20160627 bodalstranda str mnings- og sjiktforhold) repo002.docx 2013-06-14 rapport bodalstranda –...

Sweco

rep

o0

02

.do

cx 2

013

-06

-14

RAPPORT

Bodalstranda – Strømnings- og sprangsjiktsutredning Isesjø OPPDRAGSNUMMER 21545001

2016-06-29

SWECO NORGE AS

FREDRICK MARELIUS

KVALITETSSIKRET AVPETTER STENSTRÖM

KARIN ANJA ARNESEN

2 (12) RAPPORT

2016-06-29

Sweco Norge AS

Drammensveien 260

Postboks 80, Skøyen

NO 0212 Oslo

Telefon +47 67128000

www.sweco.no

Sweco Norge AS

Org.nr 967032271

Karin Anja Arnesen

Sarpsborg

Telefon dir ekte: +47 95025639

[email protected]

rep

o0

02

.do

cx 2

013

-06

-14

AKA p :\211\21545001 kamperhaug - bistand overvann bodalsjordet\08 rapporter\01 rappor ter\norsk\20160627_bodalstranda_strømn ings-

og sj ikt forhold.docx

Endringslogg

VER. DATO ENDRINGEN GJELDER KONTROLLERT GODKJENT

01 29.06.2016 ENDRING ETTER MØTE MED MATTILSYNET 10.06.2015

KD KAA

Sweco Norge AS

Drammensveien 260

Postboks 80, Skøyen

NO 0212 Oslo

Telefon +47 67128000

www.sweco.no

Sweco Norge AS

Org.nr 967032271

Karin Anja Arnesen

Sarpsborg

Telefon dir ekte: +47 95025639

[email protected]

rep

o0

02

.do

cx 2

013

-06

-14

AKA p :\211\21545001 kamperhaug - bistand overvann bodalsjordet\08 rapporter\01 rappor ter\norsk\20160627_bodalstranda_strømn ings-


Sammendrag Rapporten gir et estimat av den laveste energimengden som tilføres Isesjø fra vind og

bølger basert på den nødvendige energien for å sikre omrøring av overflatevannet i løpet

av sommeren. Denne energien blir sammenlignet med den kinetiske energi som tilføres

fra overvannet. Den gjennomsnittlige energimengden tilført fra overvannet er ubetydelig i

forhold til påvirkning av vind og bølger.

RAPPORT

2016-06-29

AKA p:\211\21545001 kamperhaug - bistand overvann bodalsjordet\08 rapporter\01 rapporter\norsk\20160627_bodalstranda_strømnings- og sjiktforhold.docx

Inneholdsfortegnelse

1 Bakgrunn 1

2 Prosesser som former sprangsjikt 1

3 Forholdene i Isesjø 2

3.1 Nødvendig energi 3

3.2 Total energimengde 4

3.3 Energimengde som tilføres fra overvannet 5

4 Konklusjon 6

1 (6)

RAPPORT

2016-06-29

rep

o0

02

.do

cx 2

013

-06

-14

AKA p :\211\21545001 kamperhaug - bistand overvann bodalsjordet\08 rapporter\01 rappor ter \norsk\20160627_bodalstranda_strømn ings-


1 Bakgrunn

Isesjø ligger i Sarpsborg kommune. Rett sør for innsjøen planlegges det utbygging av et

boligområde. I det samme området er det et vannverk som tar råvannet fra Isesjø. Det er

planlagt at overvannet fra det planlagte boligområdet skal ledes til en eksisterende bekk

som renner videre til innsjøen. Hensikten med denne utredningen er å undersøke om

overvannet fra det planlagte boligområdet, som ledes til Isesjø, kan påvirke innsjøens

sjiktforhold (lagdeling). Som grunnlag for undersøkelsen er det benyttet opplysninger om

forventet nedbør, vannverksinntak og noen målinger av temperatur.

2 Prosesser som former sprangsjikt

I innsjøer med ingen eller lavt saltinnhold er tettheten avhengig av vanntemperaturen og

prosessen deles inn forhold til årstider (se figur 1).

Vinter - Vanligvis kjøles vannmassene ned i løpet av vinteren og i de tilfeller der det

dannes is, vil vannet ha null grader i overflaten og noe varmere på større dybder

(tettheten er høyest ved 4°C).

Vår – Etter at eventuell is smelter om våren varmes vannet opp. Når overflatevannet har fått en temperatur på ca. 4°C har det en høyere tetthet enn bunnvannet. Dette resulterer i

at overflatevannet synker og det vil skje en fullstendig omblanding av vannmassene.

Sommer - I løpet av sommeren, varmes overflatevannet opp mens bunnvannet forblir

relativt kjølig. I de tilfeller vannoverflaten påvirkes av vind eller bølger tilføres

bevegelsesenergi. Dette resulterer i at tyngre kaldere vann vil løftes og blandes med

overflatevannet. I denne prosessen dannes ofte et lag med et tetthetssprang som skiller

det kaldere / tyngre bunnvannet fra overflatevannet. Etter hvert som mer varme blir tilført

vannet (avhengig av sjøens dybde og den mengde kinetisk energi som tilføres til sjøen)

vil også bunnvannet varmes opp.

Høst - Om høsten kjøles overflatevannet til det er kaldere og tyngre enn bunnvannet,

hvorpå sjøen igjen gjennomgår en fullstendig omblanding. Deretter, mot vinteren,

avkjøles overflatevannet ytterligere, og et svakere sprangsjikt kan utvikles med påvirkning

fra vind og bølger på samme måte som i løpet av sommeren inntil isen eventuelt legger

seg.

2 (6) RAPPORT

2016-06-29

rep

o0

02

.do

cx 2

01

3-0

6-1

4


Figur 1 Skjematisk skisse av årstidssyklusene som former sprangsjikt.

3 Forholdene i Isesjø

Sommeren 2010 ble det gjennomført tre målinger av temperaturer ved ulike dybder i

Isesjø. Målingene er tatt i den nordlige enden av Isesjø som har en dybde på ca. 18

meter. Dybden i Isesjø i den sørlige enden ved hovedvanninntaket antas ligge på mellom

12-15 meter. Dybdeforskjellen utgjør en usikkerhet i vurderingene omkring om det

oppstår også sprangsjikt i den sydlige delen av innsjøen.

Sprangsjikt oppstår normalt i innsjøer med en dybde mellom 10 og 20 meter. For å være

sikker på om det er et sprangsjikt i den sørligste delen av innsjøen bør det eventuelt

gjennomføres målinger i denne delen av innsjøen. Målte temperaturer i nordenden vises i

figur 2 nedenfor.

Figur 2 Måling av temperatur ved ulike dybder i Isesjøs nordlige del (Målingene er utført av Fylkesmannen i Østfold)

3 (6)

RAPPORT

2016-06-29

rep

o0

02

.do

cx 2

013

-06

-14

AKA p :\211\21545001 kamperhaug - bistand overvann bodalsjordet\08 rapporter\01 rappor ter \norsk\20160627_bodalstranda_strømn ings-


Målingene viser en tydelig temperaturgradient i vertikal retning. Målingene som ble

gjennomført i juni har en temperaturgradient som er mer lineære, mens i juli og august

viser et tydelig sprangsjikt på 10-12 meters dyp. Dette skyldes som nevnt omrøring av

overflatevannet på grunn av vind / bølger.

3.1 Nødvendig energi

For å beregne økningen i potensiell energi mellom målingene i juni og juli brukes

gjennomsnittskurven for temperaturmåling i juli. Videre er det forutsatt at

temperaturkurven i overflatevannet i utgangspunktet har den samme stigningen som

bunnvannet (denne antagelsen er på den sikre siden ettersom mengden av tilført energi

ikke overvurderes ).Vannets tetthet, ρ, beregnes som [1],

� = ��1 − �� − � + �� − �� (1)

Der ρ0, T0 og S0 er referanseverdier for tetthet, temperatur og saltinnhold. α er en

koeffisient som beskriver den termisk utvidelsen og β en koeffisient som beskriver

sammentrekninger på grunn av saltinnholdet. T er den aktuelle temperaturen (°K) og S

det aktuelle saltinnholdet (‰).

Figur 3 Gjennomsnitts temperaturkurve for måligen i juli samt antatt jevn temperaturfordeling.

Den beregnede tettheten med den antatte jevne temperaturfordeling som vist i figur 3 og

S = 0 vises i tabell 1 nedenfor.

4 (6) RAPPORT

2016-06-29

rep

o0

02

.do

cx 2

013

-06

-14


Tabell 1 Beregnet tetthet.

Temperatur (°C) tetthet (kg/m3)

T2 = 21,6 °C = 294,6 °K ρ2 = 998,6

T0 = 19,4 °C = 292,4 °K ρ0 = 999,0

T1 = 17,3 °C = 290,3 °K ρ1 = 999,4

Minste nødvendige energi for å omrøre overflatevannet tilsvarer økningen i potentiell

energi, dEp, og beregnes som,

�� =� ��

�− � ��

�

� (2)

Der H er dybden der omrøringen skjer, g er akselerasjonen av gravitasjonen, z er den

vertikale koordinaten (origo ved dybden H). ρ0 er den endelige tetthetfordelingen og

tilsvarer gjennomsnittet av ρ1 og ρ2, ρi er den opprinnelige tetthetsfordelingen og antas

lineær, i henhold til:

�� =�� − �� − ��

� (3)

Integralene i likning (2) med (3) innsatt blir,

�� =�

�� − �� (4)

Nødvendig energimengde for å løfte vannet er med tetthet ihht. tabell 1 ca. 49 J/m2.

I praksis vil en stor del av av den energien som tilføres vannmassene forbrukes av andre

prosesser slik som friksjon mot bunnen, bølger som bryter mot stranden, turbulens o.l.

Derfor er økningen av den potensielle energien et minimum av energi som må leveres av

vind og bølger.

3.2 Total energimengde

Overflaten på den delen av den sydlige delen av innsjøen som har en dybde som er

større enn 9 m er omtrent 2,45·106 m2 (se figur 4), som betyr at vannet ble tilført en

energimengde på minst 121 MJ i perioden 21 juni til 21 juli 2010 eller gjennomsnittlig 3,9

MJ / døgn.

5 (6)

RAPPORT

2016-06-29

rep

o0

02

.do

cx 2

01

3-0

6-1

4

AKA p :\211\21545001 kamperhaug - bistand overvann bodalsjordet\08 rapporter\01 rappor ter \norsk\20160627_bodalstr anda_strømn ings-


Figur 4 Dybdekart over Isesjøs søndre del, i området markert ned blått er dybden større enn 9 m.

3.3 Energimengde som tilføres fra overvannet

For å beregne energi tilført av det overvann som tilføres via bekken er det behov for å vite

vannhastigheten ved bekkens utløp til sjøen. Den kinetiske energien fra utløpet, Er,

beregnes som,

�� = ��

� (5)

Der Q er strømningen, ρ er overvannets tetthet, U er vannets hastighet og t er tiden som

vannet renner.

Strømningen ved gjennomsnittsregn er beregnet til 8,6 l / s. Forutsatt at bekken har et

tverrsnittsareal i munningen som er 1 m2 og bekkens vann har den samme tetthet som

sjøens overflate tilfører overvannet i løpet av et gjennomsnittsregn 0,03 kJ / døgn. Som

tilsvarer 7,0·10-6 av den energien som i gjennomsnitt tilføres av vind / bølger.

Dersom bekkens tverrsnittareal økes til 2 m2 er den dimensjonerende

overvannsmengden er 200 l/s. Dette tilsvarer 0,02 av den gjennomsnittlige energien fra

vind/bølger.

En del av den kinetiske energi fra overvann vil også bli redusert av

strømningsmotstanden i strandsonen og eventuell vegetasjon. Dette vil redusere risikoen

for påvirkning på sprangsjiktet ytterligere.

6 (6) RAPPORT

2016-06-29

rep

o0

02

.do

cx 2

013

-06

-14


4 Konklusjon

Det er en ubetydelig risiko for at overvann som slippes til Isesjø, via bekken, vil påvirke

eventuelt sprangsjiktet som dannes i løpet av sommeren. Energimengden som tilføres

vannmassene fra utløpet, ved gjennomsnittsregn, er i størrelsesorden 1/140000 og med

en dimensjonerende strømning 1/45 sammenlignet med den minste energimengden som

i gjennomsnitt tilføres av vind og bølger.

Usikkerheten rundt om det er sprangsjikt eller ikke i Isesjø ved vannverket, har liten

betydning, da utslipp av overvann etter utbygging ikke vil påvirke Isesjøs strømnings- og

sjiktforhold i noe særlig grad.

Referenser:

[1] Cushman-Roisin, B., (1994), ”Introduction to geophysical fluid dynamics”.

Prentice-Hall Inc., Englewood cliffs, New Jersey, ISBN 0-13-353301-8.

20160627 bodalstranda str mnings- og sjiktforhold) repo002.docx 2013-06-14 rapport bodalstranda –...

Documents