Andfjord AS Ny havn ved Kvalneset Havneplan og havneforhold Oppdragsnr.: 5178089 Dokumentnr.: 1 Versjon: 1 2018-02-22
Oppdragsgiver: Oppdragsgivers kontaktperson: Rådgiver: Oppdragsleder: Fagansvarlig: Andre nøkkelpersoner: Andfjord AS Norconsult AS, Klæbuveien 127 B, NO-7031 Trondheim Lars Andre Uttakleiv Arne E Lothe Paul Myklestad 1 2018-02-22 Rapport Arne E Lothe Onno Musch Lars Andre Uttakleiv Versjon Dato Beskrivelse Utarbeidet Fagkontrollert Godkjent Dette dokumentet er utarbeidet av Norconsult AS som del av det oppdraget som dokumentet omhandler. Opphavsretten tilhører Norconsult. Dokumentet må bare benyttes til det formål som oppdragsavtalen beskriver, og må ikke kopieres eller gjøres tilgjengelig på annen måte eller i større utstrekning enn formålet tilsier. 2018-02-22 Side 2 av 27
Sammendrag Det er utført en studie av bølger og maritime forhold for ei havn for landbasert fiskeproduksjon ved Kvalneset på Andøya. Studien viser at det er nødvendig å beskytte stedet mot bølger som kommer fra nord. Basert på studien er det laget et utkast til en havneplan som vil gi akseptable driftsforhold i havna, med en antatt regularitet på over 98 %. 2018-02-22 Side 3 av 27
Innhold INNLEDNING 5 DATAGRUNNLAG 6 Dybdedata 6 Andre data 7 METODER 8 Stor bølgemodell i åpent hav 8 Medium bølgemodell for Andfjorden 8 Detaljert bølgemodell for Kvalneset og ny havn 10 BØLGEFORHOLD 12 Undersøkte tilfeller 12 Prosedyre 14 Ekstremverdier av bølger 15 Bølgeforhold uten havn 15 UTKAST TIL HAVNEPLAN 18 MARITIME FORHOLD I HAVNA 21 KONKLUSJON 27 2018-02-22 Side 4 av 27
INNLEDNING Andfjord AS har gitt Norconsult i oppdrag å utarbeide et forprosjekt som skal benyttes i en søknad om regulering av et industriområde ved Kvalneset, se Figur 1. (Stedet er noen steder omtalt som Kvalsneset, men her benyttes Kvalneset.) Området skal benyttes til landbasert oppdrett og produksjon av fisk, og det vil være behov kaianlegg til import av fôr og til eksport av ferdige produkter. Havna forutsettes å ha høy driftssikkerhet (regularitet), og kan vurderes brukt som havn for annen industrivirksomhet. Figur 1 Nordre del av Andøya med Kvalneset avmerket I denne rapporten beskrives et arbeid for å komme fram til en optimal utforming av havna. Det presenteres også en beregning av hvilken regularitet man kan forvente i havne-anlegget. 2018-02-22 Side 5 av 27
Oppdragsnr.: 5178089 Dokumentnr.: 1 Versjon: 1 DATAGRUNNLAG Dybdedata Dybdedata for et større område er benyttet for å lage bølgemodeller. Detaljerte dybdemålinger ved Kvalneset er benyttet for å beregne bølger inne i havna og volumer for fylling og utdyping. Det er brukt dybdedata fra følgende kilder. 1. Primærdata fra Blokk Nordland 9, vist i utsnitt i Figur 2. Primærdata er dybdedata med middels horisontal oppløsning, typisk 10 15 m 2. Nordland9 mangler data i NV og SØ hjørner. I tillegg er et behov for dybdedata fram til land på østsiden av Andfjorden. Data i disse områdene er supplert med dybdedata fra Emodnet (europeisk database) med oppløsning Δx 80 m, Δy= 231 m. Den grove oppløsningen er akseptabel her fordi det gjelder dybder på meget dypt vann og/eller kystlinjer som ikke undersøkes her. 3. Andfjord AS har også fått utført lokale dybdemåling ved Kvalneset. Målingene er er vist i Figur 3. Disse data er benyttet i den siste delen av bølge-analysen (detaljert analyse av bølger inne i havna) og til beregninger av fyllingsvolumer for havneplanen. Figur 2 Dekningsområde for primærdatabasen Nordland9. Det mangler data i NV hjørne og i SØ hjørne. 2018-02-22 Side 6 av 27
Figur 3 Lokale dybdemålinger utført for Andfjord AS (blått) inntegnet på topografisk kart Andre data Det er også benyttet data fra følgende kilder. 1. Vind-data fra Andenes Flystasjon 1992 2011 (fra eklima.no). Vind-data benyttes til å beregne lokale bølger i Andfjorden fra NØ til S sektor 2. Hindcast bølgedata (etterberegnede bølgedata) fra posisjon WAM10 70.73 19.92, ca 200 km NV for Andenes. Disse bølgene kalles havbølger og kommer inn i Andfjorden fra nord ved bølgeretning mellom V og NØ. 2018-02-22 Side 7 av 27
METODER Stor bølgemodell i åpent hav Figur 4 viser en stor bølgemodell som benyttes for å beregne hvor stor andel av bølge-energien som vil runde Andenes og fortsette sørover i Andfjorden. Ved et punkt ved NV for Andenes overtar den medium stor modellen over Andfjorden. Modellen er STWAVE10 med oppløsning 800 x 800 m 2. Figur 4 Fordeling av signifikant bølgehøyde ved innkommende bølger fra retning 330 og bølgehøyde Hs = 5.0 m. Medium bølgemodell for Andfjorden Figur 5 viser det utsnittet av dybdedatafila som er benyttet for Andfjorden. Modellen er av samme type, STWAVE10 med oppløsning 175 x 175 m 2. Figur 6 viser et eksempel på anvendelse der bølgene kommer inn fra nord. 2018-02-22 Side 8 av 27
Figur 5 Endelig dybdedatamodell for Andfjorden. Røde punkter viser punkter der detaljerte bølgedata er beregnet. Figur 6 Eksempel på innkommende bølger fra Nord med høyde Hs = 5-0 m 2018-02-22 Side 9 av 27
Detaljert bølgemodell for Kvalneset og ny havn For den siste delen av analysen i havneområdet er det benyttet en meget detaljert bølgemodell av typen CGWAVE. Et eksempel på bruk av denne modellen er vist i Figur 7, som viser individuelle bølger som kommer fra retning NNØ og inn mot området der havna skal bygges. I dette bildet er bølgetoppen rød og bølgebunnen er gul. På dypt vann er bølgene uforstyrret og går uforstyrret rett fram, mens inne ved land påvirkes de av bunnen og dreier mot land, samtidig som bølgelengden blir kortere. Denne modellen består av ca 127,000 elementer og har en oppløsning ned til ca 8.0 m. Figur 7 Fin-skala bølgemodell av nærområdet rundt havna. Denne modellen viser området uten havneutbygging. Det er laget 3 varianter av denne modellen for å dekke ulike behov for analyser. De 3 variantene er vist i Tabell 1. Årsaken til at vi velger ulike modeller er at lange bølger fra havet krever et større modellområde enn de korte bølgene fra fjorden, og modellstørrelsen har direkte innvirkning på regnetiden. 2018-02-22 Side 10 av 27
Havn, Alternativ 2 er det anbefalte utbyggingsalternativ i Trinn 1. Tabell 1 Varianter av fin-skala bølgemodell Variant Utbygging Bølgesituasjon Størrelse (antall nodepunkter) 1 Ingen Havbølger fra N 127,000 2 Havn, Alternativ 2 Havbølger fra N 101,000 3 Havn, Alternativ 2 Vindbølger fra Ø og SØ 21,000 2018-02-22 Side 11 av 27
BØLGEFORHOLD Undersøkte tilfeller I undersøkelsen varierer bølgeretning (Θ) i åpent hav og spektral topp-periode Tp i åpent hav. Signifikant bølgehøyde Hs i åpent hav holdes konstant Hs = 5.0 m. Bølgehøyden kan holdes konstant fordi den kan antas å være lineær, dvs at f eks en dobling av bølgehøyden i åpent hav gir en tilsvarende dobling av bølgehøyden lenger inne. Tabell 2 Tabell over undersøkte tilfeller Havbølger (Hs,inn =5.0 m) Vindbølger (Hs,inn =1.0 m) Retning Spektral topp-periode Tp s 8 10 12 14 16 18 270 300 1 2 3 4 5 330 6 7 8 9 10 360/0 11 12 13 14 15 30 16 17 18 19 20 60 21 22 23 24 25 60 25w 90 26 120 27 15 28 180 29 210 30 Vi innleder med å undersøke avhengigheten av retning og periode i et punkt ca 1500 m øst for Kvalneset, i det sørligste punktet som er markert i Figur 6. Vi definerer en bølgehøydekoeffisient, som er gitt ved: C = H s,x Hs,0 ; der Hs,x er bølgehøyden i punkt x, og Hs,0 er bølgehøyden i åpent hav. En lav verdi av C antyder stor grad av bølgedemping eller skjerming, mens en verdi nær 1.0 viser at det er ingen forskjell i bølgehøyden. Figur 8 - Figur 10 viser resultat for modelleringen mellom Andenes og Kvalneset. Figurene viser variasjon av bølgehøydekoeffisient, ny retning og ny spektral topp-periode i punktet ved Kvalneset mot retning og spektral topp-periode i åpent hav. 2018-02-22 Side 12 av 27
Figur 8 Bølgehøydekoeffisient ved Kvalneset vs bølgeretning og spektral topp-periode i åpent hav Figur 9 Bølgeretning ved Kvalneset vs bølgeretning og spektral topp-periode i åpent hav Figur 10 Spektral topp-periode ved Kvalneset vs bølgeretning og spektral topp-periode i åpent hav 2018-02-22 Side 13 av 27
Disse tre figurene viser at det er retning som er den eneste reelle variabelen for havbølgene inn mot Kvalneset, og vi velger derfor i det videre å benytte bare resultater for periode Tp = 14.0 s, dvs tilfellene 3, 8, 13, 18 og 23 i Tabell 2. Vindbølgene antas å komme inn fra retning 60 210 i østlig sektor. Bølger som skyldes vind som kommer mer fra nord (0 og 30 ) vil være blandet med og inkorporert i havbølgene. Vindbølgene er først beregnet ved hjelp av beregningsprogrammet HsComp, der verdier av Hs og Tp beregnes for de ulike retningene og ulike vindhastigheter. I vårt tilfelle har vi valgt å utføre beregningene ved faste verdier av Hs = 1.0 m og Tp = 8.0 s for alle retninger. Bølgehøyden kan holdes konstant i denne fasen med samme begrunnelse som ovenfor, nemlig at den kan skaleres lineært med innkommende bølgehøyde. Årsaken til at vi har valgt en konstant (og forholdsvis høy) spektral topp-periode er primært et ønske om å begrense regnetiden for hvert tilfelle. En lavere periode vil gi en mindre bølgelengde, som igjen vil kreve en finere oppløsning i dybdemodellen, som i siste instans fører til en økning i regnetiden. I vårt tilfelle fører valg av Tp = 8.0 s til en horisontal oppløsning i de grunneste områdene på ca 4.0 m, og denne modellen krever en regnetid på ca 60 timer pr tilfelle. En antatt høy Tp-verdi er imidlertid konservativ ved at bølger med høy periode vil få en større evne til å trenge inn i havna enn bølger med lavere periode Prosedyre Prosedyren for beregning av bølgehøyder ved Kvalneset er vist i Figur 11. Man starter i øvre venstre hjørne med bølger som kommer inn fra åpent hav. Disse bølgene justeres for effekten av Andøya og Andenes. Deretter sendes bølgespekteret inn i modellen av Andfjorden, og man lar bølgene forplante seg ned til et punkt ved Kvalneset. Ved dette punktet ca 1500 m øst for Kvalneset hentes det ut et nytt spektrum, og dette spekteret sendes så videre inn i den detaljerte modellen vist til venstre på bildet. På denne måten kan vi få fram en entydig sammenheng mellom de bølgene som kommer inn fra V N sektor ved Andenes og de bølgene man vil få inne i havna ved Kvalneset. For vindbølgene utføres en kortere prosedyre, der man genererer et modell-spektrum ved modellranden for den halvsirkelformede modellen i Figur 7 og Figur 11, og lar disse bølgene trenge inn i havna. Vi har tidligere beregnet hvilken bølgehøyde som oppstår for de forskjellige retningene ved ulike vindhastigheter, og vi kan derfor etablere en entydig sammenheng mellom vind og bølger inne i havna. 2018-02-22 Side 14 av 27
Figur 11 Prosedyre for beregning av bølgehøyder ved Kvalneset Ekstremverdier av bølger Ekstremverdier av bølger kan nå finnes ved å benytte statistikk for bølgene på dypt vann, og statistikk for vinden ved Andenes (se 2 DATAGRUNNLAG). Vi har ikke utført noen korreksjoner for vind-data. For offshore bølgedata har vi notert at bølgene ved Kvalneset domineres av bølger fra N og NØ, som ikke er dominerende retninger i åpent hav. Tilpasningen av modellfordelinger er ikke optimal for disse retningene, og vi har derfor utført en mindre manuell tilpasning som sikrer at beregnet 60-års-verdi i hver sektor er tilnærmet lik den observerte maksimalverdien i perioden 1957 2015. Bølgeforhold uten havn I en situasjon der det ikke er bygget noen havn, vil bølgene komme inn mot stranda tilnærmet udempet. På et tidspunkt før stranda vil bølgene bryte, men vi neglisjerer den effekten i denne foreløpige studien. Ekstremverdiene er vist i Figur 12 og Figur 13. Disse figurene viser at de høyeste vindbølgene vil komme inn fra retning 30, og at det er en ny, men mindre topp ved 180. 2018-02-22 Side 15 av 27
Figur 12 Fordeling av ekstremverdier av vindgenerert bølgehøyde ved Kvalneset. Rp er returperiode i år. Figur 13 Fordeling av ekstremverdier av havbølger ved Kvalneset. Rp er returperiode i år. 2018-02-22 Side 16 av 27
De høyeste havbølgene kommer inn når retningen i åpent hav er 30, men ved denne retningen kommer bølgene tilnærmet rett nedover Andfjorden, og det er liten retningsavbøying andre steder enn på grunt vann nær land. Konklusjonen er at man må prioritere å gi havna beskyttelse mot den kombinerte effekten av vindbølger og havbølger fra 30. Beskyttelse mot de vindgenererte bølgene fra sør er også ønskelig, men må gis lavere prioritet. 2018-02-22 Side 17 av 27
UTKAST TIL HAVNEPLAN På grunnlag av undersøkelsene i Kapittel 4 er det laget et utkast til havneplan. Havneplanen er vist i stort omfang og i detalj i Figur 14 og Figur 15. Planen omfatter en utfylling i strandkanten og en utfylling i sør, og en molo i nord. Samtidig er det forutsatt en utdyping av havnebassenget i den nordlige delen bak moloen ned til en dybde på -13.0 m LAT. Utfyllinger og molo fyller nokså nøyaktig det området som er disponert innenfor reguleringsgrensen. Det er i denne planen ikke satt av område for ilandføringstrasé for sjøvannsledninger. Analysene ovenfor viser at det ikke er realistisk at rørene kan gå ubeskyttet ned i sjøen gjennom brytnings-sonen, selv med utstrakt bruk av betonglodd på rørene. Rørene må derfor enten dekkes til av en steinfylling som vist i søndre del av havna, eller de kan legges i en forboret tunnel. Havneplanen er laget i to versjoner. 1. Alternativ 1 som vist i Figur 14 og Figur 15 med lang molo 2. Alternativ 2, som er identisk med Alternativ 1 bortsett fra at moloen er 50 m kortere. De volumene som må disponeres for å oppfylle havneplanen er gitt i Tabell 3. Tabell 3 Volumer i havneplaner Alternativ 1 Lang molo Alternativ 2 kort molo Molo underfylling 570 490 Molo topp/plastring 70 54 Kai-areal (+3.5 m NN2000) inkludert fylling sør 410 410 SUM 1050 954 Utdyping (-13.0 m LAT) 70 70 Vi anbefaler at videre arbeid baseres på et omfang som illustrert med Alternativ 1 (Figur 14 og Figur 15). Innenfor denne planen kan det være aktuelt å utføre mindre justeringer for å optimalisere havnas funksjon. Slike justeringer kan være, men er ikke begrenset til: Bruk av en kortere molo hvis det gir tilstrekkelig dekning mot bølger Utdyping til grunnere dybde enn -13.0 m LAT hvis aktuelle fartøy-typer tillater det Alternative utforminger av kroken mellom Fylling sør og hovedkailinja for å redusere refleksjoner.. 2018-02-22 Side 18 av 27
Figur 14 Foreslått havneplan, oversikt (Alternativ 1) 2018-02-22 Side 19 av 27
Figur 15 Foreslått havneplan, detalj (Alternativ 1) 2018-02-22 Side 20 av 27
MARITIME FORHOLD I HAVNA Det er utført detaljerte analyser av bølgeforhold inne i havna. Foreløpig er det kun utført for Alternativ 2, med den antakelse at dersom forholdene er gode nok ved Vestre kai i Alternativ 2, så vil forholdene også være akseptable i Alternativ 1. Utbyggingen med lang molo ansees som mest aktuell dersom den østre kaia på moloens innside også skal bygges. Figur 16 og Figur 17 viser hhv havbølger og vindbølger ved angrep på havneområdet. Det er nå foretatt en beregning av størrelsen på bølgene ulike steder i og rundt havna. De punktene der bølgene er målt er vist i Figur 18. Punkt A F brukes til dimensjonering av Fylling Sør, Punkt G K brukes til vurdering av havneforhold, og punktene L R brukes til dimensjonering av hovedfylling/molo. De mest relevante punktene for vurdering av havneforhold er Punkt H og I. For Punkt H er bølgeforholdene ved kai vist i Figur 19 og Figur 20. Den gule linja representerer bølgehøyde med ett års returperiode. Vi ser at signifikant bølgehøyde for både vindbølger og havbølger ligger i nærheten av Hs = 1.0 m for Rp = 1 år. Retningen på disse to bølgetypene er så ulike at det er lite sannsynlig at de vil inntreffe samtidig. I hht vanlige standarder for havner og kaier er dette likevel en høyere verdi enn det som aksepteres for en havn som skal være operativ hele døgnet, hele året. Vi regner vanligvis at ingen av de to bølgehøydene bør overstige Hs,max 0.7 m, men bør ideelt sett være rundt 0.5 m. Ved å flytte oss en liten avstand inn til Punkt I får vi imidlertid vesentlig bedre forhold. Dette er vist i Figur 21, som viser 1-års bølgehøyder for både vindbølger og havbølger i Punkt H og Punkt I. Denne figuren viser at Punkt I er oppfyller kravet om maksimal signifikant bølgehøyde = 0.7 m, og er nær å oppfylle et krav om 0.5 m. Det betyr at det ligger stor verdi i å trekke havna så langt nordover som mulig, samtidig som vi ennå ikke har begynt å utnytte mulighetene for å redusere bølgehøydene ytterligere ved å gjøre små endringer bl a på fylling sør. Med så lave verdier for bølgehøyder er det sannsynlig at den største årsaken til driftsavbrudd i havna vil være vind. 2018-02-22 Side 21 av 27
Figur 16 Havbølger som kommer inn mot Kvalneset med ferdig havneanlegg midt i bildet. 2018-02-22 Side 22 av 27
Figur 17 Vindbølger fra retning 150 inn mot havneområdet 2018-02-22 Side 23 av 27
Figur 18 Punkter der bølgehøyden er hentet for videre analyser. Punkt A F brukes til dimensjonering av Fylling Sør, Punkt G K brukes til vurdering av havneforhold, og punktene L R brukes til dimensjonering av hovedfylling/molo 2018-02-22 Side 24 av 27
Figur 19 Fordeling av signifikant vindbølgehøyde i Punkt H Figur 20 Fordeling av signifikant havbølgehøyde i Punkt H 2018-02-22 Side 25 av 27
Figur 21 2018-02-22 Side 26 av 27
KONKLUSJON Det er utført en studie av bølger og maritime forhold ved en planlagt havn ved Kvalneset på østsiden av Andøya. I. Studien viser at stedet er utsatt for havbølger og vindbølger som angriper fra nordlig retning på stedet, og i mindre grad av vindbølger fra sørlig retning. II. Stedet er så utsatt at det ikke er forsvarlig å bygge ei kai her uten beskyttelse av en fast molo. III. Det er laget et utkast til havneplan som består av et utfylt areal i sjøkanten og en moloarm som starter i nord og peker sørover. IV. Planen innebærer ca 1 million m 3 utsprengt steinmasse fylt ut i sjøen til fylling og molo. V. Hvis kaia kan skyves så langt nord som mulig, vil man oppnå en tilfredsstillende kai for drift av fiskeproduksjonen. Regularitet for kai antas å være i størrelsesorden 98 % eller bedre når det er tatt hensyn til den kombinerte effekten av vind og bølger. VI. Man må fortsatt regne med at avbrudd i operasjoner kan forekomme, men det vil ikke være nødvendig å gå fra kai i annet enn unntakstilfeller. VII. Vi regner ikke med at strøm eller is utgjør et driftsproblem 2018-02-22 Side 27 av 27