Forsvarsbygg. Miljøundersøkelser Fysisk miljø Ramsund, Tjeldsund kommune

Transkript

1 Forsvarsbygg Miljøundersøkelser Fysisk miljø Ramsund, Tjeldsund kommune

2 RAMSUND, TJELDSUND OPPDRAGSGIVER Selskap Kontaktperson Forsvarsbygg Torfinn Nilsen Dokument type Miljøundersøkelse Tittel Miljøundersøkelse, Ramsund, Tjeldsund Prosjektnr / akt Filplassering Enterprise Connect\Livelink\Enterprise\02 OPPDRAG\04 SAMFERDSEL OG INFRA\SI 7xxxxx NORD\SI \ Forsvarsbygg - Prosjektering kaianlegg SAMMENDRAG Det er utført undersøkelser av fysisk miljø ved Ramsund, Tjeldsund kommune. Følgende miljøparametere er undersøkt: strøm signifikant bølgehøyde stedvind isingsfare drivis bunntopografi Lokalitetens eksponering for disse miljøparameterne er listet opp nedenfor. Returperiode Retning 10 år 50 år 100 år Største stedvind [m/s] fra SV Største vindbølge H s [m] / T p [s] 0.6 / / / 2.5 fra 213 Største strømhastighet v c [m/s] mot 339 Tidevann HAT [m] Estimert akkumulert sjøsprøytis over tre dager Drivis 0.27 m Forekommer ikke Nomenklatur H s signifikant bølgehøyde T p topperiode HAT høyeste astronomiske tidevann, relativ sjøkartnull Ved lave temperaturer og sterk vind fra SØ Oppdragsansvarlig Saksbehandler Sebastian Kussl Juni Vaardal-Lunde/Øyvind Nilsen REVISJONSSTATUS Rev Dato Beskrivelse Utf Kntr Godkjent Miljøundersøkelse JVL ØYN BAB

3 RAMSUND, TJELDSUND 3 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. Bakgrunn Fastsettelse av 10-års, 50-års og 100-års vindhastighet Fastsettelse av 10-års, 50-års og 100-års vindbølgetilstand Vurdering av andre bølgeforhold Fastsettelse av 10-års og 50-års strømhastighet Isingsfare og ismengder Bunnkartlegging Konklusjon: Lokalitetsundersøkelse Litteratur og referanser Vedlegg 1. Fastsettelse av strøm Vedlegg 2. Definisjoner... 24

4 RAMSUND, TJELDSUND 4 1. Bakgrunn Det skal installeres en flytekai for ubåter i Ramsund, Tjeldsund kommune ved N, Ø, se Figur 1. Denne rapporten beskriver grunnlaget for estimering av miljølaster. Undersøkelsene omfatter: vind maksimal vindhastighet med 10-års, 50-års og 100-års returperiode for åtte retninger vindbølger maksimal opptredende signifikant bølgehøyde med 10-års, 50-års og 100-års returperiode for åtte retninger havdønninger det er vurdert og dokumentert hvorvidt havbølger opptrer ved området for kaianlegget i Ramsund strøm maksimal strømhastighet med 10-års, 50-års og 100-års returperiode for åtte retninger nedising akkumulert nedising over tre dager drivis vurdering av fare for drivis Figur 1 Oversiktskart over området rundt Ramsund, Tjeldsund. Planlagt plassering av kaien er markert med ett rødt kryss

5 RAMSUND, TJELDSUND Bakgrunnsinformasjon Stedvinden som er brukt i bølgeberegningen er beregnet ved å bruke langtidsstatistikk av meteorologiske målinger ved Andenes og retningsvariasjoner fra meteorologiske målinger ved Evenes. Det er utført en ekstremverdianalyse for vindhastigheter ved Andrenes for perioden 1962 til 2013, hvor 10-års, 50-års og 100-års returperiode er estimert (kapittel 2). For å lage bunnmodell av fjordområdene rundt Ramsund og havområdet utenfor, for bruk i bølgeberegningen (kapittel 3), er det benyttet bunndata fra Kystkartverket (Kystkartverket 2007). 10-års, 50-års og 100-års strømverdier er beregnet på bakgrunn av strømmålinger utført i perioden ved Ramsund av Multiconsult (kapittel 5). Beregning av isingsrisiko og nedising er basert på historisk værdata fra meteorologisk institutts værstasjon ved Evenes lufthavn fra (kapittel 6). Bunntopografien ved lokaliteten er kartlagt (kapittel 7).

6 RAMSUND, TJELDSUND 6 2. Fastsettelse av 10-års, 50-års og 100-års vindhastighet 10-års, 50-års og 100-års stedsvindhastighet kan beregnes i henhold til NS-EN :2005/NA:2009, eller, mer avansert, ved å bruke langtidsstatistikk basert på målinger fra nærmeste eller de to nærmeste værstasjonene. Det er mest vanlig å bruke den første metoden. I forprosjektet ble NS-EN :2005/NA:2009 brukt til å estimere ekstrem vindhastighet, noe som ga en maksimal 100 års stedvindhastighet på 33 m/s. I denne revisjonen er det gjort en mer nøyaktig analyse ved å bruke langtidsstatistikk basert på målinger fra den meteorologiske stasjonen Andøya fra 1962 til Stasjonen ligger helt nord på Andøya, ca. 95 km nordvest fra Ramsund. Det er analysert 10 minutters middelvind i 10 m høyde ved Andøya. Langtidsstatistikk er utført ved å anta at vindhastigheter er weibullfordelt. Sannsynlighetsfordelingen av vinden sammen med tilnærmingen som gir ekstrem vind er vist i Figur 2. Ramsund vurderes som en mer skjermet lokalitet enn værstasjonen ved Andenes. Ramsund ligger lenger øst og er omgitt av land og fjorder. For å ta hensyn til en mer skjermet beliggenhet, er ekstremvindestimat fra Andøya multiplisert med en skjermingsfaktor (iht. terrengruhetsfaktorer for henholdsvis åpent hav og kystnære strøk i NS-EN :2005/NA:2009) Maksimal vindhastighet fra ekstremverdianalysen (for alle retninger) er multiplisert med en retningsfaktor basert på studie av meteorologiske målinger ved Evenes Lufthavn. Dette er gjort ut fra en vurdering av at retningsfordelingen ved Evenes er mer representativ for Ramsund enn Andenes. Målingene ved Evenes Lufthavn er ikke brukt i langtidsstatistikken for utregning av ekstrem vindhastighet grunnet den forholdsvis korte tidsserien som eksisterer av meteorologiske målinger veed Evenes ( ). Resulterende stedvindhastighet for Ramsund med 10-års, 50-års og 100-års returperiode er gitt i Tabell 1. Maksimal stedvindhastighet med 100 års returperiode for Ramsund er estimert til 27 m/s. Figur 2 Sannsynlighetsfordeling og tilnærming for ekstrem vindhastighet ved Andøya

7 RAMSUND, TJELDSUND 7 Tabell 1. Fra maksimal vindhastighet, beregnet fra langtidsstaistikk, til stedsvindhastighet for Ramsund Retning (fra): N NØ Ø SØ S SV V NV Maks vind fra Andøya, 10 år [m/s] 25 Maks vind fra Andøya, 50 år [m/s] 28 Maks vind fra Andøya, 100 år [m/s] 30 Skjermingsfaktor 0.90 Retningsfaktor fra Evenes Stedvind Ramsund, 10 år [m/s] Stedvind Ramsund, 50 år [m/s] Stedvind Ramsund, 100 år [m/s]

8 RAMSUND, TJELDSUND 8 3. Fastsettelse av 10-års, 50-års og 100-års vindbølgetilstand 3.1 Beregningsgrunnlag Programmet SWAN (SWAN 2006) er benyttet for å beregne vindbølger og havbølger på lokaliteten. Programmet er utviklet av Delft Technical University for å beregne utvikling og forplantning av bølger i kystområder. Bunnmodellene vist i Figur 3 til Figur 5 benyttes for å beregne bølger. Vindhastigheten er justert fra stedvind til strøkvind basert på lokalitetens strøkgeometri. Strøkvinden er middelverdi av vindhastighet ved 10 m høyde over en periode tilsvarende strøkvarigheten. Strøkvarigheten er tiden som bølger trenger for å bli generert over strøket. Strøkvinden for de forskjellige retningene framkommer i Tabell 2 til Tabell 4. Bølgeberegningene er gjort i tre steg: Først er bølger regnet med grov oppløsning på ca. 40 x 40 m utenfor Ramsundet (Figur 3, ytterste ramme Figur 6). Resultatene fra første steg er brukt som input til ny beregning der et gitter med oppløsning på ca. 20 x 20 m dekker fjordområde Ramsund (Figur 4, blå ramme Figur 6). Andre steg danner til slutt input for tredje og siste beregningssteg der et gitter med en oppløsning på ca. 15 x 15 m dekker nærområdet rundt Ramsund (Figur 5, grønn ramme Figur 6). I dette steget beregnes forplantning av vindbølger påvirket av detaljer i den nærmeste bunntopografien rundt lokaliteten. Figur 3. 3D bunnmodell av fjordområdet utenfor Ramsundet (x-akse og y-akse i geografiske koordinater, z-akse i meter)

9 RAMSUND, TJELDSUND 9 Figur 4. 3D bunnmodell av fjordområde Ramsund (x-akse og y-akse i geografiske koordinater, z-akse i meter) Figur 5. 3D bunnmodell av nærområdet rundt planlagt kaianlegg ved Ramsund (x-akse og y-akse i geografiske koordinater, z-akse i meter)

10 RAMSUND, TJELDSUND 10 Figur 6. Tre inndelinger brukt i bølgeberegningen: steg 1: fjordområde utenfor Ramsund (ytre ramme) steg 2: fjordområde Ramsund (blå ramme) steg 3: nærområdet rundt planlagt kaianlegg i Ramsundet (grønn ramme) Akser i geografiske koordinater 3.2 Resultat av vindbølgeberegninger Maksimal vindbølgetilstand for lokaliteten er estimert for åtte forskjellige retninger og for returperioder på 10 år, 50 år og 100 år. Resultatene er vist i Tabell 2 til Tabell 4. Bølgeberegningene viser at høyeste vindbølge har retning fra 213 og er generert av vind med retning fra SV. Signifikant bølgehøyde H s med 100-års returperiode er estimert til 0.8 m med topperiode T p = 2.5 s. Lokaliteten vil være utsatt for irregulære bølger. Bølger vil ha energi spredt over et frekvensintervall rundt topperioden (se forventet bølgespekter for høyeste beregnte bølgetilstand i Figur 7). Usikkerheten i beregningene er estimert til å ligge på omkring 20 %. Tabell 2. Beregnet 10-års signifikant bølgehøyde H s med topperiode T p for åtte forskjellige retninger. Retning (fra): N NØ Ø SØ S SV V NV Strøkvindhastighet [m/s] H s [m] T p [s] Retning for høyeste bølge [ ]

11 RAMSUND, TJELDSUND 11 Tabell 3. Beregnet 50-års signifikant bølgehøyde H s med topperiode T p for åtte forskjellige retninger. Retning (fra): N NØ Ø SØ S SV V NV Strøkvindhastighet [m/s] H s [m] T p [s] Retning for høyeste bølge [ ] Tabell 4. Beregnet 100-års signifikant bølgehøyde H s med topperiode T p for åtte forskjellige retninger. Retning (fra): N NØ Ø SØ S SV V NV Strøkvindhastighet [m/s] H s [m] T p [s] Retning for høyeste bølge [ ] Figur 7. Bølgespekter for 100-års vindbølge fra sørvest

12 RAMSUND, TJELDSUND 12 Figur 8. Visualisering av vindbølgespredning mot lokaliteten, 100-års vindbølge fra vest. Planlagt kaianlegg i Ramsundet er merket +1

13 RAMSUND, TJELDSUND Vurdering av Havbølger 3.4 Beregningsgrunnlag Det er gjort en numerisk beregning av havbølgeforplantning fram til det planlagte kaianlegget ved Ramsund ved hjelp av SWAN. En signifikant bølgehøyde med 50-års returperiode offshore Tjeldsund er vurdert til Hs = 13.5 m med topperiode Tp = 15 s (BC 2009). Ut fra kartutsnittene er det forventet at innkommende havbølger med retning omkring sørvest er mest sannsynlig å trenge fram til lokaliteten. Det er derfor utført havbølgeberegninger med bølgeretning fra inn Vestfjorden. 3.5 Beregningsresultater Figur 9 viser forplantning av havbølger innover fjordområdene rundt Ramsund. Beregningene viste at kaianlegget ved Ramsund vil være skjermet for havdønninger. Figur 9. Havbølgeforplantning mot Ramsund med en 50-års havdønning fra Kaianlegget ved Ramsund er merket +1

14 RAMSUND, TJELDSUND Vurdering av andre bølgeforhold Andre bølgeforhold som kan ha effekt på bølgespekteret er: Skipsgenererte bølger Bølgerefleksjon Effekt av flere bølgetog Bølge-/strøminteraksjon. Last som genereres av passerende skip på fortøyde objekter er avhengig av avstanden, hastigheten, størrelsen og formen på skipet som passerer. Nord for kaianlegget i Ramsund er fjorden smal og området grunt. Eventuelle større skip vil holde lav fart i området. Skipsgenererte bølger er ikke forventet å være betydningsfulle for flytekaien i Ramsund. Bølgerefleksjon kan spille en rolle der topografien er bratt. Ved den planlagte flytekaien ved Ramsund er bølgerefleksjon ikke forventet. Bølgeberegningen med SWAN tar hensyn til effekten av flere bølgetog. Dette er altså inkludert i resultatene. Bølge-/strøminteraksjon forventes å ha lite effekt på bølgespekteret når strømmen er mindre enn omtrent 1 m/s, som det er ved Ramsund.

15 RAMSUND, TJELDSUND Fastsettelse av 10-års og 50-års strømhastighet Det er tatt utgangspunkt i strømmålinger utført av Multiconsult AS i perioden (ved 4 m dyp) (Multiconsult, 2012). Maksimal målt strømhastighet for åtte retninger er ekstrapolert til 10-års, 50-års og 100-års strøm for lokaliteten iht. NS 9415, dvs. ved bruk av faktorene i Tabell 5. For Ramsund, er maksimal 10-års strømhastighet estimert til å være 0.40 m/s, 50-års strømhastighet er estimert til å være 0.44 m/s og 100-års strømhastighet er estimert til å være 0.48 m/s. Strømhastigheter ved 4 m dyp framkommer i Tabell 6. Tabell 5. Multiplikasjonsfaktor som resultat av returperiode for målinger som varer i en måned Returperiode (år) Multiplikasjonsfaktor Tabell 6. Strømhastigheter Ramsund, 4 m Sektor Retning for største måling (mot) [º] Maksimal målt strømhastighet [m/s] 10-års strømhastighet [m/s] 50-års strømhastighet [m/s] 100-års strømhastighet [m/s] N NØ Ø SØ S SV V NV Strømbildet Strøm ved Ramsund er målt i perioden Strømmens hovedretning ved Ramsund er mot Nordvest og Sørøst. Lokal vind og tidevann spiller betydelig rolle i å styre strømmen ved Ramsund. Tidevannsstrømmen ved 4 m oscillerer mellom sørøstlig og nordvestlig retning. Mulige andre prosesser som påvirker strømmen er den lokale vinden, værsituasjon over et større område (f.eks. lufttrykk, temperatur, vind), variasjoner i kyststrømmen og ferskvannsavrenning som bidrar til lagdeling i sommerhalvåret. Figur 10 viser gjennomsnitts- og maksimalstrøm for forskjellige retninger ved 4 m. Relativ vannutskiftning for 4 m og antall målinger for forskjellige retninger er gitt i Figur 11. Figur 12 viser tidevannsellipsene av gjennomsnittsstrømmen ved 4 m.

16 RAMSUND, TJELDSUND 16 Figur 10: Gjennomsnitts- og maksimalstrøm for forskjellige retninger (15 graders sektorer) ved 4 m Figur 11: Relativ vannutskiftning og antall målinger per 15 graders sektor ved 4 m Figur 12: Tidevannsellipsene av gjennomsnittsstrømmen ved 4 m. M2, N2 og MSF refererer til tidevannskonstituentene.

17 RAMSUND, TJELDSUND Isingsfare og ismengder 6.1 Sprøytisfare I Guest et. al (2005) presenteres en metode som beregner isingsrisiko og isvekst per time for installasjoner til sjøs basert på lufttemperatur, sjøtemperatur og vindstyrke. Isingsrisikoen deles inn i fem kategorier: Null, liten, middels, stor og ekstrem isingsrisiko. Observasjoner fra værstasjonen ved Evenes lufthavn og Narvik er studert. Evenes anses som mest representativ for Ramsund og gir et mer konservativt estimat av isingsmengder. Basert på meteorologiske målinger fra Evenes lufthavn finner vi isingspotensiale for perioden I modellen er det tatt hensyn til at isingsrisiko er retningsavhengig. Isingsrisiko sammenstilt med lokalitetens strøkgeometri viser at området omkring Ramsund er utsatt for værforhold som kan gi sjøsprøytis ved vindretninger fra sørøst. Isingspotensialet når opp til isingsfare 3 dvs. høy isingsrisiko i 2 av 10 undersøkte år, se Figur 13. Figur 13. Vindretninger som gir fare for sjøsprøytising ved Ramsund basert på observasjoner fra Meteorologisk institutt sin værstasjon ved Evenes lufthavn l i tidsrommet (3-4 målinger per døgn).

18 RAMSUND, TJELDSUND Akkumulert sjøsprøytis Mengde akkumulert sjøsprøytis vil være avhengig av sjøtilstand og vind på isingstidspunktet. Guest et. al (2005) presenterer en oversikt over isvekst per time for skip i åpen sjø for de ulike isingsklassene. Sjøtilstanden vil være forskjellig for lokaliteter som ligger skjermet og mengden is som akkumuleres vil variere sammen med sjøtilstanden. Estimert mengde is er derfor justert for sjøtilstanden på lokaliteten for ulike vindretninger og ulike vindhastigheter. Denne metoden er brukt med god erfaring på kaier og andre faste installasjoner. For Ramsund er akkumulert istykkelse over tre dager estimert til 0.27 m basert på historiske værdata fra Evenes lufthavn målestasjon, se Tabell 7. Tabell 7. Estimerte ismengder ved Ramsund Sjøsprøytis Akkumulert istykkelse over tre dager 0.27 m 6.3 Drivis Ifølge personell ved anlegget forventes det ikke drivis Ramsund. Det er mulig at tynn is kan dannes i kaiområdet.

19 RAMSUND, TJELDSUND Bunnkartlegging Ved Ramsund eksisterer bunndata fra Olex, Kystkartverket (2007) og oppdragsgiver. Området er generelt godt kartlagt. Figur 14 viser bunntopografien fra Kystkartverket over område hvor flytekaien skal plasseres. Figur 15 viser bunnskuddene fra Kystkartverket. Figur 16 viser bunndata fra Olex (2007) markert med røde bunnskudd og bunndata fra oppdragsgiver markert med gule bunnskudd. Figur 14. Bunntopografi av lokaliteten Ramsund fra Kystkartverket (2007). Punkt 1 og 2 markerer omtrentlig de to endene av kaien Figur 15. Bunndata ved lokaliteten Ramsund fra Kystkartverket (2007). Akser i geografiske koordinater

20 RAMSUND, TJELDSUND 20 Figur 16 Bunnskudd ved lokaliteten Ramsund fra Olex (2007), røde bunnskudd, og oppdragsgiver, gule bunnskudd

21 RAMSUND, TJELDSUND Konklusjon: Lokalitetsundersøkelse Det er utført undersøkelse av fysiske miljø ved Ramsund. Følgende miljøparametere er undersøkt: strøm signifikant bølgehøyde stedvind isingsfare drivis bunntopografi Miljøparameterne er listet opp i Tabell 8. Tabell 8. Ekstremverdier for miljøparameterne ved lokaliteten Ramsund i Tjeldsund Returperiode Retning 10 år 50 år 100 år Største stedvind [m/s] fra SV Største vindbølge H s [m] / T p [s] 0.6 / / / 2.5 fra 213 Største strømhastighet v c [m/s] mot 339 Tidevann HAT [m] Estimert akkumulert sjøsprøytis over tre dager Drivis 0.27 m Forekommer ikke Nomenklatur H s signifikant bølgehøyde T p topperiode HAT høyeste astronomiske tidevann, relativ sjøkartnull Ved lave temperaturer og sterk vind fra SØ

22 RAMSUND, TJELDSUND Litteratur og referanser BC (2009): Statistisk analyse av offshore Hindcastbølgehøyder. Barlindhaug Consult Internt notat. Guest et al. (2005): Vessel icing, Mariners Weather Log 49-3, National Weather service. Hasselmann, K. et al. (1973): Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project, Deutches Hydrographisches Institut, Hamburg Kystkartverket (2007): Dybdegrunnlag fra Statens kartverk sjø. Gjengitt med tillatelse 571/07. Leenknecht D.A., Szuwalski A.and Sherlock A.R. (1992): Automated Coastal Engineering System Technical Reference, Chapter I. Windspeed Adjustment and Wave Growth. Coastal Engineering Research Center, Department of the Army Waterways Experiment Station, Corps of Engineers. 12 s. NS 9415:2009: Flytende oppdrettsanlegg. Krav til utforming, dimensjonering, utførelse, installasjon og drift. Norsk Standard 2009: 101s. NS 9415:2003: Flytende oppdrettsanlegg. Krav til utforming, dimensjonering, utførelse, installasjon og drift. Norsk Standard 2003: 75s. NS-EN :2005+NA:2009: Laster på konstruksjoner. Del 1-4. Almenne laster. Vindlaster. Olex (2007): Olex, Navigasjon og kartlegging av havet. SWAN 2006: Technical documentation SWAN Cycle III. Delft University of Technology.

23 RAMSUND, TJELDSUND 23 Vedlegg 1. Fastsettelse av strøm I følge NS-9415 skal man estimere forventet ekstremverdier for lokaliteten ut fra strømmåling ved ett av følgende: Måling av strøm i ett år, ved 5 m og 15 m under sjøoverflaten, og bruk av langtidsstatistikk. Dataene skal behandles ved hjelp av harmonisk analyse med en påfølgende harmonisering til langtidsstatistikk. Måling av strøm i en måned ved 5 m og 15 m under sjøoverflaten. Dimensjonerende strømhastighet med spesifisert returperiode bestemmes ved bruk av multiplikasjonsfaktorer i Tabell 9 (NS-9415:2003 og NS-9515:2009). Tidligere målinger kan benyttes dersom de tilfredsstiller kravene i NS 9415:2009. Målinger ved andre dyp enn 5 m og 15 m kan benyttes dersom strømhastigheter ved 5 m og 15 m kan estimeres ved interpolering. Tabell 9. Multiplikasjonsfaktor som resultat av returperiode. Returperiode (år) Multiplikasjonsfaktor

24 RAMSUND, TJELDSUND 24 Vedlegg 2. Definisjoner Jonswap spektrum Bølgeenergispektrum utarbeidet gjennom Joint North Sea Wave Project ved tilpassing av målinger i Nordsjøen. Jf Hasselmann, K. et al. (1973) Topperiode Bølgeperiode der energien i bølgespekteret er størst Sannsynlighet for overskridelse Frekvens som forteller hvor ofte en gitt terskelverdi gjennomsnittlig overskrides i løpet av en gitt tidsperiode. MERKNAD: Når en gitt signifikant bølgehøyde sies å ha en årlig sannsynlighet for overskridelse på 0.02 (1/50), betyr det at denne sjøtilstanden i gjennomsnitt overskrides én gang per 50 år. Sjøtilstanden har en returperiode på 50 år. Signifikant bølgehøyde for 50-års sjøtilstand omtales som 50-årsbølgen. tilsvarende har 10-årsbølgen en årlig sannsynlighet for overskridelse på 0.10 (1/10). Signifikant bølgehøyde Gjennomsnittlig bølgehøyde for den høyeste tredjedelen av bølgene i en registrering. Spisshetsparameter Angir bredde på jonswap-spekteret rundt topperioden. Strøklengde Avstand fra lokalitet til nærmeste land, regnet i vindretningen.