Skred i magasin: Test av Hellers beregningsmetode for estimering av skredgenererte impulsbølger mot forsøk i skalert modell med norske forhold.

Abstract

I denne masteroppgaven er det sett på muligheten for bruk av Hellers beregningsmetode for skredgenererte impulsbølger under typisk norske forhold. Dette gjøres ved å sammenligne overtoppet volum funnet i beregningsmetoden med volum funnet under skredforsøk i skalert modell av Viddalsmagasinet. Oppgaven er en del av prosjektet "Skred i magasin" som blir gjennomført på bestilling av NVE med mål om å kunne bestemme sikre fribordshøyder på dammer ved skredutsatte magasin i Norge. Hellers beregningsmetode estimerer skredgenererte impulsbølger og følgende bølgeforplantning, bølgeoppskylling, og overtopping av og kraftoverføring på dam. Styrken til metoden ligger i at den gjennomføres med kun 15 lett målbare parametere som beskriver skred og magasin. Bølgeforplantningen kan beregnes både i 2D og 3D. Det finnes også en fremgangsmåte for beregning rundt svinger i magasinet ved en 3D/2D kombinasjon. Metoden går over to steg, hvor steg 1 bruker generelle formler for estimering under ideelle forhold (rettvinklet magasin/basseng). Steg 2 tar for seg andre påvirkende faktorer individuelt for hvert tilfelle. Dette gjøres ved å øke en av parameterne etter metoder anbefalt. Metoden har strenge krav til parametergrenser for hvert beregningsledd. Da den er basert på forsøk med mindre parameter variasjon. Den skalerte modellen er 21 m lang og omfatter 2 større svinger. Målingene ble hovedsakelig gjort i det rette 6m lange området mellom skredrampen og dammen. Skredets hastighet ble målt ved rampen, overtoppingen ble funnet i målebøtter nedstrøms dammen og bølgehøyden over damkronen ble målt med laser. 10 stk bølgesensorer ble brukt for å finne bølgeforplantningen i magasinet. Vannivået ble holdt likt under alle forsøkene.Totalt ble det kjørt forsøk på 12 forskjellige skredsenarioer fordelt på 7 forskjellige skredstørrelser, hvorav 5 var blokkskred og 2 var løsmasseskred. Flere fremgangsmåter ble testet for beregningsmetoden. Her ble det funnet at ren 3D forplantning med en økning av oppskyllingshøyden i steg 2 fungerte best. Selv med bruk av den beste fremgangsmåten var det store avvik mellom målt og beregnet overtopping. Beregningsmetoden overestimerte overtoppingen kraftig for 5 av senarioene og underestimerte for 5 andre senarioer. Kun 2 av 12 skredsenarioer hadde tilfredsstillende avvik. Begge senarioene var løsmasseskred. Flere parametere ble etterforsket for å finne ut hvorfor beregningsmetoden hadde store avvik mellom målt og estimert overtopping. Det ble funnet at parametergrensene for beregning av overtopping var brutt i alle skredsenarioene, noe som forklarer avvikene. Det ble også funnet at for 4 skredsenarioer var parametergrensene overholdt for beregning av bølgeoppskylling. Estimert bølgeoppskylling ble derfor sammenlignet med en antatt minste oppskyllingshøyde satt lik fribordshøyden + bølgehøyden over damkronen. For senarioene hvor parameterkravene var overholdt estimerte metoden bølgeoppskyllingen godt.Oppgaven konkluderer med at Hellers beregningsmetode ikke kan benyttes for bestemmelse av sikre fribordshøyder på dammer ved skredutsatte magasin med norske forhold. Parametergrensene satt i metoden er for små til å ta høyde for variasjonene som finnes i norske fjellmagasin. Metoden presterer derimot godt innen de gitte rammer. For videre arbeid med "Skred i magasin" anbefales det å utvikle en ny metode basert på forsøk med større variasjon i parametere. Det anbefales videre å konsentrere seg om estimering av bølgeoppskylling da dette er viktigst med tanke på sikre fribord.