Vågbrytare Skälderviken

Transkript

1 UPPDRAG Vågbrytare Skälderviken UPPDRAGSNUMMER UPPDRAGSLEDARE Svante Roupé UPPRÄTTAD AV Svante Roupé DATUM 12 Vågbrytare Skälderviken Uppdraget gäller att utreda möjliga åtgärder på och i anslutning till pirarmarna i Skälderviken. Bakgrunden är att medlemmarna i Ängelholms Föreningshamn, speciellt jolleseglarna, upplever problem med kraftig sjö kring pirarmarnas mynning vid hårda västliga vindar. Utredningen ska beskriva olika tänkbara åtgärder på pirarna och möjliga nya konstruktioner i anslutning till dem. Utformningarna presenteras som översiktliga idéskisser. De olika utformningarnas effekt på vågklimat, navigationsförhållanden samt på sandtransport och uppgrundning/erosion beskrivs. Preliminära kostnadsuppskattningar för olika alternativ lämnas. Förslag till eventuella fördjupade utredningar, exempelvis numeriska simuleringar, och kostnader för dessa lämnas. Även en beskrivning av tillståndsprocesser hos länsstyrelse och mark- och miljödomstol samt kostnader för framtagande av ansökningshandlingar och genomförande av samrådsförfarande lämnas. 1 (18) Sweco Gullbergs Strandgata 3 Box 2203 SE Göteborg, Sverige Telefon +46 (0) Fax +46 (0) Sweco Infrastructure AB Org.nr Styrelsens säte: Stockholm En del av Sweco-koncernen Svante Roupé Civilingenjör Hamnar och kusthydraulik, Göteborg Telefon direkt +46 (0) Mobil +46 (0) svante.roupe@sweco.se

2 Befintliga vågbrytarpirar Hamnmynningen skyddas av två stycken 400 meter långa pirarmar. Den naturliga bottnen i viken ligger på 2,3-2,4 meters djup i höjd med pirspetsarna. Detta är också det vattendjup som är i inseglingsrännan mellan pirarmarna. Det här är en vanlig metod världen över att skydda en flodhamns mynning i havet. Genom att bygga vågbrytarpirar ut till det naturliga vattendjup som man önskar bibehålla i farleden och hamnen, förhindrar man att det bildas en sandrevel i flodmynningen. Vid en oskyddad flodmynning är det vanligt att en sådan revel uppstår när den sand som transporteras av strömmen i vattendraget möts av infallande vågor från havet. Om det är en sandkust med en strandparallell sanddrift, kan även denna sand hjälpa till att ytterligare bygga på reveln. Figur 1, befintligt utseende 2 (18)

3 En nackdel med att bygga en konstruktion som en pir vinkelrätt ut från en sandstrand är att om det finns en sandtransport parallellt med stranden (vilket det vanligen gör), skärs denna av av piren. Har sandtransporten en dominerande huvudriktning ser man en successiv ansamling av sand på den sida av piren som strömmen kommer från, samtidigt som det sker en erosion på pirens läsida. I Skälderviken sker det en ackumulation på hamnpirarnas norra sida (vid Hunnabadet), medan landtungan på den södra sidan eroderas. Det är normalt att man måste flytta sand från uppströmssidan till nedströmssidan med återkommande intervall. Sådan förflyttning av sand kan ske genom att man suger sand med ett sugmudderverk på lovartsidan och pumpar in sanden på läsidan. Att fylla på sand på en eroderad strand brukar kallas för strandfodring. Det förekommer också, på kuster med kraftig sandtransport, att man har fast installerade sandpumpar som regelbundet pumpar sand i en rörledning från uppströmssidan, under inseglingsrännan, och sprutar ut sanden på nedströmssidan. Sandtransporten förbi pirspetsarna skärs inte av fullständigt, en viss mängd sand transporteras ändå förbi inseglingsöppningen av vågor och strömmar. Då höga vågor faller in sker även en transport av sand onshore/offshore, det vill säga att sand transporteras vinkelrätt mot stranden. Vid stormar kan man se att vågorna färgas bruna av uppvirvlad sand även på relativt stort avstånd från stranden. Därtill kommer sand som transporteras ut av strömmen i Rönne å, vilken sedimenterar då vattenhastigheten minskar när åns vatten passerar ut mellan pirspetsarna. Sand som rör sig i området kring pirspetsarna påverkas på olika sätt om nya konstruktioner tillförs och ändrar de verksamma transportmekanismerna. Detta framgår i resonemangen kring möjliga konstruktioner senare i texten. 3 (18)

4 Meteorologiska och kusthydrauliska förhållanden Vindar Västliga vindar dominerar vid Kullens fyr, som är den närmaste kuststationen för vindregistreringar, se Figur 2. Figur 2, vindros för Kullens fyr Vattenstånd Enligt Svensk Lots 1991 gäller följande karakteristiska vattenstånd, angivna i förhållande till medelvatten, för kuststräckan Tistlarna-Kullen: Högsta högvatten, HHW + 1,45 m Medelhögvatten, MHW + 0,95 m Medelvatten, MW ± 0 m Medellågvatten, MLW - 0,65 m Lägsta lågvatten, LLW - 1,20 m Höga vattenstånd uppträder vid västliga vindar, då vatten pressas mot kusten och in i Skälderviken. 4 (18)

5 Sett över ett längre perspektiv påverkar även klimatförändringarna vattennivån i havet. Uppvärmningen av atmosfären får till följd att havens ytvattentemperatur stiger så att dess volym blir större och att avsmältningen av landisarna på Grönland och Antarktis ökar. Detta orsakar en höjning av medelvattennivån publicerades en svensk rapport som sammanställde kunskapsläget om bland annat havsnivåer i ett framtida klimat. Denna rapport sammanfattar att osäkerheten om framtidens havsnivå är mycket stor. En höjning av medelnivån i havet med 1 meter fram till år 2100 kan dock anges som den mest sannolika prognosen i dagsläget. En stigande havsnivå med 1 meter är också vad svenska kommuner idag generellt planerar för. Vågor Vågors höjd och längd på en viss plats bestäms av ett antal faktorer. De viktigaste av dessa är: Vindstyrka Stryklängd, det vill säga den sträcka fritt vatten som vinden kan blåsa över Vindens varaktighet, det vill säga hur länge det blåser Vattendjup Som framgår av sjökortsutdraget i Figur 3 och satellitbilden i Figur 4 nedan är Skäldervikens hamn exponerad för långa stryklängder vid vindar från sektorn västnordväst till nordväst. Vid mer sydliga vindriktningar däremot begränsar Kullahalvön stryklängderna betydligt, på samma sätt som Bjärehalvön gör då vinden kommer från en nordligare riktning. 5 (18)

6 Figur 3, Skälderviken. Den röda cirkeln markerar Skäldervikens hamn 6 (18)

7 Figur 4, stryklängd i nordvästlig riktning Stryklängden för nordvästliga vindar är omkring 170 km. Följande ungefärliga våghöjder och våglängder kan bildas vid olika vindstyrkor, se Tabell 1; Tabell 1, teoretiska våghöjder (H s ) och våglängder (L s ) vid nordvästlig vind Vindstyrka H s (m) L s (m) 10 m/s 1, m/s 2, m/s 3, m/s 4, (18)

8 Det ska observeras att de angivna våghöjderna gäller på djupt vatten. När en hög våg kommer in på en successivt uppgrundande botten bryter den när vågens höjd är ungefär 0,78*vattendjupet. Därför kommer aldrig 4,5 meter höga vågor att nå pirspetsarna, de bryter längre ut från land. Men även de brutna vågorna innehåller mycket energi. Vattendjupet vid pirspetsarna är ungefär 2,3 meter vid medelvattenstånd. Det betyder att om infallande vågor är högre än cirka 1,8 meter så bryter de innan de når pirspetsarna, förutsatt att det är medelvattenstånd. Är vattenståndet högre, vilket är vanligt vid kraftig pålandsvind, blir också våghöjden större. Om det exempelvis råder 1 meters högvatten kan våghöjden bli cirka 2,5 meter innan vågen börjar bryta. 3m 6m Figur 5, sjökortsutdrag, djupförhållanden. 8 (18)

9 Pirarmarna har en riktning på 99º medan vågor som faller rakt in i Skälderviken snarare har en riktning på cirka 120º. Så snart vågen har passerat in genom öppningen mellan pirspetsarna kommer den dock att vridas på grund av så kallad diffraktion, för att sedan fortsätta inåt i samma riktning som pirarmarna har. Vågkammar 120º 99º Figur 6, riktning på inseglingsränna och infallande vågor Då vågor faller in mellan pirspetsarna och ändrar riktning minskar samtidigt våghöjden. De vågor som fortsätter att vandra i inseglingsrännan in mot hamnbassängen är alltså lägre än vågorna i själva mynningen. Detta framgår av Figur 7 och Figur 8: 9 (18)

10 Figur 7, vågor från NV som bryts då de når pirspetsarna Figur 8, lägre höjd på de brutna vågorna inne i inseglingsrännan Bilderna är tagna Vid tillfället rådde hård nordvästlig kuling som nådde stormstyrka i byarna. Vattenståndet inne i hamnbassängen var cirka 30 centimeter över medelvattennivån. 10 (18)

11 Vågklimat och navigationsförhållanden Vid hård nordvästlig vind möter utåtgående båtar höga, brytande vågor precis när de passerar ut genom öppningen mellan pirspetsarna. Detta kan vara besvärligt för mindre båtar, speciellt för jollar på kryssbog. Båtar på väg in i hamnen måste hålla hög fart för att bibehålla styrförmågan i brytande, akterlig sjö. Det kan upplevas som obehagligt. Möjliga åtgärder Friliggande vågbrytare En hamnmynning kan skyddas från infallande sjö av en friliggande vågbrytare, i princip enligt nedan. Figur 9, friliggande vågbrytare En friliggande vågbrytare måste ha viss längd för att ge ordentligt skydd på läsidan. Närmast ändarna bryts vågorna runt hörnen och skapar en orolig, krabb sjö. Den friliggande vågbrytaren visas därför med en längd som är större än inseglingsrännans bredd. Avståndet mellan pirarmarna är 40 meter. En friliggande vågbrytare byggs sannolikt med en längd på mellan 75 och 100 meter. 11 (18)

12 En friliggande vågbrytare kan utföras antingen som en flytande eller som en fast konstruktion. Flytande, friliggande vågbrytare En flytande vågbrytare har flera fördelar. Den är flexibel. Den kan tas i land för underhåll och eventuellt tas upp under vintern. Den kan vara bättre miljömässigt; den täcker inte någon bottenarea och den stör inte strömmar och sanddrift så mycket. Kostnadsmässigt kan den vara gynnsammare. Kostnaden är relativt oberoende av vattendjup, medan kostnaden för en fast vågbrytare snabbt stiger med ökande vattendjup. En flytande vågbrytare har dock en begränsning som ofta är avgörande: den förmår bara dämpa vågor med relativt kort våglängd. Man kan mycket förenklat säga att om våglängden är större än dubbla bredden på den flytande vågbrytaren så avtar det vågdämpande effekten markant. Med ytterligare ökande våglängd i förhållande till pontonens bredd minskar vågdämpningen ännu mer. Flytande vågbrytare tillverkas normalt med bredder upp till cirka 5 meter. Som framgår av tabell 1 är längden på infallande vågor vanligtvis mångdubbelt större. Effekten av en flytande vågbrytare torde därför vara högst begränsad på den aktuella platsen. Ett annat problem med flytande vågbrytare på denna plats är svårigheten att förankra pontonen för att stå emot krafterna i de stora vågor som kan slå in rakt i sidan på pontonen. Fast, friliggande vågbrytare En fast, friliggande vågbrytare har en mycket god vågdämpande effekt på läsidan av sin centrala del. En fast vågbrytare kan anläggas med flera olika konstruktionsmetoder; sprängstensslänt, stålspont, betongkassun mm. I detta fall är sannolikt en släntvågbrytare av sprängsten den kostnadsmässigt fördelaktigaste konstruktionen. Konstruktionen påminner om de befintliga pirarmarna, med den skillnaden att dessa har ett ordnat ytskikt i form av en så kallad glacis, huggna stenblock lagda så att de bildar en relativt slät yta. Med dagens produktionsmetoder och kostnader bygger man normalt inte på det sättet, utan placerar sprängstensblock oregelbundet. Det har den gynnsamma effekter att den råa, oregelbundna ytan på slänten splittrar vågenergin effektivare än den släta ytan. En släntvågbrytare har dock olägenheten att man inte kan segla lika nära vågbrytaren som om den har en vertikal sida. För att gå in i eller ut ur inseglingsrännan måste en båt göra en S-formad gir. Det skulle innebära att man vid kraftig vind och sjö från väst eller nordväst får vinden och vågorna tvärs under en del av manövern, något som kan vara besvärligt. Även när man rundar nocken på den friliggande vågbrytaren kan sjön vara orolig och oregelbunden, komma från flera håll. En seglande båt kan tvingas slå vid rundningen. Man kan säga att man flyttar ut problemet, vågklimatet blir lugnare mellan pirspetsarna men navigationen blir besvärligare när den friliggande vågbrytaren ska rundas. En fast, friliggande vågbrytare skulle sannolikt generera en ackumulation av sand på läsidan. Detta skulle kunna orsaka en uppgrundning i hela mynningen till inseglingsrännan. 12 (18)

13 Förlängning av norra piren Figur 10, förlängning av norra piren En förlängning av norra pirarmen med meter skulle ge en viss dämpning av vågor som faller in från en riktning som är nordligare än farledsriktningen 99º. När sedan vågkammen når den södra pirspetsen ökar vågdämpningen och blir lika stor som med två jämnlånga vågbrytare. Faller däremot vågor in från en riktning sydligare än 99º kommer dessa att reflekteras mot insidan av den förlängda piren och skapa ett något oroligare vågklimat. Vågor från denna riktning är dock lägre. Sannolikt skulle det ske en uppgrundning av sand på insidan (sydsidan) av den förlängda piren. 13 (18)

14 Vridning av inseglingsöppningen En förlängning av de yttre delarna av pirarmarna med i vinkel söderut skulle ge ett lugnare vågklimat inne i inseglingsrännan. Om vågor kommer från västsydväst och faller rakt in i den vinklade mynningen, kan det uppstå besvärande reflektion av vågor där pirarna ändrar riktning. Vid in och utpassage får man dock vind och sjö snett från sidan, vilket kan vara besvärligt. En seglande båt kan tvingas slå för att passera farledskröken. Sannolikt skulle det ske en uppgrundning av sand i själva inseglingsöppningen, på sydsidan av den förlängda norra pirarmen. Figur 11, förlängning och vridning av pirarmarna 14 (18)

15 Öppning i södra pirarmen En öppning i den södra pirarmen skulle vara en alternativ väg för jollar. En sådan öppning skulle konstrueras med en tröskel, eftersom vattendjupet inne i rännan är större än på sydsidan av vågbrytarpiren. Vid kraftig sjö skulle dock denna väg kunna vara riskabel att gå. Stora vågor som faller in på den successivt uppgrundande bottnen är brytande. De bygger upp och blir alltmer transporterande ju längre in de kommer på grundare vatten. En jolle skulle kunna träffas rakt i sidan och dras med av en sådan våg. Sannolikt skulle det ske en uppgrundning av sand i inseglingsrännan innanför öppningen. Figur 12, öppning i södra vågbrytarpiren 15 (18)

16 Värdering av alternativen De olika alternativens för- och nackdelar värderas i nedanstående tabell: Alternativ / Påverkan Förbättrat vågklimat Kursändring sjö från sidan Sandansamling Flytande friliggande vågbrytare Fast friliggande vågbrytare Obetydlig förbättring Ja, S-formad gir Eventuellt Förbättring Ja, S-formad gir Stor Förlängd N pir Viss förbättring vid vågriktn N om 99º. Viss försämring vid vågriktn S om 99º. Nej Ja Vriden öppning Förbättring (viss försämring vid vågor från VSV) Ja. Sjö snett från sidan. Ja Öppning i S pir Farlig utpassage vid sjö. Farlig utpassage vid sjö. Ja Sammanfattningsvis kan sägas att inget av alternativen ger en entydig förbättring när olika effekter vägs in. Rekommendationen är att inte utföra någon förändring av de befintliga pirarmarna. 16 (18)

17 Preliminär kostnadsuppskattning En mycket preliminär bedömning av kostnad för olika vågbrytare lämnas nedan. Kostnader kan variera avsevärt beroende på grundläggningsförhållanden, tillgång till sprängsten i närområdet, tillgänglighet och beläggning för entreprenadutrustning i form av jack up-plattformar och pråmar etc. Kostnadsuppskattningen kan ändå vara vägledande vid en jämförelse mellan olika tänkbara alternativ. Flytande, friliggande vågbrytare Fast, friliggande vågbrytare Förlängning av norra piren Förlängning och vridning av pirar Öppning i södra piren 1,5 2 miljoner kronor 3 3,5 miljoner kronor 3 3,5 miljoner kronor 6-7 miljoner kronor 1 miljon kronor Fortsatt handläggning Den beskrivning av olika, möjliga konstruktioners effekt som görs i denna rapport grundar sig på ingenjörs- och erfarenhetsmässiga bedömningar. Vågklimat och vågmönster med olika konstruktioner kan simuleras med en numerisk modell. En sådan modellkörning skulle bekräfta de tendenser som beskrivs i denna rapport, men skulle ge en noggrannare beskrivning av våghöjder, vågriktningar och utbredningsområden. Med en mer avancerad numerisk modell är det även möjligt att simulera hur olika konstruktioner påverkar sandtransport och ackumulation av sand. En sådan simulering är dock relativt komplicerad. Modelleringen skulle bli tidsödande och rätt så kostsam. Skulle man välja att bygga någon ny konstruktion kräver det att en prövning av miljöpåverkan görs av någon myndighet. Begränsade åtgärder kan prövas som ett så kallat anmälningsärende hos länsstyrelsen. För en sådan prövning behövs en teknisk beskrivning och en miljökonsekvensbeskrivning. För större åtgärder krävs tillstånd av mark- och miljödomstolen. Då krävs en teknisk beskrivning och en miljökonsekvensbeskrivning. Sökanden ska också genomföra samråd med länsstyrelse och relevanta myndigheter samt med enskilda som är särskilt berörda. Därefter hålls huvud- 17 (18)

18 förhandling i mark- och miljödomstolen, varefter domstolen meddelar i en dom ifall den sökta vattenverksamheten är tillåtlig eller ej, samt fastställer eventuella villkor för arbetena. Det är svårt att uppskatta kostnad både för simuleringar och för tillståndsärenden. Båda typerna av arbeten är en iterativ process och omfattningen beror mycket på vilka frågor som kan uppstå under arbetets gång. Som en mycket preliminär bedömning kan följande uppskattningar göras: Numerisk modellering av vågklimat: kronor. Numerisk modellering av sanddrift: kronor. En flytande vågbrytare borde kunna hanteras som ett anmälningsärende. Erforderliga handlingar kan uppskattas kosta kronor att ta fram. Fasta vågbrytare behöver sannolikt prövas i mark- och miljödomstolen. Framtagande av handlingar och genomförande av samrådsförfarande kan uppskattas kosta kronor. Vid en sådan prövning skulle domstolen sannolikt kräva att numeriska simuleringar av både vågklimat och sanddrift redovisas. Detta ingår inte i kostnaden kronor. Göteborg 12 Sweco Infrastructure AB Hamnar & kusthydraulik Svante Roupé 18 (18)