Sikring mot stormflo og bølger ved Hanekammen, Henningsvær

Til: Fra: Arne E Lothe Dato: 2012-05-22 Sikring mot stormflo og bølger ved Hanekammen, Henningsvær INNLEDNING I forbindelse med gjenoppbygging etter en stormskade på bygninger ved Hanekammen, Henningsvær, har Vågan Kommune stilt krav om at det må gjennomføres en analyse som gir "Dokumentasjon som sikrer forsvarlig gjennomføring av tiltaket med hensyn til havnivå og bølgepåvirkning". I dette notatet ser vi på mulige bølger som kan komme inn mot stedet, og på hvilke stormflonivåer som kan forventes nå og etter en eventuell klimaendring. Det gies også et anbefalt nivå for bygninger som skal sikre bygningene mot stormflo og bølger. Figur 1 Kartskisse, Henningsvær. Hanekammen er den nest øverste øya med rød strek over. p:\projects\henningsvær\notat1.docx 2012-08-02 Side 1 av 8

Figur 2 Detalj av stedet. Husrekka som skal repareres ligger på sørsida av øya Hanekammen. Figur 3 Fotografi av husrekka. Bølgene kommer inn fra høyre p:\projects\henningsvær\notat1.docx 2012-08-02 Side 2 av 8

BØLGER Bølgene som kan komme inn er bølger som er dannet i Vestfjorden i en sektor fra øst til sør, dvs fra Hamarøy og ned mot Helgelandskysten. Vi velger å ta utgangspunkt i vinden over Vestfjorden som ligger i nærheten av kjerne-området for bølgedannelsen, og har valgt ut Helligvær Fyr i Nordland. Observasjoner fra Helligvær i årene 2005-2011 er analysert og ekstremverdier (10 års vind, 50 års vind, osv) er beregnet. Deretter beregnes de bølgene som oppstår som følge av vinden fra de ulike retninger. Dette er de bølgene man vil finne i et punkt utenfor (øst til sørøst for) Henningsvær. For å beregne hvilke bølger som kan kommer fra havet øst for Henningsvær og inn til prosjektstedet på Hanekammen, har vi benyttet oss av en metode som forutsetter at kun de bølgene som har en retning som ligger innenfor en åpen sektor inn til stedet vil kunne slippe inn. Fordi veien inn til stedet er komplisert, har vi benyttet denne teorien to ganger, først til et punkt like vest for skjærene Brødrene, og deretter inn til Hanekammen. En videre forutsetning for at en slik teori skal kunne anvendes er at bølgene går rett fram uten å påvirkes av bunnen. Dette vil generelt være tilfelle på store vanndyp, dvs over ca 100 m, og ved Henningsvær kan man ikke anta at bølgene er upåvirket av bunnen, men bunnen er tilnærmet plan, slik at vi ikke forventer store endringer i bølgeretningen uansett, med unntak for de bølgene som passerer nær land. For retningene 150º og 180º kan det innvendes at man også bør vurdere muligheten for havsjø og dønning, men erfaring fra tidligere prosjekter (Moskenesvågen, Kabelvåg, Svolvær) viser at et tydelig bidrag fra havet (dvs Norskehavet og Atlanterhavet) først blir merkbart ved retning 210º, og at estimatene på bølgehøyder blir tilnærmet like enten man benytter vindgenerert sjø over Vestfjorden eller resultater fra databaser over global havsjø. Ved å benytte denne teorien får vi et resultat som vist i Figur 4. Denne figuren viser beregnet signifikant bølgehøyde H s mot den østre del av de husene som står på peler i sjøen. Signifikant bølgehøyde er definert som middelverdien av den høyeste tredjedelen av alle bølger i en storm. Det følger at det også vil være bølger som er enda høyere, og den høyeste enkeltbølgen i en storm er ca 2.0 H s. Vi ser at ett-års signifikant bølgehøyde er ca 1.1 m, og at 100-årsbølgen kan komme opp i 1.6 m. p:\projects\henningsvær\notat1.docx 2012-08-02 Side 3 av 8

Figur 4 Fordeling av ekstremverdier av signifikant bølgehøyde H s ved det østre hjørnet av husrekka på Hanekammen. Rp er returperiode i år, og angitt retning er vind og bølgeretning i åpent farvann i Vestfjorden. STORMFLO Stormflo er definert som ekstremt høyt vann-nivå som følge av tidevann, vindoppstuving, lavt luft-trykk etc. Den oppstuvende effekt som bølger har er inkludert i stormflo, men selve bølgebevegelsen er ikke inkludert. Nivået på stormflo finnes ved å analysere målinger av tidevann som foretas av Sjøkartverket i norske havner. Den nærmeste standardhavna er Kabelvåg, som er nært nok til at vi kan anvende resultatene uten justeringer. I tillegg til stormfloa kommer effekten av klimaendringer. Det er observert at middelvann-nivået globalt er stigende. Imidlertid balanseres dette i Norge ved at også landet hever seg, slik at den stigningen vi ser i havet på global basis, ikke nødvendigvis kan merkes i samme grad i Norge. Tabell 1 viser beregnede ekstremverdier for stormflo i Kabelvåg i inneværende år (2012), og framskrevne verdier for 2050 og 2100. Verdiene for 2050 og 2100 er basert på antatt mest sannsynlige økning av middel vannstand (samlet effekt av havnivåstigning og landheving) gitt i NOU-rapporten Klima i Norge, Miljøverndepartementet, 2009. Det er ikke tatt hensyn til høy og lav verdier av det samme, og heller ikke til mulig økning av vann-nivåene som følge av økt vind eller stormaktivitet. Høyeste registrerte vannstand i Kabelvåg ble sist oppdatert under stormen Berit i november 2011, og er nå 427 cm over Laveste Astronomiske Tidevann (LAT), eller 256 cm over middelvann, tilsvarende 50 års returperiode. p:\projects\henningsvær\notat1.docx 2012-08-02 Side 4 av 8

Tabell 1 Tabell over ekstremverdier av stormflo-nivå; basert på dagens tall (2012), og verdier framskrevet for 2050 og 2100. Framskrivingen av stormflonivå er basert på rapporten Klima i Norge (2009) Retur periode år Stormflonivå, cm over middelvann 2012 2050 2100 1 209 227 273 10 236 254 300 50 256 274 320 100 265 283 329 NØDVENDIGE HØYDER Det er kjent, og ble senest demonstrert under stormen Berit, at høyt vann-nivå (stormflo) og kraftige stormer ofte opptrer samtidig. I dimensjonering av en konstruksjon i kystsonen må en derfor legge til grunn at ekstreme bølger og stormflo kan opptre samtidig. Ved dimensjonering må en ta selvstendig valg av to parametere: Sikkerhet mot overskridelse (returperioden). Denne parameteren forteller oss hvor sannsynlig det er at dimensjoneringskriteriene skal overskrides innenfor levetiden, uttrykt ved en returperiode. Levetiden, som i denne sammenheng er den tiden framover da den valgte sikkerhet mot overskridelse er gyldig. Velger vi f eks et stormflonivå på 274 cm over middelvann (tilsvarende 50 års returperiode i 2050) betyr det at vi vil starte med en returperiode på ca 200 år i 2012, som gradvis synker til 50 år i 2050. Etter 2050 er ikke konstruksjonen ferdig eller nedslitt, men den vil altså ikke tilfredsstille kravet om 50 års returperiode. Hvilken høyde man velger vil i noen grad avhenge av bruken av konstruksjonen. For en veg eller en industrifylling vil det være forholdsvis enkelt å oppgradere konstruksjonen, og det kan derfor være økonomisk riktig å beregne levetid fram til 2050. Når man kommer til 2050, vil man ta stilling til hvilken havnivåstigning som faktisk har funnet sted (den kan være mindre eller høyere enn den beregnede), og da kan man justere høyden etter de siste observasjoner. For bygninger og hus er det vanskeligere å øke høyden på samme måte, slik at disse bør bygges med større marginer. De aktuelle husene synes å stå på peler av jern eller stål. Man regner normalt at levetiden for hus og hytter skal være tilnærmet ubegrenset, men stålpeler vil uansett ha en begrenset levetid. Dersom man regner med at pelene uansett må skiftes ut etter f eks 50 år, så kan det være lønnsomt å bygge i dag for en levetid fram til 2050, og så ta stilling til en ny byggehøyde i forbindelse med rehabilitering av fundamentet. Høyden som bygningene må ha er gitt av valgt stormflo-nivå + høyden av den høyeste bølgetoppen i en storm. En fare ved slike konstruksjoner som er for lave er muligheten for såkalt "slamming" (fra engelsk). Slamming oppstår når bølgene kommer under en konstruksjon og vannet får en oppadrettet kraft på undersiden. Dette kan gi opphav til krefter som er mange ganger større enn den oppdriften som oppstår i samme situasjon. p:\projects\henningsvær\notat1.docx 2012-08-02 Side 5 av 8

Vi kan da velge ett av to tilfeller: 1. Å heve konstruksjonen til en slik høyde at den høyeste bølgen ved det høyeste vann-nivå fortsatt ikke vil nå opp til underkant av konstruksjonen. Dette er den sikreste metoden, men samtidig føre til at en brygge blir så høy at den vil oppfattes som lite tjenlig til f eks rekreasjonsformål. 2. Å dimensjonere konstruksjonen for de oppløftkrefter som kan forekomme, dvs i praksis enten å lage den tung nok eller å forankre den med strekkpeler. Heving til sikker høyde Et sammendrag av resultatene for et tilfelle der man hever konstruksjonen til sikker høyde er gitt i Tabell 2. Her er det gitt verdier for 1 100 års returperiode, og resultat av beregningene for 2012, 2050 og 2100. Tabell 2 Tabell med høyder av max bølgetopp og stormflo-nivå, samt kombinasjon av bølger og stormflo for 2012, 2050 og 2100. Returperiode år Max høyde av bølgetopp cm Stormflo cm over middelvann Stormflo + bølger cm over middelvann 2012 2050 2100 2012 2050 2100 1 117 209 227 273 326 344 390 10 146 236 254 300 382 400 446 50 165 256 274 320 421 439 485 100 173 265 283 329 438 456 502 Byggherren kan her velge både planleggingshorisont (2050 eller 2100) og sikkerhetsnivå (50 eller 100 års returperiode). Vår anbefaling er at dersom man velger denne metoden, så bør en velge returperiode 100 år og planleggingshorisont fram til 2050. Det forutsetter imidlertid at man er innstilt på å ta en ny vurdering i 2050, og evt sette i gang nye tiltak. Velger man denne kombinasjonen, ser vi at underkant av bryggene må heves til 456 cm over middelvann. Det sørøstre hjørnet av bryggene ligger pr i dag med overkant på ca 3.0 m over middelvann, og den skisserte løsningen innebærer derfor at brygga må heves med ca 1.8 m (antatt tykkelse av dekket 0.25 m). Vi antar en en så stor heving av bryggenivået vil føre til at anvendeligheten av bryggerekka til rekreasjonsog fritidsformål vil bli vesentlig redusert, og at det kan føre til at den nye mønehøyden på husene må vurderes på selvstendig grunnlag. p:\projects\henningsvær\notat1.docx 2012-08-02 Side 6 av 8

Dimensjonering for oppløftkrefter Alternativet til å bygge til sikker høyde er å dimensjonere bryggene for de vertikalkreftene som kan oppstå. Det vil innebære at bryggene må heves til et nivå der underkant av bryggene ligger over stormflonivået (Tabell 1), og at kreftene i oppløft balanseres av tyngden av bryggene. Til dette benytter vi en teori beskrevet i (1). Vi benytter følgende inngangsdata: Signifikant bølgehøyde H s,100 = 1.6 m Høyde av høyeste bølgetopp over stillevann η max = 1.5 m Bølgeperiode T = 8.0 s Lokal vanndybde d = 8.2 m Aktiv bredde av dekket B = 7.0 m Aktiv lengde av dekket : Inntil L = 30 m Dimensjonerende vann-nivå (100 års returperiode i 2050): 283 cm over middelvann Sikkerhetsfaktor : 1.25 Undersøkte høyder av underkant konstruksjon: 283, 303, 313, 323 og 333 cm over middelvann Figur 5 Beregnede oppløftkrefter under dekket ved forskjellige høyder av underkant av dekket. Ved høyde 283 cm over middelvann når stormfloa akkurat opp til underkanten. Vi ser at total oppløftkraft vil være omtrent 1.3 tonn/m 2 ved klaring (mellom topp av bølge og underkant dekke) i området 0 50 cm. Vi vil ikke anbefale å benytte en klaring på mindre enn 30 cm. Hvis undersida av dekket består av dragere med dekke i mellom, vil det oppstå en tilsvarende nedadrettet kraft ved at vannet "henger" mellom dragerne. Den nedadrettede krafta vil være i samme størrelsesorden som den oppadrettede. Dersom man velger å bygge til en høyde som gjør at man må ta hensyn til oppløftkrefter, ser vi at konstruksjonen med dekket over søyletoppene må dimensjoneres for å tåle en vertikal kraft på ±1.3 tonn/m 2 i tillegg til andre egen- og nyttelaster. I et dimensjonerende tilfelle vil bølgene også slå over toppen av dekket, p:\projects\henningsvær\notat1.docx 2012-08-02 Side 7 av 8

slik at bygningene må konstrueres for å tåle vannsprut/overskylling. Endelig vil det oppstå horisontale bølgekrefter som følge av bølgeslag på dekkefronten og søylene, som må ta opp ved en horisontal forankring/avstiving. KONKLUSJON Vi finner det rimelig å anta at en heving til sikker høyde i både 2050 og 2100 (uk dekke hhv 456 cm og 502 cm over middelvann, mot nåværende ok dekke ca 300 cm) vil være vanskelig å godta både fra et estetisk og et bruksmessig synspunkt. Et brukbart alternativ er å forsterke konstruksjonen slik at den vil tåle krefter fra såkalt "slamming", dvs oppog ned-adrettede krefter fra bølger som angriper under dekket. Vi forutsetter da at bygningene plasseres på betongsøyler med et betongdekke for å skaffe tilstrekkelig tyngde. Dekket med bygninger må dimensjoneres for å tåle en vertikal kraft på ±1.3 tonn/m 2 i tillegg til andre egen- og nyttelaster. Underkant dekke bør ikke ligge lavere enn 315 cm over middelvann, basert på 100 års returperiode og planleggingshorisont fram til 2050. Dette innebærer en heving av eksisterende dekke med minimum ca 50 cm (antar 35 cm tykkelse av nytt dekke/dragere). Det må treffes tiltak for å sikre at vannet som i ekstremtilfeller vil komme opp på dekket kan renne av uten å gjøre skade på bygningene. Dette forslaget innebærer at man er innforstått med at det må taes en ny vurdering i 2050 for å finne ut om dekket og/eller bygningene må heves ytterligere for å tåle stormflo-nivåene som kan komme etter 2050 og fram mot 2100. REFERANSER 1. K McConnell & al: Piers, jetties and related structures exposed to waves. HR Wallingford /Thomas Telford, 2004 Trondheim, 2012-08-02 Arne E Lothe p:\projects\henningsvær\notat1.docx 2012-08-02 Side 8 av 8