Flomberegning for Forfjordelva og Roksøyelva

Transkript

1 Flomberegning for Forfjordelva og Roksøyelva Andøy og Sortland kommune, Nordland (178.63Z og Z) Seija Stenius O P P D R AG S R A P P O R T B

2 Oppdragsrapport B nr Flomberegning for Forfjordelva og Roksøyelva Utgitt av: Redaktør: Forfattere: Norges vassdrags- og energidirektorat Seija Stenius Trykk: Opplag: Forsidefoto: ISBN Kun digitalt Roksøyelva, o.s. bru. Foto: S. Stenius, NVE. Sammendrag: På oppdrag for Statens vegvesen Region nord har NVE, Hydrologisk avdeling, utført flomberegninger for Forfjordelva og Roksøyelva i Andøy og Sortland kommune i Nordland. Middelflom og flommer med gjentaksintervall 50, 100 og 200 år er beregnet. I tillegg er flomverdiene justert i forhold til ventede klimaendringer. Emneord: Flomberegning, Forfjordelva, Roksøyelva, Andøy, Sortland, Nordland. Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstua 0301 OSLO Telefon: Telefaks: Internett: Juli

3 Innhold Forord... 2 Sammendrag Beskrivelse av nedbørfeltene Metode Målestasjoner Flomformler Flomberegninger Flomfrekvensanalyser og estimat fra formelverk Justering av flomverdier i forhold til forventede klimaendringer Sammenligning med andre beregninger og observasjoner i regionen Usikkerhet Referanser Vedlegg Vedlegg

4 Forord På oppdrag for Statens vegvesen Region nord har NVE, Hydrologisk avdeling, utført flomberegninger for Forfjordelva og Roksøyelva i Andøy og Sortland kommune i Nordland. Middelflom og flommer med gjentaksintervall 50, 100 og 200 år er beregnet. I tillegg er flomverdiene justert i forhold til ventede klimaendringer. Arbeidet er blitt utført i perioden april juni Seija Stenius har vært ansvarlig for oppdraget fra NVEs side, i tillegg har Thomas Væringstad kvalitetskontrollert arbeidet. Rapporten er utført på oppdragsbasis og er ikke en del av NVE sin forvaltningsmessige behandling av saken. Oslo, juli 2016 Sverre Husebye seksjonssjef Seija Stenius overingeniør 2

5 Sammendrag Det er utført flomberegning for Forfjordelva og Roksøyelva, der Fv 82 krysser over vassdragene, strekning Sortland-Risøyhamn i Andøy og Sortland kommune i Nordland. Middelflom og flommer med gjentaksintervall 50, 100 og 200 år er beregnet. I tillegg er flomverdiene justert i forhold til ventede klimaendringer. Flomberegningen er kontrollert av Thomas Væringstad, NVE. Det finnes ingen vannføringsstasjoner i vassdragene. Flomberegningene er derfor basert på formelverk for små nedbørfelt (Glad mfl., 2015) og flomfrekvensanalyser fra fem sammenligningsstasjoner i regionen. Resultatet ble (kulminasjonsverdier): Sted Areal QM Q50 Q100 Q200 km 2 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Forfjordelva 29, ,3 51,9 59,4 67,9 Roksøyelva 16, ,7 19,7 22,8 26,4 Kulminasjonsvannføringer for flommer i et endret klima (år 2100) er som følger: Sted Areal QM Q50 Q100 Q200 km 2 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Forfjordelva 29, ,5 62,3 71,3 81,5 Roksøyelva 16, ,6 23,6 27,3 31,6 Med bakgrunn i det tilgjengelige datagrunnlaget for disse beregningene kan usikkerheten i resultatene regnes som stor «Brukbart hydrologisk datagrunnlag, med store gradienter i spesifikke flomstørrelser i området». Usikkerheten er klassifisert iht. usikkerhetsklasser gitt i Stenius mfl. (2015). 3

6 1 Beskrivelse av nedbørfeltene Forfjordelva renner ut i Forfjorden og Roksøyelva renner i Roksøyfjorden. Begge vassdragene renner under bruer til vei 82, mellom Sortland og Risøyhamn, rett før de renner ut i sjøen. Årsflommer dominerer i området. Feltkarakteristika for nedbørfeltet er vist i tabell 1 og feltgrensene er vist i figur 1. Detaljerte feltkarakteristika og flybilde er vist i vedlegg 1. Tabell 1. Feltkarakteristika for nedbørfeltene. Sted Feltareal, A, km 2 QN (61-90)* l/s km 2 Eff. sjø, A SE % Høydeintervall moh. Feltlengde, L F, km Elvegradient, S T, m/km Forfjordelva 29,2 54 0, ,0 30,4 Roksøyelva 16,1 53 3, ,8 6,5 * Avrenning beregnet fra NVEs avrenningskart for normalperioden Figur 1. Nedbørfelt til analysefeltene. 4

7 2 Metode Flomberegningene baserer seg på formelverk for små nedbørfelt (Glad mfl., 2015) og spesifikke middelflomverdier og vekstkurver fra sammenligningsstasjoner i regionen. 2.1 Målestasjoner En oversikt over nedbørfeltene til aktuelle sammenligningsstasjoner i området er gitt i tabell 2. Beliggenhet og feltgrenser er vist i figur 2. Målestasjon Langvatn ligger ca. 20 km sør for analysefeltene. Langvatn har høyere spesifikk middelavrenning og mye høyere effektiv sjøprosent sammenlignet med analysefeltene. Langvatn har omtrent lik størrelse på feltarealet sammenlignet med Roksøyelva, men mindre feltareal sammenlignet med Forfjordelva. Stasjonen har to kurveperioder. Kvaliteten på vannføringskurven på flom 1 er vurdert som middels for den senere kurveperioden. Målestasjon Ånesvatn ligger ca. 30 km nord for analysefeltene. Stasjonen ble flyttet 1997 og het før Åelv. Ånesvatn har større feltareal og mye høyere effektiv sjøprosent men lavere middelavrenning sammenlignet med analysefeltene. Det er mye våtmark i nedbørfeltet. Vannføringskurven er oppdelt i flere perioder. For perioden dd er kurvekvaliteten på flom 1 vurdert som middels. Periodene før 1997 er vurdert som meget dårlige. Målestasjon Gåslandsvatn ligger ca. 40 km sydvest for analysefeltene. Gåslandsvatn har mindre feltareal, men veldig mye større effektiv sjøprosent sammenlignet med analysefeltene. Vannføringskurven er oppdelt i to perioder og er vurdert som dårlig respektive middels på flomvannføringer 1. Målestasjon Sneisvatn ligger ca. 50 km sør for analysefeltene. Sneisvatn har mye høyere spesifikk middelavrenning sammenlignet med analysefeltene, større feltareal sammenlignet med Roksøyelva og høyere effektiv sjøprosent sammenlignet med Forfjordelva. Kvaliteten på vannføringskurven på flom 1 er vurdert som dårlig. Målestasjon Grønlivatn ligger ca. 100 km sydøst for analysefeltene. Grønlivatn har mindre feltareal sammenlignet med analysefeltene, høyere effektiv sjøprosent sammenlignet med Forfjordelva, men lavere effektiv sjøprosent sammenlignet med Roksøyelva. Målestasjonen har den korteste tidsserien av sammenligningsstasjonene. Kvaliteten på vannføringskurven på flom 1 er vurdert som middels. Ingen av sammenligningsstasjonene er direkte sammenlignbar med analysefeltene 1 Flom i denne sammenhengen er definert som ca. en middelflomverdi. Kurveusikkerheten på høyere flomvannføringer er ikke vurdert. 5

8 Figur 2. Nedbørfelt til sammenligningsstasjoner i området (sort) og nedbørfeltet til analysefeltene (rødt og blått). Tabell 2. Feltkarakteristika for aktuelle sammenligningsstasjoner. Stasjon Måleperiode Feltareal (km 2 ) Eff. sjø (%) QN (61-90) (l/s km 2 (l/s km 2 ) (moh.) (km) Langvatn 1953-dd 18,4 6, , Ånesvatn 1978-dd 47,0 7, , Gåslandsvatn 1934-dd 7,7 19, , Sneisvatn 1916-dd 29,6 2, , Grønlivatn 1989-dd 7,41 1, ,6 Q N årsmiddelavrenningen i perioden beregnet fra NVEs avrenningskart. Q obs årsmiddelavrenningen beregnet for periode med tilgjengelige observasjoner. 2.2 Flomformler Qobs Høydeint. Formelverket for flomberegninger i små felt er utarbeidet for å estimere middelflom og flommer med ulike gjentaksintervall direkte som kulminasjonsverdier for nedbørfelt under ca. 50 km 2 (Glad mfl., 2015). Formelverket er basert på ett sett med ligninger for hele Norge. En ligning for estimering av middelflommen, Q M, og en ligning for å beskrive vekstkurven, Q T/Q M, (forholdet mellom middelflom og en flom med et vilkårlig gjentaksintervall T). Middelflommen (Q M) fås av følgende formel: Q M = 18.97Q N ee ASE ( 1 ) Feltlengde 6

9 hvor Q N er nedbørfeltets middelvannføring (m 3 /s) i perioden hentet fra avrenningskartet, A SE er den effektive sjøprosenten (%) og e er grunntallet e 2,718. Middelflommen (Q M) øker med økende middelvannføring, men minker med økende effektiv sjøprosent (se formel 1). Vekstkurven (Q T/Q M) fås av følgende formel: QT QM = q N Γ(1+k)Γ(1-k)- (T-1) -k /k ( 2 ) hvor q N er middelvannføring (l/s km 2 ) i perioden hentet fra avrenningskartet, Γ er gammafunksjonen, T er gjentaksintervall og konstanten k gis av: kk = 1 + 2/[1 + ee AASE/100 ] Ligningen (2) viser at økt normalavrenning gir slakere kurve og økt effektiv sjøprosent gir brattere kurve. Av de to parameterne i formel (1) er det middeltilsiget som er mest usikkert. Denne verdien blir hentet ut fra avrenningskartet og usikkerheten varierer kraftig mellom forskjellige geografiske plasseringer. 3 Flomberegninger For beregning av middelflom og flommer med ulik gjentaksintervall er det gjort en vurdering av flomfrekvensanalyser for målestasjonene i tabell 2 og det er estimert middelflom og flommer med ulike gjentaksintervall fra formelverk for små nedbørfelt (Glad mfl., 2015) 3.1 Flomfrekvensanalyser og estimat fra formelverk I «Veileder for flomberegninger i små uregulerte felt» (Stenius mfl., 2015) er det anbefalt å bruke flere ulike metoder for å sammenligne ulike resultat før et endelig valg av flomverdier tas. Følgelig er det utført flomfrekvensanalyser for målestasjonene i tabell 2 og middelflom og vekstkurve for analysefeltene er estimert med formelverk for små felt (Glad mfl., 2015). Resultatene fra flomfrekvensanalysene og formelverket er presentert i tabell 3 (frekvensfordelinger er vist vedlegg 2). Det ble i utgangspunktet sett på flere ulike fordelingsfunksjoner med særlig vekt på Gev(bayes) og Gumbel(bayes). Det ble valgt å bruke to-parameterfordelingen Gumbel(bayes) for alle analysene, med unntak for Langvatn, døgn, der tre-parameterfordelingen Gev(bayes) ble valgt. 7

10 Tabell 3. Flomfrekvensanalyse på årsflommer, døgnmiddel- og kulminasjonsverdier. Fordelingen som er brukt er Gumbel (bayes) med unntak for Langvatn, døgn, der Gev(bayes) er brukt. Det er også presentert resultat ved bruk av formelverket (Glad mfl., 2015) for analysefeltene. Stasjon Periode Ant. år Areal km 2 QM Q50/ l/s km 2 m 3 /s QM Q100/ Langvatn, DØGN , ,2 1,9 2,1 2, Ånesvatn, DØGN , ,8 2,0 2,2 2, Gåslandsvatn, , ,0 1,9 2,1 2, Sneisvatn, DØGN , ,8 1,7 1,8 2, Grønlivatn, DØGN , ,3 1,5 1,6 1,7 QM Q200/ QM Qmom/ Qdøgn Langvatn, KULM , ,1 1,9 2,1 2,3 1, Ånesvatn, KULM , ,2 1,9 2,2 2,4 1, Gåslandsvatn, , ,4 1,9 2,1 2,2 1, Sneisvatn, KULM , ,4 1,7 1,8 1,9 1, Grønlivatn, KULM , ,6 1,6 1,8 1,9 1,42 Gjennomsnitt, DØGN 427 1,8 2,0 2,1 Gjennomsnitt, KULM 530 1,8 2,0 2,2 NIFS 2, Forfjordelva 29, ,2 2,0 2,3 2,6 NIFS 2, Roksøyelva 16, ,1 2,0 2,4 2,7 1 Q mom/q døgn verdien er beregnet ut fra middelflom estimert for døgn og findata for den samme perioden som det finnes findata. 2 Formelverk for små felt (Glad mfl., 2015) som ble utviklet i samband med NIFS-prosjektet ( Det er relativt stor spredning i den spesifikke middelflommen i området. Døgnverdiene varierer fra ca l/s km 2 og kulminasjonsverdiene varierer fra ca l/s km 2. Det er ingen av sammenligningsstasjonene som er direkte sammenlignbar med analysefeltene. Langvatn, Ånesvatn og Gåslandsvatn har mye eller veldig mye høyere effektiv sjøprosent og har dermed større demping i feltet sammenlignet med analysefeltene. Av disse tre har Langvatn den laveste effektive sjøprosenten og mye høyere middelvannføring sammenlignet med analysefeltene. De spesifikke middelflommen ved analysefeltene ventes dermed å være over l/s km 2. Sneisvatn og Grønlivatn har lavere effektiv sjøprosent sammenlignet med Roksøyelva, men Sneisvatn har større feltareal og mye høyere middelvannføring og Grønlivatn har mye mindre feltareal. Nedbørfeltet til Roksøyelva har sannsynlig noe større selvreguleringsevne sammenlignet med Grønlivatn og ventes dermed å ha noe lavere eller omtrent lik spesifikk middelflom som Grønlivatn. Forfjordelva har lavere effektiv sjøprosent sammenlignet med Grønlivatn, den spesifikke middelflomverdier ventes dermed å være høyere enn den for Grønlivatn, 630 l/s km 2 (kulm.). Ved sammenligning av middelflomverdier fra frekvensanalyse (tabell 3), kulminasjonsverdier, og middelflomverdier utledet ved hjelp av formelverket (Glad mfl., 8

11 2015) for sammenligningsstasjonene overestimerer formelverket i gjennomsnitt 25 % (10-55 %). Formelverket for små felt (Glad mfl., 2015) gir en spesifikk middelflom, kulminasjonsverdier, på 964 l/s km 2 for Forfjordelva og 630 l/s km 2 Roksøyelva. Ut fra en samlet vurdering av resultatene presentert i tabell 3 og en sammenligning av resultater fra frekvensanalyse og formelverk, der formelverket systematisk overestimerer, settes den kulminerende spesifikke middelflommen til 900 l/s km 2 for Forfjordelva og 600 l/s km 2 Roksøyelva. Frekvenskurvene i regionen er forholdsvis enhetlige. Q 50/Q M varierer fra 1,5-2,0 og Q 200/Q M variere fra 1,7-2,4. Vekskurvene fra formelverket er noe brattere sammenlignet med vekstkurvene fra frekvensanalysene. Q 50/Q M er 2,0 for begge analysefeltene og Q 200/Q M er 2,6 respektive 2,7. I «Veileder for flomberegninger for små uregulerte felt» (Stenius mfl., 2015) sies følgende om valg av vekskurve: «Vekstkurven fra formelverket er robust og lite sensitiv for lokale variasjoner og anbefales derfor som regel som første valg. Dersom det finnes lange tidsserier med god kvalitet ( år eller mer) som vurderes som representative, sammenlign da gjerne vekstkurve fra formelverket med vekstkurve fra data og vurder hva som virker mest sannsynlig. Det kan også lages en kombinasjon av vekstkurve fra formelverk og data.». Ut fra en samlet vurdering av datakvalitet, lengde på tidsserier og usikkerhet ved valg av fordelingsfunksjon er det valgt å bruke vekskurven fra formelverket videre i analysen. Tabell 4 gir resulterende kulminasjonsvannføringer ved forskjellige gjentaksintervall for analysefeltene. Tabell 4. Kulminasjonsflommer med ulike gjentaksintervall for analysefeltene. Sted Areal QM Q50 Q100 Q200 Q50 Q100 Q200 km 2 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s l/s km 2 l/s km 2 l/s km 2 Forfjordelva 29, ,3 51,9 59,4 67, Roksøyelva 16, ,7 19,7 22,8 26, Justering av flomverdier i forhold til forventede klimaendringer I (Stenius mfl., 2015) anbefales det et klimapåslag for alle flomberegninger med gjentaksintervall 200 år på minimum 20 % og at det gjøres individuelle vurderinger for om det bør legges til 40 %. Den individuelle vurderingen anbefales gjort med utgangspunkt i NVE-report Hydrological projections for floods in Norway under a future climate (Lawrence og Hisdal, 2011) og kommende oppdateringen av rapporten «Klimaendring og fremtidige flommer i Norge» (Lawrence, 2016) samt rapporten «Klima i Norge 2100» (Hanssen Bauer mfl., 2015). 9

12 Ut fra informasjon og anbefalinger i de nevnte rapportene velges en faktor på 1,2 (20 % økning) for å anslå klimaendringers effekt på flommer med forskjellige gjentaksintervall. Kulminasjonsvannføringer for flommer i et endret klima (år 2100) blir dermed som i tabell 5. Tabell 5. Beregnet middelflom (Q M) og resulterende flomverdier ved ulike gjentaksintervall for analysefeltene, kulminasjonsvannføringer, justert med + 20 % som følge av ventede klimaendringer. Sted Areal QM Q50 Q100 Q200 Q50 Q100 Q200 km 2 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s l/s km 2 l/s km 2 l/s km 2 Forfjordelva 29, ,5 62,3 71,3 81, Roksøyelva 16, ,6 23,6 27,3 31, Sammenligning med andre beregninger og observasjoner i regionen I NVEs veileder (Stenius mfl., 2015) er variasjonen av spesifikke 200-års verdier oppgitt for ulike landsdeler i Norge. For Nordland er det oppgitt at en 200-års verdi ventes å ligge et sted mellom l/s km 2. De høyeste verdiene finner en rundt Svartisen og langs kysten. De laveste verdiene finner en i indre strøk og/eller for felt med høy selvreguleringsevne. Verdiene som er funnet for Forfjordelva og Roksøyelva ligger innenfor erfaringstallene presentert i veilederen. De spesifikke flomverdiene for Forfjordelva og Roksøyelva er også sammenlignet med andre lignende oppdrag i regionen og funnet å ha en rimelig overensstemmelse med hverandre. 4 Usikkerhet Det er en hel del usikkerhet knyttet til frekvensanalyser av flomvannføringer. De observasjoner som foreligger er av vannstander. Disse omregnes ut fra en vannføringskurve til vannføringsverdier. Vannføringskurven er basert på observasjoner av vannstander og tilhørende målinger av vannføring i elven men disse direkte målingene er ofte ikke utført på store flommer. De største flomvannføringene er altså beregnet ut fra et ekstrapolert forhold mellom vannstander og vannføringer, dvs. også observerte flomvannføringer inneholder en stor grad av usikkerhet. Andre kilder til usikkerhet er bruk av døgnmiddelverdier og mangel av lange findataserier. I følge Glad mfl. (2015) fås usikkerheten ved bruk av formelverket for små felt for lave (< 100 år) respektive høye gjentaksintervall (> 100 år) ved å multiplisere eller dividere med ca. 1,8 respektive ca. 2,0 med et 95 % konfidensintervall. For Forfjordelva og Roksøyelva blir da flomestimatene med tilhørende 95 % konfidensintervall som i figur 3. Den kulminerende spesifikke middelflommen ventes dermed å ligge et sted mellom l/s km 2 for Forfjordelva og l/s km 2 Roksøyelva (95 % konfidensintervall). 200-års flommen ventes å ligge et sted mellom l/s km 2 for Forfjordelva og l/s km 2 for Roksøyelva (95 % konfidensintervall). 10

13 Figur 3. Flomverdier for analysefeltene med tilhørende usikkerhets bånd (95 % konfidensintervall) estimert med formelverk for små felt (Glad mfl., 2015). Å kvantifisere usikkerhet i hydrologiske data er meget vanskelig. Det er mange faktorer som spiller inn, særlig for å anslå usikkerhet i ekstreme vannføringsdata. I «Veileder for flomberegninger i små felt» (Stenius mfl. 2015) er det beskrevet en tilnærming for å klassifisere flomberegningen og det tilgjengelige hydrologiske datagrunnlaget. Ut fra metoden beskrevet i Stenius mfl. (2015) vurderes flomberegningen for Forfjordelva og Roksøyelva til stor «Brukbart hydrologisk datagrunnlag, med store gradienter i spesifikke flomstørrelser i området». 11

14 5 Referanser Glad. P. A., Reitan. T. og Stenius. S. 2015: Nasjonalt formelverk for flomberegninger i små nedbørfelt. NVE Rapport nr Hanssen-Bauer, I., Førland, E.J., Haddeland, I., Hisdal, H., Mayer, S., Nesje, A., Nilsen, J.E.Ø., Sandven, S., Sandø, A.B., Sorteberg, A. og Ådlandsvik, B. Klima i Norge Kunnskapsgrunnlag for klimatilpasning oppdatert i NCCS report no. 2/2015. Lawrence og Hisdal 2011: Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. NVE Report No Lawrence, D. (2016). Klimaendring og fremtidige flommer i Norge, NVE Rapport (til trykk). Stenius, S., Glad, P.A., Wang, T. K., Væringstad T. (2015): Veileder for flomberegninger i små uregulerte felt. NVE Veileder

15 Vedlegg 1 Nedbørfelt med feltkarakteristika for Forfjordelva. Nedbørfelt med feltkarakteristika for Roksøyelva. 13

16 Flyfoto over nedbørfeltene til analysefeltene. 14

17 Vedlegg 2 Flomfrekvensanalyser og fordelingsfunksjoner Alle grafene nede har gjentaksintervall, enhet år, på x-aksen Langvatn (kulm. og døgn) Ånesvatn (kulm. og døgn) Gåslandsvatn (kulm. og døgn) 15

18 177.4 Sneisvatn (kulm. og døgn) Grønlivatn (kulm. og døgn) 16

19 Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstuen 0301 Oslo Telefon: Internett: