Hydrologi/Hydraulikk

Transkript

1 Statens vegvesen Region vest Hydrologi/Hydraulikk Reguleringsplan E134 Espelandssvingane Oppdragsnr.: Dokumentnr.: HYD-01 Versjon:

2 Oppdragsgjevar: Statens vegvesen Region vest Oppdragsgjevars kontaktperson: Linda Skare Pryde Rådgjevar: Norconsult AS, Vestfjordgaten 4, NO-1338 Sandvika Oppdragsleiar: Ingvild Hernes Lunde Fagansvarleg: Henrik Opaker Andre nøkkelpersonar: Lisa Østvik Jørandli Planforslag Lisa Ø Jørandli Henrik Opaker Ingvild Hernes Lunde Til kontroll hjå oppdragsgivar Lisa Ø. Jørandli Henrik Opaker Ingvild Hernes Lunde Versjon Dato Omtale Utarbeidet Fagkontrollert Godkjent Dette dokumentet er utarbeida av Norconsult AS som del av det oppdraget som dokumentet omhandlar. Opphavsretten tilhøyrar Norconsult. Dokumentet må berre nyttast til det formål som går fram av oppdragsavtalen, og må ikkje kopierast eller gjerast tilgjengeleg på annan måte eller i større utstrekning enn formålet tilseier. n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 2 av 34

3 Samandrag I samband med bygging av gang- og sykkelveg samt utbetring av køyrevegen langs E134 ved Espelandssvingane i Ølen, er det på vegne av Statens vegvesen Region vest gjort utrekning av flaumtilsig (Q200 inkludert klimapåslag) og vasslinjeutrekning, samt utrekning av nødvendig kulvertdimensjon for fire nye kulvertar og 10 eksisterande stikkrenner som kanskje må byggast om. Grunna sparsamt hydrologisk grunnlag er det gjort flaumutrekningar ved hjelp av tre ulike metodikkar for Vågselva (Frekvensanalyse, nedbør-avløpsmodell og nasjonalt formelverk for små felt), før eit endeleg val av flaumstørrelse er gjort. For to av kulvertane pluss dei 10 stikkrennene blei også den rasjonale metode vurdert. Resultatet frå flaumutrekninga gav ein flaumvassføring ved innløpet til dei to kulvertane som kryssar Vågselva i vegprofil 700 og 950 på høvesvis 33 og 33,6 m 3 /s (Q200 inkludert 50 % klimapåslag). For dei to kulvertane som kryssar sidebekkene (vegprofil 1050 og 1100) er flaumvassføringa berekna til å vere 8,43 og 2,25 m 3 /s, mens den for stikkrennene varierer mellom 0,02 og 1,54 m 3 /s. Slik vegen er planlagt å byggjast, viser vasslinjeutrekninga at vasstanden ikkje vil symje over vegen. Dette er uavhengig av om det reknast med bruer/kulvertar på strekninga eller ikkje. Dimensjonering av kulvertane er gjort ved hjelp av nomogram (vedlegg 4). Ut frå resultata er det i vegprofil 700 tilrådd å bygge ei bru i staden for ein kulvert. I profil 950 er det tilrådd ein rektangulær kulvert med dimensjon 5,1 x 2,1 m (breidd x høgd). Tilsvarande er det tilrådd rektangulære kulvertar for dei to sidebekkane med dimensjonar på høvesvis 3,0 x 1,9 m og 3,0 x 1,05 m (breidd x høgd). Utforminga tek då omsyn til eventuell fiskeoppvandring og krav om 0,2 m botnsubstrat grunna fallet som oppstår i kulvertane. Dimensjonen på stikkrennene er rekna ut ved å nytta nomogram for betongrøyr (vedlegg 5). For 6 av 10 stikkrenner held det med minimumsdimensjonen på 600 mm i diameter, mens det for dei fire siste må leggjast røyr med større dimensjon. n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 3 av 34

4 Innhald Innleiing 5 Dimensjonerande flaum 6 Vågselva (Hovudvassdraget) 6 Val av metodikk 6 Frekvensanalyse 6 Nedbør-avløpsmodell 8 Nasjonalt formelverk 9 Endeleg val av flaumstorleik 9 Sidevassdrag 10 Rasjonale metode 10 Hydrauliske utrekningar 15 Tverrsnittdata 15 Friksjonsforhold 15 Grensevillkår 15 Bruer og kulvertar 15 Stikkrenner 17 Klimapåslag og tryggingsmargin 17 Resultat 19 Utrekningsresultat 19 Bruer og kulvertar 20 Vågselva 20 Sidebekker 21 Dimensjonering av stikkrenner 22 Uvisser i utrekningane 23 Konklusjon og anbefalingar 24 Referansar 25 Vedlegg 26 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 4 av 34

5 Innleiing Norconsult har fått i oppgåve av Statens vegvesen Region vest å utarbeide reguleringsplan for ny gang- og sykkelveg samt utbetring av køyrevegen langs E134 Espelandssvingane ved Ølensvåg i Vindafjord kommune. På ein del av strekninga har elveløpet også blitt endra. For å vere sikker på at elva ikkje fløymer over den nye vegen må riktig flaumtilsig estimerast. Ei oversikt over traséen med tilhøyrande nedbørfelt er vist i Figur 1-1. Alle høgder i denne rapporten er oppgitt i NN2000. Nedbørfeltet til Vågselva på strekninga er i høve NVEs lågvassapplikasjon på 14,1 m 2 (Figur 1). Resultatet frå lågvassapplikasjonen er vedlagt. Feltparametrane for nedbørsfeltet er vist i Tabell 1-1. Figur 1-1 Nedbørfelt og ny trasé E134 Tabell 1-1 Feltparameterar Vågselva Felt Høgde moh ( %) Areal (km 2 ) Årstilsig (l/s/km 2 ) Eff. sjø (%) Skog (%) Vågselva ,1 55,7 0,2 66,2 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 5 av 34

6 Dimensjonerande flaum Vågselva (Hovudvassdraget) Val av metodikk Flaumutrekningane er utført med bakgrunn i «Veileder for flomberegninger i små uregulerte felt» utgjett av NVE i 2015 [1]. For å estimera flaumtilsiget er det tre metodikkar som kan nyttast for dette feltet: frekvensanalyse, nedbør-avløps modellen og nasjonalt formelverk. Den rasjonale metoden kan ikkje nyttast då den berre er gyldig for nedbørsfelt < 2 5 km 2. Ved frekvensanalyse vert det nytta måleseriar av vassføring for å estimera flaumverdiar. Feltparametrane for måleseriane korrelerast deretter mot feltparametrane til feltet ein ønsker å rekne tilløpsflaum for. Denne metoden tilseier at ein bør ha gode måleseriar frå nærliggande felt, som ikkje har for ulik fysisk karakter i høve til felta ein vil utføre utrekninga for. Nedbør-avløpsmodellen nyttar nedbørsverdiar samt visse parameterverdiar for felta for å gjere om nedbørverdiane til avrenning. Nasjonalt formelverk for små nedbørfelt gjev flaumverdiar for uregulerte felt (<50 km 2 ) ut i frå parametrane normalavrenning, areal og effektiv sjøprosent. Ingen av dei tre metodane skil seg ut som beste metode for å rekne flaumstorleiken i Vågselva. Av den grunn er det valt å sjå kva dei ulike metodane gjev av flaumstorleikar, for deretter å ta eit val. Frekvensanalyse Det er gjort frekvensanalyse på vassføringsdata med døgnoppløysing for dei to næraste målestasjonane med tilnærma likt areal. Målestasjon Breiborgvatn ligg ca. 49 km frå Espelandssvingane og har et areal på 12,43 km 2. Dette er noko mindre (1,36 km 2 ) enn feltet vi reknar på. Men Breiborgvatn har høgare effektiv sjøprosent (2,61 %), så den spesifikke verdien for 200- årsflaum for det aktuelle feltet er forventa å vere noko lågare enn kva den er for Breiborgvatn. Målestasjon 37.8 Buer ligg ca. 39 km frå Espelandssvingane. Stasjonen har eit feltareal som er 4,91 km 2 større enn feltet vi reknar for, mens den effektive sjøprosenten er nokså lik (0,27 % større). I ei frekvensanalyse må ein også sjå på normalavrenninga til felta/stasjonane. Normalavrenninga for Vågselva er vesentleg lågare enn for dei to andre felta. Dette inneber at det regnar vesentleg mindre ved Vågselva, og det er difor forventa at Vågselva har ein lågare spesifikk verdi for Q200 enn Breiborgvatn og Buer. I Tabell 2-1 er dei ulike eigenskapane til dei tre felta oppgitt. Tabell 2-1 Felteigenskapar for dei tre felta Q N (l/s km 2 ) Feltareal (km 2 ) A SE (%) Vågselva 56 14,1 0,2 Breiborgvatn ,4 2,81 Buer ,7 0,47 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 6 av 34

7 Det er ikkje utført frekvensanalyse på andre målestasjonar i området, då dei enten har for kort måleserie eller for stort areal. Figur 2-1 Frekvensanalyse på vassføringsdata med timesoppløysing for målestasjon Breiborgvatn n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 7 av 34

8 Figur 2-2 Frekvensanalyse på vassføringsdata med timesoppløysing for målestasjon 37.8 Buer Frå figur 2-1 og 2-2 er det valt å tilpasse ei kurve som ligg midt i mellom det dei to funksjonane gir, då ingen av dei passar betre enn den andre. Frekvensanalyse av måleserien Breiborgvatn gir ein spesifikk døgnmiddelverdi for q200 på om lag 2500 l/s km 2, mens den spesifikke døgnmiddelverdien q200 for 37.8 Buer er på om lag 2030 l/s km 2. Resultatet er for frekvensanalyse mot haustflaum, men det er også utført analyse mot års- og vårflaum (som gav lågare verdiar). For å kunne samanlikne resultata frå frekvensanalysen opp mot resultata frå dei andre metodane må ein skalera døgnmiddelverdiane med ein kulminasjonsfaktor. Kulminasjonsfaktoren for haustflaum finn ein ved å nytte seg av formelen oppgitt i [1]. For Breiborgvatn er kulminasjonsfaktoren på 1,52 mens den for Buer er på 1,74. Dette gjev spesifikke kulminasjonsvassføringar på høvesvis 3800 l/s km 2 og 3500 l/s km 2 for dei to stasjonane. I høve til resultata frå frekvensanalysane av Breiborgvatn og Buer, meiner vi at flaumverdien bør setjast lågare enn dei to (basert på normalavrenninga). Dette inneber at Q200 må vera mindre enn 3500 l/s km 2. Nedbør-avløpsmodell Den beste måten å bestemme modellparametrane til NVE sin flaummodell PQRUT er ved kalibrering mot observerte data med fin nok tidsoppløysing. Sidan slike data ikkje finns, er det tatt utgangspunkt i feltparametrane til det aktuelle feltet. Parametrane som inngår i PQRUT er deretter rekna med formelverket i NVE sine retningslinjer [1]: K1 = 0, ,00268 H L 0,01665 ln(a SE ) K2 = 0, ,21 K 1 0,00021 H L n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 8 av 34

9 T = 0,9 + 4,4 K 1 0,6 + 0,28 q N Vi har ikkje rekna eigne IFV-kurvar, men i staden nytta oss av medianverdiar av nedbørsintensiteten med 200-års returperiode for Vestlandet [1]. I simuleringa er bakken føresett å vere metta med vatn ved starten av simuleringa, og initialvassføringa er satt lik normalvassføringa gitt frå NVE sin lågvassapplikasjon. I Tabell 2-2 er parametrane som er nytta i utrekninga av Q200 gjett. Tabell 2-2 Feltparameterverdiar ved utrekning av Q200-forløp Felt Vågselva K1 0,228 K2 0,042 T 17,36 HL (m/km) 70,14 ASE (%) 0,20 QN (l/s km 2 ) 56,0 Modellert areal (km 2 ) 13,8 Initialvassføring (m 3 /s) 0,77 Resultatet frå PQRUT gjer ei flaumvassføring Q200 på ca l/s km 2. Nasjonalt formelverk Med NVE sitt formelverk for små uregulerte felt kan kulminasjonsvassføring reknast ut. Formelverket består av to likningar; ei for å rekne middelflaum og ei for å beskrive vekstkurva QT/QM. Metoden er tilrådd for felt med areal 0,2-50 km 2. Metoden er nærare skildra i [1]. Parametrane areal, normalavrenning og effektiv sjøprosent inngår i formelverket og er presentert i Tabell 2-1 for Vågselva. Nasjonalt formelverk gjer Q200-verdi for Vågselva på om lag 2540 l/s km 2. Endeleg val av flaumstorleik Analysen over gjev nokre indikasjonar på kva for ein verdi Q200 skal ha. Resultata frå dei ulike metodane er vist i Tabell 2-3. Tabell 2-3 Resultat av utrekning av Q200 (m 3 /s) Metode Frekvensanalyse < 3500 Nedbør-avløp 3000 Nasjonalt formelverk 2540 Vågselva (l/s km) Resultatet frå frekvensanalysen gjev ein indikasjon på øvre grense på Q200. Basert på normalavrenninga meiner vi at den bør setjast ein god del lågare enn 3500 l/s km 2. Nedbør- og n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 9 av 34

10 avløpsmodellen gjev også truleg for høge verdiar. Dette er basert på at dei regionale skilnadane (særleg på vestlandet) er vanskelege å fange opp [1]. I [1] er det difor gjort eit forsøk på å betre skildre desse skilnadane. Dette gjev ein øvre verdi på timesnedbør på ein stad mellom mm/t for området vi er i her. Vi har nytta ein verdi på 29,4 mm, noko som tyder på at nedbørsverdiane nytta i PQRUT er noko høge, slik at den spesifikke flaumverdien også er litt for høg. Vi har difor valt å nytta verdiane frå det nasjonale formelverket for små felt i dei vidare utrekningane. I Tabell 2-4 er 200-års flaumverdiane for ulike punkt langs Vågselva presentert saman med normalvassføring og middelflaum. Tabell 2-4 Endring i vassføring nedover i elva basert på Nasjonalt formelverk. Målepunkt Start av ny vegstrekning (Vegprofil 167) Oppstraums fyste nye bruovergang (Vegprofil 672) Oppstraums andre nye bruovergang (Vegprofil 900) Nedstraums alle tilløpselver (Vegprofil 1150) Slutt ny vegstrekning/siste tverrsnitt (Vegprofil 1390) Normalvassføring (m 3 /s) Middelflaum (m 3 /s) 0,44 7,7 19,8 0,49 8,5 22 0,49 8,7 22,4 0,77 13,6 35 0,79 13,9 35,8 200-års flaumverdi (m 3 /s) Sidevassdrag Det er fleire sidevassdrag som drenerer til Vågselva som alle har små areal (< 1,5 km 2 ). For å bestemme den dimensjonerande flaumen for desse er den rasjonale metode vurdert å gje dei mest representative resultata. Rasjonale metode Den rasjonale metode vert nytta for å estimera flaumstorleiker for felt mindre enn 2-5 km 2 [3]. Felta som er vurdert her er alle < 1,5 km 2, og dei fleste er mindre enn 0,5 km 2. Dette inneber at dei er godt innanfor det som er tilrådd for den rasjonale metode. Kritisk varigheit (Tc) for felta er rekna som vist i tekstboksen under. T C = 0,6 L H -0, A SE kor Tc = kritisk varigheit (min), L = feltets lengde (m), H = feltets høgdeskilnad (m) og ASE = effektivt innsjøareal (%) Grunnlaget for dimensjonering er vidare rekna ved bruk av den rasjonale formel (sjå tekstboks under). Q = C i A kor Q = vassføring (l/s), C = avrenningsfaktor (dimensjonslaus), i = nedbørintensitet (l/s/ha) og A = feltareal (ha) n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 10 av 34

11 Nedbørintensiteten er rekna med IVF-kurva som består av medianverdien av 9 stasjonar på Vestlandet med ein returperiode på 200 år [1]. Det er ikkje nytta arealreduksjonsfaktor då dei aktuelle felta er små. I Tabell 2-5 er medianverdi for nedbørsmengda (mm) for ulike varighetar oppgitt. Tabell 2-5 Medianverdi for nedbørsmengda (mm) med 200-års returperiode for Vestlandet basert på 9 stasjonar. Varigheit 1 min - 1 døgn Varigheit (min) Nedbør (mm) 3 5,2 6,9 9, ,4 16,8 20,8 24,1 29,4 38,8 43, ,8 97,6 127,9 Regnvarigheita er sett lik konsentrasjonstida til feltet. Berekna kritisk varigheit for sidevassdraga til Vågselva er oppgitt i Tabell 2-6 saman med den tilhøyrande intensiteten. Intensiteten er funne ved å interpolera IVF-kurva. I Figur 2-3 er sidevassdraga vist og nummerert frå oppstraums til nedstraums basert på kor det skal vere kulvert og stikkrenner. n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 11 av 34

12 Figur 2-3 Sidevassdraga til Vågselva Tabell 2-6 Konsentrasjonstid for sidevassdraga til Vågselva nummerert frå oppstraums til nedstraums side basert på kor det skal vere kulvert og stikkrenner.. Sidevassdrag Tc i nr. (minutter) (l/s km 2 ) Stikkrenne Stikkrenne Stikkrenne Stikkrenne n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 12 av 34

13 Stikkrenne Stikkrenne Stikkrenne Kulvert Kulvert Stikkrenne Stikkrenne Stikkrenne Det er stor uvisse forbunde med estimering av C-faktoren. Nasjonal og internasjonal litteratur angir som regel ganske vide verdiområdar for ulike arealtypar, med tilråding om å bruke dei høgare verdiane for bratte felt med lite lausmasser. Det vert også tilrådd å nytte det nedre sjiktet for regn med varigheit under 1 time og det øvre sjiktet om varigheita er meir enn 3 timer [1]. Tilrådde verdiar for bruk i Norge er vist i Tabell 2-7. Tabell 2-7 Avrenningsfaktor C for ikkje fryst overflate [1]. Terrengtype C-verdi Betong, asfalt, bart fjell og liknande. 0,6-0,9 Grusveier 0,3-0,7 Dyrka mark og parkområde 0,2-0,4 Skogsområde 0,2-0,5 Vassdraga som er rekna på her er for det meste bratte og består i hovudsak av skog, med nokre innslag av dyrka mark og grusvegar. Basert på verdiane vist i Tabell 2-7 er verdien 0,3 valt for dei felta med kortast varigheit, mens verdien 0,35 er valt for dei felta med varigheit opp mot ein time. Verdiane er så oppskalert med 30 % då det reknast på returperiode 200 år [3], noko som gjer C-verdiar på høvesvis 0,39 og 0,455. Dette samsvarer nokolunde med [1] som oppgjer at C-verdien som regel bør ligge mellom 0,4-0,6. I Tabell 2-8 er verdiane for Q200 for alle sidevassdraga oppgitt. Tabell 2-8 Q200 for alle sidevassdraga til Vågselva på strekninga som skal byggast om Sidevassdrag (nr) Q 200 (m 3 /s) Stikkrenne 1 0,01 Stikkrenne 2 1,33 Stikkrenne 3 0,06 Stikkrenne 4 0,03 Stikkrenne 5 1,03 Stikkrenne 6 0,04 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 13 av 34

14 Stikkrenne 7 0,16 Kulvert 1 5,62 Kulvert 2 1,50 Stikkrenne 8 0,08 Stikkrenne 9 0,37 Stikkrenne 10 0,25 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 14 av 34

15 Hydrauliske utrekningar Det er nytta HEC-RAS 1D verktøy for dei hydrauliske utrekningane. Ved ein 1-dimensjonal utrekning vil det for kvart tverrsnitt berre bereknast ei fart og ei vasstand. Vertikal fart og fart på tvers av straumretninga blir ikkje berekna. Desse er som regel så låge at ein kan sjå bort i frå dei. Tverrsnittdata For at utrekningane skal bli så korrekte som mogleg er det i modellen lagt inn tverrsnitt i elva som representerer elvebotnen. Ein del av tverrsnitta blei målt opp med GPS på synfaring den , mens nokre av tverrsnitta er tatt ut frå FKB-data med kotehøgde 1 meter. Desse tverrsnitta er tilpassa basert på dei oppmålte tverrsnitta og observasjonar gjort på synfaring. I området der elveløpet har blitt endra er det også lagt inn nokre tverrsnitt der botnbreidda er behaldt slik den er i dag. Friksjonsforhold For å skildre kor ru elva er må ein sjå på Mannings tal M. For utrekningane her har det ikkje vore mogleg å oppdrive kalibreringsdata, så Mannings M er bestemt ved å bruke erfaringstal saman med observasjonar gjort ved synfaringa. I elva er Mannings M satt til 20, då elva her er relativt smal og består av nokre steinar og vegetasjon. For flaumslettene er Mannings M satt til å variera frå øvst til nedst i vassdraget. Dette er gjort fordi flaumsletta i starten av utrekningsstekka består av åkerlandskap, mens det lenger ned i vassdraget er skog som omgir elva. Mannings M er dermed satt til 25 i starten, før det blir redusert til 15 når vi kjem inn i skogen. Grensevillkår Nedre grensevillkår er satt til kritisk djupn, då fallet i elva aukar ved nedste profil slik at vatnet går igjennom kritisk strøyming. Øvre grensevillkår er satt til normal djupn. Dette inneber at ein må legga inn hellinga mellom det fyste profilet og eit profil lenger nedstraums. Her er det valt å nytta profilet nærmast enden av strekninga der elva må flyttast (Tverrsnitt 1361). Dette gav ei helling på 0,0056. Langs elva er det også lagt inn ulike vassføringar, sjå Tabell 2-4. Bruer og kulvertar På strekninga som skal leggast om er det nødvendig at den nye vegen kryssar elva to gonger. Det er i tillegg ynskjeleg å behalde den eine brukryssinga som er der i dag, for å forbinde gang- og sykkelvegen med den nye bilvegen og husa som ligg på andre sida av elva (sjå Figur 3-1). For å finne ut om brua kan behaldast er den lagt inn i modellen med dei dimensjonane som vart målt opp på synfaring. Modellen er så køyrd med vassføringa rekna ut i førre kapittel, og det er sett på om brua fører til at vegen oppstraums symjast over. Deretter er det undersøkt om brua ligg høgt nok i terrenget til å kunne koplast til den nye vegen. n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 15 av 34

16 Figur 3-1 Dei to nye vegkrysningane over elva samt den gamle køyrebrua som ønskast omgjort til gangbru. For dei nye krysningane er det vurdert om bru eller kulvert er mest hensiktsmessig. Det er også vurdert både sirkulære og rektangulære kulvertar. Dei sirkulære røyrkulvertane vil naturleg snevre inn elvetverrsnitta der dei vert lagt ned. Dette kan forårsake vasstandsstigning oppstraums som vil påverke den nye vegen og føre til at den må hevast meir, samanlikna med å ikkje snevra inn elvetverrsnittet. Dei krev også større inngripen i elva då dei må gravast meir ned enn ein rektangulær kulvert. Desse er derfor ikkje rekna på vidare. Det er derimot rekna på rektangulære kulvertar for å finne dimensjonane desse må ha. Dette er gjort ved å legge inn sperringar på kvar side av elvebankane og så køyre modellen. Då kan ein sjå kor høg vasstanden blir i tversnitta nedstraums og oppstraums bru/kulvert krysninga, og dermed kan ein finne ut kor høg og brei kulverten må vere for at vegen ikkje skal symjast over. Det er også to større sidebekker som kryssar under vegen (jf. Figur 2-3; Kulvert 1 og 2). I dag består ei av krysningane av ei bru, mens den andre bekken går i røyr. Ved den bekken som i dag går under bru må gang- og sykkelvegen hevast. Det er dermed ynskjeleg å legge denne bekken i kulvert også. For å ta omsyn til eventuell fiskevandring er det rekna kapasitet på dei to krysningane ved å nytta nomogram for rektangulær kulvert med innløpskontroll [7]. Lengdene på kulvertane er ikkje vurdert her. n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 16 av 34

17 Stikkrenner Frå Vegdatabasen [5] til Statens Vegvesen ser det ut til at det i dag eksisterer 12 stikkrenner på strekninga som skal leggjast om (sjå Figur 3-2). To av stikkrennene på strekninga er det ikkje nødvendig å undersøke nærmare, då vegen skal flyttast til andre sida av elva i dette området (jf. Figur 3-1) og stikkrennene berre blir liggande under gang- og sykkelvegen (markert med blå kryss i Figur 3-2). Figur 3-2 Stikkrennene som er registrert på strekninga Ved å nytte ArcGIS og sjå på korleis vatnet drenerer, er det i dette området også undersøkt om det trengs nokre nye tilleggsstikkrenner som følgje av at vegen vert flytta. Resultata viser at det ikkje trengs sidan vatnet ikkje vil drenerast under vegen i dette området. For å bestemme dimensjonane til kulvertane er det nytta et nomogram for betongrøyr [7] (Vedlegg 5). Den utforminga som gjer størst krav til kapasitet er vald for dimensjonering på dette stadiet. Klimapåslag og tryggingsmargin I høve NVEs retningslinjer for flaum- og skredfare i arealplanar [2] og Statens vegvesen si handbok N200 [3] skal det reknast med klimapåslag når det skal utarbeidast reguleringsplanar. Etter diskusjon med Statens vegvesen er det bestemt at vi i reguleringsplanlegginga nyttar eit klimapåslag på 50%. n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 17 av 34

18 Basert på [4] er dette i utgangspunktet litt mykje, men det er lettare å eventuelt senke vegen enn å heva den når ein kjem til byggeplanleggingsfasen. I tillegg er det i utrekningane lagt til ein tryggingsmargin på 0,5 m som skal fanga opp usikkerhetar både i flaumutrekninga og i dei hydrauliske utrekningane. I Tabell 3-1 er føresetnadane for utrekningane for Vågselva med klimapåslag vist. Tryggingsmarginen leggast til etter modellen er køyrd. I Tabell 3-2 er verdiane for sidevassdraga vist. Tabell 3-1 Vassføringa i ulike tverrsnitt langs Vågselva med 50 % klimapåslag Tverrsnitt nr. Feltareal (km 2 ) Q200 med 50 % klimapåslag (m 3 /s) ,8 29, ,7 33, ,8 33, ,8 52,5 4 14,1 53,7 Tabell 3-2 Vassføringa i sidevassdraga til Vågselva med 50 % klimapåslag Sidevassdrag (nr) Q % klima (m 3 /s) Stikkrenne 1 0,02 Stikkrenne 2 1,99 Stikkrenne 3 0,10 Stikkrenne 4 0,04 Stikkrenne 5 1,54 Stikkrenne 6 0,06 Stikkrenne 7 0,24 Kulvert 1 8,43 Kulvert 2 2,25 Stikkrenne 8 0,12 Stikkrenne 9 0,56 Stikkrenne 10 0,37 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 18 av 34

19 Resultat Utrekningsresultat Resultata frå utrekningane med og utan klimapåslag er vist i vedlegg 1. Her er det oppgitt i kva slags elvetverrsnitt (kap. 3.1) vasstanden, vassføringa og farta er berekna i, i tillegg til at det er oppgitt kva for eit vegprofil som er nærmast og som resultata derfor representerer. Det er også lagt til ein tryggingsmargin på 0,5 m [1,3]. Denne tryggingsmarginen skal dekke opp for usikre faktorar i utrekningane. Den planlagde veghøgda i dei ulike profilane er også lagt til, og det er rekna ut kor stor høgdeskilnaden mellom flaumvasstanden og vegen er i dei ulike profilane. Frå og med ca. vegprofil 1200 er ikkje kravet om sikring av ny veg mot Q200 med klimapåslag og tryggingsmargin oppfylt. Dette er eit bevisst val for å få den nye vegen ned på nivået til den eksisterande gang- og sykkelvegen som finns i dette området. Eit lengdesnitt av strekninga frå HEC-RAS som inkluderer brua som ein ønskjer å behalde (jf. Kap 3.4) er vist i Figur 4-1. Plassering av alle nytta tverrsnitt i HEC-RAS finst som vedlegg. Elveløpet er endra heilt øvst i lengdeprofilet. Her er det veldig flatt, og det byr ikkje på problem å flytte elva her. Frå vedlegg 1 kan ein sjå at med ei elvebotn på ca. 6 m, vil vasstanden ved 200-årsflaum ligge mellom 1,65 til 2 m lågare enn vegen i dette området (Vegprofil ). Om botnbredda reduserast ( per i dag er den ca. 4 5 meter) vil dette føyre til ei vasstandsstigning som det ikkje er rekna konkret på, men det er ikkje snakk om så stor auking at det vil påverke vegen. Ved dagens normalvassføring vil vasstanden i dette området ligge på mellom cm ved ei botnbredde på ca. 6 m. Figur 4-1 Lengdesnitt Vågselva n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 19 av 34

20 Bruer og kulvertar Vågselva I sjølve Vågselva er det gjort utrekningar for å undersøke om brua i profil 900 (som per i dag er køyrebru) kan behaldast og nyttast som gangbru. Å behalde denne brua slik den er i dag vil føre til auka vasstand oppstraums, fordi ein 200-årsflaum med klimapåslag vil gjere at brua blir toppa. I Tabell 4-1 kan det sjåast kor mykje vasstanden vil auke som følgje av dette. Sida denne brua skal graderast ned i bruk, og den allereie eksisterer, vil det ikkje vere noko problem at brua blir oversvømt. Det som kan skapa problem er at vasstanden oppstraums blir så stor at den vil symje over den nye vegen. Men som det og kan sjåast i Tabell 4-1 er ikkje dette noko problem, då vegen ligg høgare enn den auka vasstanden. Det som derimot må gjerast noko med er at den nye vegen ligg om lag ein til ein og ein halv meter høgare enn brua. Tabell 4-1 Vasstandsauking som følgje av å behalde brua i profil 900 slik den er i dag Vegprofil Tverrsnitt Vasstand uten bru Vasstand med bru Skilnad vassføring med og uten bru Høgde vegprofil (moh) (moh) (m) (moh) , ,64 29,91 0,27 31, , ,33 29,7 0,37 30, , ,46 28,48 0,02 30,31 Det er også sett på dei to nye krysningane som kjem som følgje av at vegen skal leggast om (jf. Figur 3-1). Innlegging av kulvertar i modellen fører til auka vasstand oppstraums. Det er difor undersøkt kor breie kulvertane må vere for at vasstanden ikkje symjar over vegen oppstraums, i tillegg til at høgda på kulverten ikkje blir høgare enn at det er igjen minst 60 cm til vegdekke + konstruksjonshøgde (ca. 1 m totalt) der sjølve kulverten skal leggjast inn. For den øvre krysninga (Profil 700) vil ei kulvertbredde på 8 m føre til at det er igjen ei resthøgde på 90 cm opp til vegen frå vasstanden inkludert tryggingsmargin. Dette inneber altså at det er 90 cm tilgjengeleg til vegdekke og konstruksjonshøgde. Ved å ikkje snevre inn elvebankområdet vil ein ha 1,14 m igjen til dette formålet. For den nedste krysninga (Profil 950) strekk en kulvert med bredde 5,1 m til. Den vil då krevje ei kulverthøgde på 2,1 m. I Tabell 4-2 og Tabell 4-3 er resultata som følgje av innlegging av kulvertane summert opp. Tabell 4-2 Innlegging av kulvert i profil 700 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 20 av 34

21 Tabell 4-3 Innlegging av kulvert i profil 950 Vegprofil Tverrsnitt Vasstand Vasstand med ny kulvert Økning vasstand pga. innsnevring ny kulvert Vasstand inkl. sikkerhets margin og kulvert lagt inn Høyde vegprofil Høydeforskjell vegprofil vasstand Elvebotn Elveprofil (m) (m) (m) (m) (m) (m) (moh) , ,64 29,65 0,01 30,15 31,41 1,26 26, , ,33 29,35 0,02 29,85 30,56 0,71 26, , ,46 28,74 0,28 29,24 30,31 1,07 26, ,682 27,49 27,56 0,07 28,06 28,86 0,80 25,96 Sidebekker Det er to sidevassdrag som er sett særskild på, då desse består av dei to største bekkene som kryssar vegen. For den eine bekken er det i dag ei bru (Profil 1050), mens den andre bekken (Profil 1100) ligg i røyr. Det er ynskjeleg å legge begge desse i rektangulære kulvertar, då dette er betre enn røyr med tanke på fiskevandring fordi det føyrer til mindre innsnevring som igjen føyrer til mindre auking i fart. I profil 1050 må gang- og sykkelvegen hevast grunna åtkomst frå hovudveg til bustader sør-vest for den nye vegen, difor kan ikkje brua behaldast. Kulvertane skal gå gjennom både gang- og Vegprof il Tverrsnitt Vasstand Vasstand med ny kulvert Økning vasstand pga. innsnevring ny kulvert Vasstand inkl. sikkerhets margin og kulvert lagt inn Høgde veiprofil Høgdeforskjell veiprofil vannstand Elvebunn Elveprofil (moh) (moh) (m) (moh) (moh) (m) (moh) ,4 31,44 0,04 31,94 33,6 1,66 29, ,24 31,53 0,29 32,03 33,39 1,36 29, ,22 31,52 0,30 32,02 33,17 1,15 28, ,18 31,50 0,32 32,00 32,83 0,83 28, ,11 31,35 0,24 31,85 32,74 0,89 27,88 sykkelveg og hovudveg. For å finne kapasiteten på kulvertane er det nytta nomogram for bokskulvertar med rette sider ved innløpet og innløpskontroll [7] (Vedlegg 4). Det er tilrådd at kulverten berre går 80 % fullt ved ein 200-årsflaum (med klimapåslag). Dette for å ta høgde for uvisse i utrekningane i tillegg til tilstopping ved ein flaumsituasjon. Det er likevel også rekna på at 100 % av tilløpshøgda er dimensjonerande flaumvasstand. Det blei undersøkt to ulike metodar for å rekne 200- årsflaumen; Nasjonalt formelverk for små vassdrag og den rasjonale metode. Den rasjonale metoden gav noko høgare flaumvasstander, og blei funne til å gi dei mest representative resultata for desse to n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 21 av 34

22 felta. Resultata ved bruk av den rasjonale metode for dei to sidebekkene er summa opp i Tabell 4-4. Grunna fallet som vil oppstå i desse kulvertane må det gis plass til eventuelt botnsubstrat for fiskevandring. Til høgdene i Tabell 4-4 tilrår ein difor å legga til 200 mm. Tabell 4-4 Kulvertdimensjonar vegprofil 1050 og 1100 Vegprofil Areal Q % Kulvertdimensjon Nr. (km2) (m3/s) 1) 80 % av tilløpshøgda er dimensjonerande flaumvassstand 2) 100 % av tilløpshøgda er dimensjonerande flaumvasstand Breidd (mm) Høgd (mm) Breidd (mm) Høgd (mm) ,246 8, ,407 2, I profil 1050 vil ei breidd på 3 m truleg føre til at bekken blir noko innsnevra mot kva den er i dag (litt vanskeleg å sei 100 %, då måling av breidda er gjort ved bruk av FKB-data og ikkje i verkelegheita). Dette vil i så fall føre til ei auking i farta mot kva den er i dag. Med dei dimensjonane som er oppgitt i Tabell 4-4 vil vassfarta ved innlaupet til kulverten i profil 1050 bli 1,47 m/s. Farta vil derimot auke nedover i kulverten grunna fallet, så det er sannsynleg at farta på vatnet er for stor for fiskevandring ved ein 200-årsflaum. Meir detaljerte utrekningar av fart og liknande må utførast i neste fase viss det viser seg at det ved normalvassføring er fiskevandring opp desse bekkane. Dimensjonering av stikkrenner For stikkrennene er den rasjonale metode vurdert å gje dei mest representative resultata då desse felta er veldig små. Det er nytta nomogram for betongrøyr [7] for å finne kapasiteten til stikkrennene. Også her tilrår ein at røyra berre går 80 % fulle ved ein 200-årsflaum med 50 % klimapåslag. Dette for å ta høgde for uvisse i utrekningane i tillegg til tilstopping ved ein flaumsituasjon. Det er likevel også rekna på at 100 % av tilløpshøgda er dimensjonerande flaumvasstand. I Tabell 4-5 er dimensjonane for stikkrennene oppgjett. Tabell 4-5 Dimensjon på stikkrennene som kryssar den nye vegen. Sidevassdrag (nr) Q % klima (m 3 /s) Stikkrennedimensjon (diameter i mm) 1) 80 % av tilløpshøgda er dimensjonerande flaumvasstand Stikkrenne 1 0,02 < 300 < 300 Stikkrenne 2 1, Stikkrenne 3 0, Stikkrenne 4 0, <300 2) 100 % av tilløpshøgda er dimensjonerande flaumvasstand n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 22 av 34

23 Stikkrenne 5 1, Stikkrenne 6 0, Stikkrenne 7 0, Stikkrenne 8 0, Stikkrenne 9 0, Stikkrenne 10 0, Som vi kan sjå er det 6 av 10 stikkrenner som kan dimensjonerast med minimumsdimensjonen på 600 mm, mens dei resterande fire krev større dimensjonar. Uvisser i utrekningane Det er uvisser i flaumutrekninga som følgje av at det er få stasjonar i nærleiken med gode og lange nok dataseriar til å kunne samanlikne med. Dette inneber at datagrunnlaget for flaumutrekninga kan karakteriserast som noko mangelfullt. Men denne uvissa er i all sannsynelegheit tatt høgde for ved at det er lagt til 50 % klimapåslag, som i utgangspunktet er meir enn nødvendig. Det er også knytt uvisse til val av Mannings tal (friksjonskoeffisient). Mannings tal er valt frå erfaring og litteratur, samt inspeksjon på synfaringa, då det ikkje var mogleg å skaffe kalibreringsdata for vasslinjemodellen. Kvaliteten på vasslinjeutrekningane er avhengig av ein godt kalibrert modell. At det ikkje har vert mogleg å kalibrere modellen fører igjen til usikkerhetar i utrekningane. Nokre av tverrprofilane er ikkje oppmålt med GPS, men er teikna basert på dei som er oppmålt. Det kan derfor vere nokre usikkerhetar i desse med. n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 23 av 34

24 Konklusjon og anbefalingar Dei ulike metodane nytta for å berekne flaumvasstanden gjev noko ulike resultat. Verdiane frå det nasjonale formelverket for små felt er sett til å vere dei mest representative for feltet her. Vegen er no tilpassa slik at den ikkje blir dekt av vatn sjølv ved ein 200-årsflaum med 50 % klimapåslag, dvs heva i forhold til dagens veghøgd. 50 % klimapåslag er meir enn kva som er nødvendig, men det vart bestemt at det er det me går for, då det i ei byggeplanfase vil vere lettare å eventuelt justere veglinja ned enn opp. Bruer og kulvertar Vågselva: Her er det tilrådd bru på øvste kryssing (Profil 700), for ikkje å redusera strømmingsarealet på elvesletta meir enn nødvendig. Her er det nesten heilt flatt, noko som fører til at vasstandsstigninga ved ei reduksjon i elvesletteareal vil bli relativt høg. Det krevst også ei auking i lysopning på 4 m (frå 8 12 m) for at vasstanden skal reduserast 10 cm frå 0,9 til 1 m. Frå vårt perspektiv syns det då mest hensiktsmessig å byggja ei bru. Kulvertar sidebekker: Her bør det gjerast ei betre undersøking av fisk og oppvandringsmoglegheiter i samband med detaljert planlegging av kulvertar med tanke på fiskeoppvandring. Rektangulær utforming vil uansett føre til at det krevst lågare høgde på kulvertane, noko som gjer at det er meir å gå på i høve til vegdekke og konstruksjonshøgd. Stikkrenner: Her trengst ikkje noko nye tilleggsstikkrenner, då vatnet ikkje vil drenerast under den ombygde vegen på nye plassar. Det er altså berre dei som allereie eksisterer som trengs ei oppgradering i form av lengde og eventuelt kapasitet. For 6 av 10 eksisterande stikkrenner kan ein gå for minimum dimensjonen på 600 mm. For dei siste fire må ein opp nokre dimensjonar. n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 24 av 34

25 Referansar 1. NVE (2015), Veileder for flomberegninger i små uregulerte felt. Rapport nr NVE (2011), Flaum- og skredfare i arealplanar (Revidert 2014). Rapport nr Statens Vegvesen (2014), Håndbok N Vegbygging+%2821+MB%29.pdf 4. NVE (2016), Klimaendring og framtidige flommer i Norge. Rapport Statens vegvesen (sist oppdatert 2015), Vegkart [lastet ned 01/02/2016] 6. Direktoratet for naturforvaltning (2002), Slipp fisken fram!, DN Håndbok U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration (2012), Hydraulic Design of Highway Culverts Third Edition. Publication No. FHWA-HIF n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 25 av 34

26 Vedlegg 1. Resultat frå utrekning med og utan klimapåslag 2. Lågvasskart 3. Kart over tverrprofil nytta i utrekningane 4. Nomogram for bokskulvertar 5. Nomogram for betongrøyr n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 26 av 34

27 Vedlegg 1) Q 200 (m 3 /s) Dagens situasjon Vegprofil Tverrsnitt Elveprofil Vasstand Hastigheit Veghøgde Høgdeforskjell mellom ny veg og vasstand Høgdeskilnad inkludert 0.5 m tryggleiksmargin (moh) (m/s) (moh) (m) (m) ,56 0,06 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 27 av 34

28 Q 200 (m 3 /s) 50 % klimapåslag Vegprofil Tverrsnitt Elveprofil Vasstand Hastighet Veghøgde Høgdeforskjell mellom ny veg og vasstand Høgdeforskjell inkludert 0.5 m sikkerhetsmargin (moh) (m/s) (moh) (m) (m) n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 28 av 34

29 Vedlegg 2) Lågvasskart n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 29 av 34

30 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 30 av 34

31 n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 31 av 34

32 Vedlegg 3) Kart over tverrprofil nytta i utrekningane n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 32 av 34

33 Vedlegg 4) Nomogram for bokskulvertar n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 33 av 34

34 Vedlegg 5) Nomogram for betongrøyr n:\516\54\ \5 arbeidsdokumenter\54 hydrologi\dokumenter\hyd-01_v02.docx Side 34 av 34