Rapport. Mudring av Røsvikrenna. Dumping av løsmasser ved Svaleskjær. Kartlegging av strøm og turbiditet. Forfatter(e) Grim Eidnes

Transkript

1 - Fortrolig Rapport Mudring av Røsvikrenna. Dumping av løsmasser ved Svaleskjær. Kartlegging av strøm og turbiditet Forfatter(e) Grim Eidnes SINTEF Materialer og kjemi Marin miljøteknologi

2

3 Historikk DATO SBESKRIVELSE Endelig rapport av 19

4 Innholdsfortegnelse 1 Bakgrunn Arbeidsbeskrivelse Instrumentering og datagjenfangst Vannføring i Glomma Resultater Strømforhold Turbiditet Tidevannsstrøm BILAG/VEDLEGG Frekvenstabeller for fart vs. retning av 19

5 1 Bakgrunn Kystverket Sørøst ønsker å dumpe løsmasser i sjøområdet sør for Fredrikstad. Massene vil komme fra et planlagt mudringsarbeid i innseilinga til Fredrikstad. I forbindelse med dumpingen har det vært ønskelig å kartlegge strømforholdene, blant annet for å kunne beregne utslippets spredning under dumpingen. Det har også vært ønskelig å framskaffe referanseverdier for den naturlig eksisterende turbiditeten nær overflata og ved bunnen. Kystverket Sørøst har derfor engasjert SINTEFs avdeling for miljøovervåking og modellering til å foreta de nødvendige målingene. En aktuell dumpeplass som er undersøkt tidligere, ligger mellom Kjøkøya og Belgen (Eidnes og Daae, 2009). Senere er tre nye lokaliteter undersøkt Garnholmene ved Hankø, og Møkkalassset og Svaleskjær sør for Røsvikrenna (Eidnes, Daae og Rønningen, 2011). Undersøkelsene ved Svaleskjær ble imidlertid mangelfulle på grunn av svikt i målingene. Målingene ble derfor gjort om igjen sommeren Det aktuelle dumpeområdet er avmerket på kartutsnittet i Figur 1.1. Det har et maksimaldyp på 52 m der målingene ble gjennomført. Posisjonen er 59 06,71 N 11 02,26 Ø. Målingene ble gjennomført i en periode på to måneder fra 18. juni til 20. august Dataene er presentert som tidsserier og diverse statistikk i en egen datarapport (Eidnes, Daae og Rønningen, 2013), mens den foreliggende rapporten gir en oppsummering og vurdering av måleresultatene ved Svaleskjær. Figur 1.1 To aktuelle lokaliteter, St. 2 Møkkalasset og St. 3 Svaleskjær. Denne rapporten oppsummerer resultatene for målingene ved Svaleskjær av 19

6 2 Arbeidsbeskrivelse 2.1 Instrumentering og datagjenfangst Måleriggen som ble benyttet, er skissert i figur 2.1. Figur 2.1 Prinsippskisse av strømmålerriggen ved Svaleskjær. I motsetning til de forrige målingene ble det nå satt inn en ekstra AADI Seaguard strømmåler 2 m over bunnen. Seaguarden måler strømmens fart og retning i ett dyp. Over denne ble en oppoverrettet, profilerende RDCP (Recording Doppler Current Profiler) også fra AADI montert. RDCPen måler Doppler-skiftet ved å sende ut og motta lyd langs fire akustiske stråler. Dopplerskiftet er proporsjonalt med hastighets av 19

7 komponenten langs banen. Ved hjelp av enkel trigonometri kombineres dataene til tredimensjonal strømhastighet. Den profilerende rekkevidden til RDCPen er ca. 60 m. Refleksjon fra overflata og skarpe sprangsjikt kan imidlertid forstyrre målingene. Normalt må derfor data fra de øverste 10 % av vannsøylen forkastes. For å kompensere for dette ble det satt ut en Seaguard strømmåler også i 2 m dyp. Måleprinsippet for Seaguard er som for RDCPen basert på Doppler-effekten, bare med den forskjellen at de akustiske strålene sendes ut horisontalt. Måleintervallet ble satt til 10 min. Som forankring ble det brukt jernbanehjul. Både RDCPen og Seaguardene ble dessuten utstyrt med konduktivitets-, temperatur- og turbiditetssensor. Datagjenfangsten for de enkelte instrumentene er gitt i Tabell 2.1. Tabell 2.1 Datagjenfangst for de enkelte målerne brukt ved Svaleskjær. Instrument Tid i sjøen Tid registrert Datagjenfangst 1 Seaguard 2 m dyp 63 dager 63 dager 100 % RDCP 63 dager 55 dager 91 % Seaguard 2 m.o.b. 63 dager 63 dager 100 % RDCPen var satt til å registrere med høy effekt og stor nøyaktighet i 60 dager. Batterikapasiteten varte i 55 dager, uten at dette har noen vesentlig betydning for resultatet. 2.2 Vannføring i Glomma Vårflommen i Glomma gjennom Sarpsfossen kulminrerte 26. mai 2013 med en vannføring på omlag 2800 m 3 /s. Vannføringen i sommermånedene juni august 2013 er vist i figur 2.2. Størst vannføring i måleperioden fant sted 30. juni med 1715 m 3 /s. 27. juli var vannføringen nede på et minimum med 515 m 3 /s. 1 Datagjenfagsten er det totale antall kontrollerte og aksepterte data for strømmens fart relativt til det maksimalt oppnåelige antall data for strømmens fart i en måleperiode på to måneder (60 dager) av 19

8 Figur 2.2 Vannføring i Sarpsfossen i månedene juni, juli og august Målingene ved Svaleskjær ble gjennomført i perioden innenfor de vertikalstiplede linjene (18. juni 20. august) av 19

9 3 Resultater 3.1 Strømforhold De prosesserte dataene har gjennomgått både en automatisk og en manuell kvalitetskontroll. En oppsummering av de viktigste resultatene er gitt i tabell 3.1, mens målte strømprofiler er presentert samlet i figur 3.1. Figurene 3.2 og 3.3 viser en sammenlikning av registrert strømfart ved de tre undersøkte lokalitetene. Frekvenstabeller over strømmens fart og retning ved Svaleskjær er gitt til slutt i rapporten. Strømmens retningsfordeling er vist som strømroser i Figurene 3.4. Tabell 3.1 De viktigste resultatene av strømmålingene ved Svaleskjær 18. juni 20. august St. 3 - Maksimumsfart Midlere Dominerende Strømstabilitet Svaleskjær strømfart retning Fart Retning Måledyp Dato (cm/s) ( o ) (%) (cm/s) ( o ) 2 m 22. juni , m 23. juni , m 29. juni , m 27. juni , m 5. juli , m 19. juli , Figur 3.1 Observert midlere og maksimal strømfart ved Svaleskjær - alle måledyp, glattet kurve. (Merk: Den maksimale strømprofilen representerer ikke nødvendigvis samtidige data.) av 19

10 Figur 3.2 Observert maksimal strømfart ved de tre lokalitetene (utvalgte måledyp). Figur 3.3. Observert midlere strømfart ved de tre lokalitetene (utvalgte måledyp) av 19

11 Figur 3.4 Strømmens retningsfordeling ved Svaleskjær. De sterkeste strømmene er som ventet registrert i det øverste måledypet (2 m dyp). Maksimal fart ligger her på 50 cm/s og middelstrømmen på 11 cm/s. Deretter avtar strømmen raskt med dypet. I 15 m dyp er maksimal strømfart ca. 10 cm/s, og den midlere farten 2 cm/s. Strømmen holder seg på dette nivået ned mot bunnen. Dette er beskjedne strømhastigheter. Det er en generell sammenheng mellom stor vannføring i Glomma og sterk strøm ved Svaleskjær på den måten at det er registrert sterkere strøm og større vannføring i begynnelsen av måleperioden enn mot slutten. Det er imidlertid ingen direkte sammenheng. Den dagen vannføringen var på sitt største i måleperioden (1715 m 3 /s), var den sterkeste strømmen 30 cm/s. Da strømmen var på sitt aller sterkeste (50 cm/s), var vannføringen 1247 m 3 /s eller 73 % av maks. Strømmålingene i 2 m dyp ved Svaleskjær fra 2011 viste en maksimal strøm på 46 cm/s, altså av samme størrelsesorden som denne gangen. I 2011 sviktet målingene lenger ned i vannmassene. Målingene nå viser en markert reduksjon og beskjedne strømhastigheten under sprangsjiktet. 3.2 Turbiditet Turbiditeten er et uttrykk for hvor uklart vannet er i et punkt. Turbiditetssensoren registrerer lysets spredning i vannet ved å måle hvor mye emittert lys som spres 90 tilbake til sensoren. Resultatet er korrelert med mengden oppløst materiale i vannet, men relasjonen varierer blant annet med kornstørrelsesfordelingen av 19

12 Turbiditeten ble målt i overflatelaget (2 m dyp) og 4 m over bunnen. Som under målingene i 2011, var måleren i 2 m dyp etter to måneders måleperiode sterkt begrodd. Strømmålingene, som baserer seg på utsendelse og mottak av lydbølger, forstyrres vesentlig mindre av begroing enn turbididtesmålingene, hvor det er refleksjon av utsendt lys som måles. Antydning til begroing på sensorhodet fører til unaturlig høye turbiditetsverdier. Slike unormalt høye begroings- verdier oppstod allerede etter drøyt én måned, og om lag 1. august går turbiditetssensoren i metning (figur 3.5). Fram til 22. juli var middelverdien 1,1 FTU. For turbiditetssensoren i 48 m dyp (4 m over bunnen) var det ingen begroingsproblemer (figur 3.6). Midlere verdi her var 3,2 FTU. Figur 3.5 Målt turbiditet i 2 m dyp ved Svaleskjær. De høye verdiene i siste halvdel av måleperioden skyldes begroing. Figur 3.6. Målt turbiditet i 48 m dyp (4 m over bunnen) ved Svaleskjær av 19

13 3.3 Tidevannsstrøm Alle strømdataene har blitt kjørt gjennom en harmonisk analyse for å skille ut bidraget fra tidevannsstrømmen. Resultatet av den harmoniske analysen er oppsummert i tabell 3.2. Tabell 3.2 De viktigste resultatene fra tidevannsanalysen St. 3 Midlere Midlere Maksimal Svaleskjær tidevanns- tidevanns- tidevanns- Retning på Måledyp strøm (cm/s) amplitude (cm/s) strøm (cm/s) M 2 -komponent 2 m 2,0 3,1 5,1 2 / m 0,4 0,6 1,3 104 / m 0,3 0,5 1,0 177 / m 0,6 0,9 2,4 168 / m 0,7 1,1 2,2 166 / m 0,3 0,5 0,9 175 / 355 Den harmoniske analysen viser at tidevannets effekt på strømforholdene ved Svaleskjær er beskjeden. Den rene tidevannsstrømmen er av størrelsesorden 2 cm/s eller mindre. De små hastighetene gjør det vanskelig å løse opp de enkelte tidevannskomponentene på en pålitelig måte, og de beregnede retningene i tabell 3.2 vil derfor være forbundet med noe usikkerhet av 19

14 Vedlegg Strømmålinger ved Svaleskjær 18. juni 20. august 2013 Frekvenstabeller for fart vs. retning

15 TABLE DIRECTION DISTRIBUTION OF CURRENT SPEED THE TABLE IS BASED ON DATA FROM: Svaleskjær STATION: 01 POSITION: N E DEPTH: 2 M PERIOD: EDB-CODE: 9999 SPEED NO. OF ACC. ACC.! NUMBER OF RECORDS IN 30 DEGREES SECTORS CENTERED ABOUT :! NORMAL TO INTERVAL RECORDS RECORDS FRACT.!! DIRECTIONS CM/S n/(n+1)! ! 0 90 ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! 49 4 ( > ! ! 23 0 ( > ! ! 26 0 ( > ! ! 6 0 ( > ! ! 5 0 ( > ! ! 5 0 ( > ! ! 4 0 ( > ! ! 1 0 ( > ! ! 0 0 ( > ! ! 1 0 ( > ! ! 0 0 NO OF RECORDS: ! ! PER CENT OF TOTAL :! 4.9% 15.5% 30.3% 17.7% 5.6% 3.4% 2.5% 2.5% 4.0% 3.7% 5.0% 4.8%! MEAN SPEED : 10.6 CM/S! ! MAXIMUM SPEED : 49.5 CM/S! ! MEAN SPEED : 10.6 CM/S STANDARD DEVIATION : 7.3 CM/S ENERGY OF MEAN CURRENT : 29.5 CM2/S2 MEAN NORTH VELOCITY : 3.8 CM/S STANDARD DEVIATION : 6.1 CM/S ENERGY OF FLUCTUATING CURRENT : 53.9 CM2/S2 MEAN EAST VELOCITY : 6.7 CM/S STANDARD DEVIATION : 8.4 CM/S

16 TABLE DIRECTION DISTRIBUTION OF CURRENT SPEED THE TABLE IS BASED ON DATA FROM: Svaleskjær STATION: 01 POSITION: N E DEPTH: 10 M PERIOD: EDB-CODE: 9999 SPEED NO. OF ACC. ACC.! NUMBER OF RECORDS IN 30 DEGREES SECTORS CENTERED ABOUT :! NORMAL TO INTERVAL RECORDS RECORDS FRACT.!! DIRECTIONS CM/S n/(n+1)! ! 0 90 ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! 0 18 ( > ! ! 0 0 ( > ! ! 0 0 NO OF RECORDS: ! ! PER CENT OF TOTAL :! 26.7% 11.5% 6.7% 4.3% 2.9% 2.8% 1.4% 0.9% 1.4% 2.8% 9.1% 29.5%! MEAN SPEED : 2.7 CM/S! ! MAXIMUM SPEED : 12.3 CM/S! ! MEAN SPEED : 2.7 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.5 CM/S ENERGY OF MEAN CURRENT : 2.0 CM2/S2 MEAN NORTH VELOCITY : 1.9 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.8 CM/S ENERGY OF FLUCTUATING CURRENT : 2.7 CM2/S2 MEAN EAST VELOCITY : -0.4 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.5 CM/S

17 TABLE DIRECTION DISTRIBUTION OF CURRENT SPEED THE TABLE IS BASED ON DATA FROM: Svaleskjær STATION: 01 POSITION: N E DEPTH: 20 M PERIOD: EDB-CODE: 9999 SPEED NO. OF ACC. ACC.! NUMBER OF RECORDS IN 30 DEGREES SECTORS CENTERED ABOUT :! NORMAL TO INTERVAL RECORDS RECORDS FRACT.!! DIRECTIONS CM/S n/(n+1)! ! 0 90 ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! 0 49 ( > ! ! 0 6 ( > ! ! 0 0 NO OF RECORDS: ! ! PER CENT OF TOTAL :! 16.2% 6.4% 4.8% 6.3% 12.8% 14.0% 4.7% 2.9% 2.3% 2.8% 5.7% 21.2%! MEAN SPEED : 2.2 CM/S! ! MAXIMUM SPEED : 10.1 CM/S! ! MEAN SPEED : 2.2 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.4 CM/S ENERGY OF MEAN CURRENT : 0.2 CM2/S2 MEAN NORTH VELOCITY : 0.5 CM/S STANDARD DEVIATION : 2.1 CM/S ENERGY OF FLUCTUATING CURRENT : 3.1 CM2/S2 MEAN EAST VELOCITY : 0.1 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.4 CM/S

18 TABLE DIRECTION DISTRIBUTION OF CURRENT SPEED THE TABLE IS BASED ON DATA FROM: Svaleskjær STATION: 01 POSITION: N E DEPTH: 30 M PERIOD: EDB-CODE: 9999 SPEED NO. OF ACC. ACC.! NUMBER OF RECORDS IN 30 DEGREES SECTORS CENTERED ABOUT :! NORMAL TO INTERVAL RECORDS RECORDS FRACT.!! DIRECTIONS CM/S n/(n+1)! ! 0 90 ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! 0 83 ( > ! ! 0 22 NO OF RECORDS: ! ! PER CENT OF TOTAL :! 24.2% 6.5% 3.5% 2.9% 4.9% 9.8% 9.9% 4.6% 3.2% 3.1% 6.0% 21.6%! MEAN SPEED : 2.3 CM/S! ! MAXIMUM SPEED : 11.8 CM/S! ! MEAN SPEED : 2.3 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.8 CM/S ENERGY OF MEAN CURRENT : 0.5 CM2/S2 MEAN NORTH VELOCITY : 0.9 CM/S STANDARD DEVIATION : 2.5 CM/S ENERGY OF FLUCTUATING CURRENT : 3.6 CM2/S2 MEAN EAST VELOCITY : -0.3 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.1 CM/S TABLE DIRECTION DISTRIBUTION OF CURRENT SPEED

19 THE TABLE IS BASED ON DATA FROM: Svaleskjær STATION: 01 POSITION: N E DEPTH: 40 M PERIOD: EDB-CODE: 9999 SPEED NO. OF ACC. ACC.! NUMBER OF RECORDS IN 30 DEGREES SECTORS CENTERED ABOUT :! NORMAL TO INTERVAL RECORDS RECORDS FRACT.!! DIRECTIONS CM/S n/(n+1)! ! 0 90 ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! 0 82 ( > ! ! 0 4 NO OF RECORDS: ! ! PER CENT OF TOTAL :! 25.4% 8.8% 5.1% 4.5% 4.6% 6.3% 5.4% 4.2% 3.5% 4.5% 7.2% 20.6%! MEAN SPEED : 1.9 CM/S! ! MAXIMUM SPEED : 9.0 CM/S! ! MEAN SPEED : 1.9 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.4 CM/S ENERGY OF MEAN CURRENT : 0.7 CM2/S2 MEAN NORTH VELOCITY : 1.1 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.8 CM/S ENERGY OF FLUCTUATING CURRENT : 2.1 CM2/S2 MEAN EAST VELOCITY : -0.2 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.0 CM/S

20 TABLE DIRECTION DISTRIBUTION OF CURRENT SPEED THE TABLE IS BASED ON DATA FROM: Svaleskjær STATION: 01 POSITION: N E DEPTH: 50 M PERIOD: EDB-CODE: 9999 SPEED NO. OF ACC. ACC.! NUMBER OF RECORDS IN 30 DEGREES SECTORS CENTERED ABOUT :! NORMAL TO INTERVAL RECORDS RECORDS FRACT.!! DIRECTIONS CM/S n/(n+1)! ! 0 90 ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! ( > ! ! 1 22 ( > ! ! 0 0 NO OF RECORDS: ! ! PER CENT OF TOTAL :! 23.8% 6.7% 3.7% 3.5% 5.4% 12.4% 13.3% 4.5% 2.7% 2.7% 4.4% 16.9%! MEAN SPEED : 1.6 CM/S! ! MAXIMUM SPEED : 8.2 CM/S! ! MEAN SPEED : 1.6 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.1 CM/S ENERGY OF MEAN CURRENT : 0.1 CM2/S2 MEAN NORTH VELOCITY : 0.5 CM/S STANDARD DEVIATION : 1.8 CM/S ENERGY OF FLUCTUATING CURRENT : 1.9 CM2/S2 MEAN EAST VELOCITY : -0.1 CM/S STANDARD DEVIATION : 0.8 CM/S

21 Teknologi for et bedre samfunn