Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Rapport Nr. 2005-65 Design- och MKB-underlag för Skottarevet Sture Lindahl Hans Alexandersson Lennart Fransson Lasse Johansson Anna Karlsson Roland Krieg Helma Lindow Jan-Eric Lundqvist Jonny Svensson

2

Rapport Författare: Uppdragsgivare: Rapportnr: Sture Lindahl m. fl. TRIVENTUS 2005-65 Granskare: Granskningsdatum: Dnr: Version: Olof Liungman, Jan Andersson 2005-10-24, 2005-12-16 2005/854/204 1.0 Design- och MKB-underlag för Skottarevet Sture Lindahl Hans Alexandersson Lennart Fransson Lasse Johansson Anna Karlsson Roland Krieg Helma Lindow Jan-Eric Lundqvist Jonny Svensson Uppdragstagare SMHI 601 76 Norrköping Uppdragsgivare TRIVENTUS Consulting AB Sjönevadsvägen 26 310 58 VESSIGEBRO Distribution TRIVENTUS Klassificering ( ) Allmän (x) Affärssekretess Nyckelord Projektansvarig Sture Lindahl 031-751 8964 sture.lindahl@smhi.se Kontaktperson Vindkraftpark, dimensionering, ström- och vågpåverkan Övrigt Emelie Johansson 0340-206 78 info@triventus.com

Denna sida är avsiktligt blank

Innehållsförteckning 1 BAKGRUND... 1 2 RESULTAT... 1 2.1 Vind... 1 2.1.1 Extremvind... 1 2.1.2 Turbulens... 2 2.2 Vågor... 2 2.3 Vattenstånd... 6 2.4 Strömmar... 8 2.4.1 Tidvattenström... 8 2.4.2 Vinddriven ström... 8 2.4.3 Vindströmmar medelvärdesbildade över hela djupet... 10 2.5 Isförhållanden... 11 2.5.1 Isförhållandena utanför Falkenberg... 11 2.5.2 Isfrekvens... 12 2.5.3 Sammanfattning av karakteristiska värden för isen i området... 15 2.5.4 Isens hållfasthet... 15 2.6 Ström - och vågpåverkan orsakad av de planerade tornfundamenten 17 2.6.1 Påverkan på strömförhållanden... 17 2.6.2 Påverkan på vågklimatet... 18 3 REFERENSER... 23

Denna sida är avsiktligt blank

1 Bakgrund TRIVENTUS projekterar för en utbyggnad med 30 vindkraftverk sydväst, alternativt syd om Skottarevet utanför Falkenberg. För läget i sydväst finns två alternativa placeringar av tornen. SMHI har haft som uppgift att ta fram information om vind, vågor, vattenstånd, strömmar och isförhållanden. Resultaten skall användas för dimensionering och som underlag i MKB-arbetet. De presenteras i följande sammanställning, till stor del i tabellform. 2 Resultat 2.1 Vind Skillnaden i vindförhållanden mellan de båda lägen bedöms vara små, eftersom avståndet till kusten är ungefär detsamma och avståndet mellan dem är små. Nedan redovisade värden på extremvindar och turbulens representerar således båda områdena. Beräkningshöjder för extremvind och turbulens har valts med utgångspunkt från föreslagna verk med navhöjd 110 meter och rotordiameter 120 meter. 2.1.1 Extremvind För extremvindberäkningar har vi använt beräkningsprogrammet STRONGBLOW (Cook N J, 1985). Som underlag för Strongblow-beräkningarna används dels vindinformation, dels en beskrivning av markytans råhet och topografi inom det område runt lokaliseringsplatsen som kan påverka vinden, vilket således även inkluderar Hallandskusten. Vindinformation för Strongblow-beräkningar baserar sig på 20 års stormsituationer, och togs fram i samband med utarbetandet av Boverkets handbok om snö- och vindlast. (BSV97, Boverket 1997). Sådan vindinformation består dels av den sk basvinden, dels av riktningskoefficienter. Basvinden utgörs av modalvärdet (i det här fallet det vanligaste förekommande värdet) i en fördelning av 50-årsmaxima av vindhastigheten på 10 meters höjd (medelvärdestid=10 minuter) över en horisontell homogen yta med ytråhet 0,05 meter. Riktningskoefficienterna beskriver vindens riktningsvariation och utgörs av omräkningsfaktorer för extremvind som avser olika vindriktningar. Förväntade extrema vindhastigheter med återkomst en gång på 1, 10, 50 och 100 år har beräknats. Resultatet av extremvindberäkningarna redovisas i tabell 1. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 1

Tabell 1. Beräknad byvindhastighet (i meter per sekund) för olika återkomsttider vid Skottarevet. Medelvärdestid är 3 sekunder. återkomsttid höjd 50 m höjd 110 m höjd 170 m 1 år 37,7 m/s 39,5 m/s 40,6 m/s 10 år 45,1 m/s 47,3 m/s 48,5 m/s 50 år 49,6 m/s 52,0 m/s 53,3 m/s 100 år 51,4 m/s 53,9 m/s 55,2 m/s 2.1.2 Turbulens Turbulensintensiteten vid Skottarevet har beräknats med hjälp av beräkningsprogrammet WASP Engineering (Mann J. et al, 2000). Resultaten redovisas i tabell 2. Turbulensintensiteten är beroende av råheten hos det underlag som luften strömmar över samt av vindhastigheten. Vid vind från hav är därför värdena lägre än vid vind från land. Intervallen speglar skillnader i råhet och vindhastighet mellan olika vindriktningar. Tabell 2. Turbulensintensiteten (i procent) vid Skottarevet. höjd 50 m höjd 110 m höjd 170 m vind från hav 9,4-10,6 6,0-7,9 5,3-6,9 vind från land 12,0-12,6 11,1-11,7 11,3-12,6 2.2 Vågor SMHI har inte mätt vågorna på någon lämplig lokal i närheten av Falkenberg. Beräkningar är därför utförda med en numerisk modell med vind- och djupuppgifter som utgångspunkt. Den vind som används för vågberäkningarna är så kallad analyserad vind, som bygger på en metod där observationer och beräkningar utnyttjas på ett optimalt sätt för att ta tillvara deras respektive fördelar. Vinden har, tillsammans med djupuppgifter, förts in i en modell som beräknar vågegenskaperna i hela Kattegatt med en upplösning av cirka 0,1 longitudgrader och 0,06 latitudgrader. I närheten av Skottarevet har denna upplösning sedan ökats till cirka 100x100 meter. Alla djupuppgifter är baserade på Sjöfartsverkets digitala sjökort. 2 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Beräkningar har gjorts med data som täcker elva år, 1994-2004, och data för var sjätte timme under denna period har används. Två olika lägen för vindkraftsparken har studerats, Norra och Södra alternativet. Lägena ligger nära varandra längs en kust utan några dramatiska topografiska former, vilket gör att vågförhållandena är desamma på båda ställena. Djupet är så pass stort att variationen inom det område som parken utgör är liten. Vi återger därför resultaten som en uppsättning tabeller och figurer som således gäller båda lägena. Tabell 3. Alla alternativen. Sannolikheten (i procent) att signifikanta våghöjden (H s ) överstiger X meter. månad X = 0,5m X = 1 m X = 1,5 m X = 2 m X = 2,5 m X = 3 m X = 3,5 m X = 4 m X = 4,5 m 1 64,1 36,7 18,7 7,3 3,1 1 0,4 0,2 0 0 2 68,2 40,6 23,8 12,2 4,8 2,3 0,7 0,1 0 0 3 59,5 29,6 15 6,2 2,6 1,2 0,4 0,1 0 0 4 40,4 14,5 5,3 2 0,2 0 0 0 0 0 5 39,6 12,5 4,3 1,1 0,2 0,1 0 0 0 0 6 51,6 22,3 9,2 2,9 0,7 0 0 0 0 0 7 40,8 15,8 5,2 1,2 0 0 0 0 0 0 8 40,1 15,9 6,4 1,2 0,1 0 0 0 0 0 9 53,3 21 9,4 4,5 2,3 0,8 0 0 0 0 10 68,9 34,5 17,5 7,9 2,9 0,7 0,1 0 0 0 11 67 31,6 16,4 7,3 3,6 1,2 0,5 0,1 0 0 12 65,5 33,2 19,1 9,7 3,3 1,4 0,4 0,2 0,1 0 1 12 54,8 25,6 12,5 5,3 2 0,7 0,2 0,1 0 0 Exempel 1: Sannolikheten att signifikanta våghöjden överstiger 1 meter är 26 procent under året, det inträffar således under i genomsnitt 0,26 365 = 95 dygn per år eller 2 300 timmar per år. X = 5 m Exempel 2: För en genomsnittlig maj-månad är sannolikheten 12 procent eller drygt 4 dygn eller 100 timmar per månad att signifikanta våghöjden överstiger 1 meter. Exempel 3: För en genomsnittlig februari-månad är sannolikheten 41 procent eller drygt 11 dygn eller 275 timmar per månad att signifikanta våghöjden överstiger 1 meter. Exempel 4: För en genomsnittlig februari-månad är sannolikheten 0,7 procent eller knappt 5 timmar per månad att signifikanta våghöjden överstiger 3,5 meter. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 3

Tabell 4. Alla alternativen. Sannolikheten (i procent) att signifikanta våghöjden (H s ) underskrider X=0,5 meter under sammanhängande tidsperioder på 6, 12 respektive 24 timmar. månad 6 t 12 t 24 t 1 36 34 29 2 32 30 27 3 40 39 34 4 60 59 55 5 60 59 55 6 48 47 42 7 59 58 54 8 60 59 55 9 47 45 41 10 31 30 24 11 33 32 25 12 34 33 28 Tabell 5. Alla alternativen. Sannolikheten (i procent) att signifikanta våghöjden (H s ) underskrider X = 2 meter under sammanhängande tidsperioder på 6, 12 respektive 24 timmar. månad 6 t 12 t 24 t 1 93 93 91 2 89 89 86 3 94 94 93 4 98 98 98 5 99 99 99 6 97 97 97 7 99 99 98 8 99 99 99 9 95 95 94 10 92 92 91 11 93 93 92 12 90 90 89 4 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Skottarevet, Norra Alternativet 5 4.5 signifikant våghöjd (m) 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 vindhastighet (m/s) 20 25 Figur 1. Signifikant våghöjd mot vindhastighet. Skottarevet, Norra Alternativet 7 6 vågperiod Tz (s) 5 4 3 2 1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 signifikant våghöjd (m) 3.5 4 4.5 5 Figur 2. Vågperiod mot signifikant våghöjd. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 5

2.3 Vattenstånd Havsvattenståndsstatistik baserad på mätningar i Ringhals/Varberg presenteras i tabellerna nedan. Nivåerna är refererade till medelvatten (0) år 2005, vilket motsvarar -6 centimeter i RH70. Som underlag till tabellerna ligger årliga max- och minimivärden från 1887 till 2005-08. Under stormen Gudrun i januari 2005 uppmättes det hittills högsta vattenståndet sedan mätningarnas start, 164 centimeter över medelvatten. Tabell 6. Återkomsttid för maximalt vattenstånd. återkomsttid W [cm] 2 år 92 5 år 110 10 år 121 20 år 132 50 år 147 100 år 157 200 år 168 Tabell 7. Återkomsttid för minimivattenstånd. återkomsttid W [cm] 2 år -59 5 år -70 10 år -78 20 år -86 50 år -95 100 år -102 200 år -109 6 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Tidvattenamplituden längs Sveriges kust är liten. Utanför Falkenberg är största skillnaden mellan hög och lågvatten ca 20 centimeter och amplituden alltså ca 10 centimeter. Normalt sett rör det sig dock runt 15 centimeter (amplituden ca 7 centimeter). Tidvattnet är här halvdagligt, dvs. högvatten och lågvatten förekommer två ggr per dygn. Klimateffekter kan på sikt medföra en allmän höjning av havsytans nivå. Utvärdering av simuleringar och analyser som har genomförts inom detta område görs bland annat av Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), ett organ upprättat av Världsmeteorologiska organisationen (WMO) och FN. Nationella analyser för detaljerade förhållanden i svenska vatten görs av SMHI:s Rossby Center. Beräkningarna baseras på de bästa möjliga antaganden som kan göras i dagsläget men innehåller ändå ett visst mått av osäkerhet. Efterhand som mätserierna av klimatdata blir längre kommer precisionen i beräkningarna att höjas. IPCCs rapport (Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001) tyder på en ökning av den globala medelhavsnivån med 0,09-0,88 meter för perioden från 1990 till 2100. Dessa värden speglar resultaten för hela omfånget av globala modeller och olika utsläppsscenarier. Resultaten inkluderar osäkerheter i förändringar av landis, permafrost och sedimenttransport. I Rossby Centrets scenario för framtida högsta medelnivå i Östersjön och Kattegat används skillnaden mellan A2 scenario för perioden 2071-2100 och en kontrollkörning för perioden 1961-1990. (Ökningen i utsläppen av växthusgaser (bl. a. CO 2 ) under perioden 2000-2100 sker snabbare i A2 scenarion än i andra IPCCscenarier.) Denna lokala skillnad adderas till den maximala globala höjningen av medelhavsnivån, 0,88 meter. Eftersom vi har en pågående landhöjning och delvis landsänkning i området måste denna tas hänsyn till i det relativt långa tidsperspektiv som är aktuellt. Kartan visar framtida havsnivåförändring i relation till medelnivån idag. Kartan baseras på en simulering med Rossby Centrets modellsystem (RCAO) i kombination med beräkningar av landhöjningen samt med hänsyn till regionala ändringar i vindriktning och styrka. För Kattegat vid Falkenberg visar kartan en höjning av medelvattenståndet på 70-80 centimeter under vintersäsongen (december till februari). De resultat som har framtagits presenteras inom INTERREG-projektet SEAREG. Projektet syftar till att sammanställa naturvetenskaplig forskning kring effekter av klimatförändring, så att den direkt kan användas vid fysisk planering. Det bör påpekas att resultaten är i högsta grad beroende av vilken global modell som används samt vilka antaganden om utsläppen som görs. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 7

Figur 3. Medelvärdet för vattenståndshöjning under vintersäsongen (dec. feb.) i Östersjön med hänsyn till landhöjning. Konturintervall 10 centimeter. 2.4 Strömmar 2.4.1 Tidvattenström I Kattegatt är tidvattenströmmarna mycket svaga. Det halvdagliga tidvattnets amplitud utanför Falkenberg är maximalt ca 10 centimeter, medan det i Fredrikshamn kan vara 20 centimeter. De vattenståndsvariationer man registrerar på Hallandskusten är huvudsakligen orsakade av högtryck och lågtryckspassager. De Strömmar som orsakas av vattenståndsförändringar är mycket mindre än de som genereras av hård vind. 2.4.2 Vinddriven ström Vi beräknar vindströmmarna med hjälp av Ekmanteorin. (Ekman V. W. 1905, Csanady G. T. 1984). Vindströmmen har beräknats för vindar med en återkomsttid på 1 år, 10 år, 50 år, 100 år. De använda vindhastigheterna ges i tabellen nedan. 8 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Tabell 8. Ur vindstatistik beräknade extremvindar (medelvind under en timma på 10 meter höjd) för Skottarevet, Falkenberg. Vindar för de sektorer som ger högst vindström. återkomsttid riktning från 240 riktning från 270 riktning från 300 riktning från 330 1 år 23,5 m/s 22,7 m/s 22,3 m/s 21,1 m/s 10 år 28,0 m/s 27,2 m/s 26,6 m/s 25,2 m/s 50 år 30,8 m/s 29,8 m/s 29,2 m/s 27,7 m/s 100 år 31,9 m/s 30,9 m/s 30,3 m/s 28,7 m/s Beräkningarna är gjorda konservativt dvs. med en approximering uppåt vid alla förenklingar. En första sådan förenkling är att vi använder medelvind för 1 timme även om vi antar att blåstiden för uppstart av vindström ibland är längre. Först beräknas strömmen vid vattenytan om vinden blåser under 6-8 timmar med oförändrad styrka. Denna blåstid ger en fullt utvecklad ström. Tabell 9. Beräknad ström i skiktet 0 1 meter om vinden blåser 6-8 timmar och vattendjupet är stort. Beräkningen förutsätter oändligt hav (ingen kust). återkomsttid riktning från 240 riktning från 270 riktning från 300 riktning från 330 1 år 1,0 m/s 1,0 m/s 0,9 m/s 0,8 m/s 10 år 1,5 m/s 1,4 m/s 1,3 m/s 1,2 m/s 50 år 1,8 m/s 1,7 m/s 1,6 m/s 1,4 m/s 100 år 1,9 m/s 1,8 m/s 1,7 m/s 1,6 m/s Strömmen är högst för vindar från västsydväst eftersom vinden är starkast från denna riktning. Ytströmmen går då åt 105 grader, ungefär österut, dvs. 45 grader till höger om vindriktningen. På djupare nivåer blir strömmen svagare och går allt mer till höger om vindriktningen. Om vindströmmen genereras i ett instängt havsområde, Kattegatt, kommer vindströmmen att påverkas av kusterna. Vindströmmen bygger upp högvatten som i sin tur genererar strömmar mot vinden på djupare vatten. När vattendjupet är begränsat, utanför Falkenberg omkring 20 meter, påverkas strömmen av bottenfriktion. Vindströmmen i ett instängt område med Kattegatts dimensioner och 20 meter bottendjup har beräknats i en numerisk modell. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 9

Tabell 10. Beräknad ström i skiktet 0 1 meter om vinden blåser 6-8 timmar och vattendjupet är 20 meter). Vindströmmen har beräknats i ett instängt område med Kattegatts dimensioner. återkomsttid riktning från 240 riktning från 270 riktning från 300 riktning från 330 1 år 1,0 m/s 0,9 m/s 0,9 m/s 0,8 m/s 10 år 1,4 m/s 1,3 m/s 1,2 m/s 1,0 m/s 50 år 1,7 m/s 1,6 m/s 1,5 m/s 1,2 m/s 100 år 1,8 m/s 1,7 m/s 1,6 m/s 1,2 m/s Vindar från sydväst ger den kraftigaste ytströmmen även när beräkningen tar hänsyn till Kattegatts kuster och botten. Strömmen blir dock något svagare än i ett beräkningsfall utan begränsningar. 2.4.3 Vindströmmar medelvärdesbildade över hela djupet För beräkning av strömkrafterna på en konstruktion från botten och upp till vattenytan är ytströmmen av mindre intresse. Istället bör man ta hänsyn till medelströmmen i olika vattenlager. Vindströmmen utanför Falkenberg på en position där totaldjupet är 20 meter består ofta av ett lager mellan 0 och 8 meter där strömmen går något till höger om vindens riktning, samt ett lager mellan 8 och 20 meter där strömmen har motsatt riktning. Transporten i de två lagren är i stort sett densamma. Tabell 11. Djupintegrerad ström efter 6-8 timmars blåstid. Vindriktning från 240 grader (mot 60 grader). Vattendjup 20 meter. återkomsttid övre lagret medelhast. mot 110 undre lagret medelhast. mot 280 1 år 0,5 m/s 0,4 m/s 10 år 0,7 m/s 0,5 m/s 50 år 0,9 m/s 0,6 m/s 100 år 1,0 m/s 0,7 m/s 10 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Vindströmmen utanför Falkenberg på en position där totaldjupet är 30 meter består av ett lager mellan 0 och 12 meter där strömmen går något till höger om vindens riktning, samt ett lager mellan 14 och 30 meter där strömmen har motsatt riktning. Tabell 12. Djupintegrerad ström efter 6-8 timmars blåstid. Vindriktning från 240 grader (mot 60 grader). Vattendjup 30 meter. återkomsttid övre lagret medelhast. mot 120 undre lagret medelhast. mot 290 1 år 0,6 m/s 0,3 m/s 10 år 0,8 m/s 0,5 m/s 50 år 1,0 m/s 0,5 m/s 100 år 1,1 m/s 0,6 m/s Genom Öresund och Bälten strömmar Östersjöns överskottsvatten ut som en ytström. Vid västliga eller sydliga vindar blir vattenståndet i sydvästra Östersjön lågt och vatten strömmar in genom Öresund och Bälten. Kraftig utström, som kan ge effekter på strömmen utanför Falkenberg, inträffar då vind från nord eller ost medför högvatten i sydvästra Östersjön eller då högtryck får vattenståndet att sjunka i Kattegatt. Vid dessa vädertyper har vi inte extremt kraftig vinddriven ström utanför Falkenberg. 2.5 Isförhållanden 2.5.1 Isförhållandena utanför Falkenberg Isförhållandena utanför Falkenberg och Varberg är normalt ganska lindriga, mest påverkade av bälten med tunn drivis och tidvis mest öppet vatten. Isläggningen börjar normalt i mitten av januari och det är isfritt från mitten av mars. Perioder med isfritt följs av isläggning på nytt. Under perioden med isläggning bildas nyis vid lugna vindförhållanden men också i samband med svag vind och smul sjö. Sönderbruten tunn is (mindre än 10 centimeter) driver oftast sydväst- eller västerut och växer till i tjocklek i samband med kylan österifrån. Vid dessa situationer packas isen samman och fryser ihop utanför danska kusten eller bildar stora isfält i centrala Kattegat, medan det är öppet vatten eller nyis vid svenska kusten. Nordgående ström, som är vanligast utanför svenska kusten, håller isfältet sönderbrutet i drivisflak. Is från andra områden kan tillfälligt passera utan att orsaka några anmärkningsvärda problem. De svåraste isförhållandena råder i mitten av februari och fram till början av mars då is från danska farvatten eller sydligaste Kattegat bryter upp och börjar driva åt nordost eller norrut mot svenska kusten och vidare norrut till Skagerrak, där isen skingras och smälter. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 11

Milda och kraftiga sydliga eller sydvästliga vindar tränger in västerifrån. Vid dessa tillfällen packas sönderbruten is samman utanför svenska kusten. Isen bildar packisvallar, glidkanter eller stampisvallar 5-10 nautiska mil ut från stranden. Ispress förekommer tillfälligt p.g.a. friska eller hårda vindar (mer än 10 meter per sekund och kraftig nordgående ström, 40-80 centimeter per sekund). Ett typiskt exempel är från den svåra isvintern 1987. I mitten av februari 1987 förkom ett 5-8 nautiska mil brett bälte med kompakt 10-30 centimeter tjock is 3-4 dagar utanför kusten mellan Falkenberg och Halmstad. Vid dess lägen kan isen längst ut i isfältet driva snabbare norrut än isen närmast kusten och en s.k. glidkant bildas. Det medför ett skruvliknande tillstånd. När vind- och strömförhållandena avtar glesnar isen eller skingras och issituationen förbättras. Det mest utsatta området för packisvallar och stampisvallar med tidvis ispress är sydväst om Morups tånge. Då vinden avtar eller ändrar riktning upphör ispressen och isen glesnar och skingras långsamt. En del spridd drivis kan finnas kvar på drift norrut av strömmen och isen blir rutten och smälter undan eller upplöses snabbt genom inträngning av saltare vatten. Enstaka grundstötta vallar eller isbumlingar kan tillfälligt förekomma. Definitioner Vall: En linje eller mur av sönderbruten is tvingad upp av vindpress. Kan vara nyligen bildad eller påverkad av vädret och utjämnad. Stampisvall: En sträng eller smalt bälte av nyis, ung is eller krossis (vanligen 50-1 000 meter bred) bildad vid stranden eller vid en fastiskant. Den är kraftigt sammanpackad av vind, ström och vågor. Normalt en vattenbemängd samling av sammanpackade små isbitar utan anmärkningsvärd topografi på ytan. I mycket grunda områden kan stampisvallen (sammanpackad issörja) nå ner till botten. Stampisvallen skingras oftast med en vindändring eller genom att vågorna minskar i storlek men kan i vissa lägen delvis frysa ihop och bilda s.k. isbumlingar, ibland upp till 1 meter tjocka, av porös is, stöpis. Glidkant: Vid fastiskanten kan drivis utanför glida förbi och bromsas upp av friktionen mot den orörliga fastiskanten, viken i sin tur kan bryta upp i flak och driva ut till sjöss. 2.5.2 Isfrekvens Isstatistik presenteras för området utanför Falkenberg/Varberg från 1931-2005. Data är hämtad från Thorslund (1963) och Westring (1993) samt kompletterad med isdata som årligen publiceras 1991-2005. 12 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Tabell 13. Datum för isläggning och isfritt utanför Falkenberg/Varberg för de vintrar då is förekommit. Första dag någonsin med isbildning Median datum första dag med isbildning Sista dag någonsin med isbildning Första dag någonsin med isfritt efter issäsong 19 december 23 januari 22 februari 2 februari Median datum med isfritt 14 mars Sista dag någonsin med is 8 april Tabell 14. Sannolikhet för isförekomst. sannolikhet för isförekomst [%] datum av all slags is inklusive grova flak datum med is grövre än 15 cm (jämn is alt. flak) 3-15 dec 19 jan 15 mar 20 april 8 16-25 jan 16 feb 9 mar 9 mar 19 26-30 febr 10 mar 8 jan 13 febr 2 mar 12 mar 29 febr 3 mar 11 Några punkter om isförhållanden: Istjockleken är normalt 5-15 centimeter under januari 10-30 centimeter delvis sammanfrusen drivis under februari mitten mars. Hopskjuten is, dvs flak som skjutit upp på varandra kan förekomma och lokalt medföra upp mot 50 centimeter tjocka flak. Sammanfrusen snö- och issörja medför flak, s.k. isbumlingar av porös is. Extremt svåra och långvariga isvintrar har från 1930 förekommit vintern 1940, 1941, 1942, 1947, 1963, 1985, 1986 och 1987. Under perioden 1991 2005 har is av betydelse förekommit utanför Falkenberg och Varberg 1996 (35 dagar) och 2003 (21 dagar). Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 13

Tabell 15. Maximal istjocklek med olika återkomsttid. återkomsttid maximal istjocklek [cm] 5 år 18 10 år 30 50 år 46 100 år 51 Tabell 16. Isläggningsdatum med olika återkomsttid. återkomsttid isläggning [datum] 5 år 03/02 10 år 15/01 50 år 25/12 100 år 19/12 Tabell 17. Islossningsdatum med olika återkomsttid. återkomsttid islossning [datum] 5 år 06/03 10 år 16/03 50 år 31/03 100 år 08/04 14 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

2.5.3 Sammanfattning av karakteristiska värden för isen i området Drivis: 2-10 centimeter tjock jämn is 100-2 000 meter eller sönderbruten is (tallriksis), flakstorlek 2-20 meter. 5-15 centimeter tjocka bälten av sönderbruten is (koncentration 30-60 procent), flakstorlek 5-20 meter. 10-30 centimeter tjock sammanfrusen drivis, flakstorlek 100-2 000 meter. Iskoncentration 60-90 procent. 20-30 centimeter tjock spridd is (iskoncentration 40-60 procent) eller enstaka flak, flakstorlek 10-50 meter. 30-60 centimeter tjocka enstaka isbumlingar, flakstorlek 10-30 meter. Packisvallar: Isflak med tjocklek 5-30 centimeter, flakstorlek 5-20 meter, djup under havsytan 2-4 meter. Stampisvallar, istjocklek 1-20 centimeter, flakstorlek 0,2-2 meter, djup 2-3 meter. Iskvalité: Salthalten varierar i intervallet 15-25 promille. Istemperatur mestadels 0 till -10 grader Celsius. Is av färskvatten (regn/smält snö) kan förekomma på djupet 0-3 centimeter från ytan. 2.5.4 Isens hållfasthet Isens mekaniska egenskaper, för små provvolymer i ett kontinuerligt istäcke, varierar beroende på bildningssätt, salthalt, porositet och temperatur. För större volymer eller ytor kommer även spricksystem och svaghetszoner att spela en avgörande roll för potentiella islaster. Beroende på den fasta konstruktionens kontaktbredd mot isen krävs det ett relativt stort osprucket isflak för att isen ska räknas som sammanhängande. Tillgänglig statistik tyder på att isen som bildas utanför Falkenberg är mycket tunn och att drivisen från danska farvatten är relativt sönderbruten innan den når området. Följande issituationer antas vara kritiska vid beräkning av islaster och har därför studerats: Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 15

A. Fast nyis som bildats på plats Typisk istjocklek: 0,2 m Kristallstruktur: kolumnär 2-8 mm Vattnets salthalt: 0,015 Isens salthalt S i : 0,003-0,006 Isens porositet p: 0,01 Isens temperatur T i : -10 C B: Sammanfrusen drivis med tallriksis som ursprung Typisk istjocklek: 0,3 m Kristallstruktur: frazil/kolumnär 1-10 mm Vattnets salthalt: 0,030 Isens salthalt S i : 0,004-0,007 Isens porositet p: 0,03 Isens temperatur T i : -8 C C: Porös is av sammanfrusen snö- och issörja Typisk istjocklek: 0,5 m Kristallstruktur: granulär/konglomerat Vattnets salthalt S i : 0,015 Isens salthalt: 0,005-0,008 Isens porositet p: 0,05 Isens temperatur T i : -2 C Halten saltlake kan beräknas med hjälp av antagna värden på isens temperatur, salthalt och porositet. Nära isens smältpunkt ökar saltlakevolymen exponentiellt och kan för samtliga istyper (A, B, C) vara så hög som 10 procent vid -2 grader. Sådan varm is har en låg böjhållfasthet (< 0,4 MegaPascal) och tryckhållfasthet (< 1 MegaPascal) men värdena påverkas väsentligt av belastningshastighet. 16 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Tabell 18. Isens hållfasthet. istyp antagen halt av saltlake porositet + saltlake böjhållfasth et 1 [MPa] tryckhållfasthet 2 [MPa] A 0,02 0,03 0,5 3,0 B 0,03 0,06 0,3 2,0 C 0,10 0,15 0,2 0,8 1 Förväntat värde vid böjning av en balk utskuren ur istäcket 2 Förväntad tryckhållfasthet för små provkroppar som belastas hastigt vinkelrät mot frysriktningen (horisontellt) 2.6 Ström - och vågpåverkan orsakad av de planerade tornfundamenten 2.6.1 Påverkan på strömförhållanden Typiska och extrema strömförhållanden har behandlats tidigare i denna rapport. Studier av påverkan på strömmen från samtliga tornfundament och en transformatorstation har genomförts för bedömda medelförhållanden av ström, salthalt och temperatur. Två typer av fundament har studerats, ett med cylindrisk form med diametern 6-8 meter och ett med cirkulärt tvärsnitt med diametern 8 meter vid ytan och diametern 30 meter vid botten. Den senare typen är ett s.k. gravitationsfundament. Den situation som har valts är en kustparallell ström med hastigheten 0,5 meter per sekund, avtagande vid botten enligt en logaritmisk fördelning. Salthalt- och temperatur har satts lika från ytan till botten. Analysen är genomförd med en tredimensionell numerisk beräkningsmodell, Phoenics, som används regelbundet för olika typer av simuleringar av cirkulationen i havsområden. Modellen arbetar i ett tredimensionellt beräkningsnät som i det här fallet har en längd på 10 000 meter och en bredd på 7 000 meter. Beräkningarna är genomförda för fundament som står på djupet 18-30 meter. Nätets dimensioner är valda så att effekter av tornfundamenten (virvelbildning etc.) skall kunna utvecklas ostört inom nätet. Effekterna av fundamenten har parametriserats vilket innebär att den detaljerade strömbilden runt varje fundament inte har lösts upp i detalj. Inverkan av tornfundamenten bedöms bli densamma för områdena sydväst och syd om Skottarevet med fundamenten förlagda inom en romb. Däremot kan man eventuellt vänta sig någon skillnad mellan lösningen med fundament förlagda inom en romb och fundament inom en triangel med avklippta hörn. Beräkningar har därför Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 17

genomförts för dessa två lösningar för området sydväst om Skottarevet. För tekniska detaljer och lokaliseringsförslagens utseende hänvisas till sökandens beskrivningar. De genomförda beräkningarna visar att för båda lösningarna kommer medelströmmen förbi 30 cylindriska tornfundament och en transformatorstation att sänkas ca. 6 procent. Om gravitationsfundament väljs visar beräkningarna på en bedömd sänkning av medelströmmen på ca 12 procent. Bakom varje tornfundament kommer normalt en virvelgata att utvecklas. Inom denna fås lokala ökningar av hastighet och turbulens. Beräkningar med den tredimensionella modellen Phoenics detaljerat för enbart ett fundament visar att virvelgatan har klingat av tydligt i storleksordningen 100 meter från konstruktionen vid en medelhastighet på 0,7-0,8 meter per sekund i havet, en hög hastighet enligt tidigare kapitel om strömmar. Enligt beräkningarna kan hastigheten i virvlarna bli upp till 40 procent högre än i den omgivande vattenmassan. 2.6.2 Påverkan på vågklimatet Tornfundamenten blockerar vågorna dels genom att de reflekteras mot fundamentet varvid vågenergin bevaras men riktningen ändras, dels genom att vågorna bryts vid fundamentet varvid vågenergin går förlorad. Den vågblockerande effekten är i princip oberoende av vågornas längd och höjd. Vi tar hänsyn till fundamentens vågblockerande verkan i beräkningen nedan. En annan mekanism som har betydelse är vågböjning (diffraktion). Vågböjningen blockerar inte vågenergin men den sprider den i viss mån och får den därigenom att ändra riktning. Vågböjningen beror starkt på våglängden och i något mindre mån på våghöjden. Av dessa två mekanismer, vågblockering och vågböjning, är den sistnämnda av underordnad betydelse i detta sammanhang och vi försummar den därför. Med det arrangemang av fundament som planeras kan vågorna som mest blockeras på en sträcka som är lika med fundamentens sammanlagda bredd. I det fall då de är räta cylindrar är denna sträcka enkel att bestämma, medan i det fall då fundamenten är koniska blir något mer komplicerat. I det senare fallet har vi gjort en enkel uppskattning genom att ta ett värde mellan bredden vid basen och spetsen. Parkens utsträckning är ungefär 4 kilometer. Med trettio fundament (räta cylindrar) à 8 meters bredd kommer cirka 6 procent av vågenergin att blockeras. Detta minskar våghöjden med 3 procent jämförd med förhållanden utan fundament. Våghöjden motsvarar i detta fall 97 procent av den höjd som uppnås i det ostörda fallet. Med trettio koniska fundament 8 meter breda i spetsen och trettio meter vid basen sätter vi den blockerande bredden till 15 meter. Vågenergiminskningen blir då 11 procent vilket minskar våghöjden till 94 procent av den höjd som uppnås i det ostörda fallet. Beräkningen har gjorts genom att de båda blockeringsfaktorer som beräknats ovan tillämpas på en linje lika bred som de planerade vindkraftsparkerna. Linjen är orienterad parallellt med stranden. I princip innebär det att vi tänker oss alla verken placerade på denna linje. I verkligheten står verken inte på en linje utan på olika avstånd från stranden men för beräkningen har detta inte någon betydelse. Den största blockeringseffekten av vindkraftsparken fås då den sträcka som vågorna skall färdas mellan parken och stranden är som kortast, alltså vid sydvästlig vind. Denna 18 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

vindriktning är även den vanligaste. Vi har valt att studera vågblockeringen vid en sydvästlig vind på 12 meter per sekund. Resultatet gäller för denna mycket vanliga situation men, eftersom vi anger det i relativa tal, det vill säga i förhållande till fallet utan vindkraftspark, gäller resultatet ungefärligt även för andra vindstyrkor. Som antytts ovan så är fallet med sydvästlig vind även det fall där påverkan på vågorna är som störst; i alla andra fall är påverkan mindre. Vi anger resultaten dels som förändrad signifikant våghöjd, dels som förändrad maximal vattenhastighet vid bottnen. Det senare är avgörande för huruvida kustskapande processer som erosion eller deposition kan påverkas. Figur 4. Minskningen av den signifikanta våghöjden vid en blockering av 30 fundament à 8 meters effektiv bredd. Den röda linjen är strandkonturen. (Denna har en felaktig form innanför strandlinjen till följd av digitaliseringen av sjökortet men detta har ingen betydelse för resultatet.) De vita linjerna är djupkonturer för var femte meter. Färgen visar minskningen i procent; mörkblått innebär ingen förändring, 0 procent, ljusblått anger en minskning med 3 procent. Inne vid stranden på 5-10 meters djup är minskningen runt 1 procent. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 19

Figur 5. Minskningen av den signifikanta våghöjden vid en blockering av 30 fundament à 15 meters effektiv bredd. Inne vid stranden på 5-10 meters djup är minskningen knappt 2 procent. Övriga förklaringar se Figur 4. 20 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Figur 6. Minskningen av den våginducerade vattenhastigheten vid botten vid en blockering av 30 fundament à 8 meters effektiv bredd. Inne vid stranden på 5-10 meters djup är minskningen runt 1 procent. Övriga förklaringar se Figur 4. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 21

Figur 7. Minskningen av den våginducerade vattenhastigheten vid botten vid en blockering av 30 fundament à 15 meters effektiv bredd. Inne vid stranden på 5-10 meters djup är minskningen runt 2 procent. Övriga förklaringar se Figur 4. 22 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

3 Referenser Cook N J, 1985. The designer s guide to wind loading structures, part 1. Building Research Establishment, Garston, UK Csanady G.T. 1984. Circulation in the Coastal Ocean. Riedel Publishing Company. Ekman V.W. 1905. On the influence of the earth s rotation on ocean-currents. Arkiv för matematik, astronomi och fysik. Band 2: No.11 1905. Reprinted by K. Svenska Vetenskapsakademin 1963. J. T. Houghton, et al. (Eds.) 2001. Climate Change 2001: The Scientific Basis Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge University Press, Cambridge, 2001. Mann J. et al, 2000. WAsP Engineering DK, Risoe National Laboratory, Roskilde, Denmark. May 2000. Meier H.E.M., et al. 2004. Simulated sea level in past and future climates of the Baltic Sea. Climate Research vol. 27. Svansson A. 1975. Physical and chemical oceanography of the Skagerrak and Kattegat. 1. Open sea conditions. Fishery Board of Sweden. Ser. Hydrografi rep. no. 1. Thorslund B. 1966 Isförhållanden i svenska farvatten under normalperioden 1931-1960. Serie Meteorologi nr 13. Westring G. 1993 Isförhållanden i svenska farvatten under normalperioden 1961-1990. SMHI Oceanografi nr 59. Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet 23

24 Nr. 2005-65 SMHI - Design- och MKB-underlag för Skottarevet

Denna sida är avsiktligt blank

Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut 601 76 NORRKÖPING Tel 011-495 80 00 Fax 011-495 80 01