G) SINTEF TITTEL SINTEF RAPPORT SINTEF Byggforsk Kyst- og havneteknikk Postadresse: 7465 Trondheim Besøk: Klæbuveien 153 Telefon: 73593000 Telefaks: 73 59 23 76 Foretaksre9isteret: NO 948 007 029 MVA SKRED I VANNMAGASINER - KONKLUSJONER FRA MODELLFORSØK FORFATIER(E) Ame E. Lothe OPPDRAGSGIVER(E) NVE RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. SBF IN AI0204 Åpen Grethe Holm Midttømme og Vibeke Rystad GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR ANTALL SIDER OG BILAG Åpen 3C0546 (3C0051) 25 ElEKTRONISK ARKIVKODE ~KTL'rR('tV~G~t J:khl/pro/3C0546/3C0546-3C0051 AEL-NVE 11v Vr-.(..; ~ t---/ Skredrapport.doc stma ellem VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) ~Lø/ ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) 303003/AEL/BA 2010-03-01 Arnstein Watn, forskningssjef fl'. 'A/ SAMMENDRAG SVpJ1 Vold S~ /J'~ VdJ Åknes/Tafjord-prosjektet som drives av Stranda kommune har som formål å analysere blant annet konsekvenser av et skred ved Åkneset. Som et ledd i dette arbeidet er det initiert et samarbeidsprosjekt mellom Universitetet i Oslo, NGU og SINTEF. Innenfor dette prosjektet har det vært bygget opp en fysisk modell av Sunnylvsfjorden med Geiranger og Hellesylt i skala I : 500. Forskjellige typer skred har vært testet, og resultatet i form av bølgehøyder, oppskylling og antall bølger er observert. Selv om den modellen som er bygget er stedsspesifikk vil den likevel gi generell kunnskap som kan benyttes i evaluering av konsekvenser av skred i andre typer fjorder/magasiner. I denne rapporten oppsummeres de generelle konklusjoner og erfaringer som kan trekkes ut av modell-forsøkene. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Modellering Modelling GRUPPE 2 Bølge Wave EGENVALGTE Ras Slide / Landslide Aknes-Tafjord prosjektet Aknes-Tafjord Project
2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 INNLEDNING...3 2 KONKLUSJON...5 3 OPPBYGGING AV MODELL...6 4 TESTER OG FORSØK...10 4.1 Modellomregning...10 4.2 Forsøksoppsett...10 5 RESULTATER...14 5.1 Observasjoner og målinger...14 5.2 Bølgehøyder og neddykkingsnivå...17 5.3 Bølgeperioder...19 5.4 Fjordtverrsnittets innvirkning...22 5.5 Vanndyp...22 6 SPESIELT FOR SKREDBØLGER I KRAFTVERKSMAGASINER...24 REFERANSER...25
3 1 INNLEDNING I Norge finnes det flere steder hvor ustabile fjell eller jordmasser antas å kunne løsne og rase ut. I noen tilfeller ender skredbanen i sjø eller i vann, og i slike tilfeller vil det oppstå en kraftig bølge med stort potensial for å true menneskeliv og materielle verdier. Eksempler på slike skred i nyere tid finnes blant annet i Loen og i Tafjord. I begge disse tilfellene var det et skred av steinmasser som raste i sjøen i en trang fjord, og man fikk dannet store bølger som gjorde stor skade. Forskjellen på en klassisk norsk fjord og et lukket kraftverksmagasin eller en innsjø er i denne sammenhengen liten eller ikke-eksisterende. Ved et skred ut i sjøen i en fjord vil mesteparten av energien være fanget inne i fjordsystemet, og innenfor den tidsrammen da de største skadene oppstår (dvs 5 20 minutter) er andelen energi som tappes og dissiperes i havet tilnærmet lik null. En fjord vil derfor i hydrodynamisk sammenheng oppføre seg som et lukket magasin. Et sted som kan være utsatt for store steinskred i sjøen er Åkneset i Sunnylvsfjorden. Denne fjorden er en arm av Storfjorden i Møre og Romsdal, se Figur 1. Åkneset Hellesylt Geiranger Figur 1 Oversiktskart. Skredstedet ved Åkneset ligger på vestsiden av fjorden, og fjellmassivet er under overvåking. Man antar at et skred kan omfatte 10 70 x10 6 m 3. Det er registrert bevegelser i fjellet tilsvarende en glidehastighet på 10 20 cm/år.
4 Dersom et skred skulle inntreffe, vil det skape bølger inne i fjorden som vil forplante seg innover i fjorden (mot sør) og utover mot Storfjorden. Tettstedene Hellesylt og Geiranger ligger svært utsatt til for eventuelle skredbølger. Åknes/Tafjord-prosjektet som drives av Stranda kommune har som formål å analysere blant annet konsekvenser av et skred ved Åkneset. Som et ledd i dette arbeidet er det initiert et samarbeidsprosjekt mellom Universitetet i Oslo, NGU og SINTEF. Innenfor dette prosjektet har det vært bygget opp en fysisk modell av Sunnylvsfjorden med Geiranger og Hellesylt i skala 1 : 500. Forskjellige typer skred har vært testet, og resultatet i form av bølgehøyder, oppskylling og antall bølger er observert. Selv om den modellen som er bygget er stedsspesifikk vil den likevel gi generell kunnskap som kan benyttes i evaluering av konsekvenser av skred i andre typer fjorder/magasiner. I denne rapporten oppsummeres de generelle konklusjoner og erfaringer som kan trekkes ut av modellforsøkene. For en mer fullstendig beskrivelse av prosjektet og resultater som er gyldige for den aktuelle lokaliteten, henvises til hovedrapporten (1).
5 2 KONKLUSJON Noen av de observasjonene som er gjort i eksperimentene med skred i Sunnylvsfjorden ved Åkneset kan overføres til forhold i et generelt, lukket kraftverksmagasin. 1. De første og mest dominerende bølgene som oppstår vil få en periode som er gitt av bassengformen i forlengelsen av skredet. Perioden er gitt ved: LB T ; 0.5 gd der L b er fjordbredden g er tyngdens akselerasjon og d er (gjennomsnittelig) vanndybde. 2. Skredbølgenes høyde bestemmes primært av skredvolumet. En indikasjon på sannsynlig høyde av skredbølgene kan finnes ved å benytte snittverdier fra Figur 9. Store hastigheter (over 50 m/s) eller høye skredfronter (over 80 m) gir en økning i bølgehøydene. 3. Et estimat på hvilken vanndybde som kan ventes i et lavtliggende, fast punkt som opprinnelig ligger på tørt land, kan finnes ved å benytte data fra Geiranger, Figur 9. For et punkt på land med en jevnt skrånende bunn foran, vil en forvente et maksimalt vann-nivå som er 1.0 1.4 x bølgehøyden. Bølgehøyder og vann-nivå over terreng ved Hellesylt er så mye preget av lokale forhold at de ikke kan generaliseres. 4. Hvilken effekt en bratt skråning (som f eks en dam) vil få for bølgene og eventuell overskylling er ikke målt i modellen. 5. På grunn av refleksjon vil det oppstå en serie med bølger, der den høyeste vil befinne seg innenfor de 5 7 første bølgene. 6. Lokale forhold som f eks terskler under vann og undervannsformasjoner kan ha en meget stor innvirkning på både bølgehøyder og på oppskyllingshøyder.
6 3 OPPBYGGING AV MODELL Den topografiske modellen dekker hele Sunnylvsfjorden sør for en linje over fjorden omtrent ved Gryddevikane, som ligger ca 4 km nord for skredstedet. Modellskalaen er 1 : 500. Fjorden er på det breieste ca 2 km brei, som tilsvarer 4.0 m i modellen. Største vanndyp innenfor det modellerte området er 320 m, tilsvarende 0.64 m i modellen. Modellomfanget er vist i Figur 3 og bunnforholdene er vist i Figur 4. Normalt vil en ikke benytte en fysisk modell med skala så lavt som 1 : 500. For vanlige forsøk med bølger vil man gjerne benytte skala i størrelse 1 : 10 1 : 100. Når en så liten skala likevel kan forsvares i dette tilfellet skyldes det at de bølgene som man forventer å finne er uvanlig høye. Man forventer bølgehøyder i størrelse 20 50 m, og bølgeperioder 40 100 s. I tillegg er fjorden meget dyp, varierende fra 320 m ved skredstedet til typisk 100 og 50 ved henholdsvis Hellesylt og Geiranger. Dermed blir bølgene likevel så høye at man unngår modelleffekter forårsaket av overflatespenninger, friksjon og viskositet. Figur 2 Bilde fra bygging av modellen. Utsikt mot sørøst fra krysset mellom Sunnylvsfjorden og Geirangerfjorden. Geiranger ligger i bakgrunnen i enden av fjorden (ved vinduene), og Hellesylt ligger utenfor bildekanten til høyre.
7 Nordre grense for modell, y = 6,900,000 Figur 3 Kart som viser Sunnylvsfjorden og modellavgrensingen mot nord. Hellesylt ligger nede til venstre, Geiranger nede til høyre. Rutenettet har 1 km inndeling. Kartet er levert av NGU.
8 Figur 4 Bathymetrisk/topografisk kart som viser data benyttet i modellbyggingen. Rutenett er ikke vist, men er identisk med nettet i Figur 3.
9 Figur 5 Bilde som viser modellens plassering i laboratoriet. Fjordarmen fra Storfjorden og havet kommer inn fra nedre høyre kant, og går inn mot Hellesylt, som ligger til høyre ca midt på bildet. Geirangerfjorden går fra høyre mot venstre tvers over bildet. Åkneset og rampen som simulerer skredet kan sees til høyre, ca midt på bildet.
10 4 TESTER OG FORSØK Det er kjørt ren rekke med 7 ulike tester basert på realistiske scenarier og et ønske om å oppnå en spredning av forsøksparameterne. 4.1 Modellomregning Modellen er bygget med en lineær målestokk på 1 : 500. Vi antar at Frouds modell-lov gjelder, dvs. at gravitasjon og akselerasjonskrefter dominerer, og at viskøse krefter (overflatespenning, viskositet i vannet, osv) kan neglisjeres. De viskøse kreftene vil aldri forsvinne helt, men vil gradvis få mindre betydning når den fysiske modellen blir større. I dette tilfellet er de bølgene som skal undersøkes forventet å bli så høye at gravitasjonskrefter vil være totalt dominerende. Under forutsetning av at Frouds modell-lov gjelder får vi omregningsfaktorer for ulike størrelser som vist i Tabell 1. Tabell 1 Omregningsfaktorer og målestokk i hht Frouds modell-lov. Størrelse Omregningsfaktor Målestokk Lineær lengde 1 : L 1 : 500 Volum 1 : L 3 1 : 1.25 10 8 Masse 1 : L 3 1 : 1.25 10 8 Kraft 1 : L 3 1 : 1.25 10 8 Hastighet 1 : L 0.5 1 : 22.4 Tid 1 : L 0.5 1 : 22.4 4.2 Forsøksoppsett De primære testvariablene antas å være: Skredvolum Skredhastighet (målt ved frontens innslag i vannet) Høyden av fronten som treffer vannet. Skredet er modellert som boksformede kasser med egenvekt 12.5 kn/m 3, tilsvarende et granulært skred av steinblokker med luftlommer. Dette er en tilnærmelse til virkeligheten fordi skredet i realiteten vil være granulært. Valget av boksformede skredblokker ble gjort fordi det gir en bedre mulighet til repeterbarhet av forsøkene, og fordi man antar at bølgene i fjernsonen (dvs. utenfor det umiddelbare innslagsområde) hovedsakelig er styrt av skredvolumet.
11 Tabell 2 Forsøksoppsett for tester. Skredmassen består av blokker med en effektiv romvekt på ca 12.5 kn/m 3. Basisblokken er en enhet på 4.5 10 6 m 3, og antall enheter er antallet slike enheter i hvert skred. Dropphøyde er beregnet avstand målt langs skråplanet fra vannflaten til skredets underkant. 1 Nr Størrelse av skred, fullskala Volum Antall enheter Hastighet Hastighets modell Hovedserie Dropphøyde cm H m B m L m V m/s 10 6 m 3 m/s a 80 450 1000 45 36.00 2.01 8 31 b 100 450 1000 45 45.00 2.01 10 31 c 120 450 1000 45 54.00 2.01 12 31 d 80 450 1500 45 54.00 2.01 12 31 2 a 80 450 500 65 18.00 2.91 4 71 b 80 450 500 45 18.00 2.01 4 31 3 a 60 225 800 60 10.80 2.68 2.4 61 For å sikre repeterbarhet og å unngå tilfeldige feil, er hvert forsøk kjørt to ganger. Sensoropplegget består av 12 resistive bølgesensorer, 3 3-akse ultralyd strømmålere og 2 nivåmålere som måler oppskyllhøyden i et fast punkt i hhv Hellesylt og Geiranger. Plasseringen av sensorene er vist i Figur 6.
12 Måleposisjoner 6898000 3, 2, 1 6893000 6, 5, 4 s3, s2, s1 6888000 9, 8, 7 10, 11, 12 6883000 387000 392000 397000 402000 407000 Figur 6 Posisjoner for faste bølgemålere (1-12), strømmålere (s1 s3), nivåmålere ( ). o Bølgehøydemålerne er plassert i grupper med tre i bredden over fjorden. Det er målepunkter nord og sør for skredstedet, ved Hellesylt og ved Geiranger. Bølgene som dannes består av tverrbølger i fjorden og langsgående bølger. Fordi vår interesse primært er rettet mot de bølgene som forplanter seg ut fra skredstedet, velger vi å benytte bare måleresultater fra den midterste bølgemåleren i hver gruppe. o Nivåmålerne i hhv Hellesylt og Geiranger er plassert nede på den flate området på hvert sted. Nivåmåleren måler vanndybden på stedet der måleren står, dvs. vannets høyde over bakken. Måleren står på tørt land før eksperimentet starter, og den totale høyden av vannet er derfor den målte verdien + ca 3.0 m. Dette nivået må ikke forveksles med oppskyllingshøyder, som er hvor høyt opp vannet skyller i terrenget. o Strøm-målerne er brukt til å kalibrere numeriske modeller, og resultatene benyttes ikke i denne rapporten.
13 Figur 7 Rampe for generering av skred. Bildet er tatt med utsyn nordover i Sunnylvsfjorden. Skredvinkelen er identisk med helningen på fjellsiden, og hastigheten ved innslag i vannet reguleres ved å variere høyden som skredet slippes fra. Skredet modelleres ved hjelp av prismatiske blokker, hver med størrelse tilsvarende 4.5 10 6 m 3. Bildet viser to slike enheter klare til slipp.
14 5 RESULTATER 5.1 Observasjoner og målinger Eksempel på forløp av målinger av bølgeoverflaten i en test (Test 1A, målesnitt sør for skredstedet) er gitt i Figur 8. I figuren er Serie 2 måleren som står midtfjords, mens 1 og 3 er målerne på sidene. 4 3 2 Bølgehøyder i profil 2 (sør) 1A BH [Cm] 1 0-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Series1 Series2 Series3-2 -3 Tid [s] Figur 8 Eksempel på resultat fra bølgemålinger. Figuren viser resultat (i cm i modellskala) fra de tre målerne som står sør for skredstedet (nummer 4, 5 og 6, Figur 6). Vi ser at den første bølgen er relativt uniform over hele tverrsnittet, men registreringene fra de tre målerne divergerer raskt etter to til tre bølger. En oppsummering av alle måleresultatene er gitt i Figur 9. Her er bølgehøyder og vann-nivå over terreng vist som funksjon av skredvolum. Testnummeret (ref Tabell 2) er vist ved den øverste kurven i diagrammet. For sammenligningens skyld er variasjonen i testparameterne vist i Figur 10 like under.
15 Bølgehøyder og oppskylling vs rasvolum 45.00 Max bølgehøyde (m); nivåheving (m) 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 BH5 BH8 BH11 Nivå Hell Nivå Geir 3A 2A 2B 1A 1B 1C 1D 5.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 Rasvolum (10^6 m3) Figur 9 Bølgehøyder målt i punktene 5, 8 og 11 (midtfjords ved hhv skredsted, Hellesylt og Geiranger), og nivå over land i Hellesylt og Geiranger som funksjon av skredvolum. 140 Testbetingelser 7 tester Volum (10^6 m3); hastighet (m/s); høyde (m) 120 100 80 60 40 20 Vol hast høyde 0 1A 1B 1C 1D 2A 2B 3A Test nummer Figur 10 Variasjon at testbetingelser for forsøkene.
16 Vi ser at det er en tydelig sammenheng mellom skredvolum, og både bølgehøyder og nivåobservasjoner. Samtidig er det to steder på kurvene der det er klare diskontinuitet, ved volum 18 og 54 x 10 6 m 3. Ved å sammenligne Figur 9 og Figur 10 kan vi bestemme årsaken til diskontinuiteten i Figur 9. o Forskjellen på test 2A og 2B er hastigheten, der 2A har 65 m/s, og 2B har 45 m/s, og vi ser at denne hastighetsreduksjonen gir seg utslag i lavere bølgehøyder og lavere neddykkingsnivå. o Forskjellen på test 1C og 1D er høyden på skredfronten, der 1C har 120 m mens 1D har 80 m. Dette gir et tydelig utslag i størrelsen på de viste parameterne. o Kurvene synes å stige ekstra bratt mellom 3A og 2A. Ved siden av at volumet øker fra 10.8 til 18.0 millioner m 3, skyldes dette også hastigheten øker fra 2.62 til 2.91 m/s, samtidig som høyden av fronten øker fra 60 til 80 m, og bredden av skredet øker fra 225 til 450 m. Figur 11 Hellesylt sett nordover ut fjorden. Bølgemålerne (3 stk i bredden) sees i bakgrunnen, og noen større, sentrale bygninger ned på øra ved Hellesylt er vist med klosser av klarplast i forgrunnen. Vika bak hammeren til høyre i bildet absorberer mye av den destruktive bølgeenergien som ellers ville kommet inn til Hellesylt.
17 5.2 Bølgehøyder og neddykkingsnivå Et annet trekk ved Figur 9 er at det er en tydelig reduksjon i bølgehøyder fra Hellesylt til Geiranger; generelt er bølgehøyden ved Geiranger ca halvparten av bølgehøyden ved Hellesylt. Denne reduksjonen i bølgehøyde kan man imidlertid ikke se i vann-nivået observert nede på den bebygde flaten på de to stedene. Vann-nivået (maksimal høyde av vannet over terreng) er likt på de to stedene, til tross for at bølgehøyden er dobbelt så stor ved Hellesylt. Årsaken til denne uventede mangel på forskjell ligger sannsynligvis i bunnforholdene på de to stedene. Figur 12 og Figur 13 viser detaljer av batymetrien rundt hhv Hellesylt og Geiranger, der svak blå skygge indikerer sjøoverflaten. Ved Hellesylt er målepunktet for bølgene ca midt i det dypeste partiet i fjordarmen som går inn til Hellesylt (se også Figur 6). Lenger inn i fjorden kommer det imidlertid først to mindre viker (en på hver side, ca halvveis inn i fjorden), og deretter kommer en dominerende fjellhammer som stikker ut øst for Hellesylt. I tillegg ser vi at det er en tydelig oppgrunning foran Hellesylt, der bunnen danner en slags kanal, og det er tydelig at disse fysiske hindrene danner en sperre for bølgene slik at de blir betydelig redusert før de når inn til Hellesylt. Effekten som vi ser i Figur 9 er derfor høyst sannsynlig reell, det vil si at det er et etter omstendighetene lavt vann-nivå i Hellesylt som skyldes at stedet er skjermet av formasjoner både over og under vann. Den tilsynelatende uoverensstemmelsen mellom observasjonene skyldes derimot at målepunktet for bølger i Hellesylt er uheldig valgt, og at man ville observert en lavere bølgehøyde dersom man hadde målt i et punkt nærmere Hellesylt. For Geiranger ser vi ingen tilsvarende skjermingseffekt, se Figur 13. Her er det åpent farvann helt inn til tettstedet, og i tillegg har man en jevnt skrånende bunn på en slak skråning som vil gi en oppbygging av bølgehøyde og oppskyllingshøyde på land og lite refleksjon. Det er også viktig å merke seg at de høyeste bølgene opptrer ved bølgemåler nr 8, dvs. foran Hellesylt. Dette skyldes en kombinasjon av at bølgehøyden øker når bølgene passerer terskelen ved åpningen av fjorden inn til Hellesylt, og at refleksjonen fra den indre delen av denne fjordarmen gjør at det oppstår en stående bølge her.
18 Figur 12 Detalj av batymetrikart ved Hellesylt. Figur 13 Detalj av batymetrikart ved Geiranger.
19 En forenklet teoretisk modell kan bidra til å illustrere fordelingen av bølgehøyder i fjordbassenget. Den forenklede modellen forutsetter stabil tilstand, dvs. at det kommer inn et uendelig antall bølger, og at bølgene ikke skyller opp på land. Et eksempel på bølger med 60 s periode fra nord er vist i Figur 14. Her ser vi fordelingen av bølgehøyder i fjorden, og den ujevne fordelingen skyldes at det oppstår stående bølger på grunn av refleksjon fra sidene. Denne situasjonen vil egentlig bare oppstå etter et stort antall bølger, men likevel kan modellen bidra til å forklare noen av de fenomenene som vi observerer i den dype delen av fjorden. Ved Hellesylt ankommer de første bølgene ca 5 minutter etter skredet, og det er ennå ca 4 minutter før de ankommer til Geiranger. Dermed vil en ha tid til å etablere reflekterte, stående bølger i Hellesylt mens den første bølgen ennå er på vei mot Geiranger. Ved Hellesylt sees disse bølgene som røde bånd over fjorden der bølgehøyden er stor, og vi noterer at det er nettopp der bølgemålerne er plassert (ref Figur 6), mens vi ser at det er et tilsvarende bånd med mer moderate bølgehøyder i posisjonen der bølgemålerne like sør for skredet er plassert (målere 4, 5 og 6). Det kan altså være naturlige og forklarlige grunner til at bølgehøyden ved Hellesylt synes å være større enn bølgehøyden nærmere skredet. Figur 14 Eksempel på anvendelse av CGWAVE modellen i modellområdet. Figuren viser beregnet bølgehøyde i m (skala opp til venstre) ved en bølgeserie som kommer inn fra nord med en periode på 60 s. Se teksten for kommentarer. 5.3 Bølgeperioder Perioden på de skredinduserte bølgene viser liten variasjon. I Figur 15 er perioden til den første bølgen i hver serie vist. Årsaken til at vi velger ut den første er at den er klart definert, for etter den første blir bølgebildet fort brutt opp av refleksjoner og andre forstyrrelser.
20 Skredvolum vs bølgeperiode 140.0 Bølgeperiode (s); skredhastighet (m/s); skredhøyde (m) 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 hast høyde Første periode 3A 2B 2A 1A 1B 1C 1D 0.0 0 10 20 30 40 50 60 Skredvolum (10^6 m3) Figur 15 Observert bølgeperiode vs skredvolum. Variasjoner i forsøksparametere er også vist. En analyse ved hjelp av Fast Fourier Transformation (FFT) kan hjelpe til å vise hvilke perioder som finnes i en tidsserie som i utgangspunktet kan virke veldig rotet. En ulempe er at tidsserien er kort (Figur 8), og da kan det i noen tilfeller oppstå problemer med å isolere endene av tidsserien. I tilfellet test 1D, bølgemåler 5, har det imidlertid gått bra, og vi ser resultatet av FFT-analysen i Figur 16. Denne analysen viser at det er to distinkte frekvenskomponenter i spekteret med en topp på 25.4 s og en topp på 66.3 s. Den målte toppen på 66.3 s sammenfaller bra med den observerte perioden på den første bølgen som er rundt 60 s for alle testene. En periode på 60 s tilsvarer en tverrsvingning i fjorden slik som vist i idealisert form i Figur 17. Perioden for en slik svinging er gitt ved: LB T ; 0.5 gd der L b er fjordbredden g er tyngdens akselerasjon og d er (gjennomsnittelig) vanndybde. Hvis vi antar at den effektive fjordbredden er 1700 m og vanndybden er 320 m, gir det en periode på 61 s. Vi har ikke funnet noen rimelig forklaring på toppen som er observert på 25.4 s.
21 Figur 16 Resultat fra FFT-analyse av test 1D, målepunkt 5. (Inndelingen i Havsjø og Drag er opprinnelig beregnet for vanlige bølger på havet. Tidsserien er så kort at estimater på signifikant bølgehøyde (H m0 ) og nulloppkryssingsperiode (T m02 ) ikke blir pålitelige). Figur 17 Idealisert form på en stående tverrsvinging i et lukket basseng. Retning for vannbevegelser er markert.
22 5.4 Fjordtverrsnittets innvirkning Vi kan også se på hvordan bølgehøyden utvikler seg med avstand fra skredstedet. Maksimal bølgehøyde observert ved hvert målesnitt er vist i Figur 18. Målesnittene er vist i Figur 6. Bølgehøyde m 50 40 30 20 10 0 Bølgehøyde som funksjon av avstand fra skredstedet Nord Sør Hellesylt Geiranger 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 Avstand fra Åkneset km 1A 1B 1C 1D 2A 2B 3A Figur 18 Observerte bølgehøyder (differensen mellom maksimal og minimal verdi i hvert målesnitt) som funksjon av avstand fra skredstedet. Figur 18 viser at bølgehøyden i nesten alle tilfeller er større ved Hellesylt enn ved målesnittene nær skredstedet. Det er tidligere antydet at denne effekten kan ha lokale årsaker, som terskelen inn til Hellesylt og dannelse av stående bølger i bi-fjorden inn mot Hellesylt. Ved å sammenligne observasjonene fra målesnittene Nord og Sør ser vi at bølgehøydene 1.5 km nord for skredstedet er lik eller mindre enn bølgehøydene 5.3 km sør for skredstedet. Dette skyldes at fjorden i retning nordover (mot Storfjorden og havet) blir dypere og breiere, noe som gir spredning av bølgeenergien. I retning sørover oppstår det imidlertid en konsentrasjon av bølgeenergi når fjorden blir grunnere og smalere. Naturlig dissipasjon i friksjon og turbulens oppstår uansett hvilken retning bølgene beveger seg, men ved bevegelse mot breiere og dypere fjord går bølgehøyden raskere ned enn når minkende tverrsnitt av fjorden fører til en samtidig tendens til økning av bølgehøyden. 5.5 Vanndyp I de forsøkene som er utført har det vært holdt et konstant vanndyp som er relativt stort. Ved Åkneset er vanndybden 320 m, og den minker gradvis til ca 250 m ved krysset mellom fjorden inn til Hellesylt og Geirangerfjorden. Ved dette krysset er det en terskel inn til begge fjordene på ca 150 m dybde.
23 Bølgeperioden på rundt 60-70 s tilsier at dette er gruntvannsbølger der horisontale partikkelhastigheter er jevnt fordelt over hele vannsøyla, dvs. at det er samme fart på vannet ved bunnen som i overflaten. Bølgene er imidlertid små i forhold til den tilgjengelige vanndybde, og man er ikke noe tilfelle i nærheten av brytningsgrenser eller at vanndybden begrenser bølgehøyden. I denne prosessen kan vi dele inn vannflaten i to områder: o nærområdet rundt innslaget, der forholdene vil være kaotiske og sterkt turbulente i den perioden da de reelle bølgene skapes. o fjernsonen rundt innslaget, dvs. i den sonen der bølgene har etablert seg og beveger seg bort fra skredstedet som vanlige bølger. I fjernsonen kan en regne med at bølgene kan beskrives ved hjelp av vanlig bølgeteori. For små vanndyp kan en regne med at bølgehøyden er dybdebegrenset, uttrykt ved: H b = 0.781d, der H b er maksimal bølgehøyde og d er vanndybden. Ved en vanndybde på 25 m er den høyeste bølgen en kan forvent ca 19.5 m. I de forsøkene som er gjort er den høyeste observerte bølgen ca 40 m, og den vil dermed kunne eksistere på et vanndyp på ca 50 55 m.
24 6 SPESIELT FOR SKREDBØLGER I KRAFTVERKSMAGASINER Noen av de observasjonene som er gjort ovenfor kan overføres til forhold i et generelt, lukket kraftverksmagasin. 1. De første og mest dominerende bølgene som oppstår vil få en periode som er gitt av bassengformen i forlengelsen av skredet. Perioden er gitt ved: LB T ; 0.5 gd der L b er fjordbredden g er tyngdens akselerasjon og d er (gjennomsnittelig) vanndybde. 2. Skredbølgenes høyde bestemmes primært av skredvolumet. En indikasjon på sannsynlig høyde av skredbølgene kan finnes ved å benytte snittverdier fra Figur 9. Store hastigheter (over 50 m/s) eller høye skredfronter (over 80 m) gir en økning i bølgehøydene. 3. Et estimat på hvilken vanndybde som kan ventes i et lavtliggende, fast punkt som opprinnelig ligger på tørt land, kan finnes ved å benytte data fra Geiranger, Figur 9. For et punkt på land med en jevnt skrånende bunn foran, vil en forvente et maksimalt vann-nivå som er 1.0 1.4 x bølgehøyden. Bølgehøyder og vann-nivå over terreng ved Hellesylt er så mye preget av lokale forhold at de ikke kan generaliseres. 4. Økende tverrsnitt av reservoaret/fjorden (økende vanndyp og/eller økende bredde) fører til raskere reduksjon av bølgehøydene. 5. For grunne reservoarer og magasiner kan bølgehøyden være begrenset av dybden gjennom uttrykket H b = 0.781d. 6. Hvilken effekt en bratt skråning (som f eks en dam) vil få for bølgene og eventuell overskylling er ikke målt i modellen. 7. På grunn av refleksjon vil det oppstå en serie med bølger, der den høyeste vil befinne seg innenfor de 5 7 første bølgene. 8. Lokale forhold som f eks terskler under vann og undervannsformasjoner kan ha en meget stor innvirkning på både bølgehøyder og på oppskyllingshøyder.
25 REFERANSER 1. Lothe A E, Storler A Ø: Skred ved Åkneset oppsummering av resultater fra modellforsøk, SINTEF rapport SBF IN A10202, oktober 2009.