Kystverket Finnmark. Kamøyvær. Bølgeanalyse og molodimensjonering Oppdragsnr.:

Transkript

1 Kystverket Finnmark Kamøyvær Bølgeanalyse og molodimensjonering Oppdragsnr.:

2 Rapport med dimensjonering AEL BH NPB Rapportutkast - utvidet AEL Rapportutkast AEL BH NPB Rev. Dato: Beskrivelse Utarbeidet Fagkontroll Godkjent Dette dokumentet er utarbeidet av Norconsult AS som del av det oppdraget som dokumentet omhandler. Opphavsretten tilhører Norconsult. Dokumentet må bare benyttes til det formål som oppdragsavtalen beskriver, og må ikke kopieres eller gjøres tilgjengelig på annen måte eller i større utstrekning enn formålet tilsier. Norconsult AS Klæbuveien 127 B, NO-7031 Trondheim n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 2 av 27

3 Innhold 1 BAKGRUNN 5 2 DATAGRUNNLAG 7 3 BØLGEBELASTNING Dybdedatamodell Beregninger Resultat 15 4 KOMMENTARER 18 5 MOLOALTERNATIVER 20 6 DIMENSJONERING AV MOLO 25 n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 3 av 27

4 Sammendrag Det er gjennomført en analyse av bølger inn mot vestsiden av havna i Kamøyvær nær et område kalt Bullvika. Kystverket utreder en ny molo for mindre fartøy her. A. Analysen av bølger mot Kamøyvær viser at bølgene inn mot området ved Bullvika består av ca like mye bidrag fra Lille Kamøysundet og Vestersundet. Bidraget fra Østersundet er ubetydelig. B. Den foreslåtte moloen vil gi effektiv beskyttelse mot bølger som lokalt kommer inn fra nord. C. Bølgehøydene bak den nye moloen er akseptable for drift av en havn for mindre fartøyer. D. En ny molo kan bygges som en konvensjonell molo med blokkstørrelser W 50 = 1.5 tonn E. Det anbefales en molo med fast dekke på toppen og et brystvern opp til en høyde på 5.5 m over sjøkartnull (LAT) n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 4 av 27

5 1 BAKGRUNN Kystverket vurderer å bygge ut en ny molo i Kamøyvær, Nordkapp Kommune. Et oversiktskart over området rundt Kamøyvær er vist i Figur 1, og Kystverkets arbeids-skisse er vist i Figur 2. Dagens havn i Kamøyvær ligger på østsiden av halvøya Hjalmarnesset, og den nye havna er planlagt på motsatt side. Figur 1 Kartskisse. Den lyseste blå fargen representerer områder der det ikke finnes digitale dybdedata. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 5 av 27

6 Figur 2 Kystverkets utkast til ny molo n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 6 av 27

7 2 DATAGRUNNLAG Datagrunnlag for denne analysen er listet opp nedenfor. 1. Dybdedata og land-data over hele Kamøyfjorden levert av Kystverket 2. Tilleggsdata for dybder i ikke kartlagte området hentet fra sjøkart og dybdedatabaser på nettet (Sjøkartverket) 3. Bølgedata fra åpent hav fra gridpunkt 833 i posisjon N 71.2º / Ø 28.1º, dvs ca 10 km nord for Slettnes Fyr. Vindbølger i området antas å være små og bidra lite til bølgebelastningen. Vindbølger og vind er derfor ikke beregnet. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 7 av 27

8 3 BØLGEBELASTNING 3.1 DYBDEDATAMODELL Den endelige dybdedatamodellen er vist i Figur 3. I denne modellen er følgende korreksjoner og justeringer foretatt: Langs land ved kysten av de to nesene som avgrenser Kamøyfjorden er det lagt inn data som er lest manuelt fra sjøkartene For alle dybder er det addert til 3.3 m for å heve nivået fra Sjøkartnull (LAT) til høy vannstand Det hvor avstanden mellom loddskuddene på dypt vann er for stor til at det kan foretas en interpolering mellom loddskuddene, er dybden skjønnsmessig satt lik 100 m Alle høyder på land er satt lik 8 m over NN1954 Falske data i form av innsjøer og vann uten tilknytning til havet er neglisjert. I Figur 3 er de svartskraverte områdene områder der det er stor avstand mellom loddskuddene, og bunnen blir derfor tilnærmet horisontal og flat. Figur 4 viser et utsnitt av sjøområdene rundt Kamøyvær. Bølger fra NØ kan bare komme inn til vestsiden av Hjalmarnesset og Bullvika gjennom de to passasjene som ligger hhv på sørsiden og på nordsiden av Store Karmøy og gjennom Lille Kamøysund.. For denne studien har vi valgt ut 3 punkter som skal gi en oversikt over bølgeforholdene, se Figur 4: A. Ligger like øst for Hjalmarnesset, og representerer de bølgene som sannsynligvis vil være dimensjonerende for moloen B. Ligger midt i Vestersundet (nordvestlig innseiling) og representerer de bølgene som kommer inn nord for Store Karmøy C. Ligger midt i Østersundet, og representerer de bølgene som kommer inn sør for Store Karmøy. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 8 av 27

9 Kamøyvær Bølgeanalyse og molodimensjonering Figur 3 Oppdragsnr.: Revisjon: 3 Bearbeidet dybdedatamodell basert på Kystverkets data supplert med manuell korreksjon. Innsjøer og vann er uten betydning for bølgeberegningen og er ikke kontrollerte data. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 9 av 27

10 Figur BEREGNINGER Dybdemodell med beregningspunkter markert Beregningene av bølger inn mot Kamøyvær er utført med input-variable som vist i Tabell 1. I dette tilfellet er beregningene utført i to trinn: 1. En stor modell kalt NORDKAPP som dekker området mellom Sørøysundet og Berlevåg. Denne modellen dekker bølgene i åpent hav og hvordan de påvirkes av de store landformasjonene og dybdene i åpent hav. Denne modellen har en oppløsning på 800 x 800 m 2. Modellen inngår i Norconsults bølgedatabase og er ikke utviklet spesielt for dette prosjektet. Modellen er vist i Figur I et punkt ved munningen av Kamøyfjorden overtar en mer detaljert modell som har fått navn KAMØYFJORD. Denne modellen er basert på dybdedata fra Kystverket (Figur 3 og Figur 4), og har en oppløsning på 50 x 50 m 2. Modellen er vist i Figur 6 for periode 12 s og retning 030º. Dette er den retningen og perioden som gir høyest bølger i Punkt B. Når resultatene fra de to modellene kombineres, beregnes først bølgehøyden med den store NORDKAPPmodellen fra åpent hav i hindcast-punktet til et punkt som ligger på randa i nordøstre hjørne på den lille KAMØYFJORD-modellen. Deretter beregnes den videre bane for bølgene fra randa til hhv punktene A, B og C ved hjelp av KAMØYFJORD-modellen. Når resultatene kombineres er må det tas hensyn til at bølgene i NORDKAPP modellen i noen tilfeller vil ha en ny retning når de kommer fram til Kamøyfjordmodellen. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 10 av 27

11 De beregnede bølgehøydekoeffisientene er vist i Figur 7. Denne figuren viser forholdet mellom signifikant bølgehøyde ved modell-randa og i punktene A, B og C for den lille KAMØYFJORD-modellen (C A, C B, C C ). Den samme figuren viser også bølgehøydekoeffisienten CNordk, som er forholdet mellom bølgehøyden i åpent hav og et punkt ved randa til den lille modellen, Figur 8 viser den tilhørende retningsendringen i punktene A, B, C og ved randa til den lille modellen. Figur 7 viser at det er liten demping av bølgene som kommer inn fra nordlig sektor mot den ytre del av Kamøyfjorden (C Nordk ). Samtidig ser vi at det er høyest bølger i Vestersundet (C B ), noe lavere i Østersundet (C C ), og som forventet minst bølger innenfor Hjalmarnesset (C A ). Figur 8 viser at det er liten endring i retningen fra åpent hav og inn til munningen av Kamøyfjorden (Retn Nordk ). For Punktene A og B ser vi ar retningen nødvendigvis må være styrt ar retningen på fjorden og sundet, slik at alle bølger har en retning rundt 30º uansett opphavsretning i åpent hav. For Punkt C (Østersundet) ser vi imidlertid at hovedretningen holder seg rundt 330º, noe som må bety at mesteparten av bølge-energien i dette punktet kommer via Vestersundet og dreier inn i Østersundet i motsatt retning. Med andre ord må det være lite bølge-energi som kan komme inn fra øst i Østersundet. Bølgeforholdene i Østersundet Punkt C ved innkommende bølger med spektral topp-periode T p = 12.0 s fra 60º i åpent hav 1 er vist i Figur 9. Her er fordelingen av bølge-energi på retning og frekvens gitt. Figuren viser to tydelige energi-topper som begge ligger på en frekvens rundt 0.09, dvs en spektral topp-periode på 1/ s, og vi ser derfor at begge bølgetoppene har samme opphav. Den høyeste toppen har en retning rundt 325º, og den laveste toppen har en retning rundt 150º. Det betyr at de høyeste bølgene som ligger i den høyeste toppen har kommet inn på nordsiden av Store Kamøy, gått gjennom Vestersundet og deretter dreiet mot sørøst og fortsatt videre ut Østersundet i motsatt retning. Her vil de møte bølgene som har kommet inn Østersundet på sørsiden av Store Karmøy, og som i Punkt C kommer fra retning 150º. Signifikant bølgehøyde for bølgene fra nordvest er omtrent dobbelt så stor som for bølgene fra sørøst. Ved molostedet i Punkt A øst for Hjalmarnesset kan bølgene komme inn enten via Vestersundet eller via Lille Kamøysundet. Et tilsvarende plot av retnings-spekteret for bølgene ved innkommende bølger med spektral topp-periode T p = 12.0 s fra 60º i åpent hav er vist i Figur 10. Her ser vi at det finnes to omtrent like topper, den ene med retning 0º (fra nord gjennom Lille Kamøysundet), og den andre med retning 60º (fra nordøst gjennom Vestersundet). 1 Bølgeretningen er retningen som bølgene kommer fra. Bølger med retning 90º kommer fra øst, og bølger med retning 270º kommer fra vest. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 11 av 27

12 Tabell 1 Input-verdier for bølgeanalyse Parameter Verdi Kommentar Spektrum type JONSWAP Retnings-spredning 20º standard-avvik i retningsfordeling γ-verdi 2.5 forsterkningsfaktor for spektral topp Vann-nivå 3.3 m LAT vann-nivå med 1 års returperiode i Honningsvåg Innkommende signifikant bølgehøyde 5.0 m Bølgeperiode 12, 14, 16 s aktuelle dønningsperioder Bølgeretning 300, 330, 0, 30, 60, 90º aktuelle retninger fra NØ-sektor Figur 5 Stor bølgemodell NORDKAPP brukt til analyse av bølger fra åpent hav inn til munningen av Kamøyfjorden n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 12 av 27

13 Figur 6 Liten bølgemodell KAMØYFJORD brukt til analyse av bølger i indre del av fjorden Figur 7 Bølgehøyde-koeffisienter fra åpent hav til munningen av Kamøyfjorden (CNordk), og fra munningen av Kamøyfjorden til Punktene A, B og C (CA, CB, CC). n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 13 av 27

14 Figur 8 Ny bølgeretning i punktene A, B og C som funksjon av bølgeretning ved randa i liten modell ("Retning åpent hav"); retning ved munningen av Kamøyfjorden som funksjon av retning i åpent hav (Retn Nordk) Figur 9 Retningsbølgespektrum for Punkt C ved innkommende bølger med spektral topp-periode T p = 12.0 s fra 60º n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 14 av 27

15 Figur 10 Retningsbølgespektrum for Punkt A ved innkommende bølger med spektral toppperiode T p = 12.0 s fra 60º 3.3 RESULTAT Resultat for beregninger i Punktene A C er gitt i Figur 11- Figur 13. Ved molostedet i Punkt A er bølgehøydene moderate, og det vil ikke være noen stor utfordring å bygge en molo her og oppnå stabilitet. Signifikant bølgehøyde med 100 års returperiode er ca 1.2 m. I Punkt B i Vestersundet er bølgehøydene betydelig større, spesielt ved retningene 30º og 60º i åpent hav. Her kommer 100-års signifikant bølgehøyde opp til ca 4.3 m. I Punkt C i Østersundet finner vi også en betydelig bølgehøyde, med samlet 100-års signifikant bølgehøyde på ca 2.6 m. Det er ikke planlagt noen moloer her. Ved tolkingen av resultatet for dette punktet må en imidlertid huske på at hovedtyngden av bølgene har en retning bort fra havna i Kamøyvær, dvs i retning mot sørøst. Samtidig vil bølger fra nordvest og bølger fra sørøst møtes her og skape vanskelige forhold for mindre fartøyer ved større stormer. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 15 av 27

16 Figur 11 Fordeling av ekstremverdier av signifikant bølgehøyde med tilhørende retning for Punkt A. Rp er returperiode i år. Figur 12 Fordeling av ekstremverdier av signifikant bølgehøyde med tilhørende retning for Punkt B. Rp er returperiode i år. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 16 av 27

17 Figur 13 Fordeling av ekstremverdier av signifikant bølgehøyde med tilhørende retning for Punkt C. Rp er returperiode i år. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 17 av 27

18 4 KOMMENTARER Bølgeanalysen viser at bølgebelastningen på molostedet er moderat. Generelt er det høye bølger i Vestersundet, og lave bølger i Østersundet. Av de bølgene som når fram til molostedet på vestsiden av Hjalmarnesset, har imidlertid ca halvparten sitt opphav i den trange passasjen i Lille Kamøysundet, dvs fra nord. Dette sundet er m bredt, og vi har undersøkt om den store andelen bølge-energi her kan skyldes unøyaktigheter i modellen. Et utsnitt av modellen som vist i Figur 14 viser imidlertid at dybdeforholdene er godt representert. Nå er modellen kjørt ved en vannstand på 3.3 over LAT, tilsvarende 1 års returperiode, men dette er ikke en ekstrem vannstand. En detalj av bølgebildet er vist i Figur 15. Her ser vi at bølgehøyden avtar raskt ved passering av Hjalmarnesset. Vi kan finne en forklaring på bølge-energien i Lille Kamøysundet ved å se på dybdekonturene. Det er en grunne like nord for Lille Kamøy, og den har en dybde på ca 20 m (LAT). Grunner på denne dybden er effektive styrere av bølge-energien, og vi kan se av Figur 15 at den bidrar til å dreie bølgene fra retning ca 60º til 90º. Den totale bølge-energien mot vestsiden av Hjalmarnesset er moderat, men ved planlegging av havna og moloen er det viktig å ta hensyn til at ca 50 % av energien kommer fra nord og ikke nordøst. Figur 14 Detalj av dybdedatamodell ved Kamøyvær. Merk en markert grunne nord for Lille Kamøy. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 18 av 27

19 Figur 15 Fordeling av signifikant bølgehøyde i de tre inngangene til Kamøyvær. Innkommende signifikant bølgehøyde er H s = 5.0 m. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 19 av 27

20 5 MOLOALTERNATIVER Det er bare gitt et alternativ til moloutbygging, og dette alternativet er vist i Figur 2. Utbyggingen består at en molo med lengde ca 150 m og noe mudring inne i den nye havna. For å kunne modellere detaljert rundt Kamøyvær med og uten ny molo, er det laget en ny bølgemodell som er bedre egnet til å studere detaljer og små endringer i utformingen. Denne modellen er vist i Figur 16 (med bølger), og en detalj av moloalternativet er vist i Figur 17. Figur 16 Detaljmodell av innseilingen mot Kamøyvær. Innkommende bølger i dette bildet har en høyde på 1.0 m og retningen er 60º. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 20 av 27

21 Figur 17 Detaljbilde som viser moloalternativet lagt inn i bølgemodellen. X, Y og Z markerer punkter der bølgehøyden er beregnet for dette tilfellet og eksisterende tilfelle. Figur 18 og Figur 19 viser fordeling av signifikant bølgehøyde rundt Kamøyvær for tilfellet hhv uten og med ny molo. Detalj av sjøoverflaten (individuelle bølger) for de samme tilfellene er vist i mer detalj i Figur 20 og Figur 21. Figur 21 viser at den foreslåtte moloen gir effektiv skjerming mot bølger fra nord (som har opprinnelig retning ca 60º i Kamøyfjorden). Bølgehøyden inne i havna kan beregnes ved hjelp av modellkjøringene. Dette er gjort for punktene X, Y og Z (Figur 17) som er vist for alternativet med molo. De samme punktene er benyttet for eksisterende situasjon. Beregnet signifikant bølgehøyde i Punkt X, Y og Z er vist i Figur 22, Figur 23 og Figur 24. I figurene er: X1/eks X100/eks X1/molo X100/molo : Punkt X, returperiode 1 år, eksisterende situasjon : Punkt X, returperiode 100 år, eksisterende situasjon : Punkt X, returperiode 1 år, situasjon med molo : Punkt X, returperiode 100 år, situasjon med molo; og tilsvarende for Punkt Y og Z. Disse figurene viser at bølgehøyden i det nye bassenget blir betydelig redusert. En grense på 1- års-verdien av signifikant bølgehøyde lik m er ofte benyttet for fiskerihavner og havner for småbåter. Vi ser at Punkt Y og Z ligger godt under denne grensen, mens Punkt X ligger i øvre del, men er fortsatt akseptabel. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 21 av 27

22 Figur 18 Eksisterende situasjon: Fordeling av signifikant bølgehøyde ved innkommende bølger fra retning 60º og spektral topp-periode T p = 14.0 s. Figur 19 Eksisterende situasjon: Fordeling av signifikant bølgehøyde ved innkommende bølger fra retning 60º og spektral topp-periode T p = 14.0 s. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 22 av 27

23 Figur 20 Plot av bølgehøydeprofiler med tilfelle uten molo; T p = 14.0 s, retning 60º Figur 21 Plot av bølgehøydeprofiler med tilfelle med molo; T p = 14.0 s, retning 60º n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 23 av 27

24 Figur 22 Fordeling av signifikant bølgehøyde i Punkt X Figur 23 Fordeling av signifikant bølgehøyde i Punkt Y Figur 24 Fordeling av signifikant bølgehøyde i Punkt Y n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 24 av 27

25 6 DIMENSJONERING AV MOLO Moloen er dimensjonert med utgangspunkt i bølgehøyder som gitt i Figur 11 og data for vann-nivå fra Honningsvåg. Inngangsparametere og resultat er gitt i Tabell 2. For denne moloen forutsetter vi at molotoppen skal benyttes til ferdsel og trafikk, og at innsiden av moloen skal benyttes til fortøyning av mindre fartøy. Det stiller krav til akseptabel overskyllingsrate, som igjen bestemmer nødvendig høyde av moloen. Et typisk snitt av moloen er gitt i Figur 25. Molotraséen er antatt gitt av Figur 2. For bølgedempingen og forholdene inne i havna er det endepunktet for moloen som avgjør resultatet. Endepunktet for moloen er gitt ved den grunnen som det er tenkt at moloen skal slutte mot, og hvilken trasé som følges fra land og ut til endepunktet er ikke avgjørerende. Vi anbefaler imidlertid at moloen får en mer jevn bue fra land og ut mot endepunktet. Dersom den skal bygges med en knekk slik som antydet i Figur 2, bør knekkpunktet og ca 5 m i hver retning dimensjoneres som molohodet (se Tabell 2). Dersom det er ønskelig, kan landfestet for moloen også forskyves noe mot nord, slik at adkomst for molobygging og framtidig trafikk på moloen skjer via den nordlige delen av Hjalmarnesset og en forlengelse av Duksfjordveien. Hvis dette er tenkt å være den permanente adkomst til moloen bør nivået på vegen bestemmes ved å hente ut bølgedata for enda et punkt i Figur 17. Høyden på den åpne plassen i enden av Duksfjordveien kan brukes som referanse, men vi må anta at en ny vei vil bli lagt mye nærmere sjøen enn plassen ligger i dag. n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 25 av 27

26 Tabell 2 Inngangsparametere og molodimensjoner PARAMETER Ytre Side (Nord) Indre Side (Sør) Molo Hode Inngangsparametere Dimensjonerende bølgehøyde H dim, 100 (m) Spektral topp-periode T p (s) Angrepsretning for bølger Antatt egenvekt av stein (kn/m 3 ) Helning i front 1:1.3 1:1.3 1:1.3 Dimensjonerende Høyvann 2062, R p = 100 år (m over LAT) Resultat Blokkstørrelse Vekt W 50 (Tonn) Blokkstørrelse Ekvivalent sidekant D 50 (m) Plastringslag-tykkelse (m) ,7 Filter D 50 (mm) Filterlag-tykkelse (mm) Høyde, topp av moloen (m over LAT) (5% overskylling sannsynlighetsnivå) n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 26 av 27

27 Figur 25 Typisk snitt av molo n:\514\15\ \5 arbeidsdokumenter\59 rapport\rapport kamøyvær3.docx Side 27 av 27