlinjen for situasjonen uten erosjonssikring, og den mørkeblå linjen viser vannlinjen for situasjonen med erosjonssikring. Nederst kan man se bunnivå i elva med og uten erosjonssikring. Vegbanen over kulverten blir overtoppet både med og uten erosjonssikring i elva ved Q dim, og jordbruksarealene like ved kulvertinnløpet vil bli oversvømt. Figur 8 Beregnede vannlinjer i HEC RAS, eksisterende terreng og med erosjonssikring En kan se at utlegging av erosjonssikringen medfører en heving av vannstanden i elva, og denne oppstuvingen strekker seg omtrent 600 m oppstrøms kulverten, dvs. i overkant av 300 m oppstrøms erosjonssikret strekning. Elveprofilene oppstrøms planlagt gravlund er som nevnt kun anslått ut fra kart og det er derfor usikkerhet rundt beregning av oppstuvingens utstrekning. Hvis man ønsker bedre nøyaktighet på dette kan beregningene oppdateres med noen oppmålte tverrprofiler videre oppover elva. Maksimal oppstuving sammenlignet med eksisterende situasjon er 0,46 m ved oppstrøms ende av erosjonssikringen, og den avtar gradvis oppover elva. Oppstuvingen fører til at et ekstra areal (området mellom vannstand for Q 200 for eksisterende situasjon og for situasjon med erosjonssikring) vil bli eksponert for vannstrømmen, men gjennomsnittlig vannhastighet i tverrsnittet vil bli noe lavere enn før. Figur 9 viser vannhastigheter i elva med og uten erosjonssikring (gjennomsnittshastighet for hvert profil). Blå linje gjelder for situasjon med erosjonssikring og oransje linje gjelder for eksisterende situasjon RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 11 av 33

12 Figur 9 Vannhastigheter for elva med og uten erosjonssikring Strekningen oppstrøms erosjonssikret område har gjennomsnittshastigheter som varierer mellom ca. 0,6 m/s og 1,2 m/s (etter utlagt erosjonssikring). For gjennomsnittshastigheter på 100 cm/s = 1,0 m/s gir Hjulstrøms diagram [2] en kritisk diameter mellom erosjon og sedimenttransport på omtrent 10 mm, og grensa mellom transport og sedimentering er på omtrent 18 mm. Dette betyr at partikler mindre enn 10 mm vil bli erodert, og partikler med diameter større enn 18 mm vil være stabile. Hjulstrøms diagram er for øvrig basert på forsøk med relativt ensgraderte masser. Dersom det finnes eroderbare masser i dette «nye» eksponerte arealet bør det vurderes om det er nødvendig med sikringstiltak. Det kan også være nødvendig å vurdere hvilke geotekniske konsekvenser det kan ha å eksponere dette ekstra arealet for vanntrykk en kort periode (flomtoppen) for deretter å få et poreovertrykk i etterkant av flommen. Dette antas å være spesielt kritisk dersom det er sensitiv leire på denne strekningen. Figur 9 viser også at erosjonssikringen medfører en økt hastighet på det meste av den sikrede strekningen. Utlegging av steinmassene lager en brattere bunnhelning inn mot kulverten og dermed en større hastighet. Hastighetsøkningen like oppstrøms kulverten blir ikke høyere enn før pga. oppstuving ved innløpet, men man får antagelig et vannstandssprang noe lenger opp (mellom P84 og P112 avhengig av vannføring). Siden man ved Q dim får oppstuving på grunn av kulverten er det ikke nødvendigvis denne situasjonen som gir de største vannhastighetene på den aktuelle strekningen. Det er derfor regnet vannlinjer for flere ulike vannføringer (lavere enn Q dim ) for å se hvilken vannføring som gir de høyeste vannhastighetene. Vannlinjer og vannhastigheter for ulike vannføringer er vist i Figur 10 og Figur 11. Q dim gir den høyeste vannhastigheten på det relativt flate partiet på oppstrøms del, og Q=15 m³/s gir den høyeste vannhastigheten på nedstrøms del (brattere strekning nedover mot kulverten). Q=15 m³/s tilsvarer omtrent en 10 årsflom inkl. klimafaktor RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 12 av 33

13 ReguleringsplanOtterøygravlund Flomberegning,vannlinjeberegningogerosjonssikring Figur10Vannlinjervedulikevannføringer,medutlagterosjonssikring.Vannføring(m³/s)ioversiktentilhøyre. Figur11Vannhastighetervedulikevannføringer,medutlagterosjonssikring.Vannføring(m³/s)ioversiktentilhøyre RIVass NOT april2016/Revisjon00 Side13av33

14 4 Erosjonssikring Siden vi bruker beregningsresultater fra det mest utsatte punktet ved dimensjonering av steinstørrelser er den erosjonssikrede strekningen delt opp i to, for å kunne benytte mindre steinstørrelser på oppstrøms del der det er flatere og vannhastighetene er lavere (skille ved profil 166,75, ca. 120 m oppstrøms kulverten). Bunnhelningen på oppstrøms del er slakere enn 2 %, og der benyttes derfor Maynords formel. Nedstrøms del er brattere enn 2 %, og der benyttes derfor Robinsons formel. Vanligvis regner man en steinstørrelse for elvebunn og en for sideskråning. Av praktiske hensyn er det valgt å benytte den største av de to beregnede steinstørrelsene (bunn og side) for hele tverrsnittet. I utgangspunktet var det kun området ved planlagt gravlund som måtte sikres på grunn av sensitiv leire. Som nevnt tidligere kan man få vannstandssprang i området oppstrøms kulverten. Generelt bør man unngå å avslutte sikring mot ustabil elvebredd, og det bør derfor sikres helt ned til kulverten slik at ikke erosjonssikringen blir undergravd fra nedstrøms side. Det er for øvrig foreslått at det ikke er nødvendig å sikre helt opp til 200 årsvannstanden omtrent fra profil 98 og nedover, da vannet som blir stående oppe på åkeren antagelig vil ha veldig lave hastigheter pga. oppstuving fra kulverten. Her virker det rimelig å bare legge erosjonssikring i elvas hovedløp (ca. 2,5 m opp fra elvebunnen i profil 64). Det må lages en jevn overgang til eksisterende bunnivå på nedstrøms del. På nederste del av strekningen blir det antagelig nødvendig å grave ut noe masser slik at bunnivået i elva ikke kommer høyere enn bunn kulvertinnløp (se Figur 12). Steinstørrelsene dimensjoneres ut fra vannhastighet og dybde på det mest utsatte punktet på den aktuelle strekningen. Siden man får oppstuving fra kulverten er det ikke nødvendigvis den største vannføringen som gir de største vannhastighetene. Som nevnt i avsnitt 3.2 er det derfor gjort vannlinjeberegninger for flere ulike vannføringer (lavere enn Q dim ) for å se hvilken vannføring som gir den høyeste vannhastigheten, og som dermed brukes for dimensjonering av steinstørrelser i erosjonssikringen. Erosjonssikringen føres opp til dimensjonerende flomvannstand uavhengig av hvilken vannføring som gir høyeste vannhastigheter RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 14 av 33

15 ReguleringsplanOtterøygravlund Flomberegning,vannlinjeberegningogerosjonssikring Figur12Tykkelsepåerosjonssikring,lengdesnitt Dettasutgangspunktiet1mtykterosjonssikringslagpåoppstrømsdel.Itilleggernoenav sideskråningeneslakketutslikatingenavskråningeneharstørrehelningenn1:2,tykkelsenvil derfornoenstederblilittstørreenn1m.pådensistestrekningenoppstrømskulvertener sikringstykkelsenreduserestil40cm(minimumtykkelsemedtankepåberegnedesteinstørrelser) sidendetherikkeeretgeotekniskstabilitetsproblem,forutsattatdetikkeersensitivleirepådenne strekningen.vedålageenjevnovergangfra1mtykkelseca.80moppstrømskulvertenognedmot kulvertinnløpetkommermannedpå40cmtykkelseca.40moppstrømskulverten,sefigur12.det børgjøresgrunnundersøkelserpådennestrekningenforåsjekkeatdetikkeersensitivleirei grunnen,dersomdetersensitivpådennestrekningenogsåbørsikringstykkelsenværeminst1mpå heledensikredeelvestrekningen. HøydekoteneviseratdetantageligertosmåbekkerpåsørsidenavVikelvavedplanlagtgravlund, seoversiktskartmedbekkersamtplanlagteområderforgravlundifigur13.denenebekkenligger omtrentmellomplanlagtgravlundogutvidelsesarealer(bekk1),denandrebekkenliggerøstfor utvidelsesarealer(bekk2).denførstebekkensomliggerinntilplanlagtgravlundbørsikresheltopp tilderbekkendelvisskalfyllesigjenavgravlunden.bekkensomliggerpåøstsidenav utvidelsesarealenetrengernødvendigvisikkeåsikresidennefasen,mendersomdetbliraktueltå byggeutherbørerosjonsfarenoggrunnforholdeneidennebekkenundersøkesogdetmåvurderes omdeternødvendigmedsikringstiltak.manmåsørgeforatvannetfradissebekkenekommerseg innivikelvautenatmanfårutgraving RIVass NOT april2016/Revisjon00 Side15av33

16 Figur 13 Utvidelsesarealer og små bekker RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 16 av 33

17 Dimensjonerende steinstørrelser for oppstrøms del Maynords formel Oppstrøms del er fra profil 166,75 (omtrent 120 m oppstrøms kulverten) og opp til oppstrøms ende av den erosjonssikrede strekningen, ca. 220 m oppstrøms kulverten. Maynords formel kan brukes for elver med fall opp til 2 % og forutsetter bruk av samfengte masser. Formelen gir oss D 30, dvs. diameteren til en kule som veier så mye at 30 % av steinene er lettere. Resten av kornfordelingen bestemmes ut fra om man ønsker en ensgradert eller en velgradert sikring, men D 85 /D 15 bør ligge mellom 1,7 og 5,2. Sikringslagets tykkelse skal være den største av D maks eller 1,5 D 50, eller tykkere hvis det er forutsatt i beregningene. Beregnede steinstørrelser i dette notatet inkluderer en sikkerhetsfaktor på S f =1,1 som anbefalt i veilederen, dvs. at steinstørrelsene er økt med 10 % (sikkerhetsfaktor S f =1,0 gir begynnende skade). Det forutsettes bruk av sprengt stein med tetthet 2600 kg/m³. Siden dette partiet ligger i en sving er det inkludert en korreksjonsfaktor for hastighetsøkning i kurve. Denne faktoren beregnes ut fra bredde av elvas hovedløp og kurvens radius. Denne korreksjonen gjelder egentlig kun for utsiden av kurver, men av praktiske hensyn er det valgt å bruke denne korreksjonen for hele tverrsnittet. På oppstrøms del gir Q dim de høyeste vannhastighetene. Den største hastigheten på denne strekningen er 1,87 m/s og opptrer i profil 218, omtrent 180 m oppstrøms kulverten. I dette profilet er vanndybden omtrent 2,0 m. Beregningene gir dimensjonerende steinstørrelse D 30 =0,10 m. For å tilfredsstille kravet om mest mulig finstoff i sikringsmassene pga. revegetering er det valgt en relativt vid korngradering (D 85 /D 15 =5). Det er laget et forslag til kornfordelingskurve delvis basert på figur 48 i Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein [7]. Forslag til kornfordeling er vist under. Tabell 6 Stabile steinstørrelser, oppstrøms del Andel på siktekurven Steinstørrelse (cm) D 15 6 D D D D maks 40 Erosjonssikringen bør forankres i oppstrøms ende ved at sikringslaget graves inn i eksisterende elvebredd. Det kan gjøres etter prinsipp i figur 62 i Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein [7] vist under RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 17 av 33

18 Figur 14 Prinsipp for avslutning av erosjonssikring ved oppstrøms ende [7]. Dimensjonerende steinstørrelser for nedstrøms del Robinsons formel Nedstrøms del er fra kulverten og opp til profil 166,75 (omtrent 120 m oppstrøms kulverten). Robinsons formel kan brukes for elver med fall mellom 2 % og 40 %, og forutsetter bruk av relativt ensgradert rauset stein. Formelen gir oss D 50, dvs. diameteren til en kule som veier så mye at 50 % av steinene er lettere. Forholdstallet D 60 /D 10 bør ligge mellom 1,25 og 1,73 som i forsøkene formelen er basert på, og sikringslagets tykkelse skal være minst 2 D 50 eller tykkere hvis det er forutsatt i beregningene. Beregnede steinstørrelser i dette notatet inkluderer en sikkerhetsfaktor på S f =1,2 som anbefalt i veilederen, dvs. at steinstørrelsene er økt med 20 % (sikkerhetsfaktor S f =1,0 gir begynnende skade). Det forutsettes bruk av sprengt stein med tetthet 2600 kg/m³. På oppstrøms del gir Q = 15 m³/s de høyeste vannhastighetene. Den største hastigheten på denne strekningen er 4,10 m/s og opptrer i profil 98, omtrent 50 m oppstrøms kulverten. I dette profilet er vanndybden omtrent 2,6 m. Vi har også sjekket kritisk steindiameter for profilet med størst hastighet ved Q dim, siden formelen er avhengig av enhetsvannføring og bredde av vannspeilet, dette ga tilnærmet likt resultat. Beregningene gir dimensjonerende steinstørrelse D 50 =0,20 m. For å tilfredsstille kravet om mest mulig finstoff i sikringsmassene pga. revegetering er det valgt en så vid korngradering som mulig for denne beregningsformelen, dvs. D 60 /D 10 =1,73. Det er laget et forslag til kornfordelingskurve i tabellen under. Tabell 7 Stabile steinstørrelser, nedstrøms del Andel på siktekurven Steinstørrelse (cm) D D D D D D D maks 30 Avslutningen mot kulverten bør utføres med noe kraftigere stein da man får en lokal akselerasjon inn mot kulvertåpningen. Det anbefales å sortere ut noen D maks og plastre med disse i et par meter oppstrøms kulvertinnløpet RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 18 av 33

19 Filterlag For å unngå ytterligere innsnevring av strømningstverrsnittet er det valgt å bruke filterduk (i stedet for grusfilter som vil gjøre tverrsnittet mindre) mellom erosjonssikringen og stedlige masser. Filteret skal oppfylle tre hovedkrav; det skal hindre at partikler fra underlaget vaskes ut gjennom erosjonssikringen (filterkriterier), det skal være mer permeabelt enn underlaget for å hindre oppbygging av poretrykk, og det skal være så sterkt at det ikke blir skadet når sikringen legges ut [7] Filterkriterier Filterkriteriet kan beskrives med O 90 (mm) som betyr at 90 % av porene er mindre. I følge veilederen [7] bør O 90 <O 90b for at poreåpningen skal være liten nok. Kornfordelingen i de stedlige massene er foreløpig ukjent, og kravet til poreåpningen må beregnes når man har funnet O 90b for massene som erosjonssikringen skal legges ut på. Det kan imidlertid være vanskelig å finne geotekstil med tilstrekkelig små porer for leir og siltpartikler. Dersom man har kohesiv binding mellom kornene og liten vannstrøm ut av massen er det ifølge veilederen tilstrekkelig at geotekstilet oppfyller kravene i NorGeoSpec, dvs. O 90 < 0,15 0,20 mm [7] (NorGeoSpec er et nordisk system for klassifisering av geotekstil som brukes til vei og trafikkareal). Med antatt leire i grunnen er antagelig vannutstrømningen liten i skråningene, dette må imidlertid undersøkes dersom man skal benytte sistnevnte krav Permeabilitet Som permeabilitetskrav foreslås det i veilederen [7] at k f > M k b, hvor k f er permeabiliteten til geotekstilet, k b er permeabiliteten til underlaget og M er en koeffisient som avhenger av geotekstilet (M=10 for vevet og M=50 for filtet geotekstil). Permeabiliteten til underlaget bestemmes sikrest med forsøk, men man kan alternativt bruke Hazens formel til å anslå permeabiliteten: 0,01 hvor D 10 er kornstørrelse i mm. D 10 for de stedlige massene er foreløpig ukjent, og beregning av k b må gjøres når man har funnet denne. Permeabiliteten til geotekstilet beregnes ut fra dets permeabilitet (i NorGeoSpecs oppgis dette som hastighetsindeksen VI H50 i m/s) og tekstiltykkelsen t fra uttrykket: 0,05 Det må sjekkes at geotekstilet som benyttes oppfyller kravet til permeabilitet Mekanisk styrke Filterduken må i tillegg ha nok mekanisk styrke slik at det ikke blir ødelagt når steinmassene legges ut. Jo større steinene i erosjonssikringen er jo sterkere må duken være. NorGeoSpec deler inn i fem ulike klasser etter mekanisk styrke. Klassene går fra 1 5 der klasse 1 har lavest styrke. Riktig klasse kan finnes i tabell 7 i veilederen [7]. Ved å velge «bløte» grunnforhold, normale forhold under bygging, liten trafikkbelastning og maks steinstørrelse mellom 200 og 500 mm ender vi opp med klasse 4. Man må merke seg at en høy klasse betyr at tekstilet er tykkere og mindre permeabelt, som betyr at det er større fare for gjentetting RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 19 av 33

20 Vegetasjon I reguleringsbestemmelsene til reguleringsplan (sendt på førstegangs høring) står det at eksisterende vegetasjon skal bevares der dette er mulig, at områder som blir berørt ved etablering av sikringstiltak skal istandsettes etter ferdigstillelse, og at det skal reetableres stedegen vegetasjon der dette er mulig. Før erosjonssikringen legges ut må eksisterende vegetasjon ryddes slik at man kommer til med steinmassene. Massene som fjernes bør mellomlagres slik at de kan brukes til revegetering. Vegetasjonsmassene kan legges på toppen av steinmassene på de flate områdene der erosjonssikringen tar igjen naturlig terreng. I skråningene (dvs. i flomsonen) er det imidlertid noen utfordringer med å legge ut vegetasjonsmasser. I de hydrauliske beregningene er det ikke forutsatt en ekstra reduksjon av strømningstverrsnittet pga. vegetasjon oppå sikringsmassene. Dersom det trengs en betydelig tykkelse på vegetasjonslaget bør det gjøres en oppdatering av de hydrauliske beregningene, da dette vil redusere strømningstverrsnittet og man vil kunne få en høyere flomvannstand, noe som kan gjøre det nødvendig å føre topp sikring lenger opp. Dessuten må Manningstallet i beregningene endres dersom det f.eks. skal etableres busker eller lignende som vil gi høyere strømningsmotstand enn antatt. Vegetasjonen som etableres i flomsonen vil kunne bli skylt bort av vannmassene i en flomsituasjon, avhengig av hvor lang tid det har gått siden revegeteringen når det kommer en flom som når opp til vegetasjonen. Det er derfor ikke hensiktsmessig å etablere vegetasjon for langt ned i skråningene. Det utgjør dessuten en sikkerhetsrisiko da vegetasjon som blir dratt med strømmen kan bidra til tilstopping av kulverten og medføre ytterligere oppstuving oppover elva. Vegetasjonen som etableres i flomsonen bør derfor ikke bestå av store elementer som medfører en tilstoppingsfare for kulverten. Middelvannstand for oppstrøms del av den aktuelle strekningen er ca. 0,35 m. Tabell 8 viser vanndybde for flommer med ulike gjentaksintervall (for profil med høyeste vannstand), det er brukt verdier uten klimafaktor da vi primært er interessert i flomvannstander de første årene med tanke på hvor langt ned i skråningen vegetasjonen har mulighet til å etablere seg uten å bli vasket bort. Tabell 8 Vannstand for flommer med ulike gjentaksintervall, for bestemmelse av nivå for revegetering Gjentaksintervall Flomverdi (uten klimafaktor) Vannstand over ny elvebunn Middelvannføring 0,22 m³/s 0,35 m Middelflom 8,11 m³/s 1,44 m Q 5 10,1 m³/s 1,55 m Q 10 12,1 m³/s 1,63 m Q 20 14,2 m³/s 1,71 m Q ,7 m³/s 2,14 m En kan se at allerede på middelflommen er man relativt høyt over normale vannstander i elva. Hvis det kreves reetablering av vegetasjon i flomsonen ser det ut til at ned til omtrent 1,6 m over bunnen kan være et fornuftig nivå. Skisser av erosjonssikringen er vist i Vedlegg RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 20 av 33

21 5 Konklusjon Dimensjonerende flom (Q 200 ) for Vikelva er med flomfrekvensanalyse beregnet til å være 27,2 m³/s inkludert et klimatillegg på 20 % for å ta hensyn til forventet økning av flomstørrelser i området. Vannlinjeberegningene viser at vegen nedstrøms planlagt gravlund blir overtoppet både før og etter planlagt erosjonssikringstiltak. Basert på vannhastigheter fra vannlinjeberegningene er stabile steinstørrelser beregnet. Strekningen forbi gravlunden og ned til vegkulverten er delt opp i to ut fra bunnhelning, for å kunne benytte mindre og mer velgraderte steinmasser på øvre del. Steinstørrelser i oppstrøms ende er beregnet med Maynords formel (bunnhelning under 2 %) og i nedstrøms ende er Robinsons formel benyttet (bunnhelning over 2). Maynords formel for oppstrøms del ga D 30 =0,10 m og Robinsons formel for nedstrøms del ga D 50 =0,20 m. Sikringstykkelsen er minst 1 m på hele oppstrøms del med en jevn overgang til 40 cm på nederste del. Det er ikke tatt høyde for en utvidelse av kulverten som kan gi høyere vannhastigheter og større dimensjonerende steinstørrelser i erosjonssikringen. For å unngå ytterligere innsnevring av strømningstverrsnittet er det valgt å bruke geotekstilduk som filterlag mellom erosjonssikringen og stedlige masser. Det må vurderes om det finnes eroderbare masser og/eller sensitiv leire på arealet mellom vannstand for Q 200 for eksisterende situasjon og for situasjon med erosjonssikring, og om det er nødvendig med sikringstiltak. Det må også kontrolleres at de siste ca. 80 meterne oppstrøms kulverten ikke består av sensitiv leire. I motsatt fall må det vurderes om sikringstykkelsen bør være 1 m på hele den sikrede strekningen. Referanseliste [1] Multiconsult (2015) RIG NOT 001 Geoteknisk vurdering for reguleringsplan. [2] Fergus m.fl. (2010). Vassdragshåndboka. [3] NVE (2011). Retningslinjer for flomberegninger. [4] NVE m.fl. (2015). Nasjonalt formelverk for flomberegning i små nedbørfelt. [5] NVE (2011). Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. [6] US Army Corps of Engineers (2010). HEC RAS River Analysis System, Hydraulic Reference Manual. [7] NVE (2009). Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 21 av 33

22 ReguleringsplanOtterøygravlund Flomberegning,vannlinjeberegningogerosjonssikring Vedlegg1Oversiktskart RIVass NOT april2016/Revisjon00 Side22av33

23 Vedlegg 2 Foto av Vikelva Foto 1: Kratt og buskas langs Vikelva. Foto 2: Uryddige forhold i elva som bør ryddes opp RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 23 av 33

24 Foto 3: Erosjon i sidebekk 1 i østre del av planlagt gravlund. Foto 4: Vikelva oppstrøms kulverten. Kratt/buskas slutter omtrent 20 m oppstrøms kulvertinnløpet RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 24 av 33

25 Foto 5: Område ved kulvertinnløp. Foto 6: Vikelva nedstrøms kulverten RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 25 av 33

26 ReguleringsplanOtterøygravlund Flomberegning,vannlinjeberegningogerosjonssikring Vedlegg3NedbørfeltVikelva RIVass NOT april2016/Revisjon00 Side26av33

27 ReguleringsplanOtterøygravlund Flomberegning,vannlinjeberegningogerosjonssikring Vedlegg4Oversiktreferansefelt RIVass NOT april2016/Revisjon00 Side27av33

28 Vedlegg 5 Flomfrekvensplott Øyungen Saglivatn RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 28 av 33

29 Vedlegg 6 Tverrprofiler fra HEC RAS Rosa linjer er eksisterende tverrprofil, og svart linje over er nytt nivå med erosjonssikring. Blått område er vannfylt areal ved Q dim. De grønnskraverte områdene som vist i profil 42 er definert som «ineffective flow areas» i HEC RAS og regnes ikke som strømningsareal ved beregning av hastighet. Dette gjelder for de tverrsnittene hvor det er laget en liten voll for å redusere erosjonssikret areal. Profil 42 Profil RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 29 av 33

30 Profil 98 Profil RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 30 av 33

31 Profil 157 Profil 176, RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 31 av 33

32 Profil 207 Profil RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 32 av 33

33 Profil 230 Profil RIVass NOT april 2016 / Revisjon 00 Side 33 av 33