Endringer i Hunnselva mellom bru Niels Ødegaards gate og bru Strandgata

Transkript

1 Gjøvik kommune Endringer i Hunnselva mellom bru Niels Ødegaards gate og bru Strandgata Hydrauliske beregninger Oppdragsnr.:

2

3 Innhold 1 Innledning Metodikk Vannføringer 5 2 Beregninger og resultater Steingrupper og syvdeterskel Endringer ved Farverikvartalet og biotoptiltak Usikkerhet i beregninger 9 3 Referanser 11 4 Vedlegg Profilendringer ved Farverikvartalet Avstand fra topp mur til terreng Resultater fra Hec-Ras steingrupper og sydveterskel, 200-årsflom Resultater fra Hec-Ras endringer ved Farverikvartalet og biotoptiltak (alt. 1), 200-årsflom Side 3 av 22

4 1 Innledning Norconsult er engasjert av Gjøvik kommune til å vurdere vannstandsendringer ved en 200-årsflom ved de planlagte tiltak i Hunnselva mellom N. Ødegaards bru og Strandgata bru. NVE har prosjektert fem steingrupper og en syvdeterskel, som vist i Figur 1. Kontur AS har prosjektert ny elvefront langs Hunnselva ved Farverikvartalet. Tegninger er vist i Vedlegg. Figur 1 Plassering av steingrupper og syvdeterskelen (opplysninger fra NVE) 1.1 METODIKK Norconsult AS har i 2012 utført flomsonekartlegging og vurdering av konsekvenser til planlagte tiltak (ref. 1). Dette er utført ved bruk av en hydraulisk modell med hjelp av programmet Hec-Ras. Terskelen og ny utforming av elvefronten skal legges direkte i tverrprofiler, mens konsekvenser av steingrupper er modellert ved å øke Manningstall (ruhet). Teoretisk ruhet er vurdert med formelen nedenfor (ref. 2) og med bruk av bilder fra Roughness Characteristica of Natural Channels (ref. 3) Side 4 av 22

5 Der: = 26 d 90 = 90 % av vekten til steiner i elvebunnen er mindre enn denne størrelsen. Vi har modifisert den hydrauliske modellen i henhold til de prosjekterte endringene av elveskråningen i Hunnselva ved Farverikvartalet, som beskrevet i profilene sendt av Kontur AS (oktober 2013). Ny skråning reduserer tverrsnittsareal og eksisterende vegetasjon er erstattet med betong/stein. Dette vil gi en mindre ruhet. Vi har endret ruhet ved elveskråningene fra dagens Manningstall (n) på 0,045 til 0,025. For å ta med alle de prosjekterte endringene har vi interpolert de oppmålte profilene på denne strekningen. 1.2 VANNFØRINGER I forbindelse med flomsonekartlegging (ref. 1) ble de utført flomberegning. 200-årsflom ved denne strekningen ble beregnet til 111 m 3 /s Side 5 av 22

6 2 Beregninger og resultater 2.1 STEINGRUPPER OG SYVDETERSKEL Steingrupper er plassert mellom Niels Ødegaards bru (P 1,033 Hec-Ras) og P 8 (Kontur) P0,855 (Hec-Ras) på en ca. 180 m lang strekning. Dagens ruhetstall i elveløpet er vurdert til å være 0,035 (M = 28,6). Gjennomsnittshelningen på denne strekningen er 7,2. Bredde til elveløpet er ca. 20 m. Den beregnede vanndybden i dagens situasjon ved 200-årsflom er mellom 1,75 m og 2,16 m. Ved bruk av formelen vist i kapittel 1.1 er Manningstall beregnet til 0,038. Dette ansees som for lite for slike steingrupper. Det er usikkerhet om i hvilket område denne formelen er gyldig. I ref. 3 er elva som likner mest på den prosjekterte situasjon i Hunnselva på denne strekningen: forsøk (vist i vedlegg). I denne elva er ruheten beregnet til n = 0,056. Dette ansees som mer fornuftig og brukes videre i beregningene. I Figur 2 er det vist det interpolerte profilet der sydveterskelen er planlagt. Elvebunnen ved det interpolerte profilet er på ca. kote 124,2 og elvebredden er ca. 14 m. Det antas at terskelen bygges langs hele bredden, dvs. terskelbredden målt vinkelrett på strømningen er satt til 14 m Vannlinje_Hunnselva Plan: flomsone_dagens_leveesog+ineff RS = Syvdeterskel Legend EG 111 m3/s WS 111 m3/s Elevation (m) Crit 111 m3/s Ground Bank Sta Station (m) Figur 2 Interpolert profil ved den planlagte sydveterskelen Side 6 av 22

7 Ved større vannføringer vil effektiv lengde av terskelen være lavere enn lengden langs terskelens akse. Dette pga. ved høye vannføringer vil vannet følge hovedelveløpets retning og ikke kurvaturen langs terskelen. For beregningene forutsettes at ved en 200-års flom er effektiv lengde lik bredde på terskelen målt vinkelrett på strømningen. I Figur 3 er vist en skisse av syvdeterskelen. Djupålen er ca. 0,2 m lavere enn toppen av terskelen og krona er senket i ca. en halvdel av hele lengden. Kulpen nedstrøms terskelen er ca. 0,6 m dyp. Terskelen er modellert som en hydraulisk struktur i Hec-Ras. Overløpskoeffisienten settes til 1,7. Det er utført en sensibilitetsanalyse med hensyn til valg av overløpskoeffisienten (vist i kapittel 2.3). Figur 3 Skisse av Syvdeterskelen (kilde: NVE) Side 7 av 22

8 Figur 4 Lengdeprofil dagens vannlinje og med biotoptiltak (steingrupper og sydveterskel) Plassering av steingrupper vil øke vannstanden ved en 200-årsflom med mellom 0,16 og 0,40 m. Påvirkningen vil strekke seg til oppstrøms bru Niels Ødegaards gate. Gjennomsnittsvannhastighet reduseres mellom 0,44 og 0,90 m/s og strømningen endres mot underkritisk. Detaljer av resultatene er vist i kapitel 4.3 og 4.4 i vedlegg. Sydveterskelen er modellert med to alternativer. Det første med laveste punkt (djupålen) lik dagens elvebunnen, dvs. på kote 124,2. Det andre alternativet er med terskelkrona lik dagens elvebunnen og djupålen 0,2 m lavere. Begge alternativer medfører vannstandsøkninger både oppstrøms og nedstrøms terskelen. Strømningen blir ikke kritisk over terskelen. Senkning av elvebunnen ved kulpen medfører at strømningen endrer seg mot underkritisk, gjennomsnittshastighet og vannstand øker. Det gjøres oppmerksom på at energihøyde blir nesten uendret. Det er ikke betydelig forskjell mellom de to modellerte alternativene. Vannstandsendringer oppstrøms terskelen er mer følsom med hensyn til høyden på krona. Med den høyere terskelkrona blir vannstandsøkningen opp mot 0,25 m ved den eksisterende gangbrua. Ved den lavere terskelen blir vannstandsøkningen opp mot 0,15 m litt oppstrøms terskelen. Bygging av sydveterskelen medfører også reduksjon i gjennomsnittshastighet og Froudenummer. 2.2 ENDRINGER VED FARVERIKVARTALET OG BIOTOPTILTAK Tverrprofiler og plassering av disse er vist i vedlegg. På tverrprofil-tegningen er det vist elvekant og formålsgrense. Formålsgrensen definerer hvor langt har man tenkt å bygge muren ut i elva. Den viste formålsgrensen er en tilnærming da elve-profilene er laget ut fra FKB-data, men høyde og plassering av muren er fastsatt. Den planlagte helningen fra muren til elveskråning er 10:1 (V:H) (opplysninger fra Kontur AS) og basert på dette har vi beregnet punktet der muren treffer eksisterende elveskråning. De beregnede Side 8 av 22

9 avstander fra topp mur (nederste mur) til terrenget er vist i vedlegg 4.2. Det gjøres oppmerksom på at disse beregningene er utført på interpolerte profiler og kan avvike fra det aktuelle terrenget. Den planlagte muren medfører en liten arealreduksjon på deler av strekningen. Det er planlagt en ny gangbru ved P7 med underkant bru på kote 128,70. I Figur 5 er det vist et lengdeprofil med vannlinje med dagens situasjon og de planlagte endringene (inkludert biotoptiltak) ved en 200- årsflom. Detaljer av resultater er vist i kapittel 4.4 i vedlegg. Figur 5 Lengdeprofil dagens vannlinje og med endringer langs Farverikvartalet og bitoptiltak Mellom profil 4 og profil 5 vil vannstand reduseres noen centimeter pga. arealreduksjon, strømningen endres mot overkritisk og gjennomsnittshastigheten øker. Vannstandsøkningen på 0,73 og 0,96 m skyldes flytting av vannstandsprang og har ikke omfattende konsekvenser. Vannstanden ved den nye planlagte brua øker 0,10 m til 127,99 moh. som er 0,70 m lavere enn underkant bru. 2.3 USIKKERHET I BEREGNINGER Endringer i elvebredden langs Farverikvartalet ble modellert ved hjelp av de interpolerte profilene. Dette påvirker stort sett plassering av muren i profilet, da interpolerte elvebredder (banks stations) kan avvike fra terrenget, spesielt der elva har lokale variasjoner. Vi har sammenliknet elvebredden i den hydrauliske modellen med den vist i FKB-data. De største forskjellene, på ca. 1 m, er i profil 4, nederste terskel og profil 8. Det er utført en skjønnsmessig modifisering av disse profilene ut fra eksisterende opplysninger og deretter utført en sensibilitetsanalyse av beregningene. Plassering av muren ved profil 4 og nederste terskel er flyttet 0,17 m lenger inn i elva (da elva i Hec profilet er bredere enn i GIS profilet). Plassering av muren ved profil 8 er flyttet 0,64 m lenger ut i elva (da elva i GIS profilet er bredere enn i Hec profilet). Resultater av sensibilitetsanalysen er vist i kapittel 4.4. Endringer er innenfor forventet utfallsrom, vannstanden blir lit høyere oppstrøms den nederste terskelen pga. en Side 9 av 22

10 større innsnevring og litt lavere oppstrøms profil 8 pga. en mindre innsnevring. Vannstandsendringer ved de utførte forandringer er beregnet til å være opp til 3 cm og vurderes derfor som lite sensitive. I tillegg er det utført en sensibilitetsanalyse med hensyn til avledningskapasitet ved syvdeterskelen der overløpskoeffisienten er endret til 1,45. Dette vil ikke medføre endringer i vannstand ved en 200-årsflom da strømningen ikke er kritisk ved terskelen. Ved lave vannføringer vil vannstand oppstrøms terskelen øke med en lavere overløpskoeffisient Side 10 av 22

11 3 Referanser 1. Norconsult (2012). Flomsoneberegning Hunnselva strekning mellom Alfarvegen og Mjøsa. 2. NVE (2010), Vassdragshåndboka. 3. USGS (1967), Roughness Characteristics of Natural Channels Side 11 av 22

12 4 Vedlegg 4.1 PROFILENDRINGER VED FARVERIKVARTALET Dagens profil er tegnet i rosa farge Side 12 av 22

13 Side 13 av 22

14 Side 14 av 22

15 Side 15 av 22

16 Side 16 av 22

17 Side 17 av 22

18 Side 18 av 22

19 4.2 AVSTAND FRA TOPP MUR TIL TERRENG Profil Avstand fra topp mur til terreng (cm) antatt helning 10:1 (V:H) P2 5 P3 5 P4 13 Terskel 15 P5 20 Terskel 19 P6 14 Bru 15 P7 13 Terskel 13 P8 24 P9 14 Tabell 1 Plassering av formålsgrense (tilnærmelsesvis) Side 19 av 22

20 Side 20 av 22

21 Endringer i Hunnselva mellom bru Niels Ødegaards gate og bru Strandgata Hydrauliske beregninger 4.3 Oppdragsnr.: Revisjon: 02 RESULTATER FRA HEC-RAS STEINGRUPPER OG SYDVETERSKEL, 200-ÅRSFLOM Side 21 av 22

22 Endringer i Hunnselva mellom bru Niels Ødegaards gate og bru Strandgata Hydrauliske beregninger 4.4 Oppdragsnr.: Revisjon: 02 RESULTATER FRA HEC-RAS ENDRINGER VED FARVERIKVARTALET OG BIOTOPTILTAK (ALT. 1), 200ÅRSFLOM Side 22 av 22

23

24

25

26

27

28