FLOMFREKVENSANALYSE OG VANNLINJE'BEREGNING, ALTA SENTRUM (212.AO)

Transkript

1 NVE NORGES VASSDRAGS OG ENERGVERK NORGES VASSDRAGS- OG ENERGVERK BBLOTEK ngjerd Haddeland Lars-Evan Pettersson FLOMFREKVENSANALYSE OG VANNLNJE'BEREGNNG ALTA SENTRUM (212.AO) HYDROLOGSK AVDELNG

2 NVE NORGES VASSDRAGS OG ENERGVERK TTTEL Flomfrekvensanalyse og vannlinjeberegning Alta sentrum (212.AO). RAPPORT SAKSBEHANDLER ngjerd Haddeland Lars-Evan Pettersson Hydrologisk avdeling Seksjon vannbalanse OPPDRAGSGVER Alta kommune.. DATO RAPPORTEN ER Åpen OPPLAG SAMMENDRAG Det er utført flomfrekvensanalyse for utløpet av Altaelva samt beregning av vannlinjer ved Aronneskjosen i Alta sentrum. Flomfrekvensanalysen baserer seg på vannmerker i Alta- og Tanava.-;sdraget. Vannlinjeberegningene er utført ved hjelp av den hydrodynamiske modellen Mikel1. Resulterende vannstander for 100- og 200-årsflommen er presentert. EMNEORD/SUBJECT TERMS Flomfrekvensanalyse vannlinjeberegning Mike 11 Alta oppdragsrapport ANS V ARLG UNDERSKRFf 4.{'~---"""- Arne Tollan avdelingsdirektør Kontoradresse: Middelthunsgate 29 Postadresse. Postboks 5091 Mai 0301 Oslo Telefon: Telefax Bankgiro: Postgiro Org. nr.. NO MV;l B 1011

3 FORORD. Denne rapporten viser resultater av flomfrekvensanalyser og beregning av vannstander ved Aronneskjosen i Alta sentrum. Oppdraget ble gitt av Alta kommune som ønsket en vassdragsteknisk vurdering av området utfra faren for flom. Beregningene er utført ved hjelp av en hydrodynamisk modell (Mikell) og flomfrekvensanalyser for utløpet av Altaelva.

4 NNHOLD: 1. NNLEDNNG... 3.l BAKGRUNN... : METODE MODELL NNGANGSDATA... 4 Frekvensanalyser Tverrprojiler BEREGNNG... 7 Grensebetingelser....:... 7 Forutsetninger RESUL TA TER VANNSTANDER USKKERHETER... 8 LTTE RA TUR VEDLEGG l: TVERRPROFLER.... ~ VEDLEGG 2: BEREGNEDE VANNSTANDER

5 3 1. NNLEDNNG. 1.1 Bakgrunn. Alta kommune har lagt fram forslag til reguleringsplan for Aronneskjosen i Alta sentrum ved utløpet av Altaelva se figur l. den forbindelse ble Norges vassdrags- og energiverk (NVE) bedt om å foreta en vassdragsteknisk vurdering utfra faren for flom. Oppdraget gikk ut på å beregne vannlinjer i Altaelva ved Aronneskjosen for 100- og 200-årsflommen. Figur 1: Lokalisering. 2. METODE. 2.1 Modell. Mike l en hydrodynamisk modell utviklet ved Dansk hydraulisk institutt (DH) ble brukt i modelleringsarbeidet. Mike 11 simulerer en-dimensjonal vannføring basert på st. Venants ligninger (full dynamisk løsning) se ligning 1 og 2. Modellen er kjent for å være et avansert og pålitelig verktøy innen sitt felt [Barnett Consultants Ltd 1990]. (1) aq ax aa =q at (2)

6 4 Her er Q: Vannføring [m 3 s- l ] A: Tverrsnittsareal [m 2 ] q: Lateral innstrømning [m 2 s- l ] h: Vannstand over referansenivå [m] C: Chezys motstandskoeffisient [mns-l] _ R: Hydraulisk radius [m] cc: mpulsfordelingskoeffisient Beregning av vannstand og vannføring blir foretatt i punkter som vist i figur 2. Punkter merket h tilsvarer tverrsnitt i elva som er lagt inn i modellen. Her beregnes vannstander. Midt mellom tverrsnittene beregnes vannføring (Q-punkter). Figur 2: Beregningspunkter i elvestrekning. 2.2 nngangsdata. Frekvensanalyser. Det skal beregnes flomvannføring med gjentaksintervall100 år og 200 år i Alta ved utløpet i fjorden. Nedbørfeltet her er 7373 km 2. Beregningen baseres på flomdata fra målestasjoner i Finnmark. Det er utført flomfrekvensanalyser for stasjoner i Alta- og Tanavassdragene. Se figur 3. Resultatene av analysene er vist i tabell 1.

7 5 T a belll Fl om f re k vensanalyser ti or fl ommer 1 apr il' -.lum AvlØpsstasjon Feltareal Antall obs.år Varighet Middelflom QlOoQm Q2oo1Qm (km2) (døgn) Stengel sen Masi Kautokeino Polmak l l l l (Qm) (m3s"1) (ls"lkm"2) "<1 \. J/ / <' 1'...:""" / \..-~ " 1/ { l" < ~.r ' t r/t....; / '.../... "r ol Figur 3: Vannføringsstasjonene som er brukt i frekvensanalysen. Alta- og Tanavassdragets nedbørfeltgrenser er tegnet inn.

8 6 Middelflomverdiene i spesifikke tall varierer lite mellom Alta og Tana. Det er minst spesifikk flom lengst inn på Finnmarksvidda ved Kautokeino. Forskjellen mellom flomverdiene ved Masi og ved Stengelsen skyldes antagelig usikkerhet ved vannføringen ved høye vannstander. For beregning av flomtall for Alta ved utløpet i fjorden er det valgt å benytte data fra Masi. Midlere flom døgnmiddel er Vs*km 2 Det betyr at midlere flom ved utløpet er * 7373 = 847 m 3 /s.. Forholdstallet mellom henholdsvis 100- og 200-årsflom og middelflom Qm er større for Polmak enn for Stengelsen. Det er kun sett på de to målestasjonene med lengst observasjonsserie. "Regional flomfrekvensanalyse for norske vassdrag" er disse forholdtall for vårflommer i Nord Norge anslåtte til hhv og De verdiene benyttes for denne beregningen. Det betyr at 100-årsflom og 200-årsflom for Alta ved utløpet er hhv * 847 = 1660 m 3 /s og 2.15 * 847 = 1821 m 3 /s. Disse flomverdiene er døgnmidler. Kulminasjonsvannføringen momentanflomme.n er noe høyere enn døgnmidlet. Forholdstallet mellom flommers kulminasjonsverdi og døgnmiddelverdi er vanligvis høyere for høstflommer enn for vårflommer og høyere for små nedbørfelt enn for store nedbørfelt. Observerte data fra Masi viser at kulminasjonsvannføringen kan være ca. 2 % større enn døgnmidlet i gjennomsnitt. Det velges å regne med 5 % større for flommer i Alta ved utløpet. Det betyr at 100-års momentanflom blir 1.05 * 1660 = 1743 m 3 s og at 200-års momentanflom blir 1.05 * 1821 = 1912 m 3 /s. Tverrprojiler '.

9 7 Alle tverrproflene måtte forlenges på sidene for å sikre at høyeste simulerte vannstand var lavere enn høyeste nivå på tverrproflene. Dette ble gjort ut fra digitale kart (levert av Alta kommune) der dette var mulig ellers ble analoge kart i målestokk l: 1000 eller l :5000 brukt. Da det ikke er gjort befaring i området i forbindelse med denne beregningen er det ikke mulig å' si noe om utvalget av profler er optimalt for å beskrive forholdene i elva. tillegg til profldata kreves en vurdering av elveløpets ruhet samt observasjoner av vannstander med tilhørende vannføringer i elva. På grunnlag av kalibreringer basert på observerte data samt informasjon om elveløpets utseende ble Manning-tallet (tegn på ruhetsforhold) vurdert til å være mellom 20 og 25. En vannføring sm åling ble utført av Agnar Johnsen i april tillegg forelå opplysninger om at maksimum vannstand under vårflommen i 1992 var cm under topp forbygning ved Aronneskjosen. Vannføringen i Altaelvas utløp i 1992 er estimert til' 1050 m 3 /s. Denne vannføringen er beregnet på bakgrunn av observasjoner gjort på HarestrØmmen målestasjon litt lenger sør i Altavassdraget der største vannføring i juni 1992 var 878 m 3 /s. 2.3 Beregning. Grensebetingelser. For å ta hensyn til tidevannsvariasjonene i Altafjorden ble middel høyvann brukt som nedre grense betingelse i modellen. Dette nivået ble fastlagt ut fra opplysninger i Tidevannstabeller [Statens kartverk 1997]. Middel høyvann i Hammerfest er 248 cm over referansenivået for dybder i sjøkart som også er referansenivået for høyder i tidevannstabellen. dette referansenivået ligger Norsk normalnull (NNN1957) i Hammerfest på 168 cm. Av dette følger at middel høyvann i Hammerfest er 83 cm over NNNl957 (baserer seg på fastmerker på land). For Alta er det oppgitt en høydekorreksjonsfaktor på følge Sjøkartverket [Rune Bråten pers. komm.] kan usikkerheten i verdiene for Alta være ± 15%. Øvre grense betingelse i beregningene er vannføringen ved henholdsvis 100- og 200-årsflommen. Det er antatt at vannføringen er den samme i hele området. Forutsetninger. Ved Aronneskjosen er det i beregningene forutsatt at vann ikke renner over forbygningen dvs forbygningen er antatt å være høyere enn den i virkeligheten er. Dette medfører at resultert vannstand er noe høyere enn den ellers ville bli. Det ble i tillegg til de oppmålte profler lagt inn et ekstra profl i modellen da det ikke var målt opp tverrprofil ved broa. Tegninger fra Statens vegvesen Finnmark ble benyttet for å angi tverrproflets utseende. Arealet til tverrproflet ved broa er nedjustert noe på grunnlag av opplysninger om et gammelt brokar som ligger igjen i elva [Agnar Johnsen pers. komm.]

10 8 3. RESULTATER 3.1 Vannstander. Tabell 2 viser resultatene fra beregningene. Resultatene er gitt som en middelverdi av beregninger med ulike Manningtal1. ntervalle~ som er oppgitt representerer utslaget av bruk av ulikt ruhetstall. Se også vedlegg 2. Tabell 2: Beregningsresultater. Profil nr. QlOO (m) Q200 (m) (±0.25) 5.0 (±O.25) (±0.25) 4.8 (±O.25) (±O.25) 4.6 (±O.25) (±O.25) 4.4 (±O.25) (±O.25) 4.2 (±O.25) 3.2 Usikkerheter. Det må presiseres at det fmnes usikkerheter i de data og beregninger som vurderingene er basert på. Datagrunnlaget og de statistiske flomfrekvensanalysene inneholder usikkerheter og i tillegg kan vannføringsmålingene inneholde observasjonsfeil. Modellkalibreringen er gjort på et grunnlag som ikke er det aller beste - for å få en mer nøyaktig modell bør vannføringsmålinger med tilhørende vannstandsobservasjoner gjøres på ulike vannføringsstørrelser. Beregningene viste at valg av Manningtall medførte store utslag i resulterende vannstand for en gitt vannføring; dette kunne blitt bestemt mer nøyaktig dersom det var bedre data å kalibrere mot.

11 9 LTTERATUR. Bamett Consultants Limited: Dambreak Analysis Comparative Study Report Bamett Consultants Ltd Danish Hydraulic nstitute: Mikel l A microcomputer Based Modelling System for Rivers and Channeis Danish Hydraulic nstitute Statens kartverk: Tidevannstabeller for den norske kyst med Svalbard samt Dover England Statens kartverk Sjøkartverket 1997.

12 Vedlegg l: Tverrprofiler. 10

13 ~ _ ~ ALTA km TOPO D : ALTA ~ r ~ ALTA6.310km TOPOO : ALTA l r l r l r ~ ~ ~ ~ ~ L ~ L ~ J L J L J ----l r r l ALTA km TOPO D : ALTA ~ L ~ ~ r r--- L J L r ~ Tverrprofiler Altaelva. Oppmålt av Alta kommune. MKE 11 DATA BASE : ALTA

14 ALTA km TOPO D : ALTA ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ L L L L L L L L L l l t - ---r r r r r r r r ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~----- L L L L L L L r r r r r r r r ~ ~ ~ ~ ~ ~ r ~ ~ ALTA km TOPO D: ALTA ~ ~ ~ ~ l l r ~ ~ r r T L.l _ 1.l. 1.J r r l l ALTA8.130km TOPOD:ALTA r r r r t t t j l -~ ~ ~ ~ ~ ~ l l l r r r -T T T T l l Tverrprofiler Altaelva. Oppmålt av Alta kommune. DATA BASE: ALTA MKE 11

15 ~. 50 ~ L ~ ALTA km TOPO D: ALTA! L J L l ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ r t r r r t ~ J.L ~ L r ~ t ~ ~ ~ ALTA km TOPO D : ALTA L J...J...J _ t r r ~ ~ ~ l ---l r r r J _ ALTA km TOPO D : ALTA L L L J J J 4.00 L L 1...J..J.J ~ l ~ t t "" r r r ~ Tverrprofiler Altaelva. Oppmålt av Alta kommune. MKE 11 DATA BASE : AL TA

16 ALTA km TOPO D: ALTA r r r r r r r L L L L L L ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ALTA km TOPO D: ALTA r T r r T ; r t ~ ~ J ~ &.. L J L L J ~ ~ ~ ~ ~' " ' 1 J L r l ALTA km TOPO D: ALTA r T T r ~ r t ~ ~-- J L L J L 1 L J L _ " J L 1 L J L J Tverrprofiler Altaelva. Oppmålt av Alta kommune. DATA BASE : AL TA MKE 11

17 ALTA km TOPO D : ALTA t i t r T ~ r r r T------~ r r------t -~ ALTA km TOPO D : AL TA L J _ ~ L L J_ i r T r r '.J l L 1..J -----~ ~ ~ ~ ~ T r ~ ~ ~ r Tverrprofiler Altaelva. Oppmålt av Alta kommune. MKE 11 DATA BASE: ALTA

18 Vedlegg 2: Beregnede vannstander. 16

19 ALTA WATER LEVEL ~--~ T T ~--~ L ALTA WATER LEVEL 6.60-_ ~--.- : 6.00-:: ~ ~-~ T--- ~ ALTA WATER LEVEL 6.60-_ ~ : T--- ~ r r r- f: ~--- ~ ~ ~ r _ L~_ 1557 ALTA WATER LEVEL ~-~ J ' L ~ r T--- r r- r- r ~ ~ r- - r =-! " = L : ALTA WATER LEVE L ' T T t------' Vannstand100-årsflom M=20 DATA FLE :ALTA.RDF BOUNDARY FLE: ALTA100.BSF RESULT FLE : ALTA100B.RRF CALCULATED : 29-APR :38 MKE 11

20 ALTA WATER LEVEL L ALTA WATER LEVEL L ~ ~ T ~ ~ ' ALTA WATER LEVEL J T T ~ ::::F:"';-=--=-=--=-c..:-:...;-=--=-=--=-;..:-:...;-:;...=.--=--=-:...;-:...-:;...=.--=--=-:...;-=--=-=--=-:...;-:...-'----=---'--:...;-:...-:;...=.-'+-::-;":-:"';-=---=1::: L ~ ALTA WATER LEVEL ~ : = = 3.50-= = r- r r r- r r- r r f::. f:: r- r r ~ f '-- ALTA WATER LEVEL r- i ~ T T--- i r i_ i- - i ~----L-i 1997 i i ~--_r f:.- r- f:: i r i- i- Vannstand100-årsflom M=25 DATA FLE :ALTA.RDF BOUNDARY FLE: ALTA100.BSF RESULT FLE : ALTA100.RRF CALCULATED : 29-APR :50 MKE 11

21 ALTA WATER LEVEL ALTA 8.2S0 -- WATER LEVEL ' ' T T ~ ~ ~ ~ ' ~- 1SS :l:C":_=-_=-=-_-=_:-:_C":_=-_=-=-_-=_:-:_:-:_=-_=-=-_-=_:-::_="_=-=-_ -=--=-:-::-=--=-=---=_:-::_C":_=-_=-=-_-=_:-::_:-:_=-=-_ ~T-=-:-::-:-:-::-i= L- 1SS7 ALTA WATER LEVEL : 5.00-= _ ~L ~ r r r T--- ~ l- ~ r r- ~ = ~ --- ~ r- - r '-r- 1S97 ALTA WATER LEVEL ~ r r r r r- r- r- r j r ~ ~--- r SS7 r- r- : : 5.00-: ~ ----''- 1 ALTA WATER LEVEL LOO "t ~~ ~ ~----r- 1SS7 Vannstand 200-årsflom M=20 DATA FLE :ALTA.RDF BOUNDARY FLE : AL TA200.BSF RESULT FLE : AL TA200B.RRF CALCULATED : 29-APR :41 MKE 11

22 AL.TA WATER L.EVEL ' ~ ~ ' AL.TA WATER L.EVEL ~-- LOO :: :: : ' AL.TA WATER L.EVEL ~-- r_ ~ r_--_r ~ ~ ' AL.TA WATER L.EVEL ~ !----y : :: T ~--- - : ~ = ~ --- i _---'---1- AL.TA WATER L.EVEL T ~-=-..::-:...:-:...:-::...::.--=-..::-:...:-:...:-::...::.--=-..::-:...:-=--=--=.--=-...:-:...:-::...::.-.=-..::-...:-:...:-::...::.--=-..::-...:-:...:-::...::.--=-..::-:...::-:-::...::.--=--'C" ~ ' Vannstand 200-årsflom M=25 DATA FLE :ALTA.RDF BOUNDARY FLE : AL TA200.BSF RESULTFLE : AL TA200.RRF CALCULATED : 29-APR :56 MKE 11

23 Denne serien utgis av Norges vassdrags- og energiverk (NVE) Adresse: Postboks 5091 Majorstua Oslo ER FØLGENDE RAPPORTER UTGTT: Nr 1 Nr 2 Nr 3 Nr 4 Nr 5 Nr 6 _Nr Nr 7 8 Nr 9 ngebrigt Bævre: Skjøtselsplan for vegetasjon i Surna (112.Z) og regulerte sideelver. (17 s.) Ånund Sigurd Kvambekk: Temperatur- og saltmålinger og isforhold i Holandsfjorden og Glomfjorden før åpningen av Svartisen kraftverk ( ). (24 s.) Sverre Husebye: Fysiske og kjemiske forhold undersøkt i forbindelse med vanninntak; Tvillingvatn NY-Ålesund. Spitsbergen. (21 s.) Hans Otnes Frode Trengereid og Kjetil Storset: Arsrapport for Norges vassdrags- og energiverk (NVEs) havarigruppe. (17 s.) Torger Wisth og Mads Johnsen: E6 Mediå - Okshammeren. Vassdragsvurderinger. (11 s.) Bjarne Kjølmoen: Volumendringer på Harbardsbreen (17 s.) Lars-Evan Pettersson: Flomberegning Riksheimelva (097.6Z). (15 s.) Eirik Traae : Oppfylling av Eikebergmyra - Vassdragsteknisk vurdering. (12 s.) Randi Pytte Asvall : Nytt Tyin kraftverk. Virkninger på vanntemperatur- og isforhold samt forekomst av frostrøyk. (18 s.) Nr Nr Nr Hans Christian Olsen og Margrethe Cecilie Elster: Sedimentundersøkelser i Mandalsvassdraget (vassdragsnr. 022) (52 s.) Lars-Evan Pettersson: Flomberegning Gjøv (019.CZ). (14 s.) ngjerd Haddeland og Lars-Evan Pettersson : Flomfrekvensanalyse og vannlinjeberegning Alta sentrum (212.AO). (9 s.)