Til: Trygve Isaksen Fra: Arne E Lothe Dato: 2013-11-20 Bølge-effekter på revidert utbygging ved Sanden, Larvik BAKGRUNN Det er laget reviderte planer for utbygging ved Sanden i Larvik. I den forbindelse må ROS-analysen oppdateres. Dette notatet gjelder mulige effekter av bølger mot land og mot bygninger. Kartskisse er vist i Figur 1 og skisse av det nye prosjektet er vist i Figur 2. Figur 1 Kartskisse Sanden. Området som behandles er grått areal over teksten "Vestre" z:\projects\larvik\revisjon_nov_2013\notat_ros_ sanden_bølger_b.docx 2013-11-21 Side 1 av 8
Figur 2 Illustrasjonsplan. Omriss av bygninger fra venstre; Bygg C, D og E. Tall på skissen angir terrenghøyder i m over NN1954. DIMENSJONERINGSDATA Dimensjoneringsdata for prosjektet framgår at tidligere ROS-analyse. Bølgehøyder er vist grafisk og i tabell i Figur 3 og Tabell 1. Tabell 2 viser beregnede ekstremverdier av stormflo. z:\projects\larvik\revisjon_nov_2013\notat_ros_ sanden_bølger_b.docx 2013-11-21 Side 2 av 8
Figur 3 Tabell 1 Ekstremverdier av signifikant bølgehøyde ved Sanden i Larvik (grafisk). Ekstremverdier av signifikant bølgehøyde ved Sanden i Larvik (tabell) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 WIND Rp WAVE 0.1 0.65 0.95 1.08 0.73 0.15 HEIGHT 0.5 0.80 1.23 1.35 0.88 0.17 Hm0 m 1 0.87 1.34 1.46 0.94 0.18 5 1.01 1.61 1.71 1.07 0.21 10 1.07 1.72 1.82 1.12 0.22 20 1.13 1.84 1.93 1.18 0.23 50 1.21 1.99 2.06 1.24 0.24 100 1.27 2.10 2.17 1.29 0.25 200 1.33 2.21 2.27 1.34 0.26 Tabell 2 Stormflonivå for 200 års returperiode, antatt gjeldende i 2100. z:\projects\larvik\revisjon_nov_2013\notat_ros_ sanden_bølger_b.docx 2013-11-21 Side 3 av 8
BØLGE-EFFEKTER Normal sikkerhetsfilosofi og erfaring taler for å anta at en større storm og høy vannstand vil og kan inntreffe samtidig. For bølger opererer vi med følgende begreper: Bølgehøyde er vertikal avstand fra en bølgedal til den påfølgende bølgetopp. H s = signifikant bølgehøyde, definert som middelverdien av den høyeste tredjedelen av alle bølger i en storm eller i en registrering. Det følger at ca 1/6 av bølgene i stormen vil være høyere enn H s. H max = den høyeste enkeltbølgen innenfor en registrering av H s. Under normale betingelser er H max = 1.9 2.1 x H s η max = kamhøyde for høyeste bølge H max. Bølger er ikke helt symmetriske, slik at toppen er noe høyere over stillevann enn bunnen er under stillevann. Normalt vil η max = 0.95 1.0 x H s. R u = oppskylling; den vertikale høyden som bølgene når opp til på en konstruksjon. Dersom konstruksjonen er lavere enn R u inntreffer overskylling. Overskylling kan måles som volum/(tid x bredde), eller karakteriseres om en viss prosentandel av bølgene i en storm som har en høyde som er stor nok til å gi overskylling. I denne sammenheng antas 1 % å være et strengt krav som tilsvarer overskylling uten betydning. 10 % må antas å utgjøre en fare for mennesker. Stillevannsnivå er middelverdien av vann-nivået til enhver tid. For dimensjoneringsformål vil stillevannsnivå tilsvare ekstrem stormflo. Bølger som treffer land og skyller over en fylling, molo eller kaikant vil medføre to typer effekter inne på land: 1. Bølgen vil fortsette framover som av et vannvolum som beveger seg framover og gradvis taper energien. 2. Overskyllingen medfører at det kommer vann inn på land, og dersom dette ikke dreneres bort, kan også tilnærmet stillestående vann føre til skader (som f eks oversvømmelse av kjellere). Vi kan tilpasse en teori (1) til å beregne hvor langt inn på land en bølge vil fortsette å beholde sin kinetiske energi. Teorien er egentlig laget for å beregne bølgehøyder bak en molo som utsettes for overskylling, men vi antar at det er en klar sammenheng mellom den kinetiske energien i vannstrømmen over land og den bølge som dannes på baksiden av moloen. Resultatet av teorien er vist i Figur 4. I figuren inngår følgende variable: Fribord: vertikal avstand fra stillevannsnivå ved dimensjonerende stormflo til toppen av konstruksjonen (antar tilnærmet flatt område innenfor toppen) Bredde: horisontal avstand bak konstruksjonen der det er tilnærmet flatt H: signifikant bølgehøyde Bølgehøydekoeffisient: forholdet mellom signifikant bølgehøyde foran konstruksjonen og ekvivalent bølgehøyde ved enden av partiet med bredde B. Figuren er beregnet for en signifikant bølgehøyde H = 2.0 m. Dersom vi setter en grense for ekvivalent bølgehøyde inne på land H eq = 20 cm, vil det tilsvare en koeffisient på 0.2/2.0 = 0.1. For et fribord på f eks 1.2 m, ser vi at det vil kreve et B/H-forhold på 7.5, dvs at sonen bak fronten av fyllingen må ha en bredde på B = 2.0 x 7.5 m = 15.0 m. Tabell 3 viser beregning av nødvendig avstand B (m) fra topp av fylling til det punkt hvor ekvivalent bølgehøyde er redusert til 10 % av innkommende signifikant bølgehøyde for tre ulike terrengnivå. De aktuelle terrengnivåene er hentet fra Figur 2. Beregningen forutsetter at terrenget bak fyllingen er tilnærmet flatt og har en ruhet som naturlig terreng (dvs ikke asfalt eller betong), og videre at området er drenert, dvs at det ikke magasineres vann på området. z:\projects\larvik\revisjon_nov_2013\notat_ros_ sanden_bølger_b.docx 2013-11-21 Side 4 av 8
Beregningen tar hensyn til vannbevegelsen ved en bygningsdel som ligger i en gitt avstand fra fyllingskanten, og ved å anta en grense på 10 % av innkommende signifikant bølgehøyde antar vi at bygningen vil tåle periodisk forekommende vannsprut på veggen i en høyde av 20 25 cm. En skal imidlertid også vurdere hvilke effekter dette kan få for terreng og utomhusareal mellom fyllingen og bygningen. Her kan skadene bli store under kraftige bølger. Figur 4 Tabell 3 Bølgehøydekoeffisient vs fribord ved varierende dimensjonsløs bredde Tabell som viser beregning av nødvendig avstand B (m) fra topp av fylling til det punkt hvor ekvivalent bølgehøyde er redusert til 10 % av innkommende signifikant bølgehøyde. Returperiode 10 år 20 år 100 år 200 år Stormflonivå NN1954 m 1.8 2 2.3 2.4 signifikant bølgehøyde H s m 1.85 1.95 2.2 2.35 Terrenghøyde 2.4 fribord 0.6 0.4 0.1 0 Terrenghøyde 3 fribord 1.2 1 0.7 0.6 Terrenghøyde 4 fribord 2.2 2 1.7 1.6 Terrenghøyde 2.4 B/H 10 10.5 11 11.4 Terrenghøyde 3 B/H 7.5 9 9.7 10 Terrenghøyde 4 B/H 1.75 2 3 3.75 Terrenghøyde 2.4 B 18.5 20.5 24.2 26.8 Terrenghøyde 3 B 13.9 17.6 21.3 23.5 Terrenghøyde 4 B 3.2 3.9 6.6 8.8 z:\projects\larvik\revisjon_nov_2013\notat_ros_ sanden_bølger_b.docx 2013-11-21 Side 5 av 8
DISKUSJON Figur 5 Utsnitt av utomhusplan z:\projects\larvik\revisjon_nov_2013\notat_ros_ sanden_bølger_b.docx 2013-11-21 Side 6 av 8
Det er tre kritiske punkter eller områder i den siste planen for utbygging av Sanden: 1. Sørvestre hjørne av Bygg C. Her er det ca 15 m fra topp av fylling til nærmeste bygningsdel, og ca 15 m til selve bygningen. Terreng/areal er flatt på 3.0 m nærmest sjøen, og stiger opp til ca 4.0 m ved bygget. 2. Vestsiden av Bygg C. Her det kort avstand mellom sjø og bygningsmasse. Korteste avstand er ca 11 m i bølgenes retning, og ca halvparten av distansen ligger på nivå +3.0 m 3. Plass/åpent rom på vestsiden av Bygg B. Bygget ligger på nivå 4.0 m, og plassen foran ligger på nivå 3.0 m. Den bukta som er planlagt på vestsiden av Bygg C gir en mulighet for at bølgene kan forsterkes innerst i bukta, og landarealet innerst i bukta består av en rampelignende konstruksjon med glatt, slak overflate som gir gode forhold for oppskylling. Tabell 3 viser hvilken avstand som er nødvendig bak en steinsatt fylling for å sikre minimal bølgepåvirkning på bygninger. Terrenget bak fyllingen er imidlertid sammensatt av flere typer overflate og helninger. For de to punktene på Bygg C (1og 2 over) kan vi med samme teori beregne ekvivalent bølgehøyde ved enden av det horisontale partiet som består av promenade eller tredekk. Der hvor promenade/tredekk går over i skråning opp mot bygget vil bølgen skylle oppover skråningen, og oppskyllingshøyden kan beregnes. Beregningene blir på dette punktet noe usikre, fordi den bølgen som vil eksistere oppå promenaden/tredekket ikke vil være en vanlig bølge, men et vannvolum som har en bevegelse framover. Samtidig må en regne med at skråningen vil bestå av lav vegetasjon/gress, som har en betydelig mindre friksjon enn sprengstein som formelverket er laget for. Tabell 4 Beregnet ekvivalent bølgehøyde ved enden av horisontalt, glatt parti (promenade eller tredekk), angitt i m bølgehøyde, og beregnet oppskylling på skrått terrengparti angitt i m over NN1954. Det er innkalkulert et tillegg på 25 % på bølgehøyden for å ta hensyn til at overflaten er glatt. Oppskyllingsberegningene er basert på at 5 % av bølgene kan nå høyere opp enn angitt. Sted/punkt Parameter 10 år 20 år 100 år 200 år SV ende, Bygg C Ekvivalent bølgehøyde H eq m 0.35 0.46 0.69 0.79 Vertikal oppskylling R u m over NN1954 1.27 +3.0 = 4.3 m 1.58 +3.0 = 4.6 m 2.16 +3.0 = 5.2 m 2.4 +3.0 = 5.4 m V-side, Bygg C Ekvivalent bølgehøyde H eq m 0.49 0.61 0.85 0.97 Vertikal oppskylling R u m over NN1954 0.83 +3.0 = 3.8 m 0.98 +3.0 = 4.0 m 1.27 +3.0 = 4.3 m 1.41 +3.0 = 4.4 m For det tredje området foran Bygg B er det ikke mulig å gjennomføre tilsvarende beregninger, men en må sikre at området er godt drenert for å hindre at vann magasineres på området. En vil også kunne treffe z:\projects\larvik\revisjon_nov_2013\notat_ros_ sanden_bølger_b.docx 2013-11-21 Side 7 av 8
mottiltak i form av enkle murer av betong dersom det skulle vise seg at havnivåstigningen blir så høy at overskylling forekommer. KONKLUSJONER Det er foretatt beregninger av nødvendige nivåer for å sikre bygninger i Sanden mot bølgepåvirkning. Beregningene viser at vestsiden av Bygg C er mest utsatt, men også SV hjørne av Bygg C kan bli utsatt for bølger. Det foreslåtte nivå på terrenget rundt bygg C og D (4.3 m NN1954) må ansees som et minimum for å sikre byggene mot påvirkning av bølger dersom en legger til grunn antatte havnivå i 2100 og bølger og stormflo med 200 års returperiode. Selv om en beholder terrengnivået på 4.3 m NN1954 vil det likevel i den dimensjonerende situasjon forekomme bølger mot bygningen. For å hindre skadelige effekter av bølger må en derfor treffe følgende tiltak: A. Avgrensingen mot sjøen i sør, vest og øst må utføres som plastret steinskråning som beskrevet tidligere for planlagt molo. B. Foten av terrengskråningen fra Tredekk/Promenade bør steinsettes med grov stein, enten som plastret sprengstein (antatt størrelse 200 300 kg) eller faststøpte kuppelsteiner for å hindre erosjon ved bølgeangrep. Ved bygging bør dette utføres for nederste 0.7 m (målt vertikalt), og behovet for utvidelse bør vurderes i lys av observert havnivåstigning. C. Alle områder nær sjøen på nivå 3.0 eller lavere må bygges slik at de tåler bølgepåvirkning. Dette gjelder både styrke og innfesting av gjenstander/"møbler", og utførelse av f eks elektriske installasjoner. D. Det bør finnes en plan for sikring av promenaden under større bølger, i form av advarselskilt og/eller forberedelser til avsperring for publikum. REFERANSER 1. Van der Meer & al: Wave transmission and reflection at low-crested structures: Design formulae, oblique wave attack and spectral change. Journal of Coastal Engineering 52 (2005) 915-929. Trondheim, 2013-11-20 Arne E Lothe z:\projects\larvik\revisjon_nov_2013\notat_ros_ sanden_bølger_b.docx 2013-11-21 Side 8 av 8