VAN N LI N JEBEREGNI N G FOR VI GGA

Transkript

1 Oppdragsgiver: Oppdrag: Dato: Skrevet av: Ingrid Alne Kvalitetskontroll: Jon Zeigler VAN N LI N JEBEREGNI N G FOR VI GGA INNHOLD 1 Innledning Nedbørfelt Flomberegning Flomfrekvensanalyse Formelverk for små nedbørfelt Dimensjonerende flom Usikkerhet Vannlinjeberegning Grunnlag og forutsetninger Følsomhetsanalyse Vannlinje ved dimensjonerende flom Usikkerhet Tiltak og anbefalinger Oppsummering Referanser Vedlegg... 18

2 Side 2 av 18 1 INNLEDNING I regi av skal det oppføres nye omsorgsboliger på Roa i Lunner kommune. Elva Vigga renner langs planområdet ( Figur 1 ) og har i den forbindelse utført vannlinjeberegninger for elvestrekningen. Figur 1. Plassering og avgrensing av planområdet i Roa sentrum, Lunner kommune. Etter krav i TEK skal byggverk i flomutsatt område plasseres, dimensjoneres eller sikres mot flom slik at største årlige sannsynlighet ikke overskrides etter sikkerhetsklasser gitt i Tabell 1. Ifølge veileder omfatter sikkerhetsklasse F2 de fleste byggverk beregnet for personopphold som bolig, barnehage og kontorbygg. Byggverk for særlig sårbare grupper av befolkningen, slik som sykehjem og lignende, anbefales til sikkerhetsklasse F3 i henhold til veileder og bør sikres mot flom med 1000 års gjentaksintervall. Tabell 1. Sikkerhetsklasser for flom gitt i Veileder til TEK

3 Side 3 av 18 2 N ED BØRFELT Vigga renner nordvest fra skogsområdene sør for Roa ( Figur 2 ) gjennom Lunner og Gran kommuner og renner ut i Randsfjorden. Nedbørfeltet til Vigga er dominert av skog- og jordbruksområder og har en høydeforskjell på 376 m ved Roa. Middelvannføringen ved Roa er 0,3 m 3 /s (16,5 l/s*km 2 ) i henhold til avrenningskart for perioden Feltkarakteristikk er oppsummert i Tabell 2. Figur 2. Anslått avgrensning av nedbørfeltet til Vigga ved Roa fra Nevina (NVE). Tabell 2. Karakteristikk for nedbørsfeltet til Vigga ved Roa. Data er hentet fra Nevina (NVE) Areal (km 2 ) Feltlengde (km) H min (moh) H maks (moh) q N (l/s km 2 ) Skog (%) Dyrka mark (%) Urbant (%) 17,7 6, , ,2 0 Eff. sjø (%)

4 Side 4 av 18 3 FLOMBEREGNING Det er utført flomfrekvensanalyser på årsflommer ved flere målestasjoner for å finne midlere flom, Q M, og frekvensfaktorene for Q T /Q M for Vigga. Det er tidligere utført flomberegning for Vigga av NVE (Holmqvist, 2004) med data fram til Det er foretatt nye beregninger med måledata fram til 2015 og resultatene er sammenlignet med frekvensanalysen utført i Flomfrekvensanalyse Dataserien for Vigga ved Jaren er sammensatt av to måleserier med data fra Målestasjonen ble flyttet fra oppstrøms Jarenvatnet til utløpet av Jarenvatnet i Stasjonen var ute av drift mellom 1991 og 2007 og observasjonene fra 1939, 1982 og 1983 er ikke komplette og derfor utelatt. Forskjellen mellom stasjonene i areal og midlere flom er forholdsvis liten og det er derfor benyttet den sammensatte serien hentet fra NVEs database, Hydra. Det er også en målestasjon lenger oppstrøms i Vigga ved Hvalskvern, men kvaliteten på dataene er høyst usikre og er derfor ikke benyttet. Den største flommen er observert i 1961 og var på 224 l/s*km 2, men det inntraff også en større flom i 2000 da stasjonen var ute av drift (Holmqvist, 2004). Periode Antall Areal Eff. sjø q N Q M Q M Flomkurvekvalitet år (km 2 ) (%) (l/s*km 2) (m 3 /s) (l/s*km 2 ) ,06 20,28 47,2 178 Middels Kringlerdal ,3 0,5 19,3 14,9 183 Middels Hellen bru ,2 26,6 147 Bra Lena ,39 14,4 9,7 88 Middels Jaren ndf. Tabell 3. Aktuelle målestasjoner og beregnet døgnmiddelflom for de ulike stasjonene. Det er utført flomfrekvensanalyser på nærliggende målestasjoner for å bestemme middelflom, Q M, og vekstfaktorene Q T / Q M for Vigga. Målestasjonen Jaren ndf. ligger nedstrøms Jarenvatnet som har en flomdempende effekt. Det er derfor valgt å benytte middelflommen fra nærliggende målestasjoner, slik det er gjort i NVEs flomberegning. Gjennomsnittverdien av middelflommen til de tre stasjonene Lena, Kringlerdal og Hellen bru er 169 l/s*km 2 og denne verdien benyttes for videre analyse. Vekstkurven for Jaren benyttes videre i flomberegningen, da den anses som representativ for vassdraget og har den lengste måleserien.

5 Side 5 av 18 Tabell 4. Flomfrekvensanalyse for nærliggende målestasjoner med middelflom (døgnverdi) av årsflommer og frekvensfaktor for ulike gjentaksintervall. Målestasjon Q M Q 5 / Q 10 / Q 20 / Q 50 / Q 100 / Q 200 / Q 500 / Q 1000 Fordeling l/s*km 2 Q M Q M Q M Q M Q M Q M Q M / Q M 2.28 Kringlerdal 178 1,2 1,4 1,6 1,9 2,1 2,4 2,8 3,1 GEV Hellen 183 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,65 1,7 1,8 LN1 bru Lena 147 1,2 1,5 1,7 2,0 2,3 2,6 3,0 3,3 GEV Jaren ndf. 88 1,3 1,6 1,8 2,3 2,6 3,0 3,4 3,8 GEV Flomverdiene er beregnet for Vigga ved Roa med forutsetningene som nevnt ovenfor og med vekstkurven for Jaren. Ut fra frekvensanalysen er det beregnet døgnverdier for de ulike gjentaksintervallene, og q 1000 er sammenlignet med erfaringstall fra tidligere flomberegninger for Østlandet, gitt i NVEs retningslinjer for flomberegninger. Døgnmiddelverdier for q 1000 i små felt < 50 km 2 ligger stort sett mellom l/s pr. km 2. Den beregnede verdien for Vigga ved Roa er 654 l/s pr. km 2. Flomberegningen for Vigga fra 2004 ble kun utført opp til 500 års flom, og ligger litt lavere enn beregnede verdier. Dette er fordi det er valgt en annen parameterfordeling til å bestemme vekstkurven. For 1000-års gjentaksintervall er det anbefalt i NVEs veileder å benytte to- eller treparameterfordeling, og det er valgt å benytte treparameterfordelingen GEV på grunn av dataseriens lengde og beste tilpasning. De sammenlignede døgnmiddelverdiene er gitt i Tabell 5. Tabell 5. Døgnmiddelverdier i l/s pr. km 2 for ulike gjentaksintervaller beregnet av Asplan Viak og tidligere beregnede verdier fra NVE for Vigga ved Gran sentrum. q M q 5 q 10 q 20 q 50 q 100 q 200 q 500 q 1000 Døgnmiddelflom (l/s km 2 ) Beregnet av NVE 2004 (l/s km 2 ) Kulminasjonsvannføringen kan være adskillig større enn døgnmiddelvannføringen. Forholdstallet mellom døgn- og kulminasjonsvannføring er beregnet ut ifra følgende empiriske formler for høst- og vårflom basert på nedbørfeltets areal og effektiv sjøprosent, gitt i NVEs «Retningslinjer for flomberegning»: Vårflom: Q mom /Q døgn = 1,72-0,17 loga 0,125 A SE 0,5 Høstflom: Q mom /Q døgn = 2,29-0,29 loga - 0,270 A SE 0,5 For Vigga ved Roa med areal på 17,7 km 2 og effektiv sjøprosent på 0 % gir formlene forholdstall på 1,5 og 1,9 for henholdsvis vår- og høstflommer. Kulminasjonsverdien for høstflom er benyttet for å beregne dimensjonerende flom som vist i Tabell 6.

6 Side 6 av 18 For å ta høyde for fremtidig økning i nedbørintensitet og avrenning som følge av klimaendringer er det lagt til et klimapåslag. I henhold til anbefaling i NVE-rapport «Hydrological projections for floods in Norway under a future climate» (Lawrence og Hisdal, 2015) legges det til et klimapåslag på 20 %. Dette gjelder alle nedbørfelt på Østlandet med størrelse under 100 km 2 for gjentaksintervall over 200 år. Tabell 6. Beregnede flomverdier i m 3 /s med og uten klimafaktor 1,2 for Vigga ved Roa Q M Q 5 Q 10 Q 20 Q 50 Q 100 Q 200 Q 500 Q 1000 Kulminasjonsflom (m 3 /s) Kulminasjon med klimafaktor (m 3 /s) Formelverk for små nedbørfelt Det er utviklet et formelverk for flomberegning for små nedbørfelt (<50 km 2 ) i forbindelse med NIFS-prosjektet som beregner middelflom og vekstkurve for høyere returperioder. Formlene avhenger av nedbørfeltets areal, effektiv sjøprosent og normalavrenning, og er nærmere beskrevet i Glad m.fl. (2015). Estimatet av middelflommen anses å ha en betydelig usikkerhet, mens vekstkurven anses som robust i beregninger med høyere gjentaksintervall. Estimatet av middelflommen er litt høyere enn den fra flomfrekvensanalysen, og det er videre valgt å benytte middelflomverdien fra frekvensanalysen. Tabell 7 viser vekstkurven og middelflommen basert på formelverket og Tabell 8 viser beregnet flomverdi basert på middelflommen fra frekvensanalysen. Usikkerheten (95 % konfidensintervall) anses å være redusert noe ettersom middelflommen har den største usikkerheten ifølge formelverket. Tabell 7. Beregnet middelflom i m 3 /s og frekvensfaktorer basert på formelverk Q M (m 3 /s) Q 5 Q 10 Q 20 Q 50 Q 100 Q 200 Q 500 Q 1000 Q T /Q M 6,6 1,26 1,50 1,76 2,15 2,48 2,86 3,45 3,96 Tabell 8. Medianestimat av flomverdier og øvre og nedre estimat i m 3 /s med klimafaktor 1,2. Benyttet middelflom er 5,7 m 3 /s fra flomfrekvensanalysen. Lav Median Høy Q M Q Q Q Q Q Q Q Q

7 Side 7 av Dimensjonerende flom Frekvensanalysen og formelverket gir lignende estimater for kulminert middelflom (uten klimafaktor) med henholdsvis 5,7 m 3 /s og 6,6 m 3 /s. Vekstkurven fra flomfrekvensanalysen ligger noe høyere enn de sammenlignede stasjonene, men er forholdsvis lik den som er beregnet fra formelverket. Vekstkurven fra formelverket anses som robust for uregulerte felt < 50 km 2, ettersom den er basert på mange dataserier med store flomhendelser og er lite utsatt for ekstreme enkelthendelser. Vekstkurven fra flomfrekvensanalysen innebærer en større usikkerhet og det er derfor valgt å benytte vekstkurven fra formelverket. Den største usikkerheten i formelverket anses å være estimatet av middelflommen, som ligger litt høyere enn den beregnet fra flomfrekvensanalysen. De beregnede verdiene for 200- og årsflom gir forholdsvis like estimater med begge metoder, selv om formelverket ligger noe høyere. For dimensjonerende vannføring er det valgt å benytte middelflommen fra frekvensanalysen og vekstkurven fra formelverket, som vist i Tabell 9. Tabell 9. Beregnede flomverdier med klimafaktor 1,2 fra frekvensanalyse og formelverk. Den benyttede verdien er markert i blått og er basert på formelverkets vekstkurve og middelflommen fra frekvensanalysen. Q M (m 3 /s) Q 200 (m 3 /s) Q 1000 (m 3 /s) Frekvensanalyse 5,7 20,3 26,4 Formelverk med middelflom fra frekvensanalysefrekvensanalyse 5,7 19,6 27,1 Formelverk 6,6 22,6 31,3 3.4 Usikkerhet Kvaliteten på flomkurven for Jaren.ndf er vurdert som middels for flomberegning, men serien mangler flere sesonger hvor stasjonen ikke har vært i drift. Den beregnede middelflommen er basert på en gjennomsnittsverdi av nærliggende stasjoner og innebærer derfor en usikkerhet. Vekstfaktorene fra formelverket anses som robuste, men er basert på et gjennomsnitt av de undersøkte målestasjonene og det kan forekomme lokale variasjoner. 4 VAN NLINJEBEREGNING For å beregne vannlinje for bekken langs planområdet ved dimensjonerende flom er programmet HEC-RAS benyttet. Det er benyttet HEC-RAS versjon Programmet er utviklet av U.S. Army Corps of Engineers og er standardverktøy for endimensjonale vannlinjeberegninger. Inngangsparametere til modellen er vannføring, tverrprofiler, høyder, ruhet og oppstrøms/nedstrøms grensebetingelser. Oppmålte tverrsnitt av bekken er benyttet i beregningene ( Figur 3 ), i tillegg til to fiktive profil basert på terrengmodellen ved start og slutt. Terrengmodell er generert i ArcGIS.

8 Side 8 av 18 Figur 3. Innmålte tverrprofiler markert i rødt og avgrensing av modellen markert i blått. Det er konstruert fiktive tverrprofiler ut ifra terrengmodellen oppstrøms og nedstrøms planområdet. Figur 4. Elva Vigga med planområdet på venstre side.

9 Side 9 av Grunnlag og forutsetninger Datagrunnlaget for modellen er 1-meters høydekoter, 8 oppmålte tverrprofil av bekken og brua ved Roalinna. Det forutsettes statisk geometri og modelleringen tar ikke høyde for is eller endring av tverrsnitt som følge av erosjon. Det er observert to mindre gangbroer nedstrøms broa ved Roalinna, men disse er ikke tatt med i modellen. Det foreligger ikke kalibreringsdata (samtidig måling av vannføring og vannstand), og ruhetsverdiene er derfor basert på erfaringstall. Grensebetingelser for modellen er antatt normalstrømning oppstrøms og nedstrøms, det vil si at vannlinjen har samme helning som elvebunn. 4.2 Følsomhetsanalyse Ettersom det ikke foreligger kalibreringsdata, er det ikke mulig å kalibrere modellen mot observerte data. Ruhetsverdiene for kanalen og flomslettene er derfor valgt på bakgrunn av erfaringstall, men det er foretatt en følsomhetsanalyse for å vurdere usikkerheten i ruhetsverdiene opp mot estimert vannstand. Ved å kjøre modellen med høyere og lavere ruhetsverdi enn de valgte n-verdiene (± 25%) er det undersøkt hvilken innvirkning dette har på beregnet vannstand. Verdiene benyttet i modellen og analysen er vist i Tabell 10. Tabell 10. Ruhetsverdier benyttet i modellen og i sensitivitetsanalysen Kategori Ruhet Senket ruhet Økt ruhet Hovedkanal 0,05 0,04 0,06 Skog 0,15 0,10 0,20 Dyrket mark 0,03 0,02 0,04 Følsomhetsanalysen viser at differansen i vannstanden i stor grad ligger mellom 7 cm og 18 cm. Innenfor planområdet (profil ) øker vannstanden med maks 14 cm. Resultatet er gitt i Tabell 11 med tverrprofilene som berører planområdet markert i blått. Forskjell i utstrekningen er vist i Figur 5. Tabell 11. Beregnet vannstand ved økning og senkning i ruhetsverdiene med ± 25 % og forskjell i vannstand fra verdien som er benyttet. Profil nr Vannstand (moh) Avvik (m) Benyttet verdi n + 25 % n - 25 % n + 25 % n - 25 %

10 Side 10 av 18 Figur 5. Resultat fra sensitivitetsanalysen med høyere og lavere ruhetsverdi. Grønt område er utstrekning med benyttede verdier og rødt viser utstrekning med 25 % høyere ruhetsverdier. 4.3 Vannlinje ved dimensjonerende flom Det er beregnet vannstand i Vigga langs planområdet for flom med 1000 års gjentaksintervall. Beregnet vannlinje og utstrekning er vist i Figur 6 og Figur 7. Den nordøstlige delen av planområdet nærmest bekken er mest flomutsatt og beregningene viser at vannet vil komme inn i planområdet ved en 1000-årsflom ( Figur 8 ) basert på dagens terrengforhold. Tverrprofilene med vannstand er vist i Vedlegg 11.

11 Side 1 1 av V i g g a P l a n : B e r e g n i n g _ Q L e g e n d E G Q 1000 _ m e d i a n W S Q 1000 _ m e d i a n G r o u n d ) (m n tio v a le E M a i n C h a n n e l D i s t a n c e ( m ) Figur 6. Beregnet vannlinje og energilinje (grønt) ved Q 1000 = 27 m 3 /s Figur 7. Beregnet utstrekning av oversvømt område under flom med 1000 års gjentaksintervall. Tverrprofilene er vist i grønt. Tabell 12 viser beregnet nivå i de ulike profilene.

12 Side 12 av 18 Figur 8. Utstrekning av flomsonen ved planområdet og tverrprofilene i grønt. Tabell 12 viser beregnet nivå i de ulike profilene. Tabell 12. Beregnet vannstand, energihøyde og hastighet for hvert profil ved dimensjonerende vannføring Q 1000 =27 m 3 /s. Planområdet ligger mellom profil nr 159 og 77 markert i blått. Profil nr Vannstand (moh) Energihøyde (moh) Hastighet (m/s) Kanalbunn (moh)

13 Side 13 av Usikkerhet Terrengmodellen baserer seg på tilgjengelig kartgrunnlag med 1-meterskoter sammen med oppmålte tverrprofil fra elvebunn langs planområdet. Utstrekning av flomsonen er påvirket av usikkerheten i hydrologiske data, flomberegning og vannlinjeberegning, i tillegg til nøyaktigheten til terrengmodellen. Det er mindre usikkerhet knyttet til beregnet vannstand i hvert profil og det anbefales derfor å benytte disse for arbeid med flomsikringstiltak. Den beregnede vannlinjen er påvirket av nøyaktigheten i tverrprofilene. De oppmålte tverrprofilene dekker ikke hele elvebredden som blir oversvømt i en flomsituasjon og områdene med manglende høydedata har derfor blitt hentet ut fra terrengmodellen. Mangelen på kalibreringsdata gjør at det ikke er mulig å kalibrere modellen og ruhetsverdiene er derfor basert på erfaringstall. Erosjon og masseavlagring representerer generelt et betydelig usikkerhetsmoment i beregningene, da dette kan gi endringer i tverrprofilene. Modellen tar ikke høyde for is og andre typer tilstoppinger som kan forekomme ved stor vannføring og føre til økt vannstand. Bekkeløpet er smalt, og endring i vegetasjon eller tverrsnitt kan påvirke kapasiteten. 5 TILTAK OG ANBEFALINGER Vannlinjeberegning viser at den delen av planområdet som ligger nærmest bekken kan være utsatt for flom. Ettersom det vil bli endringer i terrenget etter utbygging, er flomsikkert nivå tegnet inn på snitt fra plantegning for å vurdere behovet for sikringstiltak. Området nærmest brua er der hvor vannstanden vil være høyest, men veien som skal gå langs med bekken ser ut til å ligge over flomsikkert nivå ( Figur 9 og Figur 10 ). Snittene A og C ( Figur 11 og Figur 12 ) viser at flomsikkert nivå vil være over bunnivået i parkeringskjelleren. Det bør derfor vurderes om det skal gjøres tiltak her for å sikre parkeringskjelleren, for eksempel ved å legge en forhøyning i terrenget i form av mur eller naturlig flomvoll. Det er ikke tatt høyde for den planlagte gangbrua i vannlinjeberegningen og det er viktig at den ikke fører til innsnevringer i bekkeløpet. Hvis brua legges under flomsikkert nivå kan den føre til oppstuving på oppstrøms side hvis vannstanden når over brua. Brua må ikke anlegges slik at den endrer bekketverrsnitt eller snevrer inn bekken og reduserer kapasiteten. Tabell 13. Estimert vannstand ved dimensjonerende flom i de tre tverrsnittene fra planområdet vist i Figur 10, Figur 11 og Figur 12. Verdiene er interpolert fra beregnet vannstand i HEC-RAS-profilene. Profil Vannstand (moh) Flomsikkert nivå (moh) A-A 250,30 250,80 C-C 250,15 250,65 D-D 250,57 251,07

14 Side 14 av 18 Figur 9. Plantegning av området med bekken til høyre i bildet og markerte tverrsnitt, A, C og D. (Ola Roald Arkitektur AS)

15 Side 15 av 18 Figur 10. Snitt D-D fra planområdet med inntegnet flomsikkert nivå i rødt på kote +251,07. Inntegnet flomnivå er kun til orientering. (Grunnlag fra Ola Roald Arkitektur AS ) Figur 11. Snitt A-A fra planområdet (sett østover) med inntegnet flomsikkert nivå i rødt på +250,80. Inntegnet flomnivå er kun til orientering. (Grunnlag fra Ola Roald Arkitektur AS) Figur 12. Snitt C-C (sett østover) med inntegnet flomsikkert nivå i rødt på +250,65. Inntegnet flomnivå er kun til orientering. (Grunnlag fra Ola Roald Arkitektur AS)

16 Side 16 av 18 6 OPPSU M M ERIN G Det er foretatt flom- og vannlinjeberegning for Vigga ved Roa for å vurdere flomsikkert nivå for planlagte omsorgsboliger. I henhold til krav i TEK10 er det beregnet flom med gjentaksintervall opptil 1000 år. Det er lagt til 20 % klimapåslag i henhold til anbefalinger i NVE-rapport 5/2011. Beregnet flomsikkert nivå er vist i Tabell 14 og er 0,5 m over beregnet vannstand ved dimensjonerende flom. Dette er for å ta høyde for usikkerheter i beregningene og forhold som kan påvirke kapasiteten til bekken ved høy vannføring. Ut ifra plantegninger og snitt ligger parkeringsanlegget delvis under flomsikkert nivå. Det bør derfor vurderes ekstra tiltak for å hindre vanninntrenging. Aktuelle sikringstiltak for å hindre at det ikke kommer vann inn i parkeringsanlegget ved 1000 årsflom kan f.eks. være mur, terskel eller andre konstruksjoner. Tabell 14. Anbefalt flomsikringsnivå i planområdet med 0,5 m tillegg på beregnet vannstand, profilene er vist i Figur 8. Profilnr Flomnivå (moh) Flomsikkert nivå (moh)

17 Side 17 av 18 7 REFERAN SER Glad, P. A., Reitan, T., Stenius, S. (2015): Nasjonalt formelverk for flomberegninger i små nedbørfelt. NVE rapport 13/2015 Holmqvist, Erik (2004): Flomberegning for Vigga. NVE rapport 11/2004 Lawrence, D., Hisdal, H. (2011): Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. NVE rapport 5/2011. Midttømme, G. H., Pettersson, L. E., Holmqvist, E., Nøtsund, Ø., Hisdal, H., Siverstgård, R. (2011): Retningslinjer for flomberegninger. NVE Retningslinjer 4/2011.

18 Side 18 av 18 8 VEDLEGG Vedlegg 1: Beregnet vannlinje Vedlegg 2: Tverrprofiler Vedlegg 3: Tabell med resultater fra hvert profil