Norconsult AS Trekanten, Vestre Rosten 81, NO-7075 Tiller Notat nr.: 1 Tel: Fax:

Transkript

1 Til: Norconsult / Martina Fra: Arne E Lothe Dato: Myklebust Sjøbad - sirkulasjon i bassenget HENSIKT Dette notatet gjelder sirkulasjon i et planlagt sjøbad ved kysten nær Myklebust, Sola Kommune. Sjøbadet er planlagt som et friluftsbad med et delvis avstengt basseng med naturlig sirkulasjon fra havet. Plassering og planlagt utforming er vist i Figur 1 og Figur 2, og sirkulasjonen er vist i Figur 3. Det er hensikten at at sirkulasjonen skal skje ved at bølgene skyller over en lav terskel. På denne måten er det hensikten at vannet får en viss oppholdstid i bassenget, slik at det kan varmes opp til en litt høyere temperatur enn vannet i havet utenfor. Prinsippet er kjent og er benyttet ved flere andre anlegg over hele verden. I dette notatet ser vi hvilken utforming som kreves av tersklene for å oppnå en antatt god sirkulasjon, dvs tilstrekkelig til å holde en god vannkvalitet og samtidig begrenset slik at solvarmen fra det grunne området kan magasineres i bassenget. Figur 1 n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 1 av 10

2 Figur 2 n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 2 av 10

3 Figur 3 METODE Den primære drivkraften for sirkulasjonen er bølger, og effekten av disse er igjen avhengig av vann-nivået. Tidevannsforskjellene i Stavanger-området er moderate; middel høyvann er 13 cm over NN1954, og middel lavvann er 19 cm under NN1954. For å kunne utføre en analyse har vi benyttet en dataserie med beregnede bølgedata fra et punkt LP1261 i posisjon N 58.3º / Ø 5.14º, dvs ca 40 km rett vest for Sirevåg. Det siste hele året som er tilgjengelig er 2004, og her har vi data fra hver 6. time hele året. Vi har også innhentet vannstandsdata fra Stavanger for 2004, og satt disse sammen i en tids-serie. Deretter er det gjort en teoretisk vurdering av hvordan bølgene forplanter seg fra åpent hav og fram til området ved Myklebust. Dette er gjort ved å se på de åpne sektorer ut mot havet, og så beregne hvilke bølger som har den nødvendige retningen for at de skal kunne komme fram til Myklebust. Området utenfor n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 3 av 10

4 Tananger/Myklebust er preget av store områder med holmer og øyer, og det er kun mindre åpninger i mellom disse. De største formasjonene er Rott og Kjør, Håstein/Buøya, og øyene som ligger sør for Kvitsøy. Resultatet av denne beregningen er vist i Figur 4. Figuren viser bølgedempingskoeffisienten, dvs forholdet mellom (signifikant) bølgehøyde ved Myklebust og i åpent hav. Vi ser at ved en retning på 240º 270º kan en anta at bølgehøyden ved Myklebust er ca 60 % av bølgehøyden i åpent hav. Figur 4 Bølgedempingskoeffisient; forholdet mellom signifikant bølgehøyde ved Myklebust og tilsvarende i åpent hav. Figur 5 Antatt endring av bølgeretning Vi har så benyttet denne koeffisienten til å modifisere tidsserien av data fra LP1261, slik at den nå representerer data for Myklebust. Samtidig har vi gjort noen antakelser om hvilken retningsendring bølgene vil få når de går fra åpent hav og inn mot land. Dette er vist i Figur 5. n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 4 av 10

5 Når vi kjenner bølgehøyde og retning ved Myklebust, og kan anta at bølgeperioden er uforandret, er vi i stand til å benytte formelverket fra EurOtop (1) til å beregne hvor stor overskyllingsraten (gitt i l/s per meter bredde) vil være for hver observasjon av bølgehøyde. For å utføre denne beregningen må vi anta en høyde av terskelen som bølgene skal skylle over, og en bredde av terskelen. Helningen på bunnen foran sjøbadet er antatt lik en konstant verdi 1 : 10. Figur 6 Signifikant bølgehøyde Hs og spektral topp-periode Tp i åpent hav (LP 1261) Figur 7 Signifikant bølgehøyde i åpent hav og ved Myklebust n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 5 av 10

6 Figur 8 Observert vann-nivå i Stavanger 2004 RESULTAT Et eksempel på resultat av beregningene er vist i Figur 9, for et tilfelle med terskelbredde 4.0 m og terskelhøyde 0.3 m over NN1954. Figuren viser hvor mange m 3 /døgn som flommer inn i bassenget fra vest på grunn av bølgene. Vannet som strømmer inn på denne måten må nødvendigvis strømme ut igjen, og ved å lage den nordre terskelen litt lavere enn de vestlige, vil det oppstå gjennomstrømming som vist på Figur 3. Figur 9 må imidlertid sees i sammenheng med det tilgjengelige fribordet til bassenget, dvs avstanden fra stillevann og opp til terskelen. Denne avstanden er 0.33 m ved middelvann (ved den valgte terskelhøyden 0.3 m over NN1954 i dette eksempelet), men blir mindre ved høyvann. Figur 10 viser fribordet over året 2004, og vi ser at om vinteren forekommer det hyppig at fribordet er negativt, dvs at vann-standen står over terskelen. I det tilfellet gjelder ikke bølgeoppskyllingsteorien, og vi får en fri innstrømming av vann i bassenget. Hvis det ikke finnes bølger, så vil gjennomstrømmingen være liten fordi vannstanden er lik i nord og i vest, og da vil ikke vannet presses gjennom bassenget. Finnes det imidlertid bølger samtidig som Figur 9 viser, så vil det strømme inn mer vann i vest enn i nord, og en gjennomstrømming vil oppstå. Vi har derfor valgt å beholde observasjonene for de tilfellene der fribordet er negativt fordi det uansett vil foregå en innstrømming fra vest, men teorien vil sannsynligvis underestimere innstrømmingsraten. Vi kan måle sirkulasjonen ved å beregne hvor stor andel innstrømmet vann pr døgn utgjør av det totale volumet. Vi antar da at overflaten av bassenget er 1000 m 2, og at gjennomsnittlig dybde er 1.5 m, dvs totalt 1650 m 3. Døgnsirkulasjonen blir da som vist i Figur 11 for terskelhøyde 0.3 m og bredde 4.0 m av bredden gir en dobling av sirkulasjonen. Vi ser av Figur 11 at sirkulasjonen om vinteren er meget god, og i enkelte tilfeller langt over 50 % utskifting/døgn. Dette skyldes en kombinasjon av høye bølger og lavt fribord om vinteren. Om sommeren er derimot sirkulasjonen mer beskjeden, noe som skyldes at bølgene er mindre og at vannnivået generelt er lavere pga mindre vind og færre lavtrykk. Vi har derfor tatt ut sommeren 2004 fra midten av mai til midten av august spesielt, og viser den i Figur 12. Her ser vi at utskiftingen foregår i topper med ca 1 2 ukers mellomrom, og at det er lange perioder i mellom der utskiftingen er moderat. En utskiftingsrate på 4 % tilsvarer at alt vannet er skiftet ut i løpet av 25 dager. Vi antar at Figur 12 viser sirkulasjonen og utskiftingen slik den skal fungere etter hensikten; nemlig at vannet kan stå urørt i bassenget i 1 2 uker og magasinere overflatevarme, og at vannkvaliteten sikres ved at det periodisk forekommer utskifting av en viss andel av vannet. n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 6 av 10

7 I normale sammenhenger regner man med at en oppholdstid for vann på opptil 30 dager vil sikre en god kvalitet på vannet. For å illustrere effekten av å velge andre terskelhøyder har vi laget Figur 12 som viser et utvalg av terskelhøyder for en konstant terskelbredde på 4.0 m. Her ser vi som ventet at sirkulasjonen går ned ved økende terskelhøyde, og at gjennomsnittlig utskifting (% av totalvolumet/døgn) er høyere for hele året sett under ett enn for bare sommerhalvåret. For sommerhalvåret kan det imidlertid være tilstrekkelig å ha 2 3 gode perioder med utskifting og stort sett lav utskifting ellers. Vi har derfor også vist den høyeste verdien for sommeren i Figur 12. Figur 9 Beregnet gjennomstrømming av vann i bassenget på grunn av bølgeoverskylling fra vest. n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 7 av 10

8 Figur 10 Beregnet fribord for en terskelhøyde på 0.3 m over NN1954 Figur 11 Utskiftingsrate prosentvis andel av vannvolumet som skiftes ut pr døgn for terskelhøyde 0.3 m, bredde 4.0 m n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 8 av 10

9 Figur 12 Utskiftingsrate prosentvis andel av vannvolumet som skiftes ut pr døgn for terskelhøyde 0.3 m, bredde 4.0 m. Kun sommerhalvåret. Figur 13 Effekt av å variere terskelhøyde med konstant terskelbredde = 4.0 m n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 9 av 10

10 KONKLUSJONER Beregningene som er utført viser at det er mulig å lage et basseng ved Myklebust som er basert på en periodisk sirkulasjon av vann basert på overskylling av bølger. Ved å legge nordre terskel noe lavere enn vestre terskel(er), vil vannstrømmen gå fra vest og mot nord når det forekommer overskylling. Tersklene i vest bør ligge på et nivå mellom 0.3 og 0.5 m over NN1954. Man bør vurdere et system der tersklene kan heves i vinterhalvåret for å hindre for stor gjennomstrømming. REFERANSER 1. EurOtop: Wave Overtopping of Sea Defences and Related Structures: Assessment Manual, 2007 Trondheim, Arne E Lothe n:\510\42\ \5 arbeidsdokumenter\59 annet\notat vanngjennomstrømming myklebust sjøbad.docx Side 10 av 10