Bymoen - Styggedalen Fagrapport Hydrologi Strekning 4 Andre utgave URIBE EM MBr 01A Første utgave 03.07.2017 URIBE EM MBr 00A Høringsutgave 28.04.2017 URIBE EM MBr Revisjon Revisjonen gjelder Dato Utarb. av Kontr. av Godkj. av Sider: 46 Tittel: Bymoen - Styggedalen Fagrapport Hydrologi Strekning 4 Produsert av: Prod.dok.nr.: Erstatter: Erstattet av: Prosjekt: 960297 - Fellesprosjektet Dokumentnummer: Revisjon: Parsell: 40 Drift dokumentnummer: Drift rev.:
2 av 46 FORORD Samferdselsdepartementet har bedt Bane Nor og Statens vegvesen om å igangsette planlegging av videre planlegging av E16 Skaret Hønefoss. Samferdselsdepartementet har gitt premisser for planarbeidet. E16 Høgkastet Hønefoss skal gjennomføres som et fellesprosjekt med en felles reguleringsplan. Planprosessen skal gjennomføres som statlig reguleringsplan, med Kommunal og moderniserings-departementet som planmyndighet. Av praktiske grunner er arbeidet med planområdet delt i 5 strekninger: Strekning 1: Ringeriksbanen fra Jong til Sundvollen Strekning 2: E16 fra Skaret til Høgkastet, gjennomføres som et eget prosjekt, skilt ut fra fellesprosjektet Strekning 3: Ringeriksbanen fra og med Sundvollen stasjon og E16 Høgkastet til Bymoen Strekning 4: E16 fra Bymoen til Styggedalen Strekning 5: E16 fra Styggedalen til og med Hønefoss stasjon og krysset på E16 ved Ve. Foreliggende fagrapport, Fagrapport Hydrologi Strekning 4, inngår i arbeidet med teknisk plan / detaljplan som er en del av grunnlaget for reguleringsplanene som legges frem for offentlig ettersyn våren 2018.
3 av 46 INNHOLDSFORTEGNELSE FORORD... 2 INNHOLDSFORTEGNELSE... 3 SAMMENDRAG... 4 1 INNLEDNING... 7 1.1 PROBLEMSTILLING... 7 1.2 BAKGRUNN FOR VURDERINGER... 7 2 BESKRIVELSE AV VASSDRAG, ELV OG KRYSSINGSOMRÅDET... 8 2.1 BESKRIVELSE AV VASSDRAG... 8 2.2 BESKRIVELSE AV ELVA... 9 2.3 VERNEDE/FORESLÅTT VERNEDE OMRÅDER... 9 3 2D-BEREGNINGER... 11 3.1 HYDRAULISK MODELL... 11 3.2 FLOMFORLØP... 13 4 VANNSTANDSENDRINGER... 15 4.1 ALTERNATIV A LANG BRU... 15 4.2 ALTERNATIV B 600 M LANG FYLLING PÅ MÆLINGEN... 15 4.2.1 Søyler i elveløpet... 16 4.2.2 Begrensinger i modellen... 17 5 ENDRINGER I HASTIGHETER... 18 5.1 ALTERNATIV A LANG BRU... 18 5.2 ALTERNATIV B 600 M LANG FYLLING PÅ MÆLINGEN... 18 5.2.1 Søyler i elveløpet... 20 6 FARE FOR EROSJON... 21 6.1 BEFARING I FORBINDELSE MED VURDERING AV FARE FOR EROSJON... 22 6.2 HASTIGHETER VED KRYSSING UTEN SØYLER I ELVA... 25 6.3 FØLSOMHETSANALYSE... 28 6.4 BRU MED SØYLER I ELVELØPET... 28 6.5 DIMENSJONERING AV EROSJONSSIKRING I ELVEBREDDER... 29 6.6 EROSJONSSIKRING AV SØYLEFUNDAMENTER I ELVELØPET... 31 7 ENDRINGER I STRØMNINGSFORHOLD... 34 7.1 AVRENNING MOT SYNNEREN VED FLOM... 34 7.2 AVRENNING MOT ØSTRE (ØVRE) DELEN AV SYNNEREN I EN NORMAL SITUASJON... 37 7.3 FLOM OG OVERSVØMMELSE... 38 7.4 AVBØTENDE TILTAK... 39 8 OPPSUMMERING... 43 9 DOKUMENTINFORMASJON... 44 9.1 DOKUMENTHISTORIKK... 44 9.2 REFERANSELISTE... 44 10 VEDLEGG... 45 10.1 DIMENSJONERING AV EROSJONSSIKRING AV STEIN... 45
4 av 46 SAMMENDRAG Problemstilling Det er vurdert to alternative løsninger for kryssing av veg og bane over Mæling: alternativ A på lang bru eller alternativ B med fylling på deler av strekningen. Det er for begge alternativene undersøkt endringer i vannstand og strømningsforhold ved en flomsituasjon. Alternativ A vil ha liten effekt på strømningsforhold i en flomsituasjon. Det er videre vurdert i hvilken grad kryssingsalternativ B kan føre til endringer av dagens strømningsforhold i en flomsituasjon i Storelva og Mælingen. I tillegg er det vurdert behov for erosjonssikring i elvebredder og i elvebunn dersom bru over Storelva er bygd med søyler i elveløpet. Dette gjelder både alternativ A og B. Metode Lokale strømningsforhold som vannstand, hastigheter og strømretning er vurdert ved bruk av en todimensjonal hydraulisk modell. Den hydrauliske modellen er basert på oppmålte profiler og ekkolodd i elveløpet og laserdata på flomslettene. Det er laget en modell for dagens situasjon, en modell for kryssing med alternativ A (lang bru) og en modell for kryssing med alternativ B (600 m lang fylling på Mælingen). For alternativ A er det modellert 200-årsflom. For alternativ B er det modellert tre flomsituasjoner: 200-årsflom, en ca. 50-årsflom og en ca. 10-årsflom. I tillegg til vannstand- og hastighetsendringer, er det beregnet endringer av vannmengde som renner fra Storelva mot Synneren ved forskjellige flommer. Dette med bakgrunn at Synneren er et naturreservat og det er ikke ønskelig å forstyrre vannbalansen i denne kroksjøen. Etter de første resultatene av simuleringene ble det for kryssing med alternativ B også aktuelt å vurdere tiltak for å kompensere reduksjonen av vannføring mot Synneren som følge av fyllingen. Tiltaket som er vurdert er en forsenkning i terrenget vest eller nord for fyllingen. Det er ønskelig at tiltaket bidrar til å etterligne dagens situasjon, spesielt for flommer som kommer relativt ofte. Derfor er effekten av tiltaket vurdert bare ved 10- og 50-årsflom. Det er vurdert forsenkning med bredder: 40 og 80 meter (henholdsvis tiltak 1 og tiltak 2) vest for fyllingen og en med bredde 60 meter (tiltak 3) nord for fyllingen. Vannstandsendringer Ringeriksbanen, E16 og bolighus bør være sikret mot en 200-årsflom. Kryssing av Mælingen med alternativ A (lang bru) vil ikke forårsake endringer i vannstander ved en 200-årsflom (endringene er innenfor ± 1 cm). Alternativ B (bare fylling, uten tiltak): Fyllingen på Mælingen vil forårsake oppstuvning av vannet som kommer fra Storelva øst for fyllingen. Ved en 200-årsflom vil vannstandsøkningen forplante seg oppover Storelva, opp til E 16 bru. Vannstandsøkningene i elveløpet er forholdsvis lave, mellom 2 og 4 cm. Lokalt, øst for kryssingen, vil vannstandsøkning være opp til 8-10 cm. Det vurderes at 6 boliger, 2 hytter og ca. 15-20 bygg tilknyttet landbruk vil ha en økning i vannivå ved en 200-års flom som følge av den prosjekterte kryssingen. Økningen i vannivå er mellom 2 og 9 cm, med den største økningen øst for fyllingen. Ved en ca. 50-årsflom (1967-flom) vil man få bare lokale vannstandsøkninger (øst for fyllingen) opp til 10-15 cm. Søyler i elveløpet: Denne situasjonen ble modellert bare for alternativ B. Resultater fra modelleringen viser at søylene vil ikke påvirke maksimal vannstand ved 200-årsflommen, sammenliknet med alternativ B. Endringer i hastigheter Generelt vil kryssingen over Storelva og Mælingen ha liten påvirkning på vannhastigheter i elveløpet antatt en bru uten søyler i elva. Alternativ A (lang bru): Økning i vannhastigheter i elveløpet mindre enn 0,05 m/s.
5 av 46 Alternativ B (bare fylling, uten tiltak): De største endringene oppstår på flomslettene, nær fyllingsføttene. I Storelva ved Helgelandsmoen øker hastigheten med ca. 0,10 m/s. Dette forklares av at mer vann renner i Storelva i en situasjon med fylling. Generelt er hastighetene på flomslettene forholdsvis lave, under 0,5 1,0 m/s. Med fyllingen og ved en 200-årsflom vil hastigheten på enkelte steder på nordre siden av Mælingen være opp til 1,1 m/s. Lokale hastigheter rundt fyllingen på Mælingen vil være opp mot 1,0 m/s. På vestre side av fyllingen på Helgelandsmoen vil lokale hastigheter være mellom 1,5 og 2,0 m/s. Søyler i elveløpet: Denne situasjonen ble modellert bare for alternativ B. Strømningsareal ved flommer innenfor elvebreddene vil bli noe redusert pga. søylene. Økningen av hastighet i elveløpet mellom søylene sammenliknet med B-alternativ (uten søyler) er generelt 0,1 m/s. Økningen i hastigheten mellom søylene i forhold til dagens situasjon er opptil 0,2 m. På enklere steder, nær yttersvingen, er økningen mellom 0,3 og 0,5 m/s. Vurdering av fare for erosjon Storelva er en meandrerende elv og derav følger en fare for erosjon. Prosjektet vurderer tiltak i områder som kan påvirke trase direkte. Disse er yttersvingen i vestre løpet ved Froksøya, yttersvingen i Storelva ved Helgelandsmoen og der østre løpet ved Froksøya treffer elvebredden på Mælingen. I yttersvingen i Storelva ved Helgelandsmoen og ved en 200-årsflom, vil man få hastigheter opp til 2,0 2,1 m/s. Her er det tegn til erosjon. Per i dag finnes det erosjonssikring med stein på dette stedet. Sikringen er til dels ødelagt og er ikke bygd høyt nok. Øverste delen av skråningen er ikke erosjonssikret. Omfanget av erosjonssikring under vannspeilet er ikke undersøkt i detalj. I yttersvingen ved det nordre løpet av Storelva ved Froksøya finnes det erosjonssikring laget av pæler. Sikringen er til dels ødelagt. Vi har ikke undersøkt tilstanden under vannspeilet. De eksisterende erosjonssikringene bør erstattes for at kryssing av veg og bane over Mælingen skal få tilfredsstillende sikkerhet mot skader som følge av erosjon ved flomsituasjoner og en rask utvidelse av meander. Dette gjelder både Alternativ A og B. Sikringen bør legges opp til en 200-årsflom vannstand eller toppen av skråningen dersom vann renner over elvebredden. I tillegg bør det tas hensyn til at erosjon på elvebunnen kan forekomme. Langs Storelva ved Helgelandsmoen er det anbefalt utslaking av skråning, masseutskifting og erosjonssikring med stein. Dersom man ikke ønsker å berøre elvebunn eller elveskrent i Storelva ved Helgelandsmoen, er det vurdert en alternativ mulighet med permanent støttekonstruksjon som kan bygges uten å berøre elv/elvebredd. Langs Froksøya anbefales det erosjonssikring utført med stein og ved behov utslaking av skråningen. Det er ikke ønskelig å berøre elveløpet der østre løpet ved Froksøya treffer elvebredden pga. nærheten til bebyggelser og hensyn til habitat. Det er derfor vurdert en løsning som vil sikre selve traseen ved eventuell erosjon og utgraving på dette stedet. Det er planlagt å ha en grøft med stein som vil rulle ned i tilfelle at erosjon forkommer (på engelsk heter det «launching apron» og brukes ofte ved elvebredder). Søyler i elva: Det er vurdert at erosjonsfare kan håndteres på to måter (eller en blanding av de to): Fundamentene føres så dypt ned at de ikke blir skadet av erosjon. Dette kan gjerne suppleres m/erosjonssikring. Dette kan være utfordrende og dyrt. Plastring av elvebunn i hele elveløpet opp- og nedstrøms for bruene. I elver med finkornet materiale kan det bli vanskelig å få en varig erosjonssikring. Dette bør suppleres med tilsyn og kontroll. Dybder på fundament og type erosjonssikring av fundamentene er et svært viktig tema som må ses på mer i detalj dersom alternativet med søyler i elv videreføres. Vannføring fra Storelva mot Synneren ved flom (gjelder kryssing med alternativ B) Det er utført undersøkelser og beregninger for å finne ut hvordan overflateavrenningen til Synneren fungerer og hvordan denne blir påvirket av å bygge en fylling på Mælingen. Simuleringene viser at
6 av 46 fyllingen på Mælingen vil redusere vannmengden som renner mot Synneren ved flom. Overflateavrenning mot Synneren ved flom er vesentlig større enn overflateavrenning på eget felt pga. regn og snøsmelting (estimert fra normalavrenningskart). Det er derfor undersøkt tiltak for å opprettholde dagens avrenningsmønster. Det ble funnet ut at ved å senke terrenget langs vestre siden av fyllingen eller nord for fyllingen vil man forbedre avrenningsmulighetene mot kroksjøen. Vi har modellert forsenkning med tre design: tiltak 1, tiltak 2 og tiltak 3. Akkumulert vannvolum som renner mot Synneren under de modellerte flommene og situasjonene er vist i Tabell 1. Tabell 1 Akkumulert vannvolum som renner mot Synneren ved flom (mill. m 3 ). Situasjon Flom 1987 (ca. 10-årsflom) Flom 1967 (ca. 50-årsflom) Dagens 3,9 26,4 Alt. B uten tiltak 1,5 16,2 Alt. B med tiltak 1 5,2 21,9 Alt. B med tiltak 2 5,7 Ikke simulert Alt. B med tiltak 3 4,6 30,2 Alternativ B uten tiltak vil medføre en reduksjon av vannføring mot Synneren ved flommer større enn ca. 10-årsflom. Med senkning av terrenget langs eller nord for fyllingen kan dagens avrenning mot Synneren ved flom beholdes rimelig uendret.
7 av 46 1 INNLEDNING Oppdraget omfatter utarbeidelse av teknisk detaljplan og reguleringsplan med KU for Ringeriksbane Sandvika-Hønefoss og ny E16 Skaret-Hønefoss (FRE16). Denne rapporten presenterer vurderinger av strømningsforholdene ved kryssing av Storelva og Mælingen. 1.1 Problemstilling Det foreligger to alternativer for kryssing av Storelva og Mælingen: A Lang bru B Kombinasjonsløsning med to bruer med 600 m lang fylling imellom Det vurderes i hvilken grad kryssingsalternativene kan føre til endringer og forverring av den eksiterende flomsituasjon i Storelva og Mælingen. I tillegg ønsker man å undersøke strømningsforholdene ved kryssingen med hensyn til byggeteknikk. Alternativ A Lang bru har lite påvirkning av flomsituasjonen da vann lettere vil strømme rundt søylene. Ved alternativ B vil fyllingen ligge på flomsletta og antakelig i vannveien mellom Storelva og Synneren. Hovedsakelig skal det vurderes: Lokale flomvannstander (Alternativ A og B) og hastigheter i en flomsituasjon (Alternativ A og B) Behov for erosjonssikring i elvebredder (gjelder både Alternativ A og B) Behov for erosjonssikring i elvebunnen (gjelder både Alternativ A og B) Vannutskifting i Synneren (Alternativ B) 1.2 Bakgrunn for vurderinger Det er tidligere utført vurderinger av flom og strømningsforhold i Storelva i forbindelse med vurdering av alternativer og optimalisering av kryssing over Storelva. Denne rapporten samler viktige konklusjoner fra tidligere vurderinger og supplerer med nye beregninger. Nedenfor er tidligere vurderinger kort omtalt. Flom vurdering - ny E16 og Ringeriksbane (delstrekning 4) kryssing av Storelva (Norconsult, 2015) (ref. 1). Vurdering av vannstandsendringer pga. kryssing over Storelva og Helgelandsmoen. Vurderingen er basert på beregninger med en en-dimensjonal hydraulisk modell. Modellen er basert på NVEs flomsonekart: profiler, flommer og vannstand i Tyrifjorden. Utforming av kryssing over Storelva og Mælingen var annerledes enn i dag. Resultatene fra modelleringen antyder at bygging av bruer med pilarer i elveløpet og fylling i flomutsatte område vil forårsake forholdsvis små vannstandsøkninger. Det ble anbefalt å se nærmere på flomforholdene hvis en av disse to trasealternativene blir valgt for bygging. N-NAA 003 Vannstand ved Tyrifjorden og Storelva ved Helgelandsmoen (ref. 2, vedlagt i ref. 11). Vannstand i Storelva ved Helgelandsmoen er svært avhengig av vannstand ved Tyrifjorden. I dette notatet er det vurdert vannstand og vannføring i Tyrifjorden og Storelva ved Helgelandsmoen ved forskjellige gjentaksintervall. Det er utarbeidet et flomforløp for en 200-årsflom. N-NAA 018 Overflateavrenning ved kryssing av Storelva og Mælingen (ref. 3, vedlagt i ref. 11). Dette Notatet vurderer effekten fyllingen har på overflateavrenning i en normal situasjon og i en flomsituasjon. Vurderingene er basert på en 1-dimensjonal hydraulisk modell og høyder på terrenget. Det er også vurdert antall bygg som kan få en verre flomsituasjon som følge av vannstandsøkningen pga. fylling. Opptelling av berørte bygg er utført konservativt pga. de komplekse strømningsforholdene. Flomsituasjon i Storelva har en klar to-dimensjonal strømning fordi vannet vil renne ut av elveløpet over de store flomslettene. Det er derfor ønskelig å utarbeide en to-dimensjonal hydraulisk modell som vil gi mer detaljert informasjon om lokale strømningsforhold (vannstand, hastigheter og strømretning).
8 av 46 2 BESKRIVELSE AV VASSDRAG, ELV OG KRYSSINGSOMRÅDET 2.1 Beskrivelse av vassdrag Nedbørfeltet utgjøres i hovedsak av to store dalfører, Begnadalen-Ådalen og Dokka-Land- Randsfjorden. Nedenfor Sperillen kalles elva Ådalselva. Nedenfor Randsfjorden kalles elva Randselva. Begge elvene møtes i Hønefoss og elva kalles herifra og ned til Tyrifjorden Storelva. Figur 1 viser nedbørfeltet til Storelva ved Helgelandsmoen, som har et areal på 8666 km 2 (ca. utløp i Tyrifjorden). Storelva renner ut i Tyrifjordens nordvestre del, Nordfjorden. Her renner også Sokna ut med et nedbørfelt på 624 km 2. Totalt har Tyrifjorden et nedbørfelt på 9955 km 2.Størrelser på nedbørfeltene er hentet fra ref. 1 og gjengitt i Tabell 2. Figur 1 Nedbørfelt til Storelva ved Helgelandsmoen. Tabell 2 Nedbørfeltarealer (fra ref. 4) Nedbørfelt Areal (km 2 ) Ådalselva ved utløp av Sperillen 4605 Ådalselva ved samløp med Randselva 4859 Randselva ved utløp av Randsfjorden 3702 Randselva ved samløp med Ådalselva 3771 Storelva ved samløp Randselva og Ådalselva 8630 Storelva ved utløp i Tyrifjorden 8666 Tyrifjorden 9955
9 av 46 Vassdraget er regulert. Kraftutbyggingen har skjedd gradvis fra begynnelsen av forrige århundre. I Begnadalen begynte reguleringene med Sperillen i 1904. Den største utbyggingen kom omkring 1947, og reguleringene fortsatte til 1967. Randselva har vært regulert siden 1912 da Randsfjorden ble regulert. Det siste store inngrepet i dette vassdraget var utbyggingen av Dokka i 1989. Reguleringsmagasinene oppstrøms Storelva har en total lagringskapasitet på noe over 1700 mill. m 3. Det tilsvarer drøyt 30 % av midlere årlig tilsig i Storelva. Storelva renner ut i Tyrifjorden som ble regulert i 1906. Tyrifjorden har et magasinvolum på 134 mill. m³ (ref. 4). På grunn av reguleringene i vassdraget er vintervannføringene relativt store. Vannføringen er vanligvis størst i mai og begynnelsen av juni i forbindelse med snøsmelting. De største flommene opptrer enten som en følge av regn og snøsmelting om våren eller som en følge av kraftig regnvær om høsten (ref. 4). Flomanalysene har vist at vårflommer i mai, juni er dominerende i hovedvassdragene. Men store flommer forekommer også senere på sommeren og utover høsten. 2.2 Beskrivelse av elva Randselva (nedstrøms Randsfjorden) og Storelva meandrerer mot Tyrifjorden. Fallet i Storelva mellom Hønefoss og innløp til Tyrifjorden er ca. 0,24. I området rundt Mælingen er vannstand i Storelva svært avhengig av vannstand i Tyrifjorden. Elva renner gjennom sandige fluviale avsetninger. Det finnes flere forbygginger og erosjonssikringer i Storelva mellom Hønefoss og Tyrifjorden, som vist i Figur 2. Ikke alle forbygginger er registrert i NVEs database (Figur 2). Ved befaring har det vært observert erosjonssikring i Storelva ved Helgelandsmoen og Snadden. Figur 2 Erosjonssikring i Storelva mellom Hønefoss og Tyrifjorden (kilde: NVE Atlas). 2.3 Vernede/foreslått vernede områder Traseen krysser viktige og svært viktige naturområder, som vist i Figur 3. Kroksjøen Synneren er et vernet område. I tillegg finnes det flomdammer og meandrerende elveparti. Landhevningen etter siste istid har bevirket at meanderbuer har blitt avsnørt fra Storelva. Lamyra naturreservat ligger i en meget eldre og stort sett gjengrodd meander, mens Synneren og Juveren er yngre vannfylte meandere (ref. 5).
10 av 46 Synneren naturreservat: Kroksjøen Synneren er omgitt av gårdsbruk og jorder. Inne i kroksjøen ligger halvøya Odden med et gårdsbruk og flere hytter. Synneren har et kort utløp til Storelva i sørvest og påvirkes av vannstanden i denne (ref. 5). Det er viktig å merke at en kroksjø som Synneren befinner seg i en naturlig gjengroingsprosess. I kroksjøen er det helt andre sedimentasjonsforhold enn i et fritt elveløp og en får en netto sedimentasjon. Reduksjon og utjevning av flommer og maksimumvannstand, som følge av regulering, har ført til mindre vanntilførsel til kroksjøene. Flommenes evne til å "rense" kroksjøene for innestengt vann (såkalte spyleflommer) er derfor blitt redusert (ref. 5). Figur 3 Strekning 4 med kryssing over Storelva og Mælingen kart med naturområder (kilde: Miljødirektoratet, «naturbase»)
11 av 46 3 2D-BEREGNINGER For å undersøke effekten av fyllingen er det modellert tre flommer i dagens situasjon og med den planlagte kryssingen. 3.1 Hydraulisk modell Det er benyttet HEC-RAS 2D verktøy for de hydrauliske beregningene. En 2D-modell kan modellere hvordan vannet oppfører seg når det renner over elvebankene, og den kan beregne lokale hastigheter på tvers av strømretningen. Dette gjør 2D-modeller godt egnet til å vurdere endringer i strømningsforhold og erosjonsutsatte områder. Det er utarbeidet en terrengmodell for området basert på laserdata. Laserdataene består av skypunkter som inneholder prosesserte XYZ-data for bakkenivå (der infrastruktur som bygninger og bruer er trukket fra). Basert på skypunktene er det generert en terrengmodell (DEM) av området med en gridoppløsning på 1 x1 m. I elveløpet gir skypunktene kun vannstanden, ettersom laserskanningen ikke klarer å trenge gjennom vann. For å representere elvebunnen korrekt er det derfor benyttet profilene som NVE oppmålte i forbindelse med utarbeidelse av «Flomsonekart- delprosjekt Hønefoss» (ref. 6). I tillegg er det benyttet ekolodding i elvebunnen for området nær der FRE16 kryssingen planlegges bygget. Dagens terreng er modifisert iht. endringene i terrenget med den planlagte kryssingen. Dette er hovedsakelig fyllingen på Mælingen, fyllingen på Helgelandsmoen og fjerning av travbanen på Mælingen. Figur 4 viser terrengmodellene for dagens situasjon og med den planlagte kryssingen. Figur 4 Terrengmodeller for dagens situasjon og med den planlagte kryssingen (alt A og B). Figur 5 Terrengmodell for bru over Storelva med søyler i elveløpet.
12 av 46 Det er laget et grid med celler på ca. 5 x 5 m, som vist i Figur 6. Brupilarene er ikke enkelt å representere direkte i den hydrauliske modellen og disse er for alternativ B simulert ved å legge inn vannførende områder mellom som kulverter, som vist i Figur 7. Dette vil gi et ekstra energitap når vannet strømmer gjennom kulvertene. Bunnivåene til kulvertene er tilpasset dagens terreng, men bør ligge litt høyere enn terrenget med hensyn til simuleringene. Dette kan forårsake små unøyaktigheter. For alternativ A er det lagt inn søylene og fundamenter som en del av terreng. I modellen er det tatt høyde for at fundamentene kan være synlig over bakken og er modellert med toppen på kote 66. Pga. at cellstørrelsen i modellen (ca. 5 x 5 m) er relativ stor sammenlignet med størrelsen på søylene (2-3 m) og fundamentene (ca. 17 x 7 m og 8 x 5 m), vil modellering av søylene og fundamentene være noe grov. Figur 5 viser terrengmodell for bru over Storelva med søyler i elveløpet. Denne situasjonen er bare modellert for alternativ B, fylling på Mælingen. Som øverste grensebetingelse er det lagt inn vannføring (flomforløp) og i den nederste grensebetingelse er det lagt inn vannstand i Tyrifjorden. Disse er omtalt i kapittel 3.2. Figur 6 2-D modell Figur 7 Representasjon av brusøylene som kulverter for alternativ B
13 av 46 3.2 Flomforløp Det er utført hydrauliske beregninger ved tre flomsituasjoner: 200-årsflom Flom fra 1967 (som tilsvarer ca. en 50-årsflom) Flom fra 1987 (som tilsvarer ca. en 10-årsflom) Data for 1967- og 1987-flommene er hentet fra NVEs database Hydra II. For 1967-flommen er det brukt verdier fra serien 12.85.0.1001.32, som er en konstruert/sammensatt serie for vannføringer i Storelva ved utløp i Tyrifjorden i perioden 1937-79 (ref. 4). For flommen i 1987 er det brukt verdier fra dataserien 12.85.0.1001.33 (konstruert serie for perioden 1869 2001). En konstruert serie er laget ved å plusse og/eller skalere data fra ovenfor- eller nærliggende målestasjoner. Dvs. det finnes ikke en målestasjon på dette stedet, i dette tilfelle Storelva ved utløp i Tyrifjorden. Vannstand i Tyrifjorden er hentet fra VM 12.65 Skjerdal. Flomforløpene er vist i Figur 8 og Figur 9. I forbindelse med flomberegninger for dammer i Drammensvassdraget har Norconsult en rutingsmodell fra vassdraget. 200-årsflom, vist i Figur 10, er beregnet ved bruk av denne modellen. Figur 8 Konstruert flom i 1967.
14 av 46 Figur 9 Konstruert flom i 1987. Figur 10 200-årsflom beregnet med en rutingsmodell. Av figurene ovenfor ser man at flommene i Storelva ved utløp i Tyrifjorden varer i flere dager og vannføringsendringer skjer relativ sakte. Flommene vil ofte komme etter en periode med snøsmelting og regn (om våren), men de kan også bli forårsaket av en lang nedbørhendelse (om høsten). Det er bare noen få høstflommer som er blitt registrert i Storelva. I tillegg ser man at flomtoppen i Tyrifjorden kommer etter flomtoppen i Storelva. I området rundt Mælingen er vannstand i Storelva avhengig av vannstand i Tyrifjorden og derfor er det ikke en lineær relasjon mellom vannføring og vannstand i Storelva (også omtalt som hysterese).
15 av 46 4 VANNSTANDSENDRINGER 4.1 Alternativ A lang bru Kryssing av Mælingen med en lang bru vil ikke forårsake endringer i vannstander ved en 200-årsflom, som vist Figur 11 (endringene er innenfor ± 1 cm). Det vil strømme mindre vann til det gamle elveløpet sør for Storelva ved Helgelandsmoen. Figur 11 Vannstandsendringer: kryssing som alternativ A sammenlignet med dagens situasjon, 200-årsflom. 4.2 Alternativ B 600 m lang fylling på Mælingen Den planlagte fyllingen på Mælingen vil forårsake noe oppstuvning for vannet som kommer fra øst, som vist i Figur 12 og Figur 13. Ved en 50-års flom (som flommen fra 1967) vil maksimal vannstandsøkning øst for fyllingen være ca. 10-15 cm. Ved en 200-årsflom vil vannstandsøkning øst for fyllingen være opp til 9 cm. Området vest for fyllingen vil få en liten reduksjon i vannstand (markert med grønn farge i Figur 12 og Figur 13). Dette forklares med at mindre vann vil renne denne veien pga. fyllingen. Vannstandstigning i selve elveløpet oppstrøms kryssingen ved en 50-års flom er ubetydelig. Ved en 200-årsflom vil vannstandsøkning i elveløpet være mellom 2 og 4 cm. Dette vurderes å være lavt. Tabell 3 viser bygg som vil få en økning i vannivå som følge av den prosjekterte kryssingen ved en 200-årsflom. Disse byggene er allerede berørt ved en 200-årsflom.
16 av 46 Tabell 3 Bygg som vil få en økning i vannivå ved en 200-års flom som følge av kryssing med alternativ B. Sted Vannstandsøkning Berørte bygg (cm) Mælingen, øst for fylling 8 2 boliger, 7 bygg tilknyttet landbruk. Mælingen, under bru 2 2 boliger som skal utløses Mælingen, nord 4 1 bygg tilknyttet landbruk Sør side av Storelva, Snadden - Lamyra 3 1 garasje/anneks, 1 bygg tilknyttet industri, 1 bygg tilknyttet forretning Busund 3 2 boliger, 1 hytte, 1 lagerhall, 3 bygg tilknyttet landbruk Juveren 3 1bolig, 1 hytte, 3 små bygg Figur 12 Vannstandsendringer: situasjon med fylling sammenlignet med dagens situasjon, flom 1967. 4.2.1 Søyler i elveløpet Bru over Storelva har tre søylegrupper inn i selve elveløpet. Søylene er avrundet med en diameter på 2 meter og 3 m i lengde (Figur 5). Plassering av søylene kan optimaliseres slik at disse blir plassert i strømretningen. Denne situasjonen ble modellert bare for alternativ B. Resultater fra modellering viser at søylene ikke vil påvirke maksimal vannstand ved 200-årsflommen sammenliknet med alternativ B. Modellen er noe grov i forhold til størrelse på søylene, men gitt hastigheter og geometrien til søylene er det ikke forventet at søylene vil forårsake oppstuvning.
17 av 46 Figur 13 Vannstandsendringer: situasjon med fylling sammenlignet med dagens situasjon, 200- årsflom. 4.2.2 Begrensinger i modellen Figur 13 viser en vannstandsøkning på ca. 5 cm øst for brua over Mælingen (nord for fyllingen). Dette kan skyldes at brusøylene er forenklet til kulvertene i modellen. For en 200-årsflom vil beregnede vannstandsendringer nå ytterkanten til modellen ved oppstrøms ende. Vannstandsendringen er på dette stedet 2 cm. Beregnet vannstand rett nedstrøms bru E16 ligger ca. 0,75 m lavere enn underkant bru (gitt i ref. 6) og derfor vil den beskjedne økningen i vannstand ikke ha noe betydning for brua. Gitt den beskjedne vannstandstigningen vurderes det som lite hensiktsmessig å utvide modellen. Busund brua er ikke lagt inn i modellen som struktur. Vannstanden ved en 200-årsflom ligger ca. 0,40 m lavere enn underkant bru (gitt i ref. 6) og brukonstruksjonen har bare en 1,2 m bred søyle nær elvebredden. Derfor vurderes det at modellen uten bru er tilfredsstillende.
18 av 46 5 ENDRINGER I HASTIGHETER 5.1 Alternativ A lang bru Figur 14 viser kart med hastighetsendringene ved en 200-årsflom (dagens situasjon minus kryssing med lang bru over Mælingen). Generelt vil kryssingen over Storelva og Mælingen ha liten påvirkning på vannhastigheter i elveløpet (mindre enn 0,05 m/s). De største endringene oppstår der travbanen ligger og som er simulert fjernet. Figur 14 Hastighetsendringer med kryssing som alternativ A 200-årsflom. 5.2 Alternativ B 600 m lang fylling på Mælingen Figur 15 og Figur 16 viser kart med hastighetsendringene ved en 50- og en 200-årsflom etter etablering av fyllingene. Generelt vil kryssingen over Storelva og Mælingen ha liten påvirkning på vannhastigheter i elveløpet. De største endringene oppstår på flomslettene, nær fyllingsfotene og ved travbanen (som er fjernet). I Storelva ved Helgelandsmoen øker hastigheten med ca. 0,10 m/s. Dette forklares av at mer vann renner i Storelva i en situasjon med fylling.
19 av 46 Figur 15 Hastighetsendringer etter etablering av fyllingene 50-årsflom. Figur 16 Hastighetsendringer etter etablering av fyllingene 200-årsflom.
20 av 46 5.2.1 Søyler i elveløpet Strømningsareal ved flommer innenfor elvebreddene vil bli noe redusert pga. søylene. Gjennomsnittshastighet i Storelva ved 200-årsflom er ca. 1,5 m/s. Økningen av hastighet i elveløpet mellom søylene sammenliknet med B-alternativ (uten søyler) er generelt 0,1 m/s. Økningen i hastigheten mellom søylene i forhold til dagens situasjon er opptil 0,2 m. På enklere steder, nær yttersvingen, er økningen mellom 0,3 og 0,5 m/s, som vist i Figur 17. Her vises det endringer i hastigheter for kryssing med fylling på Mælingen og søyler i elveløpet sammenlignet med dagens situasjon. Det gjøres oppmerksom på at modellen er forholdsvis grov og lokale hastighetsendringene kan bli større enn dette. Figur 17 Hastighetsendringer i elveløpet som følge av søyler i elva, 200-årsflom.
21 av 46 6 FARE FOR EROSJON Figur 18 viser erosjonsutsatte områder langs Storelva nær traseen. Prosjektet vurderer tiltak i områder som kan påvirke trase direkte. Disse er yttersvingen i vestre løpet ved Froksøya, yttersvingen i Storelva ved Helgelandsmoen og der østre løpet ved Froksøya treffer elvebredden på Mælingen (markert med blå linje i Figur 18). Figur 18 Erosjonsutsatte områder Storelva er en meandrerende elv. I svingene vil det oppstå tre-dimensjonale sekundære strømninger som skyver sedimentene fra yttersving til innersving. Når elven meandrerer, eroderer den elvebunnen og bredden i yttersving der hvor vannet har stor hastighet. Dette fører til at elveløpet utvides sideveis. På innsiden av elvesvingen vil vannet bevege seg roligere, sedimenter vil avsettes, og elveløpet snevres inn. Buktninger oppstår vekselvis på høyre og venstre side av elveløpet.
22 av 46 Figur 19 Horisontalt strømbilde ved strømning i kurver (fra ref. 7) Det er ikke mulig å representere de tre-dimensjonale sekundære strømningene med en todimensjonal hydraulisk modell. Derfor er vurderingen av erosjon basert på lokale hastigheter og erfaring fra litteraturen. 6.1 Befaring i forbindelse med vurdering av fare for erosjon Det ble utført en befaring for å undersøke om det er skader langs elvebredden. Som vist i Figur 20 til Figur 23 finnes det i dag erosjonssikring med stein på sørsiden av Storelva ved Helgelandsmoen. Det var ikke mulig å undersøke hvor langt nedover skråningen det er erosjonssikret. Figur 21 viser erosjonssikring ved kryssingen. Skråningen er til dels ganske bratt, noen steiner ligger ustabilt og det ble observert at stein var fraværende på noen steder (Figur 22). Det ble observert erosjon over toppen av den eksisterende erosjonsbeskyttelsen (Figur 23). Grop vist i Figur 23 er ca. 50 cm høy og 50 cm dyp. Denne gropdannelsen kan skyldes bølgeerosjon. Den bratte elveskråningen under normalvannstand kan indikere at det pågår erosjon/meanderdannelse langs søndre side av brukryssingen. Dypålen kan forflytte seg mot sør og bli dypere. Prosjektet ønsker ikke å berøre elvebunn eller elveskrent i Storelva ved Helgelandsmoen. Dette med hensyn til en pågående fredning av Storelva og eventuell forekomst av miljøavfall på elvebunn. Derfor er det valgt å se på en alternativ mulighet med permanent støttekonstruksjon som kan bygges uten å berøre elv/elvebredd. Denne løsningen ligger til grunn i foreliggende teknisk plan.
23 av 46 Figur 20 Sørlige skråning av Storelva ved Helgelandsmoen, sett fra brygga (2017-04-21). Figur 21 Storelva ved kryssing, sørlige skråning (2017-04-21).
24 av 46 Figur 22 Skade på erosjonssikring ved kryssingsstedet (2017-04-21). Figur 23 Erosjon over eksisterende erosjonssikring (2017-04-21). Ved Mælingen (nordre løp ved Froksøya) finnes det erosjonssikring med pæler, som vist i Figur 24. I NVEs database er det registrert at den ble bygd i 1961-62 og at det er usikkert om den er utført i hele lengden. Sikringen er til dels ødelagt, og vi har ikke undersøkt tilstanden under vannspeilet. Det anbefales at eksisterende erosjonssikring erstattes for at nytt anlegg skal få tilfredsstillende sikkerhet mot skader som følge av en rask utvidelse av meander og erosjon ved flomsituasjoner. Dette gjelder både Alternativ A og B. Sikringen bør legges opp til en 200-årsflom eller toppen av skråningen dersom vann renner over elvebredden. I tillegg bør det tas hensyn til at erosjon på elvebunnen kan forekomme.
25 av 46 Figur 24 Erosjonssikring av pæler ved Storelva, Mælingen (nordre løp ved Froksøya). 6.2 Hastigheter ved kryssing uten søyler i elva Siden hastighetsendringene etter etablering av kryssingen er forholdsvis små for bru over Storelva uten søyler, er det bare lokale hastigheter i situasjon med fyllingene som omtales i dette kapittelet. Ved en 50-årsflom, som vist i Figur 25, er vannhastigheter på flomslettene forholdsvis lave, under 0,5 m/s. I elveløpet kan lokale hastigheter være opp mot 1,5 2,0 m/s. Dette skjer i elveløpet sør for Froksøya og på sørsiden av den prosjekterte brua over Storelva. Ved en 200-årsflom vil lokale hastigheter på nordre side av Mælingen være opp mot 1,0 1,1 m/s, som vist i Figur 27. I Storelva ved kryssingen vil hastigheter være opp mot 2,0 2,1 m/s, som vist i Figur 28. Lokale hastigheter rundt fyllingen på nordre side av Storelva vil være opp mot 1,0 m/s. På vestre side av den sørlige fyllingen vil lokale hastigheter være mellom 1,5 og 2,0 m/s (se Figur 28).
26 av 46 Figur 25 Maksimale hastigheter, flom 1967 (ca. 50-årsflom), med fylling, uten søyler i elva. Figur 26 Maksimale hastigheter, flom 1967 (ca. 50-årsflom), med fylling, uten søyler i elva (detalj).
27 av 46 Figur 27 Maksimale hastigheter, 200-årsflom, med fylling, uten søyler i elva. Figur 28 Maksimale hastigheter, 200-årsflom, med fylling, uten søyler i elva (detalj).
28 av 46 6.3 Følsomhetsanalyse Hastigheter i Storelva ved kryssingsområdet er avhengig av vannstand i Tyrifjorden. Det er derfor utført en simulering der vannstand i Tyrifjorden i begynnelsen av flomepisoden er satt til kote 62,16 og 200-årsflommen rutet gjennom Tyrifjorden. Dette gir en vannstand i Tyrifjorden ved maksimal vannføring i Storelva på ca. 0,3-0,4 m lavere enn den som vist i Figur 10. Følsomhetsanalysen er utført for alternativ B. Resultater på simuleringene viser at maksimale hastigheter i Storelva ved Helgelandsmoen vil være opptil 2,5 m/s. Dette er en endring på ca. 0,4 0,5 m/s i forhold til situasjonen presentert i kapittel 6.2. Figur 29 Maksimale hastigheter, med fylling, 200-årsflom og redusert vannstand i Tyrifjorden. 6.4 Bru med søyler i elveløpet Figur 30 viser maksimale hastigheter i Storelva ved kryssingen. I sørsiden av elva er hastighetene beregnet opp til 2,4 m/s. Det gjøres oppmerksom på at modellen er forholdsvis grov og lokale hastigheter kan bli større enn dette.
29 av 46 Figur 30 Maksimale hastigheter, 200-årsflom, med fylling og søyler i elva. 6.5 Dimensjonering av erosjonssikring i elvebredder Dimensjonering av steinstørrelse er utført ved bruk av Maynords formel vist i ref. 7 og gjengitt i vedlegg. Den kan brukes for elver med fall opp til to prosent (1:50) og sideskråninger slakere enn 1:1,5 (V: H). Maynords formel gir størrelsen på stein som er stabil i vannstrømmen. I vedlegget er det også vist detaljerte beregninger. Erosjonssikring bør tåle eventuell ispåkjenning. Vi har fått opplysninger om at enkelte år fryser nærmest hele elva, mens andre år er det bare evjer og kroksjøer som fryser til. Storelva fryser ganske raskt til i nedre deler under en hard vinter (ref. 8). Iht. anbefalinger fra ref. 9 bør stein ha en vekt på ca. 250 kg for å tåle ispåkjenning. I dette tilfelle er det krav med hensyn til is som blir dimensjonerende. Dette gjelder i skråningshøyde som er utsatt for is. Dvs. mellom ca. kote 60,5 (1,5 m under minimum vintervannstand) og 64,0 (0,5 1,0 m over maksimal vintervannstand). Det er ikke så store forskjeller mellom steinstørrelse som tåler ispåkjenning og steinstørrelse beregnet ved bruk av Maynords metode. Dimensjonering av sidesikring med en felles steinstørrelse er mye enklere. Det anbefales erosjonssikring utført med steinstørrelse 400 700 mm. Dette gjelder for både Storelva ved Helgelandsmoen og ved Froksøya. Filterlag bør vurderes nærmere. Til dels er skråningshelning i Storelva ved Helgelandsmoen brattere enn det som er anbefalt i litteraturen. Det anbefales å vurdere en slakking av skråning med hensyn til stabiliteten av erosjonsbeskyttelse til ikke brattere enn 1:2 (V: H). I tillegg til å ivareta stabilitet av selve erosjonssikringen, må elveskråningen ha tilfredsstillende sikkerhet med tanke på stabilitet. Det henvises til fagrapport geoteknikk (ref. 10).
30 av 46 Dersom man ikke ønsker å berøre elvebunn eller elveskrent i Storelva ved Helgelandsmoen, er det vurdert en alternativ mulighet med permanent støttekonstruksjon som kan bygges uten å berøre elv/elvebredd. Effekten av erosjonssikring i elvas naturlige utvikling med hensyn til meandrer er ikke undersøkt i detalj. Det forventes at sideflytting av meandrer stopper på dette stedet og at sedimentering på innersvingen fortsetter. Dette vil medføre at elveløpet blir trangere. Som vist i terrengmodellen i Figur 36, er det tegn som tyder på at dette allerede har skjedd. Det er ikke ønskelig å gjøre inngrep i elveskråningen der østre løp ved Froksøya treffer elvebredden på Mælingen pga. nærheten til bebyggelser og hensyn til habitat. Det er derfor vurdert en løsning som vil sikre selve traseen ved eventuell erosjon og utgraving på dette stedet. Det er planlagt å ha en grøft med stein som vil rulle ned i tilfelle det forkommer erosjon, Figur 31 (på engelsk heter det «launching apron» og brukes ofte ved elvebredder). Figur 31 Grøft med stein langs traseen (skisse) Oppsummering: Langs Storelva ved Helgelandsmoen er det anbefalt utslaking av skråning, masseutskifting og erosjonssikring med stein (som vist i Figur 32) eller en permanent støttekonstruksjon 1. Langs Froksøya anbefales det erosjonssikring utført med stein og ved behov utslaking av skråningen (Figur 33). Erosjonssikring føres opp til en stabil/ikke eroderbar skråning (trolig er hele skråning eroderbar) eller inn i terrenget slik at det forhindres at erosjonssikring eroderes bakfra. 1 En permanent støttekonstruksjon vil settes lenger inn på land enn det som vist i Figur 32.
31 av 46 Figur 32 Erosjonssikring langs Storelva ved Helgelandsmoen (tegning FRE-40-V-23121) Figur 33 Erosjonssikring langs Storelva ved Froksøya og langs traseen (tegning FRE-40-V- 23122) 6.6 Erosjonssikring av søylefundamenter i elveløpet Det er tatt prøver ved et borepunkt i Storelva opp til ca. 5 m dybde (geoteknisk datarapport utført av Multiconsult). Materiale i elvebunnen er sand med en korndiameter D50 på ca. 0,5 mm. Bruer blir utsatt for ulike typer erosjon, som beskrevet nedenfor: Innsnevringserosjon (kontraksjonserosjon): Fordi bru (i dette tilfelle søyler og fyllinger) reduserer strømningsareal vil hastigheten øke. Dette kan føre til bunnsenkning.
32 av 46 Pilarerosjon: Rundt brupilarene øker hastigheten og vann presses ned mot bunnen, slik at det dannes en grop rundt pilarene (ev. fundamentet). Bunnsenkning: Dette kan være en naturlig prosess i vassdrag generelt eller menneskeskapte endringer i vassdraget som fører til en ubalanse i sedimenttransport (f. eks. uttak av masser, regulering, etc.). Denne type erosjon er minst forutsigbar. Strømningsareal ved flommer innenfor elvebreddene vil bli noe redusert pga. søylene. Ved større flommer vil fyllingene redusere strømningsareal ved å styre vann fra flomslettene til elveløpet. Gjennomsnittshastighet i Storelva ved 200-årsflom er ca. 1,5 m/s. Økningen av hastighet i elveløpet mellom søylene sammenliknet med B-alternativ (uten søyler) er generelt 0,1 m/s. Økningen i hastigheten mellom søylene i forhold til dagens situasjon er opptil 0,2 m. På enkelte steder, nær yttersvingen, er økningen mellom 0,3 og 0,5 m/s. Det vil oppstå lokal hastighetsøkning og virvler rundt søylene. Erosjonsmekanismen vil virke på lik måte på fundamentene dersom disse blir eksponert mot vannstrømmen. Maksimal erosjonsdybde er i litteraturen vurdert til mellom 2 og 3 ganger effektiv diameter 2 til søylene. Overslagsvurderinger for Storelva gir maksimale erosjonsdybder på mellom 1,3 og 2 ganger søylediameter, med dypeste erosjonsgrop lengst sør. Dette gir en erosjonsdybde på mellom 4 og 6 m. Det er ikke undersøkt eksisterende sedimenttransportprosesser i Storelva, men nedenfor er det listet enkelte karakteristika i vassdraget som kan relateres til sedimenttransportprosesser i Storelva. Sedimentbalanse i vassdraget kan være påvirket av regulering i både Randselva- og Begnavassdragene. Storelva er en meandrerende elv og det forventes derfor sideflyting. I svingene vil det oppstå tre-dimensjonale sekundære strømninger som skyver sedimentene fra yttersving til innersving. Når elven meandrerer, eroderer den elvebunnen og bredden i yttersving der hvor vannet har stor hastighet. Dette fører til at elveløpet utvides sideveis. Antagelig har erosjonssikringen ved den sørlige bredden i Storelva ved Helgelandsmoen bremset sideveis utvidelse av meanderen, og utvidelse foregår nå i dybde, se Figur 34. Det kan ikke utelukkes at dypålen utvider seg mot vest, der søylene er planlagt bygd. Hovedløpet sør-øst for Froksøya ble dannet under den store flommen i 1860. 2 Areal som blir blokkert i forhold til strømretningen. Dersom søylene ikke er plassert i strømretningen vil lengden til søyle øke effektiv diameter.
33 av 46 Figur 34 - Terreng- og elvemodell ved kryssing av Storelva Det er antatt at søylefundamentene fundamenteres på peler. Det rammes spunt for bygging av søylefundamenter i Storelva. Etter at fundamenter og søyler er etablert, er det antatt at spunt kappes i nivå med overkant fundament slik at spuntveggen vil kunne fungere som erosjonssikring for pelefundamentene. Det er vurdert at erosjonsfare kan håndteres på to måter (eller en kombinasjon av de to): Fundamentene føres så dypt ned at de ikke blir skadet av erosjon. Dette kan gjerne suppleres m/erosjonssikring. Overslagsberegninger av pilarerosjon gir alene maksimum erosjonsdybder på ca. 4-6 m. Dette kan være utfordrende og dyrt. Plastring av elvebunn i hele elveløpet i for eksempel 20 til 50 meter opp- og nedstrøms for bruene. Filterlag bør vurderes nøye. I elver med finkornet material kan det bli vanskelig å få en varig erosjonssikring. Dette bør suppleres med tilsyn og kontroll. Søylegruppe i dypålen (nærmest den sørlige elvebredden) er den mest utsatte og man må prøve å unngå plassering av søyler her. Dette fordi bunnsenkning ved yttersvingen er lite forutsigbart og vanskelig å dimensjonere for. Dypålen kan utvide seg mot vest. I elver med finkornet materiale, som Storelva, er sikringen utsatt for skade pga. endringer i elvebunnen under flom. Forholdene i elva nedstrøms brua bør vurderes nøye fordi bunnsenkning kan forplante seg oppstrøms og undergrave sikringen av brufundamentet. I områder med sandbunn kan det raskt dannes store erosjonsgroper. Man bør være oppmerksom på dette i bygge- og anleggsperiode, og særskilt ved eventuelle spuntløsninger. Effekten av erosjonssikring/plastring av elvebunnen og sørlige skråning i elvas naturlige utvikling med hensyn til meandrer bør undersøkes. En mulig effekt kan være økning av erosjon på andre steder. Dybder på fundament og type erosjonssikring av fundamentene er et svært viktig tema som må ses på mer i detalj dersom alternativet med søyler i elv videreføres.
34 av 46 7 ENDRINGER I STRØMNINGSFORHOLD Det er utført beregninger for å finne ut hvordan overflateavrenningen til Synneren fungerer. Dette med tanke på at Synneren er et naturreservat og det er ikke ønskelig å forstyrre vannbalansen i denne kroksjøen. Det er modellert tre flommer med dagens situasjon og med planlagt kryssing Alternativ B, med fylling. Dette alternativet omfatter at travbanen ved Gomserud fjernes. 7.1 Avrenning mot Synneren ved flom Figur 35 viser hastigheter og strømretning ved flom i Storelva ved Gomserud og sørsiden av Synneren. Pilene viser strømretning og hastighet. Større piler angir større hastighet. I dagens situasjon vil vann fra Storelva renne mot Synneren på begge sider av travbanen. Travbanen begrenser vannstrømning mot Synneren og skal fjernes. Fyllingen på Mælingen vil hindre en del av vannet til å nå Synneren. Dette vannet renner i dag på øst siden av travbanen. Det er derfor ønskelig å kvantifisere vannmengder som renner mot Synneren ved flom i dagens situasjon og med den planlagte fyllingen. Figur 35 Strømningsforhold ved flom i Storelva ved Gomserud og sørsiden av Synneren I løpet av de modellerte flommene er det beregnet vannføring ved profilene vist i Figur 36, mot Synneren sørøst, mot Synneren nordøst og Storelva mellom fyllingene. Profilene er valgt med hensyn på vannutskifting og gjengroing av kroksjøen. Resultater er vist i Figur 37 til Figur 40 og et sammendrag av vannvolumene er vist i Tabell 4. Vurderingene tar ikke hensyn til vann som kan renne gjennom fyllingen, dvs. i modellen er fyllingen 100 % tett. Fyllingen på Mælingen vil redusere vannmengde som renner fra Storelva mot Synneren ved flom. Ved en 200-årsflom vil totalt vannvolum reduseres med ca. 12 %. Det er stort sett vannmengden som kommer fra Storelva ved Gomserud som reduseres (mot Synneren i sørøst i Figur 36) og det største bidraget kommer fra Storelva ved Froksøya (mot Synneren i nordøst i Figur 36). Ved en 200-årsflom vil vannføringen som renner i hovedløpet øke, som vist i Figur 40. Dette forklarer vannstandsøkning i elveløpet oppstrøms og nær kryssingen. Ved en 50-års flom (1967-flom) vil totalt vannvolum reduseres med ca. 40 %. I denne situasjonen renner vann fra Storelva mot Synneren stort sett i sørøst (Figur 36).
35 av 46 Figur 36 Profiler der vannføring er beregnet. Tabell 4 Vannvolum som renner mot Synnerens østlige del. Flom Akk. Volum mot Synneren i sørøst (mill. m 3 ) Akk. Volum mot Synneren i nordøst (mill. m 3 ) Akk. Volum mot Synneren østlige del (mill. m 3 ) Med fylling Dagens Med fylling Dagens Med fylling Dagens 50-års flom 16,2 26,4 0,5 0,5 16,7 26,9 200-års flom 48 67 243 265 291 332 Figur 37 Vannføring mot Synneren, flom 1967.
36 av 46 Figur 38 Vannføring mot Synneren, 200-årsflom. Figur 39 Vannføring mellom fyllingene nord og sør for Storelva, flom 1967.
37 av 46 Figur 40 Vannføring mellom fyllingene nord og sør for Storelva, 200-årsflom. 7.2 Avrenning mot østre (øvre) delen av Synneren i en normal situasjon I følge NVEs database har nedbørfeltet til Synneren en normalavrenning i perioden 1961-1990 på 6,34 l/skm 2 (også opplyst som 200 mm/år). Totalt nedbørfeltareal som dreneres til Synneren er ca. 2,4 km 2 (ved utløp i Storelva). Bidraget til Synneren fra lokalt nedbørsfelt er på ca. 15 l/s som er lite i forhold til vannføringen i Storelva. Akkumuleringen av bunnsediment vil som sagt være sterkest langs kantene og i begge ender av kroksjøen og medfører at innsjøen gradvis gror igjen. Det er derfor vurdert vanntilførsel til Synneren i sørøstlige ende (punkt 1) og i øst (punkt 2). Nedbørfeltarealene i punkt 1 og 2 som er vist i Figur 41, er henholdsvis 0,35 og 1,01 km 2. Tabell 5 oppsummerer resultater av normal avrenning mot Synneren med og uten fylling (Alt B). Vanntilførsel er oppgitt i mill. m 3 i forskjellige tidsperioder for å kunne sammenligne dette med vanntilførsel i en flomsituasjon. Dersom man i Alternativ B ikke gjør tiltak for å opprettholde overflateavrenningen, vil området øst for fyllingen (ca. 90 000 m 2 ) avskjæres. Nedbørfeltarealene mot Synneren vil da bli henholdsvis 0,26 og 0,92 km 2. Videre beregninger for Alternativ B er utført med reduserte nedbørsfeltarealer.
38 av 46 Figur 41 Punkt der normaltilsig er beregnet (kartkilde: NVE Atlas). Fargene i figuren til høyre viser terrenghøyder. Lysegrønt er lavest og mørkebrunt er høyest. Nedbørfeltene er markert med hvit strek. Tabell 5 Nedbør. Normal avrenning (normaltilsig) mot Synneren, akkumulerte verdier (mill. m 3 ) Periode Ved 1, Synneren i Sørøst Ved 2, Synneren i Nordøst Dagens forhold Alt. B Dagens forhold Alt. B 5-års periode 0,35 0,26 1,01 0,92 10-års periode 0,70 0,52 2,02 1,84 50-års periode 3,50 2,60 10,10 9,20 1) Nedbørsfelt i punkt 2 inkluderer felt i punkt 1 Av tabellen ser man at den normale avrenningen til Synneren blir mindre ved Alternativ B sammenlignet med dagens situasjon. Overflateavrenning mot Synneren ved flom er vesentlig større enn overflateavrenning i eget felt estimert fra normalavrenningskart og fyllingen på Mælingen vil redusere vannmengde som renner mot Synneren ved flom. Det er derfor undersøkt mulige tiltak for å opprettholde et avrenningsmønster som likner dagens situasjon (spesielt for flommer som kommer oftere). Dette er beskrevet i kapittel 7.4. 7.3 Flom og oversvømmelse I Notat «N-NAA-003 vannstand ved Tyrifjorden og Storelva ved Helgelandsmoen» er det presentert gjentaksintervall for både vannføring i Storelva og vannstand i Tyrifjorden. Det er konstruert en 5-årsflom og modellert dagens situasjon for å vurdere om det blir avrenning mot Synneren. Denne situasjonen er vist i figuren nedenfor. Ut fra dette konkluderes at avrenning fra Storelva mot Synneren skjer med et gjentaksintervall mellom 5 og 10 år (nærmest 10-år).
39 av 46 Figur 42 Oversvømt område ved en 5-årsflom (konstruert). Blåfargene viser vanndybde, mørkeblått dypt og lyseblått grunt. 7.4 Avbøtende tiltak For å vurdere virkningen av ulike avbøtende tiltak er det utført beregninger med følgende situasjoner: Dagens situasjon Alternativ B uten tiltak, travbanen er fjernet Tiltak 1 = Alternativ B, travbanen er fjernet og det er etablert et nedsenket område langs fylling med en bredde på ca. 40 m og ca. 400 m i lengde. Nedsenket ca. 35 cm i sør, se Figur 43. Tiltak 2 = Alternativ B, travbanen er fjernet og det er etablert et nedsenket område langs fylling med en bredde på ca. 80 m og ca. 400 m i lengde. Nedsenket ca. 25 cm i sør, se Figur 43. Tiltak 3 = Alternativ B, travbanen er fjernet og det er etablert et nedsenket område langs fylling med en bredde på ca. 60 m og ca. 210 m i lengde. Nedsenket ca. 90 cm i øst, se Figur 43.
40 av 46 Figur 43 Nedsenkning av terreng vest for fylling (skjematisk). Vannføringen fra Storelva til Synneren på stedene som er vist i Figur 36 er beregnet. For flom 1987 (ca. 10 årsflom) er det bare avrenning ved det sørlige profilet og for 1967-flom (ca. 50 årsflom) er avrenningen ved det nordlige profilet svært beskjeden. Derfor er det i videre analyse fokusert bare på avrenning mot Synneren ved det sørlige profilet. I begynnelsen av flommene viser resultatene at vann renner fra Synneren mot Storelva. Dette forklares med at Synneren utvider sitt areal. Tabell 6 Akkumulert vannvolum som renner mot Synneren ved flom (mill. m 3 ). Situasjon Flom 1987 (ca. 10-årsflom) Flom 1967 (ca. 50-årsflom) Dagens 3,9 26,4 Alt. B uten tiltak 1,5 16,2 Alt. B med tiltak 1 5,2 21,9 Alt. B med tiltak 2 5,7 Ikke simulert Alt. B med tiltak 3 4,6 30,2 Beregninger viser at den sørligste delen av Synneren i øst (punkt 1 i Figur 41) får en betydelig større vannmengde ved en 50-årsflom enn ved normal avrenning i en 50-års periode. Ved punkt 2, er forskjellen mindre da arealet som dreneres til dette punktet er vesentlig større. Av Tabell 5 og Tabell 6 fremgår det at flommer utgjør en betydelig del av vanntilstrømningen til Synneren. Alt. B uten tiltak vil redusere avrenning mot Synneren, men tiltak vil kompensere for dette. Ved å senke terrenget langs fyllingen eller nord for fyllingen vil man forbedre avrenningsmulighetene mot Synneren. Forløpet av flommene med og uten tiltak er vist i Figur 44 til Figur 47. Figurene viser vannføring mot Synneren i sør og vannføring i Storelva eller vannstand i Tyrifjorden. Figurene og Tabell 6 viser at avrenningen mot Synneren øker dersom Tiltak 1, 2 eller 3 gjennomføres og at Tiltak 3 har størst virkning. Strømningsforholdene er avhengig av både vannføring i Storelva og vannstand ved Tyrifjorden. Derfor er det ikke et lineært (ensidig) forhold mellom vannføring og Storelva og vannføring mot Synneren. Avrenning fra Storelva mot Synneren begynner når følgende forhold foreligger: Dagens situasjon: vannføring i Storelva mellom 850 900 m 3 /s og vannstand i Tyrifjorden på mellom 64,90 64,95 moh.
41 av 46 Alt. B uten tiltak: ca. 900 m 3 /s i Storelva og vannstand i Tyrifjorden på ca. 64,95 moh. Alt. B med tiltak 1: ca. 800 m 3 /s i Storelva og vannstand i Tyrifjorden på ca. 64,70 moh. Alt. B med tiltak 2: ca. 850 m 3 /s i Storelva og vannstand i Tyrifjorden på ca. 64,70 moh. Alt. B med tiltak 3: ca. 860 m 3 /s i Storelva og vannstand i Tyrifjorden på ca. 64,80 moh. Figur 44 Vannføring mot Synneren i sør flom 1987 (ca. 10-årsflom) og vannføring i Storelva. Figur 45 Vannføring mot Synneren i sør flom 1987 (ca. 10-årsflom) og vannstand i Tyrifjorden.
42 av 46 Figur 46 Vannføring mot Synneren i sør flom 1967 (ca. 50-årsflom) og vannføring i Storelva. Figur 47 Vannføring mot Synneren i sør flom 1967 (ca. 50-årsflom) og vannstand i Tyrifjorden. Alternativ B uten tiltak vil medføre en reduksjon av vannføring mot Synneren ved flommer større enn ca. 10-årsflom. Med senkning av terrenget langs eller nord for fyllingen kan dagens avrenning mot Synneren ved flom beholdes rimelig uendret. Maksimale hastigheter i Tiltak 3 er litt over 0,6 m/s. Tiltak mot erosjon bør vurderes.
43 av 46 8 OPPSUMMERING Det foreligger to alternativer for kryssing av Storelva og Mælingen: A Lang bru B Kombinasjonsløsning med to bruer med 600 m lang fylling imellom (på Mælingen) Det er for begge alternativene undersøkt endringer i vannstand og strømningsforhold ved en flomsituasjon. Alternativ A vil ha liten effekt på strømningsforhold i en flomsituasjon. Det er videre vurdert i hvilken grad kryssingsalternativ B kan føre til endringer av dagens strømningsforhold i en flomsituasjon i Storelva og Mælingen. Endringer i vannstand etter etablering av fyllingen er forholdsvis lave. Fyllingen på Mælingen vil ha liten påvirkning på vannhastighet i selve elveløpet. Byggene som vil få en økning i vannivå ved en 200-årsflom er identifisert. For begge alternativer er det behov for å sikre kryssingen av veg og bane over Mælingen mot skader som følge av erosjon ved flomsituasjoner og en rask utvidelse av meander. Det er i tillegg undersøkt vannstand og hastighetsendringer i en situasjon der bru over Storelva har søyler i elveløpet. Søyler i elveløpet har liten påvirkning på vannstander, men det vil medføre lokale hastighetsendringer. Dybder på fundament og type erosjonssikring av fundamentene er et svært viktig tema som må ses på mer i detalj dersom alternativet med søyler i elv videreføres. Etter etablering av fyllingen på Mælingen vil Synneren få mindre vann fra Storelva ved flom. Ved å senke terrenget langs fyllingen vil man forbedre avrenningsmulighetene mot Synneren. Vi har undersøkt forsenkning av terrenget med tre design. Resultater av simuleringene viser at det er mulig å etterligne dagens situasjon relativt bra.
44 av 46 9 DOKUMENTINFORMASJON 9.1 Dokumenthistorikk Rev. 00A 01A Dokumenthistorikk Høringsutgave Første utgave. Kommentarer fra FRE innarbeidet. Andre utgave. Modellering av alternativ A, følsomhetsanalyse av hastigheter, brualternative med søyler i elveløpet, utdyping av erosjonssikring. 9.2 Referanseliste [1] Norconsult, 2015. Flom vurdering - ny E16 og Ringeriksbane (delstrekning 4) kryssing av Storelva [2] N-NAA 003 Vannstand ved Tyrifjorden og Storelva ved Helgelandsmoen [3] N-NAA 018 Overflateavrenning ved kryssing av Storelva og Mælingen [4] NVE, 2001. Flomberegning for Hønefoss (012.E0). [5] Fylkesmannen i Buskerud Miljøvernavdelingen, 1999. Synneren naturreservat i Ringerike kommune. Forvaltningsplan. [6] NVE, 2003. Flomsonekart delprosjekt Hønefoss. [7] NVE, 2009. Veileder for dimensjonering av erosjonssikringer av stein. [8] Fylkesmannen i Buskerud, 2003. Vannfugltelling i Drammensvassdraget i nedre/østre Buskerud 8.-9. januar 2003. [9] NVE, 2012. Veileder for fyllingsdammer. [10] NAA, Fagrapport geoteknikk, Strekning 4, dok. nr. FRE16-40-A25111. [11] FRE-40-A-25020 Optimaliseringsrapport Strekning 4. [12] FRE-40-A-25120 Fagrapport hydrogeologi.
45 av 46 10 VEDLEGG 10.1 Dimensjonering av erosjonssikring av stein Maynords formel vist i ref. 7. Her er: D 30 = S f C s C v C t y 0 [( 1 s 1 ) 0,5 U ] K 1 gy 0 2,5 Dxx = den steinstørrelsen som xx % av prøven er mindre enn, regnet etter vekt. D30 = stabil steinstørrelse (m). Sf = sikkerhetsfaktor (-). Anbefalt til å bruke minst 1,1. Cs = stabilitetskoeffisient (-). Settes til 0,3 for kantet (sprengt) stein og 0,375 for rundet stein. Dette gjelder for 1,7 < = D85/D15 < = 5,2. CV = koeffisient for vertikal hastighetsfordeling (-) Ct = koeffisient for sikringstykkelse (-). Settes lik 1,0 hvis sikringstykkelsen er lik den største av Dmaks eller 1,5 D50. y0 = vanndybde samme sted som U (m) s = steinens spesifikke tetthet (-). Det er vanlig å anta at steinens tetthet er 2600 kg/m 3, slik at s = 2,6. U = lokal hastighet midlet over dybden (m/s) K1 = koeffisient for skråningshelling (-) g = tyngdens akselerasjon (9,81 m/s 2 ) CV, koeffisienten for vertikal hastighetsfordeling, settes til: 1,0 for en rett elv og innsiden av kurver. 1,25 nedstrøms betongkanaler. 1,25 ved spissen av buner, utstikkende voller og liknende. 1,283-0,2log(R/W) for utsiden av kurver. R/W er forholdet mellom radius og bredde av hovedløpet. K1, koeffisienten for skråningshelling, kan beregnes fra uttrykket under (Escarameia 1998, gjengitt i ref. 7) eller tas fra K1 = 0,672 +1,492 cotө 0,449 cot 2 Ө+ 0,045 cot 3 Ө Her er Ө = breddens helling i forhold til horisontal (grader). Merk at cotө er skråningens horisontalkomponent. For beregning av sidesikring (sikring av elvebredden) brukes dybdemiddelhastigheten, Uss, i et punkt som ligger 20 % opp skråningen. Det betyr at i formelen settes U = Uss. Sammenhengen mellom gjennomsnittshastigheten i elva, V (=Q/A), og Uss avhenger av elvas kurvatur og kan beregnes som: Uss/V = 1,74 0,52log (R/W). Tabell 7 viser detalj av dimensjonering av erosjonssikring av stein. For Storelva er det utført beregninger med skråningshelning på 1,5 og 2,0 (horisontalkomponenten). I tillegg er det utført en følsomhetsanalyse ved å bruke gjennomsnittshastighet i elveprofil, 1,5 m/s, og lokale hastigheter beregnet med den 2D-modellen, 2,2 m/s. Begge beregninger resulterer i steinstørrelse som er mindre enn steinstørrelse som tåler ispåkjenning (ca. 0,5 m). Tabell 7 Beregning av steinstørrelse basert på Maynords formel.
46 av 46 Kurver har en naturlig tendens til å bevege seg mot nedstrøms. I litteraturen er det anbefalt å føre sikringen minst bredden av hovedløpet oppstrøms kurven og minst 1,5 ganger bredden av hovedløpet nedstrøms utløpet av kurven, som vist i Figur 48. Figur 48 Utstrekning av sikring i en kurve (Brown 1989), gjengitt i ref. 7.