VEDLEGG: HYDROLOGISKE OG HYDRAULISKE BEREGNINGER REGULERINGSPLAN FV. 17 DYRSTAD - KVARVING. Steinkjer kommune

Transkript

1 VEDLEGG: HYDROLOGISKE OG HYDRAULISKE BEREGNINGER REGULERINGSPLAN FV. 17 DYRSTAD - KVARVING Steinkjer kommune Region midt Steinkjer kontorsted

2 NOTAT Oppdragsgiver: Statens vegvesen Oppdrag: Fv.17 Dyrstad-Østvik Dato: Skrevet av: Åsta Gurandsrud Hestad og Haregewoin Haile Chernet Kvalitetskontroll: HYDROLOGISKE OG HYDRAULISKE BEREGNINGER FOR RØSEGGELVA INNHOLD Sammendrag... 1 Bakgrunn Røseggelva Prosjektområdet... 2 Flomberegning Forutsetninger Flomfrekvensanalyse Flomformler for små nedbørfelt (NIFS-formel) Sammenligning av resultater og anbefalt verdi til videre beregninger... 7 Forslag til dimensjon for ny kulvert Vannlinje for 200-årsflom... 9 Erosjonssikring...11 Referanser...13 Vedlegg... Feil! Bokmerke er ikke definert. SAMMENDRAG I forbindelse med planlegging av ny Fylkesvei 17 mellom Dyrstad og Kvarving, skal det bygges en ny kryssing for Røseggelva gjennom Røseggkrysset. Det skal legges én kulvert gjennom lokalveg mot Dyrstad og fv 17, og én kulvert gjennom lokalveg mot Jåddåren. Foreslått dimensjon for ny kryssing har kapasitet til å avlede 200-årsflom. Det er benyttet flomstørrelse for 200-årsflom inkludert et klimatillegg på 50 % for å ta hensyn til fremtidige klimaendringer. De nye kulvertene vil ha bredde 4,0 meter, og høyde 2,4 meter. Innløp og utløp for den nye kulverter må erosjonssikres. Det anbefales å benytte NVEs veileder for dimensjonering av erosjonssikring av stein (Jenssen og Tesaker, 2009).

3 BAKGRUNN I forbindelse med planlegging av ny Fylkesvei 17 mellom Dyrstad og Kvarving, skal det bygget en ny kulvert for Røseggelva gjennom Røseggkrysset. Dette notatet omfatter hydrologiske og hydrauliske beregninger som danner grunnlag for planlegging av ny kryssing. 2.1 Røseggelva Røseggelva har et nedbørfelt ned til det planlagte Røseggkrysset på 6,7 km², og en middelvannføring på 0,18 m³/s. Feltegenskaper for nedbørfeltet er vist i Tabell 2-2. Figur 2-1: Nedbørfelt til Røseggelva ved Røseggkrysset (Kilde: NVE Atlas) 2.2 Prosjektområdet Figur 2-2 viser prosjektområdet for ny fv 17, og området der Røseggkrysset skal bygges. Det skal etableres ny kryssing for Røseggelva under fv 17. Det skal legges én kulvert gjennom lokalveg mot Dyrstad og fv 17, og én kulvert gjennom lokalveg mot Jåddåren.

4 Figur 2-2: Prosjektområdet for fv 17 og Røseggkrysset. FLOMBEREGNING 3.1 Forutsetninger Dimensjonerende flomstørrelse/returperiode Aktsomhetskart i NVE Atlas viser at områdene langs Røseggelva er flomutsatt, se Figur 3-1. Anbefalt sikkerhetsnivå for infrastruktur i flomutsatte områder er 1/200, dvs. et gjentaksintervall på 200 år (NVE, 2008). 200-årsflom er benyttet som dimensjonerende flomstørrelse for ny kryssing/rør for Røseggelva.

5 Figur 3-1: Flomutsatt område langs Røseggelva. Kilde: NVE Atlas Klimafaktor NVE anbefaler at det benyttes klimafaktor på 1,4 for mindre nedbørfelt (< 50 km²) (NVE, 13/2015). I henhold til Statens vegvesens Håndbok N200, skal det benyttes klimafaktor på 1,5 for konstruksjoner med levetid 100 år (Statens vegvesen, 2014). Det er derfor benyttet klimafaktor på 1,5 i Asplan Viak sine beregninger Referansestasjoner Det finnes ikke vannføringsdata fra Røseggelva. Det er derfor benyttet vannføringsdata fra en av NVEs målestasjoner i nærheten. Det er få målestasjoner i området rundt Røseggelva. Det er sett på nedbørfelt og feltparemetere for to aktuelle målestasjoner. Data for disse stasjonene er vist i Tabell Øyungen har et nedbørfelt som er mye større enn Røseggelva. Nedbørfeltet har lavere effektiv sjøprosent og høyere spesifikk avrenning, og ellers lite sammenfallende egenskaper med feltet til Røseggelva Moen har mindre nedbørfelt

6 enn Øyungen, men det er fortsatt en god del større enn nedbørfeltet til Røseggelva. Effektiv sjøprosent er lavere, og ellers er det lite samsvar mellom feltegenskapene til de to nedbørfeltene. Det er likevel vurdert at Moen er den målestasjonen som best representerer Røseggelva. Vannføringsdata fra denne målestasjonen er derfor benyttet i videre beregninger for Røseggelva Moen har data fra perioden Vannføringskurven er beskrevet som middels i NVEs database Hydra II. Tabell 3-1: Data for nedbørfelt til Røseggelva og NVEs målestasjoner Stasjonsnr Navn/nedbørfelt Røseggelva Moen Øyungen Dataperiode Areal på nedbørfelt, A (km²) Middelvannføring, QN (m³/s) Spesifikk middelvannføring, qn (l/s/km²) Spesifikk middelvannføring, qn (l/s/km²) (måleserie) 6,7 64,3 239,6 0,18 4,04 12,3 26, , ,5 Laveste punkt i feltet, Hmin (moh.) Høyeste punkt i feltet, Hmax (moh.) Høydeintervall, H (m) Feltlengde, L (km) ,6 14,5 21,7 Effektiv sjøprosent, ASE 3,7 0,02 1,4 Sjøprosent (%) 4,1 1,25 6,1 Snaufjellsprosent, ASF 0 57,1 26,6 Skogprosent (%) 66,8 30,1 39,6 Myrprosent (%) 6,9 9,0 18,7 Urbanprosent (%) 0,0 0 0 Dyrket mark (%) 20,7 0 0,2 Spesifikk middelflom (l/s/km²) NEVINA Spesifikk middelflom (l/s/km²) FFA

7 3.2 Flomfrekvensanalyse Flomfrekvensanalysen er utført ved bruk av programmet DAGUT (ekstremverdianalyse) i NVEs database Hydra II. Det er beregnet middelflom og vekstfaktorer Moen ligger i et område der de fleste flommer forekommer vår, høst og vinter. Flomfrekvensanalysen er gjort med årsverdier. (Pettersson, 2009) Middelflom og vekstfaktor Middelflommen er gjennomsnitt av største flom hvert år eller hver sesong. q M er spesifikk middelflom, dvs. flom per areal (l/s/km 2 ). Beregnet spesifikk middelflom for Røseggelva er satt lik 599 l/s/km 2. Dette er samme spesifikk middelflom som for Moen. Vekstfaktor er forholdet mellom middelflom og flom med ulike gjentaksintervall. Beregningene bruker flommenes middelvannføring over et døgn (døgnmiddel). Det er benyttet Weibullfordeling. Vekstfaktorer fra flomfrekvensanalysen er vist i Tabell 3-3. Tabell 3-2: Vekstfaktorer, QT/QM QT/QM Moen K2 Flomformler for små nedbørfelt Q50/QM 1,37 1,9 2,07 Q100/QM Q200/QM 1,41 2,1 2,39 1,44 2,3 2,74 Q1000/QM 1,51 2,7 3,78 For sammenligning er også tilsvarende vekstfaktorer beregnet ved hjelp av regionale flomfrekvenskurver for flomregion K2 (NVE, 2011) og flomformler for små nedbørfelt (NVE, 2015) Døgnmiddelverdi og kulminasjonsverdi Flomfrekvensanalysen er utført på døgnmiddelverdier. Flommens kulminasjonsverdi er estimert fra forholdet mellom flommens kulminasjonsverdi (spissverdi), Q mom og døgnmiddel, Q døgn for høstflom som er gitt ved følgende regresjonsligninger (NVE, 2011): Vårflom: Q mom/q døgn = 1,72-0,17 * loga - 0,125*A SE 0,5 Høstflom: Q mom/q døgn = 2,29-0,29 * loga - 0,270*A SE 0,5 Der A er nedbørfeltets areal og A SE er effektiv sjøprosent i nedbørfeltet. Beregnede forholdstall mellom døgnmiddelflom og kulminasjonsflom er vist i Tabell 3-2. Det er valgt å benytte forholdstall for høstflom i videre beregninger.

8 Tabell 3-3 Forholdstall Qmom/Qdøgn Elv Røseggelva Q mom/q døgn, vår 1,33 Q mom/q døgn, høst 1, Flomformler for små nedbørfelt (NIFS-formel) NVE har utviklet et nasjonalt formelverk for beregning av middelflom og vekstkurver for felt <50 km 2 (NVE, 7/2015). Formelverket er basert på regresjonsanalyser, og er testet på over 4000 nedbørfelt. Inngangsparameterne til formelen er feltareal, midlere avrenning og effektiv sjøprosent. Det henvises til NVE (7/2015) for beskrivelse av formelverket. Formlene blir benyttet for nedbørfeltene når feltarealene er < 50 km 2. Resultatene gitt av flomformlene fra NVE (7/2015) er vist i Tabell 3-4. (medianverdi) er gitt som kulminasjonsverdier. Flomverdiene 3.4 Sammenligning av resultater og anbefalt verdi til videre beregninger Sammenstilling av resultater for beregnede flomstørrelser med ulike beregningsmetoder er vist i Tabell 3-4. Tabell 3-4: Sammenligning av resultater Beregningsmetode Q200 q200 Q200 inkludert (m³/s) (l/s/km²) klimatillegg, 50 % (m³/s) Flomfrekvensanalyse 11, ,8 Flomformler små felt 7, ,1 Middelflom fra FFA og vekstfaktor fra NIFS-formel 11, ,6 Det er et relativt stort avvik mellom resultatene fra de to metodene. Ved beregning av middelflom med formelverket for små nedbørfelt (NIFS-formel) er den spesifikke middelvannføringen (q N) og dermed middelvannføringen i m 3 /s en stor kilde til usikkerhet. Det er derfor anbefalt å benytte middelflom basert på observerte dataserier. For vekstkurve anbefales det å benytte vekstkurve fra NIFS-formelen, da den vurderes som robust og lite sensitiv for lokale variasjoner (NVE, 97/2015). Det er derfor valgt resultatet fra denne metoden som endelig flomstørrelse for Røseggelva. Beregnet flomstørrelse til bruk i videre beregninger blir da 17,6 m³/s.

9 FORSLAG TIL DIMENSJON FOR NYE KULVERTER Det skal gå én kulvert under lokalveg til Dyrstad og fv 17 og én kulvert under lokalveg til Jåddåren. Heltuvkulverten I og Heltuvkulverten II. Dimensjonerende kapasitet (Q kap) må være større eller lik den dimensjonerende avrenningen fra nedbørsfeltet (Q dim). Samtidig må ikke vannstanden foran kulverten (Hw) være så høy at fyllingen tar skade, eller at vann ledes ut av vannveien. Generelt anbefales det at oppstrøms vannstand H W ikke overstiger toppen av innløpet. Dimensjoneringskravet blir da H W/D 1,0, det vil si at oppstrøms vanndybde ikke skal bli større enn kulvertens høyde. Topp vei bør ligge minst 0,5 m over topp av kulvert (SVV, HB N200). Dimensjoneringskrav: H W/D 1 Der: H W = Oppstrøms vanndybde [m] D = Kulvertdimensjon (høyde) [m] Anbefalt minimum dimensjon for kulvertene er vist i Tabell 4-6. Tabell 4-1: Forslag til dimensjon for nye kulverter for 1,5xQ200. Kryssing under Røseggkrysset Heltuvkulvert I Heltuvkulvert II Type Firkantkulvert med vingemur i betong Qdim = 1,5*Q200 17,6 17,6 Høyde til topp av vei (m) 0,5 0,5 Lengde [m] 58,0 7,6 Anbefalt innløpshøyde [moh.] 65,02 64,56 Anbefalt fall i gjennomløp [ %] 0,5 0,5 Anbefalt lysåpning: B x H (m) 4,0 x 2,4 4,0 x 2,4 Hw [m] 2,11 2,35 Hw/D [m] 0,88 0,97 Kapasitet Tilstrekkelig Tilstrekkelig *Alle høyder er i forhold til elvebunn. Firkantkulvert med vingemur i betong

10 Figur 4-1: Plassering av kulverter. 4.1 Vannlinje for 200-årsflom FV17 Kulvert Kulvert 1 Oppstrøm profil Elevation (m) Legend EG 1,5 x Q200 WS 1,5 x Q200 Ground Ineff Bank Sta Station (m) Figur 4-2: Tverprofil av kulverten med beregnet vannlinje på oppstrøm sider for 1,5*Q200, Kulvert 1.

11 Elevation (m) FV17 Kulvert Kulvert 2 Oppstrøm profil.011 Legend EG 1,5 x Q200 WS 1,5 x Q200 Ground Ineff Bank Sta Station (m) Figur 4-3: Tverprofil av kulverten med beregnet vannlinje på oppstrøm sider for 1,5*Q200, Kulvert FV17 Kulvert Rosengelva FV17 Lengdeprofil Legend EG 1,5 x Q200 WS 1,5 x Q200 Ground Elevation (m) Kulvert 2 Kulvert Main Channel Distance (m) Figur 4-4: Lengdeprofil av elva med beregnet vannlinje (WS) og energjlinje (EG) for 1,5*Q200, anbefalte kulverter.

12 EROSJONSSIKRING Innløp og utløp for den nye kulverter må erosjonssikres. Dimensjon og utforming for erosjonssikring finnes fra NVEs veileder for dimensjonering av erosjonssikring av stein (Jenssen og Tesaker, 2009) og Vassdragshåndboka (Fergus m.fl., 2010 og Sæterbø m.fl., 1998). Eksempler på erosjonssikring av rørutløp er vist i Figur 5-1 til Figur 5-3. Figur 5-1 Eksempel på erosjonssikring av rørutløp med steinmasser (Sæterbø m.fl., 1998). Figur 5-2 Eksempel på erosjonssikring av rørutløp med betongkum (Sæterbø m.fl., 1998).

13 Figur 5-3 Eksempel på erosjonssikring av rørutløp med steingrop (Sæterbø m.fl., 1998). 5.1 Dimensjonering av bunnplastring ved kulvert innløp og utløp Resultatene fra vannlinjeberegningen er brukt til å vurdere nødvendige steinstørrelser for erosjonssikring. NVEs veileder for dimensjonering av erosjonssikring av stein (Jenssen og Tesaker, 2009) er benyttet. Maynords metode for beregning av steinstørrelse kan brukes når hellingen er mindre enn 2 %. Den største beregnede hastigheten ved innløpet av kulverter er beregnet til 2,07 m/s for 1,5 x Q 200. Ifølge Maynords formel vil stabil steinstørrelse, D 50 på elvebunn ved denne hastigheten være 0,29 m. Den største beregnede hastigheten ved utløpet av kulverter er beregnet til 1,96 m/s for 1,5 x Q 200. Ifølge Maynords formel vil stabil steinstørrelse, D 50 på elvebunn ved denne hastigheten være 0,21 m.

14 REFERANSER Chow, V.T., 1988: Open-Channel Hydraulics, Caldwell, New Jersey: The Blackburn Press. Fergus m.fl. 2010: Vassdragshåndboka. Tharan Fergus, Knut Aune Hoseth, Einar Sæterbø. Vassdragshåndboka. Håndbok i vassdragsteknikk. Tapir Akademisk Forlag Jenssen og Tesaker, 2009: Lars Jenssen og Einar Tesaker. Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein. Veileder 4/2009. Norges vassdrags og energidirektorat. Lawrence og Hisdal, 2011: Deborah Lawrence og Hege Hisdal. Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. Report nr. 5/2011. Norges vassdrags og energidirektorat. Lawrence, 2016: Deborah Lawrence. Klimaendring og fremtidige flommer i Norge. Rapport nr. 81/2016. Norges vassdrags og energidirektorat. HEC-USACE, 2016: HEC-RAS River Analysis System, Hydraulic Reference Manual, U.S. Army Corps of Engineers, Hydraulic Engineering Center (HEC), Davis, CA, USA. NVE, 2008: Planlegging og utbygging i fareområder langs vassdrag. Retningslinje 1/2008. Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, 2011: Retningslinjer for flomberegninger til 5-7 i forskrift om sikkerhet ved vassdragsanlegg. Retningslinje 4/2011. Norges vassdrags- og energidirektorat. NVE, 13/2015: Nasjonalt formelverk for flomberegning i små nedbørfelt. Rapport nr. 13/2015. Norges vassdrags og energidirektorat. NVE, 97/2015: Anbefalte metoder for flomberegninger i små uregulerte felt. Rapport nr. 97/2015. Norges vassdrags og energidirektorat. Pettersson, 2009: Flomforhold i Sør og Midt-Norge. Rapport 3/2009. Norges vassdrags- og energidirektorat. Statens vegvesen, 2014: Håndbok N200 Vegbygging Sæterbø m.fl. 1998: Vassdragshåndboka. Einar Sæterbø, Liza Syvertsen og Einar Tesaker. Vassdragshåndboka. Håndbok i forbygningsteknikk og vassdragsmiljø. Tapir Forlag,1998. Databaser og kartverktøy: databasen Hydra II, NVE Atlas, NEVINA