NORGES VASSDRAGS- OG ELEKTRISITETSVESEN STATSKRAFIVERKENE KJERNEKRAFTVERK I OSLOFJORDOMRÅDET Rapport 13 Sammendrag av hydrofyslske resipientvurderinger ved byggestedsalternativene NAVERFJØRDEN og LANGANGSFJORDEN SAGA S VASSDRAGS- OG H AVNELABOR*ATO\RI ET. jj-j^jj VED NORGESJEKNISKE HØGSKOLE TRSNOHEIM''^ TILSLUTTE^ S (I#TEF R WR. - l '"'
VHL RAPPORT VASSDRAGS- OG HAVNELABCRATOR I ET VED NORGCS TEKNISKE HØGSKOLE - TILSLUTTET SINTEF I SINTEF M-WOm NU Ly:/'"' -..'i!.*. t TI»-OJl«a«l-IGMfcT KLÆTBUVEIEN 153, TRONDHEIM POST: 7034 TRONOHEIM - NTH TELEFON (0731 35014 SINTEF IOJSI iicuo I BAPPOITI ENS TITTEL I KJERNEKRAFTVERK I OSLOFJORDOMRÅDET RAPPORT 13 jsarrraendrag av hydrofysiske res ip.i entvurderingar ved byggestedsalternat ivene l.^nganr^f jorfipn - Sag^ ng M^vprfjnrdpTi SAKSBEHAI «EHAritlLEHl FORFATTEB T. AUDUWS0N,.L.I. EIDE, H. RYE, A. THENDRUP 10. juni IO'/'. ANT ALL SIDER OG BILAG T. AUDUNS0N v I PROSJEKTNUMMER I 601053 i OPPORAOSGIVER i OPPDRAGSI!IVERS REF jnorges Vassdrags- og Elektrisitetsvesen [ JDirektoratet for StatRkraftverkene (NVE/S)! Rapporten inneholder en vurdering av eks is terende hvdiofysiske forhold i Ytre Oslofjord-omrndet omkring Lir. esundsbukta og utenfor Nave rf jord - Humrr.erbakf i order., r.-^mt en foreløpig vurdering av endringer i det hydrofysiqkp miljø forårsaket av et kjølevannsutslipp pi?00 (l r,q) r.'" /. oppvarmet 10 C i henholdsvis Langangsfjorden og ved Hummerbak f jorder.. Kjernekraftverk Kjølevann Resipientbeskrive Ise Hydrofysikk Termisk påvirknmng A. EGGEN Fags jei"
i N N t! o '. i< : r o R T E G :: r. i s E ENNHOLDSFORTtXNEL^E FTGURFORTEGNELSE TABELL-LISTE RAPPORTER FRA VASSDRAGS- OG HAVtfFLABORATORIET VED MTH VEDR. KJERNEKRAFTVERK I OSLOFJORD OMRÅDET 1. 1NNLEDNING 7. GENERELLE-FORHOLD 2.1. Generellt om de hydrofysi ske vurderingane 2.2. Hydrofysiske data 2.3. Analysemetoder 2.3.1. Temperatureffekt i nærsonen 2.3.2. Ternperatureffekt i fjernsonen 2.3.3. Behandling av hydrofysiske data 3. VURDERING AV NAVERFJORD-ALTERNATIVET 3.1. Hydrofysiske forhold 3.1.1. Hydrografi 3.1.2. Strømforhold 3.2. Kjøievann TS torl^p i nærsonen 3.2.1. Fortynning av dyput slipp 3.2.2. Fortynning av overfladeut slipp 3.3. Utslippets fjernsone 3.3.1. Vurdering av dyputslipp 3.3.2. Vurdering, av overflateutclipp 4. VURDERING AV LANGANG^rFJORD-ALTERNATIVET 4.1. Hydrofys iske forhold 4.1.1. Hydrografi u.1.2. Strømforhold 4.1.3. Utskifting av bunnvannet 4.2. Kjølevannets forl^p i nærsonen 4.2.1. Fortynn ing av dyputslipp 4.2.2. Fortynning av overflateutslipp
- II - 4.3. Utslippets fjernsone 78 4.3.1. Vurdering av dyputslipp SO 4.3.2. Vurdering av overflateutslipp 80 4.3.3. Vindens virkning på de hydro fysiske forhold 8 8 4.3.4. Anvendelse av numerisk modell for beregning av midlere overtemperatur i Hå^yfjordområdet 93 5. VURDERING AV ALTERNATIVET INNTAK/UTSLIPP LANGANGSFJORDEN MED UTSLIPP/INNTAK I NAVERFJORDEN 10 6 5.1. Hydrografi 10 5 5.2. Kjølevannets forløp i nærsonen 110 5.2.1. Fortynning av dyputslipp 110 5-2.2. Fortynning av overflateutslipp 112 5.3. Utslippets fjernsone 113 5.3.1. Vurdering av dyputslipp 114 5.3.2. Vurdering av overflateutslipp 116 5-3.3. Anvendelse av numerisk modell 118 LITTERATURLISTE 12 0
- II] FIGURFORTEGNELSE Figur 1. Oversiktskart 2 2. Skjematisk framstilling av overflateutsiipp 5 3. Prinsippskisse av de forskjellige former for resirkulasjon- 10 4. Skisse av varmebuds jett 12 5. Kart over Naverfjordområdet 16 6. Overflatesaltholdighet i Naverfjordområdet 30.8.1973 17 7. Saltholdighet i Langesundsbukta 30.8.1973 18 8. Tetthetsprofiler for noen stasjoner innenfor Tvistein 19 9. Saltholdighet utenfor Tvistein 20 10. Tetthetsprofiler for Langesundsbukta og Naverfjorden 21 11. Strømmålinger ved Naverfjorden og vindobservasjoner fra Langøytangen. fyr 23 12. StrØmprofiler utenfor Tvistein 24 13. Temperatur og tetthetsprofiler for Langesundsbukta 2 6 14. Innlagrir.g av dykket utslipp ved Naverfjorden 29 15. Avbøyning i horisontalplanet for dykket utslipp i tverrstrøm 16. Overflateutsiipp ved Naverfjorden 35 17. Overflateutsiipp ved Naverfjorden inntegnet på kart over området 3 8 18. Overslag over temperaturpåvirkede arealers størrelse 19. Vindroser for Hvaale, Naverfjorden 20. Oversiktskart over Langangsfjordområdet 21. Ferskvannsstrømmen i Langangsfjordområdet 50 22. Temperatur- og saltholdighetsprofiler for Håøyfjorden 3.9.1973 Sl 23. Tetthetsprofiler for Håøyfjorden 52 31 y 3 4 5 4 8
- IV - 24. St rommål inger i Helgprofjorden og vindobservayjoner fra Langøytangen fyr hesten 1973 25. Oksygeninnhold i 125 m dyp i Langangs " jorden 57 2 6. Temperatur og tetthetspro filer for Langangsfjorden 60 2 7. Prinsippskisse for trelagsstrømning i sundet Langangsfjorden/Håøyfjorden for dykket utslipp 51 28. Innlagring av dykket utslipp i Langangsfjorden 63 29. Prinsippskisse for innstrømning av tyngre vann i sundet Langangsfjor-den/Haøyfjorder, for dykket utslipp 66 30. Prinsippskisse for innstrømning av brakkvann i sundet Langangsfjorden/Håøyfjorden for overflateutslipp 69 31. Prinsippskisse for innstrømning av tyngre vann i sundet Langangsfjorden/Håøyfjorden for overflateutslipp 70 3 32. Overflateutslipp pa 200 m /s i Langangsfjorden 72 33. a Overflateutslipp pa 100 m /s i Langangsfjorden 73 34. Overflateutslipp i Langangsfjorden inntegnet på kart over området 76 35. Avgrensning av fjernsonen for Langangsfjordaltemativet 79 36. Skisse av lagdelt strømning 81 37. Utveksling av vannmasser gjennom Helgerofjorden S3 33. Skisse av de forventede strømforhol ane i Langangsfjorden 8 7 39. 3-måneders midler for overflat esaltholdigheter og vassføring i Skiensvassdraget 1970-71 89 40. Midlere saltholdighetsprofiler for Kalvsundet og Håøyfjorden, 89 41. Arealoverslag for det området som vinden forventes å virke på 90 42. Vindroser for Langøtangen fyr 92 43. Observert og beregnet årlig temperaturforløp i Håøyfj ordområdet " 9 5 44. Årlig temperaturforløp beregnet ut fra modell 97 4 5. Årlig temperaturforløp observert 98 46. Overtemperaturer beregent for et utslipp på SS 102
- v - 47. Skisse av det midlere temperaturforløpet i nærsonen 101 4 8. Skisse av kj ølevannsarrangementet for inntak/ utslipp i Langangsfjorden/Naverfjorden og vice versa 106 49. Saltholdighet ved Naverfjorden og i Langangefjorden 107 50. Temperaturen ved Naverfjorden og i Langangs fjorden 108 51. Oksygeninnholdet ved Naverfjorden og i Langangsfjorden 109
- VI - TABELL-LISTE Tabell Side Sammendrag av resultater fra fortynningsberegningene for dykket utslipp ved Naverfjorden Sammendrag av resultater fra fortynningsberegningene for overflateutslipp ved Naverfjorden Den maksimale størrelse."; på overflatearealer påvirket av en overtemperatur At Sammendrag av resultater fra fortynningsberegningene for dykket utslipp i Langar.gsfjorden (sjiktet resipient) Sammendrag av resultater fra fortynningsberegningene for dykket utslipp i Langangsfjorden (homogenisert resipient) Sammendrag av resultater fra fortynningsberegningene for overflateutslipp i Langangsfjorden
VII KJERNEKRAFTVERK I OSLOFJORDOMRÅDET RAPPORT FRA VASSDRAGS- OG HAVNELABO.iAmRIET VEDN'l'H Rapport 1: SÆTRE, K.J. Hydrofysiske malinger ved Son, April 1S7C - januai 1971. Del 1-4. Trondheim, 11 juni 1971. Rapport 2: SÆTRE,H.J. Hydrofysiske malinger ved Brenntangen og Son. Mars - september 1971. Del 1 og 2. 22. desember 1971. Rapport 3: DAHL, F.E. & Redegjørelse om resipienxforholdene SÆTRE, H.J. ved alternative anleggssteder for kjernekraftverk. Utført i samarbeid med Norsk institutt for vannforskning (NIVÅ). Oslo/Trondheim, 15. oktober 1971. Rapport t: DAHL, F.E. & En hydrografisk undersøkelse i et SÆTRE, H.J. snitt over Oslofjorden, Slagent^ngen - Larkollen. 9.11. - 12.11. 1971. Utført i samarbeid me 1 Norsk institutt for vannforskning (NIVÅ). Oslo/Trondheim, 16. desember 1971. Rapport 5: KJELDSEN, P., En utreding av kjølevannets MOSHAGEN, H. & spredning i alternative resipienter, TESAKER, E. 6. januar 1972. Rapport 6: LAND, J. & Sporstofforsøk ved Brenntangen. TESAKER, E 6. januar 1972.
- VIII - Rapport 7: AUDUNSON, T., DAHL, F.E. S JACOBSON, P. Hydrofysiske undersøkelser Oslofjordområdet. Rapport 8: AUDUNSON, T., En vurdering av avløpsvarmens virk- JAHL, F.E. & ning på temperaturforholdene for LAND, J. byggestedsalterr.dtivene Brenntangen, Hurum og Vardeåsen. Rapport 9: AUDUNSON, T., Samir.endrag av hydrofysiske resipient- DAHL, F.E., vurderinger ved byggesteds- JACOBSON, P. & alternativene Brenntangen, Hurum LAND, J. og Vardeåsen. 18. desember 1972. Rapport 10: AUEUNSOM, T., Spredning for fortynning av NÆSER, H. & radioaktive isotopor i kjølevannet THEKDRUP, A. fra Kjernekraftverk. November 1973. Rapport 11: AUDUNSON, T. & Undervektig overflateutslipp. THENDRUP, A. Er. vurdering av de enkelte utslippsparametres innvirkning på utsiippet. Rapport 12: AUDUNSON, T., En vurdering av avløpsvarmens EIDE, L.I., virkn:nger på temperaturforholdene LAND, J., for byggestedsalternativene RYE. H. & Langangsfjorden - Saga og THENDRUP, A. Naverfjorden. Rapport 13: AUDUNSON, T., Sammendrag av hydrofysiske EIDE, L.I., RYF,, H. & THENDRUP, A. resiprentvurderinger ved bygge- stedsalternativene Langangsf jorden Saga og Naverfjorden.
- 1 1. INNLEDNING Etter oppdrag fra Norges vassdrags- og elektrisitetsvesen, Direktoratet for statskraftverkene, (NVE/S), har Vassaragsog havnelaboratoriet ved Norges tekniske høgskole CVHL) utført hydrofysiske undersøkelser ned hensyn pa kjølevannsutslipp fra eventuelle fremtidige kjernekraftverk i det ytre Oslofjordområdet. Undersøkelsenes formål har vært å vurdere: 1. De hydrofysiske forhold i resipienten (strøm, transport, temperatur og tetthetssjiktning). 2. Hvordan et kjølevannsutslipp vil blandes og spres i resipienten. 3. Mulige hydrofysiske påvirkninger på resipienten på grunn av et kjølevannsutslipp. I rapporten har en anvendt det datamaterialet og den resipientbeskrivelse som er presentert i de foregående VHL-rapporter under hovedtittel: "Kjernekraftverk i Oslofjordområdet". ** Videre har en benyttet innsamlet materiale fra hydrofysiske målingar innsamlet på tokt i august og september 197 3. En har i den foreliggende rapport behandlet byggestedsalternativene Langangsfjorden - Saga og Naverfjorden, se figur 1. Kontrakt mellom NVE/S og VHL av 16. august 1973 Ved henvisning til rapportene er betegnelsen KIO NR brukt.
- 2 - Figur 1. Oversiktskart Etter anmodning fra NVE den 21.12.1973 er det også inkludert en skjematisk vurdering av to andre alternative kjølevannsarrangementet.
- 3-1. Kjølevannsutslipp i Naverfjorden, inntak i Langangsfjorden. 2. Kjølevannsutslipp i Langangsfjorden, inntak i Naverfjorden. I den foreliggende rapport er alternativet Langangsfjorden - Saga blitt behandlet mest inngående da datagrunnlaget har vært best fra dette området. For alternativet Naverfjorden er vurderinger av overslagsmessig art blitt gjort, tildels på generellt grunnlag. I vurderingen av alternativet utslipp i Naverfjorden - inntak i Langangsfjorden samt utslipp i Langangsfjorden - inntak i Naverfjorden har en søkt å presentere faktorer som kan være av betydning for å sammenholde disse kombinerte alternativene med de to enkelte. Til vurdering av varmepåvirkningen på Langangsfjorden samt tilgrensende fjordarmer har en anvendt en éndimensjonal numerisk modell for beskrivelse av det årlige temperaturforløpet. Ved hjelp av denne modell har en kunnet anslå oppvarmingen av Langangsfjordområdet, dersom et kjernekraftverk blir satt i drift ved Langangsfjorden. De rremgangsmåter som er valgt for vurdering av de forskjellige alternativene bygger til dels på de anbefalinger som ble gitt av Hydrofysisk Faggruppe ved møte på VHL den 9- oktober 1973. Denne rapporten gir et sammendrag av vurderingsgrunnlag og resultater for byggestedsalternativene Langangsfjorden og Naverfjorden. Hver hoveddel i kapitlene er avsluttet med en kort oppsummering av dens viktigste konklusjoner. Den detaljerte beskrivelse av beregningsopplegg og datagrunnlag er gitt i KIO NR. 12.
- 1» - En liar' forsøkt a 1 ) nn beskrivende srarere enn en detaljert framstilling av data g beregninpsmateriale. Beskrivelsen av de eksisterende hydrofvsiske forhold er gjort av L.I. EIDE, nærsonebetraktningen er gjort av A. THENDRUP, og fjernsonevurderingene er stort sett gjort av H. RYE. Koordinator for gruppen har vært H. RYE og faglig leder har vært T. AUDUKSOM. Vi vil gjerne takke NIVÅ for leie av strømmålere, Biologisk stasjon, Flødevigen, for toktsamarbeide samt å stille observasjonsmateriale til vår disposisjon, Meteorologisk Institutt for velvillig assistanse, NILU for vindmålingene ved Vhaale samt Union 8 Co, Skotfoss, for vassføringsmålinger for Skiensvassdraget. 2. GENERELLE FORHOLD. 2.1. Generelt om de h\drofysiske vurderiup.ene. Ved de hydrofysiske vurderinger av byggestedsområdene har en inndelt resipienten i CI) (II) nærsone fjernsone Nærsonen er det området hvor utslippets bevegelsesmengde og turbulens dominerer transport og fortynning, mens fjernsonen er det området hvor resipientens egne fortynnings- og transportmekanismer dominerer. Ytre forhold av særlig betydning i nærsonen er resipientens strøm- og lagdelingsforhold. Strømmen er særlig viktig på grunn av dens avbøyende effekt, mens lagdelingen er særlig viktig
pa grunn av dens betydning for kjølevannets eventuelle innlagringsnivå. I nærsonen finner en de høyeste overtemperaturer. P.g.a. hurtig innblanding med resipient-vann vil imidlertid disse høye overtemperaturer synke raskt. Siden overtemperaturene er størs"". i nærsonen, er det særlig viktig å hindre resirkulasjon i dette området. Ut fra biologiske synspunkter er det videre ønskelig at sonens omfang blir minst mulig. Dette krever et best mulig kjennskap til nærsonens utbredelse under varierende ytre forhold. Fjernsonen er av vesentlig større tids- og romomfang enn nærsonen. I tillegg til de transport- og spredningsmekanismer som eksisterer i resipienten, må en i fjtrrsonen også ta hensyn til varmeutveksling med atmosfæren. Forholdene i fjernsonen er ikke-stasjonære, det er tilstrekkelig å peke på de årlige fluktuasjoner. Da forholdene i fjernsonen vanskelig kan behandles analytisk, vil en beskrivelse av utløpets forløp og effekt i dette området nødvendigvis måtte bli kvalitativ. Ikke desto mindre er det kanskje nettopp utslippets påvirkning av forholdene i fjernsonen som til sist kan bli avgjørende ved vurderingen av byggestedsalternativets resipientkapasitet. Særlig gjelder dette for de tilfeller hvor utslippsvarmen kan akkumuleres. Ved behand]ingen av de forskjellige byggestedsalternativer er beregning^r og vurderinger basert på visse antagelser vedrørende kjølevannsystemets inntaks- og utslippsarrangement, utslippets fysiske dimensjoner samt kjølevannets utløpshastighet og -temperatur. En har blant annet satt det maksimale inntaks- og utslippsdyp til 30 meter, den maksimale utløpshastighet for dykket utslipp og for over-
- 6 - flateutslipp til henholdsvis 't m/s op, 2 m/s, temperaturøkningen pa kjølevannet gjennom kondensatorene til 10 C, og den maksimale kjølevannsmengde gjennom kondensatorene 3 til 200 m /s. Disse antagelser er i samsvar med dem som er benyttet i forepaende VHL-rapporter under hovedtittelen "Kjernekraftverk i Oslofjordområdet". De er også i samsvar med de verdier man finner ellers i litteraturen {PARKER & KRENKEL (1969), PRYCH (1972) og STOLZENBACH S HARLEMAN (1971)}. Videre er det antatt følgende kombinasjoner av inntak- og utslippsnivåer: (I) Dypinntak/dyputslipp og (TI) Overf1ateinntak/overflateutslipp. 2.2. Hydrofysiske data. Det ble benyttet følgende instrumenter ved innhenting av de hydrofysiske data: 1)?linoterm: Denne registrerer saltholdighet og temperatur in situ ved hjelp av en sonde som er opphengt i en kabel. - Avlesning på en målebro foregår pa et fartøy. Temperaturen males med en termistor og saltholdi^heten med en temperaturkompensert konduktivitetscelle. Målenøyaktigheten er - 0.1 degré for temperaturen og forutsatt daglig kalibrering - 0.05 /oo for saltholdigheten. 2) Bathy_termograf: Dette instrument måler temperatur som funksjon av trykket, ved at den vertikale temperaturprofil tegnes på en sotet glassplate. Glassplaten er festet i en bevegelig arm som styres av en trykkcelle. En hurtigekspanderende væske får en skrivearm til å bevege seg normalt på glassplatens bevegelsesretning. Måleusikkerheten er - 0.1 degré og 0.5 m.
- 7-3) Vannhentere: En "flaske" sendes ned apen i begge ender. Når et slipplodd sendes ned, utløses en lukkemekanisme slik at vannhenteren vender og avstenger et volum. Til vanrhenteren er det festet to beskyttede vendetermometre og i enkelte dyp også et ubeskyttet termometer for beregning av dybdeavvik. Vendetermometrene registrerer temperaturen in situ, men de avleses på dekk og må korrigeres, da kvikksølv og glass har forskjellige termiske utvidelseskoeffisienter. Av det opptatte vannvolum bestemmes saltholdighet og oksygeninnhold og enkelte ganger også innholdet av næringsstoffer. Resultatet kan på grunn av vannhenterens utforming være usikkert i sprangsjikt. Måleusikkerheten er - 0.01 degré* og - 0.0015 /oo. Det siste er dog litt avhengig av hvorledes saltholdigheten bestemmes. **) Strømmålere av_aanderaa_fabrikat: Disse registrerer strøir.- hastighet, -retning og temperatur på et magnetband. Enkelte målere er også utstyrt med konduktivitetscelle og trykkcelle. Temperaturen males med en termistor, strømretningen med kompassnål på et potensiometer og hastigheten ved hjelp av en Savonius rotor. Hastigheten registreres som middelverdien i et visst tidsrom - her 10 minutter - og retning og temperatur som momentanverdier i slutten av hvert intervall. Strømmålerens nøyaktighet er ca. - 1 cm/s. Terskelverdien er ca. 3 cm/s og dette gjør måleren upålitelig ved hastigheter under 5 cm/s. 5) Vannstandsmåler: En Ott vannstandsmåler ble utlånt av Norges vassdrags- og elektrisitetsvesen. Måleren ble plassert i et vannstandsmålerhus i Helgeroa, som ble stilt til disposisjon av Norges geografiske oppmåling. Målingene fant sted i tiden 3. - 12.9.1973.
- 8-2.3. Analysemetoder. 2.3,1. _Temperatureffekt_i_nærsonen. Fortynning av kjølevannet i nærsonen er beregnet for dykket utslipp og for utslipp i overflaten. Som inngangsparameter har vært benyttet 50 m /s kjølevann oppvarmet 10 C pr. 1000 MWe. For dyputslipp har en som tidligere nevnt antatt utløpshastighet på 4 m.'s. For overflateutslipp har en antatt hastigheter på henholdsvis 1 op 2 m/s. Begge antagelser er i overensstemmelse med de som er benyttet i KIO NR. 9. Froudetallet (det densimetriske) står sentralt i beskrivelsen av både dykkede utslipp og av overflateutslipp. Froudetallet uttrykker forholdet mellom strålens bevegelsesmengde og dens oppdrift. Små Froudetall (<15) karakteriserer dermed et utslipp hvor oppdriften er stor i forhold til bevegelsesmengden, mens høye Froudetall karakteriserer det motsatte forhold. Beregningene av dyputslippets initialfortynning (fortynning i nærsonen) følger i hovedtrekk de prinsipper som er utledet av FAN (1967). Det tas i beregningene hensyn til resipientens lagdeling og vertikale temperaturfordeling. Videre har en variert antall utslippsporter fra to til seks, tilsvarende utslipps- 3 3 mengder pa 100 m /s til 33 m /s. Strøm i resipienten vil føre til en modifisering av strålens bane og en noe raskere fortynring av avløpsvannet. Den økte fortynningen skyldes både at strømmen forårsaker et høyere turbulensnivå i resipienten og at den setter opp interne virvler i strålen (STEFAN & VAIDYARAMAN, 1972). Den økte fortynningen er vanskelig å kvantifisere, og er ikke tatt med i beregningene. En overslagsmessig beregning av strømmens innvirkning på strålens bane er vist. er gitt i KIO NR. 8. En nøyere gjennomgåelse av beregningsgrunnlaget
- 9 - B<:regningene av overflateutslippets initialforty.ining er utført etter et beregningsopplegg utviklet av ST0L2ENBACH & HARLEMAN (1971) og PRYCH (1972). P.g.a. de lave Froudetall som karakteriserer overflateutslipp av kjølevann fra kjernekraftverk, er stralens oppdrift av avgjørende betydning for i.tslippets initialfortynning og spredning. Beregningene tar Itensyn til dette. Det er også tatt hensyn til strøm i resipienten. En slik strøm vil påvirke bau>_ stralens bane og fortynningsforløp. Beregningene er utført for en utløpsgeometri som vist i fig. 2, der også en skjematisk framstilling av utslippets forløp er vist. ~l..,.. Fig. 2. Skjematisk framstilling av overflateutslipp,
10 - Lagdelingen i resipienten vil ha irinvirkning på initialfortynningen av et overflateutslipp, X beregningene er dette bare inkludert rent tilnærmelsesvis ved en modifisering av Froudetallet. Under forhold med sterk lagdeling må beregningene antas å gi noe for stor initialfortynning. En nøyere gjennomgåelse av beregningsgrunnlaget er gitt i KIO NR. 8 og KIO NR. 11. I beregningene av kjølevannets temperaturreduksjon i nærsonen har det ikke vært mulig direkte a inkludere eventuelle resirkulasjonseffekter. Som vist i fig. 3 tenker en da Dåde på en eventuell direkte resirkulasjon fra nærsone/fjernsone til inntak, og en mer indirekte resirkulasjon som et resultat av økt temperatur på fortynningsvannet. KJERNE - KRAFTVERK I INNTAK UTSLIPP] RESIRKULASJON NCRSONE -» INNTAK -fnærsonenh INDIREKTE RE5TOKUIA5J0N FJERNSONE KiSIRKULASJON FJERNSONE-» INNTAK n GJENNOMSTROMNING AV FJERNSONEN Fig. 3. Prinsippskisse av de forskjellige former for resirkulasjon.
- 11 - Gjennomstrømningen av fjernsonen er avgjørende for det temperaturnivå vannmassene i fjernsonen vil ligge på. Dette temperaturnivået er med på å bestemme temperaturforløpet i nærsonen. Temperaturen for inntaksvannet bestemmes både av temperaturnivå i fjernsone og nærsone og graden av resirkulasjon mellom nærsone og inntak. Den siste faktoren er avhengig av beliggenhet/utforming av inntak og det hydrofysiske miljø i resipienten. Som nevnt blir det ikke tatt hensyn til dette i nærsoneberegningene. Nærsonen blir her betraktet som passiv i forhold til omgivelsene. Fig. 3 illustrerer godt at dette ikke er tilfelle. Inntak/kjernekraftverk/utslipp/nærsone/ fjernsone virker sammen i et system som tilsammen er styrt av mange usikre parametre. Det er viktig å ha dette forhold klart for seg ved vurdering av resultatene. 2^3.2. Temgeratureffekt i fjernsonen. Fjernsonen er den del av utslippsforløpet hvor resipientens strøm og blandingsmekanismer dominerer spredningen. Det finnes i dag ingen enkle metoder for nøyaktig beregning av spredning og fortynning i fjernsonen. Nøyaktige beregninger, seiv for relativt enkle topografiske og strømningsmessige forhold, krever spesielt utviklede og svært omfattende regnemaskinrutiner. Da vurderingsgrunnlaget for de to plasseringsalternativene er forskjellig, er temperaturforløpet i fjernsonen behandlet ved to forskjellige analysemetoder. For alternativet Langangsfjorden - Saga foreligger observasjonsmateriale som muliggjør anvendelse av en numerisk modell til vurdering av hvilke termiske langtidseffekter som området kan bli utsatt for. For alternativet Naverfjorden er observasjonsmaterialet relativt mangelfullt, og over-
- 12 - slagene for dette alternativet blir derfor meget usikre. Ven numeriske modellen som er blitt anvendt til berekning av temperaturer for alternativet Langangsfjorden - Saga er den samme som ble anvendt for beskrivelse av temperaturøkningene i Vestfjorden ved plassering av et kjernekraftverk ved Brenntangen. Modellen er nærmere omtalt i KIO NR. 8 og 9. Hensikten med modellen er å simulere den årlige temperaturvariasjon i et avgrenset fjordområde både før og etter at et kjernekraftverk er kommet i drift. Modellen forsøker å ta hensyn til virkning av inn- og utstrømning over fjordterskler, variasjon av temperaturforholdene med dypet samt varme'-tvekslingen med atmosfæren. Den matematiske beskrivelsen av modellen er tildels ganske komplisert og vil ikke bli tatt med her. En nærmere omtale av resultatene av modellberegningene er gitt i avsnitt 4.3.4. For alternativet Naverfjorden er overslagsmessige beregninger blitt utført basert på en antagelse om at all varme som kjernekraftverket avgir til resipienten vil etter hvert bli overført til atmosfæren. Basert på denne antagelse er det mulig å gjøre et overslag over størrelsesordenen på de arealer som vil være påvirket av overtemperaturer. Beregningen tar utgangspunkt i varmebudsjettet for et volumelement som vist på figuren nedenfor: T 4Q.. -» -». 4 INN = AOUT * A Q A- Figur t Figur 4. Skisse av varmebudsjett
- 13 - hvor AQ. er varmemengde fra kjernekraftverket som beveger seg inn i volumelementet, AQ er den varmemengde fra kraftverket som beveger seg ut av volumelementet, mens AQ, blir overført til atmosfæren. Varmeutvekslingen med atmosfæren antas å være proporsjonal med overtemperaturen At: AQ.. = K At (2.1) mens varmen forøvrig (AQ. og AQ t> blir transportert gjennom væskeelementet med den eksisterende strøm. Detaljene i beregningene er gjort rede for i K10 NR. 12. Resultatet av beregningene er omtalt i avsnitt 3.3.2. Ut fra observerte salinitets- og temperaturverdier har en beregnet tetthet. Der datamaterialet har vært tilstrekkelig har en beregnet forskjellige langtidsmidler. I enkelte tilfelle er det også foretatt beregninger av trykkfeltet på grunnlag av den observerte tetthet. Tettheten en forøvrig gitt som o., der a t = 10 3 (p-l) med p som relativ tetthet. Observasjonene fra strømmålerne er for hver måleperiode blitt redusert til maksimal hastighet, middelhastighet og antall observasjoner innen hver 10 sektor. Middelstrøm og vektoriell reststrøm og strømmens stabilitet er også beregnet. Alle aiålingene er dekomponert og tegnet opp kontinuerlig. Et 2 5 timers glidende middel er beregnet av hastighetskomponenten og temperaturen. Derved er tidevanns-
- 14 - komponentene filtrert ut. Det forelå enkelte langtidsserier fr^ strømmålinger i Langangsfjorden. For disse har en beregnet differansen mellom hver temperaturobservasjon og det 25 timers glidende middel og ut fra dette er det beregnet standardavvik for hver måned.
- 15-3. VURDERING AV NAVERFJORD-ALTERHATIVET 3.1. Hydrofysiske forhold 3.1.1.Hydroprafi Av betydning for hydrografien er tilførselen av elvevann. Det er særlig to elver av betydning i området, nemlig Numedalslågen som renner ut i Larvikfjorden, og Skienselva som munner ut i Frierfjorden. Fra Frierfjorden renner Skienselva som brakkvann ut i Langesundsbukta. Ved Naverfjorden er det tildels meget urent farvann. I øst strekker Rakkebåene seg sydover, mens det i vest går en kjede av øyer og skjær sydøstover fra Nevlunghavn (se figur 5). Denne kjeden er skilt fra Tvistein ved en dyp renne som går sydover fra Hummerbakkfjorden. En annen renne går øst-sydøstover mellom Tvistein og fastlandet. Begge rennene har dyp mer enn 100 m. Figur 5 viser oversiktskart over området med stasjonsnettet inntegnet. Numedalslågen har en gjennomsnittlig vannføring på 110-120 m /s, men kan i flomperioder føre 6-8 ganger så mye. Skiensvassdraget er et av Norges best regulerte med en gjennomsnittlig vannføring på omlag 280 m Is. I flomperioder kan i vannføring komme opp i 700 m"/s og muligens mer. Ut fra malinger i Skagerrak og i Oslofjorden (SÆTRE og LJØEN, 1971, KIO NR. t) har en dannet seg et grovt bilde av strømforholdene i området. Den Baltiske strøm kommer ut Øresund og gjør en sving nord i Skagerrak før den fortsetter langs kysten av Norge som Kyststrømmen. Sør for Færder møter denne strømmen i regelen vannmasser som kommer fra Oslofjorden. Disse vannmassene holder seg som oftest til OslofJordens vestside (KIO NR. t). Ut fra dette
N VLUN0\ ) S 1 <r '"" S>, «KJ. *9 HUMMEH8A(i«\ [FJOHOEN Bwa ON6 DN5 n** JNAV R-U\ ON9 N I 'I j! Jf Q T 5 hm om. A O H QR06RAF!SK 5TASJGN Fipur 5, Kart over tlaverf jordområdet. K,K. viser kraftverkets heligpenhet op pilene i A antyder inntak og utslipp.
- 17 - vil en vente et strømbilde som vist med pilene på figur 6. På figuren er også indikert transporter ut Larvikfjorden og Langesundsbukta som skyldes de nevnte elver. Figur 6. Overflatesaltholdighet i Naverfjordområdet 30.8.73. Pilene antyder transportveiene i overflaten. Observasjonene som danner grunnlaget for dette strømbildet er tatt tildels langt vekk fra Naverfjordområdet. De eneste kjente observasjonene fra dette området ble utført av VHL høsten 1973. Toktet, som varte 17 dager, ble gjennomført med ''G.M. Dannevig" fra Statens biologiske stasjon, Flgdevigen.
- 18 - På fipur 6 er tegnet Isohaliner i overflaten for en forholdsvis vindstille dag (30,8.73) under dette toktet. Disse isohalinene viser tydelig Skienselvas innflytelse på den vestre delen av området og bekrefter det strøm» mønster som er antydet med pilene. En kan i området skills mellom tre vannmasser, slik det er gjort i figur 7 (se også KIO HR. 9). I de øverste 15 m finner en overflatevann. Dette er karakterisert ved saltholdigheter som er mindre enn 32 /oo. Cverflatevannet er pavirket av ferskvannstilførsel og meteorologiske forhold og viste under toktet hesten 197 3 store variasjoner over korte tidsrom. FORSKJELLIGE VANNMASSER I : OVERFLATEVANN II : KVSTVANN III: SKAGERRAKVANN Figur 7. Saltholdighet i Langesundsbukta (stasjon Ni) 30.ti.73.
- 19 - Mellom ca. 15 m og oa. 60 m finner en ofte et lag med kystvann. Dette har saltholdigheter mellom ca. 32 /oo og ca. 34 /oo og 'tan vise forholdsvis store variasjoner. Under ca. 6 0 m er det vann med saltholdigheter over ca. 3t /oo, som kalles Skagerrakvann. Temperaturen i denne vannmassen kan svinge til dels kraftig (LJØEN og SVANSSON, 1~72). Disse svingningene har betydning for de hydrografiske forholdene også i de øvre vannmassene. Figur 8 viser ø -profiler til forskjellige tidspunkt for tre stasjoner innenfor Tvistein. Figuren viser at det i området o- zi zz tf Ot Z4 25 26 Z7 10-20- 30- DYP (m) 40-50- 60- n- Figur 8. Tetthetsprofiler for noen stasjoner innenfor Tvistein.
innanfor Tvistein <.-r skjedd sicro forandr inger i ls'pet.iv 10 Jage r. På figur 11 er vist v indoles er va sjon er f ra L-m^ytangen fyr for Jet aktuelle tidsrom. Uer blåst.'.* med 'i! 1^Is kulings styrke i tlden mellom 26.8. og 7.9. Dette førte '"il en kraftig vindblandlng av vannmas^ene i de ^vre 1-igen^. Samridig hadde vinden virkning pa str^mforholdene. På grunn av jor-'-potas jonen kan dette ha forårsaket horisontal tran r port av overflatevannet, med det resultat at saltere vann er blitt brakt til overflaten inne ved land. forandrlngene i prefilene i figur 8 vil derfor skyldes både vindblanding og vind-dreven transport. Denne vip.dpåvirkn ing rer.ul tert <- også i mindre horisontale gradienter. 5*/«~ *- 25 JB r? 26 25 30 31 «33 34 35 10 -> 18.8,7 Y' 20 \\ 30 \\ to iwa-^l 1 DVP 50 \ \ \m\ \ \ 6S 1 \ 70 1 eo \ 9a \ 100 Også utenfor Tvistein skjedde det store forandringer i løpet av toktet og figur 9 viser saltholdighetsprofilet til to forskjellige tider for stasjon N 1 -'. Forandringene her er like fremtredende som innenfor Tvistein. De horisontale gradientene i det ytre området forandret seg med strømforholdene og ikke uventet fant en at massefeltet stilte seg inn ettt r strømmen slik at ved vestlig strøm økte tettheten med avstanden fra land og ved østlig strøm avtok den etter som en kom lenger ut. 110 SALTHOlOlGHET STASJON N 4 120 Figur 9. Saltholdighet utenfor Tvistein (stasjon NI).
- 21 - Figur 10 viser tetthetsproriler til to tidspunkt for stasjonene Ml, Langesundsbukta, og N9, Naverfjorden. Profilet for NI viser de samme variasjonene som ble funnet innenfor og utenfor Tvistein. 0 5 35-1 10-15- 20- OYP (ml 25-30- «0-45- 50- Det er interessant å legge merke til at etter NI N9 NI N9 30.6-73 J "T^ V i ] \ I! il \ 79 73 i, vindpåvirkning var det meget små tetthetsforskjeller mellom NI og N9, men dette vil neppe være tilfelle under andre forhold. Den sørvestlige vinden presset ferskvannet fra Skienselva inn mot Vestfoldkysten, slik at området øst for Nevlunghavn fikk en større brakkvannstilførsel enn vanlig, mens den vestlige Langesundsbukta fikk mindre tilførsel. Kombinert med tildels kraftig vindblanding førte dette til en homogenisering av vannmassene. En vil generelt vente at vannet i Langesundsbukta er tildels meget sterkere influert av Skiensvassdraget enn området ved Naverfjorden. Figur ID. Tetthetsprofiler for Langesundsbukta (stasjon NI) og Naverfjorden (stasjon N9).
3.1.2. Strømforhold Det ble målt strøm ved Naverfjorden (stasjon N9) i 16 dager og ved Hummerbakkfjorden (stasjon N8) i 8 dager. Fra N9 har en vellykkede malinger fra 5 m og 20 m dyp, fra N8 kun fra 20 m dyp. Det ble også foretatt håndmålinger av strøm utenfor Tvistein. Resul tåtene fra strømmaleren ved Naverfjorden er vist pa figur 11, sammen med vindobcervasjoner fra Langøytangen. Med unntagelse av enkelte korte avbrudd viste måleren i 5 m vestoverrettet strøm i 6 dager fra start. For resten av måleperioden vi ser resultatene en vekselvis østoverrettet og vestoverrettet strøm. Vekslingene hadde en periode på omlag 2 dager. Tidevannet er nesten utvisket i disse registreringene. Hastighetene kom opp i over 40 cm/s i begge retninger. Reststrømmen i 5 m var 7.3 cm/s mot vest. I 20 m var tidevdnnet i måleperioden mer fremtredende enn i 5 m dyp. Det 25 timers glidende middel (se figur 11) viste en vest-nordvestlig strømretning bortsett fra de to siste dagene. Reststrømmen var 6.B cm/s mot vest-nordvest. I 20 m var den vestlige strømmen svak i første uke av måleperioden, og tidevannet forårsaket stadige strømskiftinger. I den andre uken viser strømmen også i 20 m vekslinger med to dagers periode, men vekslingene synes å være omlag 1 døgn forsinket i forhold til strømmen i 5 m. Det er naturlig å sammenligne strømobservasjonene med vindmålinger. Disse viser (figur 11) at det i andre måleuke blåste vind med vekslende styrke. Perioden var omlag 2 døgn. Strømmen i 5 m var omlag 1 døgn forsinket i forhold til vinden.
9ST-VEST KOMPONENT AV STR8MMEN i 5m VED NAVERFJ080EN. Fig. 11. Strømma!inger ved Naverfjorden (stasjon N9) og vindobservasjoner fra Langøytangen fyr nøst en 197 3. De ujevne kurvene for strfirarn.ll inp,(<rn' <T 10 min. observ.isjonene, de jevne er <Jel! > timers glideiule middel. Pilene for vindobservasjonene angir retningen for vinden.
- 24 - Utenfor Tvistein ble det foretatt håndmålinger i punktene N4 og NS (se figur 5). På grunnlag av hydrografien har en i to tilfelle beregnet geostrofisk strøm (se f.eks. DEFANT, 1961). Beregningene, som gir middelstrøm mellom de to punktene N4 og N5, er meget usikre i dette området og er kun overslagsmessige. Metoden gir den relative strøm mellom to dyp, og det er ikke uvanlig å benytte som referansenivå, dvs. det nivå der strømmen er null, det dyp der tetthetsflatene er horisontale. I dette tilfelle forelå håndmålinger fra nesten samme tidspunkt og dette ble benyttet som referanse. De to metodene stemte godt overens. M 30 20 10 ) 10 20 30 -rø 50 G0 70 BO ' / I ' 1 t N5 W.9-^v P /! 10 / J 0 f 1!"A / 1 20 I6.B-* / i i ( / * ' / 30 J Ved Hummerbakkfjorden viser registreringene at reststrømmen for måleperioden var 6.1 cm/s mot sør-sørøst. Strømvendingene var mange og som oftest hadde de en periode som tilsvarte tidevannets. Enkelte kraftige strømmer mot nord fallt sammen med strøm mot øst i punkt N9 og dette tyder på at strømmen følger dyprennene og til en viss grad styres av topografien. 70- [i i 'i if if ' ^ ' N5 31 8 N4 29 6 Resultatene fra håndmalingene og beregningene er vist i fig. 12 Tar en i betraktning mulige faseforskyvninger mellom nærområdet innenfor Tvistein og fjernområdet utenfor, ser en at det er god overens stemmelse. 10. september syntes det som vinden snudde strømmen ned t il omlag 30 m dyp. Hydrografiske observasjoner kan tolkes dithen at det samme skjedde 7. september. En må derfor vente tildels store variasjonar i strømf^rholdene også utenfor Tvistein. BEREGNET - - OBSERVERT igur 12. Strømprofiler utenfor Tvistein.
- 25 - Netto transport i måleperioden mellom Tvistein og fastlandet er på grunnlag av strømmålingene anslått til omlag 2000 m /s for de øvre 20 m. I perioder med ren vestlig strøm kan transporten bli høyere. Utenfor Tvistein er tallet det mangedobbelte. En kan nevne at Kyststrømmen e." anslått til omlag IO 5 m 3 /s. Sammendrag hydrofysikk Området var preget av hyppige variasjoner i hydrografi og strømforhold. Transporten i området var generelt vestover, men kunne til tider bli snudd av vinden. De hydrofysiske forholdene var i det hele tatt sterkt påvirket av vind, og blandingsforholdene var gode. 3.2. Kjølevannutslippets forløp i nærsonen En har i det foregående behandlet de hydrofysiske forhold i utslippsområdet. Utslippets forløp i dette hydrofysiske miljøet vil bli behandlet i de neste avsnitt. 3^.2^1. Fort nning_av_dy_gutslipp Beregning av primærfortynning ved dyputslipp er gjennomført for fem forskjellige lagdelinger. Disse tilsvarer fire årstidssituasjoner i Langesundsbukta og en ekstremsituasjon målt ved det angitte utslippsområdet. Dataene fra Langesundsbukta skriver seg fra VHL's malinger høsten 1970 til sommeren 1971, og hver årstidssituasjon bygger på 10-12 observasjoner. Figur 13 viser de benyttede tetthets- og temperaturfordelinger.
- 26 - TEMPERATURA- 7 8 9 1 0 11 12 13 1 *s Kl X ^t- TEMPERATUR "C > 4 5 6 7 8 (HOST-70) ^ fl \ 16-20- 32-14 16 18 20 22 24 26 28 TETTHET 0~ t * ], 3 i TE *PER/ VTUR 5 j 1 c * 8 10 11 TEMPERATURA *- 12 13 14 15 16 fi (VÅR-71) I / K \ K m A 1 4 It > i i 21 D 2 2 2 4 2 6 28 TETTHET ffj \ i (SOMMER -71) / / / / -^ \ 14 16 18 20 22 24 26 28 TETTHET 0", Figur 13. Temperatur og tetthctsprofiler for Langesundsbukta. (Pilene viser til koordinataksene for de enkelte profiler).
- 27 - Målingene i august/september 1973 kan tyde på at lagdelingsforholdene i Langesundsbukta også er representative for lagdelingen i Naverfjorden dypere enn 10-15 meter (figur 10). Fordi beregningene antydet innlagringsdyp vesentlig dypere enn dette har en antatt at de utførte beregninger er representative for Naverfjorden. En vil understreke at sammenhengen mellom Langesundsbukta og Naverfjorden kun er observert i måleperioden august/september 197 3, og at antagelsen om en generell sammenheng derfor bare er en arbeidshypotese. For å belyse mulighetene for innlagring ved liten sjiktning er det gjennomført en beregning for lagdelingsforholdene observert i Naverfjorden 7. september 1973. Etter vedvarende vind i flere dager var det ved dette tidspunkt svært liten sjiktning (figur 10). Eksempelvis kan nevnes at forskjellen i tetthet mellom overflaten og 3 30 m dyp var 1,1 kg/m. En har i beregningene tatt utgangspunkt i at den maksimale kjølevannsmengde for et enkelt byggested vil være 200 m /s. Da det er realistisk at et eventuelt dyputslipp vil fordeles på mer enn et utslipp, har en utført beregningene for 2, t og 6 utslipp. I de numeriske beregningene er det forutsatt at det ikke er strøm i resipienten. Inntaksdyp og utslippsdyp er satt til 30 m, og for samtlige beregninger er utslippshastigheten satt til h m/s. De viktigste resultater fra beregningene er vist i tabell 1 og i figur 14. Ved å benytte tallene for kjølevannsmengde pr. utslipp i tabellen kan resultatene også brukes til å vurdere andre totale kjølevannsmengder. Ser en på resultatene fra beregningene viser disse at kjølevannet gjennom mesteparten av året vil kunne innlagres under overflaten. Innlagringsnivået ligger mellom 18 m og 25 m 3. 3 for et utslipp på 100 m /s, mens det for utslipp pa 50 m /s 3 og 33 m /s varierer fra 20 m til 26 m. For de tetthetsprofiler som er benyttet antyder beregningene at det dypeste innlagrings-
- 28 - nivå er om varen, det mest grunne om høsten. Nå skal en i denne forbindelse merke seg at de benyttede tetthetsprofiler representerer midlere verdier av sterkt varierende hydrofysiske parametre. Under ekstreme situasjoner vil derfor innlagringsforholdene endres. Dette viser beregningene utført for 7. september 1973. Beregningene viser at strålens akse bryter opp til overflaten for en kjølevannsmengde på Tabell 1. Sammendrag a v resultater fra fortynningsberegningene for dykket utslipp ved Naverfjorden. I tillegg til utslippets tilbakelagte horisontale distanse kommer strålens etableringslengde som kan settes til omlag 3 x utslippets diameter. Verdiene for fortynning baserer seg på verdier langs stråleaksen.
- 29 - HORISONTAL DISTANSE Imi HORISONTAL OISTANSE lm) H9ST-70 HOST - 70 F = 15,1 HORISONTAL OISTANSE lm) 20 «I 60 to 100 U' HORISONTAL DISTANSE Im) 2,0 *p sp ap po o 20 "T^ " L «" "" ' " VINTER -70/71 VINTER -70/71 F = 16,7 0' I fe O20' HORISONTAL OISTANSE (ml 20 40 60 eo soo _ 0' E HORISONTAL OISTANSE (ml 20 BP 1Q0 «0- V*R - 71 F < 13,0 V«R - 71 F - 17.2 HORISONTAL OISTANSE Im) i CL 1 40. P HORISONTAL DISTANSE (ml ^ * P 6 0 8 i. = -. C^~- TT 1 SOMMER - 71 SOMMER - 7) F.15,1, Q I Figur 11. Innlagring av dykket utslipp i Naverfjorden. Beregningene er utført for en kjølivannsmengde på 100 m 3 /s (venstre) og 33 m 3 /s (højre). De stiplede linjene angir omhvllingskurven for W % av den totale volumfluks. (F er Froudetallet).
- 30 - I tabell 1 OR figur 14 har en gitt den horisontale avstanden utslippet tilbakelegger fram til innlagring. For kjølevanns- 3 mengder på 100 m /s viser tabellen at innlagring finner sted omlag 70 m fra etableringssonens slutt. For u og 6 utslipp er de tilsvarende avstander henholdsvis omlag 65 m og omlag 60 m. For å få avstanden til utslippspunktet må etableringssonens lengde legges til. 3 x utslippsdiameteren. Denne kan settes til omlag Utslippets tverrsnitt op, anslått tykkelse ved innlagring er tabulert. Disse verdier refererer seg til omhyllingskurven for /T x standardavviket i det normalfordelte hastighetsprofilet. Dvs. at 84% av den totale volumfluksen befinner seg innenfor den angitte tykkelse og tverrsnitt. Beregningen for tykkelsen er svært tilnærmet, men er inkludert for å understreke betydningen av strålens sidespredning som følge av oppdrift. Denne fører til at strålens sirkulære tverrsnitt med Økende avstand fra utslippspunktet gradvis flates ut og går mot en mer elliptisk form. Utslippets fortynning ved innlagring varierer fra 3.6 til 6.0 3 3 for utslipp på henholdsvis 100 m /s og 33 m /s. Denne verdien refererer seg til fortynningen langs strålens senterlinje. Volumfluks dividert på kjølevannsmengde ved utslippspunktet er et annet mål for fortynning. Med en slik definisjon representerer de tabulerte verdier 50% av den totale volumfluks ved innlagring. Dette er en relativt rask og effektiv fortynning av kjølevannet, og nærsonens u.tbredelse er forholdsvis begrenset. Dette vil imidlertid framgå tydeligere når tilfellet overflateutslipp behandles. En bør også merke seg at en fortsatt økning av antall utslippsporter vil gi en ytterligere økning i fortynningshastigheten. Det er ikke foretatt beregninger for lavere utslippshastigheter enn 4 m/s. Rent generelt kan der sies at lavere ut-
- 31 - slippshastighet med derav lavere Frcidetall vil gi innlagring i høyere nivå. Utslippets fortynning ved innlagring vil synke, likeledes dens utbredelse. Det må presiseres at denne vurderingen gjelder for ett utslipp. For en gitt utslippsmengde og avløpsdiameter vil lavere hastighet kreve flere utslipp. Det vil medføre at utslippets totale utbredelse i horisontalplanet vil øke. 100- * 90 601 -* 7 7* I // I } i 0 2 0 3 0 4 0 50 f I I figur 15 er vist en tilnærmet beregning av strålens avbøyning i horisontalplanet fi'am til innlagringsnivå som f^lge av ytre strøm. Beregninge;*e gjelder for sjiktningsforholdene høsten 1970 (figur 13) og ytre strøm er 0.15 m/s vinkelrett på utslippsvinkelen. Beregninger for de øvrige årstider gir, med samme ytre strøm, ubetydelige avvik fra de angitte baner. Det må presiseres at strømmen i området varierer betydelig om den valgte verdi, både i tallverdi og retning. Videre bør det nevnes at hurtige fluktuasjoner (periode lik minutter) i strålens temperatur vil forekomme seiv om de ytre forhold er stabile (SCARPACE & GREEN, 19 73). Figur 15. Avbøyning i horisontalplanet for dykket utslipp i tverrstrøm. Antall utslipp refererer seg til en total kjølevannsmengde på 200 m /s.
- 32 - I beregningene av kjølevannets temperaturreduksjon i nærsonen har det som nevnt ikke vært mulig direkte å inkludere eventuelle resirkulasjonseffekter. Dette gjelder både direkte resirkulasjon mellom utslipp og inntak og en mer indirekte resirkulasjon som et resultat av økt temperatur på fortynningsvannet tse figur 3). For å få et begrep om hvor stor temperaturøkning som kan ventes for fortynningsvannet har en satt den effektive tilgjengelige fortynningsvannmengde lik netto vanntransport i området. Denne ble i avsnitt 3.1.2. anslått å være omlag 200C1 m /s i måleperioden. Dette tallet ventes å variere over riden, og det knyt^er seg også stor usikkerhet til on\ det er representativt for det tilgjengelige fortynningsvann. Imidlertid, antas 2000 m~/s som et grovt estimat kan temperaturøkningen for fortynningsvannet settes til omlag 1/10 av temperaturøkningen gjennom kondensatorene når utslippsmengden er 700 m /s. Tempera-- turøkningen blir tilsvarende mindre for en total utslippsmengde på 100 m /s. Netto vanntransport var i måleperioden betraktelig større enn funnet for indre Oslofjord, og temporaturøkninen for fortynningsvannet tilsvarende in indre* (se KIO HR. 9). I tabell 1 kommer det fram at utslippets dimensjoner er store i forhold til utslippsdypet. Ved innlagringsnivå er avstanden fram til overflaten av størrelsesorden 2-3 standardavvik i det normalfordelte hastighetsprofilet. Ved siden av at det av den grunn blir satt opp strømmer i overflaten vil også fortynningen avta som et resultat av at tilgjengelig fortynningsvann på oversiden av strålen er begrenset. Det bør videre understrekes at beregningsresultatene i tabell 1 refererer til tilstanden i utslippet når innlagringsnivået nåes. Nærsonen vil strekke seg lengre ut enn dette. F.eks. er utslippets maksimale hastighet ved innlagring av størrelsesorden 1 m/s, og en må derfor regne med at utslippet vil dominere fortynningsforløpet også etter innlagring. De angitte fortynninger og utbredelser representerer derfor ikke en øvre grense for nærsonen.
- 33 - Det er i beregningene forutsatt en rektangulær utløpskanal (se figur 2) med bredde 2b (12,5 m) og dybde h (8 m). 3 9. K3ølevannsmengden er satt til 100 m /s og 200 m /s. grunn av den vekslende strømretning i området (avsnitt 3.1.2,) er beregningene utført for utfallsvinkel lik 0 og 90 til strøm i resipienten. For dyputslippsberegningene viste det eeg mulig å nytte tidligere sjiktningsdata fra Langesundsbukta som representative for Naverfjorden. I overflaten er imidlertid de foreliggende dataene over temperatur og tetthet i Langesundsbukta lite representative for Naverfjorden. Pa For utslipp i overflaten har en derfor valgt å benytte data fra VKL's malinger 28. august og 7, september 1973 (figur 10). Disse representerer en henholdsvis godt sjiktet og lite sjiktet resipient. ne'nt i avsnitt 2.3.1. er det korrigert for sjiktningen ved en modifisering av Froudetallet. Som Redusering av fortynningshastigheten er ikke tatt med, og beregningene antyder derfor for liten variasjon i spredningsparametrene for de to tilfellene. Beregningsresultatene er vist i tabell 2 og i figur 16. Dataene for utslippets bredde og volumfluks refererer seg til verdier innenfor 2 x standardavviket i det normalfordelte strømnings- og temperaturprofilet. Det vil si at den angitte volumfluks representerer ca. 95% av den totale. Beregningene for strålens bredde illustrerer betydningen av oppdrift i strålen (dynamisk sidespredning) Som vist i figur 16 resulterer lave Froudetall i større sideutbredelse nær utslippspunktet. Denne tendensen er imidlertid mindre markert noe lenger ut i resipienten. Dette skyldes at ytre
1! strøm i noen grad svekker den dynamiske sidespredningen. Tabellen viser også at strålen blir betraktelig smalere når strømretningen i forhold til utfallsvinkelen dreier fra 90 til 0. (Dette er i samsvar med feltobservasjoner. Se f.eks. BRYCE & ELLIOTT, 1972). Beregningene viser at fortynningen er langt senere enn for dykket utslipp. Dette kan forklares ved J. t et overflateutslipp ved lave Froudetall vil "gli" over den tyngre resipient uten nevneverdig vertikal medrivning. Denne tendensen svekkes noe for høye Froude tall. Strømretningen får betydning for volumfluksen først et stykke ut i resipienten. I tabell 2 kommer dette fram når en Tids run*r :e/6-197, '/ -1371 resipienten <ssi * vest j njr.i - -v. Str«mr-Ptninf; St røwretning 3-t vo=-t nord -syd ikjblevdnnsrrengje m 3 /sek 200 100 1?ur 11 n.= ;o : JO 200 100 Innta^sdyp ' riverflaten Jtslippsdyp, L'verf later. -A. 'Ytre strfim (m/se.m ','.?,0.2, '. i Z.. j.. z.; [ i}.. j o. i Utsl ippets geometri ;!b oxh 0 tir,?) lj.lxu U.SxS! 12.K*fc :?.Bx8 \t.bx3 12.SXB 12.5x8 12.ix8 Utslippets U.!3 '2.06 ; u. 17 7.06».-3 i.n -t.ta.2. ;i Froudetdll QjQ o ved s = 100 r. j 5.«*, 2.9 -,.3 -,.......=.«13.0 Q/Q 0 ved s = S0l n 8. 3 6.6 3.x / E.. a K.7 7.0 B. B 6.1 'Utslippets bredde ved sslcq m(m) 169 ;?a ia* i m L5B ;?0 13,2! 166 Utslippets bredde ved 5=503 m(m) 1080 uto 710 '700 10-0 1090 690 690 Utslippets maks. dybde Cm) 114.6 7.3 14.6 7.3 IS.7 7.6 IS.J 7.8 Areal ioverfl. der T/T o>0.8(m 1. S I.2-10 l.t-10 :2.1-1.5-13 2.1-10"* i.u.io J2.o-:n4 2 ) IO 3 3 J ID J J J, " " " -0.6(m ) 2.9-10 S.6-10 2.B-1C ' j!>. 7-10 2.B 1J S.0-10 2.7-10 i 5.0-1D 2 3 3 J 3 3 J J. " " " ^.nim 2 ) 9.1-10 3 3.9'lu 1 * 8.7-lD jj-b-lo" 8. 3-10 3!?. WO* 7.9-10 3 2.3-JO - " " " -Q.2lm? ) I.TIQ* t.0-10 b ],2-lQ 5 ja.d-10 S l.u-10 <J j 3.<*-l r J 3 a.b-io" 7.0-10 5 Tabell 2. Sammendrag av resultater fra fortynningsberegningene for overflateutslipp i Naverfjorden. Fortynningen er gitt ved Q/Q osom er 95% av den totale volumfluks dividert med kjølevannsmengden. T er temperaturøkningen, T er temperaturøkningen gjennom kondensatorene og s er avstanden langs strålens senterlinje regnet fra utslippskanalen.
jooo eoo too too 200 0-200 0 1000 600 600 400 20.0 0-200 0 200 400 m J, 600 800 V' W 1000 1200 28-8 - 1973 Q = 200m/s ié& 1. soo 1200 7-9-1973 Q = 2Q0m/s j/l ^ ' '\ " n i 1 - \ - 1000 800 600 400 200 0-200 looo eoo 600 400 200 0-200 0! _y\ 200 400 J GOO 600 1000 1200 ~y ^s?* \\ h'll J)\\ V.' LX,/B-i 1 1 / { \ ' i / 7/ 28-8 - 1973 Q = 100 m/s 200 400 m 600 SOO 1000 1200 -r ::j? 1 4^ 1 1 / 1 1 I y /^ <A 7-3-1973 0=100 m/s rril Figur 16. Overflateutslipp i Naverfjorden på 200 m /s (over) og 100 m /s (under). Beregninpene er utført for en sjiktet resipient (venstre) OR en godt blandet resipient (høyre). Tverrstr^m (heltrukket) of» medstr^m (stiplet) er 0,2 nv/s. Det er vist isotermer for overflaten og et vertikalsnitt gjennom utslippets senterlinje der T/T = 0,1, 0,2 og 0,3.