AVRENNING FRA SKJEFTE FJELLTAK

Transkript

1 NOTAT AVRENNING FRA SKJEFTE FJELLTAK INNLEDNING Notatet er utarbeidet for å belyse hvilke konsekvenser utvidelsen av fjelltaket vil få for avrenningen i området samt foreslå tiltak for å håndtere overvann og drensvann innenfor planområdet slik at aktiviteten i fjelltaket ikke fører til flomtopper og overbelastning på grøfter/stikkrenner eller påvirker aktsomhetsområdet for jord- og flomskred som ligger i nærheten. 1. Dagens situasjon Planområdet dekker et areal på 30,7 daa. Det som foreslås regulert til masseuttak dekker et areal på ca 20 daa inkludert eksisterende uttak. Uttaket av fjellmasser skal skje i etapper- uttaksetappe 1 3. Etappe 1 utgjør ca 7 daa inkludert eksisterende uttak der 4 daa skal tas ut. Etappe 2 utgjør ca 8 daa. Etappe 3 utgjør ca 4 daa der 2 daa skal tas ut. Resterende areal innenfor etappe 3 ligger under kote 409 og forblir urørt. Planområdet består i hovedsak av glissen furu- og granskog på middels og lav bonitet, med sparsom vegetasjon av lyng og einer. Løsmassene i og rundt planområdet består av et tynt lag med morenemateriale som er hardt og sammenpakket. Materialet er dårlig sortert med stein i ulike størrelser. Tykkelsen på løsmassene er mindre enn 1 meter og fjellblotninger forekommer. Figur 1 ETAPPEPLAN 1

2 Det er etablert en dreneringsgrøft med slamkum/ sandfang (SF1) for å fange opp avrenning fra steinbruddet. Dette ledes videre ut i åpen grøft til bekkeløp i øst. Det samler seg lite overvann i masseuttaket i dag. Det dreier seg stort sett om mindre vanndammer på terrengoverflaten ved langvarig nedbør. Overvann avskjæres ved hjelp av en åpen sone med kultlag langs driftsområdet der det infiltreres i fyllingen. Det er ellers ingen elver eller bekker innenfor planområdet og avrenningen foregår problemfritt. Figur 2 Dreneringsgrøft 2

3 Bekken øst for planområdet har ikke et offisielt navn. Vassdraget tilhører Drammensvassdraget og har i NVE s elvedatabase vassdragsnummer 012.N1. Nedslagsfeltet til bekken samt feltparametere er funnet ved bruk av NVE sitt lavvannskart. Feltarealet er på 0,76 km² og strekker seg fra 378 til 933 moh. Feltet er dominert av skog (60.5 %) og Dyrket mark (34,2 %). 3

4 4

5 2. BEREGNINGER, DIMENSJONERINGSMETODE OG FORUTSETNINGER Klima er under endring og det forventes økt nedbør i framtiden. I Statens vegvesen håndbok N200 vegbygging anbefales det å benytte klimafaktorer ved beregning av overvannsmengder for små felt (Statens vegvesen, 2014). Det anbefales å benytte differensierte klimafaktorer med hensyn til forventet levetid på installasjonen på henholdsvis 1,3 (10 år), 1,4 (100 år) og 1,5 (200 år). Det er valgt klimafaktor på 1,5 for det valgte området. For beregning av avrenning fra nedbørfeltet Skjefte Fjelltak er Den rasjonelle metode brukt. Den rasjonelle metode egner seg for små felt mindre enn 10km². Ved den rasjonelle metode er avrenningen (Q) gitt ved: Q = A * I * C * kf Q = vannføring I l/s A = areal (hektar) I = dimensjonerende nedbørintensitet, l/(s*ha) C = avrenningsfaktor kf = klimafaktor Ved en flat beregning av avrenning fra området som skal omgjøres til masseuttak vil man få en økning i avrenning. Det antas at dagens avrenningsfaktor er 0,2 (skog). Ny avrenningsfaktor er satt til 0,9 (bart fjell). For 200-års nedbørsberegning har C-verdiene blitt økt med 30 %. For beregning av dimensjonerende nedbørintensitet benyttes IVF-kurven for nedbørstasjon Varden Filefjell. Det finnes ingen lokale IVF-kurver for Ryfoss. Data er gyldig per (CC BY 3.0), Meteorologisk institutt (MET) kdvh@met.no 5

6 Dimensjonerende nedbørintensitet varierer med gjentaksintervallet og feltets konsentrasjonstid. Konsentrasjonstiden beregnes av formelen: tc = 0,6 * L * H-0, * Ase Der tc = tidsfaktor, minutter L = lengde av feltet, m (160m) H = høydeforskjellen i feltet, m (30m) Ase = andel innsjø i feltet, forholdstall (0,0) Konsentrasjonstid: Tc= 17,5 naturlig-konsentrasjonstid, varighet, minutter Beregnet avrenning (l/s) for fjelltaket: Gjentakelsesintervall (år) Avrenningskoeffisient Nedbørintensitet l/(s*ha) Areal (ha) Klimafaktor (Kf) Avrenning (l/s) Nåværende 200 (0,2*1,3) 97,7 (20min) 2 1,5 76,2 situasjon Fremtidig situasjon 200 (0,9*1,3) 97,7 (20min) 2 1,5 342,9 Tabell 1: Spissavrenning for nåværende og fremtidig situasjon ved regnvarighet 20 min. Gjentakelsesintervall (år) Avrenningskoeffisient Nedbørintensitet l/(s*ha) Areal (ha) Klimafaktor (Kf) Avrenning (l/s) Nåværende 200 (0,2*1,3) 47,3 (60min) 2 1,5 36,9 situasjon Fremtidig situasjon 200 (0,9*1,3) 47,3 (60min) 2 1,5 166 Tabell 2: Spissavrenning for nåværende og fremtidig situasjon ved regnvarighet 60 min. Beregnet spissavrenning for den fremtidige situasjon kan synes å være noe høy. Det presiseres at dette kan kun sies å være den teoretiske økningen i avrenning fra arealet. I virkeligheten vil ikke volumet gi en så stor avrenning. Dette fordi steinbruddet har flere ulike nivåer med masser av ulik kornfordeling og ikke 2 ha med 100% bart fjell slik beregningen for den fremtidige situasjonen viser. Det blir kun fjernet løsmasser for det området som til enhver tid sprenges ut. Flaten som etableres etter hvert som anlegges spiser seg innover i fjellet bygges opp igjen av 0,5-1,0 meter løsmasser med ulik kornfordeling over grunnfjell. I selve bruddflatene vil det være bart berg med hurtig avrenning, men dette vil kun utgjøre «veggen» i masseuttaket. Resten av arealet vil bestå av ulike løsmasser som vil holde tilbake noe av nedbøren. Fjellet inneholder mye slepper (sprekker/ganger) med løsmasser. Disse sprekkene og kanalene vil trolig være den primære transportveien. Massene i sprekkene vil sannsynligvis ha høyere hydraulisk ledningsevne enn omkringliggende fjell og vil derfor være foretrukken strømningsvei for vann. 6

7 Økt nedbør vil bidra til økt mengde vann på bakkenivå i bruddsonen. Her er terrenget flatt med svakt fall mot kummen (SF1 figur 2). Mye av nedbøren vil derfor trekke ned i løsmassene i bunnen av masseuttaket og sige langsomt mot grøftene. Dette vises på mengden sigevann som kan sees i grøftene nedstrøms. Ved langvarig nedbør kan man se vann som siver ut av grunnen. Dette vannet fremstår som rent. Det området som i størst grad vil merke den økte avrenningen vil være arealet for selve driftsområdet hvor det kan dannet flere, og større, vanndammer. Vanndammer kommer til å oppstå raskere og vil vare lengre enn tidligere. Dersom dette skaper utfordringer for driften i masseuttaket må disse utfordringene adresseres etter behov. 3. KONKLUSJON Avrenningsforholdet innenfor planområdet endres etter hvert som anlegget spiser seg innover i fjellet og andelen tette flater øker i forhold til dagens situasjon. Det blir en endring i infiltrasjonsevnen på området der det forventes økt avrenning og tilhørende økt spissbelastning under nedbør, som følge av økt andel store flater. Skjefte fjelltak må drives med fall inn mot bruddkanten, slik at større nedbørsmengder fordrøyes naturlig på anlegget. Vannet holdes tilbake i fordrøyningsbassenget ved hjelp av en terskel/propp av tette masser. Fra fordrøyningsanlegget skal overvannet føres i ledning med redusert tverrsnitt til slamkum/ sandfang og videre ut i åpen grøft sydvestover. Dette vil hindre at tilført overvannsmengde til stikkrenner nedstrøms ikke blir større enn i dag og at ikke aktsomhetsområdet for jord- og flomskred som ligger i nærheten blir påvirket. På grunn av begrenset driftsareal i startfasen må fordrøyningsbassenget være lukket slik at det ikke er til hinder for driften, men et åpent magasin kan bli aktuelt så snart det blir tilstrekkelig med areal. Arealutformingen under drift skal gjøres slik at overvann ikke renner ut i bekken som er lokalisert øst for driftsområdet og nord for aktsomhetsområdet for jord- og flomskred. Fordrøyningsanlegget jevner ut nedbørstopper, men vil også fungere som et sedimentasjonsbasseng slik at partikler holdes tilbake. Fordrøyningsvolumet anbefales økt i takt med ekspansjon av anleggsområdet, slik at grøfter og stikkrenner kan håndtere de største nedbørstoppene uten å skape problemer internt på anleggsområdet og nedstrøms. Det interne overvannssystemet vil kunne håndtere spissavrenning og hindre at overflatevann trekker med seg finstoff og partikulært materiale nedstrøms. Dages driftsområde er bygd opp av drenerende oppfyllingsmasser som også vil bidra til partikkelfjerning fra overvannet. 7

8 DIMENSJONERING AV FORDRØYNINGSANLEGGET Gjentaksintervall For beregning av naturlig avrenning benyttes 2 års-gjentaksintervall. For dimensjonering av fordrøyningsanlegget benyttes 50 års-gjentaksintervall. Nedbørsvarighet Lengste avstanden fra ytterste punktet av nedbørfeltet til planlagt fordrøyningsanlegget er ca. 100m. Med en høydeforskjell på ca. 30m gir dette en konsentrasjonstid på ca. 11 min. Etter utvidelse av fjelltaket vil avrenningsflaten være relativt flat. Dette gir en konsentrasjonstid på ca. 60min. Fordrøyningsanlegget skal dimensjoneres både for sommerregn og vinteravrenning ved frosne flater og snøsmelting, avhengig av hvilken situasjon som gir størst fordrøyningsvolum. Sommerregn er kjent for å være kortvarige og veldig intensive. Det forventes at dimensjonerende nedbørvarighet for sommerregn vil ligge mellom minutter. Vinterregn er kjent for å være langvarige, men ikke like intensiv som sommerregn. Det forventes derfor en dimensjonerende nedbørvarighet opp mot 1440 minutter. Nedbørsintensitet Ut fra Tabell A gir et gjentaksintervall på 2 år (naturlig avrenning) og en varighet på 60 min en nedbørintensitet på 22,4 l/s*ha for planområdet. Den naturlige avrenning fra feltet er beregnet etter den rasjonelle metoden. Med en nedbørintensitet på 22,4 l/s*ha, en midlere avrenningskoeffisient på 0,2, et areal på 2 ha gir dette en avrenningsmengde på ca. 9 l/s. Et gjentaksintervall på 50 år og en varighet på 20 min gir en nedbørintensitet på 82,7 l/s*ha for planområdet. Dimensjonering av fordrøyningsanlegg med sommerregn forventes en dimensjonerende nedbørintensitet mellom 40,2 25,7 l/s*ha for nedbørvarigheten på minutter. Dimensjonering av fordrøyningsanlegg med vinterregn forventes en dimensjonerende nedbørintensitet mellom 7,1 5,6 l/s*ha for nedbørvarigheten på 720 og 1440 minutter. 8

9 Data er gyldig per (CC BY 3.0), Meteorologisk institutt (MET) Tabell A I tillegg kommer smeltevannmengden fra snøsmeltingen. Snøsmeltingen varierer med lufttemperaturen. Ved en lufttemperatur på 20 C kan snøsmeltingen bli så høy som 100 mm/døgn. Dette tilsvarer ca 1200 l/s*km² eller 12 l/s*ha. Dette må anses for å være en ekstremverdi. På Sunndalsøra hadde man en snøsmelting som ble betegnet som meget kraftig. Smeltingen ble rapportert å være 26cm på et døgn. Er vanninnholdet 0,3m pr m snø, utgjør dette ca 900 l/s* km² eller 9 l/s*ha. For å ta høyde for smeltevannmengden fra snøsmelting har vi valg å bruke høyere gjentakelsesintervall i beregningen av fordrøyningsmagasinets størrelse. Det er veldig uvanlig at overvannsanlegg dimensjoneres for 50 årsgjentagelsesintervall. Eksperter anbefaler vanligvis et gjentagelsesintervall på 20 år for slike anlegg. Beregningene nedenfor vises med et gjentagelsesintervall på både 20 år og 50 år. Inngrep i naturlige områder påvirker deres avrenningsegenskaper. Tette flater fører til raskere avrenning av overflatevann og en økning av overvannsmengden, som ledes til overvannsanlegg. Beregningene forutsetter at den planlagte utvidelsen av fjelltaket fører til at dagens avrenningsfaktor på 0,2 (skog) endres til 1,0 (bart fjell/grustak vinterstid). Forventet klimaendringer som kan føre til en økning av intensiteten av nedbørshendelser fører til at kapasiteten av overvannsanlegg raskt blir for lite. I beregningene blir det derfor brukt en klimafaktor på 1,3 (30%). 9

10 UTJEVNINGSVOLUM, SKJEFTE FJELLTAK Fordrøyningsmagasinets størrelse er beregnet ved bruk av programmet; BASAL s beregningsprogram for fordrøyningsmagasin. Gjentaksintervall 20 år 10

11 Gjentaksintervall 50 år 11

12 For det aktuelle anlegget og det planlagte uttaket gir dette et nødvendig fordrøyningsvolum på 653,2 m³ og en gjennomsnittlig videreført vannmengde på 7 l/s (maks videreført vannmengde 10 l/s) til grøft/natur. Den naturlige avrenningsmengden er på ca. 9 l/s. Dette viser at ved bruk av beregnet fordrøyningsvolum vil avrenningen bli tilsvarende som ved før utbygging. Fra fordrøyningsanlegget skal overvannet ledes i rør med en innvendig diameter på 100 mm. (110 mm. PVC) til slamkum/ sandfang. Rørene skal legges i pukk og ha et fall på 1%. Overvannet ut fra planområdet vil dermed kunne kontrolleres både med hensyn til utslippsmengde og vannkvalitet. Forurenset overvann må renses. Røret fra slamkummen og ut til grøft/natur skal ha dykket utløp med en innvendig diameter på 100 mm. (110 mm. PVC). 12