STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT SWEDISH GEOTECHNICAL INSTITUTE Göta älvutredningen Beräkningsförutsättningar för erosion vid stabilitetsanalys Varia 624:2 Bengt Rydell Linda Blied LINKÖPING 2012 GÄU Göta älvutredningen 2009-2011
Varia Beställning ISSN ISRN Dnr SGI Uppdragsnr SGI Statens geotekniska institut (SGI) 581 93 Linköping SGI Informationstjänsten Tel: 013-20 18 04 Fax: 013-20 19 14 info@swedgeo.se www.swedgeo.se 1100-6692 SGI-VARIA 12/624:2 SE 6.1-1001-0033 14091 Foto omslag SGI, strandbrink med äldre skredskållor vid Vesten, Göta älv
STATENS GEOTEKNISKA INSTITUT SWEDISH GEOTECHNICAL INSTITUTE Varia 624:2 Göta älvutredningen Beräkningsförutsättningar för erosion vid stabilitetsanalys Bengt Rydell Linda Blied LINKÖPING 2012
4 (9)
INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 UTGÅNGSPUNKTER... 6 2 PRINCIPER FÖR EROSIONSPÅVERKAN I STABILITETSUTREDNINGAR... 7 3 BERÄKNINGSFÖRUTSÄTTNINGAR... 8 3.1 Beräkningsfall 1 Stabilitetsförhållanden i dagens klimat... 8 3.2 Beräkningsfall 2 Stabilitetsförhållanden vid år 2100 med samma erosionspåverkan som för dagens förhållanden/vattenflöden... 8 3.3 Beräkningsfall 3 Stabilitetsförhållanden år 2100 vid erosionspåverkan med hänsyn till ökade flöden i framtida klimat... 9 3.4 Geometriska förändringar samtliga beräkningsfall... 9 REFERENSER... 9 Bilaga 1. Erosionsförhållanden 2100 5 (9)
1 UTGÅNGSPUNKTER I utredningen om erosionsförhållanden (Rydell et al., 2011a) redovisas resultat från undersökningar, beräkningar samt analys av erosionsegenskaper och erosionsförhållanden längs Göta älv. Förhållandena i älven varierar kraftigt vilket innebär att för att i detalj kunna beskriva förutsättningarna för erosion skulle det erfordras väsentligt mer omfattande undersökningar i fält och på laboratorium. Analys av framtaget underlagsmaterial visar att erosionsförhållanden i Göta älv är mycket komplexa. De geologiska förhållandena, de under lång tid pågående morfologiska förändringarna, naturliga och antropogena variationer i vattenflöden och den mänskliga påverkan genom bebyggelse och infrastruktur påverkar på olika sätt erosionsförhållandena. Det finns också stora osäkerheter i omfattningen av framtida fartygstrafik och tappningsförhållanden för vattenkraften och framförallt i förändringar av klimatet. Detta innebär också att de beräkningar som utförts har stora osäkerheter och har använts främst för att utgöra underlag till uppskattning av erosionen. Det finns därför inte förutsättningar för att i detalj ange erosionens omfattning för dagens förhållanden eller för framtida klimatförändringar för de olika delarna av älven. Erosionens påverkan på slänters geometri bör därför värderas utifrån olika betraktelsesätt eller beräkningsfall för dagens och framtida förhållanden. Det bör observeras att de angivna fallen inte gör anspråk på att motsvara den detaljerade omfattningen eller utbredningen av erosionen i älven utan de olika fallen har tagits fram för att praktiskt kunna ange vilken inverkan erosionen har för stabilitetsförhållandena. Som underlag till beskrivning av förändringar av slänters och bottnars geometri har valts att göra en redovisning dels utifrån uppmätta förändringar av bottennivåer, dels baserad på beräkningar av erosion för framtida vattenflöden. En sammanvägning och värdering av detta underlag har sedan gjorts som underlag för stabilitetsberäkningar. Nedan redovisas de beräkningsförutsättningar som bör tillämpas. 6 (9)
2 PRINCIPER FÖR EROSIONSPÅVERKAN I STABILITETSUTREDNINGAR I ett underlag till ett styrdokument om känslighetsanalys för ett framtida klimat redovisas principfigurer för erosionspåverkan för olika delar av Göta älv beroende på de nuvarande topografiska och batymetriska förhållandena (Rydell et al., 2011b). Dessa har tillsammans med bedömd erosionspåverkan använts för en känslighetsanalys av erosionens påverkan på stabilitetsförhållandena. Erosion i dagens klimat har värderats utifrån observationer, mätningar och beräkningar. En kontinuerlig förändring av bottensedimenten har konstaterats där såväl erosion som sedimentation förekommer längs älven. Mätningar visar att dessa förhållanden varierar inom olika delsträckor och inom de beräkningsceller som använts i analyserna. Vid analys av uppmätt erosion och sedimentation har därför valts att använda medelvärden för de delsträckor som beskrivs närmare i Rydell et al. (2011a). I värderingen har erosionen generaliserats och antagits ha en kontinuerlig och över tvärsnittet jämnt fördelad utbredning för de olika delsträckorna. Mätningarna under tiden 2003-2009 indikerar också en större erosionspåverkan längs vissa undervattenslänter, sannolikt med större delen i släntfoten. De morfologiska förändringarna är komplexa och innebär en successiv formförändring. Undervattensslänter mot djupfåran bedöms efter lång tid få en lutning som motsvarar rasvinkeln för den aktuella jordarten. Efterhand undermineras slänten genom erosion så att ras/skred uppträder i släntens nedre del vilket i sin tur innebär att slänten får en ny lutning i rasvinkeln. Som underlag för en generaliserad typsektion för stabilitetsberäkningar antas slänten genom detta parallellförflyttas in mot stranden. Erosion är en ständigt pågående process och det är även nödvändigt att i stabilitetsutredningarna ta hänsyn till de förändringar över tiden som kan komma att ha betydelse för beräkningarna. Med utgångspunkt från utredningen om framtida klimatförhållanden i Göta älvdalen har erosionen i framtida klimat värderats utifrån beräkningar för fyra olika flöden och varaktigheter fram till år 2100 (Rydell et al., 2011a). Utgångspunkten har varit en jämförelse mellan beräknad erosion för dessa flöden och beräknad erosion för dagens förhållanden. 7 (9)
3 BERÄKNINGSFÖRUTSÄTTNINGAR Stabilitetsberäkningar kommer att utföras för tre fall. Fall 1 avser stabilitetsförhållanden för dagens förhållanden. Fall 2 gäller om framtida vattenflöden följer gällande vattendom och inte tillåts öka utan andra lösningar erfordras för att avleda ökade vattenmängder i Vänern. Erosion är en ständigt pågående process och det är även nödvändigt att i stabilitetsutredningarna ta hänsyn till de förändringar över tiden som kan komma att ha betydelse för stabiliteten. Fall 3 gäller därför om högre tappningar från Vänern kan tillåtas och därmed högre flöden i Göta älv. Erosionen har då beräknats utifrån fyra olika flöden och varaktigheter fram till år 2100. Nedan redovisas förslag till hur erosionsförhållandena längs Göta älv bör beaktas för dessa tre beräkningsfall. 3.1 Beräkningsfall 1 Stabilitetsförhållanden i dagens klimat Stabilitetsberäkningar föreslås genomföras med den bottentopografi som uppmätts i den batymetriska undersökningen 2009 inom Göta älvutredningen. Hänsyn tas till att aktiv erosion förekommer i de undervattenslänter som anges i Bilaga 1. 3.2 Beräkningsfall 2 Stabilitetsförhållanden vid år 2100 med samma erosionspåverkan som för dagens förhållanden/vattenflöden I detta fall förutsätts samma erosionspåverkan som för dagens förhållanden för delsträckor enligt Bilaga 1. Jämnt fördelad årlig erosion För respektive delsträcka antas en jämnt fördelad erosion längs hela sträckan och i hela tvärsektionen med medelvärdet av uppmätt årlig erosion för perioden 2003-2009. Total erosion fram till år 2100 anges genom extrapolering (90 år x uppmätt årlig förändring). Den årliga erosionen för olika delsträckor framgår av Bilaga 1. Erosion i undervattenslänter Erosion i undervattenslänter har konstaterats vid batymetriska mätningar och finns angivna för aktuella delsträckor i Bilaga 1. Denna erosion har större omfattning än övriga delar av respektive delsträcka och bör beaktas vid stabilitetsberäkningar. I stabilitetsberäkningar antas att undervattenslänterna parallellförflyttas in mot land med 4 m för att motsvara de förhållanden som antas uppkomma vid år 2100. 8 (9)
3.3 Beräkningsfall 3 Stabilitetsförhållanden år 2100 vid erosionspåverkan med hänsyn till ökade flöden i framtida klimat Framtida erosion har värderats med utgångspunkt från beräkningar för olika flöden och i relation till den erosion som kan förväntas med dagens flöden. Jämnt fördelad årlig erosion För respektive delsträcka antas en jämnt fördelad erosion längs hela sträckan och i hela tvärsektionen genom ett sammanvägt värde utifrån uppmätt erosion och beräknad erosion för olika flöden och varaktighet för olika delsträckor enligt Bilaga 1. Erosion i undervattenslänter Ökade flöden innebär ökad erosion av hela tvärsnittet inklusive undervattenslänter. Detta medför en större tvärsektion som i sin tur innebär minskade bottenskjuvspänningar. För beräkningar antas att detta sammantaget inte ger ökad erosion utöver den som föreslås för beräkningsfall 2. 3.4 Geometriska förändringar samtliga beräkningsfall Geometriska förändringar av slänter och bottnar anpassas för de lokala förhållanden enligt typsektioner redovisade i underlag till styrdokument 99ST003 (Rydell et al., 2011b). REFERENSER Rydell, B, Blied, L & Persson, H (2011a). Erosionsförhållanden i Göta älv. Statens geotekniska institut, SGI. Göta älvutredningen, GÄU. Delrapport 1. Linköping. Rydell, B, Persson, H & Blied, L (2011b). Klimateffekt på vattennivåer, erosion och grundvattenförhållanden i Göta älv. Underlag till styrdokument 99ST003. SGI Varia 624:1. Göta älvutredningen, GÄU. Statens geotekniska institut, SGI. Linköping. 9 (9)
Göta älvutredningen Bilaga 1 2011-12-15 Erosionsförhållanden Str 25/900-33/400 1,0 2,0 25/900-33/400 Hjärtum-s L:a Edet 26/400-26/700 26/200-26/300 28/000-28/600 Längsgående erosion i mittfåran 27/500-29/200 27/500-29/100 33/000-33/100 30/800-31/100 32/700-33/000 33/200-33/300 Beräkningsförutsättningar för erosion vid stabilitetsanalys Erosionsförhållanden 2100 Sträcka Plats Jämnt fördelad erosion Slänterosion Övrig erosion förändring [m] Beräkningsfall 2 Beräkningsfall 3 väster öster sträcka kommentarer Göta älv Str 0/000-10/600 0,4 0,8 0/000-3/200 Vänern-Karls grav 2/200-2/400 3/200-5/200 Karls grav-th flygpl 3/200-5/000 3/400-3/500 Lokal djuphåla 5/200-6/400 TH flygpl-överby 6/400-9/100 Överby-Stallbacka 9/100-10/600 Stallbacka-Spikön 9/600-9/900 10/600-13/000 Spikön-TH slussar 0,0 0,0 Slussar Trollhättan Str 13/100-25/900 0,4 0,8 13/100-19/800 TH-slussar-Vesten 14/900-15/200 16/400-16/700 17/900-18/200 19/500-19/700 19/800-25/900 Vesten-Hjärtum 22/800-22/900 20/950-21/050 Lokal djuphåla, bredd ca 30 m Slumpån tillför sediment
Str 33/400-45/400 0,5 1,0 33/400-39/800 s L:a Edet-Ödegärdet 37/500-38/000 33/500-33/700 38/700-38/900 33/800-34/000 39/100-39/800 34/500-36/000 36/400-36/500 38/800-38/900 39/800-45/400 Ödegärdet-Lödöse 39/800-40/000 41/600-41/700 46/000-47/200 Längsgående erosion i mittfåran 42/200-42/200 42/000-42/100 48/000-48/400 Längsgående erosion i mittfåran 42/400-42/700 49/800-50/000 Längsgående erosion i mittfåran 43/700-44/700 48/300-48/400 48/700-49/800 Str 45/400-65/900 1,0 2,0 45/400-50/800 Lödöse-n Tjurholmen 48/100-48/300 50/800-56/000 Tjurholmen 55/700-56/000 51/100-51/200 51/300-55/900 56/000-65/900 s Tjurholmen-Bohus 56/000-56/500 58/800-59/000 60/200-60/800 Utbredd erosion i mittfåran 59/600-60/000 60/500-61/300 61/500-61/900 Str 65/900-81/900 1,5 3,0 65/900-77/100 Bohus-Lärjeholm 66/000-66/600 66/700-67/000 66/600-72/400 68/200-68/800 72/900-73/800 69/200-69/400 74/400-77/000 70/100-72/200 72/600-72/800 73/400-73/600 74/600-76/600 77/100-81/900 Lärjeholm-Tingstadstunn Nordre älv norr söder Str 100/000-113/800 1,0 2,0 100/000-113/800 Bohus-havet 100/100-100/500 100/200-101/200 101/000-101/700
Statens geotekniska institut Swedish Geotechnical Institute SE-581 93 Linköping, Sweden Tel: 013-20 18 00, Int + 46 13 201800 Fax: 013-20 19 14, Int + 46 13 201914 E-mail: sgi@swedgeo.se Internet: www.swedgeo.se