BØLGER OG VANNSTAND I BERGEN KOMMUNE Rev. Nr: 1 Dato: 15.11 2006 Emne: Vurdering av ekstremverdier av vannstand og bølgehøyder langs sjølinjen I Bergen kommune. Forfattere: Dag Kvamme Magnar Reistad Oppdragsgiver: Bergen kommune
Innledning Bergen kommune skal lage en risiko- og sårbarhetsanalyse som en del av arbeidet med kommuneplanen. Det skal utarbeides oversikter over potensielle risikoområder der det må tas spesielle hensyn ved plan- og byggesaksprosesser. I forbindelse med dette har Bergen kommune bedt met.no om å undersøke vannstand og bølgehøyder langs sjølinjen i Bergen kommune. Strøklengder For å kunne beregne ekstreme bølgehøyder har vi beregnet effektiv strøklengde for ca 100 punkter fordelt langs sjølinjen. Den effektive strøklengden er det arealet over vannflaten som vinden blåser over og danner bølger inn mot det aktuelle punktet på strandlinjen. Den effektive strøklengden er beregnet ved å måle avstanden fra det aktuelle punktet til nærmeste landpunkt for ulike vinkler i forhold til vindretningen. Den effektive strøklengden er en vektet sum av disse strøklengdene, med mest vekt på de strøklengdene som har minst vinkel i forhold til vindretningen. Vi har beregnet effektive strøklengder ut fra en vurdering av de mest eksponerte stedene, tilsvarende for en del viker for å finne laveste verdier. Disse strøklengdene er plottet på kart. Det er en sammenheng mellom den effektive strøklengden, vindfarten, varighet av vinden, og bølgehøyden. I en WMO rapport [1] er det publisert en figur som gir en entydig sammenheng mellom disse størrelsene. Vind Vi finner hundre års returverdi for signifikant bølgehøyde ved å bruke vindhastigheter med hundre års returperiode og de beregnede strøklengdene for de aktuelle fjordområdene. Den sterkeste vinden (10 minutters middel) kan forekomme i Korsfjorden med 35m/s som 100-års verdi. For de andre områdene vil den variere mellom 25 og 30m/s. Denne vindhastigheten må være like stor over hele strøklengdeområdet for å oppnå maksimal bølgehøyde. I de fleste tilfeller vil den være litt sterkere midtfjords og avta oppunder land. Vindhastighetene vi bruker til bølgeberegningene må betraktes som middelverdier for hele fjordområdet. For å få fullt utviklet sjø for de fleste områdene må vindens varighet være mellom 15 og 45 minutter, 45 til 55 minutter for de lengste strøklengdene ved Korsneset. Bølgehøyder Signifikant bølgehøyde (Hs) er middelverdien av den høyeste tredjedel av bølgene innenfor et gitt tidsrom. Vi har så valgt bølgeintervaller for signifikant bølgehøyde, 5 intervaller (kategorier) innenfor 0 til 4m. Øvre grense for hvert intervall gir maksimal signifikant bølgehøyde en kan vente innenfor en 100 års periode. Kategori 1: 100 års returverdi av Hs er under 1m. Kategori 2: 100 års returverdi av Hs er mellom 1m og 1.4m. Kategori 3: 100 års returverdi av Hs er mellom 1.5m og 1.9m. Kategori 4: 100 års returverdi av Hs er mellom 2.0m og 2.9m. Kategori 5: 100 års returverdi av Hs er mellom 3.0m og 4.0m. 2
Maksimal høyde av enkeltbølger (Hm) avhenger av flere faktorer og settes ofte til mellom 1.5 og 2 ganger signifikant bølgehøyde. For ekstremverdiene av bølgehøyde har vi her valgt faktoren 1,9 som er anbefalt i Norsk Standard 9415 for fiskeoppdrettsanlegg [2]. I forhold til vannspeilet vil bølgetoppen (Hb) nå ca 60% over vannspeilet. I tillegg kommer klatring oppover land og konstruksjoner. Vi får da følgende inndeling i kategorier: Kategori Hs Hm Hb 1 0.0-0.9m 0.0-1.7m 0.0-1.0m 2 1.0-1.4m 1.8-2.7m 1.1-1.6m 3 1.5-1.9m 2.8-3.6m 1.7-2.2m 4 2.0-2.9m 3.7-5.5m 2.3-3.3m 5 3.0-4.0m 5.6-7.6m 3.4-4.6m Det er kun området innenfor Korsfjorden som er eksponert for havdønninger fra Nordsjøen. Det er vestsiden av Korsneset som er mest utsatt, her gir enkel spredningsteori en maksimal dønningshøyde på 2.6 meter, den avtar innover Fanafjorden og Lysefjorden. Vi har da antatt at 100 års returverdi av signifikant bølgehøyde som kommer inn fra vest ved innløpet til Korsfjorden er ca 12m. Det er også vest og sørsiden av Korsneset som har de lengste effektive strøklengdene for lokal vindsjø med opp til 10 km. Dette gir signifikant bølgehøyde for lokal vindsjø opp til 3.1 meter. Dersom dette kommer samtidig med maksimal dønning vil den totale signifikante bølgehøyde komme opp i 4.0 meter i dette området. Det er de høyeste verdiene vi finner innenfor Bergen kommune, og er det eneste området som kommer innenfor kategori 5. Innenfor kategori 4 faller noen tilgrensende områder i nærheten av Korsneset. Resten av strandlinjen fordeler seg på de 3 laveste kategoriene. For noen av områdene vil de høyeste bølgene komme ved vind langs land, disse vil ikke være like utsatte som der bølgene kommer rett mot land. Usikkerheter Noen områder ligger i grensen mellom to kategorier. Det er et for stort arbeid å beregne effektiv strøklengde for alle retninger i et hvert punkt. Det kan derfor være mindre deler innenfor et område som tilhører en annen kategori enn angitt på kartet. Det er også mulig at enkelte lokaliteter burde hatt en litt lavere vindhastighet for den retningen som har lengst effektiv strøklengde. Resultatene fra denne studien må betraktes som en oversikt over de verste bølgehøydene man kan vente innenfor gitte områder. Mer detaljerte beregninger kan gjøres innenfor begrensede områder dersom dette er ønskelig. Modeller Det er mulig å lage mer detaljerte kart over bølgeforholdene ved hjelp av numeriske modeller som beregner bølgeforholdene ut fra gitte vindforhold. Men dette er igjen avhengig av detaljerte vinddata i fjordstrøkene rundt Bergen og er utenfor det som kan gjøres i denne fasen. Vannstand innenfor dagens klima Vi antar at høyeste mulige vannstand innenfor dagen klima er ca 290cm over sjøkartnull, eller ca 200cm over kartnull (Normalnull 1954). Dette er 50 cm over høyeste målte verdi til nå i Bergen, 241cm over sjøkartnull 27. februar 1990. For å oppnå 290cm må det være sammenfall mellom en ekstrem stormflo på 110cm og det høyeste astronomiske tidevannet på 180 cm over sjøkartnull. Vi har ikke nok data til å si noe sikkert om gjentaksintervallet for en slik hendelse, men vi antar at det er mange hundre år. Det vil være lokale variasjoner i vannstanden innenfor 3
Bergen kommune, men vi antar de er så små at en kan forsvare å bruke 2 meters koten som et mål på ekstrem vannstand i Bergen kommune innenfor dagen klima. Generell vannstandsøkning som følge av klimaendringer Det er ventet at middelvannstanden vil øke som en følge av varmere hav og smelting av isbreer på grunn av globale klimaendringer. I følge IPCC rapporten fra 2001 [3] varierer estimatet av økt middelvannstand fra 1990 fram til 2100 mellom 9 cm og 88cm for ulike klimascenarier. Beregninger ved Hadleysenteret, referert i [4], basert på klimascenariene B2 og A1B gir en global hevning på ca 30 cm fram til år 2080. I tillegg til en generell økning i middelvannstanden kan ekstrem vannstand også bli høyere på grunn av høyere ekstrem stormflo hvis lavtrykkene blir mer intense. Men så langt tyder modellberegninger på at denne effekten er relativ liten. I RegClim-prosjektet [4] har de beregnet en mulig økning i ekstrem stormflo i Bergen til å være 7cm. I det siste er det publisert undersøkelser som indikerer en økt avsmelting av innlandsisen på Grønland (referanser [5], [6] og [7] ). Det er funnet en kraftig økning i utstrømming av is til havet gjennom en del av brefallene. Denne økningen har vesentlig funnet sted de siste 10 årene. Dette er en mye mer effektiv måte å smelte ned iskappen på enn om den smelter der den ligger. Samtidig har avsetningen av snø på breplatået økt som følge av mer nedbør. Men tapet av is er større enn tilveksten i de nye undersøkelsene. Dersom dette fortsetter vil det føre til en raskere økning av vannstanden enn det som er antatt til nå. Dersom all isen på Grønland smelter vil det gi en generell vannstandhevning på 7 meter. I tillegg kommer et potensielt mye større bidrag fra smelting av deler av Antarktis. Foreløpig er det svært usikkert hvordan vannstandsnivået vil utvikle seg. Det er derfor vanskelig i dag å gi et estimat på hvor mye vannstanden vil øke i løpet av de kommende 100 årene. Men for å være på den sikre siden bør en generell vannstandsøkning taes med i betraktningen ved dimensjonering av konstruksjoner som er tenkt å stå fram mot neste århundreskiftet. Vi anbefaler at en legger inn en økning i havnivået på 0.5m fram til år 2100. Men dette tallet er svært usikkert. Oppsummering Ekstrem vannstand over kartnull(middelvannstand) (Hvm) er summen av høyeste astronomiske vannstand med ekstrem stormflo (2.0m), generell vannstandsøkning (0.5m) og den delen av maksimal bølgehøyde som ligger over vannspeilet (Hb). Hvm = 2.0m + 0.5m + Hb = 2.5m + Hb 4
Vi får da for de forskjellige kategorier: Kategori Hs Hm Hb 1 0.0-0.9m 0.0-1.7m 0.0-1.0m 2 1.0-1.4m 1.8-2.7m 1.1-1.6m 3 1.5-1.9m 2.8-3.6m 1.7-2.2m 4 2.0-2.9m 3.7-5.5m 2.3-3.3m 5 3.0-4.0m 5.6-7.6m 3.4-4.6m Hvm 2.5-3.5m 3.6-4.1m 4.2-4.7m 4.8-5.8m 5.9-7.1m I tillegg kommer klatring av bølger på konstruksjoner og oppover land. En ekstrem vannstand på 2.0m over middelvannstand i dagens klima antar vi har en returverdi på mange hundre år. For å få de Hvm verdiene som er gitt i tabellen over må en dessuten ha denne vannstanden samtidig med hundreårs verdier av Hs. Hvm verdiene er dermed nær en øvre grense av Hvm en kan få med dagens klima, med et tillegg på 0.5m for vannstandsøkning på grunn av globale klimaendringer. Referanseliste [1] WMO (1998): Guide to Wave Analysis and Forecasting, WMO-No.702. [2] Norsk Standardiseringsforbund (2003): NS 9415 Flytende oppdrettsanlegg Krav til utforming, dimensjonering, utførelse, installasjon og drift. [3] IPCC (2001): "Climate change 2001: The scientific basis", Intergovernmental Panel on Climate Change, http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/index.htm [4] http://regclim.met.no [5] Zwally,H.J., Giovinetto,M.B., Li,J., Cornejo,H.G., Beckley,M.A., Brenner,A.C., Saba,J.L., Yi,D. (2005): Mass changes of the Greenland and Antarctic ice sheets and shelves and contributions to sea-level rise: 1992 2002. Journal of Glaciology, Vol.51, No.175 [6] Dowdeswell,J.A. (2006): The Greenland Ice Sheet and Global Sea-Level Rise. Science Vol. 311 [7] Rignot,E. and Kanagaratnam,P. (2006): Changes in the Velocity Structure of the Greenland Ice Sheet. Science Vol. 311 5
Estimat av 100 års returverdier av signifikant bølgehøyde langs sjølinjen i Bergen kommune. 6