Hvordan beregnes hydrologisk grunnlag for småkraftprosjekter? Hydrologisk avdeling, NVE Thomas Væringstad Norges vassdrags- og energidirektorat
2 Nødvendige hydrologiske beregninger Nedbørfelt og feltparametere Normalavløp 1961-1990 Tilrettelegging av datagrunnlag (representative tidsserier for avløp) Variasjon i middelvannføring fra år til år Avløpets variasjon over året Varighetskurve, slukeevne og sum lavere (driftstid for kraftverket og nyttbar vannmengde) Kapasitetskurve (evaluere verdi av magasin ved inntak) Alminnelig lavvannføring og 5-persentiler Restvannføringskurver og vannstandsvariasjoner i magasin Flomberegninger
Nedbørfelt - kart Kart som viser avgrensning av nedbørfeltet til kraftverkets inntakspunkt restfelt (ned til utløp kraftverk) hydrologisk sammenligningsstasjoner 3
Normalavløp for perioden 1961-1990 Avrenningskart for Norge Normalavløpet (gjennomsnitt 1961-1990) for ethvert punkt i ethvert vassdrag. Oppgis i mm/år eller i l/s km 2 Usikkerhet: ± 20 % 4
Vannføringsdata Grunnlaget for alle hydrologiske beregninger er tidsserier for vannføring (døgnmiddeldata for vannføring over en lang årrekke) 5 Små kraftverk bygges i små vassdrag, der det i de aller fleste tilfeller ikke finnes vannføringsmålinger En svært viktig jobb i forbindelse med den hydrologiske analysen er å vurdere sammenligningsstasjonens representativitet. Hvor godt beskriver den vannføringen i den aktuelle bekken. Hvordan?
Feltparametere for kraftverket og representativ stasjon Areal Høyeste og laveste kote Effektiv sjøprosent Breandel Snaufjellandel Hydrologisk regime Hvilken tid av året inntreffer flom og lavvann Årsmiddelavrenning Avrenningskart 1961-90 6
Noen hjelpemidler Tabeller over eksisterende og nedlagte vannføringsstasjoner Egne tabeller for små felt <20 km² (totalt over 200) Egne tabeller for lange dataserier, > 50 år 7 Rapportene kan bestilles fra NVEs bibliotek eller lastes ned fra: www.nve.no
Tørt normalt vått år Beskrivelse i henhold til tilsig ikke kraftproduksjon 8 Variasjon i årstilsig
Avløpets variasjon over året Vannføringens variasjon gjennom året kan avvike i stor grad fra normalavløpet (gjennomsnitt for 30 år), spesielt i små felt 87.3.0 vannføring Teita Bru ver:1 Flerårs median 1971 2002 HYDAG_POINT Døgn verdier 87.3.0 vannføring Teita Bru ver:1 Flerårsminimum 1971 2002 HYDAG_POINT Døgn verdier Brevassdrag 87.3 Teita bru, Breimselv i Våtedalen/Stardalen, Gloppen, Sogn og Fjordane (vestsiden av Jostedalsbreen) Normalavløp Figuren viser flerårsmedian og flerårsminimum 9 Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Des
Avløpets variasjon over året 107.3.0 vannføring Farstad ver:1 Flerårs median 1966 2002 HYDAG_POINT Døgn verdier 107.3.0 vannføring Farstad ver:1 Flerårsminimum 1966 2002 HYDAG_POINT Døgn verdier Kystvassdrag 107.3 Farstad, Farstadelv, Molde, Møre og Romsdal Normalavløp Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Des Figuren viser flerårsmedian og flerårsminimum 10
Varighetskurve, slukeevne og sum lavere (2) Dimensjoneringsverktøy uten magasinering Vannføring i % av normalavløpet 10 % 23 % Varighet: sortering av vannføringen etter størrelse og frekvens angir hvor stor del av tiden (angitt i %) vannføringen har vært større enn en viss verdi (angitt i % av feltets normalavløp) Eks. (med min. driftsvf. 50 % og maks driftsvf. 150 %): kraftverkets gangtid: 55 % av tida Slukeevne: full drift av kr.v.:26 % av tida viser hvor stor del av normalavløpet (angitt i %) kraftverket kan utnytte, avhengig av den maksimale kapasiteten i turbinen (angitt i % av feltets normalavløp) Eks. (maks driftsvf. 150 %): Nyttbart 76 %, flomtap 23 % Varighet / total vannmengde ( % ) Sum lavere: viser hvor stor del av normalavløpet (angitt i %) som vil gå tapt når vannføringen underskrider lavest mulig driftsvannføring i kraftverket (slipp av minstevf. inngår ikke) Eks. (min driftsvf. 50 %): Lavvannstap 10 % 11
Varighetskurven forventet driftstid/ (3) driftsstans Vannføring i % av normalavløp 12 300 250 200 150 100 50 0 Flomtap (maksimal drift) Nyttbart Angir hvor stor del av tiden Maksimal (angitt i %) drift: vannføringen ca 26 % av tida har vært større enn en viss vannføring (angitt i % av feltets normalavløp) Driftsstans: ca 45 % av tida Eksempel: Drift: ca 55 % av tida Maks. driftsvf. 150 % av normalavløpet Min. driftsvf. 50 % av normalavløpet 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Varighet i % Lavvannstap (driftsstans)
Vannføring i % av normalavløp Slukeevne forventet flomtap (4) Sum lavere forventet lavvannstap 300 250 200 150 100 50 0 Slukeevnen: Sum lavere : viser viser hvor hvor stor del stor av del av normalavløpet normalavløpet (angitt (angitt i %) i %) kraftverket som vil gå kan tapt utnytte, når vannføringen avhengig av underskrider den maksimale laveste driftsvannføring kapasiteten i turbinen i kraftverket (angitt (slipp i % av av minstevf. feltets normalavløp) inngår ikke) Lavvannstap ( + evt. minstevannføring) Flomtap 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vannmengde i % av totalt 13 Flomtap: 23 % av normalavløpet Lavvannstap: 10 % av normalavløpet
Gjennomsnittlig årlig nyttbar vannmengde (5) Eksempel: (maks driftsvf. 150 %, min driftsvf. 50 %) normalavløp/tilgjengelig vannmengde (100 %) flomtap (23 %) lavvannstap (10 %) minstevannføring. (eks: 5%). = 62 % av feltets normalavløp (NB! Kurvene og regnestykket må settes opp for hver enkelt elv, det er ikke generelle kurver!) 14
Gevinst ved oppdemming (1) Varighetskurven viser midlere tilgjengelige vannmengder når vannet har naturlig avrenning i elva (ingen magasinering) Naturlig avrenning i små felt har stor variasjon i vannføring og dermed stor variasjon i produksjon: 15 Tilløp > turbinens maksimale slukeevne flomtap Tilløp < turbinens laveste slukeevne lavvannstap Et magasin vil gi mulighet for å samle opp vann slik at vanntapet reduseres (buffermagasin fylles opp ved stor vannføring, tappes ved lav vannføring) Kapasitetskurver viser hvor mye vann som kan vinnes ved oppdemming
Gevinst ved oppdemming (2) Kapasitetskurver: dimensjoneringsverktøy i vassdrag med magasinering Tunnelkapasitet i % av normalavløpet 10 % 10 % Ingen magasin =magasinprosent 0% Magasinprosent 5 % Kurvene viser hvor stor del av vannet som kan avledes i et kraftverk med fast rørledningskapasitet for ulike magasinstørrelser (angitt i % av normalavløpet) når magasinet er plassert ved inntakspunktet 16 Overført/tapt vannvolum i %
Gjennomsnittlig årlig nyttbar vannmengde ved magasinering (5 %) (3) Eksempel: (maks driftsvf. 150 %, min driftsvf. 50 %, magasin 5 %) normalavløp/tilgjengelig vannmegnde (100 %) flomtap (13 %) lavvannstap (10 %) minstevannføring (eks: 5%) = 82 % av feltets normalavløp 17
Alminnelig lavvannføring Opphav i vassdragsreguleringsloven, Skal beskrive en vannføring som med stor sikkerhet inntreffer i lavvannsperioden Beregnes for uregulert vannføringsserie (døgnmiddelverdier, helst 20-30 år) Umålte felt representativt vassdrag med vannføringsserie som skaleres til kraftverkets felt beregnes med basis i feltparametere Viktig størrelse for vurdering av konsesjonsplikt og slipp av minstevannføring Andre lavvannføringer kan bli pålagt 18
Alminnelig lavvannføring lar seg ikke beregne for sesonger 19 Alminnelig lavvannføring = ualminnelig lav sommervannføring (i vassdrag med dominerende vinterlavvann)
Varighetskurver sesong, 5-persentil vannføring Sommer (1. mai 30. sept.) Vinter (1. okt. 30. april) Vannføring 20 Varighet i % av tid
Alminnelig lavvannføring 5-persentiler 5-persentil sommer 5-persentil vinter alminnelig lavvannføring 21
Usikkerhet i hydrologisk grunnlag risiko for produksjon/ økonomi Usikkerhet, overflatehydrologi: avrenningskartet bruk av representativ avløpsstasjon småfelts hydrologi målinger av små vannføringer Etablering av målestasjon i aktuelt felt kan i løpet av noen år redusere usikkerheten i de hydrologiske beregningene Forutsetning; god kvalitet 22