Flom- og vannlinjeberegning for Storelva (185.1A), Øksnes kommune i Nordland Per Ludvig Bjerke og Thomas Væringstad 33 2015 O P P D R AG S R A P P O R T B
Oppdragsrapport B nr 33-2015 Flom- og vannlinjeberegning for Storelva (185.1A), Øksnes kommune i Nordland Utgitt av: Redaktør: Forfattere: Norges vassdrags- og energidirektorat Per Ludvig Bjerke og Thomas Væringstad Trykk: Opplag: Forsidefoto: ISBN NVEs hustrykkeri Storelva. Foto: Per Ludvig Bjerke Sammendrag: På oppdrag for Statens vegvesen, Region nord har NVE for Storelva i Øksnes kommune beregnet vannlinjer for middelflom, 5, 10, 20, 50, 100 og 200-årsflom, samt 200-årsflom i et endret klima frem mot år 2100. Emneord: Flomberegning, vannlinjeberegning, Storelva, Øksnes kommune, Nordland 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 Desember 2015 2
Innhold Forord... 4 Sammendrag... 5 1 Beskrivelse av nedbørfeltet... 6 2 Målestasjoner... 7 3 Flomanalyser... 9 3.1 Døgnmiddelvannføringer... 9 3.2 Kulminasjonsvannføringer... 9 3.3 Klimaendringer...11 4 Vannlinjeberegning... 11 4.1 Datagrunnlag...11 4.2 Hydrauliske beregninger...11 5 Usikkerhet... 13 6 Konklusjon... 13 7 Referanser... 14
Forord På oppdrag for Statens vegvesen Region nord har NVE, Hydrologisk avdeling, utført flom- og vannlinjeberegninger for Storelva i Øksnes kommune i Nordland. Middelflom og flommer med gjentaksintervall 5, 10, 20, 50, 100 og 200 år er beregnet. I tillegg er flomverdiene justert i forhold til ventede klimaendringer. Thomas Væringstad har utført flomberegningen og Per Ludvig Bjerke har utført vannlinjeberegningen. Seija Stenius har kvalitetssikret rapporten. Rapporten er utført på oppdragsbasis og er ikke en del av NVE sin forvaltningsmessige behandling av saken. Oslo, desember 2015 Sverre Husebye seksjonssjef Per Ludvig Bjerke sjefingeniør 4
Sammendrag Det er utført flomberegning for Storelva i Øksnes kommune i Nordland. Middelflom og flommer med gjentaksintervall 5, 10, 20, 50, 100 og 200 år er beregnet. Datagrunnlaget for flomberegningen kan klassifiseres som middels, med en inndeling fra godt, middels og til dårlig. Storelva ligger i et av de områdene i Norge hvor klimaframskrivningene gir økning i flomstørrelser frem mot år 2100. Her er det derfor benyttet et klimapåslag på 20 prosent på de beregnede flomvannføringene. Resulterende kulminasjonsvannføringer ble: Q5 Q10 Q20 Q50 Q100 Q200 Storelva 6,5 8,0 9,3 10,3 12,1 13,3 14,7 Klima + 20 % 7,8 9,6 11,2 12,4 14,5 15,9 17,7 Vannlinjeberegningen viser at det blir hastigheter på mot 2,8 m/s forbi brua ved en 200 års flom på 18. Det anbefales at underkant bruplate ikke legges lavere enn på høyde 9,75 m antatt at bunnen av elva ligger på høyde 7,50 moh. Høyder er angitt i NN2000. 5
1 Beskrivelse av nedbørfeltet Storelva er et relativt lite vassdrag som renner ut i Bussingvika i Gavlfjorden. Flomvannføringer i Storelva vil være sterk påvirket av selvreguleringseffekten av Alsvågvatnet. Flomregime: flommer opptrer både vår, høst og vinter men det er sannsynlig at de høyeste flomtoppene opptrer om høsten eller vinteren. Feltkarakteristika for nedbørfeltene er vist i tabell 1 og feltgrensene er vist i figur 1. Tabell 1. Feltkarakteristika for Storelva. Sted Feltareal, A km 2 Eff. sjø, ASE % QN (61-90)* l/s km 2 Høydeintervall moh. Feltlengde, LF km Storelva 20,0 11,7 56 0 647 6,8 * Avrenning beregnet fra NVEs avrenningskart for normalperioden 1961-1990. Figur 1. Nedbørfeltet til Storelva. 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. Figur 2. Kart over målestasjoner i området (sort) og nedbørfeltet til Storelva (rødt). Målestasjon 177.4 Sneisvatn ligger ca. 55 km sørøst for Storelva. Sneisvatn har lavere effektiv sjøprosent og høyere avrenning sammenlignet med Storelva. Kvaliteten på vannføringskurven på flom er vurdert som middels. Målestasjon 178.1 Langvatn ligger ca. 35 km sørøst for Storelva. Langvatn har lignende feltareal, større spesifikk middelavrenning og lavere effektiv sjøprosent sammenlignet med Storelva. Kvaliteten på vannføringskurven på flom er vurdert som god. Målestasjon 180.1 Grønlivatn ligger ca. 100 km sørvest for Storelva. Grønlivatn har mindre feltareal og mye lavere effektiv sjøprosent sammenlignet med Storelva. Målestasjonen har den korteste tidsserien av sammenligningsstasjonene. Kvaliteten på vannføringskurven på flom er vurdert som middels. Målestasjon 185.1 Gåslandsvatn ligger ca. 30 km sørvest for Storelva. Gåslandsvatn har mindre feltareal og større effektiv sjøprosent sammenlignet med Storelva. Vannføringskurven er oppdelt i to perioder og er vurdert som henholdsvis middels og god på flomvannføringer. 7
Målestasjon 186.2 Ånesvatn ligger ca. 30 km nordøst for Storelva. Stasjonen ble flyttet 1997 og het før 186.1 Åelv. Ånesvatn har større feltareal sammenlignet med Storelva og det er mye våtmark i nedbørfeltet. Vannføringskurven er oppdelt i flere perioder og er av varierende kvalitet på flom. Tabell 2. Feltkarakteristika for aktuelle sammenligningsstasjoner. Stasjon Måleperiode Feltareal (km 2 ) Eff.sjø (%) QN (l/s km 2 ) Qobs (l/s km 2 ) Høydeint. (moh.) 177.4 Sneisvatn 1916-d.d. 29,3 2,3 94 93,6 18-970 178.1 Langvatn 1953-d.d. 18,4 6,3 74 70,9 27-1091 180.1 Grønlivatn 1989-d.d. 7,5 1,8 45 59,8 68-722 185.1 Gåslandsvatn 1934-d.d. 7,7 19,7 50 46,9 16-171 186.2 Ånesvatn 1978-d.d. 47,0 7,6 39 49,0 10-584 Q N betegner normalavrenningen i perioden 1961-90 beregnet fra NVEs avrenningskart. Q obs betegner middelavrenningen beregnet for periode med tilgjengelige observasjoner. 8
3 Flomanalyser 3.1 Døgnmiddelvannføringer Det er utført frekvensanalyse på årsflommer (døgnverdier) for målestasjonene. Store flommer forekommer hele året, men flere av de største flommene har vært på høsten eller vinteren. I tabell 3 vises resultatene for flomfrekvensanalysene. Det er relativt stor spredning i spesifikk middelflom og forholdstallene ved de ulike målestasjonene som er tatt med i analysen (tabell 3). For middelflom varierer det fra drøyt 250 l/s km 2 til over 700 l/s km 2. Forholdstallet Q 200/Q M varierer fra 1,5 til 2,3 ved målestasjonene. Ut fra en ren sammenligning av feltegenskapene (tabell 2) er det rimelig å anta at spesifikk middelflom er høyere ved f.eks. Sneisvatn, som har langt mindre effektiv sjøprosent og høyere avrenning, enn for Storelva. Regionalt formelverk (Sælthun et. al. 1997 (K1 og K2) og Glad et. al. 2015) anslår en middelflom på henholdsvis 245, 289 og 443 l/s km 2. Sistnevnte formelverk angir flommer for kulminasjonsverdier. Det vurderes som at målestasjon 185.1 Gåslandsvatn eller 186.2 Ånesvatn er mest representativt for Storelva. Ut fra en helhetsvurdering er det valgt en spesifikk middelflom på 300 l/s km 2. Tabell 3. Flomfrekvensanalyse på årsflommer, døgnmiddelverdier. Per. Ant år l/s km 2 Q5/ Q10/ Q20/ Q50/ Q100/ Q200/ Q500/ Q1000/ 177.4 Sneisv. 17-14 98 20,8 710 1,17 1,30 1,43 1,59 1,72 1,85 2,01 2,13 178.1 Langv. 54-14 61 8,38 455 1,21 1,38 1,54 1,75 1,91 2,06 2,27 2,42 180.1 Grønliv 90-14 25 3,28 437 1,10 1,19 1,27 1,37 1,45 1,53 1,63 1,70 185.1 Gåsl.v. 35-14 80 1,96 255 1,25 1,45 1,64 1,89 2,07 2,26 2,50 2,69 186.2 Ånesv. 78-14 37 13,7 292 1,26 1,46 1,66 1,92 2,11 2,30 2,56 2,75 NIFS (2015)* - - 8,9 443 1,21 1,45 1,72 2,16 2,56 3,05 3,86 4,63 RFFA (1997) K1-4,9 245 1,2 1,4 1,7 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 RFFA (1997) K2-5,8 289 1,24 1,44 1,59 1,87 2,05 2,27 2,49 2,69 Storelva - - 6,0 300 1,24 1,44 1,59 1,87 2,05 2,27 2,49 2,69 * Beregningen gjelder for kulminasjonsverdier Som representativ flomfrekvenskurve for Storelva brukes den regionale kurven K2 (Sælthun et al. 1997) som er sammenlignbart med flomfrekvenskurven utledet for Gåslandsvatn og Ånesvatn. Tabell 5 gir resulterende døgnmiddelvannføringer ved forskjellige gjentaksintervall for Storelva. 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 9
nedbørfelt med høyere effektiv sjøprosent. For Storelva vil Alsvågvatnet jevne ut flomforløpene. 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 vassdraget må forholdstallet Q mom/q mid dermed beregnes med utgangspunkt i nærliggende og lignende målestasjoner i området og beregnede forholdstall fra eksisterende formelverk. Målestasjon 186.2 Ånesvatn har data med finere tidsoppløsning enn døgn i perioden 1997-d.d. Ånesvatn har noenlunde lignende feltparametere med Storelva. Døgnmiddel og kulminasjonsvannføring for fire store årsflommer fra Ånesvatn er listet opp i tabell 4, sammen med forholdstallet mellom disse to verdiene. Tabell 4. Kulminasjons- og døgnmiddelvannføringer ved 186.2 Ånesvatn for fire store årsflommer i analyseperioden 1997-2014. Dato Kulminasjon Døgnmiddel Qmom/Qmid 12.01.2002 31,3 28,9 1,08 10.05.2000 20,1 19,2 1,05 21.02.2004 19,8 19,2 1,03 18.02.2003 19,2 18,9 1,02 Snitt 1,05 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. Formlene er: Vårflom: Q mom/q 0.5 døgn = 1,72 0,17 loga 0,125 A SE Høstflom: Q mom/q 0.5 døgn = 2,29 0,29 loga 0,270 A SE hvor A er feltareal og A SE er effektiv sjøprosent. For Storelva gir formlene et forholdstall på 1,07 for vårflom og 1,00 for høstflom. Siden det er noe variasjon i forholdstallene for flommer ved Ånesvatn, samt at flommen i 2002 er vesentlig større enn de andre, er det valgt å bruke en faktor på 1,08 videre i analysen. Kulminasjonsverdiene blir dermed som i tabell 5. Tabell 5. Beregnet middelflom (Q M) og resulterende flomverdier ved ulike gjentaksintervall for Storelva, kulminasjonsvannføringer. Areal km 2 Kulm./ døgn l/s km 2 Døgnmiddelvannføring 20,0-6,0 300 7,4 8,6 9,5 11,2 12,3 13,6 14,9 16,1 Q5 Q10 Q20 Q50 Q100 Q200 Q500 Q1000 Kulminasjonsvannføring 20,0 1,08 6,5 324 8,0 9,3 10,3 12,1 13,3 14,7 16,1 17,4 10
3.3 Klimaendringer I henhold til NVEs klimastrategi (Hamarsland, 2010) skal det tas hensyn til et endret klima for tiltak/ beslutninger med lang levetid. For eksempel ved å ta hensyn til endringer i flomstørrelser ved arealplanlegging og bygging/ ombygging av viktig infrastruktur. I Lawrence og Hisdal (2011) er det gitt anbefalinger om hvordan man skal ta hensyn til ventet klimautvikling frem til år 2100 ved beregning av flommer med forskjellige gjentaksintervall. Storelva ligger i en av områdene hvor en venter størst økning i flomvannføringer på grunn av klimaendringer. Ut fra avsnitt 8.2 i nevnte rapport, er det anbefalt for kystnære vassdrag som Storelva en økning av flommer på 20 prosent på grunn av klimaendringer. Det gir følgende flomverdier i vassdraget (tabell 6). Tabell 6. Beregnet middelflom (Q M) og resulterende flomverdier ved ulike gjentaksintervall for Storelva, kulminasjonsvannføringer, justert med + 20 % som følge av ventede klimaendringer. Areal km 2 l/s km 2 Klimapåslag 20 % 20,0 7,8 390 9,6 11,2 12,4 14,5 15,9 17,7 19,4 20,9 Q5 Q10 Q20 Q50 Q100 Q200 Q500 Q1000 4 Vannlinjeberegning 4.1 Datagrunnlag Befaring av elva ble utført den 22. september 2015. Under befaringen ble det utført en oppmåling av vannstander og terrenghøyder for hjelp til å sette opp en hydraulisk modell. I vedlegg 1 er vist data og kart over målte høyder. Figur 3 viser forholdene oppstrøms brua. Vannstanden i elva var 8,25 m 20 meter opp for brua, 7,60 m rett ved brua og 7,45 m 25 meter nedenfor brua. Dette gir en helning på 1,6 % forbi brua. Bredden av elva varierte fra 4,5 til 5 m og med en bratt skråning med høyde ca. 1 m på begge sider. 4.2 Hydrauliske beregninger Det ble kjørt simuleringer for normal flom på 1,6 og for 200 års flom på 18. Resultatene viser at det vil bli hastigheter opp mot 2,8 m/s ved brua. Figur 4 viser vannlinjene i blått og energilinjene i grønt for normal flom og for 200 års flom. I vedlegg 2 er resultatene fra beregningene vist i tabellform. De viser at flommen krever et areal på ca. 7 m 2. Det antas at den gamle brua fjernes og at elveleiet under den nye brua blir 5 m bredt i bunnen og med skråninger ikke brattere enn 1:1. For å ta høyde for at is, grener og kvist er i elva ved flom anbefales at underkant bruplate ikke legges lavere enn med høyde 9,75 m antatt at bunnen av elva ligger på 7,5 m. 11
Figur 3. Forholdene under befaring oppstrøms dagens bru Figur 4. Beregnet vannlinje for normal flom 1,6 og for 200 års flom på 18. Brua ligger midt på strekningen. 12
5 Usikkerhet Det er en hel del usikkerhet knyttet til flomberegninger og vannlinjeberegninger. I frekvensanalysen av vannføringer brukes såkalte observerte vannføringer. Dette er imidlertid indirekte observasjoner basert på en vannføringskurve der sammenhengen mellom vannstand og vannføring ofte baseres seg på noen få målinger på lavere vannføringer. For høye flommer er vannføringskurven ekstrapolert og dermed vil verdiene være av en viss usikkerhet. Andre kilder til usikkerhet er bruk av døgnmiddelverdier der kulminasjonsverdier ikke finnes og mangel på lange dataserier. De regionale flomformlene og frekvenskurvene (Sælthun et al. 1997) gjelder for felt >20 km 2, men bør brukes med forsiktighet for felt < 100 km 2 (NVE 2011). Usikkerheten (95 % konfidensintervall) i formelverket fra Glad et. al. 2015 er anslått til et intervall på ca. 0,5 2 ganger verdien av Q 200. Formelverkene er for Storelva også sensitive for endringer i estimatet av middelavrenningen. Estimert middelavrenning kan virke noe høy. 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 flomberegningen kan usikkerheten i resultatene regnes som middels. I vannlinjeberegningen er det plusset på 0,5 m for å ta høyde for usikkerheten i beregningen og for å ta høyde for at drivgods som grener og is driver i elva ved flom. 6 Konklusjon Flomberegning viser at 200 års flommen er 18 inklusiv klimapåslag på 20 %. Vannlinjeberegningen viser at det vil bli hastigheter opp mot 2,8 m/s og det anbefales at underkant bruplate ikke legges lavere enn med høyde 9,75 moh. antatt at bunnen av elva ligger på 7,5 m og at bredden av elva er minimum 5 m. 13
7 Referanser Glad, P., Reitan, T. og Stenius, S. 2015: Nasjonalt formelverk for flomberegninger i små nedbørfelt. NVE-Rapport 2015:13. Hamarsland, A.T. 2010: Klimatilpasning innen NVEs ansvarsområder. NVE-Rapport 2010:15. Lawrence og Hisdal 2011: Hydrological projections for floods in Norway under a future climate. NVE Report No. 5-11. www.nve.no. Sælthun. N. R., Tveito. O. E., Bønsnes. T. E. og Roald. L. A. 1997: Regional flomfrekvensanalyse for norske vassdrag. NVE Rapport nr. 1997:14. 14
VEDLEGG 1 Oppmåling av høyder ved Storelva 15
VEDLEGG 2 Resultat fra Hec-Ras modelleringen. Brua er mellom profil 100 og 110. 16
Norges vassdrags- og energidirektorat Middelthunsgate 29 Postboks 5091 Majorstuen 0301 Oslo Telefon: 09575 Internett: www.nve.no