Flomberegning for Signaldalselva, Sommarsetelva og Mortendalselva Storfjord kommune, Troms (204.B0 og 204.AZ) 16 2013 OPPDRAGSRAPPORT B
Flomberegning for Signaldalselva, Sommarsetelva og Mortendalselva Storfjord kommune, Troms (204.B0 og 204.AZ) Norges vassdrags- og energidirektorat 2013 1
Oppdragsrapport B 16-2013 Flomberegning for Signaldalselva, Sommarsetelva og Mortendalselva, Storfjord kommune, Troms (204.B0 og 204.AZ) Oppdragsgiver: Statens vegvesen Region nord v/kjell Grønsberg Forfatter: Seija Stenius Trykk: NVEs hustrykkeri Opplag: 4 Forsidefoto: Fv. 868, bru over Balsfjordelva, vårflom den 16. mai 2013. Foto: Seija Stenius, NVE. Emneord: Flomberegning, Signaldalselva, Sommarsetelva, Mortendalselva, Storfjord, Troms. Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstua 0301 OSLO Telefon: 22 95 95 95 Telefaks: 22 95 90 00 Internett: www.nve.no September 2013 2
Innhold Forord... 4 Sammendrag... 5 1 Beskrivelse av nedbørfeltet... 6 2 Målestasjoner... 7 3 Beregning av middelflom og flommer med ulike gjentaksintervall... 9 3.1 Døgnmiddelvannføringer... 9 3.2 Kulminasjonsvannføringer...10 3.3 Justering av flomverdier i forhold til forventete klimaendringer...12 4 Usikkerhet... 12 5 Referanser... 13 3
Sammendrag Det er utført flomberegninger for Signaldalselva, Sommarsetelva og Mortendalselva i Storfjord kommune i Troms. Middelflom og flommer med gjentaksintervall 50, 100 og 200 år er beregnet. I tillegg er flomverdiene justert i forhold til forventete klimaendringer. Flomberegningen er kontrollert av Lars-Evan Pettersson, NVE. Det har funnets vannføringsmålinger i Signaldalselva men ikke i de andre to vassdragene. Flomberegningene er derfor basert på data fra målestasjonen i Signaldalselva samt målestasjoner i nærliggende vassdrag og beregninger utført med regionale formler og frekvenskurver (Sælthun et a., 1997). Resultatet ble (kulminasjonsverdier): Sted Areal Q M Q 50 Q 100 Q 200 km 2 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Signaldalselva 442 436 193 343 378 414 Sommarsetelva 69,2 648 45 80 88 96 Mortendalselva 12,2 1013 12 22 24 27 Kulminasjonsvannføringer for flommer i et endret klima (år 2100) er som følger: Sted Areal Q M Q 50 Q 100 Q 200 km 2 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Signaldalselva 442 436 193 343 378 414 Sommarsetelva 69,2 778 54 96 105 116 Mortendalselva 12,2 1216 15 26 29 32 Det er valgt ut fem målestasjoner i området til å beregne og sammenligne middelflom, frekvenskurver og kulminasjonsverdier. Det er få målestasjoner i nærheten med lite feltareal. Dataseriene som er brukt i frekvensanalysene er av varierende kvalitet på flomvannføringer. Med bakgrunn i det tilgjengelige datagrunnlaget for denne beregningen kan usikkerheten i resultatene regnes som stor for Mortendalselva, middels stor for Sommarsetelva og relativt liten for Signaldalselva. 5
1 Beskrivelse av nedbørfeltene Signaldalselva drenerer et relativt stort felt og renner direkte ut i Storfjord. En liten del av feltet, ca 33,8 km 2, ble påvirket av regulering fra november 1980. Det føres ut vann fra det regulerte feltet men ved store flommer forventes Signaldalselva sitt nedbørfelt å nærme seg uregulerte forhold. Sommarsetelva drenerer et mellomstort felt og renner ut i Signaldalselva rett før elven renner ut i sjøen. Mortendalselva er en sideelv til Sommarsetelva og drenerer et relativ lite felt. Flomregime: vårflommen dominerer i vassdragene. Feltkarakteristika for nedbørfeltene er vist i tabell 1 og feltgrensene er vist i figur 1. Tabell 1. Feltkarakteristika for nedbørfeltene. Sted Feltareal, A km 2 Q N (61-90)* l/s km 2 Eff. sjø, A SE % Høydeintervall moh. Feltlengde, L F km Elvegradient, S T, m/km Signaldalselva 442 32 0,11 7-1584 38,6 13,0 Sommarsetelva 69,2 35 0,05 8-1488 9,0 73,0 Mortendalselva 12,2 40 0,00 78-1468 5,6 80,0 * Avrenning beregnet fra NVEs avrenningskart for normalperioden 1961-1990. Figur 1. Nedbørfeltene til Signaldalselva (rødt), Sommarsetelva (blå stripet) og Mortendalselva (sort stripet). 6
2 Målestasjoner En oversikt over nedbørfeltene til aktuelle sammenligningsstasjoner i området er gitt i tabell 2. Beliggenhet og feltgrenser er vist i figur 2. Målestasjon 204.6 Kavlefoss var plassert i Signaldalselva ca 10 km oppstrøms E6 brua over Signaldalselva. Kavlefoss har litt mindre feltareal sammenlignet med Signaldalselva men mye større feltareal sammenlignet med Sommarsetelva og Mortendalselva. Den effektive sjøprosenten er sammenlignbar med de tre analysefeltene. Målestasjonen var i drift i perioden 1967-1994 men en liten del av feltet ble påvirket av regulering fra november 1980. Dataserien er forlenget med målestasjonene 204.1 Solli (1929-1962) og 204.5 Frydenlund bru (1963-1967) som var plassert noe lenger ned i vassdraget. Kvaliteten på vannføringskurven på flomvannføringer er ikke kjent. Målestasjon 206.3 Manndalen bru ligger ca 40 km nord nordøst for Signaldalselva. Manndalen bru har halvparten av feltarealet sammenlignet med Signaldalselva men mye større sammenlignet med Sommarsetelva og Mortendalselva. Den effektive sjøprosenten er sammenlignbar med de tre analysefeltene. Målestasjonen har vært i drift siden 1971. Kvaliteten på vannføringskurven på flomvannføringer er vurdert som bra. Målestasjon 203.2 Jægervatn ligger ca 50 km nord for Signaldalselva. Jægervatn har mye mindre feltareal sammenlignet med Signaldalselva men større respektive mye større sammenlignet med Sommarsetelva og Mortendalselva. Den effektive sjøprosenten er mye høyere og middelavrenningen er høyere sammenlignet med de tre analysefeltene. Målestasjonen har vært i drift siden 1988. Kvaliteten på vannføringskurven på flomvannføringer er vurdert som middels god. Målestasjon 196.7 Ytre Fiskelausvatn ligger ca 40 km vest for Signaldalselva. Ytre Fiskelausvatn har mye mindre feltareal sammenlignet med Signaldalselva, litt mindre sammenlignet med Sommarsetelva men større sammenlignet med Mortendalselva. Den effektive sjøprosenten er veldig mye høyere sammenlignet med de tre analysefeltene. Målestasjonen har vært i drift siden 1960. Kvaliteten på vannføringskurven på flomvannføringer er vurdert som middels god. Målestasjon 197.8 Ersfjord ligger ca 70 km nordvest for Signaldalselva. Ersfjord har mye mindre feltareal sammenlignet med Signaldalselva og Sommarsetelva men kun litt større feltareal sammenlignet med Mortendalselva. Den effektive sjøprosenten er litt høyere og middelavrenningen er mye høyere sammenlignet med de tre analysefeltene. Målestasjonen ble flyttet i 2006 (197.10 Ersfjordelva). Den nye stasjonen har fortsatt bare en midlertidig kurve som er basert på få målinger og disse dataene brukes derfor ikke i analysen på grunn av store usikkerheter. Data som ble registrert etter 2001 ved den gamle stasjonen er av svært dårlig kvalitet og brukes heller ikke. Tidsserien som brukes i analysen er derfor relativt kort og vannføringskurven på flom er vurdert som middels god. Målestasjonene i området gir et dårlig datagrunnlag for Mortendalselva men for Sommarsetelva vurderes analysegrunnlaget som litt mer representativt. Det er få målestasjoner i området med lite nedbørfelt og de som finnes er lite representative for Mortendalselva. Målestasjon 104.6 Kavlefoss vurderes her å gi et relativt godt datagrunnlag for Signaldaleva. 7
Tabell 2. Feltkarakteristika for aktuelle sammenligningsstasjoner. Stasjon 204.6 Kavlefoss 206.3 Manndalen bru 203.2 Jægervatn 196.7 Ytre Fiskelausvatn 197.8 Ersfjord Måleper. 1967-1994 1971- dd 1988- dd 1960- dd 1983-2008 Feltareal km 2 Q N (61-90) l/s km 2 Q obs l/s k m 2 Eff. sjø% Høydeint. moh. Feltlengde, L F, km Elvegr. S T, m/km 402 32 32,3 0,13 64-1584 30.0 15,8 200 29 27,6 0,04 20-1316 25,6 30,5 92,5 52 51,1 7,79 3-1533 13,7 29,6 54,4 30 28,0 15,61 158-1233 10,2 12,0 19,3 55 85,1 0,90 83-1006 5,6 45,4 Q N årsmiddelavrenningen i perioden 1961-90 beregnet fra NVEs avrenningskart. Q obs årsmiddelavrenningen beregnet for periode med tilgjengelige observasjoner. Figur 2. Sammenligningsstasjoner i området (sort) og analysefeltene (stripet). 8
3 Beregning av middelflom og flommer med ulike gjentaksintervall 3.1 Døgnmiddelvannføringer For beregning av middelflom er det gjort en vurdering av middelflom for målestasjonene i tabell 2 og beregning av middelflom fra formelverk i definerte hydrologiske regioner (Sælthun et al., 1997). De regionale flomformlene (Sælthun et al., 1997) gjelder for felt >20 km 2, men bør brukes med forsiktighet for felt < 100 km 2 (NVE 2011). Det er i dag ikke utarbeidet et regionalt formelverk før små felt i Norge og derfor brukes formelverket fra Sælthun et. al., til tross for att Mortendalselva er mindre enn 20 km 2 og Sommarsetelva er mindre enn 100 km 2. I tabell 3 vises resultatene for flomfrekvensanalysene på døgnmiddelverdier. Tabell 3. Flomfrekvensanalyse på årsflommer, døgnmiddelverdier. Stasjon Periode Ant. år Areal Q M Q 50 / km 2 l/s km 2 m 3 /s Q M Q 100 / Q M Q 200 / Q M Fordelingsfunksjon 204.6 Kavlefoss 1929-1980 50 402 353 129,3 1,78 1,96 2,15 LP3-NVE 206.3 Manndalen bru 1972-2012 41 200 306 61,4 1,80 1,95 2,11 LN2-MLE 203.2 Jægervatn 1956-2012 57 92,5 187 17,3 1,58 1,71 1,84 LN3-MLE 196.7 Ytre Fiskelausvatn 1961-2011 51 54,4 136 7,4 1,95 2,15 2,35 EV1-PWM 197.8 Ersfjord 1984-2001 18 19,3 564 10,9 1,54 1,65 1,76 EV1-PWM De tre analysefeltene domineres av vårflommer. De tilhører dermed region V2 (Sælthun et al., 1997). Den regionale flomformelen for V2 er: V2: lnq M = 0,0930 lns T - 0,0816 lna SE + 0,0281 lna SF + 0,5076 lnq N + 3,59 q M middelflom [l/s km 2 ] ST hovedelvas gradient [m/km] ASE effektiv sjøprosent [%] ASF snaufjellprosent [%] qn midlere spesifikt årsavløp [l/s km 2 ] A nedbørfeltets areal [km 2 ] LF feltaksens lengde [km] I tabell 4 vises resultatene fra den regionale flomformelen og den regionale flomfrekvenskurven for region V2, beregnet for de tre vassdragene. 9
Tabell 4. Middelflom beregnet med den regionale flomformelen og flomfrekvenskurven for region V2*, utledet for de tre analysefeltene. Sted Areal Q M Q 50 / km 2 l/s km 2 m 3 /s Q M Q 100 / Q M Q 200 / Q M Signaldalselva 442 358 158,4 1,7 1,9 2,0 Sommarsetelva 69,2 472 32,6 1,7 1,9 2,0 Mortendalselva 12,2 658 8,0 1,7 1,9 2,0 *(Sælthun et al., 1997) Det vurderes som at middelflommen som fås fra målestasjon 204.6 Kvalefoss er representativ for Signaldalselva. Middelflommen for Signaldalselva settes dermed til 355 l/s km 2 (resultatet avrundes til nærmeste femtall). Den beregnede middelflommen fra formelverk for region V2 for Signaldalselva stemmer godt overens med observert middelflom ved målestasjon 204.6 Kavlefoss. Det vurderes derfor her som att middelflommen beregnet med formelverk for region V2 (Sælthun et al., 1997) gir en sannsynlig middelflom for Sommarsetelva og Mortendalselva. Middelflommen for Sommarsetelva respektive Mortendalselva settes dermed til 470 l/s km 2 respektive 660 l/s km 2 (resultatet avrundes til nærmeste femtall). Som representativ flomfrekvenskurve for de tre analysefeltene benyttes den som er funnet for 204.6 Kavlefoss som har en av de lengste måleseriene av sammenligningsstasjonene og den som ligger nærmest analysefeltene. Flomfrekvenskurven for Kavlefoss (markert med fet skrift i tabell 3) passer i tillegg bra med den regionale kurven V2 (Sælthun et al., 1997). Tabell 5 gir resulterende døgnmiddelvannføringer ved forskjellige gjentaksintervall for de tre analysefeltene. Tabell 5. Døgnmiddelflommer med ulike gjentaksintervall for de tre analysefeltene. Sted Areal Q M Q 50 Q 100 Q 200 km 2 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Signaldalselva 442 355 157 279,1 307,4 336,9 Sommarsetelva 69,2 470 32,5 57,9 63,7 69,8 Mortendalselva 12,2 660 8,1 14,3 15,8 17,3 3.2 Kulminasjonsvannføringer I små vassdrag vil kulminasjonsvannføringen være atskillig større enn døgnmiddelvannføringen. Dette er spesielt karakteristisk i vassdrag hvor vannføringen kan stige raskt og flommene har et spisst forløp. Små nedbørfelt med lav effektiv sjøprosent vil typisk ha et raskere og spissere flomforløp sammenlignet med større nedbørfelt med høyere effektiv sjøprosent. Forholdet mellom kulminasjonsvannføring (momentanvannføring) og døgnmiddelvannføring (Q mom /Q mid ) anslås fortrinnsvis ved å analysere de største observerte flommene i vassdraget. Siden det ikke finnes vannføringsdata fra noen av vassdragene med finere tidsoppløsning enn døgn må forholdstallet Q mom /Q mid beregnes 10
med utgangspunkt i nærliggende og lignende målestasjoner i området og beregnede forholdstall fra eksisterende formelverk. Målestasjon 206.3 Manndalen bru har data med finere tidsoppløsning enn døgn men har mye større feltareal enn både Sommarsetelva og Mortendalselva. Døgnmiddel og kulminasjonsvannføring for de tre største flommene fra Manndalen bru er listet opp i tabell 6, sammen med forholdstallet mellom disse to verdiene. Målestasjon 197.8 Ersfjord har et relativt lite nedbørfelt og data med finere tidsoppløsning enn døgn men har mye høyere middelavrenning sammenlignet med analysefeltene. Døgnmiddel og kulminasjonsvannføring for de tre største flommene fra Ersfjord er listet opp i tabell 7, sammen med forholdstallet mellom disse to verdiene. Tabell 6. Kulminasjons- og døgnmiddelvannføringer ved 206.3 Manndalen bru. De 3 største årlige flommene i analyseperioden (1972-2012). Dato Kulminasjon m 3 /s Døgnmiddel m 3 /s Q mom /Q mid 25.07.1975 146,7 109,7 1,34 14.06.1992 119,3 87,6 1,36 12.07.1993 118,4 113,0 1,05 Snitt 1,25 Tabell 7, Kulminasjons- og døgnmiddelvannføringer ved 197.8 Ersfjord. De 3 største årlige flommene i analyseperioden (1984-2001). Dato Kulminasjon m 3 /s Døgnmiddel m 3 /s Q mom /Q mid 11.05.1986 29,2 11,0 2,65 15.10.1985 27,4 10,7 2,56 02.05.1990 18,0 14,0 1,29 Snitt 2,17 I Sælthun et al. (1997) er det utarbeidet ligninger som uttrykker en sammenheng mellom forholdet Q mom /Q mid og feltkarakteristika (feltareal og effektiv sjøprosent) for vår- og høstsesong. Formelen for vårflom er: Q mom /Q døgn = 1.72-0.17 loga 0.125 A SE 0.5 hvor A er feltareal og A SE er effektiv sjøprosent. Resultatene presenteres i tabell 8. Tabell 8. Forholdstallet mellom døgnmiddelflom og kulminasjonsflom for de tre analysevassdragene, beregnet for vårflom*. Sted Areal km 2 Q mom /Q mid Vår* Signaldalselva 442 1,23 Sommarsetelva 69,2 1,38 Mortendalselva 12,2 1,54 *(Sælthun et al., 1997) 11
Det er valgt å bruke verdien fra vårflomformelen, Sælthun et al. (1997), videre i analysen. Kulminasjonsverdiene blir dermed som i tabell 9. Tabell 9. Beregnet middelflom (Q M) og resulterende flomverdier ved ulike gjentaksintervall for de tre analysefeltene, kulminasjonsvannføringer. Sted Areal km 2 Q mom /Q mid Q M Q 50 Q 100 Q 200 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Signaldalselva 442 1,23 436 192,8 343,0 377,7 414,0 Sommarsetelva 69,2 1,38 648 44,9 79,8 87,9 96,3 Mortendalselva 12,2 1,54 1013 12,4 22,0 24,2 26,5 3.3 Justering av flomverdier i forhold til forventete klimaendringer I NVE-report 5-2011 Hydrological projections for floods in Norway under a future climate er det gitt anbefalinger om hvordan man skal ta hensyn til forventet klimautvikling frem til år 2100 ved beregning av flommer med forskjellige gjentaksintervall. Ut fra avsnitt 8.1 i nevnte rapport, velger vi her å benytte en faktor på 1,2 (20 % økning) for å anslå klimaendringers effekt på flommer med forskjellige gjentaksintervall for Sommarsetelva og Mortendalselva men for Signaldalselva er det valgt å benytte en faktor på 1,0 (0 % økning). Kulminasjonsvannføringer for flommer i et endret klima (år 2100) blir dermed som i tabell 10. Tabell 10. Beregnet middelflom (Q M) og resulterende flomverdier ved ulike gjentaksintervall for de tre vassdragene, kulminasjonsvannføringer, justert med + 20 % for Sommarsetelva og Mortendalselva respektive + 0 % for Signaldalselva, som følge av forventede klimaendringer. Sted Areal Q M Q 50 Q 100 Q 200 km 2 l/s km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /s m 3 /s Signaldalselva 442 436 192,8 343,0 377,7 414,0 Sommarsetelva 69,2 778 53,8 95,8 105,5 115,6 Mortendalselva 12,2 1216 14,8 26,4 29,1 31,9 4 Usikkerhet Det er en hel del usikkerhet knyttet til frekvensanalyser av flomvannføringer. De observasjoner som foreligger er av vannstander. Disse omregnes ut fra en vannføringskurve til vannføringsverdier. Vannføringskurven er basert på observasjoner av vannstander og tilhørende målinger av vannføring i elven men disse direkte målingene er ofte ikke utført på store flommer. De største flomvannføringene er altså beregnet ut fra et ekstrapolert forhold mellom vannstander og vannføringer, dvs. også observerte flomvannføringer inneholder en stor grad av usikkerhet. Andre kilder til usikkerhet er bruk av døgnmiddelverdier og mangel av lange findataserier. De regionale flomformlene (Sælthun et a.. 1997) gjelder for felt >20 km 2, men bør brukes med forsiktighet for felt < 100 km 2 (NVE 2011). Til tross for dette er de regionale 12
formlene brukt i denne rapporten for Sommarsetelvaog Mortendalselva på grunn av manglende alternative formelverk for små felt. Dette bidrar til usikkerheten i resultatene. Å kvantifisere usikkerhet i hydrologiske data er meget vanskelig. Det er mange faktorer som spiller inn, særlig for å anslå usikkerhet i ekstreme vannføringsdata. Med bakgrunn i det tilgjengelige datagrunnlaget for denne beregningen kan usikkerheten i resultatene regnes som stor for Mortendalselva, middels stor for Sommarsetelva og relativt liten for Signaldalselva. 5 Referanser Sælthun. N. R., Tveito. O. E.. Bønsnes. T. E. og Roald. L. A. 1997: Regional flomfrekvensanalyse for norske vassdrag. NVE Rapport nr. 14 1997. NVE 2011: Retningslinje for flomberegninger. NVE Retningslinjer No. 4-11. www.nve.no. Lawrence og Hisdal 2011: Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. NVE Report No. 5-11. www.nve.no. 13
Denne serien utgis av Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) Utgitt i Oppdragsrapport B-serien i 2013 Nr. 1 Endringer av Harbardsbreen 1996-2010. Liss M. Andreassen Nr. 2 Hydrologiske undersøkelser ved Maurangervassdraget. Årsrapport 2012 Nr. 3 Flomberegning og hydraulisk analyse i forbindelse med ny Kjelden bru ved Rognes i Gauldal. Per Ludvig Bjerke Nr. 4 Flomberegning og hydrauliske beregninger for nye bruer ved Trofors i Nordland. Per Ludvig Bjerke Nr. 5 Flomberegning og hydraulisk analyse i forbindelse med nye bruer i Eikefet og Romarheim. Per Ludvig Bjerke Nr. 6 Flomberegning og hydraulisk analyse i forbindelse med nye bruer over Ålma og Sokna. Per Ludvig Bjerke Nr. 7 Flomberegning for Hildurbekken, Nesseby kommune (241.42). Seija Stenius Nr. 8 Flomberegning for Reinsneselva, Sortland kommune, Nordland (178.61Z). Seija Stenius Nr. 9 Flomberegninger for sidebekk til Reppafjordelva, Kvalsund kommune, Finnmark (213.A0). Per Alve Glad Nr. 10 Hydrologiske undersøkelser i Leirdøla og Jostedøla. Årsrapport 2012. Nr. 11 Flomberegning for seks vassdrag langs Rv. 94. Kvalsund kommune, Finnmark (213.7 og 217.3) Seija Stenius Nr. 12 Flom- og vannlinjeberegning ved Akerselva, Oslo kommune (006.Z) Péter Borsányi Nr. 13 Flomberegning for Grøtneselva Kvalsund og Hammerfest kommune, Finnmark (217.3). Seija Stenius Nr. 14 Flomberegning for Falkelva Hamarøy kommune, Nordland (170.BA. Seija Stenius Nr. 15 Flomberegning og hydraulisk analyse i forbindelse med bygging av ny Mæla bru i Åfjord. Per Ludvig Bjerke Nr. 16 Flomberegning for Signaldalselva, Sommarsetelva og Màrttavàhjohka. Storfjord kommune, Troms (204.B0 og 204.AZ). Seija Stenius
Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstuen 0301 Oslo Telefon: 09575 Internett: www.nve.no