Dimensjonerende flom for Mjøsa

Transkript

1 !!? N V E Dmensjonerende flom for Mjøsa Dynamsk rutng gjennom Mjøsa og Vorma Bjarne Krokl e*

2 DMENSJONERENDE FLOM FOR MJØSA Dynamsk rutng gjennom Mjosa og Vorma Norges vassdrags- og energdrektorat 2000 NORGES VASSDRAGS- OG ENERGDREKTORAT BBLOTEK

3 Oppdragsrapport nr DMENSJONERENDE FLOM FOR MJØSA Utgtt av Norges vassdrags- og energdrektorat Oppdragsgver Glommens og Laagens Brukseerforenng Forfatter Bjarne Krokl Trykk NVEs hustrykker Opplag 5 Forsdefoto Svanfoss dam SSN Sammendrag Frma Berdal Strømme har beregnet (2000tlløpsflom for Mjøsa. Dette flomforløpet er rutet dynamsk gjennom Mjøsa og Vorma og rapporten vser resultatene fra rutngen. Emneord Rutng med Mke. Vannstander og vannførnger Mjøsa og Vorma. Norges vassdrags- og energdrektorat Mddelthuns gate 29 Postboks 509 Majorstua 030 OSLO Telefon Telefaks nternett Mars 2000

4 nnhold sde Forord 4 Sammendrag 5 Modellen 6 Bakgrunn 7 Beregnngen 9 Beregnngsresultater 9 Dokumentasjon 9 Vedegg 7

5 Forord Beregnng av dmensjonerende flom for Mjøsa ble utført av frma Berdal Strømme for Glommens og Laagens Brukseerforenng 993. Flommen ble rutet gjennom Mjøsa med almnnelg magasnrutngsprogram som ga beregnede vannstander Mjøsa. Flomberegnngen ble sendt tl Hydrologsk avdelng for godkjennng januar 994. Det ble brev fra Hydrologsk avdelng tl Skkerhetsavdelngen etterlyst vannstander ved Svanfoss dam. Det er falltap på den ca. 22 km lange streknngen fra utløpet av Mjøsa og ned tl Svanfoss dam. Sden seksjon Vannbalanse har kompetanse og programvare (Mke ) for dynamsk rutng elver ba Glommens og Laagens Brukseerforenng seksjonen om å utføre denne beregnngen som et oppdrag. Beregnngen gr vannstander og vannførnger på utvalgte punkter ned tl Rånåsfoss kraftverk Glomma og vser hvordan vannførngen er fordelt på de enkelte lukene ved Svanfoss dam under flomforløpet. Oslo mars 2000 KjeRepp/ avdelngdrektør Sverre nsebye seksjonssjef 4

6 Sammendrag Frma Berdal Strømme beregnet Q000tlløpsflom for Mjøsa 993 og rutet flomforløpet med magasnrutngsprogram gjennom Mjøsa. På grunn av falltap mellom Mjøsa og Svanfoss dam ga kke beregnngen svar på hva vannstanden vlle være ved dammen. Rutngen ble dessuten startet med Mjøsas vannstand på kote som er m over HRV. Den beregnete tlløpsflommen er benyttet som nngangsdata (randbetngelse) den dynamske modellen Mke som er brukt tl å modellere Mjøsa Vorma og Glomma ned tl Rånåsfoss kraftverk. Beregnngen benytter tllegg følgende randbetngelser Florn Glomma før samløpet med Vorma er konstant 2000 m3/sunder flomforløpet Kapastetskurve for Rånåsfoss kraftverk (vannstand som funksjon av vannførng) Startvannstand Mjøsa er HRV for Mjøsa som er kote (NN54) Resultatet av rutngen vser at avløpsflommen fra Mjøsa har en topp på 676 m3/s mot tlløpsflommens 3900 m3/s. Dmensjonerende flomvannstand Mjøsa blr kote m og ved vannmerket Svanfoss ovf. kote m (dette vannmerket lgger modellen 340 m oppstrøms lukene). Dammen reguleres her etter reglementet for vårflom (reglement av 5. ma 98). Det ble også gjort rutng med forutsetnng at alle luker er åpne ved flommens begynnelse. Forskjellen ble meget lten (ca. 25 m3/s). Dette henger sammen med at det det første tlfellet vlle 3 av lukene være åpne fra begynnelsen og den fjerde etter ca. 5 døgn mens det tar 5 døgn før Mjøsa når maksmal vannstand. Det vl gjen s at de t sste døgnene før Mjøsa når maksmal vannstand er lukestllngene lke ved de to tlfellene. Det er rapporten også tatt med kurver som vser fordelng av vannførng de forskjellge lukene og vannførngen ved Rånåsfoss kraftverk ved hele flomforløpet. 5

7 Dynamsk rutng. Modellen Modellen som er benyttet er en -dmensjonal dynamsk modell som er utvklet ved Dansk Hydraulsk nsttut (Mke ). Modellen gr en numersk løsnng av hele settet med kke-lneære St. Venants lgnnger for -dmensjonal kke-stasjonær strømnng en vannstreng slk at masse og lneær mpuls er bevart. Modellen bygges hovedsakelg opp av tverrprofler fra elver og vann men det kan også legges nn magasnkurver regulerngsluker kulverter forskjellge overløp og kapastetskurver for slke. Som grensebetngelser tl lgnngssettene (nngangsdata) brukes tdsserer av vannstander og vannførnger. Kalbrerngsfasen består hovedsakelg av å bestemme ruhets- og taps-koeffsenter som gr rktge høyder og vannførnger fra kjente forløp. Beregnngen av vannstander og vannførnger gjøres punkter som vst fgur.. Punktene som er merket ''vser lokalserngen av tverrprofler. Her blr vannstander beregnet. Mdt mellom h-punktene beregnes vannførng (Q). h Q h h Q / h Q h Fgur. Beregnngspunkter en elv med Mke. 6

8 2. Bakgrunn Tlløpsflommen som ble beregnet av frma Berdal Strømme har et forløp som vst fgur 2.. Denne flommen ble benyttet denne beregnngen men noen forandrnger ble gjort. Flommens volum og kulmnasjonsverd ble beholdt men forløpet ble glattet ut slk at den fkk et noe mer naturlg forløp som vst fgur 2.2 på sde TLLØP/AVLØP M3/SEK ^ T MER FORLOP AV 0000 TL MJ DSA. 2 LOKALTLS C. 3 TOTALT LSC. 4 AVLOP. Fgur 2. Tlløpsflom for Mjøsa beregnet av Berdal Strømme. 7

9 0 000Mjosa 3800 Tme Q00084)osa k e S nsstse Fgur2.2. Tlløpsflom for Mjøsa etter modfserng. Modellenhar tdlgerevært benyttettl beregnngerog var hovedsakelgkalbrertpå forhånd. Glommable det benyttetmannngtallpå 30 mensmannngtallet Vorma varertemellom27 de øverstedelenetl 29 nedeved samløpettl Glomma. 8

10 Beregnngen Beregnngen ble gjort med den modfserte tlløpsflommen som grensebetngelse (nngansdata) for Mjøsa konstant vannførng på 2000m3/s Glomma før samløpet med Vorma og med kapastetskurve for Rånåsfoss kraftverk som nedre grensebetngelse. Kapastetskurven for kraftverket er beregnet ved SN EF Trondhem og gr vannstand som funksjon av vannførng ved dammen på Rånåsfoss. Det ble beregnet etter to alternatver ) Dammen ved Svanfoss reguleres etter reglementet for vårflommer. 2) Alle luker er åpne ved flommens begynnelse. Forløpet av flommen går over ca 500 tmer. Beregnngsresultater Det er mulg å vse resultater fra et hvert punkt vannstrengen hvor det er lagt nn tverrprofler eller regulerngsanlegg. Henskten med beregnngen var mdlertd å beregne avløpsflommen fra Mjøsa og vannstandene Mjøsa og ved Svanfoss. Det er derfor dokumentert avløpsflom fra Mjøsa kodet Mjøsa 500 vannstand Mjøsa kodet Mjøsa 000 og vannstand ved vannmerke Svanfoss ovenfor kodet Vorma dersom dammen reguleres etter vårflomreglementet - fgur 4.. Dersom alle luker er åpne ved flommens begynnelse vl forløpet av avløpsflommen bl ltt avvkende som vst fgur 4.2. De tlhørende tdsserene fnnes vedlegget. tllegg er det tatt med vannstandsforskjellene mellom vannmerket Svanfoss ovenfor og et profl ca 50 m oppstrøms dammen fgur 4.3 vannførngen gjennom de ulke lukene fgur 4.4 og fgur 4.5 og vannstand/vannførng ved Rånåsfoss kraftverk fgur 4.6. Dokumentasjon Fgur 4. og fgur 4.2 (sde og 2) vser at tlløpsflommen som hadde en kulmnasjonsverd på 3900 m3/s gr en avløpsflom med kulmnasjonsverd på ca. 675 m3/s når dammen reguleres etter vårflomreglementet og ca. 650 m3/s når lukene er helt åpne ved flommens begynnelse. Kulmnasjonsvannstandene Mjøsa og

11 Svanfoss ovenfor er meget lke ca. kote m for Mjøsa og ca. kote m for Svanfoss ovenfor. De små forskjellene henger sammen med at det bare er forskjell lukestllngene ca. 5 døgn av de 5 døgnene det tar før avløpsflommen kulmnerer. Fgur 4.3 (sde 3) vser vannstansforskjellene mellom vannmerke Svanfoss ovenfor og et profl lke oppstrøms dammen under flomforløpet. Forskjellene lgger området 0-5 cm. Fgur 4.4 og fgur 4.5 (sde 4 og 5) vser vannførngene gjennom de forskjellge lukene ved de to regulerngsmetodene. Forløpene for luke 2 og 4 kan vrke noe underlg. Dette henger sammen med at den store høydeforskjellen mellom tersklene tl de ulke lukene (ca. 3 m) fører tl nstablteter under beregnngene når en lukestllng endres. For at programmet skal mestre dette har luke 2 og 4 fått ltt forskjellge tapskoeffsenter. Vannførngen lukene lgger sannsynlgvs nær en mddelkurve av de to kurvene. Det kan nevnes at de samme problemene vser seg prakss form av pendlnger vannstand når lukene manøvreres. En todmensjonal modell vlle sannsynlgvs løse problemet mere elegant. Tl slutt er det tatt med vannstand og vannførng ved Rånåsfoss under flomforløpet fgur 4.6 (sde6). 0

12 - Seres Tme r - cc! (g. N q cc? cx? N q 't. N cr!.' tr tr...! C.) (c? cct N N N N N N N N N N N N g; R Fgur 4.. Regulerng etter våtflomreglementet. Seren Mjøsa 500 er avløpsflommen fra Mjøsa Mjøsa 000 er vannstandsseren for Mjøsa og Vorma er vannstandsseren for vannmerket Svanfoss ovenfor.

13 Fgur 4.2. Forskjell avløpsflom og vannstand Mjøsa (meter] Tme Seres... _ J. _ L_ J. - L L L J. _. L._.... L.... J..J -J -J [ff3(s Water level M.0SA L. L 2MJOSA L L. 38 g)scharge r MJOSA r 2MJOSA sa L 'L ved de to alternatvene

14 0 ' CZ.-4. " 26.0 ;. c Z.X L l-._ 25.6 j L <"' ;.' (X) - -- j L [rnetel Tme Seres Water level (REGLEMENT2.RES ) Watedevel VORMA VORA L T -- r" 'l- r-' Z Z _ r j T r. r s.....) 25.0 T t '.... Pc- L t 24.6 cd L.4. '..._ "" ro r- -- -t r- - r r 24.0 T 7 -T Z ; L 23.6 L. _ L sl L _ 3 N''"' '._ 4. ez... Cn ;._ r S r c. t t r.) _L ; L (D L t- 't t Z _ C> CO --.. r. >''Z r T -- 2 r- l- r- 4 4 r

15 Fgur 4.4. Vannførnger de ulke lukene. [nn3/s Tme Seres Dscharge (REGLEMENT2HDAdd.RES) t r-- t t r t T t t L _ r jr _l t '. r Dscharge Structure Dscharge S VORMA Structure Dscharge S Structure Dscharge S2 VORMA Structure Dscharge S2 - Structure Dscharge S3 VORMA Structure Dscharge S3 Structure Dscharge 54 VORM Structure Dscharge S4 Vå'llomreglement _ - _ r _ t t t -- L. L t t t..t. t._ L. 2 t... t.- tr._ r r- - t t t l r. - r t -L t 50.0 r-- - -; r t -'4 t t L t t t t

16 Fgur 4.5. [trr3/s] Tme Seres Dscharge (SVANFOSSÅP EN2HDAdd.RES) - Dscharge Structure Dscharge S VORMA Structure Dscharge S Structure Dscharge S2 VORMA Structure Dscharge 52 - Structure Dscharge 53 VORMA Structure Dscharge 53 Structure Dscharge S4 VORMA Structure Dscharge S4 VannfØrnger l _.._ de ulke J -..- t -. lukene. Helt åpen dan ī r r -;- r t r - r r- 2 - _ r. f_ t t

17 Fgur 4.6. [rreter] Vannstand/Vannførng ved Rånåsfoss (kapastetskurve) r - r L.-- _ r S- _ r _ r -- r - Tme Seres Water level (REGLEMENT2.RES) [rtyls] Water level - T 7.. t - _ -4 ; -; jr - _ - - J J - -J - ; r- _ r 4- (-- - L r - L. - r _ r _ - L. fr T -r r 4..t T T -r 36 pscharge GLONTA GLOMA" ' /- -+ r - r l r -- L. - -t " r r r fr

18 VEDLEGG

19 Dam regulert etter reglement for vårflom Fktv dato og tdsskrtt Vannstand Vannstand Mjøsa Svanfoss ovf Vannfø rng Svanfoss

20

21

22 87` `93. 77` CL' `93-77' `939 L 79`93. 7`93. 00LO `939. 9`93. 3-V / 39-9`93. 37` '-39. 9'sz..7` `6-9..9'93. 07` `L-9. 09`93. 07` ` `93. 6 ` OC't `93-8 ` ` `93-8 ` L9` `93- L '93 L `809- L9'93. 9 ` ` `93 L 9 ` `709-99`93-9 ` L6'309. b9`93-7 ` L '-09- t'9`93 L ` '667-9`93. 3 ` `L6t7-39`93. 3 ' L.' `93.. ` ' 6 7L 09`93. 0 ` ' L67-09`93. 63` `687-67`93-63` l `L87. 87`93. 83` L'987. L7`93. L3'93 L ` `93. 93` `-87-97`93. 93`93 00L `8L7-9t'93. 93` `9L7-77`93. 73` L7-7`93. 3'93-00t `3.4 37`93. 33` CTOL7-.7'93-33` `89.7-0t/93-.3` `997. 0t/93 L 03` L0' `93. 6 L' '90-Z0 06` ` 'L0 OL'69t. Le'93- L '90'L0 09`L97-9 `93- L-' L0 83` `93 L 9-` "L0 90`e `93-9-` '90'L0-8`097. '93-7-`93. 00L- 00'90'L0 99`87t7L 3 `93..` L0 83` `93. 3.` L0 66'et'V.. '93-.-`93L LO 69' L7t7. 0 `93..-` L0 8 `6 7L 63`93-0.` L0 90`LEt7-83`93-60` '90'L L3'93-80` '90'L0 9 `3 7-93`93. L0' '90'L0 00`0 P. 93`93. 90` "L0 39`Z.34 t73`93. 90`93-00L0 00'90"L0 33`937-3`93. 70` '90"Z0.8` `93-0` '90'L0 8E'034 L3'93 L 30` 'L L7. 03'93..0` L0 L7`97. 6.'93. 00` '90'L0

23

24

25

26

27

28

29 Apen dam ved start av flom Fktv dato og tdsskrtt Vannstand Vannstand Vannfø rng Mjøsa Svanfoss ovf Svanfoss

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39 Denne seren utgs av Norges vassdrags- og energdrektorat (NVE) Utgtt Oppdragsrapportseren 2000 Nr. Bjarne Krokl Dmensjonerende flom for Mjøsa. Dynamsk rutng gjennom Mjøsa og Vorma (37 s.)