Hydrologiske data til bruk for planlegging av Mattiselva kraftverk, Kvinnherad kommune i Hordaland fylke. Utarbeidet av Rune Dyrkolbotn 2013
Innhold Forord... 4 Beskrivelse av nedbørfeltet til planlagt inntakspunkt... 5 Tilrettelegging av datagrunnlag for hydrologiske beregninger... 7 Vurdering av avrenningskartet... 8 Beskrivelse av aktuelle målestasjoner... 8 Valg av representativ målestasjon og beregning av skaleringsfaktor 8 Variasjon i middelavløp fra år til år... 9 Avløpets fordeling over året... 10 Varighetskurve... 11 Alminnelig lavvannføring... 12 5 persentil sesongvannføring... 12 Restvannføring... 12 Usikkerhet... 16 Vedlegg... 16
Forord I forbindelse med søknad om vurdering av konsesjonplikt etter vassressursloven for Mattiselva kraftverk har undertegnede framskaffet hydrologiske data til bruk for planlegging av kraftverket. Rapporten gir et overslag over vannmengdene som er tilgjengelige i nedbørfeltet. Målet er å gi utbygger nødvendige hydrologiske data som gjør det mulig å planlegge etablering av små kraftverk. Rapporten inneholder grunnlagsdata og vannføringsstatistikk for Mattiselva basert på nedbørsmengde og avrenningsdata for sammenlignbart felt. Beregningene omfatter feltgrenser og feltareal ved inntaket, normalavløp, sesongvariasjoner i avløpet, variasjoner i middelavløpet fra år til år, varighetskurver, alminnelig lavvannføring og 5 persentiler. De hydrologiske beregningene er beheftet med en viss usikkerhet men er etter min vurdering det beste som kan fremskaffes for planlegging av kraftverket med det målegrunnlag som finnes i området idag. Rune Dyrkolbotn Siv. Ing. / Driftsleder
Beskrivelse av nedbørfeltet til planlagt inntakspunkt Vassdragsnummer (045.31C): Vernestatus: Ikke vernet i hht. Verneplan for vassdrag. Feltareal ved inntak kote 245: ca.3,75 km² (areal beregnet fra kart i målestokk 1:50 000), se figur 1. Høydeforskjell i feltet: 245-932 moh. Effektiv sjøprosent: 5,2 %. Snaufjellandel: 75 %. Normalavløp og årsavløp: Spesifikt normalavløp i området oppgis til 114 l/s km², som tilsvarer estimert årlig middelavløp på 114 l/s km² 3,75 km² = 427,5 l/s. Dette tilsvarer et midlere årsavløp på 13,5 mill. m 3 /år. Usikkerhet i avrenningen er på opp mot ± 20 %, som i denne elven tilsvarer et intervall på ca. 342 l/s til 513 l/s. Hydrologisk regime: Dominerende høst- og vårflommer. Lavvannføringer inntreffer som oftest om sent høst og om vinteren. Side 5
Figur 1. Nedbørsfeltet til Mattiselva kraftverk. Side 6
Tilrettelegging av datagrunnlag for hydrologiske beregninger Grunnlaget for alle hydrologiske beregninger er tidsserier av vannføring over en lang årrekke. Det eksisterer i dag ingen måling av vannføring i det aktuelle vassdraget, så videre analyser må baseres på en sammenligning og skalering med tidsserier for avløp fra målestasjoner i nedbørfelt med lignende avløpsforhold. Det er 2 aktuelle målestasjoner i området. Nedbørfeltene til sammenligningsstasjonene er inntegnet på kart i figur 2. Feltkarakteristika er vist i tabell 1. Tabell 1. Feltkarakteristika Stasjon Måleperiode Feltareal (km 2 ) Snaufj (%) Eff. sjø (%) Q N (l/s km 2 ) Q m (l/s km 2 ) Høydeint. (moh.) 41.8 Hellaugvatn 1981-2006 27,0 83 1,4 127 119,3 271-1 263 42.2 Djupevad 1963-2006 31,9 51 0,0 105 96,6 88-1 152 Mattiselva - 3,75 75 5,2 114-245 - 932 Q N betegner årsmiddelavrenningen i perioden 1961-90 beregnet fra NVEs avrenningskart. Q m betegner middelavrenningen beregnet for observasjonsperioden til målestasjonen Hus nesfjorden Sun de Husn es Høylandsundet 42.2 Djupevad $ M ann en Mjelkh au g Val ed alsvatnet fjell Handa la ndselva Giska- Eng la - fje lle t Uskedale n M ann s- va tnet Ulvano sa Matresfjorden Åmvikedalen # Bergsstølsva tnet Mate rsdalen Myrdal sv¾± Kvan nto Inntak Blå da lsva tne t San da ho rgi Bjørn eb ær- Midtbo tn- Var da fj ell Blå da ls- vatnet hor ga Kartet Dalsbekken viser sammenligningsstasjonene sine nute n Bor ga nedbørsfelt. Fjellhau g-ja mtela Mattiselva nd s- sitt nedbørsfelt er va tn vatnet San dva ss- også tegnet inn på figur 1. On arheimsvatnet Ingahogg Kallviknut hor ga Kvanndalsnute n Åkrafjorden M øsse gronute n hei an e Mosneselva Bekkje dals- Vau l Skånev ikfjorden 41.8 Hellaugvatn ko lle n Skre d- Reinsnute n San dva tnet Skaata nu ten Ølsfjorden Fl okatveit- Bjørkje ne s- nute n Etnefjorden Etne Skånevik Støleh etta Håfjel let Lill edals- vatnet St ordalsva tnet nute n $ Stor dalselva Fl oteva tn et Etne Nagl an e Nordstølsdalen Stora vatnet Lykilsvatne t Bor dh eia nute n Stora he i- Buerelv a Fo ssdalsvatnet Svar ta vatne t S Nord reskor - nute n Åbødalen Bre kke hei a Bygd are- Gri ndeims- Sauda Figur 2. Oversikt over nedbørfeltene til sammenligningsfeltene. Side 7
Vurdering av avrenningskartet Middelavløpet ved målestasjonene er beregnet fra observerte data og sammenlignet med avrenningskartet. Som følge av at middelavløpet er beregnet for en annen periode enn avrenningskartets normalperiode fra 1961-1990 er ikke estimatene direkte sammenlignbare. Observert normalavløp ved stasjonene avviker lite fra avrenningskartet. Det er grunn til å anta at avrenningskartet gir et forholdsvis godt estimat for Mattiselva sitt nedbørfelt selv om usikkerheten i avrenningskartet er større i små felt. Beskrivelse av aktuelle målestasjoner Målestasjon 41.8 Hellaugvatn ligger 23 km sørøst for Mattiselva. Målestasjonens feltareal er større enn Mattiselva, men den effektive sjøprosenten er mindre. Trolig er selvreguleringsevnen til Hellaugvatn større enn i Mattiselva grunnet større feltareal. Høydemessig stemmer stasjonen noenlunde overens med nedbørfeltet til Mattiselva. Ved Hellaugvatn er det observert vannføringer daglig i perioden 1981-2006. Dataene er av god kvalitet, men litt usikker på lave vannføringer. Målestasjon 42.2 Djupevad ligger 13 km sørvest for Mattiselva. Trolig er selvreguleringsevnen til Djupevad større enn i Mattiselva grunnet større feltareal. Høydemessig stemmer stasjonen noenlunde overens med nedbørfeltet til Mattiselva. Ved Djupevad er det observert vannføring i perioden 1963-2006, men på grunn av dårlig vannføringskurve ble stasjonen flyttet i 1976. Valg av representativ målestasjon og beregning av skaleringsfaktor På bakgrunn av de ulike stasjonenes feltegenskaper og datakvalitet er det antatt at 42.2 Djupevad er mest representativ for forholdene i Mattiselva. Denne stasjonen er derfor benyttet videre i analysen. Data som er presentert er tilpasset Mattiselva sitt nedbørfelt på 3,75 km 2 ved skalering med hensyn på feltareal og spesifikt normalavløp. Skaleringsfaktoren som er benyttet er: (114 l/s km²/96,6 l/s km²) (3,75 km 2 /31,9 km 2 ) = 0,1387 Side 8
Variasjon i middelavløp fra år til år Variasjonene i middelavløpet fra år til år er relevant i forhold til årlige produksjons- og inntektsvariasjoner. Middelavløpet i enkeltår kan i stor grad avvike fra normalavløpet. Med bakgrunn i skalert vannføringsserie for 42.2 Djupevad i perioden 1976-2005 er variasjonene i middelavløpet fra år til år ved Mattiselva presentert i figur 3. Dataene i figuren foreligger i tabellform i vedlegg 1. Det må påregnes en variasjon fra år til år rundt ± 42 % i forhold til normalavløpet. Det er funnet at årsavløpet i Mattiselva har variert mellom omtrent 0,178 og 0,612 m 3 /s. I perioden er 1996 det tørreste året og 1992 det mest vannrike året basert på årsvolumet. Det presiseres at disse dataene har utgangspunkt i et annet nedbørfelt der data er omregnet for å representere Mattiselva, og at de reelle årsvariasjonene i Mattiselva kan avvike i større eller mindre grad fra dette. 0,700 Middelavløp Mattiselva 0,600 0,500 Aksetittel 0,400 0,300 Årsnedbør 0,200 0,100 0,000 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Figur 3. Variasjon i avrenningen fra år til år for Mattiselva. Side 9
Avløpets fordeling over året Avløpets sesongvariasjon i Mattiselva antas å stemme noenlunde overens med sesongvariasjonene ved 42.2 Djupevad. Figur 4 viser middelvannføringen (flerårsmiddel), medianvannføringen (flerårs median) og minimumsvannføringen (flerårsminimum) i Mattiselva over året utarbeidet på grunnlag av observert vannføring ved 42.2 Djupevad i perioden 1976-2005. Data fra 42.2 Djupevad er skalert som tidligere beskrevet. Både flerårsmiddel og flerårsmedian gir et bilde av midlere avløpsforhold. Ved bygging av små kraftverk antas det at mediankurven, som i de fleste tilfeller ligger lavere enn middelkurven, er best egnet til å gi et bilde av midlere avløpsforhold. Dette skyldes at små kraftverk ikke kan utnytte flomvannføringer. I middelkurven inngår flomvannføringene ved beregning av middelkurven, mens mediankurven ikke vektlegger flomvannføringer. Den nederste kurven viser de laveste vannføringene som har forekommet i årrekka. Lavvannføringene inntreffer om vinteren. Figur 5 viser hvordan maksimale flommer er fordelt over året. Høst- og vinterflommer er dominerende. Figuren viser døgnmiddelvannføringer. Kulminasjonsvannføringer er noe større. 1,2000 1,0000 0,8000 0,6000 Flerårsminimum Flerårsmiddel Flerårsmedian 0,4000 0,2000 0,0000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Figur 4. Kurven viser sesongvariasjonen i vannføringen i m 3 /s for Mattiselva basert på flerårs døgnverdier. Flerårsmiddel, flerårsmedian og flerårsminimum er presentert. Sesongvariasjonene er antatt å samsvare noenlunde med nedbørfeltet til målestasjon Djupevad. Side 10
10,0000 Flerårsflom 9,0000 8,0000 7,0000 6,0000 5,0000 4,0000 Flerårsflom 3,0000 2,0000 1,0000 0,0000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Figur 5. Maksimale flommer som døgnmiddel i m 3 /s for Mattiselva. Varighetskurve Med bakgrunn i den skalerte dataserien fra Djupevad er det for Mattiselva utarbeidet varighetskurver samt andre kurver til hjelp for å dimensjonere kraftverket. Varighetskurver er vist i vedlegg 2. Disse er beregnet på bakgrunn av observerte data for Djupevad i perioden 1976-2005 og skalert som tidligere beskrevet. Sesongkurvene viser vannføringen i % av middelavløp for sesongen. Ved bruk av kurvene trengs dermed sesongverdier for middelavløpet for Mattiselva. Disse er beregnet på bakgrunn av observerte data for Djupevad i perioden 1976-2005 og skalert som tidligere beskrevet. Middelavløpet for året er 0,426 m 3 /s. For sommer- og vintersesongen er middelavløpet på henholdsvis 0,45 m 3 /s og 0,413 m 3 /s. Den benyttede målestasjonen Djupevad antas tilsvarende selvreguleringsevne som Mattiselva. Dette følger av større areal men mindre innsjø andel. Det betyr at varighetskurven og slukeevne ved Djupevad trolig gir et greit bilde på utnyttbar vannmengde sett i forhold til Mattiselva sitt nedbørsfelt. Dette gjenspeiles også i kurvene for slukeevne og sum lavere. Men det er viktig å notere seg at sammenligningsfeltet ligger i et annet vassdrag, og større eller mindre avvik derfor må forventes. Side 11
Alminnelig lavvannføring Alminnelig lavvannføring for Mattiselva er beregnet på objektivt grunnlag ved hjelp av regresjon mot feltegenskaper og resultatet er sammenlignet med alminnelig lavvannføring beregnet på bakgrunn av observerte data ved Djupevad. Estimert alminnelig lavvannføring ved målestasjonen Djupevad er 3,9 l/s km 2. Alminnelig lavvannføring øker normalt med bl.a. økende feltstørrelse, innsjøprosent og økende spesifikk avrenning. Alminnelig lavvannføring for Mattiselva er med bakgrunn i dette antatt å være i størrelsesorden 3,7 l/s km 2 som tilsvarer rundt 14 l/s. 5 persentil sesongvannføring 5 persentil for vannføring (se definisjon, vedlegg 3) i perioden 1/5 30/9 (sommerhalvåret) og i perioden 1/10 30/4 (vinterhalvåret) er estimert med utgangspunkt i målestasjon Djupevad. Beregnet 5 persentil for sommer- og vintersesong er for Djupevad er henholdsvis 5,3 l/s km 2 og 2,8 l/s km 2. Med utgangspunkt i dette, og vurderingene gjort ved beregning av alminnelig lavvannføring, er 5 persentilen ved inntaket til kraftverket i anslått til å være: Sommersesongen (1/5 30/9): 5,0 l/s km 2 eller ca 18,75 l/s Vintersesongen (1/10 30/4): 2,6 l/s km 2 eller ca 9,9 l/s Restvannføring For å bestemme restvannføringen for et punkt rett nedstrøms inntaket for kraftverket er det laget en modell, hvor observert daglig skalert vannføring for målestasjon Djupevad i perioden 1976-2005 er utgangspunktet. I modellen er det lagt inn følgende forutsetninger: Største slukeevne for turbinen er 0,24 m 3 /s. Minste slukeevne for turbinen er 0,012 m 3 /s. Minstevannføring: 0,014 m 3 /s Restvannføringen er funnet ved å trekke slukeevnen fra den estimerte vannføringen ved inntaket (se figur 1). Når tilsiget er større enn største slukeevnen til turbinen, vil alt overskytende vann gå som restvannføring. Når tilsiget er mindre enn summen av laveste slukeevne og minstevannføringen, slippes hele tilsiget. Estimert restvannføring og naturlig vannføring for et tørt (1996), middels (1988) og vått (1992) år er illustrert i figurene 6, 7 og 8. Tilsig fra restfeltet nedstrøms inntaket på strekningen der elva går i rør, vil bidra til å øke restvannføringen. Størrelsen på restfeltet mellom inntaket og utløpet til kraftverk er ca. 1 km 2 og har et middelavløp på rundt 85 l/s. Restfeltet vil derfor i liten grad bidra til å opprettholde vannføringen i elva. Side 12
Tørt år (1996) Naturlig vannføring Restvannføring Vannføring (m 3 /s) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Tørt år (1996) Naturlig vannføring Restvannføring Vannføring (m 3 /s) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Figur 6. Restvannføringen Mattiselva i et tørt år (1996) med en årsavrenning på 0,178 m 3 /s. I 152 dager av året er naturlig vannføring mindre enn summen av laveste slukeevne og minstevannføring (0,012 + 0,014 = 0,026 m 3 /s). I 56 dager er vannføringen større enn største slukeevne (0,24 m 3 /s). Side 13
Middels år (1988) Naturlig vannføring Restvannføring Vannføring (m 3 /s) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Middels år (1988) Naturlig vannføring Restvannføring Vannføring (m 3 /s) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Figur 7. Restvannføringen i et middels år (1988) med en årsavrenning på 0,427 m 3 /s. I 5 dager av året er naturlig vannføring mindre enn summen av laveste slukeevne og minstevannføring (0,012 + 0,014 = 0,026 m 3 /s). I 144 dager er vannføringen større enn største slukeevne (0,24 m 3 /s). Side 14
Vått år (1992) Naturlig vannføring Restvannføring Vannføring (m 3 /s) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Vått år (1992) Naturlig vannføring Restvannføring Vannføring (m 3 /s) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Figur 8. Restvannføringen i et vått år (1992) med en årsavrenning på 0,613 m 3 /s. I 0 dager av året er naturlig vannføring mindre enn summen av laveste slukeevne og minstevannføring (0,012 + 0,014 = 0,026 m 3 /s). I 240 dager er vannføringen større enn største slukeevne (0,24 m 3 /s). Side 15
Usikkerhet Feltstørrelsen er arealberegnet fra kart i målestokk 1:50 000. Usikkerheten i målt feltareal kan utgjøre noen prosent. Det anbefales å undersøke at nedbørfeltgrensene i figur 1 er riktig digitalisert ved en befaring i feltet. Spesifikt normalavløp er beregnet med bakgrunn i NVEs avrenningskart for perioden 1961-1990. Avrenningskartet har en usikkerhet på opp mot ± 20 %. Usikkerheten øker for små nedbørfelt. Alle beregninger på basis av andre målte vassdrag vil ved skalering til det aktuelle vassdrag være beheftet med feilkilder. Feilkildene er minimalisert ved å vurdere vassdragets feltegenskaper for deretter å velge en representativ serie som ivaretar disse egenskapene. Det er bare målinger over flere år i de aktuelle vassdrag som vil kunne redusere usikkerheten i avløpstall for vassdraget. Varighetskurvene gir trolig et litt for positivt bilde av utnyttbar vannmengde. Vedlegg Vedlegg 1: Årsmiddelvannføringer Vedlegg 2: Varighetskurver Side 16
VEDLEGG 1: Årsmiddelvannføringer År Vinter Sommer 1976 0,288 0,271 0,313 1977 0,3492049 0,28757935 0,43704829 1978 0,44526186 0,48002512 0,39993434 1979 0,44676282 0,30511533 0,64633113 1980 0,40779803 0,39024876 0,43484208 1981 0,39959764 0,38425581 0,42352346 1982 0,41244789 0,34749454 0,50532686 1983 0,60896324 0,62010581 0,59750194 1984 0,33464253 0,3855344 0,26619817 1985 0,35126483 0,29199727 0,43584851 1986 0,43964519 0,35891971 0,5545973 1987 0,29951191 0,26269683 0,35258752 1988 0,42529606 0,34543022 0,53896045 1989 0,58228765 0,576623 0,59398191 1990 0,60849743 0,66169215 0,53865803 1991 0,52543562 0,4778358 0,59496851 1992 0,61233987 0,62597018 0,5974474 1993 0,35851082 0,35213747 0,36971666 1994 0,37516624 0,36319478 0,39425272 1995 0,37447684 0,36759484 0,38649379 1996 0,17777309 0,21354966 0,12927912 1997 0,47234737 0,47301072 0,47453408 1998 0,42030875 0,43656374 0,40050944 1999 0,53710788 0,56087991 0,50764215 2000 0,41691349 0,41751346 0,41882349 2001 0,36567192 0,35330891 0,38523947 2002 0,33214991 0,33253717 0,33379753 2003 0,4686602 0,39858817 0,56901453 2004 0,45324073 0,49808967 0,39396517 2005 0,52617723 0,54925116 0,49760867 Max 0,612 0,662 0,646 Mean 0,427 0,413 0,450 Min 0,178 0,214 0,129 Side 17
Mattiselva Hele året 300 Vannføring i % av middelvannføring 250 200 150 100 50 Sum lavere Varighetskurve Slukeevne 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Varighet (sum lavere, slukeevne) i % Side 18
Mattiselva Sommer 01.05-30.09 300 Vannføring i % av middelvannføring 250 200 150 100 50 Sum lavere Varighetskurve Slukeevne 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Varighet (sum lavere, slukeevne) i % Side 19
Mattiselva Vinter 300 Vannføring i % av middelvannføring 250 200 150 100 50 Sum lavere Varighetskurve Slukeevne 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Varighet (sum lavere, slukeevne) i % Side 20