Dimensjonering av lysopning og lausmassebasseng ved Storbekken på Aga, Ullensvang herad

Transkript

1 Dimensjonering av lysopning og lausmassebasseng ved Storbekken på Aga, Ullensvang herad

2 Prosjektinformasjon og status Dokumentnr.: Dokumenttittel: Dimensjonering av lysopning og lausmassebasseng ved Storbekken på Aga, Ullensvang herad Klassifisering: Distribusjon: Intern Oppdragsgjevar Leveransedato: Status: Sider: Godkjend rapport 18 Kontraktør: Kontraktørinformasjon: Sunnfjord Geo Center AS Småbakkane 19, 6984 Stongfjorden Organisasjonsnummer: MVA Kontaktinformasjon: Sunnfjord Geo Center AS Småbakkane 19, 6984 Stongfjorden Tlf.: Mob.: E-post: Kundeinformasjon: Ullensvang herad v/bente Bjotveit Tlf.: E-post: Fagområde: Dokumenttype: Lokalitet: Geologi/hydrologi Rapport Aga Feltarbeid utførd av: Dato for feltarbeid: Signatur: Torkjell Ljone Torkjell Ljone (sign.) Rapport utarbeidd av: Dato for ferdigstilling: Signatur: Versjon 1: Anders Haaland Anders Haaland (sign.) Rapport kvalitetskontrollert av: Godkjend (dato) Signatur: Versjon 1: Torkjell Ljone Torkjell Ljone (sign.) Rapport godkjend av: Godkjend (dato) Signatur: Even Vie (dagleg leiar) Even Vie (sign.)

3 INNHALDSLISTE INNLEIING... 3 KAPITTEL 1 OMRÅDESKILDRING Plassering Skildring av vassdraget Klima... 6 KAPITTEL 2 FASTSETJING AV FLAUMSTORLEIKAR Metode Nasjonalt formelverk for flomberekningar i små felt (NIFS) Den rasjonelle metode Samanliknbare felt Dimensjonerande flaumstorleik KAPITTEL 3 NØDVENDIG LYSÅPNING Modellering av vannlinjer Resultat og anbefalt lysopning Massebasseng KAPITTEL 4 REFERANSER

4 INNLEIING Sunnfjord Geo Center AS har på vegne av Ullensvang herad berekna naudsynt lysopning og storleik på massebasseng ved ei kommunal bru over Storbekken på Aga i Ullensvang herad. Bakgrunnen for berekningane er at det har vore utfordringar kring den kommunale brua. Under flaumhendingar samlar det seg lausmassar ned mot brua, noko som skapar problem i høve kapasiteten til brua, som allereie har for liten lysopning. Det er utført ei synfaring på staden, og resultata herifrå er mellom anna supplert med informasjon frå nevina.no, NVE, Statens vegvesen og Statens kartverk. For berekning av dimensjonerande flaumstorleik er NVErettleiar for flaumberekningar i små uregulerte felt nytta (rettleiar 7/15). Dimensjonerande flaumstorleik leggast til grunn for vurderingane. Jamfør Statens vegvesen si handbok N400, skal bruer ha ei minste klaring på 0,5 m over berekna vasstand for 200-årsflaum. Alle konklusjonar i denne leveransen føreset at menneskelege inngrep i området vil kunne endre dei geologiske og hydrologiske tilhøva, og dermed også flaumfaren. Dersom det vert påvist flaumfare i området vil SGC kunne følgje kunde opp med sikringstiltak mot flaum i etterkant av levert rapport. 3

5 KAPITTEL 1 OMRÅDESKILDRING 1.1. Plassering Brua går over Storbekken like nord for Agatunet på gbnr. 64/1 i Ullensvang herad. (Figur 1). Figur 1: Brua ligg like nord for Agatunet i Ullensvang herad. Kartkjelde: Statens kartverk Skildring av vassdraget Storbekken drenerer mot aust og har sitt kjeldeområde i den bratte fjellsida opp mot Vardskarvane og Vardanuten (1484 m o.h.). Ved den vurderte brua er nedslagsfeltet 0,9 km 2 stort. Feltet er svært bratt og har ein gradient på 574 m/km. Brattleiken og god tilgang på lausmassar i fjellsida gjer at Storbekken er masseførande. Det er ingen vatn som bidreg til demping av flaumar, og meir enn 50 % av feltet er snaufjell. Alle desse faktorane bidreg til at dette er ein bekk med kort responstid, der ein vil forvente korte og intense flaumar. Sjå Figur 3 for hypsografisk kurve av feltet. Figur 2 viser nedslagsfeltet, Figur 4 viser arealfordelinga til feltet, medan Tabell 1 viser feltkarakteristikkane til feltet. Feltkarakteristikkane er henta frå NVE sin lågvassapplikasjon NEVINA, medan normalavrenninga er henta frå NVE sitt avrenningskart for referanseperioden

6 m o.h. Figur 2: Nedslagsfeltet til Storbekken. Plasseringa av brua er markert med raud sirkel. Kartkjelde: nevina.nve.no/statens kartverk. Hypsografisk kurve Høgste punkt: 1492 m o.h. Lågaste punkt: 20 m o.h Prosent Figur 3: Hypsografisk kurve for vassdraget. Kurva syner kor stor del av feltarealet som ligg over ei viss høgd. 5

7 Dyrka mark 4% Snaufjell 51% Skog 43% Anna 3% Figur 4: Arealfordeling for vassdraget. Tabell 1: Feltkarakteristikkar for Storbekken ved brua. Kjelde: nevina.nve.no. Feltstorleik Effektiv Feltlengd Elvegradient avrenning Skog Snaufjell Normal- Elv (km 2 ) sjø (%) (km) (m/km) (l/s*km 2 Hmin - Hmax ) (%) (%) (m o.h.) Storbekken 0,9 0 2,5 573,9 66,7 42, Klima Dei fleste klimamodellane byrjar å gje rimeleg pålitelege data om global vêr- og klimautvikling, men modellane har framleis store uvisser, spesielt på regional og lokal skala. Likevel bør ein ta høgde for dei mange resultata som peikar mot ei global oppvarming, med påfølgjande lokale klimatiske endringar. Hausten 2015 vart den siste Klima i Norge 2100-rapporten publisert av Norsk klimaservicesenter (NKSS). Hovudfunna i denne rapporten er at ein i Noreg må forvente høgare temperaturar, meir nedbør og meir ekstremnedbør. Ei følgje av dette vil vere at ein må ta høgde for at flaumane vert større og kjem hyppigare, og at skredfrekvensen vil auke i Noreg. Norsk klimaservicesenter har på bakgrunn av denne rapporten utarbeidd ein klimaprofil for Hordaland (NKSS, 2016), som er meint som eit hjelpemiddel i planlegging. I klimaprofilen er det mellom anna skildra korleis ein bør førebu seg på framtidige klimaendringar som stormflo, auka avrenning, hyppigare episodar med styrtregn og større flaumar. I klimaprofilen er det tilrådd å legge til eit klimapåslag på 20 eller 40 % på dei berekna flaumstorleikane. I NVE rapport Klimaendring og framtidige flommer i Norge er tilrådde prognosar for framtidig auke i flaumar på Vestlandet vist (Figur 5). Resultata frå rapporten viser at det vil vere størst auke i store felt om lag 5-50 km frå kysten. Storbekken har eit lite og bratt vassdrag. 6

8 Denne typen vassdrag er spesielt sensitive til auka nedbør. På bakgrunn av dette set vi eit klimapåslag på 40 % for berekna flaumstorleik for Storbekken. Figur 5: Prosentvis endring i 200-årsflaum for nedbørfelt i Møre og Romsdal, Sogn og Fjordane og Hordaland. Auken i flaumstorleik i vassdraga rundt Ullensvang ligg frå %. Det er henta inn intensitet-varigheit-frekvensverdiar (IVF-verdiar) frå stasjon Modalen II og stasjon Opstveit, som ligg høvesvis om lag 70 km nord for og 60 km sør for Aga. Desse stasjonane er dei næraste og best samanliknbare stasjonane med denne typen data. Verdiane viser nedbørsintensiteten for ulike returintervall og vert nytta i samband med berekning av dimensjonerande flaumstorleikar med den rasjonelle metode. Tabell 2 viser IVF verdiar. 7

9 Tabell 2: IVF-verdiar frå stasjonen i Modalen. Kjelde: klimaservicesenter.no Modalen II - stasjon Tabell 3: IVF-verdiar frå stasjonen på Opstveit. Kjelde: klimaservicesenter.no Opstveit - stasjon

10 KAPITTEL 2 FASTSETJING AV FLAUMSTORLEIKAR 2.1. Metode Det er ingen målestasjonar for vassføring i vassdraget. Nasjonalt formelverk for flomberekningar i små felt (NIFS) og den Rasjonelle metode er derfor nytta til å berekne flaumstorleikar. I tillegg er det gjort berekningar med andre metodar og utført samanlikningar med nærliggande felt, som har målestasjonar Nasjonalt formelverk for flomberekningar i små felt (NIFS) For å fastsetje flaumstorleikar i vassdraga er det mellom anna utført berekningar med nasjonalt formelverk for flomberekningar i små felt (Stenius m.fl., 2015). Formelverket bereknar middelflaum og vassføringar med høgare returperiodar, direkte på kulminasjonsverdiar for små (< ca. 50 km 2 ) uregulerte felt i Norge og er basert på regresjonsanalysar. Formelverket er testa på meir enn 4000 nedbørsfelt. Inngåande parameter er feltareal, normalavrenning og effektiv sjøprosent. I følgje formelverket er middelflaumen (QM) gitt ved: (1) QM = 18.97QN e A SE der QN er nedbørsfeltets normalavrenning (m 3 /s), henta frå NVE sitt avrenningskart i perioden , ASE er den effektive sjøprosenten og e er eit grunntal. Vekstkurva er gitt ved: (2) QT/QM = qn [Γ(1 + k)γ1 k) (T 1) k ]/k der qn er normalavrenninga (l/s km 2 ) i perioden henta frå avrenningskartet, Γ er gammafunksjonen, T er gjentakingsintervall og k er ein konstant som er gitt ved: (3) k = -1+2/ [1 + e Ase/100 ] Tabell 4 viser resultata frå flaumberekning ved bruk av nasjonalt formelverk for små felt. Tabell 4: Resultat frå flaumberekning ved nasjonalt formelverk for små felt. Q M Q 20 Q 200 m 3 /s l/s*km 2 m 3 /s l/s*km 2 m 3 /s l/s*km 2 Storbekken 1, , , Den rasjonelle metode Den rasjonelle metode er hovudsakleg meint for berekning av avrenning frå felt som er mindre enn 5 km 2 (Statens vegvesen, Håndbok N200). Avrenninga (Q) er gitt ved: 9

11 Q = C x i x A x Kf der C er avrenningsfaktoren, som er sett til 0,45 og lagt til 30 % for ein returperiode på 200 år. i er dimensjonerande nedbørsintensitet, A er feltarealet og Kf er klimafaktor (1,4 jf. Kap. 1.3.). Den dimensjonerande nedbørsintensiteten vert berekna ut i frå feltets konsentrasjonstid (tc) og varierer med gjentakingsintervallet. I fylgje Statens vegvesen, handbok N200 er konsentrasjonstida tc gitt ved: tc = 0,6 x L x H-0, x Ase der L er lengda av feltet (m), H er høgdeskilnaden i feltet (m) og Ase er andel innsjøar i feltet. Deretter er nedbørsintensiteten henta frå Tabell 2. Tabell 5: Resultat frå flaumberekning med den rasjonelle metode. Q M Q 20 Q 200 m 3 /s l/s*km 2 m 3 /s l/s*km 2 m 3 /s l/s*km 2 Storbekken - - 2, , Samanliknbare felt Det er ingen målestasjonar for vassføring i elva, og det er vanleg å samanlikne resultata frå flaumberekningane med samanliknbare felt. Storbekken har eit lite og svært bratt nedslagsfelt, og trass i at det er fleire målestasjonar i Hardanger, er det få som har samanliknbare eigenskapar. Ved små og bratte felt er det også ofte svært store lokale variasjonar. Sidan det ikkje er nokon direkte samanliknbare stasjonar og på grunn av usikkerheit i samanlikning mellom målestasjonar, er det valt å sjå vekk i frå samanliknbare felt Dimensjonerande flaumstorleik Tabell 6 samanstiller resultata frå flaumberekningane. Resultata frå den rasjonelle metode viser noko høgare verdiar enn resultata frå NIFS. I NIFS-prosjektet er det sett på variasjonar av spesifikke flaumverdiar for 200-årsflaum i dei ulike landsdelane. På Sør- og Vestlandet ligg dei største verdiane kring l/s*km 2, men det finnast verdiar over 6000 l/s*km 2. Dei høgaste verdiane finn ein i bratte felt med låg effektiv sjøprosent. Nedslagsfeltet til Storbekken ligg i denne kategorien, noko som ein også ser att i resultata. Resultata frå NIFS og den rasjonelle metode viser ein flaumstorleik ved 200-årsflaum på høvesvis 4709 og 5070 l/s*km 2. På grunn av usikkerheit i berekningane, og sidan den rasjonelle metode tek meir omsyn til den bratte gradienten til feltet, er resultata frå den rasjonelle metode lagt til grunn for dimensjonerande flaumstorleik. Dimensjonerande flaumstorleik, inkludert klimapåslag, ved brua over Storbekken er 6,38 m 3 /s. 10

12 Tabell 6: Flaumstorleikar ved Storbekken. Dimensjonerande flaumstorleik for planområda er 200-årsflaum inkludert eit klimapåslag på 40 %. Flaumverdiar Storbekken Q 20 Q 200 m 3 /s l/s*km 2 m 3 /s l/s*km 2 NIFS 2, , Den rasjonelle metode 2, , Dimensjonerande flaumstorleik - - 6,38-11

13 KAPITTEL 3 NØDVENDIG LYSÅPNING 3.1. Modellering av vassliner For å berekne vasstanden langs elva og naudsynt lysopning ved brua over Storbekken, er det hydrauliske modelleringsverktøyet HEC RAS nytta. Programmet er utvikla av det amerikanske forsvarsdepartementet, og fyrste versjon vart gjeve ut i I denne modellen vert vasslinene berekna ved å legge inn geometrien til elva, vassføringsverdiar for ulike gjentakingsintervall, ruheitstal for elveløpet og elvebreiddene og grensevilkår. Det er utarbeidd 4 tverrprofil over Storbekken i samband med modelleringa (Figur 6). Som grunnlag for tverrprofila er laserdata frå prosjekt Ullensvang 2011, som har ein tettleik på 2 pkt./m 2 og ei oppløysing på 0,5 m. Det er i tillegg gjort manuelle oppmålingar ved brua og elveløpet. Som grensevilkår i modelleringa er normal depth nytta både oppstraums og nedstraums. Modelleringa er utført både med utgangspunkt i noverande tilhøve, og ved tilhøve som viser naudsynt lysopning. Ei av hovudutfordringane ved området oppstraums for brua, er at det vert samla lausmassar i bekkeløpet, noko som forverrar flaumsituasjonen. Det lyt påpeikast at modelleringa berre tek omsyn til bekkeløpets noverande situasjon, og at den ikkje tek omsyn til oppsamling av lausmassar i bekkeløpet. Figur 6: Plassering av dei 4 profila ved undersøkingsområdet. Kartkjelde: Statens kartverk. 12

14 Figur 7: Noverande situasjon ved brua som går over Storbekken. Sett frå oppstraums til nedstraums. Figur 8: Modellert vasstand ved 200-årsflom ved noverande situasjon ligg på kote +22,49. Brua har ikkje nok kapasitet til å handsame ein 200-årsflaum. Ver merksam på at profilet er vist frå nord til sør. Tabell 7: Tverrsnitt og lysopning ved noverande situasjon. Bredde Høgde Høgde elvebotn Vasstand 200-årsflom Lysopning (m) (m) (m o.h.) (m o.h.) (m 2 ) Noverande situasjon, innløp Ca. 3 m 1 m 21,1 22,49 Ca. 3,2 13

15 Resultata frå modelleringa viser at ein 200-årsflaum vil gå ut av elvebreidda ved berre to av profila. Ved modellering av små og bratte bekkar, er det ofte knytt ein del usikkerheit, og modelleringa ved Storbekken kan virke å vere noko underestimert. Det er òg knytt ein del usikkerheit generelt til vasslineberekning, som t.d. kartgrunnlag, flaumstorleikar og ruheitstal. Det er derfor utført sensitivitetsanalyse i HEC RAS for å ta høgde for eventuelle feilmarginar. Vanlegvis brukar gjere dette ved å auke ruheitstal og flaumstorleik med 20 %, men sidan modellen verkar å vere noko underestimert, er det valt å auke med 30 % i sensitivitetsanalysen for Storbekken. Modelleringa tek heller ikkje omsyn til at lausmassar kan samle seg i bekkeløpet og forverre flaumsituasjonen, noko som er eit problem ved området oppstraums for brua over Storbekken. Resultata frå sensitivitetsanalysen viste at vasstanden ikkje auka nemneverdig ved auke i ruheitstalet. Ved ei auke på 30 % av flaumstorleiken, viste analysen ei auke på 8-16 cm ved profila, med unntak av bruprofilet, som viser ei auke på heile 50 cm. Årsaka til den store auka er at brua får overløp ved auka flaumstorleik. For å få eit realistisk resultat frå sensitivitetsanalysen er det også utført ei analyse der bruprofilet og lysopninga er gjort større slik at den er stor nok til å handsame ein 200-årsflaum. Resultatet viser då ei auke mellom 8-16 cm ved profila. Ved bruprofilet er vasstanden auka med 16 cm. Vi tilrår å legge til grunn største auke som sikkerheitsmargin ved praktisk bruk av vasslinene. Figur 9: Modellert vassline for brua over Storbekken ved 200-årsflom inkludert klimapåslag på 40 % Resultat og anbefalt lysopning For å oppnå tilstrekkeleg lysopning ved brua er elvebotn seinka med 0,5 m og begge elvesidene er utvida med 0,5 m. Figur 10 viser føreslått utforming av bruprofilet. Lysopning ved dette forslaget er på 6,5 m 2. For fastsetting av minimumshøgda for underkanten av brua, tar ein utgangspunkt i modellert flaumhøgde for 200-årsflaum og legg til sikkerheitsmarginen på 16 cm. I høve til Statens vegvesen si handbok N400, skal det også vere 0,5 m frå vasstand ved

16 årsflaum til underkant av brua. Minimumshøgda for underkant av bru setjast derfor til kote +22,38. Tabell 8 summerer opp vitale mål for føreslått bruprofil. Figur 10: Føreslått utforming av bruprofilet. Elvebotn er seinka med 0,5 m, og begge elvesidene er utvida med 0,5 m. Ny lysopning vert om lag 5,8 m 2 Tabell 8: Berekna vasstand ved innløp, tilrådd lysopning og minimumshøgde for underkant bru. Minimum Vasstand innløp ved Vasstand innløp ved 200-årsflom Minimumshøgde lysopning (m 2 ) 200-årsflom (m o.h.) inkl. tryggleiksmargin (m o.h.) underkant bru (m o.h.) Storbekken 5,8 21,72 21,88 22, Massebasseng Det siste stykket ned mot brua vert fallet til bekken lågare, og det legg seg derfor mykje lausmassar oppstraums for og under brua. Dette kan redusere kapasiteten til brua, og NVE har difor føreslått å etablere eit massebasseng oppstraums for brua som avbøtande tiltak (Ref-1). Vi føreslår å etablere massebassenget langs dei siste 15 m før brua kor terrenget slakar endå meir ut. Her er terrenggradienten om lag 1/10. For å få best mogeleg effekt av massebassenget, bør elvebotn langs massebassenget seinkast til kote +21. Breidda på massebassenget bør vere minimum to gangar naturleg elvebredde, som ved Storbekken vil vere kring 10 m. Etter kva SGC har fått opplyst, ynskjer grunneigar å bevare mest mogeleg på vestsida av bekken, og massebassenget er derfor plassert slik at det tek mest areal mot aust. Figur 11 viser føreslått plassering av massebassenget, medan Figur 12 viser dagens terrengprofil og profil for føreslått massebasseng. Terskel plasserast nedstraums i massebassenget. 15

17 Figur 11: Føreslått plassering av massebasseng med terskel nedst. Bassenget bør vere om lag 10 m beitt og 15 m langt. Figur 12: Profil som viser dagens terreng, samt føreslått botnseinking av terrenget og plassering av terskel nedst i massebassenget. Terrenget bør seinkast til kote

18 Figur 13: Siste strekket ned mot brua der det er føreslått å etablere massebasseng. 17

19 KAPITTEL 4 REFERANSAR Ref. 1: Storbekken ved Aga Utfordringar kring kommunal vegbru. NVE-skriv med referanse , datert Generelle referansar: Beldring, S., Roald, L.A., Voksø, A., 2002: Avrenningskart for Norge. Årsmiddelverdier for avrenning NVE-dokument nr Stenius, S., Glad, P. A., Wang, T. K., og Væringstad, T. 2015: Veileder for flomberegninger i små uregulerte felt. NVE-veileder 7, 2015 Noregs vassdrags- og energidirektorat, 2011: Flaum- og skredfare i arealplanar. NVE-veileder 2, Noregs vassdrags- og energidirektorat, 2010: Vassdragshåndboka Norsk klimaservicesenter, 2016: Klimaprofil for Hordaland. Statens vegvesen, 2014: Håndbok N200, Vegbygging Sælthun, N. R., Tveito, O. E., Bønsnes, T. E. og Roald, L. A. 1997: Regional flomfrekvensanalyse for norske vassdrag. NVE-rapport nr. 14/1997 Internettsider: Kart, satellittbilder og topografiske profil: Statens kartverk, Geologiske data: Norges geologiske undersøkelse Hydrologiske data: Norges- vassdrags og energidirektorat Statens kartverk, Aktsomhetskart: Norges- vassdrags og energidirektorat