Bilaga 6 PM Hydrologi. Ansökan om tillstånd för vattenverksamhet Råvattenintag Delary, Älmhults kommun

Transkript

1 Bilaga 6 Ansökan om tillstånd för vattenverksamhet Råvattenintag Delary, Älmhults kommun Upprättad av: Jonas Bermin Granskad av: Esbjörn Tagesson Godkänd av: Patrik Lissel

2 Innehåll 1 Inledning 3 2 Hydrologisk beskrivning av Helge å och Möckeln Delarymagasinet Karakteristisk vattenföring Uppmätta flöden 4 3 Beräkningar Beräkning av vindpåverkan Beräkning av nivå- och flödesförändring från vattenuttag 7 4 Slutsatser 9 5 Referenser 9 Bilageförteckning 1. Redovisning ekolodning och sticksondering 2. Data för vattennivå i Delarymagasinet för åren Flödesdata från SMHI (S-HYPE) för åren L:\3156\ Vattendom Delary\3_Dokument\6_Slutrapport\6_\Bilaga docx 2 (9)

3 1 Inledning WSP har utfört en hydrologisk utredning för att visa hur vattennivåer och vattenföringen vid Möckeln, Helge å och Delarymagasinet skulle kunna påverkas av en planerad omfördelning av ytvattenuttag för Älmhults kommun. 2 Hydrologisk beskrivning av Helge å och Möckeln Helge å rinner från Möckeln, som är en oreglerad sjö, ner till det reglerade magasinet vid Delary. På vägen mellan Möckeln och Delarymagasinet finns två vattenkraftverk (Gustavsfors och Fredriksfors) som inte har någon form av reglering av vattennivån. L:\3156\ Vattendom Delary\3_Dokument\6_Slutrapport\6_\Bilaga docx 2.1 Delarymagasinet Delarymagasinet är ett konstgjort vattenmagasin som är reglerat genom en dammkonstruktion. Det dämda vattnet används för vattenkraftproduktion av E.ON. Magasinet har en yta av ca 1,22 km 2 och är relativt grunt med ett medeldjup på ca 4 m och maximalt djup på ca 7 m. En karta över vattendjupet i Delarymagasinet redovisas i bilaga 1. Domen för kraftverket (AD 58/1938) anger att vattennivån i magasinet inte får dämmas över nivån +120,11. Vidare skall kraftverket släppa förbi minst 4,4 m 3 /s, eller om tillrinningen skulle vara mindre, hela tillrinningen. Domen anger ingen begränsning för lägsta tillåtna vattenstånd. Enligt data för vattennivå i magasinet för de senaste 10 åren (se bilaga 2), varierar nivån vid normaldrift med ca 2 dm, mellan ca +120,1 och +119,9. Enligt E.ON har magasinet ett s k katastrofskydd, vilket innebär att om vattennivån överstiger +120,16 (exempelvis p g a strömavbrott) öppnas utskovsluckorna automatiskt för att hålla vattennivån under denna nivå. Dammkonstruktionen är dimensionerad för en högsta vattennivå på +120,61. Om luckorna skulle öppnas helt (totalt haveri el dyl) ligger tröskeln vid dammluckorna på ca +117,8, vilket skulle innebära att magasinet tappas till denna nivå. Tröskeln för intag till kraftverket ligger på ca +116, Karakteristisk vattenföring Den karakteristiska vattenföringen i Helge å för sträckan Möckeln till Delarymagasinet finns presenterad i tabell 1. Tabell 1. Karakteristisk vattenföring för sträckan Möckeln till Delarymagasinet baserad på data HQ är högvattenföringen angiven med hur många års återkomsttid den har MHQ är medelvärdet av varje års högvattenföring. MQ är medelvärdet av dygnsvattenföringen över hela perioden och MLQ är medelvärdet av varje års lägsta vattenföring. Datan kommer från SMHIs beräknade flödesdata, S-HYPE (S-HYPE 2012_version_1_1_0, HYPE_version_4_3_0). Namn Område SubId HQ50 HQ10 HQ2 MHQ MQ MLQ Möckelns utlopp Utloppet av Tornasjön Inloppet i Skeppshultasjön Utloppet av Skeppshultasjön Ovan Lillån Inloppet i Delarymagasinet Utloppet av Delarymagasinet (9)

4 Enligt tabell 1 kan man se att flödet ut från Delary magasinet understiger 4,4 m 3 /s vid vissa tillfällen. Då måste allt vatten släppas igenom magasinet och ingen dämning får ske, enligt dom (se kapitel 2.1 ovan). Tabell 2 nedan visar hur ofta flödet understiger 4,4 m 3 /s. Bilaga 3 visar hur flödet varierar över en tioårsperiod. Tabell 2. Data som visar hur många dagar per år som flödet understiger 4,4 m 3 /s vid utloppet från Delarymagasinet, data från S-HYPE. Gräns: 4,4 m 3 /s Dagar under gränsen Procent av kalenderår 0% 22% 8% 8% 20% 0% 0% 0% 0% 12% 5% 0% 0% 2.3 Uppmätta flöden Flödet i Helge å, på sträckan mellan Möckeln och Delary, bestäms till stor del av utflödet från Möckeln. Utflödet från Möckeln bestäms av vattennivån vid utloppet, vilket i sin tur huvudsakligen bestäms av förhållandet mellan tillrinning, utflöde, nederbörd och avdunstning över sjöytan, men även andra faktorer som vindförhållanden kan spela in. L:\3156\ Vattendom Delary\3_Dokument\6_Slutrapport\6_\Bilaga docx Figur 1. Variation i vattennivå vid utloppet från Möckeln från Länsstyrelsen i Kronoberg Som man kan se från figur 1 varierar vattennivån vid Möckelns utlopp med cirka 1,5 meter. Flödet från samma tidsperiod finns presenterat i figur 2. Flödet har under samma period varierat med cirka 35 m 3 /s. Figur 2. Variation i flöde vid utloppet från Möckeln, från SMHIs mätstation vid Byvärma. Variationen i flödet och nivån kan till stor del förklaras av varierande nederbörd över tiden inom avrinningsområdet. 4 (9)

5 3 Beräkningar För att förstå hur flödet från Möckeln till Delarymagasinet beror på de olika parametrarna har ett antal olika beräkningar utförts. Den första beräkningen bygger på Mannings formel som beräknar flödet i en öppen kanal (ekvation 1). = ekvation 1 Där: v n R h S är genomsnitts hastighet av vattnet i en tvärsnittsyta över kanalen (m/s). är Mannings koefficient som beskriver råheten av ytan som vattnet strömmar i. är den hydrauliska radien (m) är lutningen på vattenytan För att beräkna flödet genom vattendraget använder man sig av följande ekvation (ekvation 2). = ekvation 2 Där : A är arean av en genomsnittssektion vattendraget. L:\3156\ Vattendom Delary\3_Dokument\6_Slutrapport\6_\Bilaga docx Från rapporten Möckelns utlopp vid Byvärma begränsningar och möjligheter, Länsstyrelsen i Kronoberg , har värden på Mannings koefficient, den hydrauliska radien, lutningen på vattenytan samt arean av sektioner på vattendraget hämtas. Även värden på flödet vid två tillfällen finns beskrivna i rapporten, vilket gör det möjligt att verifieriera beräkningarna. 3.1 Beräkning av vindpåverkan För att visa hur vinden kan påverka utflödet från Möckeln användes en formel från O Sullivan och Reynolds, 2008 som beräknar snedställningen av vattenytan i en sjö beroende på vinden (ekvation 3). = ekvation 3 Där: A max är den maximala amplituden av snedställningen av vattenytan (m). L är längden av den fria vattenytan där vinden kan påverka lutningen (m). w är skjuvspänningen på vattenytan (N/m) g är gravitationskonstanten är vattnets densitet (kg/m 3 ) H är medelvattendjupet (m) 5 (9)

6 Skjuvspänningen w beräknas med hjälp av olika konstanter beroende på hur starkt vinden blåser. Full beskrivning av hur uträkningen sker finns i O Sullivan och Reynolds, Med hjälp av data från SMHI som beskriver hur vindarna har varierat månadsvis från en mätstation i Växjö har en beräkning utförts för att undersöka hur mycket vinden påverkar flödet från Möckeln (Alexandersson, 2006). För beräkningen har det antagits att inga andra faktorer påverkar vattenståndet i Möckeln. Genom att använda ekvation 3 kan man beräkna att om vinden blåser ifrån öst med en vindhastighet på 6 m/s får man en höjd vattenyta vid utloppet i väster om cirka 2,2 mm. Vindar på 4-7 m/s i östlig riktning inträffar cirka 15% av tiden under sommar- och höstmånaderna. På samma sätt kan en västlig vind på 6 m/s skapa en sänkt vattenyta med 2,2 mm vid utloppet i väster. Detta inträffar cirka 25% av dagarna under sommar- och höstmånaderna. Genom att sätta in denna förändring av vattenytan vid Möckelns utlopp kan man beräkna en ny lutning av vattenytan igenom Helge å. För beräkningen kommer det lägsta flödet som uppmättes vid rapporten Möckelns utlopp vid Byvärma begränsningar och möjligheter att användas som utgångsflöde och variationer från vindpåverkan kommer här att presenteras från detta flöde (tabell 3). Tabell 3. Flödespåverkan vid utloppet av Möckeln från vindar. Uppmätt flöde (m 3 /s) Beräknat flöde med 6 m/s östlig vind (m 3 /s) Beräknat flöde med 6 m/s västlig vind (m 3 /s) 3 3,25 2,77 L:\3156\ Vattendom Delary\3_Dokument\6_Slutrapport\6_\Bilaga docx Genom att utföra en simulering med de förekommande vindarna under sommar- och höstmånaderna har en påverkan per dag beräknats med ovanstående antaganden (se figur 3). Härav framgår att vindeffekten kan beräknas medföra en flödesförändring på över 500 l/s. Figur 3. Beräknad effekt på utflöde från Möckeln till följd av vindpåverkan. 6 (9)

7 L:\3156\ Vattendom Delary\3_Dokument\6_Slutrapport\6_\Bilaga docx 3.2 Beräkning av nivå- och flödesförändring från vattenuttag Den planerade förändringen av vattenuttaget leder till att mängden vatten som tas från Möckeln kommer att minska medan mängden vatten som tas från Delarymagasinet kommer att öka. Sett till det hydrauliska systemet (Möckeln - Helge å - Delarymagasinet) som helhet planeras dock inte något ökat uttag varför vattenbalansen inte berörs. Idag finns det en viss tidsförskjutning, fördröjning och utjämning av hydrauliska effekter som följd av det kommunala uttaget ur Möckeln, ner till Delarymagasinet. Med en framtida möjlighet till fri fördelning av uttaget ur Möckeln och Delarymagasinet, kan denna utjämning minska något, eftersom uttaget ur Delarymagasinet mer momentant inverkar på nivån i detsamma. Ett varierande kommunalt uttag som följer vattenbehovet kan därmed medföra en större variation i hydraulisk effekt på Delarymagasinet om uttaget sker i Delarymagasinet än om uttaget sker i Möckeln. Även om det kommunala uttaget normalt är mycket jämt och konstant, eftersom ytvattnet infiltreras i en grusformation före uppfordring till Älmhults vattenverk, görs här en betraktelse av ett hypotetiskt värsta fall med maximal variation i uttag. Då Möckeln är en oreglerad sjö kommer ett minskat ytvattenuttag leda till att förhållandet mellan inflöde och utflöde kommer att förändras under en viss period tills sjön når en ny jämvikt. Ett minskat uttag ur Möckeln leder till en höjning av sjöytan och ett ökat utflöde som når Delarymagasinet med en viss fördröjning. Ytvattenuttaget ur Delarymagasinet sker däremot momentant. Då Delarymagasinet är reglerat så blir tidförskjutningseffekten normalt bara att flödet till magasinet temporärt förändras. Denna tidsförskjutningseffekt på flödet får ses som försumbar. Men om uttagsförändringen Möckeln/Delarymagasinet startar inom en period med lågvattenföring (Q < 4,4 m 3 /s) så ska E.ON enligt gällande tillstånd släppa förbi hela tillrinningen. Vi en sådan situation kan det uppkomma en effekt i form av avsänkning av nivån i Delarymagasinet. För att studera denna möjliga effekt har beräkningar som använder ekvation 1 och 2 använts tillsammans med ekvation 4. = ö ö ekvation 4 Där: H 0 är nivån för vattenytan vid beräkningens inledning x är uttaget från sjön Q är utflödet från sjön och bestäms från ekvation 1 och 2. är arean av vattenytan av sjön A sjö Tiden det tar att nå en jämvikt beror här på hur flödet Q förändras då nivån förändras och bestäms genom ekvation 1. För att få en bild av hela systemet är det viktigt att komma ihåg att ett minskat uttag i Möckeln kommer att följas av ett ökat uttag ifrån Delarymagasinet. Detta leder givetvis till samma problemställning som för Möckeln, fast med skillnaden att vi har att göra med en sänkning av vattennivån istället för en höjning. Som nämnts tidigare kommer vattennivåsänkningen i Delarymagasinet bara att inträffa om vattenföringen 7 (9)

8 underskrider 4,4 m 3 /s, givet att regleringen av vattenmagasinet följer de villkor som har bestämts i vattendomen (AD 58/1938). Utförda beräkningar visar att en möjlig nivåförändringseffekt kan utbildas under ca 14 dygn innan det förändrade utflödet från Möckeln balanserar systemet. I figur 4 illusteras ett exempel med en uttagsfördelning 25 l/s + 25 l/s (Möckeln/Delarymagasinet), som ger en höjningseffekt i Möckeln på 0,2 mm och en avsänkningseffekt i Delarymagasinet om 9 mm, med ovan givna förutsättningar avseende tillrinning (Q<4,4 m 3 /s). Figur 4. Den övre bilden visar ett exempel på hur uttaget av vatten är fördelat mellan de två magasinen. Den undre bilden visar hur vattennivån kan förändras på grund av förändringen i uttag enligt texten ovan. Vid tiden 28 dagar omfördelas uttaget så att allt vatten tas från Möckeln istället. L:\3156\ Vattendom Delary\3_Dokument\6_Slutrapport\6_\Bilaga docx Om, rent hypotetiskt, uttaget i Delarymagasinet blir 50 l/s och uttaget ur Möckeln blir 0 l/s kommer nivåförändringen i Möckeln att bli cirka +0,4 mm och nivåförändringen i Delarymagasinet blir cirka -1,7 cm. Med ett maxdygnsuttag på 70 l/s ur Delarymagasinet (dock ytterst osannolikt) erhålls en nivåförändring i Delarymagasinet med ca -2,5 cm. Effekten i Delarymagasinet är, som tidigare nämnts, beroende av hur regleringen av magasinet sköts samt att tillrinningen understiger 4,4 m 3 /s. Det förändrade flödet genom Helge å mellan Möckeln och Delary vid en tidpunkt då flödet har stabiliserat sig kommer att motsvara det minskade uttaget från Möckeln (här 25 l/s). Detta kan jämföras med flödesförändringarna som orsakas av normal vindpåverkan över Möckeln som leder till en effekt som varierar mellan ett minskat flöde om 300 l/s till ett ökat flöde om 150 l/s (se figur 3). Variationen i flödet från det minskade uttaget är då cirka 6 % av variation i flödet som kommer från vindpåverkan. 8 (9)

9 4 Slutsatser Om det genomförs en förändring av det kommunala vattenuttaget ur Möckeln /Delarymagasinet, så kommer detta att leda till en flödesförändring i Helge å, på sträckan mellan Möckeln och Delarymagasinet, motsvarande förändringen i det kommunala uttaget. Som mest kan denna flödesförändring komma att uppgå till ±70 l/s (vid fördelning 0 l/s ur Möckeln och 70 l/s ur Delarymagasinet, eller tvärtom). Flödesförändringen styrs av en nivåförändring av Möckelns nivå, med en maximal amplitud på 0,6 mm, som kan uppstå vid en förändrad uttagsfördelning av det kommunala vattenuttaget. Förändringen sker successivt och beräknas nå fullt utslag efter ca 14 dygn. Förändring till följd av t ex vind är betydligt större än förändring till följd av ändrat kommunalt vattenuttag. Om denna uttagsförändring inleds under en period med lågvattenföring i Helge å (Q<4,4 m 3 /s) så kan effekten bli en temporär sänkning av vattennivån i Delarymagasinet. Denna sänkning kan beräknas till maximalt 2,5 cm, vilket successivt utbildas under en tidsperiod om ca14 dygn. Mer sannolikt kan den maximala förändringen beräknas till ca 0,9 cm, antaget en mer sannolik uttagsfördelning om 25 l/s ur Möckeln och 25 l/s ur Delarymagasinet. Den temporära sänkningen tillbakabildas då vattenföringen åter överstiger 4,4 m 3 /s. Om uttagsförändringen inleds under en period då vattenföringen överstiger 4,4 m 3 /s så uppkommer ingen temporär nivåförändring i Delarymagasinet då regleringen av Delarymagasinet styrs på nivå av magasinet. Effekten blir istället att utflödet från Delarymagasinet temporärt ändras med motsvarande flöde som det kommunala uttaget, en effekt som successivt avtar till noll efter ca 14 dygn. L:\3156\ Vattendom Delary\3_Dokument\6_Slutrapport\6_\Bilaga docx 5 Referenser Vindstatistik för Sverige , Alexandersson, H., SMHI nummer 121, 2006 Möckelns utlopp vid Byvärma begränsningar och möjligheter. Länsstyrelsen i Kronoberg, ISNN: , Meddelande nummer 2009:12 The Lakes Handbook: Limnology and Limnetic Ecology. O Sullivan, P. Reynolds, C. S., 2008 Driftdata för Delarymagasinet samt Muntlig information, Fredrik Persson, E.ON (9)