Variationer i kystprofilet

Transkript

1 Variationer i kystprofilet

2 Projekt Variationer i kystprofilet Startdato: September 2002 Slutdato: December 2005 Projektgruppe: Projektansvarlig (PA): Projektleder (PL): Projektmedarbejdere (PM): Per Sørensen Søren Bjerre Knudsen Holger Toxvig Madsen Irene Andersen Timeregistrering Kontering Godkendt af Nøgleord Sandbølger, Revler, Sedimenttransport, Satellitfotos, Radar Distribution Internt, Transport- og Energiministeriet, Det Kongelige bibliotek Gr

3 Variationer i kystprofilet December 2005

4 INDHOLD Tegningsliste Referenceliste 1 Indledning Resumé og anbefalinger Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet Indledning Satellitfotos Satellitter og udbydere af satellitfotos Erfaringer fra anvendelsen af satellitfotos Flyfotos Radar Generelle oplysninger Egne erfaringer med anvendelse af radar Sidescan Sediment trend analyse D-afbilning Revleanalyse på grundlag af de opmålte lokalbathymetrier Revleanalyse på grundlag af vestkystopmålingerne Sedimenttransport i den ydre del af kystprofilet Resumé Indledning Beskrivelse af monitoreringsprogrammet Indholdsfortegnelse

5 Bølge- og strømforhold Morfologisk beskrivelse af sandbølgerne Analyser på grundlag af geologisk information Sedimenttransporten i det monitorerede område Anvendelse af resultaterne Konklusioner Referencer Nye resultater vedrørende den ydre del af profilet Indledning Overblik over sandbølgerne på den centrale del af Vestkysten Fodringssandets kornstørrelse Husby-strækningen (Naturligt referenceområde) Indledning Bølge- og strømforhold Bathymetrier Revleanalyse Radarbilleder Satellitfotos Sidescan Sandprøver inkl. sediment trend analyser Indledning Visuel bedømmelse af prøverne Sediment trend analyse Kystlinjebugtninger D-analyse Numerisk modellering Sammenfatning af analyseresultaterne i en hypotese Søndervig Indledning Den historiske kystudvikling De senere års kystudvikling Indholdsfortegnelse

6 7.3 Tolkning af observationerne Praktisk anvendelse af erfaringerne fra Søndervig Skagen Indledning Variationen i kystlinjens beliggenhed Ind- og udbugtninger på kystlinjen Planlægning af en analyse af en kystfodring Andre strækninger på Vestkysten Indledning Sdr. Holmsland Tange Indledning Analysemetode Blåvands Huk Fjaltring (Nourtec) Indledning Sediment trend analysen under Nourtec-projektet Tracerforsøget under Nourtec Havneindsejlinger Indledning Thorsminde Indledning Sammenhæng mellem oprensning og revlestrukturen Hypotese for sammenhængen mellem oprensning og revlestruktur Fastlæggelse af revlestrukturen nord for Thorsminde Forsøg på forudsigelse af revlestrukturen ud for Thorsminde Hvide Sande Indledning Sammenhæng mellem oprensningsmængden og fysiske påvirkninger samt revler Hypotese for sammenhæng mellem oprensning og revlestruktur Indholdsfortegnelse

7 TEGNINGER Nr. Titel 5.1 Sandbølgekort 5.2 Geologien under mobilt sand 6.1 Differensplan mellem første og sidste opmåling Differensplan svarende til det første år A Husby - strækningen De målte profiler i langsgående linie (forskellige farver) 6.3 B Husby - strækningen De målte profiler i langsgående linie (3 farver) 6.4 Revlehullets placering bestemt ud fra radarbilleder af brydende bølger 6.5 Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Husby - strækningen Lokalpejling Søndervig-strækningen satellitfotos og Søndervig-strækningen satellitfotos og Søndervig-strækningen satellitfotos og Søndervig-strækningen satellitfotos og Søndervig-strækningen satellitfotos Sdr. Holmsland Tange - SIC-forsøg Kystlinie 2000 og 2005 ud fra satellitfotos 9.2 Sdr. Holmsland Tange - SIC-forsøg Kystlinie 2000 og 2002 ud fra satellitfotos Tegningsliste

8 9.3 Sdr. Holmsland Tange - SIC-forsøg Kystlinie 2002 og 2004 ud fra satellitfotos 9.4 Sdr. Holmsland Tange - SIC-forsøg Kystlinie 2004 og 2005 ud fra satellitfotos 9.5 Sdr. Holmsland Tange - SIC-forsøg Målt kystlinie under forsøget 9.6 Blåvands Huk Bathymetri fra 1969 samt enkelt linie fra 2005 Tegningsliste

9 REFERENCER Bell P.S. and Thorne P.D. (2001). Application of X-band Radar and Acoustic Measurements for Surfzone Hydro and Mopho-dynamics. Borge J.C.N., Reichert K., Dittmer J. and Rosenthal W. (1998). WaMoS II: A Wave and Current Monitoring System. Proceedings of the COST 714 conference, 1998, Paris. Calkoen C.J., Hesselsmans H.F.M., Wensink G.J. and Vogelzang J. (2001). The Bathymetry Assessment System: Efficient Depth Mapping in Shallow Seas Using Radar Images. International Journal of Remote Sensing, 2001, Vol. 22, No. 15, Danish Coastal Authority (1997). Nourtec Thorsminde Tange. Synthesis Report 96. DHI Institut for Vand og Miljø (2005). Sedimenttransport omkring revlesystemer. GeoSea Consulting Ltd. (2005). An Analysis of Grain-Size Data Sets from the West Coast of Denmark. GEUS (1999). Geologisk kortlægning af Vestkysten. Regionalgeologisk tolkning af kystzonen mellem Lodbjerg og Nymindegab. GEUS (2001). Geologisk kortlægning af Vestkysten. En vurdering af aflejringsforholdene i området mellem Nymindegab og Horns Rev. Hersen P. (2004). Flow effect on the morphology and dynamics of barchan dunes. 2 nd international workshop on Marine Sandwave and River Dune Dynamics. Enschede, The Netherlands, Kystinspektoratet (1991). Vestkysten 90. Kystinspektoratet (1999). Sedimentanalyse Vestkysten Kystinspektoratet (2000). Skagen 99 evaluering og fremskrivning. Kystdirektoratet (2001a). Sedimentomsætning offshore. Kystdirektoratet (2001b). Naturligt referenceområde. Referencer

10 Kystdirektoratet (2001c). Sedimentbudget Vestkysten. Kystdirektoratet (2005). Fodringseffektivitet. Larsen B. (2003). Blåvands Huk Horns Rev området et nyt Skagen? Nyt fra GEUS. Nr. 4, OceanWaves GMBH (2004). High Resolution Current and Depth Estimation Husby, Denmark. Olsen H.A. (1985). Analyse af den morfologiske udvikling på strandplanet ud for Thorsminde Havn. Quester Tangent (2004). Acoustic Seabed Classification. Report on Classification of Reson 8101 Multibeam Data and Edgetech Sidescan Sonar Data. Rijkswaterstaat RIKZ (1997). NOURTEC Final Report Ruessink B.G., Bell P.S., van Enckevort I.M.J. and Aarninkhof S.G.J. (2001). Nearshore Bar Crest Position Derived From Remote Sensing Techniques. Ruessink B.G., Bell P.S., van Enckevort I.M.J. and Aarninkhof S.G.J. (2001). Nearshore Bar Crest Location Quantified from Time-averaged X-band Radar Images. Coastal Engineering 45 (2002) Referencer

11 AFSNIT 1 Indledning Det er under storm, at de gennemførte kystbeskyttelsesarbejder skal stå deres prøve. Et godt mål for en storms virkning på Vestkysten er størrelsen af skrænterosionen. Det er en almindelig erfaring, at når skrænttilbagerykningen gøres op efter en storm, er der stor variation i tallene. Hvis den gennemsnitlige skrænttilbagerykning er 1-2 m, er der ofte et sted, hvor tilbagerykningen har været måske 20 m. Det bedste eksempel fra nyere tid er fra stormen den 6. november Stormen, der på grundlag af de registrerede vandstande, blev kategoriseret som en 10 års storm, bevirkede en skrænttilbagerykning ved Nygård Dige vest for Harboøre på ca. 60 m. Skrænttilbagerykningen på den øvrige del af strækningen Lodbjerg Nymindegab var helt ordinær. Et helt aktuelt eksempel oplevede man under orkanen den 8. januar Hvor den gennemsnitlige skrænttilbagerykning på strækningen Lodbjerg Nymindegab var ca. 3 m, var tilbagerykningen ved Søndervig ca. 25 m. Det er karakteristisk for disse strækninger med særlig stor erosion, at man ikke på forhånd opfattede dem som særligt udsatte. Det har heller ikke efter stormene været muligt at finde forklaringen på, hvorfor en bestemt strækning blev særligt hårdt ramt. Den mest anvendte forklaring har været, at det var et revlehul, der var årsagen. Forklaringen er imidlertid kun en hypotese, der har været vanskelig at få verificeret på grund af manglende opmålinger af revlesystemet umiddelbart før og efter stormen. Det er klart, at det for Kystdirektoratet som ansvarlig for kystbeskyttelsen på strækningen Lodbjerg Nymindegab er af stor værdi at kende forklaringen på disse lokale kraftige angreb på kysten. Med en forståelse af sammenhængen vil der være mulighed for at forudse, hvor det næste angreb kommer, og dermed vil der i bedste fald være mulighed for at forebygge stormens erosion i klit eller skrænt f.eks. ved en forøget fodringsindsats. Indledning 4

12 I det foreliggende projekt har hovedformålet været at udvikle en metode, så man er i stand til at forudsige disse lokale angreb på kysten. Parallelt hermed er der arbejdet med muligheden for at forudsige pludselig tilsanding af indsejlingerne til Thorsminde og Hvide Sande. De to formål er koblet sammen, idet det er detaljeret kendskab til revlestrukturen, der er grundlaget for begge forudsigelsesmetoder. Den model, der er udviklet i tilknytning til de to hovedformål, gør det også muligt at forudsige de kystlinjebugtninger, der overlejrer de variationer, der skyldes de direkte bølgepåvirkninger. Denne viden vil bl.a. kunne udnyttes i forbindelse med planlægning og gennemførelse af forsøg med f.eks. kystfodring. Projektet tager afsæt i Kystdirektoratets projekt»sedimentomsætning offshore«, der blev afsluttet i I dette projekt blev der især fokuseret på sedimenttransporten i den ydre del af profilet i form af de op til 5 m høje sandbølger, der bevæger sig nordpå og samtidig indad mod kysten. I det foreliggende projekt opdateres dokumentationen for sandbølgerne på grundlag af de opmålinger, der er udført siden afslutningen af ovennævnte projekt. Hovedindsatsen ligger imidlertid på analysen af revlesystemet. Sandbølgernes og revlesystemets bevægelser giver anledning til hvert sit system af bugtninger på kystlinjen, der bedst kan beskrives som harmoniske svingninger. Bugtningerne, der hænger sammen med sandbølgerne, vandrer mod nord, medens de kystlinjebugtninger, der hænger sammen med revlesystemet, bevæger sig i samme retning som revlesystemet. Da revlesystemet bevæger sig svarende til nettosedimenttransporten, gælder det samme også for disse kystlinjebugtninger. De vandrer altså mod syd syd for Langerhuse og mod nord nord for Agger. På den mellemliggende strækning er retningen mod Thyborøn Kanal. Det har været et sideordnet formål med projektet at undersøge og beskrive en række af de metoder til monitorering af kystlinjen og revlesystemet, der er blevet praktisk anvendelige inden for de senere år. Det drejer sig om satellitfotografering, radarmålinger, sidescanning og avancerede sediment trend analyser. Under projektet er disse monitoreringsværktøjer anvendt i analyserne, så der er opnået en god erfaring med anvendelsen af dem i praksis. Der er også gennemført en numerisk modellering af et område med henblik på at udbygge forståelsen af sammenhængen mellem påvirkning og udvikling. Projektet er gennemført i perioden , og det indgår i Kystdirektoratets udviklingsprogram KUP for perioden Indledning 5

13 AFSNIT 2 Resumé og anbefalinger Anvendte monitorerings- og analysemetoder Rapporten indledes med en gennemgang af de monitorerings- og analysemetoder, der er anvendt i projektet. Det drejer sig om satellitfotos, flyfotos, radar, sidescan, sediment trend analyser og 3D-analyser. Gennemgangen er holdt på et overordnet niveau med fokus på, hvad metoderne kan bruges til, og hvordan man kommer i gang. Afsnittet giver et grundlag for at kunne vurdere, om den pågældende metode kan bruges i forbindelse med en konkret kystteknisk opgave. Resumé af Sedimentomsætning offshore Da projektet tager afsæt i Kystdirektoratets projekt»sedimentomsætning offshore«fra 2001, er et resumé af dette projekt medtaget i afsnit 4 i form af en oversættelse af det paper, der blev præsenteret på»the 28 th International Conference on Coastal Engineering«i Cardiff i I projektet blev det dokumenteret, at profilerosionen fortsætter ud til mindst 20 m dybde, og at det eroderede sand transporteres skråt ind mod kysten. Uden for 10 m dybde skyldes transporten hovedsagelig den kombinerede virkning af bølger og kyststrøm. Erosionen og sedimenttransporten fører til dannelse af op til 5 m høje sandbølger, der bevæger sig nordpå med en indadrettet komposant. Nye resultater vedrørende den ydre del af profilet I afsnit 5 præsenteres nye resultater vedrørende den ydre del af profilet. Det er sådan, at der siden 1995 er blevet gennemført opmålinger i langsgående linjer uden for m dybde. Fra 1999 blev denne form for opmåling en del af vestkystopmålingen på strækningen Lodbjerg Nymindegab, idet den erstattede den yderste del af de traditionelle opmålinger i vestkystlinjerne. På nuværende tidspunkt er hele strækningen opmålt to gange, idet der dog er forskel på antallet af linjer. For hver linje er de to opmålinger sammenholdt, og sandbølgernes højde og vandringshastighed er bestemt og præsenteret på tegn. nr Det fremgår, at der især er sandbølger ud for Limfjordstanger- Resumé og anbefalinger 6

14 ne, strækningen Bovbjerg Husby samt Sdr. Holmsland Tange. Højden er størst mellem 15 og 20 m dybde og aftager både indad og udad. Hvor der ikke er sandbølger, er det fordi, der ikke er sand i den uforstyrrede bund. Beregninger viser nemlig, at sandbølger, der vandrer ind over lerbund, kun når ca. 1 km ind, inden de går i opløsning på grund af indadrettet sedimenttransport. Under projektet er der gjort den opdagelse, at ethvert område af bunden har et karakteristisk A/E-forhold, der afspejler både sammensætningen af den uforstyrrede bund og tværtransportens størrelse. A er aflejring, og E er erosion, jfr. fig. 2.1, og begge størrelser fremkommer ved en mængdeberegning mellem to opmålinger. Hvis man i første omgang ser bort fra mængdetabet fra området, vil A/E = 0, hvis der er lerbund, og A/E = 1, hvis den uforstyrrede bund består af sand eller grus. Hvis der indgår både sand og ler i den uforstyrrede bund, vil A/E have en værdi mellem 0 og 1, som kan beregnes ud fra kendskab til sandbølgerne i området. Når mængdetabet indad i profilet indregnes, vil A/E få en mindre værdi, men forholdet vil stadig være en konstant for det pågældende område. Bevægelsesretning Erosion (E) Aflejring (A) Fig. 2.1 Definition af A/E-forholdet A/E-forholdet kan anvendes til at fastlægge forholdet mellem sand og ler i den uforstyrrede bund på grundlag af f.eks. to bathymetriske opmålinger, forudsat at disse er uden ensidige målefejl. En endnu mere interessant anvendelse er til fastlæggelse af størrelsen af den ensidige fejl på den enkelte opmåling i et område. Fejlen på opmålingen beregnes som den forskydning, der skal til, for at A/E i forhold til foregående og efterfølgende opmåling er identisk med områdets A/E. Metoden er anvendt med succes på de 19 bathymetriske opmålinger af Naturligt referenceområde ved Husby. Afsnit 5 afsluttes med omtale af en bestemmelse af fodringssandets kornstørrelse samt kornstørrelsen for det naturlige sand inden for 6 m dybde. Undersøgelsen er gennemført ved databasetræk og viser, at fodringssandets gennemsnitskornstørrelse er 0,47 mm, medens det naturlige sand har en gennemsnitskornstørrelse på 1,95 mm, når fraktionen over 2 mm medtages. Resumé og anbefalinger 7

15 Husby-strækningen Afsnit 6 er helliget en detaljeret behandling af data fra den naturlige referencestrækning ved Husby. Betegnelsen refererer til, at der på den 3 km lange strækning aldrig er udført nogen form for kystbeskyttelse. Siden 1999 er strækningen opmålt 2-4 gange om året, således at der foreligger 19 bathymetrier, der udgør en enestående dokumentation for udviklingen i området. I forbindelse med analysen af området er der fundet en forklaring på, hvorfor Kystdirektoratets bølgedata viser svag repræsentation af bølgeretninger fra VSV og V, selvom vinden ikke har en tilsvarende retningsfordeling. Forklaringen er knyttet til, at der for en given 20 minutters bølgeregistrering anvendes den såkaldte peak wave direction som bølgeretning. Hvis mean wave direction anvendes i stedet, får man en mere troværdig retningsfordeling. Det anbefales derfor, at Kystdirektoratet fremover også beregner mean wave direction for de registrerede bølgedata, så muligheden for at anvende denne retning er til stede. Ved analyse af den ydre del af bathymetrierne på strækningen ser man de forventede sandbølgebevægelser mod nord. Et godt eksempel er vist på tegn. nr. 6.3, hvor de 19 opmålte profiler i en langsgående linje er tegnet sammen. Analysen af den gennemførte sidescan opmåling af området bekræftes af oplysningerne om sandbølgerne og de indsamlede bundprøver. Kystdirektoratets egen sidescanner kan skelne mellem ler og sand/grus, og det anbefales derfor, at der fremover ved opmåling i de kystparallelle vestkystlinjer også udføres sidescan. Hovedindsatsen har ligget på en detaljeret analyse af revle- og kystlinjeudviklingen på strækningen. Grundlaget har været de 19 bathymetrier behandlet på en sådan måde, at revlen fremstår tydeligt, samt 11 satellitfotos fra den samme periode. Midlede radarbilleder, hvor bølgebrydningen aftegner revlesystemet, har også været anvendt. Der har endvidere været gennemført en sediment trend analyse. Metoden bygger på, at sedimenterne på bunden sorteres under transporten, således at kendskab til kornstørrelsesfordelingen for et stort antal bundprøver, kan anvendes til at fastlægge transportretningen. Sediment trend analysen viser, at der er sedimenttransport udefra og ind mod revlen. Endelig er der også udført en numerisk modellering af området. Opgaven er udført af DHI Institut for Vand og Miljø. Resultaterne fra projektet»sedimentomsætning offshore«og det foreliggende projekt er sammenfattet i følgende hypotese for sammenhængen mellem den ydre del af profilet, revleudviklingen og kystlinjezonen: Kysten rykker tilbage som et ligevægtsprofil ud til mindst 25 m dybde. Sandet transporteres ind mod kysten, og uden for ca. 10 m dybde skyldes transporten hovedsagelig den kombinerede virkning af bølger og strøm. Når kyststrømmen og bølgerne går i samme retning, er der indadrettet transport og udadrettet transport, når kyststrømmen og Resumé og anbefalinger 8

16 bølgerne er modsatrettede. Det er imidlertid den førstnævnte situation, der er langt den hyppigste, og derfor er nettotransporten indadrettet. Inden for 10 m dybde begynder skævheden af bølgernes orbitalbevægelser også at spille en rolle for den indadrettede transport, der fortsætter ind til inderste revle. Hvis der er rigeligt med sand til stede, fortsætter den indadrettede transport helt ind til kystlinjen. Sedimenttransporten sker via et system af sandbølger på bunden. De ca m lange og op til 5 m høje sandbølger vandrer nordpå med en indadrettet komposant. Der eroderes i den uforstyrrede bund i sandbølgedalene, og dette materiale sammen med eroderet materiale fra sandbølgernes sydside føres i gennemsnit 7 bølgelængder frem, inden det aflejres. Sandbølgerne er tydeligst uden for ca. 14 m dybde. Længere inde viskes de ud af bølgerne, og derfor er der næsten ingen tegn på sandbølger på 8-10 m dybde. Denne del af profilet fremstår derfor roligt, og det er baggrunden for den gamle teori om en såkaldt closure depth. Når bølgerne bryder, sendes store vandmængder ind over revlen og op på stranden. Vandet løber tilbage og samles i revletruget, hvor strømretningen svarer til bølgeindfaldsretningens kystparallelle komposant. Når der er et svagt punkt i revlen, strømmer det opstuvede vand ud igen. Afstanden mellem disse revlehuller er typisk 5 km. Revlen består således af ca. 5 km lange segmenter, der får en måneform, idet begge ender er drejet indad mod kystlinjen. Med den fremherskende bølgeretning og sydgående langs transport vil det enkelte revlesegment være svagt mod nord og stærkt mod syd. Hvor revlen er svag, er der lille langstransport på revlen. Til gengæld forøges transportkapaciteten ved kystlinjen, og der sker tilbagerykning her. På en stærk revle er der stor langstransport og lille transportkapacitet ved kystlinjen og derfor kystlinjefremrykning, jfr. fig Bølgeretning Svag revle Lille bølgegenereret transport Svag strømtransport Stærk strømtransport Kraftig revle Stor bølgegenereret transport Lille bølgegenereret transport Fig. 2.2 Pricipskitse af sammenhængen mellem revlestrukturen og kystlinjebugtningerne Resumé og anbefalinger 9

17 På denne figur ser man også virkningen af udstrømningen fra revletruget. Lige før revlehullet er strømmen i truget meget stærk, og det medfører erosion og lokal kystlinjetilbagerykning. Når strømmen kommer fri af revlen, falder strømhastigheden, og en del af det transporterede sand aflejres. Derved fremkommer den karakteristiske udbugtning på kystlinjen, som kan ses på mange satellitfotos. Revlesegmenterne vandrer svarende til langstransportretningen, og da det er revlestrukturen, der er årsag til kystlinjebugtningerne, følger bugtningerne med. Under storm med høj vandstand vil skrænterosionen være størst, hvor stranden er lav og smal. Det vil være tilfældet, hvor der er en kystlinjeindbugtning. Da det er muligt at følge indbugtningerne, kan man forudsige, hvor der kan opstå ekstraordinær stor skrænterosion i tilfælde af storm. Det vil derfor være muligt at forebygge situationen ved hjælp af kystfodring. Søndervig Den udviklede hypotese/forståelse er i afsnit 7 anvendt på strækningen ud for Søndervig, hvor der var m skrænttilbagerykning under orkanen den 8. januar På satellitfotos fra 1998 til sommeren 2005 kan man følge en kystlinjeindbugtning. Vandringshastigheden er ca. 400 m/år mod syd, og indbugtningens dybeste punkt var beliggende umiddelbart nord for Badevej under orkanen. Der er ingen tvivl om, at kystlinjeindbugtningen sammen med den tilhørende revlestruktur er en del af årsagen til den store skrænterosion. En medvirkende årsag er også det forhold, at skrænttilbagerykningen de sidste ca. 15 år har været langt mindre end kystlinjetilbagerykningen. Da skrænttilbagerykningen kun sker i situationer med høj vandstand og store bølger, medens tilbagerykningen af profilet uden for kystlinjen sker mere jævnt, kan der ske det, at skrænttilbagerykningen kommer»bagefter«. Denne manglende ligevægt i profilet genskabes så under en storm. På grundlag af erfaringerne fra Søndervig anbefales følgende procedure indført: Der holdes øje med kystlinjeindbugtninger på kysten. Da de normalt udvikles over et stykke tid og i øvrigt bevæger sig med nogenlunde konstant hastighed, er det en overkommelig opgave især med den nuværende mulighed for at rekvirere satellitfotos af god kvalitet til en fornuftig pris. Ved analyse af de opmålte kystprofiler skal der holdes øje med, om skrænttilbagerykningen er bagefter tilbagerykningen i den øvrige del af profilet. Hvis det er tilfældet, er der grundlag for en større skrænterosion, end man umiddelbart skulle forvente. For Fællesaftalestrækningen anbefales det, at lade ovennævnte punkter indgå i forarbejdet til den årlige Handlingsplan. Hvis der er risiko for ekstraordinær stor erosion, vil problemet i de fleste tilfælde kunne afhjælpes med fodring, især hvis fodringen igangsættes i god tid. Resumé og anbefalinger 10

18 Skagen I afsnit 8 er en strækning ved Gl. Skagen behandlet. På grundlag af vestkystmålingerne på strækningen er variationen i kystlinjens beliggenhed analyseret. En stor del af variationen vinkelret på kysten skyldes i virkeligheden, at ind- og udbugtninger på kystlinjen bevæger sig mod nord. På grundlag af 12 satellitfotos fra perioden er kystlinjebugtningerne fulgt, og vandringshastigheden er bestemt til ca. 250 m/år, medens bølgelængden er ca m. Hvis man på sådan en strækning skulle analysere effekten af f.eks. kystfodring, er det klart, at en direkte sammenligning af udviklingen på fodringsstrækningen med udviklingen på referencestrækninger kan føre til forkerte resultater. På grund af de store naturlige svingninger betyder det meget for resultatet af analysen, hvor fodringen bliver udført, hvornår analysen bliver igangsat, og hvor længe den løber. Derfor er der udarbejdet følgende forslag til, hvordan en sådan analyse burde udformes, så betydningen af de naturlige svingninger bliver elimineret: Strækningens kystlinjebugtninger kvantificeres bedst muligt Strækningen inddeles i delstrækninger, der opdeles i to ensartede grupper Den autonome udvikling i analyseperioden beregnes for alle delstrækninger Ved lodtrækning bestemmes, hvilken gruppe der skal anvendes som fodringsstrækninger, og hvilken der anvendes til referencestrækninger. Andre strækninger på Vestkysten I afsnit 9 er Sdr. Holmsland Tange og Blåvands Huk inkl. Skallingen behandlet. Ud fra 14 satellitfotos fra perioden er kystlinjen på Sdr. Holmsland Tange fastlagt i forhold til middelkystlinjen. Kystlinjerne er udglattet matematisk, og det er beregnet, at i perioden er der sket en forskydning af kystlinjebugtningerne mod syd på ca m svarende til 230 m/år. Aflejringsområdet syd for Blåvands Huk betegnes Ulven. På grundlag af Kystdirektoratets opmåling af området i vestkystsystemet i 1969 og opmålingen af Horns Rev i 2005 er ændringen af Ulven bedømt. Ulven er vokset ca m mod SSV i perioden svarende til ca. 30 m/år. Den tilsvarende årlige aflejringsmængde er beregnet til 1,1 mio. m³, og mængden er i fin overensstemmelse med en tidligere mængdeberegning udført på en anden måde. Denne forlængelse af Ulven er sat i sammenhæng med områdets overordnede udviklingshistorie. Afsnittet afsluttes med en revurdering af nogle analyseresultater fra Nourtec-projektet, der foregik i perioden Det drejer sig om resultater fra sediment trend analyser og fra anvendelse af flourescerende sand som tracer. Resultaterne var overraskende på daværende tidspunkt, men er med den nuværende viden om sedimenttransporten indad i profilet helt, som man skulle forvente. Resumé og anbefalinger 11

19 Havneindsejlinger I afsnit 10 beskrives et forsøg på at finde en sammenhæng mellem detailstrukturen af revlesystemet ved indsejlingerne i Thorsminde og Hvide Sande og oprensningsbehovet. Datagrundlaget for analysen har ikke været særligt omfattende, men der er formuleret den hypotese, at beliggenheden i forhold til indsejlingen af revlen og kystlinjebugtningerne, som de fremgår af fig. 2.2, har stor betydning for oprensningsbehovet. Da revlestrukturen vandrer på langs ad kysten, er det nærliggende at tænke på muligheden for at forudsige revlestrukturen 1-3 år i forvejen på grundlag af satellitfotos. Fordelen for havnene, ville bestå i, at man ville kunne anvende forudsigelserne om oprensningsbehovet i planlægningen. Sammenfatning Projektets vigtigste resultater er: En overordnet gennemgang af en række nyere monitorerings- og analysemetoder, der er anvendt i projektet. På grundlag af Kystdirektoratets opmåling i langsgående linjer er sandbølgernes højde og vandringshastighed på strækningen Lodbjerg - Nymindegab bestemt og præsenteret på et kort. Der er opstillet den hypotese, at A/E er en karakteristisk konstant for en kyststrækning. A og E er henholdsvis aflejring og erosion i en periode. Hvis A/E-forholdet skal være konstant, kan fejlen på den enkelte opmåling i en serie af opmålinger beregnes. Når bathymetrierne herefter korrigeres for den beregnede ensidige målefejl, er hypotesen, at de fremkomne bathymetrier giver et mere retvisende billede af udviklingen end de originale. Det anbefales, at der arbejdes videre med hypotesen. På grundlag af en meget detaljeret analyse af udviklingen på Husby-strækningen, hvor der aldrig er udført kystbeskyttelse, er der opstillet en hypotese for sammenhængen mellem den ydre del af profilet, revlezonen og kystlinjezonen. Der er opstillet en forklaring på, hvorfor skrænterosionen under orkanen den 8. januar 2005 var så stor ved netop Søndervig. Forklaringen er anvendt til at forudsige den fremtidige udvikling ved Søndervig samt til at foreslå en forbedring af proceduren for Kystdirektoratets løbende overvågning af kystudviklingen på fællesaftalestrækningen. På grundlag af en analyse af variationen i kystlinjens beliggenhed ved Gl. Skagen, er der opstillet et forslag til, hvordan en analyse af en kyststrækning kan forbedres, så betydningen af de naturlige variationer bliver elimineret i analyserne. Der er gennemført en analyse af kystlinjefluktuationerne på Sdr. Holmsland Tange. Endvidere er udviklingen af aflejringsområdet Ulven syd for Blåvands Huk analyseret og forklaret. Resumé og anbefalinger 12

20 Der er opstillet den hypotese, at variationen i oprensningsbehovet i indsejlingerne til Thorsminde og Hvide Sande kan forklares ud fra beliggenheden af revlen og kystlinjebugtningerne. Indledning 13

21 AFSNIT 3 Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet 3.1 Indledning I dette afsnit gennemgås de monitorerings- og analysemetoder, der er anvendt i projektet. Nogle af metoderne har tidligere i mindre omfang været anvendt af Kystdirektoratet, men de fleste er nye både for Kystdirektoratet og i det hele taget. Gennemgangen er holdt på det overordnede niveau med fokus på, hvad metoden kan bruges til, og hvordan man kommer i gang. Hvad angår detaljerne, henvises der til litteraturen. 3.2 Satellitfotos Satellitter og udbydere af satellitfotos Området satellitfotos er under voldsom udvikling i disse år. Det gælder antallet af satellitter og udbydere, billedkvaliteten samt prisniveauet. Udviklingen er fulgt siden 1999, og på grundlag heraf må det forventes, at udviklingen fortsætter. I den korte periode mellem 1999 og 2005 vurderes prisniveauet for sammenlignelige fotoopgaver at være reduceret med 70%. Det kan derfor anbefales, at der til en ny kystteknisk undersøgelse indhentes de nyeste oplysninger om udbydere, billedkvalitet og prisniveau, inden der tages stilling til, om satellitfotos skal indgå som en del af grundlaget for undersøgelsen. I det følgende gives nogle oplysninger om de satellitter, der har været undersøgt i det foreliggende projekt: Quick Bird Satellitten tager kun billeder på bestilling. Da der formentlig ikke Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet 14

22 er andre end Kystdirektoratet, der tidligere har bestilt fotos af Vestkysten, vil det sandsynligvis ikke være muligt at finde arkivfotos af denne strækning. Oplysninger om forhandlere og priser findes på com. I starten af 2005 var GRAS-Geographic Ressource Analysis & Science Ltd. på Geografisk Institut, Københavns Universitet eneforhandler i Danmark. I efteråret 2005 har fotos også kunnet købes hos Eurimage og Lantmäteriet i Kiruna, IKONOS Satellitten tager kun billeder på bestilling. Det vil derfor formentlig ikke være muligt at finde arkivfotos af Vestkysten. Oplysninger om fotos fra satellitten findes på Eventuelle arkivfotos kan findes på Fotos til projektet er købt hos Lantmäteriet, Kiruna. EROS Satellitten tager kun billeder på bestilling. Det vil derfor formentlig ikke være muligt at finde arkivfotos af Vestkysten. Oplysninger om fotos fra satellitten findes på Fotos fra denne satellit har ikke været benyttet i projektet. SPOT Der eksisterer arkivfotos af Vestkysten. I øjeblikket er opløsningen på fotos fra satellitten enten 2,5 m eller 5 m. Oplysninger om fotos findes på Udover oplysninger om priser m.v. findes et online katalog med gamle fotos. Det er dog ikke lykkedes at bestille fotos online. I stedet er fotos bestilt gennem Lantmäteriet, Kiruna og GRAS. IRS Der eksisterer arkivfotos af Vestkysten. I øjeblikket er opløsningen på fotos fra den indiske satellit 5,8 m. Oplysninger om satellitten findes på medens salget sker på de:8080/index.html på grundlag af en fotooversigt. Landsat Der eksisterer arkivfotos af Vestkysten helt tilbage til 1972, hvor satellitten blev opsendt. I øjeblikket er opløsningen på fotos fra satellitten 15 m. Det gør det vanskeligt at følge kystlinjeind- og udbugtninger, og der er derfor ikke i projektet benyttet fotos fra denne satellit. Hvis opgaven f.eks. bestod i at følge udviklingen af Horns Rev, ville det være oplagt at benytte fotos fra satellitten Erfaringer fra anvendelsen af satellitfotos I projektet er der arbejdet med både sort-hvide fotos og farvefotos. Sort-hvide fotos er billigst, og det er erfaringen, at de er bedst, når det drejer sig om at fastlægge kystlinjen. Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet 15

23 Hvis det primært er revlesystemet, man er interesseret i, er der to muligheder. Hvis sigten i vandet er god, kan man se revlen direkte især på farvefotos, se fig Imidlertid er sigten i vandet generelt dårlig på Vestkysten. De bedste chancer for god sigt er om foråret og efteråret med roligt vejr og svag vind fra sydvest. En mulighed kunne være at få information om sigten i vandet fra pejlebåden i Thors min de og på grundlag heraf afgive bestilling på fotografering af en strækning. Den anden måde at få informationer om revlesystemets beliggenhed på er ved at skaffe fotos af en strækning, når der er bølgebrydning på revlen, se fig Man får den mest nøjagtige fastlæggelse af revlens beliggenhed, når bølgerne kun er lidt højere end kriteriet for brydning på den pågældende revle. En af de største udfordringer i forbindelse med anvendelsen af satellitfotos til monitorering af kystlinjebugtninger er at få vist udviklingen grafisk. Da bugtningerne har en bølgelængde på måske 6 km, og variationen på tværs er ca. 30 m, er det fænomener, der umiddelbart lettest kan ses på tegninger i gulvstørrelse. Det er selvsagt et problem at vise det samme på en A4-tegning. Anvendelse af større målestok på tværs af kystlinjens orientering har været anvendt med succes. Endvidere har der været anvendt en metode, hvor hele farvespektret er anvendt, så der fremkommer et markant farveskifte ved overgangen mellem vand og sand. Ved placering af fotos kronologisk over hinanden er det så muligt at følge bugtningerne. Til formidling af resultaterne er det erfaringen, at en Power Point-præsentation er en god metode, når de fastlagte ind- og udbugtninger markeres med pile. Fig. 3.1 Eksempel på satellitfoto hvor revlen ses direkte Prisniveau Som nævnt er prisen på satellitfotos faldet betragteligt i projektperioden. Det er endvidere erfaringen, at prisen er meget afhængig af områdets udstrækning og betingelserne for aftalen. Det er klart, at en aftale om flere fotos reducerer prisen, og muligheden for med kort varsel at bestille eller afbestille hæver prisen. Der er en række specielle aftaleformer, det vil føre for vidt at gennemgå. I en konkret situation skal man blot være forberedt på at undersøge en række muligheder for at få den optimale pris. For at give et indtryk af prisniveauet i efteråret 2005 kan det oplyses, at fotos med opløsningen 0,6 m af den 95 km lange strækning fra Lodbjerg til Hvide Sande i en bredde på ca. 3,5 km har kostet kr. ekskl. moms. Det svarer til en pris på ca. 500 kr. pr. km kyst. Badevej Fig. 3.2 Eksempel på satellitfoto hvor bølgebrydning fastlægger revlens beliggenhed Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet 16

24 3.3 Flyfotos Flyfotografering er en velkendt metode til monitorering af kysten. Om man i et konkret tilfælde vælger at anvende satellitfotos eller flyfotos afhænger af prisen og muligheden for at få udført fotograferingen på et bestemt tidspunkt. Et flyfoto kan man i princippet få taget netop den dag, man ønsker det. Det er dog sådan, at det hovedsageligt er om foråret, at fotoflyene arbejder og derfor har kamera monteret. Uden for denne periode skal man selv dække hele udgiften til til- og afrigning af flyet, hvilket naturligvis gør fotograferingen dyr. Endvidere er det tidskrævende og dermed dyrt at få de analoge fotos digitaliseret og rettet op. Hvis det er meget afgørende, at man får fotograferet en kyststrækning inden for et kort tidsrum, vil det være sikrest at anvende flyfotografering. Selvom en satellit som f.eks. Quick Bird kan tage fotos hver tredje dag, kan der let gå en måned fra bestillingen, til fotoet bliver taget på grund af dårligt vejr de dage, hvor satellitten er over strækningen. I det foreliggende projekt har der kun været anvendt en flyfotografering af en del af Vestkysten. På grund af at den var en del af en fælles afdelingsordre, blev det ikke diskuteret med leverandøren, hvordan man bedst får revlesystemet til at fremgå af fotoet. Derfor er det først bagefter opdaget, at fotografering midt på dagen betyder, at sollysets refleksion i vandet gør det umuligt at se revlerne, selvom sigten i vandet er god. Fotograferingen skulle altså have været udført først eller sidst på dagen. 3.4 Radar Generelle oplysninger Radar kan benyttes til kortlægning af lavvandede områder, og selve radarudstyret kan være monteret på en satellit, et fly eller en båd. Radaren kan også være opstillet på land. I det følgende beskrives forskellige måder at anvende radaren på. Egentlig radaropmåling af bunden benyttes i lande med god sigt i vandet som f.eks. i Australien. Med radaren monteret på et fly fås refleksion dels fra vandoverfladen, dels fra bunden. For et par år siden var Kystdirektoratet lige ved at få gennemført et forsøg med metoden i forbindelse med, at et fly fra Australien var på vej til en opgave i Norge. Opmålingen blev imidlertid aldrig gennemført, og det vurderes, at metoden ikke i praksis er anvendelig på Vestkysten på grund af den normalt ringe sigt i vandet. En mere realistisk anvendelse af radar på vestkysten er at nøjes med en indirekte fastlæggelse af bundtopografien på grundlag af radarrefleksionen fra vandoverfladen. F.eks. kan metoden anvendes til at interpolere en opmåling med en linjeafstand på 600 m eller m i stedet for at benytte en opmåling med en linjeafstand på 200 m. Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet 17

25 Det giver en besparelse, og ifølge (Calkoen C.J. et al., 2001) kan der opnås en standardafvigelse på 30 cm beregnet ved at sammenligne radarbathymetrien med dybderne i de traditionelt målte linjer, der ikke er brugt til at fastlægge bathymetrien. Vedrørende kommerciel anvendelse af metoden henvises til Der er ikke i projektet benyttet radar fra satellit. Det er der flere grunde til. For det første kræver denne type opmåling moderat vind og stærk tidevandsstrøm, og disse forhold er ikke til stede på Vestkysten. For det andet er modellen Bathymetry Assessment System (BAS) endimensional og dermed uegnet til anvendelse på den komplekse bathymetri i revlezonen. Endelig er det en erfaring, at det er vanskeligt at anvende opmålinger med varierende nøjagtighed inden for samme opmåling. I projektet»sedimentomsætning offshore«blev det således påvist, at til en typisk kystteknisk analyse er det bedre at anvende opmålte linjer med stor nøjagtighed jævnt fordelt over et område end en fladedækkende opmåling, hvor nøjagtigheden varierer hen over området. Der er i 2002 udarbejdet en oversigt over satellitter, der er udstyret med radar, der kan anvendes til fremstilling af bathymetrier. Det drejer sig om satellitterne ERS, Radarsat og JERS, der arbejder med opløsninger på henholdsvis 30, og 18 m. Hvis radaren opstilles på land, er der to anvendelser af radaren til fastlæggelse af bundtopografien. Ved den ene metode tages et stort antal radarbilleder en dag, hvor bølgerne bryder på revlen. Ved at addere de mange billeder fås et tydeligt billede af, hvor bølgerne bryder og dermed af revlens placering, jfr. (Ruessink B.G. et al., 2001). Metoden svarer til at addere en række videobilleder som i systemet ARGUS. Begge metoder bygger på, at brydende bølger reflekterer mere lys/ energi end ikke-brydende bølger. I (Ruessink B.G. et al., 2001) er de to metoder sammenlignet. Ved den anden metode sker der en beregning af bølgehøjde og periode samt strøm på grundlag af 64 radarbilleder optaget med et tidsinterval på 1,5 sekund. Beregningsmetoden er beskrevet i (Borge J.C.N. et al., 1998). På grundlag af ændringer i de nævnte parametre hen over området beregnes efterfølgende bathymetrien. Beregningen er i princippet det omvendte af den velkendte beregning af bølgernes udbredelse hen over en kendt bathymetri. Ved projektstarten var der ingen kommercielt tilgængelige programmer, der kunne anvendes til beregningerne. Metoden var imidlertid blevet anvendt med succes i projektet COAST 3D, jfr. (Bell P.S. and Thorne P.D., 2001). Her var bl.a. strækningen Egmond aan Zee behandlet, og strækningen minder om Husby-strækningen Egne erfaringer med anvendelse af radar Radaren af typen X-band blev anskaffet i På dette tidspunkt var der to firmaer Miros og OceanWaves der solgte programmer til beregning af bølgehøjde og periode samt strøm. Da OceanWaves var det eneste af firmaerne, der var ved at udvikle et program til beregning af bathymetrien ud fra disse data, blev dette firma valgt som leverandør. Senere har det hollandske firma SeaDarq også udviklet et program til at udføre denne beregning på grundlag af X-band radar. Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet 18

26 Fig. 3.3 Den anskaffede radar Kystdirektoratets erfaringer med beregning af bathymetrier ud fra radaroptagelser ved anvendelse af programmet fra OceanWaves er dårlige. Det har derfor været overvejet at få SeaDarq til at behandle området ved Husby. Det er imidlertid ikke lykkedes at få tilstækkeligt overbevisende dokumentation for kvaliteten til, at behandlingen har kunnet igangsættes. Systemet fra OceanWaves er imidlertid velegnet til online bølgemåling, og der er fundet god overensstemmelse med Kystdirektoratets andre bølgemålinger, jfr. (OceanWaves, 2004). Derimod er de beregnede strømhastigheder og retninger ikke særligt overbevisende, når der sammenlignes med ADCP-målinger af strømmen. OceanWaves påstår, at deres system måler overfladestrømmen, og at ADCP-måleren ikke kan måle strømmen her, og at det er forklaringen på forskellen. Kystdirektoratet har undersøgt problematikken nærmere. Ved Hvide Sande blev der udlagt et strømkors, medens OceanWaves samtidig målte strøm med radaren. Der var ingen overensstemmelse mellem de to former for strømmåling. Det er som om, at OceanWaves næsten altid måler en strøm væk fra kysten, medens det almindelige er en langsgående tidevandsstrøm. Kystdirektoratets konklusion er, at strømmålingerne er forkerte, og at de ikke må anvendes. Når strømmen er forkert, er det indlysende, at de beregnede dybder også bliver forkerte. OceanWaves har beregnet bathymetrien ud for Husby, jfr. fig. 8 i (OceanWaves, 2004). Det er klart, at det vil være muligt at kalibrere bathymetrien med et par pejlelinjer, så den kommer tæt på den målte bathymetri, jfr. fig. 5 og 6 i samme rapport. En eventuelt kalibreret bathymetri vil imidlertid ikke bidrage til forståelsen af ændringerne i området. Uden for revlezonen er ændringerne så små og så regelmæssige, at de let kan følges ved traditionel opmåling samt interpolation mellem opmålings linjerne. I revleområdet er ændringerne hurtige og store, og her kan interpolation ud fra traditionel opmåling give betydelige fejl. Her var det ventet, at radarsystemet kunne bidrage til, at man kunne følge udviklingen. Programmet fra OceanWaves virker imidlertid ikke, når bølgerne bryder. Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet 19

27 Metoden med at anvende selve radarbillederne til at fastlægge revlen har fungeret bedre. Princippet i den anvendte metode er, at radaren udsender et signal og efterfølgende registrerer det tilbagekastede signal. Her registreres retningen af det tilbagekastede signal samt tidspunkt og styrke. På grundlag af det dannede billede ud fra de tilbagekastede signaler kan man se bølgerne. Hvis man så midler de tilbagekastede signaler, får man et gennemsnitsbillede for et område, hvor man kan se, hvor bølgerne bryder og dermed revlens beliggenhed. Der er ikke korrigeret for afstanden til radaren. Signalet er jo stærkere tæt på radaren end længere væk. Med lidt tilvænning er det imidlertid let at bestemme revlens placering. Der er ikke korrigeret for vandstand, bølgehøjde og brydningens afstand fra revletoppen. Det skyldes, at formålet ikke har været at fastlægge små flytninger på tværs, men derimod at følge revlesystemets bevægelser på langs ad kysten. I praksis er revlens flytning på langs bestemt ved, at der alle dage, hvor bølgehøjden har været større end 1,2 m, er dannet et radarbillede for hver time. Ved efterfølgende at vælge det bedste hver dag og senere igen det bedste hver uge er der fremkommet en serie billeder, der beskriver revlens bevægelse. 3.5 Sidescan En traditionel bathymetrisk opmåling udføres i princippet på den måde, at et ekkolod udsender en lydpuls og derefter måler, hvor lang tid det tager for lyden at nå bunden og komme tilbage igen. Når lydhastigheden i vandet er kendt, kan dybden derfor bestemmes. Sidescan er også baseret på, at ekkoloddet udsender lydpulser. Ved sidescan er det imidlertid primært styrken af det reflekterede signal, der registreres. Der findes to former for sidescan: Ved den ene metode registreres kun styrken af det reflekterede signal. Man får altså ingen position for det stykke af bunden, der reflekterer ekkosignalet. Ved anvendelse af denne metode forsøges sidescanfisken ført i en bestemt afstand fra bunden. Ideelt set vil sidescanbilledet så beskrive en vis bredde af bunden, og variationen i billedet skyldes variation i bundhældning og materialerne på bunden. Ved den anden metode måles ud over styrken af det reflekterede signal også tiden. Til sidescanbilledet vil der derfor også være knyttet dybder. Fordelen ved denne metode er, at det eksisterende multibeammåleudstyr kan anvendes. Når dybden vokser, vokser også det udsnit af bunden, der skal vises på sidescanbilledet, og opløsningen falder derfor. Under projektet er der foretaget sidescan efter begge metoder. Umiddelbart har metoden med at slæbe sidescanudstyret i en bestemt afstand over bunden givet det bedste resultat. Sammenligningen er dog ikke nødvendigvis helt retfærdig, idet den sidescanner, der er anvendt i en bestemt afstand over bunden, er væsentligt nyere end det multibeamudstyr, der er anvendt ved den anden sidescanmetode. Monitorerings- og analysemetoder anvendt i projektet 20