Norconsult AS Ingvald Ystgaardsv. 3A, NO-7047 Trondheim Tel: Fax: Oppdragsnr.:

Transkript

1 Til: Prosjektet Fra: Arne E. Lothe Dato: Bølger, strøm, vann-nivå og maritime forhold FORMÅL Formålet med dette notat er å levere de analyser og beregninger som er forutsatt i Planprogrammet for Langstranda (1), side 24 og 25: Bølge- og straumanalyse Tema Konsekvenser for bølger- og strømforhold Nærmere beskrivelse Etter at grunnundersøkelsene er gjennomført, skal det utarbeides en plan for utfylling av arealet. Denne planen skal vurderes i sammenheng med en bølge- og strømanalysen slik at en oppnår en optimal utfylling i forhold til utforming av kaifronter, plastringsbehov og optimale seilingsforhold inn til kai. METODE Vind Vind er en nødvendig parameter for bølgeberegningene. Vinden er beregnet på grunnlag av målte vind-data fra Bodø Lufthavn Observasjonene er fordelt på 30º sektorer, og en 3-parameter Weibull fordeling er tilpasset til hver sektor. Ekstremverdier av vind-hastighet (1-års vind, 5-års vind, osv) er beregnet på grunnlag av fordelingene. Bølger, lokal vindsjø og dønning/havsjø Lokal vindsjø fra bassenget i en omkrets av ca 3 4 km fra Langstranda er beregnet med vind-data og beregningsprogrammet HSCOMP. Innslag av havsjø og dønning fra Vestfjorden er beregnet ved å ta utgangspunkt i beregnede bølgedata fra et punkt i Vestfjorden i posisjon 1076 ved N 67.9º / O 14.5º, dvs ca 40 km nord for Landegode. Bølger fra åpent hav inn til Bodø/Langstranda er beregnet i en numerisk modell to trinn: 1. En stor modell som dekker hele Salten og Lofoten med størrelse 230 x 250 km 2, og rutestørrelse 800 x 800 m 2. Denne modellen er benyttet fram til et punkt ca 5 km vest for Hernesskagen 2. En mindre lokal modell som dekker Bodø-halvøya og Store Hjartøya, med størrelse 8 x 7 km 2, med rutestørrelse 25 x 25 m 2. Denne modellen er benyttet for beregning av bølger fra vest av Hernesskagen og fram til Langstranda. I beregningsprosedyren tar vi utgangspunkt i bølgedata fra beregningspunktet i posisjon Dette punktet ligger imidlertid nord for Bodø, og bølgene fra åpent hav er derfor allerede dempet når de kommer fram dit. Beregningsprosedyren følger derfor følgende steg Side 1 av 13

2 A. Bølgedata fra punkt 1076 regnes tilbake fra punktet til et punkt ved modellranda i åpent hav, ca 25 km vest for Røst i den store modellen. B. Bølgedata fra åpent hav regnes framover fra åpent hav til et punkt ca 5 km vest for Hernesskagen (stor modell) C. Bølgene regnes videre framover fra 5 km vest for Hernesskagen til Langstranda ved hjelp av den lille modellen. Bølger inn mot Langstranda vil oppstå under havbølger og vind fra sørvestlig sektor. Det er derfor god grunn til å anta at havbølger og vindbølger vil opptre samtidig. Vi har derfor summert de to bølgekomponentene. Stormflo og vann-nivå inkludert havnivåstigning Stormflo (ekstremt høy vann-nivå som følge av tidevann og andre ytre faktorer) er beregnet ved å ta utgangspunkt i observasjoner fra Sjøkartverket ved basis-stasjonen i Bodø. Ekstremverdier for høye returperioder er beregnet på grunnlag av rapporterte verdier for lavere perioder. Mulig vann-nivåheving som følge av klima-endringer er tatt beregnet ved hjelp av en oppdatert modell fra Bjerknes-senteret (2), som gir estimater 50 og 100 år fram i tid, dvs fram til 2062 og Strøm Det er ikke foretatt beregninger eller målinger av strøm i området. Beskrivelse av strømmen er basert på tilgjengelige opplysninger i åpne kilder. Utbygging og plastringsbehov Det er angitt en veiledende størrelse på blokksteiner som brukes til plastring av området, og hvilket område som krever plastring. Seilingsforhold Seilingsforholdene e vurdert fra to kriterier: omlegging av dagens seilingsmønster for fartøy som trafikkerer området i transitt mulige forhold for skip som skal anløpe nye kaier på området (foreløpig usikkert fordi kaiplaner ikke er kjent) BØLGER OG VIND Vind og vindsjø Resultat fra analysen av vind-data fra Bodø Lufthavn er vist i Figur 1. Vi ser at vinden domineres av vind fra øst (90º) og fra en litt breiere sektor fra SV NV (240º 300º). Figuren viser verdier av 10 min middelvind. De tilhørende lokalt genererte vindbølgene fra nærområdet er vist i Figur 2. Denne figuren viser signifikant bølgehøyde H s. I denne figuren er det antatt at bølgeretningen kan avvike opp til 30º i ugunstig retning mellom Lufthavna og over sjøen. Signifikant bølgehøyde H s er definert som middelverdien av den høyeste tredjedelen av alle bølger i en registrering eller en storm. Det følger at et antall bølger (ca 1/6) vil være høyere enn H s, og et estimat på den absolutt høyeste bølgen innenfor en registrering av H s er H max = 2H s Side 2 av 13

3 Figur 1 Ekstremverdier av 10 min middelvind fra Bodø Lufthavn Det er antatt at vinden over sjøen er 10 % høyere enn vinden over land ved flyplassen. Vinden som er vist er den høyeste 10 min middelvind som vil oppstå under en storm med varighet 3 timer. Rp er returperiode i år. Figur 2 Ekstremverdier av lokalt genererte vindbølger ved Langstranda (uten innslag av dønning/havsjø). Figuren viser den høyeste verdien av signifikant bølgehøyde som vil oppstå innenfor en storm med 3 timers varighet Side 3 av 13

4 Havbølger og dønning Havbølger ved Langstranda er analysert som beskrevet ovenfor under kapitlet Metode. Omfanget av hhv den store modellen og den lokale modellen er vist i Figur 3 og Figur 4. Overgangen mellom to punkter i modellen (f eks fra modellranda og inn til Hernesskagen) uttrykkes som en bølgehøydekoeffisient og en ny retning. Koeffisienter og nye retninger for alle beregningsstegene er vist i Tabell 1. Til sammen gir det en fordeling av ekstremverdier av signifikant bølgehøyde for dønning/havsjø (uten lokal vindsjø) som vist i Figur 5. Figur 3 Numerisk modell av Lofoten/Salten området, vist ved innkommende bølger fra nord med bølgehøyde H s = 5.0 m Side 4 av 13

5 Figur 4 Numerisk modell av nær-området rundt Bodø, vist ved innkommende bølger fra 300º med bølgehøyde H s = 5.0 m. Terreng og dybder på sørsiden av Bodøhalvøya er forenklet. Figur 5 Fordeling av signifikant bølgehøyde av dønning/havsjø ved Langstranda. Retningen på horisontalaksen er havsjøens retning i åpent hav Side 5 av 13

6 Tabell 1 Tabell som viser beregnede bølgehøydekoeffisienter og ny retning for hvert steg i beregningsprosedyren for havsjø/dønning. Retning i åpent hav º Steg A: Åpent hav til 1076 C A ny retn Steg B: Åpent hav til Hernesskagen C B ny retn Steg C: Hernesskagen til Langstranda C C ny retn Total koeffisient åpent hav til Langstranda C tot ny retn Side 6 av 13

7 Total bølgehøyde (vindsjø og dønning) Det er tidligere vist at det er stor grad av sammenfall mellom dominerende vindretning og retningen på den delen av havsjøen som gir høyest bølger ved Langstranda. En må derfor anta at et sammenfall mellom maksimal dønning og maksimal vindsjø er realistisk. I en slik situasjon vil grensen mellom kortperiodisk lokal vindsjø (periode 3 5 s) og havsjø (periode s) i stor grad viskes ut, slik at man i stedet for dønning med en overlagret vindsjø, heller får en situasjon der vinden skyver på den allerede eksisterende dønningen og gir en netto energivekst og større bølgehøyde. Den endelige signifikante bølgehøyden ved Langstranda blir da som vist i Figur 6 og i Tabell 2. Retningen som er vist i figuren og i tabellen er opphavsretningene (hhv bølgeretning i åpent hav og vindretning), mens retningen ved Langstranda vil være nær 300º, som vist i Figur 5. Figur 6 Fordeling av signifikant bølgehøyde av kombinert sjøtilstand (dønning/havsjø + lokal vindsjø) ved Langstranda. Retningen på horisontalaksen er havsjøens retning i åpent hav og vindretningen Side 7 av 13

8 Tabell 2 Tabell som viser endelig, total signifikant bølgehøyde Opphavsretning Returperiode i år º Rp = 0.1 Rp = 0.5 Rp = 1.0 Rp = 5.0 Rp = 10 Rp = 25 Rp = 50 Rp = VANN-NIVÅ OG STORMFLO Nivået for stormflo bestemmes med metoden som beskrevet under Kapittel Metode. Man må ta stilling til tre ulike dimensjoneringskriterier: 1. Ønsket returperiode for beregningen. Denne angir den generelle sikkerhet mot at dimensjonerende verdier skal overskrides i løpet av levetiden, og er vanligvis 50 eller 100 år. 2. Ønsket levetid for konstruksjonen. Selve fyllingen har en tilnærmet ubegrenset teknisk levetid, men fordi vi må regne med at havnivået vil stige i tida framover, vil de verdier som velges i dag ha gyldighet i et begrenset tidsrom framover. Med dagens kunnskap kan en velge verdier som gjelder i dag, 50 år framover eller 100 år framover. 3. Bruk og anvendelse av det ferdige området. Yttergrensene her er f eks anvendelse til boliger eller institusjoner som krever strenge krav til tillatt overskylling og risiko for oversvømmelse, til anvendelse til lagerplass for gjenstander som tåler vann. Vi anbefaler at fyllingen prosjekteres slik at den under alle omstendigheter innenfor prosjektert levetid vil ligge over høyeste beregnede stormflo-nivå (dvs uten bølgebidrag). I tillegg må det etableres et vern mot bølger langs fyllingens ytterkant. Vernet mot bølger er imidlertid fleksibelt og kan om nødvendig justeres for å tilpasses endret bruk ved å heve toppen av bølgevernet. Beregnet høyde av stormflo i Bodø er vist i Tabell 3. Vern mot bølger må bygges i tillegg til høyden som er angitt i Tabell 3. Høyden av dette vernet vil avhenge av hvor stor sikkerhet man ønsker mot at det skal komme vann inn på området som følge av overskylling Side 8 av 13

9 På dette planleggingsnivå defineres sikkerhet mot oppskyll som en estimert prosent-andel av bølgene i den dimensjonerende situasjon som tillates å skylle opp høyere enn toppen av bølgevernet. Følgende akseptklasser benyttes % : benyttes for boliger og institusjoner eler områder der overskyll generelt ikke tåles, også for veger der man ikke tillater begrensninger i trafikk eller tilgjengelighet 10 % : benyttes for områder der man kan anta at alle brukere har god kompetanse, førlighet og oppmerksomhet, og at nødvendig personlig utstyr finnes; området evakueres ved behov signifikant/16 %: benyttes der hvor området uten problemer kan evakueres og avstenges, og der det ikke finnes innretninger som ikke tåler vann, f eks lager av fiskeredskap, tyngre stål- og betongelementer, osv. Tabell 4 viser nødvendige høyder av bølgevern over dimensjonerende stormflonivå under generelle forutsetninger. Høyden av bølgevern kan bli lavere der hvor bølgene angriper skrått på fyllingen. Tabell 3 Tabell som viser beregnet nivå av stormflo (uten bølgebidrag) i Bodø for returperioder 50 og 100 år, og planleggingshorisont fram til i dag, 2062 og Høyden er angitt som cm over NN1954. Tabellen er basert på projisert havnivåheving som beskrevet i referanse 2, med antatt konfidens intervall 68 %, dvs at estimatet ligger innenfor 68 % av alle vurderte beregningsmetoder. Det er ikke tatt hensyn til mulige langsiktige setninger i grunnen og i fyllingskroppen. Levetid = planleggingshorisont fram til Returperiode i år 50 år 100 år Tabell 4 Nødvendig nivå av bølgevern, angitt i m over dimensjonerende stormflonivå Sikkerhetsnivå Tilstand H s = 2.3 m, Periode T p = 14.0 s, angrep rett på 1 % 10 % 16 % STRØM Det er ikke foretatt noen målinger eller beregninger av strøm i området. Den norske Los (3) gir ingen omtale av strømforholdene i Bodø Hav eller i området utenfor. Der hvor forholdene er vanskelige eller strømmen er sterk vil man alltid gi en omtale. Strømmen i denne landsdelen kan stedvis være kraftig, f eks i Saltstraumen eller i Moskenesstraumen, hvor store vannmengder skal presses gjennom trange sund og passasjer. Den strømmen som passerer Langstranda er imidlertid begrenset av den strømmen som kan gå gjennom Nyholmsundet og delvis Hjartøysundet. Strømmen langs hele landet på nordsiden av Bodøhalvøya vest for moloen i Bodø Havn er derfor moderat og uten spesielle effekter Side 9 av 13

10 Dersom utfyllingen realiseres i hht Scenario 17, Figur 7, vil det tvinge strømmen til å løpe utenom fyllingen. Det kan gi en svak økning i strømhastighetene ved enden av fyllingen, men økningen vil være liten og uten betydning for det generelle strømbildet i området eller for passerende fartøyer. Området som skal fylles ut er allerede i dag forholdvis grunt, slik at vannvolumet som passerer her er lite, og økningen i den resterende delen av området blir minimal. Den mest merkbare endringen i strømmen vil sannsynligvis være en tendens til dannelse av en bakevje og virvel på lesiden av fyllingen ved sterk inngående og utgående strøm. Hastigheten i virvelen vil imidlertid være moderat og mindre enn både den generelle strømhastigheten i fristrømmen og den strømmen som var der før utfyllingen. Figur 7 Skisse av utfylling på Langstranda etter scenario 17. Kilde: Multiconsult AS, Dokument: RIG-NOT Februar Side 10 av 13

11 UTBYGGING OG PLASTRING Fyllingen som skal legges ut må sikres mot bølgepåvirkning og erosjon, og det mest realistiske alternativet er å benytte steinblokker lagt i såkalt plastring. Høyden av plastringen er diskutert ovenfor i Kapittel Vannnivå og stormflo. Den andre viktige parameteren er blokkstørrelse uttrykt ved median blokkvekt W 50. I den endelige fyllingen kan W 50 variere med lokal bølgehøyde og angrepsvinkel. I dette avsnittet brukes en bølgehøyde tilsvarende den høyeste, kombinerte bølgehøyden ved 100 års returperiode som er beregnet ovenfor, dvs H s,100 = 2.3 m T p = s angrepsvinkel = rett på. Vi antar at oppnådd egenvekt av stein er 26.5 kn/m 3, og at alle fyllinger legges på helning 1 : 1.3. Med disse betingelsene blir nødvendig blokkvekt W 50 = tonn, noe avhengig av hvilken skade som aksepteres under en dimensjonerende storm. Plastringslaget må ha en tykkelse på ca 2.5 m, og gå fra toppen og ned til en dybde på ca -4.0 m NN1954. Innenfor plastringslaget må det finnes et filterlag med ca 0.6 m tykkelse bestående av steinblokker med størrelse d 50 = 0.25 m. KAILOKALISERINGER OG SEILAS Farleder Figur 8 viser skipsledene inn mot Bodø. Langs den aktuelle strekningen går det en skipsled som kan være aktuell å benytte for mindre fartøyer som kommer sør eller østfra (eller motsatt retning). Skipsleden går nord for den grunnen der Scenario 17 ender, slik at det er ingen direkte konflikt mellom definert skipsled og utfyllingen. Ved Langstranda er det to grunner på hhv 0.6 og 3.0 m, som begge er merket og ligger ca 300 m fra land, og leden går på nordsida av disse. Scenario 17 ender på den vestligste av disse grunnene. Lenger mot sørvest i samme leden er det to grunner på hhv 8.7 og 8.4 m som ikke er merket, og som setter begrensninger på fartøystørrelsen. Vi kan ikke utelukke at mindre fartøyer og fritidsbåter i dag benytter passasjen mellom grunnene ved Langstranda og land. Teoretisk sett er det også plass til båter med dypgående opp til ca 12 m, men det vil kreve meget nøyaktig kunnskap om farvannet, og det er vanskelig å se hva som er motivet for å gå i dette farvannet. Dersom utfyllingen realiseres vil noen fartøy måtte gå utenom fyllingen, og det vil utgjøre en knapt målbar økning i utseilt distanse for båter som skal til og fra Bodø Havn innenfor moloen. For de båtene som skal til og fra anleggene utenfor moloen vil det utgjøre noen få hundre m i økt distanse. Figur 8 viser at det tiltenkte fyllingsområde ligger innenfor "Kystverkets definerte myndighetsområde", og tiltaket må derfor godkjennes av Kystverket Side 11 av 13

12 Figur 8 Kart som viser hoved- og bileder inn mot Bodø (stiplet rød strek), dybder og "Kystverkets definerte myndighetsområde". Fra Kystverkets nettkart. Kaier Det er foreløpig ikke laget noen planer for utnyttelse av området med kaier. Det er imidlertid viktig å merke seg at hovedretningen for de innkommende bølgene er fra 300º, og det vil være viktig å plassere moloer og fyllinger slik at de gir dekning for bølger fra denne retningen. Vind er en viktig faktor for regularitet i havner, spesielt i et så vindutsatt område som Bodø. Hovedretningen for vind er fra øst (90º og 120º) og fra vest (240º 300º). En bør derfor søke å orientere kai-aksene øst-vest slik at kreftene på fortøyde skip blir minst mulig Side 12 av 13

13 REFERANSER 1. Norconsult/ Morten Selnes: Detaljregulering Langstranda med utfylling i sjø, Bodø kommune, Planprogram J.E.Ø. Nilsen, Drange, H., Richter, K., Jansen, E., Nesje, A. (2012). Endringer i fortidens, dagens og framtidens havnivå med spesielt fokus på vestlandskysten. NERSC Special Report 89, Bergen, Norge. 48 s 3. Den norske Los, Bind 5, Sjøkartverket 2001 Trondheim, Arne E. Lothe Side 13 av 13